一種特高壓耐熱絕緣材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種特高壓耐熱絕緣材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國電力事業(yè)發(fā)展迅速，電網(wǎng)系統(tǒng)運行電壓等級不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐步 擴大。超高或特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)是國家電網(wǎng)正在全力打造的智能電網(wǎng)的骨架和核屯、，建設(shè)特 高壓輸電網(wǎng)絡(luò)能夠大幅度提升我國電網(wǎng)的輸送能力，降低長距離電力輸送損耗，但是更高 的電壓等級及直流輸電對廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備的絕緣材料的安全可靠性提出了重大挑戰(zhàn)。
[0003] 高性能絕緣材料是構(gòu)成高壓、特高壓輸變電設(shè)備和網(wǎng)路的技術(shù)核屯、與關(guān)鍵，其電 氣性能的高低與穩(wěn)定直接關(guān)系到了整個輸電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級與安全。因此，研制高性能絕 緣材料，對建設(shè)安全可靠、穩(wěn)定高效的直流超高壓輸變網(wǎng)絡(luò)、提升我國輸電水平和節(jié)省資源 具有重要意義。
[0004] 特高壓電網(wǎng)中核屯、設(shè)備主要是環(huán)氧樹脂基材料，環(huán)氧樹脂屬于中等極性高聚物， 其大分子末端有環(huán)氧基，鍵中間有徑基和酸鍵，在固化過程中還會繼續(xù)產(chǎn)生徑基和酸鍵，因 此在外加電場時會產(chǎn)生感應(yīng)電荷，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂的體積電阻率較非極性的聚合物有一定差 距。目前，掛網(wǎng)運行的環(huán)氧樹脂絕緣材料體積電阻率偏低，特別在直流高壓下，電荷長期積 聚造成表面閃絡(luò)，是特高壓電網(wǎng)安全的最大隱患之一。由于空間電荷分布不均勻會造成絕 緣材料的崎變，影響其絕緣程度W及加速材料的老化，因此研制特高壓絕緣材料的關(guān)鍵是 抑制材料中的空間電荷分布。傳統(tǒng)上用微米顆粒來改善環(huán)氧基復(fù)合材料的介電擊穿性能， 常使用鐵酸領(lǐng)增加介電性能，使用云母、黏±等微米顆粒提高擊穿性能，但使用微米級的無 機氧化物來改善介電和擊穿性能存在一些不足，需要提高顆粒含量才能改善復(fù)合材料的介 電和擊穿性能，達(dá)不到輕量化的應(yīng)用要求。另外更高的電壓等級對絕緣材料的耐熱性能也 提出了新的要求。 陽0化]發(fā)明專利CN103242643A公開了一種超高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法，組 分及其含量為：聚苯酸樹脂20~60重量份，彈性體25~40重量份，相容劑0~5重量份，抗氧劑 0.1~1重量份，離子液體修飾的無機納米粒子0. 5~5重量份，交聯(lián)劑0.1~5重量份。本發(fā)明 制備的絕緣材料柔初性好、機械性能優(yōu)良，并且可W有效提高超高壓直流電纜的力學(xué)性能 和電氣性能，但是該發(fā)明制備過程復(fù)雜，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)明專利CN101445627A公開 了一種高壓直流電纜絕緣材料及其制備方法，該發(fā)明采用的技術(shù)方案是，將100重量份的 低密度聚乙締，0.1~1重量份的抗氧劑，0. 5~5重量份的馬來酸酢，放入密煉機中混煉，然后 再加入0. 1~5重量份的交聯(lián)劑混煉10~15分鐘，得到高壓直流電纜絕緣材料，該發(fā)明制備的 絕緣材料可W有效提高高壓直流電纜的力學(xué)性能和電氣性能，但是該發(fā)明不能很好的提高 材料的耐熱性能和抗老化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抑制空間電荷分 布、提高材料抗老化性能的特高壓耐熱絕緣材料及其制備方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種特高壓耐熱絕緣材料，包含的組分及其含量為：環(huán)氧樹脂80~100重量份，聚四氣 乙締15-30重量份，納米二氧化娃2~6重量份，鐵酸下醋0. 1~1重量份，蒸饋水10-50重量 份，納米碳化娃、納米氮化棚和納米二氧化鐵混合物2~10重量份，稀釋劑5~15重量份，相容 劑2~5重量份，抗氧劑0.2~2重量份，交聯(lián)劑2~8重量份。
[0008] 優(yōu)選的，所述聚四氣乙締為聚四氣乙締微粉，粒徑為0. 5~5μm。
[0009] 優(yōu)選的，所述納米碳化娃、納米氮化棚和納米二氧化鐵混合物的粒徑為30~60nm， 所述納米碳化娃：納米氮化棚：納米二氧化鐵的質(zhì)量比為3:5:2。
[0010] 優(yōu)選的，所述稀釋劑為丙酬、下酬或乙酸乙醋中的一種。
[0011] 優(yōu)選的，所述相容劑為馬來酸酢接枝聚乙締或馬來酸酢接枝聚丙締。
[0012] 優(yōu)選的，所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑 264或抗氧劑CA中的一種。
[0013] 優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為過氧化二苯甲酯、Ξ締丙基異Ξ聚氯酸醋、二亞乙基Ξ胺或 過氧化二異丙苯中的一種。
[0014] 本發(fā)明還提供了上述特高壓耐熱絕緣材料的制備方法，包括W下步驟： 1) 將0. 1~1重量份鐵酸下醋加入10-50重量份蒸饋水中，置于磁力攬拌器中，在 20~40°C條件下攬拌20~40min，然后加入2~6重量份納米二氧化娃，超聲波處理，過濾，然后 在50~60°C下干燥，得到表面改性的納米二氧化娃； 2) 將步驟1)得到的表面改性的納米二氧化娃與80~100重量份環(huán)氧樹脂依次加入到 轉(zhuǎn)矩流變儀中，在140~180°C下混合20~40min，得到納米二氧化娃改性環(huán)氧樹脂； 3) 將步驟2)得到的納米二氧化娃改性環(huán)氧樹脂，15~30重量份聚四氣乙締，2~10重 量份納米碳化娃、納米氮化棚和納米二氧化鐵混合物，2~5重量份相容劑放入密煉機中混煉 20~30min，混煉溫度為140~180°C，得到混合物料； 4) 在步驟3)得到的混合物料中依次加入5~15重量份稀釋劑、0. 2~2重量份抗氧劑、 2~8重量份交聯(lián)劑，在密煉機中混煉10~20min，混煉溫度為140~180°C，得到混煉物； 5) 將步驟4)得到的混煉物烙融擠出造粒，溫度為220~260°C，得到所述特高壓耐熱絕 緣材料。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟1)中超聲處理工藝為：超聲頻率15~25曲Z，功率300~500W，時間 20~30min，重復(fù)3次，每次間隔5~lOmin。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 1、納米二氧化娃通過表面改性，與環(huán)氧樹脂的相容性更好，增加了納米二氧化娃在有 機體中的分散性。采用納米二氧化娃改性環(huán)氧樹脂，可W有效提高材料的擊穿強度，增初環(huán) 氧樹脂，降低其對裂紋的敏感性，增加尺寸穩(wěn)定性，減少應(yīng)力開裂的趨勢，最終增強其耐壓 性能。
[0017] 2、聚四氣乙締乙締微粉的添加可W顯著降低環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介電常數(shù)、介質(zhì) 損耗和吸水率，同時也提高了復(fù)合材料的熱分解溫度。
[0018] 3、采用無機納米復(fù)合技術(shù)能夠大幅度提高環(huán)氧樹脂的體積電阻率，減少表面電荷 積聚、優(yōu)化電場分布、避免沿面閃絡(luò)，同時提高環(huán)氧材料絕緣、力學(xué)及熱學(xué)等綜合性能。納米 復(fù)合材料的局部放電W及耐壓性能具有明顯優(yōu)勢，納米復(fù)合材料還具有顯著的協(xié)同效應(yīng)， 可綜合發(fā)揮各組分的協(xié)同效能。
[0019] 4、本發(fā)明通過各種材料的有機結(jié)合，制備得到的特高壓耐熱絕緣材料，能夠抑制 電纜絕緣材料中的空間電荷積聚，具有良好的機械性能、電氣性能和熱性能，物理性能好， 綜合性能優(yōu)異。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0021] 一種特高壓耐熱絕緣材料，包含的組分及其含量為：環(huán)氧樹脂80~100重量份，聚 四氣乙締15-30重量份，納米二氧化娃2~6重量份，鐵酸下醋0. 1~1重量份，蒸饋水10~50 重量份，納米碳化娃、納米氮化棚和納米二氧化鐵混合物2~10重量份，稀釋劑5~15重量份， 相容劑2~5重量份，抗氧劑0.2~2重量份，交聯(lián)劑2~8重量份。
[0022] 所述環(huán)氧樹脂為Η陽55型環(huán)氧樹脂。
[002引所述聚四氣乙締為聚四氣乙締微粉，粒徑為0.5~5μπι，聚四氣乙締具有優(yōu)異的微 波性能、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，添加聚四氣乙締乙締微粉可W顯著降低環(huán)氧樹脂復(fù)合材 料的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗和吸水率，同時也提高了復(fù)合材料的熱分解溫度，采用聚四氣乙締 微粉，可W增加比表面積，減少用量。
[0024] 所述納米碳化娃、納米氮化棚和納米二氧化鐵混合物的粒徑為30~60皿，所述納米 碳化娃：納米氮化棚：納米二氧化鐵的質(zhì)量比為3:5:2,納米碳化娃、納米氮化棚和納米二 氧化鐵具有良好的耐熱性能，可W提高絕緣材料的熱穩(wěn)定性，用納米粒子填充增強聚合物， 填料與基體接觸面積大，并且納米粒子表面活性中屯、多，可W和基體緊密結(jié)合，相容性較 好，達(dá)到同時增初和增強的作用。
[00巧]所述稀釋劑為丙酬、下酬或乙酸乙醋中的一種，加入稀釋劑可W降低環(huán)氧樹脂的 粘度，利于復(fù)合材料的制備。
[00%] 所述相容劑優(yōu)選為馬來酸酢接枝聚乙締或馬來酸酢接枝聚丙締，馬來酸酢接枝的 相容劑比其它相容劑極性強，相容效果比較好。
[0027] 所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑300、抗氧劑ΒΒΜ、抗氧劑1076、抗氧劑264或抗 氧劑CA中的一種，適量抗氧劑的存在可延緩或抑制聚合物氧化過程的進(jìn)行，從而阻止聚合 物的老化并延長其使用壽命。
[0028] 所述交聯(lián)劑為過氧化二苯甲酯、Ξ締丙基異Ξ聚氯酸醋、二亞乙基Ξ胺或過氧化 二異丙苯中