CN102290121B - 绝缘复合材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘复合材料，由40-70wt%玻璃、20-55wt%云母和1-35wt%氧化铝组成，其中玻璃的介电损耗范围为0.1-1.0×10-3/MHz。本发明所述的绝缘复合材料，显著降低介电损耗，并添加了一定量的金属氧化物——氧化铝，以起到调节热膨胀系数的作用。进而使得复合材料热膨胀系数更接近金属材料，既能便于与金属材料的加工，还将提高制得的绝缘产品在各种温度环境下的工作稳定性，和抗外界应力作用。

Description

绝缘复合材料及其应用
技术领域
本发明属于一种无机绝缘材料，尤其涉及一种主要有玻璃和云母复合而成的材料，及其应用。
背景技术
绝缘子是电力传输和电力机车重要的基础元件，根据制造材料的不同可以分为陶瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子。陶瓷绝缘子采用泥浆压制、烧结的陶瓷材料做绝缘体，应用较早，使用广泛，但是由于其材料内部均质化和表面刚度难以得到保证，正在丧失其主导地位。玻璃绝缘子采用软化温度高、物化性能均质稳定的硼硅酸盐或铝硅酸盐钢化玻璃为绝缘件，具有良好机械性能和优良的耐热温差性能，但是玻璃绝缘子自爆率高。复合绝缘子采用环氧树脂和玻璃纤维作为芯棒，有机硅橡胶作为伞裙护套构成的绝缘子，具有体积小、重量轻、抗污闪、耐老化等特点，在国外应用广泛，大量用于电力传输和电力机车领域，但是复合绝缘子热膨胀系数高，不耐高低温循环和高温老化。
玻璃陶瓷是由微晶云母相和玻璃相组成，具有比普通陶瓷和玻璃更好的机械性强度、可加工性和低的导电性，云母的存在可以阻止裂纹扩展，克服玻璃脆性。玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷的高强度和耐高温的优点，同时具有良好的韧性，具有较好的绝缘性，特别适合作为绝缘材料用于绝缘子制造。
绝缘子的介电损耗主要由绝材料性能决定。玻璃云母绝缘子的介电性能主要受到玻璃和云母性能的影响，普通钠钙玻璃在的介电损耗范围为2×10-2～5×10-3/MHz，属于损耗较大的材料。云母的介电损耗范围为3×10-4～4×10-4，属于处于较低损耗水平的材料。玻璃对绝缘子介电性能具有较大影响，如：中国发明专利申请200810239109.5公开了一种新型高速电力机车用云母陶瓷绝缘子，其复合材料中采用的是普通低熔点玻璃；又如：中国发明专利ZL200310104932.2 公开了一种利用废玻璃烧结制备可加工氟云母玻璃陶瓷方法，该技术采用的是废旧回收的玻璃作为原料。因此，现有的玻璃云母绝缘材料由于所用玻璃材料的介电损耗较高，进而导致玻璃云母绝缘子的介电损耗亦高，应用中造成绝缘子发热量高，介电损失大。 
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种绝缘复合材料，采用低介电损耗的玻璃为原料，与云母复合而成，以显著降低介电损耗。
本发明的另一个目的在于提供一种绝缘复合材料的制备方法。
本发明的又一个目的在于提供一种绝缘复合材料，作为绝缘材料应用于电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域。
本发明采用如下的技术方案实现：一种绝缘复合材料，包括玻璃和云母，由40-70wt%玻璃、20-55wt%云母和1-35wt%氧化铝组成。
玻璃是硼硅酸盐玻璃，含有10-60wt%SiO2、10-55wt% B2O3、5-50wt%CaO、0-10wt%ZnO、0-10wt%MgO、0-2wt%Li2O、0-2wt%Na2O、0-2wt%K2O、0-7wt%TiO2、0-8wt%ZrO2和0-5wt%MoO3。所制得玻璃的介电损耗范围为0.1-1.0×10-3/MHz。
云母，云母指人工合成云母，人工合成云母指采用化工原料通过化学反应制备的云母，主要包括氟金云母、氟钙云母和氟钡云母等。
作为一种示例，本发明绝缘复合材料可以通过如下方法制得：
（1）将50-200目本发明所述的玻璃粉和20-100目的云母粉在球磨机中研磨混合，玻璃含量为40-70wt%、云母20-55wt%和氧化铝为1-35wt%；
（2）将混合好的玻璃云母粉冷压成型，压力为100-350kg/cm2，400-700℃煅烧后降温，粉碎制成10-200目的绝缘复合材料细粉。
本发明绝缘复合物还添加了氧化铝，以起到调节热膨胀系数的作用，使得复合材料热膨胀系数更接近金属材料，便于与金属材料一同制作绝缘产品，如：绝缘子。
所制得的各类绝缘产品应用于电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域。
本发明绝缘复合材料特别适合制作绝缘子（CN101746280A），其由绝缘复合材料与金属嵌件经过热压而成，绝缘子的形状和大小可以根据需要进行设计。绝缘子外表面涂有疏水的有机树脂涂层，有机树脂可以是有机硅树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂之一种或者几种。
一种绝缘子的制作方法包括下列过程：
（1）将绝缘复合材料在100-350kg/cm2下冷压成型，加热至400-700℃，使绝缘复合材料软化，将软化的绝缘复合材料注入到预置有金属嵌件的模具中，再经冷却后，退火成型；
（2）在已经冷却成型的绝缘子的外表面涂覆有机树脂涂层；
（3）加热使得有机树脂涂层固化。
本发明所述玻璃云母绝缘子具有耐高温和低介电损耗的特点，抗冲击和耐热震性能良好，适合于电力输送、电力机车、高速铁路、城市地铁等领域户内外应用。
本发明所述的绝缘复合材料，采用介电损耗范围为0.1-1.0×10-3/MHz的玻璃与云母复合而成，显著降低介电损耗。还添加了一定量的金属氧化物——氧化铝，以起到调节热膨胀系数的作用，使得复合材料热膨胀系数更接近金属材料，既能便于与金属材料的加工，还将提高制得的绝缘产品在各种温度环境下的工作稳定性，和抗外界应力作用。
具体实施方式
 实施例1
将60份150目含有19.7wt%SiO2、27.5wt% B2O3、35.2wt%CaO、6.1wt%ZnO、6.1wt%MgO、0.2wt%Li2O、0.2wt%Na2O、0.2wt%K2O、2.2wt%TiO2、2.6wt%ZrO2的玻璃、36份80目氟金云母和4份100目氧化铝在球磨机中研磨混合均匀，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700℃加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，制成绝缘复合材料细粉A ，其介电常数为6.5/MHz，介电损耗为4.3×10-4。
 实施例2
将50份150目含有30.5wt%SiO2、25.8wt% B2O3、30.5wt%CaO、4.3wt%ZnO、4.5wt%MgO、0.4wt%Li2O、0.4wt%Na2O、0.4wt%K2O、1.7wt%TiO2、1.7wt%ZrO2的玻璃、39份80目氟金云母和11份100目氧化铝在球磨机中研磨混合均匀，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700℃加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，制成绝缘复合材料细粉B ，其介电常数为7.8/MHz，介电损耗为6.1×10-4。
 实施例3
将60份150目含有27.1wt%SiO2、40.4wt% B2O3、24.2wt%CaO、0.7wt%ZnO、0.7wt%MgO、0.6wt%Li2O、0.6wt%Na2O、0.3wt%K2O、4.3wt%MoO3、1.1wt%ZrO2的玻璃、36份80目氟金云母和4份100目氧化铝在球磨机中研磨混合均匀，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700℃加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，绝缘复合材料细粉 C，其介电常数为6.9/MHz，介电损耗为5.0×10-4。
 实施例4
将实施例1中绝缘复合材料细粉A的粉体在220kg/cm2下，冷压成胚，在680℃加热软化后，将其注入到预置金属嵌件的模具中，在3000kg/cm2压力下成型，降温，300℃退火，降至室温，在其外表面涂有机硅树脂，180℃加热，制得绝缘子1。制得的玻璃云母绝缘子具有耐高温和介电损耗低的特点，具有良好的抗冲击性能，可以在电力机车、城市地铁、高速铁路长期使用。
 实施例5
将实施例3绝缘复合材料细粉C粉体在220kg/cm2下，冷压成胚，在680℃加热软化后，将其注入到预置金属嵌件的模具中，在3000kg/cm2压力下成型，降温，300℃退火，降至室温，在其外表面涂有机硅树脂，180℃加热，制得绝缘子2。制得的玻璃云母绝缘子具有耐高温和介电损耗低的特点，具有良好的抗冲击性能，可以在电力机车、城市地铁、高速铁路长期使用。

Claims (7)

1.一种绝缘复合材料，由40-70wt%玻璃、20-55wt%云母和1-35wt%氧化铝组成，其特征是通过如下方法制得：
先将50-200目的40-70wt%玻璃粉、20-100目的20-55wt%云母粉和1-35wt%氧化铝研磨混合；然后在100-350kg/cm2压力下冷压成型，于400-700℃煅烧后降温，粉碎制成10-200目的绝缘复合材料细粉。
2.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，其特征是所述玻璃的介电损耗范围为0.1-1.0×10-3/MHz。
3.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，其特征是所述的玻璃含有10-60wt%SiO2、10-55wt% B2O3、5-50wt%CaO、0-10wt%ZnO、0-10wt%MgO、0-2wt%Li2O、0-2wt%Na2O、0-2wt%K2O、0-7wt%TiO2、0-8wt%ZrO2和0-5wt%MoO3。
4.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，用于制造绝缘产品。
5.根据权利要求1所述的绝缘复合材料，用于制造电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通绝缘产品。
6.根据权利要求4或5所述的绝缘复合材料，其特征是所述的绝缘产品为绝缘子。
7.根据权利要求6所述的绝缘复合材料，其特征是将绝缘复合材料制造所述的绝缘子的方法如下：
1）将绝缘复合材料在100-350kg/cm2下冷压成型，加热至400-700℃，使绝缘复合材料软化，将软化的绝缘复合材料注入到预置有金属嵌件的模具中，再经冷却后，退火成型；
2）在已经冷却成型的绝缘子的外表面涂覆有机树脂涂层；
3）加热使得有机树脂涂层固化。
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