CN103834141A - 一种用于母线的绝缘材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于母线的绝缘材料，其组成成分按重量份数计如下：双酚A型环氧树脂65-85份、纳米有机蒙脱土0.06-0.11份、固化剂15-35份、SiO2微粉280-380份、ZnO微粉0.01-0.05份、BaTiO3微粉0.05-0.15份，能够在气候恶劣条件下运行，广泛用于电厂、电站，变电所，光伏电站、风力发电变电站，是输电力设备重要配是加工高压电力配套绝缘件重要材料，绝缘性、耐水性好，并提供其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘复合材料，属于高压电力配套绝缘材料领域，具体涉及一种用于母线的绝缘材料及其制备方法。
背景技术
随着国内经济的不断发展，各变电站的用电负荷随之猛增，系统运行电流越来越大，负荷越来越集中，变电站的主变容量也越来越大，而以往工程中多采用多片矩形母排的连接方式或直接使用电缆连接，这些已不用很好的适应大电流的工作方式，同时引起附加损耗大、电流分布不均、肌肤效应系数增大造成载流能力下降和接点发热等现象越来越明显。
传统的用于母线的绝缘材料是环氧玻璃纤维、环氧树脂，它们机械强度不高、抗弯强度差、内部结构疏松、耐水性差、耐紫外线差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对以上弊端提供一种用于母线的绝缘材料，能够在气候恶劣条件下运行，广泛用于电厂、电站，变电所，光伏电站、风力发电变电站，是输电力设备重要配是加工高压电力配套绝缘件重要材料，绝缘性、耐水性好，并提供其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于母线的绝缘材料，其组成成分按重量份数计如下：
上述一种用于母线的绝缘材料，优选的，其组成成分按重量份数
计如下：
上述一种用于母线的绝缘材料，其中，所述双酚A型环氧树脂与固化剂的重量分数之和为100份。
上述一种用于母线的绝缘材料，其中，所述固化剂为二氨基二苯基砜。
上述一种用于母线的绝缘材料的制备方法，其制备方法如下：
（1）对双酚A环氧树脂进行加热熔融，其加热温度为70-80℃，加热30分钟；
（2）对纳米有机蒙脱土在70—80℃的条件下真空处理120分钟；
（3）将步骤1得到的双酚A型环氧树脂、步骤2处理后的纳米有机蒙脱土、SiO2微粉、ZnO微粉与BaTiO3微粉加入球磨机中进行球磨、真空脱泡6小时，分散得一级混料，其中，球磨机温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为750—850转/分钟；
（4）将固化剂在80-90℃的条件下加热熔融30分钟备用；
（5）将步骤4得到的固化剂与步骤3中得到的一级混料混加入料罐中搅拌、真空脱泡2小时后得二级混料，其中，温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800—850转/分钟；
（6）将二级混料加入已在100-120℃的温度下预热2小时的模具中进行真空浇注得绝缘层初胚；
（7）对步骤6中的已真空浇注过的绝缘层初胚进行一次固化，其中，一次固化温度为160-180℃，固化时间为50分钟；
（8）一次固化后绝缘层初胚模具上脱下后的绝缘层半成品，将绝缘层半成品进行二次固化即可得绝缘层成品，其中，二次固化温度为235-245℃，固化时间为120分钟。
本发明的有益效果为：
1.采用纳米有机蒙脱土复合绝缘材料，提高绝缘件运行可靠性，满足局放、动稳定和热稳定要求，采用真空浇注母线，去除浇注制品内部和表面的气隙和气泡，减少内部应力，防止产生裂纹，生产成本低，更适合大规模生产。
2.提高绝缘件介电常数，运行中降低了其介电损耗,绝缘材料介质损耗角正切小。纳米有机蒙脱土片层间存在一定量的二元胺和季铵盐有机剂处理，有机剂处理二元胺和季铵盐可以作为环氧树脂固化反应的固化剂，因此纳米蒙脱土片层的引入相当于在原有体系组成的基础上增加了极性固化剂含量。另外，体系中季铵盐虽然不参与环氧树脂固化反应，但是季铵盐也是环氧树脂固化促进剂，这样体系中极性基团的含量和活动性与纯环氧树脂相比有所增加，介电常数也就增大；纳米有机蒙脱土片层具有较大的厚度比，当大量硅酸盐片层分散具有较高交联密度的环氧网络中，将具有连续相结构的环氧基体网络分割开来，使环氧树脂得交联密度降低，与基体树脂分子链网络相比，片层具有更高的极性，所以会使介电常数增大。另外，由于硅酸盐片层黏土片层的表面极性作用，大分子树脂在硅酸盐片层黏土片层两侧的排列会不同于树脂基体相，大分子链结构的对称性降低，介电常数增大；
同时，有机蒙脱土并没有引起材料介质损耗的增加，相反还有有些下降，这是因为纳米有机蒙脱土片层间的季铵盐分子并不能与基体树脂发生反应，因而只能成为独立的“悬垂链”存在，其取向极化是一个独立过程；另外，虽然有部分环氧树脂可与硅酸盐片层黏土片层间二元胺发生反应，但与基体主分子链网络相比，纳米有机蒙脱土片层间乃具有有相对独立活动性，因此对介电损耗影响也不大；
综上所述，有机黏土可以小幅度增加材料的介电常数，但是却降低了其介电损耗，这种独立的材料特性可满足特种产品要求。
3.将SO2作为无机填料加入到环氧树脂中，可降低环氧浇注料交联固化反应的放热量，提高了导热系数，减少了温度分布不均性；又利于传递应力，减缓应力集中，降低了单位体积树脂的固化收缩率，氧化铝的热膨胀系数、比热和泊松比都比较小，而热导率则较高，可改善浇注固化物的热性能。
4.冲击强度抗、弯强度高，满足动及热稳定性高要求，其抗弯强度为134.6kJ/m2，抗冲击强度为32.1kJ/m2。
5.添加氧化锌ZnO纳米微粉，它的分散性良好，具有很强吸收紫外线效果，长期使用稳定性高；添加钛酸钡BaTiO3纳米粉制成具有奇特电性能的纳米复合材料，由于惨杂的离子均匀进入了有机蒙脱土/环氧树脂晶格中，使得室温介质常数比单纯BaTiO3提高20倍.
6.运行中安全可靠、使用寿命长。
7.提高母线连接处表面电晕电压，降低连接处表面电场强度。
8.绝缘件耐水性好。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明所述双酚A型环氧树脂购于无锡树脂厂，型号为E-51；所述纳米有机蒙脱土购于临安华特集团，型号为MMT1227；所述二氨基二苯基砜购于上海试剂三厂。
实例一：
一种用于母线的绝缘材料，其组成成分按重量份数计如下：
一种用于母线的绝缘材料的制备方法如下：
1.对80重量份的双酚A环氧树脂进行加热熔融，其加热温度为70-80℃，加热30分钟；
2.对0.03重量份的纳米有机蒙脱土在70—80℃的条件下真空处理120分钟；
3.将步骤1得到的双酚A型环氧树脂、步骤2处理后的纳米有机蒙脱土、280重量份的SiO2微粉、0.01重量份的ZnO微粉与0.08重量份BaTiO3微粉加入球磨机中进行球磨、真空脱泡6小时，分散得一级混料，其中，球磨机温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800转/分钟；
4.将二氨基二苯基砜20重量份在80-90℃的条件下加热熔融30分钟备用；
5.将步骤4得到的二氨基二苯基砜与步骤3中得到的一级混料混加入料罐中搅拌、真空脱泡2小时后得二级混料，其中，温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800转/分钟；
6.将二级混料加入已在100-120℃的温度下预热2小时的模具中进行真空浇注得绝缘层初胚；
7.对步骤6中的已真空浇注过的绝缘层初胚进行一次固化，其中，一次固化温度为160-180℃，固化时间为50分钟；
8.一次固化后绝缘层初胚模具上脱下后的绝缘层半成品，将绝缘层半成品进行二次固化即可得绝缘层成品，其中，二次固化温度为235-245℃，固化时间为120分钟。
所得成品的抗弯强度为136kJ/m2，抗冲击强度为35kJ/m2。
实例二：
一种用于母线的绝缘材料，其组成成分按重量份数计如下：
一种用于母线的绝缘材料的制备方法如下：
1.对75重量份的双酚A环氧树脂进行加热熔融，其加热温度为70-80℃，加热30分钟；
2.对0.05重量份的纳米有机蒙脱土在70—80℃的条件下真空处理120分钟；
3.将步骤1得到的双酚A型环氧树脂、步骤2处理后的纳米有机蒙脱土、320重量份的SiO2微粉、0.01重量份的ZnO微粉与0.08重量份BaTiO3微粉加入球磨机中进行球磨、真空脱泡6小时，分散得一级混料，其中，球磨机温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800转/分钟；
4.将二氨基二苯基砜25重量份在80-90℃的条件下加热熔融30分钟备用；
5.将步骤4得到的二氨基二苯基砜与步骤3中得到的一级混料混加入料罐中搅拌、真空脱泡2小时后得二级混料，其中，温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800转/分钟；
6.将二级混料加入已在100-120℃的温度下预热2小时的模具中进行真空浇注得绝缘层初胚；
7.对步骤6中的已真空浇注过的绝缘层初胚进行一次固化，其中，一次固化温度为160-180℃，固化时间为50分钟；
8.一次固化后绝缘层初胚模具上脱下后的绝缘层半成品，将绝缘层半成品进行二次固化即可得绝缘层成品，其中，二次固化温度为235-245℃，固化时间为120分钟。
所得成品的抗弯强度为135.3kJ/m2，抗冲击强度为34.2kJ/m2。
实例三：
一种用于母线的绝缘材料，其组成成分按重量份数计如下：
一种用于母线的绝缘材料的制备方法如下：
1.对85重量份的双酚A环氧树脂进行加热熔融，其加热温度为70-80℃，加热30分钟；
2.对0.03重量份的纳米有机蒙脱土在70—80℃的条件下真空处理120分钟；
3.将步骤1得到的双酚A型环氧树脂、步骤2处理后的纳米有机蒙脱土、320重量份的SiO2微粉、0.01重量份的ZnO微粉与0.08重量份BaTiO3微粉加入球磨机中进行球磨、真空脱泡6小时，分散得一级混料，其中，球磨机温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800转/分钟；
4.将二氨基二苯基砜15重量份在80-90℃的条件下加热熔融30分钟备用；
5.将步骤4得到的二氨基二苯基砜与步骤3中得到的一级混料混加入料罐中搅拌、真空脱泡2小时后得二级混料，其中，温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800转/分钟；
6.将二级混料加入已在100-120℃的温度下预热2小时的模具中进行真空浇注得绝缘层初胚；
7.对步骤6中的已真空浇注过的绝缘层初胚进行一次固化，其中，一次固化温度为160-180℃，固化时间为50分钟；
8.一次固化后绝缘层初胚模具上脱下后的绝缘层半成品，将绝缘层半成品进行二次固化即可得绝缘层成品，其中，二次固化温度为235-245℃，固化时间为120分钟。
所得成品的抗弯强度为134.9kJ/m2，抗冲击强度为34.5kJ/m2。
综上所述，本发明的有益效果为：
1.采用纳米有机蒙脱土复合绝缘材料，提高绝缘件运行可靠性，满足局放、动稳定和热稳定要求，采用真空浇注母线，去除浇注制品内部和表面的气隙和气泡，减少内部应力，防止产生裂纹，生产成本低，更适合大规模生产。
2.提高绝缘件介电常数，运行中降低了其介电损耗,绝缘材料介质损耗角正切小。纳米有机蒙脱土片层间存在一定量的二元胺和季铵盐有机剂处理，有机剂处理二元胺和季铵盐可以作为环氧树脂固化反应的固化剂，因此纳米蒙脱土片层的引入相当于在原有体系组成的基础上增加了极性固化剂含量。另外，体系中季铵盐虽然不参与环氧树脂固化反应，但是季铵盐也是环氧树脂固化促进剂，这样体系中极性基团的含量和活动性与纯环氧树脂相比有所增加，介电常数也就增大；纳米有机蒙脱土片层具有较大的厚度比，当大量硅酸盐片层分散具有较高交联密度的环氧网络中，将具有连续相结构的环氧基体网络分割开来，使环氧树脂得交联密度降低，与基体树脂分子链网络相比，片层具有更高的极性，所以会使介电常数增大。另外，由于硅酸盐片层黏土片层的表面极性作用，大分子树脂在硅酸盐片层黏土片层两侧的排列会不同于树脂基体相，大分子链结构的对称性降低，介电常数增大；
同时，有机蒙脱土并没有引起材料介质损耗的增加，相反还有有些下降，这是因为纳米有机蒙脱土片层间的季铵盐分子并不能与基体树脂发生反应，因而只能成为独立的“悬垂链”存在，其取向极化是一个独立过程；另外，虽然有部分环氧树脂可与硅酸盐片层黏土片层间二元胺发生反应，但与基体主分子链网络相比，纳米有机蒙脱土片层间乃具有有相对独立活动性，因此对介电损耗影响也不大；
综上所述，有机黏土可以小幅度增加材料的介电常数，但是却降低了其介电损耗，这种独立的材料特性可满足特种产品要求。
3.将SO2作为无机填料加入到环氧树脂中，可降低环氧浇注料交联固化反应的放热量，提高了导热系数，减少了温度分布不均性；又利于传递应力，减缓应力集中，降低了单位体积树脂的固化收缩率，氧化铝的热膨胀系数、比热和泊松比都比较小，而热导率则较高，可改善浇注固化物的热性能。
4.冲击强度抗、弯强度高，满足动及热稳定性高要求，其抗弯强度大于134.6kJ/m2，抗冲击强度大于32.1kJ/m2。
5.添加氧化锌ZnO纳米微粉，它的分散性良好，具有很强吸收紫外线效果，长期使用稳定性高；添加钛酸钡BaTiO3纳米粉制成具有奇特电性能的纳米复合材料，由于惨杂的离子均匀进入了有机蒙脱土/环氧树脂晶格中，使得室温介质常数比单纯BaTiO3提高20倍.
6.运行中安全可靠、使用寿命长。
7.提高母线连接处表面电晕电压，降低连接处表面电场强度。
8.绝缘件耐水性好。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中，因此，本发明不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本发明保护的范围内。
Claims (5)
1.一种用于母线的绝缘材料，其特征为，其组成成分按重量份数计如下：
双酚A型环氧树脂
65-85份
纳米有机蒙脱土
0.06-0.11份
固化剂
15-35份
SiO₂微粉
280-380份
ZnO微粉
0.01-0.05份
BaTiO3 微粉
0.05-0.15份。
2.如权利要求1所述的一种用于母线的绝缘材料，其特征为，优选的，其组成成分按重量份数计如下：
双酚A型环氧树脂
80份
纳米有机蒙脱土
0.03份
固化剂
20份
SiO₂微粉
280份
ZnO 微粉
0.01份
BaTiO3 微粉
0.08份。
3.如权利要求1或2所述的一种用于母线的绝缘材料，其特征为，所述双酚A型环氧树脂与固化剂的重量分数之和为100份。
4.如权利要求1或2所述的一种用于母线的绝缘材料，其特征为，所述固化剂为二氨基二苯基砜。
5.如权利要求1或2所述的一种用于母线的绝缘材料的制备方法，其特征为，其制备方法如下：
（1）对双酚A环氧树脂进行加热熔融，其加热温度为70-80℃，加热30分钟；
（2）对纳米有机蒙脱土在70—80℃的条件下真空处理120分钟；
（3）将步骤1得到的双酚A型环氧树脂、步骤2处理后的纳米有机蒙脱土、SiO₂微粉、ZnO 微粉与BaTiO3 微粉加入球磨机中进行球磨、真空脱泡6小时，分散得一级混料，其中，球磨机温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为750—850转/分钟；
（4）将固化剂在80-90℃的条件下加热熔融30分钟备用；
（5）将步骤4得到的固化剂与步骤3中得到的一级混料混加入料罐中搅拌、真空脱泡2小时后得二级混料，其中，温度设定为70-80℃，真空度为133Pa，转速为800—850转/分钟；
(6)将二级混料加入已在100-120℃的温度下预热2小时的模具中进行真空浇注得绝缘层初胚；
(7)对步骤6中的已真空浇注过的绝缘层初胚进行一次固化，其中，一次固化温度为160-180℃，固化时间为50分钟；
(8)一次固化后绝缘层初胚模具上脱下后的绝缘层半成品，将绝缘层半成品进行二次固化即可得绝缘层成品，其中，二次固化温度为235-245℃，固化时间为120分钟。
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