CN104861644A - 阻燃可回收绝缘改性材料、绝缘件制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及应用于室内中电压(10-20KV)各类柜子绝缘器件生产技术领域，特别涉及漏电起痕等电性能优良、力学强度高的阻燃可回收绝缘改性材料、绝缘件制备和应用。选用热塑性、电气性能良好的聚合物聚酰胺（尼龙6或尼龙66）为基体树脂，加入玻璃纤维、阻燃剂和助剂，采用熔融共混改性的方法，形成有机复合绝缘改性材料；通过注塑形成相应的绝缘器件；表面经合适的涂层涂布、固化工艺，制备成电绝缘性能更好的器件，提高了绝缘器件使用的安全性，同时，采用本发明新型绝缘改性材料生产绝缘器件具有阻燃性、可回收，重量轻和生产效率高。

Description

阻燃可回收绝缘改性材料、绝缘件制备和应用
技术领域
本发明涉及应用于室内中电压(10-20KV)各类柜子绝缘器件生产技术领域，特别涉及阻燃、可回收、漏电起痕等电性能优良、力学强度高的阻燃可回收绝缘改性材料、绝缘件制备和应用。
背景技术
国家智能电网建设的不断推进，配网优先发展的策略使得市场对中压一次设备的需求量大增。目前，在这些设备中的绝缘件大多是采用环氧树脂作为基础材料。目前国内企业在SF6环网柜、固体绝缘环网柜、真空断路器、开关柜绝缘件等一次配电设备中的固体绝缘材料均采用环氧树脂完成产品的绝缘防护，能够满足全固封、全绝缘的产品技术发展需求。但同时也导致了不可降解的环氧树脂大量使用。固化的环氧树脂存在无法再回收利用的难题，易造成环境污染，不利于环保，不符合可持续发展的要求。同时，配电设备中绝缘材料阻燃性能的要求不断提高，将严重降低环氧类产品的技术优势和生命周期。国家对环保型开关设备开发和应用推广的鼓励措施也会越来越多。
国际上正在加强对有机复合绝缘材料的应用研究和开发，以达到节能环保的目的。美国ADD公司、法国ERICO公司、ABB公司多在研制环保热塑性复合绝缘材料的电网设备，并已有产品在电网中投入使用，如固体绝缘环网柜、尼龙材料的固封极柱等。
本发明的绝缘新材料能应用于真空断路器、固体绝缘环网柜、电气元件，具有比拟环氧树脂的绝缘性能，且具有加工简单、可回收、阻燃等特点。
PA6或PA66的改性材料作为复合绝缘开关设备的绝缘件主材料，其力学性能、耐磨性、耐腐蚀性强、成型加工性好。经过填充及增韧改性，其性能大大增强，电气性能和机械性能完全符合复合绝缘开关设备的绝缘要求。同时PA6或PA66绝缘材料还具有以下特点：原料重量轻、生产周期短、生命期长(可达30年)、加工后的内应力小、可回收再利用；制品生产工艺采用注塑工艺，分别成型，成型后组装或采取整体成型工艺。工艺简单，生产成本低廉。另外材料本身无毒，在制造环节中没有刺激性气味，不影响环境。产品可回收再生产，符合国家可持续发展的要求且价格适中。
发明内容
为了解决目前使用的环氧树脂绝缘件不阻燃、脆性、重量重、无法回收和生产效率低的缺点，以有利于节能环保和安全，本发明的目的在于替代环氧树脂，提供具有优异机械性能、加工性能、绝缘性能、阻燃性能的可回收使用的阻燃绝缘改性材料，其制造的绝缘器件应用于中高压电器设备中。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：阻燃可回收绝缘改性材料，其特征在于，由如下成分按质量分数熔融共混而成：热塑性材料PA6或PA6650～80％、偶联剂表面改性的玻璃纤维15～35％、微胶囊化红磷5～20％以及其它助剂0-3％。
在阻燃可回收绝缘改性材料中所述的其它助剂指改善加工流动性、降低吸水性和着色等功能的助剂。具体为增塑剂、交联剂、着色剂或抗氧化剂的一种或几种。
阻燃可回收绝缘改性材料的制备方法，将PA6或PA66、微胶囊化红磷和其它助剂按适当比例初混，再加入双螺杆挤出机，经初熔后加入玻璃纤维，熔融共混后挤出、冷却、切粒、烘干制备成改性材料，PA6共混改性条件：温度在230～250℃；干燥条件为90～110℃下6～8h。PA66共混改性条件：温度在270～290℃；干燥条件为90～110℃下6～8h。
由注塑机将阻燃可回收绝缘改性材料注塑形成的绝缘器件，其成型条件，注射压力50～90Mpa，PA6注射温度260～280℃，PA66注射温度270～290℃，制备绝缘器件的生产效率较环氧树脂高得多、且重量轻。
在上述的绝缘器件表面，喷涂绝缘漆。方法1喷涂A树脂，在室温下固化24小时，涂层厚度50--150μm；方法2喷涂A树脂与B树脂混合液，在温度50～80℃下预固化20～60min，然后在120～180℃下固化2～5h，涂层厚度50--150μm。
上述所述的A树脂是聚酯树脂，由甘油、乙二醇、亚油、赛克、苯二甲酸二甲酯原料合成；所述的B树脂是的氨基树脂，由三聚氰胺、甲醛、邻苯二甲酸酐合成。A树脂与B树脂混合液为A树脂(70～90％)、B树脂(3～5％)、二甲苯(5～27％)和颜料(0～2％)组成，所述百分比为质量分数。
阻燃可回收绝缘改性材料注塑成绝缘器件，又经表面绝缘漆处理，使绝缘器件有了完美的外观、更高的漏电起痕指数和绝缘性能，有望替代目前在中电压设备中所使用的环氧树脂绝缘器件。
本发明的原理：
选用热塑性、电气性能良好的聚合物PA6或PA66为基体树脂，加入玻璃纤维、阻燃剂和助剂，采用熔融共混改性的方法，形成有机复合绝缘改性材料；通过注塑制备成相应的绝缘件；最后通过合适的喷涂、固化工艺，制备成绝缘性能优异的器件，进一步提高了复合绝缘件在使用过程中的安全性。
各项改性工艺及其优点如下：
1.PA6或PA66有良好的加工性能(注射成型)、绝缘性能，使更高效制造绝缘器件成为可能。
2.添加表面改性的玻璃纤维，获得了力学性能显著改善的新材料绝缘器件，克服了环氧树脂绝缘件脆性、笨重的缺陷，其中，玻璃纤维的添加量在15～30％。
3.添加高效且易于分散的微胶囊化的红磷阻燃剂于上述PA6或PA66中，克服了普通红磷阻燃剂与PA6或PA66相容性差的缺陷，使上述复合材料阻燃性能达到V-0标准，所制备的绝缘器件具有阻燃功能，克服了环氧树脂绝缘件易燃的缺点，提高了设备运行的安全性。
4.添加合适的助剂，改善了新绝缘材料的加工性能、长期使用的性能，降低了PA6或PA66的吸水性，并有利于制造复杂结构的绝缘件。
5.上述所述的改性材料注塑成绝缘器件后，经表面绝缘漆处理，提高了绝缘器件的电性能和外观，尤其大幅提高漏电起痕指数。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
按照绝缘改性材料配方：分别称量PA6树脂20.0kg、微胶囊化红磷3.3kg、助剂0.1kg，预混合约10min，加入双螺杆挤出机加料口，经250℃初步熔融；加入玻璃纤维10.0kg，熔融挤出，经冷却、干燥和切粒制成颗粒状改性材料。改性材料在使用前经过预干燥处理，处理条件为：110℃，6～8h。改性材料在注塑机的模具内注塑成有关制品，注塑条件为：一区，250±10℃；二区，245±10℃；三区，245±10℃；射嘴，255±10℃，模温，70～80℃；背压15～20MPa。
对PA6改性材料的绝缘件进行有关电性能测试，结果如下：
注：本测试由桂林电气科学研究院检测。
实施例二
按照绝缘改性材料配方：分别称量PA66树脂20.0kg、微胶囊化红磷3.3kg、助剂0.1kg，预混合约10min，加入双螺杆挤出机加料口，经275℃初步熔融；加入玻璃纤维10.0kg，熔融挤出，经冷却、干燥和切粒制成颗粒状改性材料。改性材料在使用前经过预干燥处理，处理条件为：110℃，6～8h。改性材料在注塑机的模具内注塑成有关制品，注塑条件为：一区，270±10℃；二区，285±10℃；三区，285±10℃；射嘴，285±10℃，模温，70～80℃；背压15～20MPa。
实施例三
对实施例一中的注塑件表面喷涂含A树脂和B树脂和二甲苯混合液，并在50℃下预固化60min，然后，在160℃下进行二次固化5h，形成绝缘漆涂层厚度50～150μm，获得电性能更优的绝缘件。
对PA6改性材料的绝缘件表面喷涂处理后进行有关电性能测试，对比实施例一、三中的测试结果：所发明的阻燃可回收绝缘材料及绝缘件制备工艺可应用于中电压设备的绝缘器件制造中，绝缘件表面绝缘漆的处理对绝缘性能有一定程度的提高。
注：本测试由桂林电气科学研究院检测。
实施例四
对实施例一中的注塑件表面喷涂含A树脂、二甲苯和颜料混合液，并在室温下固化24小时，形成绝缘漆涂层厚度50～150μm，提高了绝缘器件的电性能和外观。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.阻燃可回收绝缘改性材料，其特征在于，由如下成分按质量分数熔融共混而成：热塑性材料尼龙6或尼龙6650~80%、偶联剂表面改性的玻璃纤维 15~35%、微胶囊化红磷 5~20%以及其它助剂0~3%。
2. 根据权利要求1所述的阻燃可回收绝缘改性材料，其特征在于，所述的其它助剂指增塑剂、交联剂、着色剂或抗氧化剂的一种或几种。
3. 权利要求1或2所述的阻燃可回收绝缘改性材料的制备方法，其特征在于，将PA6或PA66、微胶囊化红磷和其它助剂按适当比例初混，再加入双螺杆挤出机，经初熔后加入玻璃纤维，熔融共混后挤出、冷却、切粒、烘干制备成改性材料，PA6共混改性条件：温度在230~250 °C；干燥条件为90~110 °C下6~8 h； PA66共混改性条件：温度在270~290 °C；干燥条件为90~110 °C下6~8 h。
4. 阻燃可回收绝缘改性材料的绝缘器件制备方法，其特征在于，将权利要求1、或2所述的阻燃可回收绝缘改性材料由注塑机注塑形成绝缘器件，其成型条件为，注射压力50~90Mpa，PA6注射温度260~280 °C，PA66注射温度270~290 °C。
5.阻燃可回收绝缘改性材料绝缘器件的表面处理方法，其特征在于，在权利要求4所述的绝缘器件表面喷涂绝缘漆，喷涂绝缘漆后，在温度50~80 °C下预固化20~60 min，然后在120~180 °C下固化2~5 h；或喷涂绝缘漆后在室温下固化24小时；涂层厚度50—150微米。
6. 根据权利要求5所述的阻燃可回收绝缘改性材料绝缘器件的表面处理方法，其特征在于，所述的绝缘漆由A树脂（70~90%）、二甲苯（10~30%）组成；或由A树脂（70~90%）、B树脂（3~5%）、二甲苯（5~27%）和颜料（0~2%）组成，所述百分比为质量分数；所述的A树脂是聚酯树脂，由甘油、乙二醇、亚油、赛克、苯二甲酸二甲酯原料合成；所述的B树脂是氨基树脂,由三聚氰胺、甲醛、邻苯二甲酸酐合成。
7. 权利要求1或2所述的阻燃可回收绝缘改性材料可应用于中电压设备中绝缘器件的制造。
8.权利要求—5或6所述的绝缘器件表面处理方法可应用于中电压设备绝缘器件的表面处理中。
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