CN105086826B - 一种添加微‑纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加微‑纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层及制备工艺。各原料重量百分数如：氟硅树脂36％‑52％；微米级(10μm‑200μm)复合颗粒：主要有气相白炭黑3％‑5％CaCO3 0.5％‑1.5％、CeO2 0.3％‑1％和氟化鈰0.5％‑1.5％复合颗粒以及用于微米级颗粒改性的复合交联剂2％‑6％、复合补强剂3％‑8％、纳米级(25nm‑75nm)复合颗粒：主要有纳米SiO2 0.3％‑1％，纳米TiO2 2％‑4％，纳米氧化镧0.2％‑0.5％，以及用于微米级颗粒改性的复合交联剂2％‑4％、表面活性剂0.5％‑1.5％、六甲基二硅氮烷3.5％‑7.5％、氟硅树脂消泡剂0.2％‑0.5％、催化剂0.3％‑0.6％、复合钛酸酯偶联剂4％‑11％、复合阻燃剂2％‑6％、其余为溶剂。本发明提供的添加微‑纳复合颗粒的重污秽区防污闪绝缘涂层制备工艺采用分段制备、模块结合的方式，可工业化生产，耐污闪性能优异，能广泛适用于重污秽区的特高压输电线路的电力设备。
Description
技术领域：
本发明属于重污秽区防污闪绝缘涂层的研发和制备技术领域，特别一种添加微-纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层及制备工艺。
背景技术：
目前使用的重污秽区防污闪涂料多数为硅橡胶RTV防污闪涂料，硅橡胶RTV防污闪涂料通过添加纳米填料来提高基体材料的性能，如电学、光学、力学、化学性能等。经物理化学过程改性制成。因其具有的憎水性和憎水迁移性，涂覆在绝缘子表面，可抑制泄漏电流及局部电弧的产生和发展，可显著提高重污秽区耐污闪电压，从而有效防止污闪事故的发生，是国内外重污秽区防污闪技术中最为有效的防污闪措施，也是目前的研究热点。
传统的RTV防污闪涂料通常添加SiO2来提高强度，添加Al2O3作为阻燃剂，添加TiO2提高其光催化能力、抗紫外线能力等等。添加纳米填料的种类，虽然有一定的憎水性和憎水迁移性，但由于纳米粒子易团聚、分散不均，导致纳米粒子不能充分发挥其作用，涂料憎水性丧失快、易老化、耐油性差、力学性能差等，因此目前使用的防污闪绝缘涂层中都会通过防污闪涂层与绝缘子表面附着力差导致涂层易起壳、剥落，使用寿命短等问题，限制其发展和实际应用。
发明内容：
为了解决现有技术中绝缘涂层综合性能差、微米级粒子和纳米级粒子不能充分发挥作用、力学性能差、耐油性差、附着力差、使用寿命短等难题和重污秽区线路防污闪绝缘涂层使用和维护成本高等局限性，本发明提供了一种添加微-纳复合颗粒的综合性能优良、憎水憎油性显著提高、自洁性好、使用寿命长、可进行工业化推广生产的重污秽区防污闪绝缘涂层。
本发明是通过以下措施实现的：
一种添加微-纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层，包括如下重量百分比的原料组分，氟硅树脂36％-52％，微米级复合颗粒4.3％-9％，用于微米级颗粒改性的复合交联剂2％-6％和复合补强剂3％-8％，纳米级复合颗粒2.5％-4.5％，用于纳米级颗粒改性的复合交联剂2％-4％和表面活性剂0.5％-1.5％，六甲基二硅氮烷3.5％-7.5％，氟硅树脂消泡剂0.2％-0.5％，催化剂0.3％-0.6％，复合钛酸酯偶联剂4％-11％，复合阻燃剂2％-6％，其余为溶剂。
优选的是，所述微米级复合颗粒的粒径为10μm-200μm。保证粒子分散均匀，提高反应活性，比表面积大，便于交联改性。
优选的是，所述纳米级复合颗粒的粒径为25nm-75nm。保证粒子分散均匀，提高反应活性，比表面积大，便于交联改性。
采用复合补强剂，将纳米SiO2与CaCO3配合使用，不仅可以提高涂料基体的强度，如拉伸强度、抗撕裂强度等。通过纳米级(25nm-75nm)复合颗粒和微米级(10μm-200μm)复合颗粒，以及用于不同等级颗粒改性的复合交联剂和表面疏水改性的六甲基二硅氮烷，构筑出微米-纳米二重类“荷叶”结构，使绝缘涂层具有优异的憎水性能。表面活性剂的加入，可对填料进行表面处理，降低表面张力和表面自由能，可以提高填料在基体中的分散程度，使填料分散更为均匀，减轻因粒子团聚导致涂料内粒子分布差异而导致的性能差异等。
优选的是，所述微米级复合颗粒气相白炭黑3-5份、CaCO30.5-1.5份、CeO20.3-1份和氟化鈰0.5-1.5份。
优选的是，所述纳米级复合颗粒由下列重量份数比的原料组成：纳米SiO20.3％-1％，纳米TiO22％-4％，纳米氧化镧0.2％-0.5％。
优选的是，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，所述催化剂为二月桂酸二丁己锡，所述交联剂为过氧化二异丙苯，所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
优选的是，所述复合阻燃剂为纳米氧化铝与十溴联苯醚的混合物，其质量比为11：2。比例过小，引入过多溴化物，比例过大，引入阻燃效果不好。
优选的是，所述复合补强剂为纳米SiO2与微米CaCO3的混合物，其质量比为1：6。使SiO2和CaCO3形成微-纳米二重超疏水复合结构，制备出改性复合补强剂。
本发明还提供了一种添加微-纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：微米级复合颗粒(主要有气相白炭黑5％、CaCO31.5％、CeO21％和氟化鈰0.5％，所述百分比为各组分占总加入量的百分比)和用于微米级颗粒改性的复合交联剂(占总加入量的6％)，复合补强剂(占总加入量的8％)，纳米级复合颗粒和用于纳米级颗粒改性的复合交联剂充分混合0.5h-1.5h，形成胶液，放置于烘干箱内80-85℃，烘干0.5h-1h；氟硅树脂与剩余的微米级复合颗粒、丙二醇甲醚醋酸酯充分混合0.5h-1h，形成胶液，将复合阻燃剂和复合补强剂(占总加入量的8％)、表面活性剂进行表面处理，在表面处理后的复合补强剂中添加六甲基二硅氮烷进行进一步的疏水改性处理0.5h-1.5h；将处理后的所有填料添加进胶液中，在13000-15000rpm速度下高速分散1h-2h，然后添加消泡剂、催化剂、交联剂，在2000-3000rpm速度下搅拌1h-3h，即得。
本发明还提供了一种重污秽区防污闪绝缘子，将上述的添加微-纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层喷涂在清洁后的陶瓷绝缘子表面，在25℃±2℃，40％-70％RH条件下，自然固化96h，即得。
所述的重污秽区防污闪绝缘涂层，在清洁后的所需防护的电力设备表面喷涂重污秽区防污闪绝缘涂层，在25℃±4℃，35％-75％RH条件下，自然固化48h后可使用。所述的绝缘涂层固化后，表面接触角不小于135°。
本发明重污秽区防污闪绝缘涂层具有优异的耐污和耐油性能，高憎水性和憎水迁移性以及耐老化性能。本发明中氟硅树脂本身的F-Si键和硅树脂的分子结构使其具有耐电弧性能，能够满足作为电气设备绝缘材料的要求。本发明中采用复合阻燃剂，氧化铝和十溴联苯醚协同发挥阻燃作用，具有隔热、隔氧的效应，降低复合绝缘涂层的表面温度，阻止可燃性气体逃逸到火焰区，阻燃效果优于单一的阻燃剂；采用复合补强剂，将纳米SiO2与CaCO3配合使用，不仅可以提高涂料基体的强度，如拉伸强度、抗撕裂强度等。通过纳米级(25nm-75nm)复合颗粒和微米级(10μm-200μm)复合颗粒，以及用于不同等级颗粒改性的复合交联剂和表面疏水改性的六甲基二硅氮烷，构筑出微米-纳米二重类“荷叶”结构，使绝缘涂层具有优异的憎水性能。表面活性剂的加入，可对填料进行表面处理，降低表面张力和表面自由能，可以提高填料在基体中的分散程度，使填料分散更为均匀，减轻因粒子团聚导致涂料内粒子分布差异而导致的性能差异等。
本发明通过合理优化的涂料配方和填料改性处理工艺，制备出专用于重污秽区的防污闪绝缘涂层。氟硅树脂基料具有表面能低、耐老化、高憎水的原始性能。通过表面改性处理后的填料的加入，提高其强度、阻燃性能、耐紫外线、耐老化等力学、电学、光学、热学性能，憎水性、憎水迁移性明显提高，耐污压和耐电蚀能力显著增强，解决了重污秽区电力设备易污闪的难题。通过复合改性处理，提高了本发明所述的绝缘涂层与电力设备表面附着力差导致的涂层易起壳、剥落等问题和不足。本发明提供的添加微-纳复合颗粒的重污秽区防污闪绝缘涂层制备工艺采用分段制备、模块结合的方式，可工业化生产，耐污闪性能优异，能广泛适用于重污秽区的特高压输电线路的电力设备。
具体实施方式：
下面结合实施例进一步说明：
实施例1：重污秽区防污闪绝缘涂层制备工艺如下：
氟硅树脂36％；微米级(10μm-200μm)复合颗粒：主要有气相白炭黑5％、CaCO31.5％、CeO21％和氟化鈰0.5％复合颗粒以及用于微米级颗粒改性的复合交联剂6％、纳米级(25nm-75nm)复合颗粒：主要有纳米SiO20.5％，纳米TiO24％，纳米氧化镧0.5％，以及用于微米级颗粒改性的复合交联剂4％、复合补强剂8％-10％、表面活性剂1.5％、六甲基二硅氮烷7.5％、氟硅树脂消泡剂0.5％、催化剂0.6％；复合钛酸酯偶联剂11％、复合阻燃剂6％、其余为溶剂。
微米级(10μm-200μm)复合颗粒和用于微米级颗粒改性的复合交联剂，复合补强剂，纳米级(25nm-75nm)复合颗粒：和用于微米级颗粒改性的复合交联剂充分混合1.5h，形成胶液，放置于烘干箱内80℃，烘干1h；氟硅树脂与微米级(10μm-200μm)复合颗粒、丙二醇甲醚醋酸酯充分混合0.5h，形成胶液，将复合阻燃剂和复合补强剂、表面活性剂进行表面处理，在表面处理后的复合补强剂中添加六甲基二硅氮烷进行进一步的疏水改性处理1.5h；将处理后的所有填料添加进胶液中，在15000rpm速度下高速分散2h，然后添加消泡剂、催化剂、交联剂等，在3000rpm速度下搅拌3h均匀。制备出的涂料成膜性好、粘度适中，固化后表面光洁、附着力强、憎水性好。
实施例2：重污秽区防污闪绝缘涂层制备工艺如下：
氟硅树脂52％；微米级(10μm-200μm)复合颗粒：主要有气相白炭黑3％、CaCO30.5％、CeO20.3％和氟化鈰0.5％复合颗粒以及用于微米级颗粒改性的复合交联剂2％、复合补强剂5％、纳米级(25nm-75nm)复合颗粒：主要有纳米SiO21％，纳米TiO22％，纳米氧化镧0.3％，以及用于微米级颗粒改性的复合交联剂2％、表面活性剂0.5％、六甲基二硅氮烷3.5％、氟硅树脂消泡剂0.2％、催化剂0.3％、复合钛酸酯偶联剂4％、复合阻燃剂2％、其余为溶剂。
微米级(10μm-200μm)复合颗粒和用于微米级颗粒改性的复合交联剂，复合补强剂，纳米级(25nm-75nm)复合颗粒：和用于微米级颗粒改性的复合交联剂充分混合0.6h，形成胶液，放置于烘干箱内85℃，烘干0.5h；氟硅树脂与微米级(10μm-200μm)复合颗粒、丙二醇甲醚醋酸酯充分混合0.5h，形成胶液，将复合阻燃剂和复合补强剂、表面活性剂进行表面处理，在表面处理后的复合补强剂中添加六甲基二硅氮烷进行进一步的疏水改性处理1h；将处理后的所有填料添加进胶液中，在13000rpm速度下高速分散1h，然后添加消泡剂、催化剂、交联剂等，在2000rpm速度下搅拌2h均匀。制备出的涂料成膜性好、粘度适中，固化后表面光洁、附着力强、憎水性好。
本发明所述重污秽区的防污闪绝缘涂层表面光洁、憎水性好，且与电力设备表面的结合度高、附着力好。经憎水迁移性实验结果显示其耐污闪电压高、耐污闪性能好，电晕人工老化实验结果显示使用时间长、寿命长，耐漏电起痕实验结果显示该涂层耐电蚀能力强、耐漏电起痕性能好，划圈实验法结果显示该涂层与绝缘子表面的附着力强。因此，氟硅树脂基料具有表面能低、耐老化、高憎水的原始性能。通过表面改性处理后的填料的加入，提高其强度、阻燃性能、耐紫外线、耐老化等力学、电学、光学、热学性能，憎水性、憎水迁移性明显提高，耐污压和耐电蚀能力显著增强，解决了重污秽区电力设备易污闪的难题。本发明添加微-纳复合颗粒的重污秽区防污闪绝缘涂层制备工艺采用分段制备、模块结合的方式，可工业化生产，耐污闪性能优异，能广泛适用于重污秽区的特高压输电线路的电力设备。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种添加微-纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层，其特征在于，包括如下重量百分比的原料组分，氟硅树脂36％-52％，微米级复合颗粒4.3％-9％，用于微米级颗粒改性的交联剂2％-6％和复合补强剂3％-8％，纳米级复合颗粒2.5％-4.5％，用于纳米级颗粒改性的交联剂2％-4％和表面活性剂0.5％-1.5％，六甲基二硅氮烷3.5％-7.5％，氟硅树脂消泡剂0.2％-0.5％，催化剂0.3％-0.6％，复合钛酸酯偶联剂4％-11％，复合阻燃剂2％-6％，其余为溶剂；
所述微米级复合颗粒的粒径为10μm-200μm；
所述纳米级复合颗粒的粒径为25nm-75nm；
所述微米级复合颗粒由下列重量百分比的原料组成：气相白炭黑3-5％、CaCO3 0.5-1.5％、CeO2 0.3-1％和氟化鈰0.5-1.5％；
所述纳米级复合颗粒由下列重量百分比的原料组成：纳米SiO2 0.3％-1％，纳米TiO22％-4％，纳米氧化镧0.2％-0.5％；
所述复合阻燃剂为纳米氧化铝与十溴联苯醚的混合物，其质量比为11：2；
所述复合补强剂为纳米SiO2与微米CaCO3的混合物，其质量比为1：6。
2.如权利要求1所述的绝缘涂层，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，所述催化剂为二月桂酸二丁己锡，所述交联剂为过氧化二异丙苯，所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
3.一种重污秽区防污闪绝缘子，其特征在于，将权利要求1或2任一所述的添加微-纳复合颗粒的防污闪绝缘涂层喷涂在清洁后的陶瓷绝缘子表面，在25℃±2℃，40％-70％RH条件下，自然固化96h，即得。
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