一种纳米钛复合有机硅涂层液及绝缘件的表面处理方法与流程

本发明涉及环氧树脂改性方法，尤其是一种纳米钛复合有机硅涂层液及绝缘件的表面处理方法。

背景技术：

1、随着中国电力工业的突飞猛进和开关技术的发展，户外开关产品的应用范围越来越广，使用量也越来越大，随之对户外开关用户外环氧树脂系统的使用量也越来越大和技术要求也越来越高。

2、传统的户外用环氧树脂为脂环族环氧树脂，脂环族环氧树脂分子结构中不含不饱和双键，具有优异的耐紫外线能力，适合在户外环境下长期使用，但其与户内的双酚a环氧树脂相比，存在韧性低、耐开裂性能差等缺点，且价格远高于户内双酚a环氧树脂。

3、户内双酚a环氧树脂，即普通双酚a型环氧树脂，由于其分子结构中苯环双键的存在,使其耐紫外线辐照能力差，长期户外使用会导致浇注件的苯环双键的断裂，表面粉化，致使耐电弧、耐漏电痕迹性等性能变差，最终影响了环氧浇注件可靠性。

4、目前，通过对户内双酚a绝缘件进行改性，可以提升其表面性能，例如，发明专利申请cn104293109a公开了一种用于户外互感器电气绝缘涂层的环氧树脂复合材料，是由下列重量份的原料制成：聚丁二烯环氧树脂55-60、花籽粉1-2、尼龙66纤维2-3、椰油酸单乙醇酰胺3-5、丁醇10-12、柠檬酸9-11、甲基六氢邻苯二甲酸酐6-9、纳米氧化锌1.2-3.2、甘草酸二钾0.7-1.2、3-氨丙基三甲氧基硅烷0.9-1.4、甲基异噻唑啉酮1.3-3.5、n,n’-二苯基硫脲2.1-3.5、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯0.8-1.5、助剂4-7。该方案有效解决了现有传统环氧树脂性能单一的问题，制成的环氧树脂复合材料具有物理化学性能优良、耐高低温、耐紫外线照射、抗老化、硬度高、绝缘效果良好等优点，适用于户外互感器及其它电力设备电气绝缘。

5、但是，上述复合材料改性由于引入了花籽粉、尼龙66纤维、纳米氧化锌等改性剂，破坏了环氧树脂本有的材料结构，降低了材料的韧性，使得其运用收到限制，无法运用到需要一定变形空间的场景中。同时，这种方式的成本较高，需要对整个绝缘件的材料进行替换，进而需要对绝缘件的加工成型工艺产生影响，整个生产调试投入的周期较长。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有的普通双酚a型环氧树脂制成的户内双酚a绝缘件存在的耐候性差问题，提供一种纳米钛复合有机硅涂层液，将其涂覆在户内双酚a绝缘件表面形成耐紫外涂层，使该绝缘件材料性能既保持有户内环氧优异的韧性，又具备户外环氧优异的耐候性。

2、具体方案如下：

3、一种纳米钛复合有机硅涂层液，由以下重量百分比的原料制备得到：前驱体5～20％，溶剂30％～65％，辅助成膜剂10％～30％，酸性催化剂0.05～3％，疏水改性剂1～10％，余量为水；所述前驱体为钛酸酯，所述疏水改性剂为c8～c16烷基三甲氧基硅氧烷或c8～c16烷基三乙氧基硅氧烷中一种或两种。

4、其中疏水改性剂对于涂层液的使用效果有重要影响，通常环氧树脂表面光滑，难以牢固黏附层结构。本发明中涂层液通过涂覆工艺，即可在环氧树脂绝缘件的表面形成黏附涂层，该涂层具有极高的稳定性和黏附力，其中疏水改性剂对于涂层的黏附具有良好的促进效果。

5、进一步的，涂层液可以由以下重量百分比的原料制备得到：前驱体8～18％，溶剂40％～60％，辅助成膜剂10％～30％，酸性催化剂0.05～3％，疏水改性剂1～10％，余量为水；或者，

6、前驱体8～18％，溶剂30％～65％，辅助成膜剂10％～30％，酸性催化剂0.05～3％，疏水改性剂3～8％，余量为水；或者，

7、前驱体8～18％，溶剂30％～65％，辅助成膜剂15％～25％，酸性催化剂0.05～3％，疏水改性剂1～10％，余量为水；或者，

8、前驱体5～15％，溶剂40％～65％，辅助成膜剂12％～25％，酸性催化剂0.05～3％，疏水改性剂3～8％，余量为水；或者，

9、前驱体15％，溶剂60％，辅助成膜剂20％，酸性催化剂1.5％，疏水改性剂3％，余量为水。

10、通过前述配方组成和浓度配比，可以实现涂层液的固含量为15～30wt％，有利于后续的涂覆操作。当固含量低于15wt％，难以通过涂覆方式形成有效含量的黏附层；而高于30wt％则容易出现涂层固化后不均匀、表面平整度不佳问题。

11、进一步的，所述前驱体化学式如式(ⅰ)所示：

12、

13、其中，r1为-(ch2)nch3，其中n为0～2的整数，优选为1或2；

14、任选地，所述溶剂为醇，优选为乙醇、异丙醇中一种或两种。

15、进一步的，所述辅助成膜剂为含环氧基团的可水解硅烷，化学式如式(ⅱ)所示：

16、

17、其中，r2为-ch2o(ch2)m-，m为2～4的整数；r3是甲基或乙基；

18、任选地，所述酸性催化剂为无机酸。

19、进一步的，所述纳米钛复合有机硅涂层液的制备方法为：在20℃～30℃下将各原料按比例混合后，以200～400rpm搅拌速度混合1～4小时，随后室温下静置陈化2～10小时，得到固含量为15～30wt％的溶液。上述工艺条件有利于保证产品的固含量在稳定的范围内。

20、本发明还保护一种绝缘件的表面处理方法，包括以下步骤：

21、s1、获得表面清洁的绝缘件；

22、s2、采用所述纳米钛复合有机硅涂层液，对所述绝缘件的清洁表面进行涂覆；

23、任选地，所述涂覆的方式为滚涂、刷涂、浸涂或喷涂中任意一种；

24、s3、对完成涂覆的绝缘件进行固化处理。

25、进一步的，s1中所述绝缘件的表面材料为双酚a环氧树脂；

26、优选地，对所述绝缘件进行表面清洁的方法为环保型清洗剂清洗、等离子表面处理、砂纸磨抛表面中至少一种；其中，所述环保型清洗剂清洗是在50～60℃下超声清洗20～50min，然后纯水清洗1-2min，重复1-3次，最后用无水乙醇超声清洗1-2分钟后进行表面干燥；所述等离子表面处理是采用功率800w～1000w，常温下等离子处理环氧表面2～5min；所述砂纸磨抛表面是依次使用400#、600#、800#、1000#砂纸对环氧绝缘件表面进行磨抛表面，直至表面粗糙度ra≤0.5，进而为后续的涂覆作业创造有利条件。

27、进一步的，s2中所述涂覆是在温度20～25℃，湿度50％±5％的洁净环境中，进行涂覆作业。涂覆作业的成功与否，除了与涂层液的固化量、涂覆的速度及次数有关，操作的温度、湿度、环境的洁净度均会影响涂层质量。在前述的环境中，有利于涂层液干燥成膜，获得品质优良的涂层，这不仅表现在涂层的光滑度和平整度较好，而且涂层与绝缘件的黏附效果牢固，进而降低受光照影响的粉化和失重。涂覆作业中还需要控制样品旋转的速度，优选通过表干的方式使表面涂层均匀附着。

28、优选地，所述滚涂的方法包括：将配置好的涂层液倒入敞口的容器中，待涂绝缘件悬挂于涂层液的上方，以10-15rpm速率水平地旋转；升起涂层液，使待涂绝缘件的表面浸入涂层液1-2mm，并且在涂层液中滚动1-3圈后，下降涂层液容器使绝缘件脱离涂层液面；表面涂覆上涂层液的绝缘件接着以20-30rpm速度转动5-10min，直至绝缘件表面的涂层均匀附着在绝缘件表面，不再流动；最后将绝缘件在室温下静置10-15min表干。采用前述的滚涂方法，可以获得表面平整、光滑的涂层，具有较好的黏附效果和稳定性。

29、优选地，所述浸涂的方法包括：将待涂绝缘件浸没在涂层液中，使其浸染上涂层液；然后以1-10cm/min的速度提升绝缘件，使其完全脱离涂层液面；最后将表面涂覆好的绝缘件在室温下旋转10-20min，直至表面涂层液不再流动为止。采用前述的浸涂方法，可以获得表面平整、光滑的涂层，具有较好的黏附效果和稳定性。

30、优选地，所述喷涂的方法包括：将待涂绝缘件安装在转动支架上，以10-15rpm速率旋转，使用喷漆枪在距离绝缘件表面5-10cm的距离位置，对着绝缘件表面进行喷涂，表面喷涂1-2次后，停止喷涂，绝缘件继续旋转5-10min后，室温下静置10-20min，直至绝缘件表面涂层液基本表干，无流痕为止。采用前述的喷涂方法，可以获得表面平整、光滑的涂层，具有较好的黏附效果和稳定性。

31、进一步的，s3中所述固化处理包括：室温下干燥20～30min后，然后在80℃～100℃下干燥24～48小时。

32、本发明还保护所述绝缘件的表面处理方法得到的绝缘件，所述绝缘件在紫外照射条件：1a型紫外灯uva-340，模拟300nm～340nm的日光，灯管功率20w，共6pcs，照射3个月的失重率小于0.04％。

33、有益效果：本发明中纳米钛复合有机硅涂层液可以采用滚涂、刷涂、浸涂或喷涂等涂覆工艺，在环氧树脂绝缘件的表面形成黏附涂层，固化后性质稳定，不改变绝缘件原有的外观和韧性，同时可显著提升耐紫外性能，可广泛运用于现有的户内环氧绝缘件，以及户外环氧绝缘件。

34、本发明中纳米钛复合有机硅涂层液在绝缘件表面形成具有纳米尺度复合的有机-无机杂化膜层，使绝缘件表面具有极强的耐紫外特性，在户外阳光长期照射下，表面不会发生粉化，保持优良的耐电弧、耐漏电痕迹性等，而且相同时间和强度下耐紫外对比，其耐紫外性能远远超过传统户外环氧浇注材料，且成本比传统的户外环氧浇注绝缘件低很多，按照常规apg生产的产品估算，单件降低成本约30-50％，具有极大的经济效益。