CN105153691A - 一种高强度高温尼龙基绝缘材料及其生产工艺 - Google Patents

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张翀
尹立
杨威
刘随军
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Tianjin Pinggao Intelligent Electric Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种高强度高温尼龙基绝缘材料及其生产工艺，该材料由按质量百分比计的以下原料组成：高温尼龙40％～60％、玻璃纤维20％～40％、增容剂2％～8％、硅烷偶联剂0.2％～0.5％、抗氧剂0.1％～0.4％、热稳定剂0.3％～1％和阻燃剂3％～8％。所述材料的生产工艺包括以下步骤：1)用硅烷偶联剂的无水乙醇溶液处理玻璃纤维；2)将步骤1)所得玻璃纤维与高温尼龙、增容剂、抗氧剂、热稳定剂和阻燃剂混匀，干燥；3)将步骤2)所得原料挤出造粒；4)步骤3)所得制品干燥；5)注塑成型。本发明材料的介电强度、力学强度和抗热变形性能优良，可用于中压设备中电压互感器的绝缘外壳。

Description

一种高强度高温尼龙基绝缘材料及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种用于中压设备中电压互感器的绝缘材料，具体涉及一种高强度高温尼龙基绝缘材料及其生产工艺。
背景技术
作为电压变换装置的电压互感器是电力系统不可或缺的设备，将高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用，它跨接于高压与零线之间。
电压互感器的外壳采用绝缘材料需要具有优良的机械性能、抗热变形性能和介电性能。在电气设备中绝缘材料的作用是把电势不同的带电部分隔离开来。因此绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故；其次耐热性能要好，避免因长期过热而老化变质；此外还应有良好的导热性、耐潮防雷性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。
目前绝大多数电压互感器绝缘外壳都是环氧树脂体系的，虽然环氧树脂体系的绝缘材料具有优良的电气绝缘性能和机械强度，但其脆性大，抗开裂性能差，由此往往导致设备性能不达标，而且热固性的环氧树脂不利于循环使用，也不利于大规模注塑加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高温尼龙基绝缘材料及其生产工艺，所述绝缘材料可制备具有良好机械性能和绝缘性能又能耐高温的电压互感器绝缘外壳，以满足实际中的需要。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度高温尼龙基绝缘材料，该材料由按质量百分比计的以下原料组成：高温尼龙40％～60％、玻璃纤维20％～40％、增容剂2％～8％、硅烷偶联剂0.2％～0.5％、抗氧剂0.1％～0.4％、热稳定剂0.3％～1％和阻燃剂3％～8％。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第一优选技术方案，该材料由按质量百分比计的以下原料组成：高温尼龙47.5％、玻璃纤维40％、增容剂6％、硅烷偶联剂0.5％、抗氧剂0.4％、热稳定剂0.6％和阻燃剂5％。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第二优选技术方案，所述高温尼龙为注塑级半芳香族尼龙或芳香族尼龙。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第三优选技术方案，所述玻璃纤维为直径10～12μm的短切无碱型。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第四优选技术方案，所述增容剂为POE-g-MAH；所述硅烷偶联剂为KH-550。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第五优选技术方案，所述抗氧剂为选自1098、1010和1035中一种或几种的组合物。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第六优选技术方案，所述抗氧剂为1035。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的第七优选技术方案，所述热稳定剂为S-EED；所述阻燃剂为含磷和/或氮阻燃元素的添加型无卤阻燃剂。
一种所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的生产工艺，该工艺包括以下步骤：
1)将硅烷偶联剂与无水乙醇制成的质量浓度为20％的溶液喷洒于玻璃纤维上；
2)将步骤1)所得玻璃纤维与高温尼龙、增容剂、抗氧剂、热稳定剂和阻燃剂混合均匀，再于100～110℃温度下干燥3～4h；
3)造粒：于平行双螺杆挤出系统挤出造粒，挤出机工作温度为300～325℃，主机转速为60～100r/min，切粒机转速为120～150r/min；
4)步骤3)所得制品于100～120℃下干燥3～4h；
5)成型：注塑机机头温度335～340℃，料筒温度315～335℃，模具温度120～140℃，注射压力25～30MPa，保压压力45～55MPa，保压时间3～5s，冷却时间8～10s。
所述的高强度高温尼龙基绝缘材料在制造中压设备中电压互感器绝缘外壳中的应用。
与最接近的现有技术比，本发明技术方案具有如下优点：
1)本发明采用POE-g-MAH为增容剂，有效地促进玻璃纤维与高温尼龙的结合，有利于高温尼龙/玻璃纤维复合材料机械强度的提高；
2)本发明采用KH-550硅烷偶联剂处理玻璃纤维，提高了绝缘材料的机械强度、热变形温度及介电强度；
3)本发明选用直径为10～12μm的短切无碱型玻璃纤维，有效的改善了绝缘材料的机械强度及介电强度；
4)按本发明技术方案制备出的材料进行标准测试，其各项性能如表1所示：
表1本发明材料性能
性能 测试值 执行标准
拉伸强度MPa 131～158 GB/T1040.2-2006/1A/20
弯曲强度MPa 215～236 GB/T 9341-2008
悬臂梁无缺口冲击强度kJ/m2 25～33 GB/T 1843-2008/U
热变形温度(1.82MPa，平放)℃ 250～275 GB/T 1634.2-2004
密度g/cm3 1.32～1.38 GB/T1033.1-2008
阻燃性能级 HB UL 94
介电强度kV/mm 17～23 GB/T 1408.1-2006
成型收缩率％ 0.1～0.3 GB/T 17037.4-2003
具体实施方式
下面用实施例1-5和比较例1-2对本发明作进一步说明，而本发明并不限于此。
实施例及比较例中的高温尼龙(HTPA)选用注塑级聚对苯二甲酰己二胺，阻燃剂选用三聚氰胺，具体配方如表2所示。实施例1-5中以KH-550处理过的直径为11μm玻璃纤维(GF)为补强填料；比较例1采用相同方法使用KH-570偶联剂处理玻璃纤维；比较例2使用KH-550处理直径为15μm的玻璃纤维。
各实施方式中高强度高温尼龙基绝缘材料的生产工艺，该工艺包括以下步骤：
1)将硅烷偶联剂与无水乙醇制成的质量浓度为20％的溶液喷洒于玻璃纤维上；
2)将步骤1)所得玻璃纤维与高温尼龙、增容剂、抗氧剂、热稳定剂和阻燃剂混合均匀，再于105℃温度下干燥3h；
3)造粒：于平行双螺杆挤出系统挤出造粒，挤出机工作温度为310℃，主机转速为80r/min，切粒机转速为130r/min；
4)步骤3)所得制品于110℃下干燥4h；
5)成型：注塑机机头温度335℃，料筒温度320℃，模具温度130℃，注射压力25MPa，保压压力45MPa，保压时间3s，冷却时间10s。
表2本发明具体实施方式中各组分的百分含量
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 比较例1 比较例2
HTPA 65 60 58.5 47.5 55 55 55
GF 25 30 35 40 35 35 0
GF(15μm) 0 0 0 0 0 0 35
POE-g-MAH 3.5 3.5 0 6 3.5 3.5 3.5
KH-550 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0 0.5
KH-570 0 0 0 0 0 0.5 0
1035 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
S-EED 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
阻燃剂 5 5 5 5 5 5 5
测定各实施方式中所得材料的物理性能，结果如表3所示。测试结果表明材料具有优良的拉伸、弯曲和介电强度，可用于制造中压设备中电压互感器绝缘外壳。
表3本发明具体实施方式所得材料性能
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，该材料由按质量百分比计的以下原料组成：高温尼龙40％～60％、玻璃纤维20％～40％、增容剂2％～8％、硅烷偶联剂0.2％～0.5％、抗氧剂0.1％～0.4％、热稳定剂0.3％～1％和阻燃剂3％～8％。
2.根据权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于：高温尼龙47.5％、玻璃纤维40％、增容剂6％、硅烷偶联剂0.5％、抗氧剂0.4％、热稳定剂0.6％和阻燃剂5％。
3.根据权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，所述高温尼龙为注塑级半芳香族尼龙或芳香族尼龙。
4.根据权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，所述玻璃纤维为直径10～12μm的短切无碱型。
5.根据权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，所述增容剂为POE-g-MAH；所述硅烷偶联剂为KH-550。
6.根据权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，所述抗氧剂为选自1098、1010和1035中一种或几种的组合物。
7.根据权利要求6所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，所述抗氧剂为1035。
8.根据权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料，其特征在于，所述热稳定剂为S-EED；所述阻燃剂为含磷和/或氮阻燃元素的添加型无卤阻燃剂。
9.一种权利要求1所述的高强度高温尼龙基绝缘材料的生产工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
1)将硅烷偶联剂与无水乙醇制成的质量浓度为20％的溶液喷洒于玻璃纤维上；
2)将步骤1)所得玻璃纤维与高温尼龙、增容剂、抗氧剂、热稳定剂和阻燃剂混合均匀，再于100～110℃温度下干燥3～4h；
3)造粒：于平行双螺杆挤出系统挤出造粒，挤出机工作温度为300～325℃，主机转速为60～100r/min，切粒机转速为120～150r/min；
4)步骤3)所得制品于100～120℃下干燥3～4h；
5)成型：注塑机机头温度335～340℃，料筒温度315～335℃，模具温度120～140℃，注射压力25～30MPa，保压压力45～55MPa，保压时间3～5s，冷却时间8～10s。
10.根据权利要求1-8任一所述的高强度高温尼龙基绝缘材料在制造中压设备中电压互感器绝缘外壳中的应用。
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