220kV变电站二次设备预制舱的制作方法

文档序号:15741643发布日期:2018-10-23 22:23阅读:217来源:国知局

本发明属于变电站二次设备技术领域,尤其是涉及一种220kV变电站二次设备预制舱。



背景技术:

继电保护等变电站二次设备为电网安全稳定运行提供了重要保障。220kV变电站二次设备一般组屏布置于主控室,如220kV线路保护屏、110kV母联保护屏、110kV母线保护屏、主变测控屏等,实现功能不同,电压等级不同,就造成屏柜数量多,占地面积大。屏柜下方设有电缆沟,用于连通一次设备区与主控室。电缆沟在设计、施工过程中往往需要土建专业与电气二次专业互相配合校对,施工周期长,任意一个专业出现错误,就会影响全站电缆/光缆的敷设,进而影响设备运行的可靠性。

因此,为了灵活布置二次设备、减轻变电站用地紧张局面,保证二次设备运行安全可靠,简化电缆/光缆敷设,有必要建立一种220kV变电站预制舱,取代传统主控室,实现二次设备的优化布置。

申请公布号 CN 104143774 A的发明申请公开了一种应用于变电站设备技术领域的智能变电站二次设备预制舱结构,预制舱结构的舱体 (1) 包括舱体框架 (2),舱体板件 (3),舱体框架 (2) 由多根横杆 (4) 和多个方形的连接环(5)焊接而成,六块舱体板件(3)分别焊接在舱体框架(2)的六个外侧面上,专用角件(6)设置为呈“工”字型的结构,每个专用角件 (6) 上分别设置凸起的定位凸块(7),位于舱体框架(2)底部的舱体板件 (3) 上设置与定位凸块 (7) 数量相等的定位凹槽 (8),该发明的预制舱结构,结构简单,能够快速方便地实现组装并投入应用,并且不需要现场土建施工工作完成才能在现场组装,从而提高组装效率,降低施工现场施工及预制舱组装难度。但是该发明申请未对电缆/光缆的敷设进行优化布局。

授权公告号为CN 207200099 U的实用新型专利公开了一种变电站中使用的预制舱,特别是一种35kV及10kV配电装置和二次设备组合预制舱,其结构要点在于,包括有舱体以及安装在舱体内的35kV配电装置、10kV配电装置和二次设备,所述舱体由两个分舱体A、B组合拼接而成,35kV配电装置、10kV配电装置呈线性分布,并安装在分舱体A中,并分别通过螺栓与分舱体A固定,而二次设备则安装在分舱体B中;35kV配电装置及10kV配电装置与二次设备之间为共用操作通道,舱体的舱门设置在分舱体B上。优点在于,节约占地面积、减少舱体数量、降低运输成本、减少现场拼接工程量。然而,该实用新型同样未对电缆/光缆的敷设进行优化布局。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种220kV变电站二次设备预制舱,具有占地面积小、布局灵活、空间利用率高,二次设备运行可靠,电缆/光缆敷设合理的的优点。

为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:

220kV变电站二次设备预制舱,包括长方体形状的预制舱壳体,所述预制舱壳体内设置三个横向承重板和多个与三个所述横向承重板配合的竖向支撑板,三个所述横向承重板由上至下将所述预制舱壳体的内腔分隔为220kV二次设备区、主变二次设备区、110kV二次设备区和线缆收纳区,每个所述竖向支撑板上均左右贯通开设有四个第一电缆孔,且四个所述第一电缆孔分别位于所述220kV二次设备区、主变二次设备区、110kV二次设备区和线缆收纳区内;所述竖向支撑板的数量为2-10个。

进一步地,所述预制舱壳体的左侧板、右侧板和后侧板上靠近底部位置均设置有第二电缆孔。

进一步地,所述横向承重板上开设有散热孔。

进一步地,所述预制舱壳体、横向承重板和竖向支撑板的表面均设置一层绝缘耐腐蚀层,所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂20-28重量份、聚四氟乙烯12-18重量份、偶联剂3.8-5.5重量份、纳米氧化物12-17重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵4.5-5.6重量份、聚偏氟乙烯17-22重量份、N,N-二甲基乙酰胺35-44重量份、防水剂6.7-7.2重量份、耐腐蚀剂8.9-9.6重量份、抑制剂3.4-4.7重量份、阻燃剂3.3-4.2重量份、丙酮20-26重量份,水40-55重量份。

进一步地,所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。

进一步地,所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

进一步地,所述防水剂为甲基硅酸钠或甲基硅酸钾。

进一步地,所述耐腐蚀剂为聚天冬氨酸、六亚甲基四胺中的一种或两种。

进一步地,所述耐腐蚀剂为聚天冬氨酸和六亚甲基四胺的混合物,重量比聚天冬氨酸:六亚甲基四胺为3:7。

进一步地,所述抑制剂为苯乙烯或对苯二酚。

进一步地,所述阻燃剂为阻燃剂DDP、阻燃剂DOPO、磷酸三甲苯酯中的一种或多种。

进一步地,所述阻燃剂为阻燃剂DDP、阻燃剂DOPO、磷酸三甲苯酯的混合物,重量比阻燃剂DDP:阻燃剂DOPO:磷酸三甲苯酯为3:2:5。

进一步地,所述绝缘耐腐蚀层的制备方法包含如下步骤:

1)将12-17重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥13-14h后,与20-26重量份的丙酮混合,加入3.8-5.5重量份的偶联剂,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300-400r/min,搅拌时间为2-4h,抽滤,将滤液在75-80℃烘箱中烘干6-8h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将17-22重量份的聚偏氟乙烯、将35-44重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在90-120℃,搅拌转速为200-300r/min,搅拌2-3h,得到混合物一;

3)将20-28重量份的环氧树脂、12-18重量份的聚四氟乙烯、4.5-5.6重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、40-55重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌4-6h,搅拌速度为600-800r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼10-15min,混炼温度为115-130℃,得到一次混炼物;

向步骤4)得到的一次混炼物中加入6.7-7.2重量份的防水剂、8.9-9.6重量份的耐腐蚀剂、3.4-4.7重量份的抑制剂、3.3-4.2重量份的阻燃剂,在密炼机中继续混炼40-60min,混炼温度为115-130℃,即得。

本发明的有益效果是:

(1)220kV变电站全站设置一个二次设备预制舱,预制舱壳体的左侧板、右侧板和后侧板上靠近底部位置均设置有第二电缆孔,进出线缆方便,可布置在一次设备区内或变电站内任意空余位置,布局方式灵活。

(2)预制舱壳体内二次设备分层分区,二次设备可按安全等级或间隔分层布置在设备架上,方便运维检修,提高电网和设备安全运行可靠性。

(3)预制舱壳体内二次设备组架布置,能高效利用舱内空间,减少占地面积。

(4)预制舱壳体内不设电缆沟,减少土建工程量,设置电缆/光缆走线槽和电缆/光缆余长收纳区,利于线缆敷设和检修维护,提高变电站建设和运维效率。

(5)预制舱壳体与二次设备一体化设计,可实现工厂化预制,工厂安装、调试,整舱运输至施工场地。减少变电站内施工、调试工作量,提高施工效率,缩短建设周期,最大限度实现即插即用和绿色施工。

此外,绝缘耐腐蚀层中选用环氧树脂作为防腐蚀的材料,不但抗水、抗渗漏性好,强度较高,同时附着力强,介电性能良好,变形收缩率小,可提高材料的稳定性和柔韧性。本发明中的绝缘耐腐蚀层采用的环氧树脂为酚醛环氧树脂,具有良好的机械性能,耐热性更好。

聚四氟乙烯具有极好的耐热性和耐低温性,介电常数较小,绝缘电阻极高,绝缘性能优异,且化学性能稳定,机械性能良好,本发明中的绝缘耐腐蚀层采用聚四氟乙烯与环氧树脂有机结合,充分发挥二者的优良性能,提高材料的耐腐蚀和绝缘性能。

采用偶联剂改性纳米氧化物,提高纳米粒子的亲油性,使其更容易在有机溶剂中分散,增强分子之间的相容性,表现出良好的界面现象,提高材料的力学性能。

聚二烯基丙二甲基氯化铵与纳米氧化物粒子有机结合,提高材料的耐腐蚀性,同时增强环氧树脂的固化效果。聚偏氟乙烯与N,N-二甲基乙酰胺相结合,提高材料的冲击强度和韧性,增强材料的耐磨性,同时聚偏氟乙烯具有优良的耐化学腐蚀性能,与环氧树脂和聚四氟乙烯相结合,共同提高材料的综合性能。本发明在聚偏氟乙烯与N,N-二甲基乙酰胺混合的过程中,通入氮气,降低空气中气体杂质的混入,保证各组分的纯度。

防水剂增强憎水性,提高材料的抗渗防潮能力,耐腐蚀剂提高材料耐酸碱性能,增强化学稳定性,延长材料的使用寿命。抑制剂能够抑制空间电荷分布,提高材料的绝缘性能,同时与耐腐蚀剂相结合,起到耐腐、缓蚀的作用。阻燃剂具有较高的氧指数,与各组分有机结合,阻燃效果好,增强安全性能,丙酮为有机溶剂。

本发明中通过各种材料有机结合,发挥各组分的协同效应制得的绝缘耐腐蚀层,能够有效抑制绝缘材料中的空间电荷聚集,耐腐蚀和绝缘性能优良,介电常数均在1.5以下。同时,具有良好的防水、阻燃性能,机械性能优良,拉伸强度在23.5MPa以上,断裂伸长率在520%以上,综合性能优异。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示,220kV变电站二次设备预制舱,包括长方体形状的预制舱壳体1,所述预制舱壳体1内设置三个横向承重板2和多个与三个所述横向承重板2配合的竖向支撑板3,三个所述横向承重板2由上至下将所述预制舱壳体1的内腔分隔为220kV二次设备区4、主变二次设备区5、110kV二次设备区6和线缆收纳区7,每个所述竖向支撑板3上均左右贯通开设有四个第一电缆孔8,且四个所述第一电缆孔8分别位于所述220kV二次设备区4、主变二次设备区5、110kV二次设备区6和线缆收纳区7内;所述竖向支撑板3的数量为4个。

所述预制舱壳体1的左侧板11、右侧板12和后侧板13上靠近底部位置均设置有第二电缆孔14。

所述横向承重板2上开设有散热孔15。

所述预制舱壳体1、横向承重板2和竖向支撑板3的表面均设置一层绝缘耐腐蚀层,所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂20重量份、聚四氟乙烯12重量份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷3.8重量份、纳米氧化物12重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵4.5重量份、聚偏氟乙烯17重量份、N,N-二甲基乙酰胺35重量份、甲基硅酸钠6.7重量份、聚天冬氨酸8.9重量份、苯乙烯3.4重量份、阻燃剂DDP3.3重量份、丙酮20重量份,水40重量份。

所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将12重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥13h后,与20重量份的丙酮混合,加入3.8重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为2h,抽滤,将滤液在75℃烘箱中烘干6h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将17重量份的聚偏氟乙烯、将35重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在90℃,搅拌转速为200r/min,搅拌2h,得到混合物一;

3)将20重量份的环氧树脂、12重量份的聚四氟乙烯、4.5重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、40重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌4h,搅拌速度为600r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼10min,混炼温度为115℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入6.7重量份的甲基硅酸钠、8.9重量份的聚天冬氨酸、3.4重量份的苯乙烯、3.3重量份的阻燃剂DDP,在密炼机中继续混炼40min,混炼温度为115℃,即得。

该实施例中,每个竖向支撑板上均左右贯通开设有四个第一电缆孔,且四个第一电缆孔分别位于220kV二次设备区、主变二次设备区、110kV二次设备区和线缆收纳区内,这样,一方面为不同二次设备之间电缆/光缆连接提供通道,另一方面,利于装置和电缆/光缆的散热,保障二次设备运行可靠性。

另外,竖向支撑板的数量为4个,很显然根据本预制舱的实际需要,竖向支撑板的数量可以选择其他数量个,比如2个、3个、5个、6个、7个、8个、9个、10个等。

另外,本发明采用横向按电压等级布置二次设备,预制舱壳体内区域被三个横向承重板自上而下按电力系统安全级别分为220kV二次设备区、主变二次设备区、110kV二次设备区。这种按安全级别分区,有利于减少运维人员由于误碰撞或误操作高电压等级二次设备,而造成电力系统发生大面积停电的风险,提高设备和电网运行的安全性,这种采用按间隔布置二次设备,同一间隔二次设备纵向安放,一旦某一间隔出现故障或异常,便于运维人员迅速定位,快速查找本间隔故障设备。最下层为线缆收纳区,用于电缆/光缆的转接和收纳。本发明空间利用率高,节省占地面积,模块的可替换性强。

实施例二

其与实施例一的区别在于:所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂21重量份、聚四氟乙烯13重量份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷4重量份、纳米氧化物13重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵4.6重量份、聚偏氟乙烯18重量份、N,N-二甲基乙酰胺36重量份、甲基硅酸钠6.8重量份、六亚甲基四胺9重量份、苯乙烯3.5重量份、阻燃剂DOPO3.4重量份、丙酮21重量份,水41重量份。

所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将13重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥13.5h后,与21重量份的丙酮混合,加入4重量份的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为350r/min,搅拌时间为2.5h,抽滤,将滤液在75℃烘箱中烘干6.5h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将18重量份的聚偏氟乙烯、将36重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在95℃,搅拌转速为250r/min,搅拌2.5h,得到混合物一;

3)将21重量份的环氧树脂、13重量份的聚四氟乙烯、4.6重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、41重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌4.5h,搅拌速度为650r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼11min,混炼温度为120℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入6.8重量份的甲基硅酸钠、9重量份的六亚甲基四胺、3.4重量份的苯乙烯、3.3重量份的阻燃剂DOPO,在密炼机中继续混炼45min,混炼温度为120℃,即得。

实施例三

其与实施例一的区别在于:所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂23重量份、聚四氟乙烯14重量份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷4.2重量份、纳米氧化物14重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵4.8重量份、聚偏氟乙烯19重量份、N,N-二甲基乙酰胺37重量份、甲基硅酸钠6.9重量份、六亚甲基四胺9.2重量份、对苯二酚3.7重量份、磷酸三甲苯酯3.6重量份、丙酮22重量份,水43重量份。

所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将14重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥14h后,与22重量份的丙酮混合,加入4.2重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为3h,抽滤,将滤液在80℃烘箱中烘干7h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将19重量份的聚偏氟乙烯、将37重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在100℃,搅拌转速为300r/min,搅拌3h,得到混合物一;

3)将23重量份的环氧树脂、14重量份的聚四氟乙烯、4.8重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、43重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌5h,搅拌速度为700r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼12min,混炼温度为125℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入6.9重量份的甲基硅酸钠、9.2重量份的六亚甲基四胺、3.7重量份的对苯二酚、3.6重量份的磷酸三甲苯酯,在密炼机中继续混炼50min,混炼温度为125℃,即得。

实施例四

所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量同实施例三。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将14重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥14h后,与22重量份的丙酮混合,加入4.2重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为3h,抽滤,将滤液在80℃烘箱中烘干8h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将19重量份的聚偏氟乙烯、将37重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在100℃,搅拌转速为300r/min,搅拌3h,得到混合物一;

3)将22重量份的环氧树脂、14重量份的聚四氟乙烯、4.8重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、43重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌5h,搅拌速度为800r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼15min,混炼温度为130℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入6.9重量份的甲基硅酸钠、9.2重量份的六亚甲基四胺、3.7重量份的对苯二酚、3.6重量份的磷酸三甲苯酯,在密炼机中继续混炼60min,混炼温度为130℃,即得。

实施例五

所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂25重量份、聚四氟乙烯15重量份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷4.5重量份、纳米氧化物15重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵5重量份、聚偏氟乙烯19重量份、N,N-二甲基乙酰胺39重量份、甲基硅酸钾7.0重量份、耐腐蚀剂9.2重量份、对苯二酚4重量份、阻燃剂3.8重量份、丙酮24重量份,水48重量份。

所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

所述耐腐蚀剂为聚天冬氨酸和六亚甲基四胺的混合物,重量比聚天冬氨酸:六亚甲基四胺为3:7。

所述阻燃剂为阻燃剂DDP、阻燃剂DOPO、磷酸三甲苯酯,重量比阻燃剂DDP:阻燃剂DOPO:磷酸三甲苯酯为3:2:5。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将15重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥14h后,与24重量份的丙酮混合,加入4.5重量份的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为350r/min,搅拌时间为3h,抽滤,将滤液在75℃烘箱中烘干7h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将19重量份的聚偏氟乙烯、将39重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在110℃,搅拌转速为250r/min,搅拌3h,得到混合物一;

3)将25重量份的环氧树脂、15重量份的聚四氟乙烯、5重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、48重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌5h,搅拌速度为700r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼13min,混炼温度为120℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入7.0重量份的甲基硅酸钠、9.2重量份的耐腐蚀剂、4重量份的对苯二酚、3.8重量份的阻燃剂,在密炼机中继续混炼50min,混炼温度为120℃,即得。

实施例六

所述绝缘耐腐蚀层包括的组分及其含量为同实施例五,但与实施例五不同的是,本实施例采用的阻燃剂为阻燃剂DDP。

该绝缘耐腐蚀层的制备方法同实施例五。

实施例七

所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂27重量份、聚四氟乙烯16重量份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷5.2重量份、纳米氧化物16重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵5.4重量份、聚偏氟乙烯20重量份、N,N-二甲基乙酰胺42重量份、甲基硅酸钠7.1重量份、聚天冬氨酸9.4重量份、苯乙烯4.6重量份、阻燃剂4.1重量份、丙酮25重量份,水54重量份。

所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

所述阻燃剂为阻燃剂DDP、阻燃剂DOPO、磷酸三甲苯酯,重量比阻燃剂DDP:阻燃剂DOPO:磷酸三甲苯酯为3:2:5。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将16重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥14h后,与25重量份的丙酮混合,加入5.2重量份的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为300r/min,搅拌时间为3h,抽滤,将滤液在80℃烘箱中烘干7.5h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将20重量份的聚偏氟乙烯、将42重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在115℃,搅拌转速为250r/min,搅拌3h,得到混合物一;

3)将27重量份的环氧树脂、16重量份的聚四氟乙烯、5.4重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、54重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌5.5h,搅拌速度为750r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼14min,混炼温度为125℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入7.1重量份的甲基硅酸钠、9.4重量份的聚天冬氨酸、4.6重量份的苯乙烯、4.1重量份的阻燃剂DOPO,在密炼机中继续混炼55min,混炼温度为125℃,即得。

实施例八

所述绝缘耐腐蚀层包含的组分及其含量为:环氧树脂28重量份、聚四氟乙烯18重量份、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷5.5重量份、纳米氧化物17重量份、聚二烯基丙二甲基氯化铵5.6重量份、聚偏氟乙烯22重量份、N,N-二甲基乙酰胺44重量份、甲基硅酸钾7.2重量份、耐腐蚀剂9.6重量份、苯乙烯4.7重量份、阻燃剂4.2重量份、丙酮26重量份,水55重量份。

所述纳米氧化物为纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物,重量比纳米氧化镁:纳米二氧化硅:纳米二氧化钛为4:3:3。

所述耐腐蚀剂为聚天冬氨酸和六亚甲基四胺的混合物,重量比聚天冬氨酸:六亚甲基四胺为3:7。

所述阻燃剂为阻燃剂DDP、阻燃剂DOPO、磷酸三甲苯酯,重量比阻燃剂DDP:阻燃剂DOPO:磷酸三甲苯酯为3:2:5。

所述绝缘耐腐蚀层制备方法,包含如下步骤:

1)将28重量份的纳米氧化物置于80℃真空干燥箱中干燥14h后,与26重量份的丙酮混合,加入5.5重量份的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷,置于磁力搅拌器中搅拌,在20℃-25℃的条件下,转速为400r/min,搅拌时间为4h,抽滤,将滤液在80℃烘箱中烘干8h,研磨,得到表面改性的纳米氧化物粉末;

2)将22重量份的聚偏氟乙烯、将44重量份的N,N-二甲基乙酰胺置于反应釜中,通入氮气,将反应釜温度控制在120℃,搅拌转速为300r/min,搅拌3h,得到混合物一;

3)将28重量份的环氧树脂、18重量份的聚四氟乙烯、5.6重量份的聚二烯基丙二甲基氯化铵、55重量份的水混合,置于磁力搅拌器上,在20℃-25℃的条件下,搅拌6h,搅拌速度为800r/min,得到混合物二;

4)向步骤3)得到的混合二中加入步骤1)得到的纳米氧化物粉末和步骤2)得到的混合物一,置于密炼机中混炼15min,混炼温度为130℃,得到一次混炼物;

5)向步骤4)得到的一次混炼物中加入7.2重量份的甲基硅酸钾、9.6重量份的耐腐蚀剂、4.7重量份的苯乙烯、4.2重量份的阻燃剂DOPO,在密炼机中继续混炼60min,混炼温度为130℃,即得。

对比例一

所述绝缘耐腐蚀层包括的组分及其含量同实施例二,但与实施例二不同的是,该对比例未添加聚偏氟乙烯和N,N-二甲基乙酰胺。

该绝缘耐腐蚀层,包含的步骤同实施例二,但与实施例二不同的是,该对比例缺少步骤2),即将聚偏氟乙烯和N,N-二甲基乙酰胺的混合。

对比例二

所述绝缘耐腐蚀层包括的组分及其含量同实施例三,但与实施例三不同的是,该对比例未添加防水剂和抑制剂。

该绝缘耐腐蚀层,包含的步骤同实施例三,该对比例未添加防水剂和抑制剂。

对比例三

所述绝缘耐腐蚀层包括的组分及其含量同实施例五,但与实施例五不同的是,该对比例未添加耐腐蚀剂。

该绝缘耐腐蚀层,包含的步骤同实施例五,该对比例未添加耐腐蚀剂。

对比例四

所述绝缘耐腐蚀层包括的组分及其含量同实施例七,但与实施例七不同的是,该对比例缺少偶联剂。

该绝缘耐腐蚀层,包含的步骤同实施例七,但与实施例七不同的是,该对比例缺少步骤1),即未将纳米氧化物用偶联剂改性。

性能测试:

1)机械性能测试

向模具内浇注入调配好的混合液,室温下固化后得到试样。其规格为:长为30 mm,宽lO mm,厚度为100μm。采用美国美特斯CMT5305万能试验机对漆层进行应力应变测试,应变率为10mm/min。

拉伸强度是试样在拉力机上被拉断时,单位截面积上承受的负荷,用N/mm2表示,计算公式如1-1所示:

P=F/S (1-1)

式中:P一试样的拉伸强度,N/mm2

F-试样断裂时断裂截面上所受的力,N;

S-试样断裂面的面积,mm2

其中,1MPa=1N/mm2

断裂伸长率是试样被拉断时的伸长与原长度的比值,用百分率表示,计算公式如1-2所示:

E=(L1-L0)/L0 (1-2)

式中:E一断裂伸长率,%;

L0一试样原长度,mm;

L1—试样断裂时受力部分的长度,mm。

2)耐水性测试

取混合液30g于玻璃培养皿中,在烘箱中干燥,制成薄膜。采用吸水率表征薄膜的耐水性,将薄膜裁剪成15mm×15mm的正方形试样,称取试样质量(精确至0.001g)。将其放入装有蒸馏水的培养皿中,蒸馏水没过薄膜的上表面,在室温下浸泡24h后取出。用滤纸轻轻擦拭掉薄膜表面的水分,并立即称重。根据公式2-1,计算薄膜的吸水率,每个试样测试3次,取平均值。

W=(m1-m0)/m0×100% (2-1)

式中,W-薄膜的吸水率,%;

m0-试样的初始质量,g;

m1-试样吸水后的质量,g。

3)绝缘性能测试

向模具内浇注入调配好的混合液,室温下固化后得到试样。采用电容测量仪,对试样进行在线测试,通过电容计算公式(3-1),可计算得到绝缘的介电常数。

ε=Cx/Co (3-1)

式中:ε-电容量增加的倍数,即相对介电常数;

Cx-电容器两极板充满介质时的电容;

Co-电容器两极板为真空时的电容。

利用 ZC-36 型高阻计进行体积电阻率测试,将聚乙烯纳米复合材料制备成100 mm×100 mm×1 mm 的试样,将试样贴上铝箔,测试电压为 500 V。采用三

电极系统,利用高阻计对复合材料进行测量,测量数值为体积电阻,可以根据式(3-2)计算试样的体积电阻率。公式如下:

ρv=Rvπ(D1+g)/4h (3-2)

式中:ρv—体积电阻率,Ω·m;Rv—体积电阻,Ω;

D1—保护电极直径,m;g—被保护电极与保护电极之间的距离,m;

h—测试试样的厚度,m。

4)耐腐蚀测试

取混合液30g于玻璃培养皿中,在烘箱中干燥,制成薄膜试样。取三个干净的烧杯,分别配制10%浓度的盐酸和10%浓度的NaOH溶液,将试样分别浸入配制好的溶液中,保持密封环境45天后,取出试样观察薄膜表面的腐蚀情况。

实施例一至八与对比例一至五的测试分析结果如表1:

表1实施例与对比例的测试结果

从表1可以看出:1)实施例一至八均表现出良好的综合性能: 具有优良的机械性能,拉伸强度在23.5MPa以上,最高能达到 29.4MPa,断裂伸长率在520%以上,耐水、耐化学腐蚀,绝缘性能优 异,介电常数均在1.5以下,满足技术要求。2)实施例一至四采用 阻燃剂和耐腐蚀剂均为单一的一种物质,实施例五至八,采用阻燃剂 和耐腐蚀剂为两种或三种物质的混合物,实施例五至八材料的综合性 能比实施例一至四好;实施例四与实施例三相比,物质组分和含量相 同,制备方法的技术参数不同,实施例三的性能优于实施例四。3) 对比例一与实施例二相比,缺少聚偏氟乙烯和N,N-二甲基乙酰胺; 对比例二与实施例三相比,缺少防水剂和抑制剂;对比例三与实施例 五相比,缺少耐腐蚀剂;对比例四与实施例七相比,未将纳米氧化物 进行改性;对比例一至四的材料的性能比实施例一至八差。环氧树脂 与聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯共同作用,改性的纳米氧化物增加分子间 的相容性,各种助剂在提高材料性能的同时,与各组分有机结合,相 互作用,共同增强材料的综合性能。说明各原料之间是相辅相成的, 缺少任何一种原料,绝缘材料的性能就会明显下降。

最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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