CN104327456A

CN104327456A - 一种绝缘子用环氧树脂组合物、制备方法及其用途

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Publication number: CN104327456A
Application number: CN201410571858.3A
Authority: CN
Inventors: 高锋; 张晖; 张忠; 王好盛; 陈赟; 张东海; 陈运法; 张翀; 陈新; 尹力; �田�浩; 郝留成; 张柳丽
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS; National Center for Nanosccience and Technology China; Henan Pinggao Electric Co Ltd; Smart Grid Research Institute of SGCC
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS; National Center for Nanosccience and Technology China; Henan Pinggao Electric Co Ltd; Smart Grid Research Institute of SGCC
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2015-02-04

Abstract

本发明提供了一种绝缘子用环氧树脂组合物，其包括如下组分：(A)至少一种环氧树脂与至少一种金属纳米颗粒的混合物；所述金属纳米颗粒是环氧树脂重量的0.01～0.1％；(B)至少一种酸酐固化剂；(C)至少包含一种微米无机颗粒；所述组分(C)微米无机颗粒占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为60～70％；(D)至少一种无机纳米颗粒。本发明绝缘子用环氧树脂组合物减少在特高压直流输电过程中造成的空间电荷集聚，同时可以提高材料的体积电阻率和击穿强度。

Description

一种绝缘子用环氧树脂组合物、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种绝缘子用环氧树脂组合物、制备方法及其用途。

背景技术

特高压输电网络是国家电网正在打造的统一坚强智能电网的骨架和核心。更高的电压等级对于电气设备广泛应用的环氧树脂绝缘材料的安全可靠性能提出了重大挑战。对绝缘材料的体积电阻率、击穿强度等电气性能提出了更高的要求。特别是1100kV以上直流特高压系统，在提高绝缘性能的同时还必须考虑空间电荷积累问题。

目前的绝缘子主要以添加微米Al₂O₃为主，Al₂O₃的加入可以提高环氧树脂的力学和热学性能，然而环氧树脂复合材料的耐电老化性能和击穿强度将会降低。添加了纳米后的微纳米复合材料提高了耐电晕侵蚀能力，而将纳米和微米粒子表面处理后的微、纳米复合材料将进一步提高耐电晕侵蚀能力并可以抑制电树生长。

目前纳米改性环氧树脂已经有很多报道，如CN102666694A报道了通过加入纳米颗粒，可以提高环氧树脂的介电强度和机械性能。但是仅加入纳米颗粒会造成绝缘子制品刚度不足，同时固化过程中收缩严重。WO200600842A1、CN101816049A以及CN101506301A采用微纳米复配技术制备绝缘用环氧树脂材料，但是体积电阻率、空间电荷特性未做研究。而且纳米颗粒加入量太高，体系粘度增大，影响浇注工艺。

发明内容

针对已有技术的问题，本发明的目的之一在于提供一种绝缘子用环氧树脂组合物，其具有高体积电阻率和高击穿强度，并且空间电荷积累少，空间电荷密度低。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种绝缘子用环氧树脂组合物，其包括如下组分：

(A)至少一种环氧树脂与至少一种金属纳米颗粒的混合物，所述金属纳米颗粒是环氧树脂的重量的0.01～0.1％；

(B)至少一种酸酐固化剂；

(C)至少一种微米无机颗粒，所述组分(C)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为60～70％；

(D)至少一种无机纳米颗粒。

极少量的金属纳米颗粒加入聚合物体系中会产生库伦阻塞效应，提高了材料的体积电阻率和击穿强度。本发明通过极少量的金属纳米颗粒、微米无机颗粒以及无机纳米颗粒三者之间的复配协同效应，使得到的环氧树脂组合物具有高的体积电阻率和高的击穿强度，并且空间电荷积累少，空间电荷密度低。

根据本发明，所述金属纳米颗粒是环氧树脂重量的0.01～0.1％，例如0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％或0.09％，优选0.02％～0.06％。

根据本发明，所述组分(A)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为25～40％，例如26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％或39％，优选18～24％。

根据本发明，所述组分(B)至少一种酸酐固化剂占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为10～15％，例如10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％或14.5％，优选9～13％。

根据本发明，所述组分(C)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为60～70％，例如61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％或69％，优选62～68％。

根据本发明，所述组分(D)至少一种无机纳米颗粒占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为0.5～5％，例如1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％或4.5％，优选1～2％。

根据本发明，所述组分(A)中的金属纳米颗粒的直径为1～100nm，优选1～20nm。

根据本发明，所述组分(A)中的金属纳米颗粒为金、铂、铜或银金属纳米颗粒中的任意一种或者至少两种的混合物，优选金或/和银纳米颗粒。

根据本发明，所述组分(C)中的微米无机颗粒选自氧化铝、氧化镁、氧化硅或氧化锆中的任意一种或者至少两种的混合物，优选氧化铝，进一步优选ɑ-AL₂O₃。

根据本发明，所述组分(C)中的微米无机颗粒的直径为1-20μm，优选5～15μm。

根据本发明，所述氧化铝为ɑ-AL₂O₃。

根据本发明，所述组分(D)中的无机纳米颗粒选自氧化铝、氧化镁、氧化硅或氧化锆中的任意一种或者至少两种的混合物，优选地，所述氧化铝为ɑ-AL₂O₃。

根据本发明，所述组分(D)中的无机纳米颗粒的直径为1-100nm，优选10～30nm。

根据本发明，所述氧化铝为ɑ-AL₂O₃。

作为本发明的优选技术方案：一种绝缘子用环氧树脂组合物，包括如下组分：

(A)至少一种环氧树脂与至少一种金属纳米颗粒的混合物，所述金属纳米颗粒是环氧树脂的重量的0.03％；

(B)至少一种酸酐固化剂；

(C)至少一种微米无机颗粒；

(D)至少一种无机纳米颗粒；

其中，组分(A)、组分(B)和组分(C)的重量比为100：52.5：320:5。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的绝缘子用环氧树脂组合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将金属纳米颗粒与环氧树脂均匀混合，通过高速搅拌、三辊研磨制备组分(A)金属纳米颗粒与环氧树脂的混合物；

(2)将配方量的组分(A)、组分(B)、组分(C)和组分(D)均匀混合，混合过程中抽真空脱气，并浇注固化成型，得到绝缘子用环氧树脂组合物。

本发明的目的之三在于提供一种如上所述的绝缘子用环氧树脂组合物的用途，其用于直流特高压输变电中。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：体积电阻率均大于10¹⁷，击穿强度较不添加金属纳米颗粒提高20％，空间电荷密度较不添加金属纳米颗粒至少减少17％。

本发明通过极少量的金属纳米颗粒、微米无机颗粒以及无机纳米颗粒三者之间的复配协同效应，使得到的环氧树脂组合物具有高的体积电阻率和高的击穿强度，并且空间电荷积累少，空间电荷密度低，可用于直流特高压输变电中。

此外，所述的绝缘子环氧树脂组合物由于加入纳米颗粒含量少，不影响体系的粘度，具有优异的加工性能。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明绝缘子环氧树脂组合物各组分来源如下；

陶氏ER113多官能团环氧树脂；

美国亨斯曼的CY5995多官能团环氧树脂；

陶氏ER314多官能团酸酐固化剂；

美国亨斯曼的HY1235、HY5996多官能团酸酐固化剂；

金、银纳米颗粒；

日本昭和电工的ɑ-AL₂O₃，牌号分别为E1、E3、AL-170；

德固赛纳米ɑ-AL₂O₃(ALC)、MgO；

本发明绝缘子环氧树脂组合物性能测试标准如下：

体积电阻率测试(GB/T1410～2006)

击穿强度测试(GB/T1410～2006)

本发明实施例如下：

将金属纳米颗粒与环氧树脂均匀混合，通过高速搅拌、三辊研磨制备成金属纳米颗粒环氧树脂混合物。

根据表1的称取各组分配方量，经过高速搅拌机恒温(110～150℃)、真空均匀混合，制成浇注料，得到绝缘子环氧树脂组合物实施例1-6。

表1实施例1-6绝缘子环氧树脂组合物配方

表2：实施例1-6绝缘子环氧树脂组合物电气性能

实施例7～12

根据表3的称取各组分配方量，经过高速搅拌机恒温(110℃-150℃)、真空均匀混合，制成浇注料，得到绝缘子环氧树脂组合物实施例7-12。

表3实施例7～12绝缘子环氧树脂组合物配方

表4实施例7～12绝缘子环氧树脂组合物电气性能

实施例13～18

根据表5的称取各组分配方量，经过高速搅拌机恒温(110℃-150℃)、真空均匀混合，制成浇注料，得到绝缘子环氧树脂组合物实施例13-18。

表5实施例13～18绝缘子环氧树脂组合物配方

表6实施例13～18绝缘子环氧树脂组合物电气性能

实施例19～24

根据表7的称取各组分配方量，经过高速搅拌机恒温(110℃-150℃)、真空均匀混合，制成浇注料，得到绝缘子环氧树脂组合物实施例7-12。

表7实施例19～24绝缘子环氧树脂组合物配方

表8实施例19～24绝缘子环氧树脂组合物电气性能

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种绝缘子用环氧树脂组合物，其特征在于，其包括如下组分：

(B)至少一种酸酐固化剂；

(D)至少一种无机纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述金属纳米颗粒是环氧树脂重量的0.02％～0.06％；

优选地，所述组分(A)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为25～40％，优选18～24％。

3.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述组分(B)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为10～15％，优选9～13％。

4.如权利要求1-3之一所述的组合物，其特征在于，所述组分(C)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为62～68％。

5.如权利要求1-4之一所述的组合物，其特征在于，所述组分(D)占绝缘子用环氧树脂组合物的重量百分比为0.5～5％，优选1～2％。

6.如权利要求1-5之一所述的组合物，其特征在于，所述组分(A)中的金属纳米颗粒的直径为1～100nm，优选1～20nm；

优选地，所述组分(A)中的金属纳米颗粒为金、铂、铜或银金属纳米颗粒中的任意一种或者至少两种的混合物，优选金或/和银纳米颗粒。

7.如权利要求1-6之一所述的组合物，其特征在于，所述组分(C)中的微米无机颗粒选自氧化铝、氧化镁、氧化硅或氧化锆中的任意一种或者至少两种的混合物，优选氧化铝，进一步优选ɑ-AL₂O₃；

优选地，所述组分(C)中的微米无机颗粒的直径为1-20μm，优选5～15μm；

优选地，所述氧化铝为ɑ-AL₂O₃。

8.如权利要求1-7之一所述的组合物，其特征在于，所述组分(D)中的无机纳米颗粒选自氧化铝、氧化镁、氧化硅或氧化锆中的任意一种或者至少两种的混合物；

优选地，所述氧化铝为ɑ-AL₂O₃；

优选地，所述组分(D)中的无机纳米颗粒的直径为1-100nm，优选10～30nm；

优选地，一种绝缘子用环氧树脂组合物，包括如下组分：

(B)至少一种酸酐固化剂；

(C)至少一种微米无机颗粒；

(D)至少一种无机纳米颗粒；

其中，组分(A)、组分(B)和组分(C)的重量比为100：52.5：320：5。

9.一种如权利要求1-8之一所述的绝缘子用环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将金属纳米颗粒与环氧树脂均匀混合，通过高速搅拌、三辊研磨制备组分(A)；

10.一种如权利要求1-8之一所述的绝缘子用环氧树脂组合物的用途，其特征在于，其用于直流特高压输变电中。