CN102666694A - 绝缘树脂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于复合绝缘体的绝缘树脂体系，其包括无机氧化物纳米颗粒，特别是Al₂O₃。由此获得的树脂具有增加的电介质强度和改进的机械值。

Description

绝缘树脂

本发明涉及复合绝缘体用的绝缘树脂领域。

在制备用于变速叉轴、支持绝缘器和绝缘体的高压领域中使用的复合绝缘体时，聚酯-、芳族聚酰胺或玻璃织物或粗纱的浸渍方法常规通过基于液体环氧化物树脂/酐硬化剂的浸渍树脂体系实现。

如此制备的绝缘体通常具有好的机械和介电性能。

由于配置配电设备时期望配置更紧凑的设备，期望提供更小的绝缘体，其具有更强的机械性能和电学性能，使用的绝缘体优选同时具有改进的耐温度交变能力和/或改进的介电持久性能(dielektrisches Langzeitverhalten)。

因此，本发明目的是，作为现存方案的一种备选方案，提供一种在配电设备(Schaltanlage)中用于复合绝缘体的浸渍树脂体系，该体系呈现增强的机械性能和介电性能。

该目的通过根据本发明权利要求1的绝缘树脂体系实现。其中提出了一种用于配电设备的绝缘树脂体系，其包括基于环氧化物的树脂和无机氧化物纳米颗粒。

出人意料地发现，当存在纳米颗粒时，绝缘材料的电介质强度在其许多应用通过协同作用的方式得到增强，同时机械强度增加，而通常仅观察到粘性的少量增加。

在本发明中，术语“绝缘树脂体系”具体包含和/包括基于环氧树脂和具有受控反应性的酐成分的(优选低粘性的)浸渍用树脂体系。术语“体系”则表示，除了树脂本身之外还可以存在其他的成分(如无机氧化物纳米颗粒)。

在本发明中，术语“基于环氧化物(Epoxidbasis)”具体包含和/包括使用环氧化物作为原料成分-特别是主要成分。可以使用所有现有技术已知的材料，优选-而非限制性地-选自基于以下物质的环氧树脂：双酚A、双酚F、脂环族环氧化物(特别选自双(2,3-环氧环戊基)-醚、2,3-环氧环戊基缩水甘油醚、1,2-双(2,3-环氧环戊基氧基)-乙烷、3,4-环氧环己基甲基-3′,4′-环氧环己烷羧酸酯或其混合物)、缩水甘油酯树脂以及它们的混合物。

在本发明中，术语“无机氧化物纳米颗粒”具体包含和/包括平均直径≤2μm的颗粒，其至少部分包括无机氧化物，其中氧化物不仅理解为二元氧化物(例如Al₂O₃或TiO₂)而且也理解为混合氧化物、氧-氢氧根-化合物或其他无机含氧化合物如硅酸盐或粘土。

在本发明中，术语“配电设备”特别地包含和/包括用于低压、中压和高压的设备。

根据本发明一优选的实施方案，无机氧化物纳米颗粒相对树脂的含量(Anteil der anorganischen Oxyd-Nanoparticel im Harz)为≥0.1重量%至≤10重量%。这在很多应用中被证实是有利的，因为经常可以实现绝缘树脂的有利性能而不显著损害绝缘树脂的其他性能(例如粘性)。

无机氧化物纳米颗粒占树脂中的含量优选为≥1重量%至≤9重量%，更优选≥3重量%至≤8重量%。

根据本发明的一优选实施方案，无机氧化物纳米颗粒具有≥10nm至≤1000nm的平均直径。这在很多应用中被证实是有利的。

无机氧化物纳米颗粒优选具有≥50nm至≤700nm、更优选≥100nm至≤600nm的平均直径。

根据本发明的一优选实施方案，无机氧化物纳米颗粒选自SiO₂、硅酸盐、粘土、TiO₂、Al₂O₃。这些材料在很多应用中被证实是特别合适的。

特别优选的材料是Al₂O₃，因为在很多应用中该材料在使用时显示了所产生的绝缘树脂对SF6分解产物具有很好的耐受性。这向本发明的很多应用呈现了一个重要的辅助方面，使得Al₂O₃是优选的，但是本发明不限于此。

根据本发明一优选的实施方案，无机氧化物纳米颗粒通过等离子体方法制备。这在很多应用中被证实是有利的。

可选地，优选的制备方法是热解法或溶胶-凝胶法。

无机氧化物纳米颗粒可以具有基本上为圆形的形状，但是本发明并不限于此。可选地，无机氧化物纳米颗粒可以呈锐角和/或平板和/线形。

根据一优选的实施方案，无机氧化物纳米颗粒通过搅拌、碾压和/或通过使用涡轮式混合器引入在树脂中。任选可以加入添加剂以抑制团聚，虽然这在本发明的很多应用中并非是必要的。

另外，根据本发明的一实施方案，无机氧化物纳米颗粒混有胶粘剂(如硅烷化合物)。

根据本发明的一优选实施方案，构成绝缘树脂体系的原料包括硬化剂成分。

在本发明中，术语“基于(一种或多种)原料构成”具体表示和/或包括：绝缘树脂体系由这种/这些成分制备，或者在使用这种/这些成分的条件下制备。

优选地，硬化剂成分选自邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐(Methylnadicanhydrid)、氢化甲基纳迪克酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐，以及它们的衍生物和选自它们的混合物。特别地，优选甲基六氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐，或它们的混合物。

根据本发明的一优选实施方案，构成绝缘树脂体系的原料包括促进剂成分。

促进剂成分优选选自叔胺、季铵化合物、膦、化合物、BCl₃–胺复合物、咪唑类以及它们的衍生物和混合物。

根据本发明的又一优选的实施方案，促进剂成分选自二烷基芳基胺、二芳基烷基胺以及它们的混合物；具体优选的是二甲基苄胺。

除非另有说明，“芳基”或“烷基”理解为以下的官能团：

烷基：直链和支链Cl-C6-烷基，特别是甲基、乙基、丙基、异丙基；

芳基：选自苯基；联苯基；萘基；蒽基；菲基；苄基。

根据本发明的绝缘树脂体系另外还可以包含额外的成分例如稀释剂、消泡剂、胶粘剂、增韧剂。可以使用所有现有技术已知的材料。

本发明另外涉及包括根据本发明的绝缘树脂体系的绝缘部件。

在本发明中，术语“绝缘部件”具体包含和/或包括绝缘树脂体系和基于聚酯、玻璃或芳族聚酰胺的粗纱和/或织物的绝缘管。

优选地，绝缘树脂体系嵌入芳族聚酰胺织物、玻璃织物或芳族聚酰胺粗纱/玻璃粗纱中。

在本发明中，术语“嵌入”具体包含和/或包括用树脂浸渍粗纱和/织物。出于介电原因，优选真空浸渍。

根据本发明一优选实施方案，绝缘树脂体系通过硬化方法制备，该硬化方法包括在≥50℃、优选在≥70℃以及在≥1小时、优选≥2小时的硬化持续时间下的硬化步骤

接着优选在≥150℃以及在≥10小时、最优选≥16小时的硬化持续时间的条件下进行后硬化。

本发明另外涉及绝缘树脂体系在电力配电设备中作为绝缘材料的用途，其中该绝缘树脂体系包括基于环氧化物的树脂和无机氧化物纳米颗粒。

上述的、以及被要求保护的、和在实施例中说明的根据本发明使用的部件在其尺寸、形状结构、材料选择和技术方案方面不存在特定的例外条件，从而使得可以不受限地使用应用领域中已知的选择标准。

本发明主题的其他细节、特征以及优势将在从属权利要求以及以下对相关实施例的描述中给出。

将参考根据本发明的实施例I对本发明仅说明性地而非限制性地进行研究。在此，制备由以下成分构成的树脂：

向该树脂掺入了3重量%的Al₂O₃-纳米颗粒(直径约100nm)。

此外，还制备了对照树脂(非根据本发明的树脂)；该对照树脂对应于仅仅未添加纳米颗粒的本发明树脂体系。

在测试中，一方面测定了这两种树脂的抗拉强度(ISO 527-4)、马顿斯温度(Martenstemperatur)、抗弯强度(ISO 178)以及测定了这两种树脂的冲击强度和电介质强度(Durchschlagsfestigkeit)。所测数值列于下表中：

表I

	根据本发明的树脂体系	对照树脂
			抗弯强度N/mm2	150	130
冲击强度kJ/m	25	20
			抗拉强度N/mm2	83	70
马顿斯温度℃	134	124
			电介质强度kV/mm	163	130

由此可见，本发明的绝缘树脂体系具有有利的性能。

Claims (7)

1.用于配电设备中绝缘材料的绝缘树脂体系，其包括基于环氧化物的树脂以及无机氧化物纳米颗粒。

2.根据权利要求1的绝缘树脂体系，其中所述无机氧化物纳米颗粒相对树脂的含量为≥0.1重量%至≤10重量%。

3.根据权利要求1或2的绝缘树脂体系，其中所述无机氧化物纳米颗粒的平均直径为≥10nm至≤1000nm。

4.根据权利要求1至3中任一项的绝缘树脂体系，其中所述无机氧化物纳米颗粒选自SiO₂、硅酸盐、粘土、TiO₂、Al₂O₃。

5.根据权利要求1至4中任一项的绝缘树脂体系，其中所述无机氧化物纳米颗粒通过等离子体方法制备。

6.绝缘部件，其包括根据权利要求1至5中任一项的绝缘树脂体系。

7.绝缘树脂体系在电力配电设备中用作绝缘材料的用途，其中所述绝缘树脂体系包括基于环氧化物的树脂以及无机氧化物纳米颗粒。