本发明属于绝缘材料
技术领域：
，具体涉及一种电力设备用绝缘材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，我国电力事业发展迅速，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模逐步扩大。电网中核心设备主要是环氧树脂基材料，环氧树脂属于中等极性高聚物，其大分子末端有环氧基，键中间有羟基和醚键，在固化过程中还会继续产生羟基和醚键，因此在外加电场时会产生感应电荷，导致环氧树脂的体积电阻率较非极性的聚合物有一定差距。目前，挂网运行的环氧树脂绝缘材料体积电阻率偏低，特别在直流高压下，电荷长期积聚造成表面闪络，是特高压电网安全的最大隐患之一。由于空间电荷分布不均匀会造成绝缘材料的畸变，影响其绝缘程度以及加速材料的老化，另外国内空气污染严重，气候条件复杂，作为电力安全头号大敌的输变电设备污闪防护依然任务艰巨。公开号为cn101445627a，公开了一种高压直流电缆绝缘材料及其制备方法，该发明采用的技术方案是，将100重量份的低密度聚乙烯、0.1-1重量份的抗氧剂、0.5-5重量份的马来酸酐，放入密炼机中混炼，然后再加入0.1-5重量份的交联剂混炼10-15分钟，得到高压直流电缆绝缘材料，该发明制备的绝缘材料可以有效提高高压直流电缆的力学性能和电气性能，但是该发明不能很好的提高材料的耐腐蚀性能和抗老化性能，因此不适合推广生产。公开号为cn103242643a，公开了一种超高压直流电缆绝缘材料及其制备方法，组分及其含量为：聚苯醚树脂20-60重量份、弹性体25-40重量份、相容剂0-5重量份、抗氧剂0.1-1重量份、离子液体修饰的无机纳米粒子0.5-5重量份、交联剂0.1-5重量份。本发明制备的绝缘材料柔韧性好、机械性能优良，并且可以有效提高超高压直流电缆的力学性能和电气性能，但是该发明制备过程复杂，成本较高，并且原材料获取较难，也不利于大规模生产。因此，需要提供一种更好的高性能电力设备用的绝缘材料，来改善现有技术的不足，这也是对建设安全可靠、稳定高效的电力输变网络、提升我国输电水平和节省资源具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的是提供一种电力设备用绝缘材料及其制备方法，本发明制备的绝缘材料具有优异的力学性能、绝缘性能和耐高温性能，同时具有抗天候老化和高耐磨性，绿色环保对环境无污染，能够抑制绝缘材料中的空间电荷积聚，还具有良好的机械性能、电气性能和热性能，综合性能优异。本发明提供了如下的技术方案：一种电力设备用绝缘材料，包括以下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶25-28份、环氧树脂预聚液11-14份、改性苘麻纤维8-13份、钛酸丁酯6-10份、炭黑8-14份、氧化铝颗粒6-11份、改性复合纳米粉末7-12份、无水乙醇4-7份、抗氧剂3-6份、相容剂4-7份和交联剂3-6份。优选的，所述绝缘材料包括以下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶26-28份、环氧树脂预聚液11-13份、改性苘麻纤维10-13份、钛酸丁酯8-10份、炭黑8-12份、氧化铝颗粒8-11份、改性复合纳米粉末7-11份、无水乙醇5-7份、抗氧剂3-5份、相容剂5-7份和交联剂4-6份。优选的，所述绝缘材料包括以下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶27份、环氧树脂预聚液12份、改性苘麻纤维12份、钛酸丁酯9份、炭黑11份、氧化铝颗粒9份、改性复合纳米粉末8份、无水乙醇6份、抗氧剂3份、相容剂5份和交联剂4份。一种电力设备用绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌至完全溶解，再加入氧化铝颗粒和改性苘麻纤维，在62-65℃下加热并搅拌15-18min，再升温至85-90℃，加热去除无水乙醇，得到材料一；b、将甲基乙烯基硅橡胶、环氧树脂预聚液、改性复合纳米粉末和材料一混合均匀，导入密炼机中，在145-160℃下密炼1.2-1.5h，得到材料二；c、将材料二导入真空环境中，缓慢搅拌12-15min，去除气泡，得到材料三；d、将材料三、炭黑、抗氧剂、相容剂和交联剂一同导入双螺杆挤出机中，在220-240℃下熔融挤出，即可得到成品。优选的，所述步骤a的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中，切成3-5mm的短切纤维，再置于65-70℃的真空干燥箱中干燥0.5-0.6h，再置于质量浓度为18-20%的氢氧化钠溶液中浸泡3.5-4h，浸泡完成后，取出并用去离子洗涤至ph为中性，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。优选的，所述步骤a的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中，切成5mm的短切纤维，再置于70℃的真空干燥箱中干燥0.5h，再置于质量浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡3.5h，浸泡完成后，取出并用去离子洗涤至ph为中性，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。优选的，所述步骤b的环氧树脂预聚液的制备方法为：将环氧树脂、聚乙二醇、滑石粉、紫外线吸收剂和光稳定剂混合导入反应釜中，在75-80℃下，以180-200r/min的转速搅拌反应0.4-0.5h，再升温至85-90℃，在300-350r/min的转速下搅拌反应10-15min，冷却至常温后，即可得到环氧树脂预聚液。优选的，所述步骤b的环氧树脂预聚液的制备方法为：将环氧树脂、聚乙二醇、滑石粉、紫外线吸收剂和光稳定剂混合导入反应釜中，在75℃下，以200r/min的转速搅拌反应0.5h，再升温至90℃，在300r/min的转速下搅拌反应12min，冷却至常温后，即可得到环氧树脂预聚液。优选的，所述步骤b的改性复合纳米粉末的制备方法为：将过硫酸铵溶液与复合纳米粉末混合搅拌，超声波振荡处理10min，经过滤、干燥，即可得到改性复合纳米粉末。优选的，所述复合纳米粉末由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳化硼和纳米氮化硅混合而成。本发明的有益效果是：本发明制备的绝缘材料具有优异的力学性能、绝缘性能和耐高温性能，同时具有抗天候老化和高耐磨性，绿色环保对环境无污染，能够抑制绝缘材料中的空间电荷积聚，还具有良好的机械性能、电气性能和热性能，综合性能优异，并且其原材料成本低廉、来源广泛、易于制备，适合工业化大规模生产制造。本发明中的改性苘麻纤维的制备方法，通过对苘麻纤维的细化、碱浸，可提高其对本发明中的纳米颗粒的吸附性、连接性，从而提高制备的成品绝缘材料的拉伸强度、耐候性、抗冲击强度等。本发明中的环氧树脂预聚液，其与本发明中的纳米颗粒具有很好的相容性，可提高纳米颗粒在本发明混合体系中的分散性；环氧树脂与甲基乙烯基硅橡胶都具有较好的耐候性，二者的协同作用，可以显著降低成品的介电常数、介质损耗，并且环氧树脂预聚液可提高成品绝缘材料的热分解温度，从而提高成品的耐热性。本发明中的改性复合纳米粉末，主要由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳化硼和纳米氮化硅混合而成，经过过硫酸铵溶液的氧化后，其分散性更佳，并且以上纳米成分都具备较强的硬度、良好的耐腐蚀性能，高温稳定性很好、耐热性很好、强度很高，分散在本发明在混合物体系中，从而使得成品具备优异的耐磨损性能；而纳米成分还能够大幅度提高材料的体积电阻率，减少表面电荷积聚、优化电场分布、避免沿面闪络，同时提高材料绝缘、力学及热学等综合性能。具体实施方式实施例1一种电力设备用绝缘材料，包括以下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶25份、环氧树脂预聚液14份、改性苘麻纤维13份、钛酸丁酯6份、炭黑14份、氧化铝颗粒6份、改性复合纳米粉末7份、无水乙醇7份、抗氧剂6份、相容剂7份和交联剂6份。一种电力设备用绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌至完全溶解，再加入氧化铝颗粒和改性苘麻纤维，在65℃下加热并搅拌15min，再升温至90℃，加热去除无水乙醇，得到材料一；b、将甲基乙烯基硅橡胶、环氧树脂预聚液、改性复合纳米粉末和材料一混合均匀，导入密炼机中，在145℃下密炼1.5h，得到材料二；c、将材料二导入真空环境中，缓慢搅拌12min，去除气泡，得到材料三；d、将材料三、炭黑、抗氧剂、相容剂和交联剂一同导入双螺杆挤出机中，在240℃下熔融挤出，即可得到成品。步骤a的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中，切成3mm的短切纤维，再置于65℃的真空干燥箱中干燥0.6h，再置于质量浓度为18-20%的氢氧化钠溶液中浸泡4h，浸泡完成后，取出并用去离子洗涤至ph为中性，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。步骤b的环氧树脂预聚液的制备方法为：将环氧树脂、聚乙二醇、滑石粉、紫外线吸收剂和光稳定剂混合导入反应釜中，在80℃下，以180r/min的转速搅拌反应0.4h，再升温至85℃，在350r/min的转速下搅拌反应15min，冷却至常温后，即可得到环氧树脂预聚液。步骤b的改性复合纳米粉末的制备方法为：将过硫酸铵溶液与复合纳米粉末混合搅拌，超声波振荡处理10min，经过滤、干燥，即可得到改性复合纳米粉末。复合纳米粉末由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳化硼和纳米氮化硅混合而成。实施例2一种电力设备用绝缘材料，包括以下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶28份、环氧树脂预聚液13份、改性苘麻纤维10份、钛酸丁酯8份、炭黑8份、氧化铝颗粒8份、改性复合纳米粉末11份、无水乙醇7份、抗氧剂5份、相容剂7份和交联剂4份。一种电力设备用绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌至完全溶解，再加入氧化铝颗粒和改性苘麻纤维，在65℃下加热并搅拌18min，再升温至85℃，加热去除无水乙醇，得到材料一；b、将甲基乙烯基硅橡胶、环氧树脂预聚液、改性复合纳米粉末和材料一混合均匀，导入密炼机中，在145℃下密炼1.5h，得到材料二；c、将材料二导入真空环境中，缓慢搅拌15min，去除气泡，得到材料三；d、将材料三、炭黑、抗氧剂、相容剂和交联剂一同导入双螺杆挤出机中，在240℃下熔融挤出，即可得到成品。步骤a的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中，切成5mm的短切纤维，再置于65℃的真空干燥箱中干燥0.6h，再置于质量浓度为18%的氢氧化钠溶液中浸泡4h，浸泡完成后，取出并用去离子洗涤至ph为中性，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。步骤b的环氧树脂预聚液的制备方法为：将环氧树脂、聚乙二醇、滑石粉、紫外线吸收剂和光稳定剂混合导入反应釜中，在75℃下，以180r/min的转速搅拌反应0.5h，再升温至90℃，在300r/min的转速下搅拌反应15min，冷却至常温后，即可得到环氧树脂预聚液。步骤b的改性复合纳米粉末的制备方法为：将过硫酸铵溶液与复合纳米粉末混合搅拌，超声波振荡处理10min，经过滤、干燥，即可得到改性复合纳米粉末。复合纳米粉末由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳化硼和纳米氮化硅混合而成。实施例3一种电力设备用绝缘材料，包括以下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶27份、环氧树脂预聚液12份、改性苘麻纤维12份、钛酸丁酯9份、炭黑11份、氧化铝颗粒9份、改性复合纳米粉末8份、无水乙醇6份、抗氧剂3份、相容剂5份和交联剂4份。一种电力设备用绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌至完全溶解，再加入氧化铝颗粒和改性苘麻纤维，在65℃下加热并搅拌15min，再升温至90℃，加热去除无水乙醇，得到材料一；b、将甲基乙烯基硅橡胶、环氧树脂预聚液、改性复合纳米粉末和材料一混合均匀，导入密炼机中，在160℃下密炼1.2h，得到材料二；c、将材料二导入真空环境中，缓慢搅拌15min，去除气泡，得到材料三；d、将材料三、炭黑、抗氧剂、相容剂和交联剂一同导入双螺杆挤出机中，在220℃下熔融挤出，即可得到成品。步骤a的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中，切成5mm的短切纤维，再置于70℃的真空干燥箱中干燥0.5h，再置于质量浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡3.5h，浸泡完成后，取出并用去离子洗涤至ph为中性，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。步骤b的环氧树脂预聚液的制备方法为：将环氧树脂、聚乙二醇、滑石粉、紫外线吸收剂和光稳定剂混合导入反应釜中，在75℃下，以200r/min的转速搅拌反应0.5h，再升温至90℃，在300r/min的转速下搅拌反应12min，冷却至常温后，即可得到环氧树脂预聚液。步骤b的改性复合纳米粉末的制备方法为：将过硫酸铵溶液与复合纳米粉末混合搅拌，超声波振荡处理10min，经过滤、干燥，即可得到改性复合纳米粉末。复合纳米粉末由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳化硼和纳米氮化硅混合而成。对比例1采用现有技术中电力设备用的普通绝缘材料进行实验对比。检测以上实施例和对比例制备的成品，得到以下检测数据：表一：检测项目实施例1实施例2实施例3对比例1弹性模量（mpa）560575575540拉伸强度（mpa）24.825.325.522.1断裂伸长率（%）630620640560相对介电常数2.122.162.122.18介电损耗因数3.6×10-53.3×10-53.8×10-52.2×10-5体积电阻率（ω·m）5.2×10155.1×10155.4×10154.9×1015由表一所得的实验数据，可以得出，本发明的制备方法制备的成品的各项性能显著优异于现有技术中的普通产品，并且在本发明的实施例3中优选的制备方案，其得到的成品性能最为优异。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12