一种表面具有均匀空穴分布的聚合物绝缘子及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压电气绝缘材料技术领域，特别设及一种表面具有均匀空穴分布的 聚合物基复合材料绝缘子及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 绝缘子是一种用于电气绝缘和机械固定的部件，它的作用是将不同电位的导电体 在机械上相互连接，在电气上相互绝缘。随着科学技术的发展，绝缘子的沿面闪络现象成为 真空电气设备中面临的一个突出问题，沿面闪络使绝缘子的耐压能力远低于其体积击穿电 压，并大大低于相同距离的真空间隙。随着高功率脉冲技术在国民经济和国防建设中作用 的日益凸显，高功率微波源、强流粒子束加速器、高强度X射线源、高功率脉冲激光器等大 型尖端设备向更高功率、高容量、小型化方向迅速发展，大型设备中真空绝缘器件的沿面闪 络强度的提高面临更大的挑战。因此，发展具有良好真空绝缘闪络特性的绝缘体具有重要 的意义。
[0003] 真空沿面闪络现象，事实上是一种在绝缘体表面气体脱附后形成的高气密环境中 发生的贯穿性放电过程。用于解释真空沿面闪络的理论主要有二次电子发射雪崩理论，该 理论强调从阴极、真空和绝缘材料表面=结合处发射的初始电子对绝缘表面的碰撞引起了 二次电子发射，二次电子再次碰撞绝缘表面导致电子崩，进而引起表面吸附气体脱附并电 离而引发闪络。因此，通过改变绝缘体表面结构和微观形貌的方式改变二次电子的轨迹对 提高绝缘体真空闪络特性有非常重要的影响。国内外研究者尝试了机械抛光、电火花处理、 激光刻蚀等多种方法对绝缘体表面粗趟度进行调整，但存在提高真空绝缘闪络特性幅度不 大、可靠性不高、重复性差等不足。该主要是因为传统的物理处理表面方法都存在一定的随 机性，因而对材料表面粗趟度的改变存在较大的分散性，而且在打磨改变材料表面粗趟度 的同时对材料表面也不可避免地造成了一定程度的破坏。该些因素使通过物理方法提高闪 络电压的实际应用得到了很大限制。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术存在制备的聚合物绝缘子表面击穿电压较低，难W满足真空高 压装置对绝缘技术要求的技术问题，本发明提供了一种表面具有均匀空穴分布的聚合物绝 缘子及其制备方法。本发明采用化学法制备了一种表面具有均匀空穴分布的聚合物复合材 料绝缘子，在空穴制备过程中，不仅对材料表面不会造成任何程度的破坏，而且表面空穴的 直径和密度分布可准确控制，实现了绝缘体表面击穿电压的提高。
[0005] 本发明的技术解决方案：
[0006] 一种表面具有均匀空穴分布的聚合物绝缘子，其特殊之处在于；包括聚合物基体 和均匀分散在聚合物基体内的氧化物颗粒，所述聚合物基体表面均匀分散有空穴，所述空 穴是采用无机酸化学腐蚀的方法将聚合物基体表面的氧化物颗粒腐蚀去除形成的，所述氧 化物颗粒的材料为易溶于无机酸的氧化物。
[0007] 上述聚合物基体的材料为；聚苯己締、聚甲基丙締酸甲醋、环氧树脂；所述氧化物 颗粒的材料为二氧化娃、氧化儀、=氧化二铁或氧化侣。
[000引上述氧化物颗粒的粒径为50nm~10ym;所述氧化物颗粒占聚合物基体的质量百 分数为1 %~20%。
[0009] 上述氧化物颗粒的粒径为200nm~1ym，所述氧化物颗粒占聚合物基体的质量百 分数为2%~10%。
[0010] 一种表面具有均匀空穴分布的聚合物绝缘子制备方法，其特殊之处在于；制备过 程按W下步骤进行：
[0011] 1】制备氧化物颗粒/聚合物单体分散液：
[0012] 在室温下，将纳米气相二氧化娃与聚合物单体混合均匀，然后再加入氧化物颗粒， 超声揽拌均匀，得到均匀分散的氧化物颗粒/聚合物单体分散液；所述氧化物颗粒的材料 为易溶于无机酸的氧化物；
[0013] 2】制备氧化物颗粒/聚合物复合材料：
[0014] 将氧化物颗粒/聚合物单体分散液进行聚合，得到均匀分散的氧化物颗粒/聚合 物复合材料；聚合温度为80~120°C，优选为80~90°C;
[0015] 3】聚合物绝缘子的加工；
[0016] 通过机械加工的方法将氧化物颗粒/聚合物复合材料加工成聚合物绝缘子；
[0017] 4】制备表面具有均匀空穴分布的聚合物绝缘子：
[001引采用无机酸化学腐蚀的方法将绝缘子表面氧化物颗粒腐蚀去除，得到一种表面具 有均匀空穴分布的聚合物绝缘子。
[0019] 上述聚合物的材料为聚苯己締、聚甲基丙締酸甲醋或环氧树脂，所述氧化物颗粒 的材料为二氧化娃、氧化儀、=氧化二铁或氧化侣。
[0020] 上述纳米气相二氧化娃的粒径为5nm~30nm，所述纳米气相二氧化娃占聚合物单 体的质量百分数为0. 2%~5% ;
[0021] 上述纳米气相二氧化娃的粒径优选为5nm~20nm，纳米气相二氧化娃占聚合物单 体的质量百分数优选为1 %~4%。
[0022] 上述氧化物颗粒的粒径为50nm~10ym，所述氧化物颗粒占聚合物基体的质量百 分数为1 %~20 % ;所述氧化物颗粒的粒径优选为200nm~1ym，所述氧化物颗粒占聚合 物基体的质量百分数优选为2%~10%。
[0023]当氧化物颗粒的材料为二氧化娃颗粒，所述无机酸为氨氣酸。
[0024] 采用本发明的技术方案，具有W下有益效果：
[0025] 1.本发明采用的氧化物颗粒/聚合物复合材料的制备与表面氧化物颗粒化学腐 蚀去除相结合的技术，在聚合物绝缘子表面所获得空穴分布均匀，且空穴直径和密度易控 审IJ，操作简单，影响因素少。该方法不仅显著地提高了绝缘体的表面击穿电压，而且材料内 部也由于氧化物颗粒的存在使聚合物材料力学性能得到显著改善。
[0026] 2、本发明的制备方法（即聚合物复合材料制备与表面氧化物颗粒化学腐蚀去除 相结合的技术）可用于真空高压绝缘器件领域及其他高压绝缘领域。
[0027] 3、本文明提出的表面均匀分布空穴制备技术具有应用面广的特点，不仅可应用于 聚苯己締、聚甲基丙締酸甲醋、环氧树脂等聚合物体系，而且对聚己締、聚丙締、巧龙、聚苯 離等高分子聚合物绝缘子材料也具有有效性。
[002引 4、本发明所提供的聚合物绝缘子的表面空穴尺寸和密度分布均匀，且方便控制， 绝缘体表面击穿电压提高效果显著，重现性好，工艺难度小、成本低等。
【附图说明】
[0029] 图1为制备流程图；
[0030] 图2为氧化物颗粒均匀分布的聚合物复合材料；
[0031] 图3为无机酸腐蚀后形成的表面具有均匀空穴分布的聚合物复合材料。
【具体实施方式】
[0032] 本发明为一种表面具有均匀空穴分布的聚合物绝缘子制备方法，其原理是；通过 在聚合物单体溶液中加入防沉降作用的纳米气相二氧化娃，使粒径较大的氧化物颗粒能均 匀分散于聚合物单体溶液中，并通过聚合反应，实现均匀分布的氧化物颗粒/聚合物复合 材料的制备；通过无机酸的腐蚀，将复合材料表面的氧化物颗粒去除，获得表面具有均匀空 穴分布的聚合物绝缘子。其中，表面空穴的直径和密度分布由控制氧化物颗粒粒径和质量 百分数决定。
[0033] 制备过程按W下步骤进行：
[0034] 1、制备氧化物颗粒/聚合物单体的分散液：在室温下，将一定量的纳米气相二氧 化娃与聚合物单体混合均匀，然后向反应体系中加入一定颗粒粒径的氧化物颗粒，超声分 散均匀，得到均匀分散的稳定氧化物颗粒/聚合物单体混合液；
[0035] 2、制备复合聚合物材料；将氧化物颗粒/单体混合液在一定温度下进行聚合，得 到均匀分散的氧化物颗粒/聚合物复合材料；
[0036] 3、聚合物绝缘子的加工；通过机械加工的方法将复合材料加工成聚合物绝缘子；
[0037] 4、制备表面具有均匀空穴分布的聚合物绝缘子；采用无机酸化学腐蚀的方法将表 面氧化物颗粒腐蚀去除，绝缘子内部的氧化物颗粒在聚合物保护作用下避免被腐蚀，最终 获得一种表面具有均匀微米或