一种提升环氧树脂沿面闪络强度的方法与流程

本发明属于工程电介质与电气工程技术领域，具体的为提升环氧树脂沿面闪络强度的方法。

背景技术：

沿面闪络是指固体绝缘介质周围的气体或液体电介质被击穿时，沿固体绝缘介质表面放电的现象，其放电时的电压称为闪络电压。发生闪络后，电极间的电压迅速下降到零或接近于零。闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化，降低表面绝缘性能。沿面闪络作为现代高压电气设备中影响和限制设备整体绝缘强度的一个非常重要的因素，其闪络电压的大小与施加电压波形、气压或者液体绝缘介质的种类及固体绝缘介质，特别是其表面状态有着直接的关系。

目前，环氧树脂凭借着其优异的介电性能、机械性能以及耐酸碱腐蚀性能，已成为了现代高压电气设备中一种不可或缺的材料。然而常规的环氧树脂存在着表面易积聚电荷的问题，特别是在高压直流领域中，这使得环氧树脂相较于其他材料更容易发生沿面闪络，导致其表面绝缘性能遭到破坏，并引发一系列安全事故。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种提升环氧树脂沿面闪络强度的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提升环氧树脂沿面闪络强度的方法，包括如下步骤：

1)纳米复合：在环氧树脂固化加工成型过程中添加al2o3纳米颗粒进行纳米复合处理，得到环氧树脂样品；

2)清洗干燥：将成型的环氧树脂样品清洗后干燥；

3)表面氟化：将步骤2)中经清洗干燥后的环氧树脂样品进行表面氟化处理，并在环氧树脂样品表面形成氟化层。

进一步，所述步骤1)中，对环氧树脂进行纳米复合处理的方法为：将环氧树脂、固化剂与催化剂按比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的参数为：温度50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min；

而后在得到的第一混合液中按比例加入al2o3纳米颗粒与偶联剂，继续在磁力搅拌器上加热搅拌，得到第二混合液，且加热搅拌的参数为：50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min；

加热搅拌完成后将第二混合液置入超声波振荡器中进行超声搅拌，搅拌时间为5-240min；最后经真空脱气和加热固化工序加工成型。

进一步，所述环氧树脂、固化剂、催化剂、al2o3纳米颗粒和偶联剂的重量份配比为：环氧树脂100份；固化剂80-90份；催化剂1-2份；al2o3纳米颗粒0.1-5份；偶联剂0.1-2份。

进一步，所述步骤2)中，首先将成型后的环氧树脂样品用无水乙醇和去离子水交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，最后再用去离子水进行冲洗；洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50-120℃，时间1-48h。

进一步，对环氧树脂样品进行表面氟化处理的方法为：将清洗干燥后的环氧树脂样品放入反应釜中进行表面氟化处理，表面氟化处理的条件为：采用惰性气体与氟气组成的混合气体或氮气与氟气组成的混合气体进行氟化，混合气中氟气的体积浓度为1-50％，氟化温度为20-80℃，反应釜中混合气体的气压为0.1-1bar，氟化时间为5-240min。

本发明的有益效果在于：

本发明提升环氧树脂沿面闪络强度的方法，采用表面修饰的方法，在材料表面形成氟化层，可以提升成品的表面电导率，抑制表面电荷的积累，而纳米复合则能在一定程度上增加样品的表面粗糙度，在两种改性技术的综合作用下，样品的沿面闪络强度得到了提升；且本发明提供的技术方案具有实现简单、所需要的工具成本低、具有很好的实用性、不需要特殊的设备和特殊的处理条件、采用简单机械设备即可实现和可重复性强的优点。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为原子力显微镜观察到的经本发明方法处理后的环氧树脂样品的三维表面形貌；

图2为傅氏转换红外线光谱分析仪测量的经本发明方法处理前后的环氧树脂样品表面的红外图谱；

其中，图1中为氟化60min后环氧树脂样品的三维表面形貌图；

图2中的wavenumber(cm^-1)表示红外图谱的波数；absorptivity(a.u.)表示红外图谱吸收率；f0为未经氟化处理的环氧树脂样品；f60为经氟化处理60min后环氧树脂样品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例的提升环氧树脂沿面闪络强度的方法，包括如下步骤：

1)成型：在环氧树脂固化加工成型过程中添加al2o3纳米颗粒进行纳米复合处理，得到环氧树脂样品。具体的，环氧树脂固化加工成型的方法为：将环氧树脂、固化剂与催化剂按比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的参数为：温度50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min。其中，环氧树脂、固化剂与催化剂的重量份配比为：环氧树脂100份；固化剂80-90份；催化剂1-2份。

而后在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3纳米颗粒与0.1-2偶联剂，继续在磁力搅拌器上加热搅拌，得到第二混合液，且加热搅拌的参数为：50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min；

加热搅拌完成后将第二混合液置入超声波振荡器中进行超声搅拌，搅拌时间为5-240min；最后经真空脱气和加热固化工序加工成型得到环氧树脂样品。

本实施例将环氧树脂100份、固化剂85份、催化剂2份的重量比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的条件为温度70℃，转速1000r/min，搅拌30min。

随后向第一混合液中加入3份al2o3纳米颗粒与2份偶联剂，并继续利用磁力搅拌器搅拌，得到第二混合液，加热搅拌的条件为温度70℃，转速1000r/min，搅拌30min。再利用超声波振荡器继续搅拌第二混合液15min。随后将第二混合液于真空干燥箱中真空脱气15min，再将混合液倒入厚度为2mm的模具中，并放入电鼓风干燥箱中于90℃固化4h后，再升温至110℃固化4h；最后在常温中冷却成型后，脱模保存，得到环氧树脂样品。

2)清洗干燥：将成型的环氧树脂样品清洗后干燥。具体的，首先将成型后的环氧树脂样品用无水乙醇和去离子水交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，最后再用去离子水进行冲洗；洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50-120℃，时间1-48h。

本实施例成型的环氧树脂样品分别用无水乙醇和去离子水进行交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，再用去离子水进行冲洗，洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度60℃，时间8小时。

3)表面氟化：将步骤2)中经清洗干燥后的环氧树脂样品进行表面氟化处理，并在环氧树脂样品表面形成氟化层。对环氧树脂样品进行表面氟化处理的方法为：将清洗干燥后的环氧树脂样品放入反应釜中进行表面氟化处理，表面氟化处理的条件为：采用惰性气体和氟气组成的混合气体或氮气与氟气组成的混合气体进行氟化，混合气中氟气的体积浓度为1-50％，氟化温度为20-80℃，反应釜中混合气体的气压为0.1-1bar，氟化时间为5-240min。

本实施例将洗净干燥后的环氧树脂样品放入不锈钢反应釜中，将反应釜抽真空，再冲入氮气，重复三次以排除氧气等对氟化反应的干扰，而后在反应釜内冲入氟气与氮气的混合气体，混合气体中的氟气的体积浓度为20％，氟化温度为55℃，反应釜中混合气体的气压为0.5bar，氟化时间为60min，氟化后的样品进行清洗和干燥，可以借鉴步骤2)中的方法。

在常温下、空气气氛中，测量试样的沿面闪络强度，采用指型电极，将指型电极紧贴于样品表面，电极之间的间隙为10mm。随后在电极之间施加幅值为-24kv，升压速度为-200v/s的负极性线性直流电压，并利用示波器记录电极之间的电压，当电极之间发生沿面闪络时，取此时的电压为这次测量的闪络电压。每组样品重复测量10次，取其平均值作为样品的最终闪络电压。测得的本发明方法处理前后样品的沿面闪络电压如表1所示，从表中可以看出，该处理方式明显提升了环氧树脂样品的沿面闪络强度。

表1本发明所测得的空气中还行前后环氧树脂样品直流闪络电压

实施例2

本实施例的提升环氧树脂沿面闪络强度的方法，包括如下步骤：

1)成型：在环氧树脂固化加工成型过程中添加al2o3纳米颗粒进行纳米复合处理，得到环氧树脂样品。具体的，环氧树脂固化加工成型的方法为：将环氧树脂、固化剂与催化剂按比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的参数为：温度50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min。其中，环氧树脂、固化剂与催化剂的重量份配比为：环氧树脂100份；固化剂80-90份；催化剂1-2份。

而后在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3纳米颗粒与0.1-2偶联剂，继续在磁力搅拌器上加热搅拌，得到第二混合液，且加热搅拌的参数为：50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min；

加热搅拌完成后将第二混合液置入超声波振荡器中进行超声搅拌，搅拌时间为5-240min；最后经真空脱气和加热固化工序加工成型得到环氧树脂样品。

本实施例将环氧树脂100份、固化剂80份、催化剂1份的重量比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的条件为温度50℃，转速1500r/min，搅拌5min。

随后向第一混合液中加入0.1份al2o3纳米颗粒与0.1份偶联剂，并继续利用磁力搅拌器搅拌，得到第二混合液，加热搅拌的条件为温度50℃，转速1500r/min，搅拌5min。再利用超声波振荡器继续搅拌第二混合液5min。随后将第二混合液于真空干燥箱中真空脱气15min，再将混合液倒入厚度为2mm的模具中，并放入电鼓风干燥箱中于90℃固化4h后，再升温至110℃固化4h；最后在常温中冷却成型后，脱模保存，得到环氧树脂样品。

2)清洗干燥：将成型的环氧树脂样品清洗后干燥。具体的，首先将成型后的环氧树脂样品用无水乙醇和去离子水交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，最后再用去离子水进行冲洗；洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50-120℃，时间1-48h。

本实施例成型的环氧树脂样品分别用无水乙醇和去离子水进行交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，再用去离子水进行冲洗，洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度120℃，时间1小时。

3)表面氟化：将步骤2)中经清洗干燥后的环氧树脂样品进行表面氟化处理，并在环氧树脂样品表面形成氟化层。对环氧树脂样品进行表面氟化处理的方法为：将清洗干燥后的环氧树脂样品放入反应釜中进行表面氟化处理，表面氟化处理的条件为：采用惰性气体和氟气组成的混合气体或氮气与氟气组成的混合气体进行氟化，混合气中氟气的体积浓度为1-50％，氟化温度为20-80℃，反应釜中混合气体的气压为0.1-1bar，氟化时间为5-240min。

本实施例将洗净干燥后的环氧树脂样品放入不锈钢反应釜中，将反应釜抽真空，再冲入氮气，重复三次以排除氧气等对氟化反应的干扰，而后在反应釜内冲入氟气与氮气的混合气体，混合气体中的氟气的体积浓度为1％，氟化温度为80℃，反应釜中混合气体的气压为1bar，氟化时间为240min，氟化后的样品进行清洗和干燥，可以借鉴步骤2)中的方法。

在常温下、空气气氛中，测量试样的沿面闪络强度，采用指型电极，将指型电极紧贴于样品表面，电极之间的间隙为10mm。随后在电极之间施加幅值为-24kv，升压速度为-200v/s的负极性线性直流电压，并利用示波器记录电极之间的电压，当电极之间发生沿面闪络时，取此时的电压为这次测量的闪络电压。每组样品重复测量10次，取其平均值作为样品的最终闪络电压。经测验，本实施例的方法明显提升了环氧树脂样品的沿面闪络强度。

实施例3

本实施例的提升环氧树脂沿面闪络强度的方法，包括如下步骤：

1)成型：在环氧树脂固化加工成型过程中添加al2o3纳米颗粒进行纳米复合处理，得到环氧树脂样品。具体的，环氧树脂固化加工成型的方法为：将环氧树脂、固化剂与催化剂按比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的参数为：温度50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min。其中，环氧树脂、固化剂与催化剂的重量份配比为：环氧树脂100份；固化剂80-90份；催化剂1-2份。

而后在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3纳米颗粒与0.1-2偶联剂，继续在磁力搅拌器上加热搅拌，得到第二混合液，且加热搅拌的参数为：50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min；

加热搅拌完成后将第二混合液置入超声波振荡器中进行超声搅拌，搅拌时间为5-240min；最后经真空脱气和加热固化工序加工成型得到环氧树脂样品。

本实施例将环氧树脂100份、固化剂90份、催化剂1.5份的重量比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的条件为温度100℃，转速500r/min，搅拌100min。

随后向第一混合液中加入5份al2o3纳米颗粒与0.5份偶联剂，并继续利用磁力搅拌器搅拌，得到第二混合液，加热搅拌的条件为温度100℃，转速500r/min，搅拌100min。再利用超声波振荡器继续搅拌第二混合液240min。随后将第二混合液于真空干燥箱中真空脱气15min，再将混合液倒入厚度为2mm的模具中，并放入电鼓风干燥箱中于90℃固化4h后，再升温至110℃固化4h；最后在常温中冷却成型后，脱模保存，得到环氧树脂样品。

2)清洗干燥：将成型的环氧树脂样品清洗后干燥。具体的，首先将成型后的环氧树脂样品用无水乙醇和去离子水交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，最后再用去离子水进行冲洗；洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50-120℃，时间1-48h。

本实施例成型的环氧树脂样品分别用无水乙醇和去离子水进行交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，再用去离子水进行冲洗，洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50℃，时间48小时。

3)表面氟化：将步骤2)中经清洗干燥后的环氧树脂样品进行表面氟化处理，并在环氧树脂样品表面形成氟化层。对环氧树脂样品进行表面氟化处理的方法为：将清洗干燥后的环氧树脂样品放入反应釜中进行表面氟化处理，表面氟化处理的条件为：采用惰性气体和氟气组成的混合气体或氮气与氟气组成的混合气体进行氟化，混合气中氟气的体积浓度为1-50％，氟化温度为20-80℃，反应釜中混合气体的气压为0.1-1bar，氟化时间为5-240min。

本实施例将洗净干燥后的环氧树脂样品放入不锈钢反应釜中，将反应釜抽真空，再冲入氮气，重复三次以排除氧气等对氟化反应的干扰，而后在反应釜内冲入氟气与氮气的混合气体，混合气体中的氟气的体积浓度为50％，氟化温度为20℃，反应釜中混合气体的气压为0.1bar，氟化时间为5min，氟化后的样品进行清洗和干燥，可以借鉴步骤2)中的方法。

在常温下、空气气氛中，测量试样的沿面闪络强度，采用指型电极，将指型电极紧贴于样品表面，电极之间的间隙为10mm。随后在电极之间施加幅值为-24kv，升压速度为-200v/s的负极性线性直流电压，并利用示波器记录电极之间的电压，当电极之间发生沿面闪络时，取此时的电压为这次测量的闪络电压。每组样品重复测量10次，取其平均值作为样品的最终闪络电压。经测验，本实施例的方法明显提升了环氧树脂样品的沿面闪络强度。

实施例4

本实施例的提升环氧树脂沿面闪络强度的方法，包括如下步骤：

1)成型：在环氧树脂固化加工成型过程中添加al2o3纳米颗粒进行纳米复合处理，得到环氧树脂样品。具体的，环氧树脂固化加工成型的方法为：将环氧树脂、固化剂与催化剂按比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的参数为：温度50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min。其中，环氧树脂、固化剂与催化剂的重量份配比为：环氧树脂100份；固化剂80-90份；催化剂1-2份。

而后在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3纳米颗粒与0.1-2偶联剂，继续在磁力搅拌器上加热搅拌，得到第二混合液，且加热搅拌的参数为：50-100℃，转速500-1500r/min，搅拌时间5-180min；

加热搅拌完成后将第二混合液置入超声波振荡器中进行超声搅拌，搅拌时间为5-240min；最后经真空脱气和加热固化工序加工成型得到环氧树脂样品。

本实施例将环氧树脂100份、固化剂87份、催化剂1.5份的重量比例置于容器中，并在容器内放入磁力搅拌子后置于加热磁力搅拌器上进行加热搅拌，得到第一混合液，且加热搅拌的条件为温度90℃，转速800r/min，搅拌180min。

随后向第一混合液中加入1份al2o3纳米颗粒与1份偶联剂，并继续利用磁力搅拌器搅拌，得到第二混合液，加热搅拌的条件为温度90℃，转速800r/min，搅拌180min。再利用超声波振荡器继续搅拌第二混合液180min。随后将第二混合液于真空干燥箱中真空脱气15min，再将混合液倒入厚度为2mm的模具中，并放入电鼓风干燥箱中于90℃固化4h后，再升温至110℃固化4h；最后在常温中冷却成型后，脱模保存，得到环氧树脂样品。

2)清洗干燥：将成型的环氧树脂样品清洗后干燥。具体的，首先将成型后的环氧树脂样品用无水乙醇和去离子水交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，最后再用去离子水进行冲洗；洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50-120℃，时间1-48h。

本实施例成型的环氧树脂样品分别用无水乙醇和去离子水进行交替清洗，然后使用超声清洗器进行清洗，再用去离子水进行冲洗，洗净后的环氧树脂样品置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为：温度50℃，时间48小时。

3)表面氟化：将步骤2)中经清洗干燥后的环氧树脂样品进行表面氟化处理，并在环氧树脂样品表面形成氟化层。对环氧树脂样品进行表面氟化处理的方法为：将清洗干燥后的环氧树脂样品放入反应釜中进行表面氟化处理，表面氟化处理的条件为：采用惰性气体和氟气组成的混合气体或氮气与氟气组成的混合气体进行氟化，混合气中氟气的体积浓度为1-50％，氟化温度为20-80℃，反应釜中混合气体的气压为0.1-1bar，氟化时间为5-240min。

本实施例将洗净干燥后的环氧树脂样品放入不锈钢反应釜中，将反应釜抽真空，再冲入氮气，重复三次以排除氧气等对氟化反应的干扰，而后在反应釜内冲入氟气与氮气的混合气体，混合气体中的氟气的体积浓度为50％，氟化温度为20℃，反应釜中混合气体的气压为0.1bar，氟化时间为65min，氟化后的样品进行清洗和干燥，可以借鉴步骤2)中的方法。

在常温下、空气气氛中，测量试样的沿面闪络强度，采用指型电极，将指型电极紧贴于样品表面，电极之间的间隙为10mm。随后在电极之间施加幅值为-24kv，升压速度为-200v/s的负极性线性直流电压，并利用示波器记录电极之间的电压，当电极之间发生沿面闪络时，取此时的电压为这次测量的闪络电压。每组样品重复测量10次，取其平均值作为样品的最终闪络电压。经测验，本实施例的方法明显提升了环氧树脂样品的沿面闪络强度。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。