CN105907044A - 一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质 - Google Patents

Abstract

一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，所述电介质制备方法为，（1）选用偶联剂KH550对α相纳米Al₂O₃进行表面改性，甲苯为溶剂，与纳米粒子制成悬浊液，在氮气氛围下与偶联剂KH550反应；（2）利用超声分散和高速剪切机将改性后的纳米Al₂O₃和双酚A型环氧树脂混合均匀，再按照固化流程将环氧树脂浇铸。真空沿面闪络测试表明，纳米/环氧树脂复合电介质的脉冲耐受电压和直流电压较纯环氧树脂分别提高了24.52%和23.65%。

Description

一种高真空沿面闪络电压的纳米 / 环氧树脂复合电介质

技术领域

本发明涉及一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，属纳米材料技术领域。

背景技术

目前在电力设备中如真空二极管、真空开关、脉冲功率开关、大功率微波管以及高强度X射线管等，都会在真空下运行。这主要是因为真空介质，一方面，击穿场强很高，其临界击穿场强为1.3MV/cm，可以大大减小电力设备的体积；另一方面，真空也较液体、固体绝缘体轻，可以大大减小电力设备的重量，方便运输。

但是在电力设备中不可能全都是真空，其必然存在起着固定、支撑和保护作用的固体绝缘件，如果这些绝缘件的闪络、击穿电压不提高，就会引发木桶效应，导致电力设备失效，从而发生严重的事故，造成巨大的经济损失。尤其是在电网向着高电压、大电流和高容量发展的今天，这个问题急需解决。一般而言，在保证设备运行电压不变的情况下，要么重新设计绝缘结构，要么提高原有固体绝缘件的闪络电压。

纳米技术主要是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用，其主要包括纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。由于纳米粒子具有量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应以及介电限域效应，所以当其作为填料添加到聚合物中，会使得复合后的介质具有不同于基体的电学、力学、热学、光学等特性。

到目前为止，已经有很多纳米电介质方面的成功经验，也都通过纳米掺杂获得在很多方面不同于基体的复合电介质，这些纳米复合电介质要么有着优良的电气性能，要么在某方面有巨大用途。

发明内容

本发明的目的是，针对现有电解质材料存在的问题和电力设备的需求，本发明提出一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，从而降低事故率，确保电网安全运行。

实现本发明的技术方案是，一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，其制备方法如下：

（1）选择偶联剂KH550对α相纳米Al₂O₃进行表面改性，采用甲苯为溶剂，与纳米粒子制成悬浊液，在氮气氛围下与偶联剂KH550反应，之后洗涤干燥，得到改性后的纳米粒子待用。

（2）利用超声分散和高速剪切机将改性后的纳米Al₂O₃和液态双酚A型环氧树脂混合均匀，再按照固化流程将环氧树脂浇铸。

所述纳米粒子、偶联剂KH550、甲苯按照1g：6ml：60ml的比例制成悬浊液。

所述氮气氛围下与偶联剂KH550反应温度为110^oC；反应时间48h。

真空沿面闪络测试表明纳米/环氧树脂复合电介质的脉冲耐受电压和直流电压较纯环氧树脂分别提高了24.52%和23.65%。

本发明的有益效果在于，本发明大大提高了环氧树脂的真空沿面闪络特性，复合电介质在真空下的脉冲闪络耐受电压和直流闪络电压较纯环氧树脂分别提高了24.52%和23.65%。本发明提供的制备方法简单有效，纳米粒子在环氧树脂中分散均匀。

附图说明

图1为制备高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质流程框图；

图2为制备的纯EP扫描电镜（SEM）测试结果；

图3为制备的纳米Al₂O₃/环氧树脂扫描电镜（SEM）测试结果。

具体实施方式

本发明具体实施方式如图1所示：

（1）本发明实施例取液态双酚A型环氧树脂，型号为GH-9303的液态甲基四氢苯酐固化剂；型号为DMP-30的促进剂（二甲胺基甲基苯酚）；

以质量计，环氧树脂、固化剂和促进剂的比例为100：80：0.3。

（2）本发明实施例选择偶联剂KH550对α相纳米Al₂O₃进行表面改性。

在本实施例中，纳米粒子需放到烘箱中在120^oC下烘干12h。

然后将纳米粒子、偶联剂KH550和甲苯按照1g：6ml：60ml的比例制成悬浊液，在氮气氛围下110^oC反应48h，之后利用无水乙醇清洗纳米Al₂O₃数次，之后放入真空干燥箱在60^oC干燥24小时，即得到处理好的纳米粒子。

（3）在固化前，将环氧树脂在60℃下处理60min，纳米粒子处理120min。

本实施例纳米/环氧树脂复合电介质制备步骤如下：

1）称取100g环氧，再称量1g改性后的纳米粒子，将其超声搅拌30min。

2）将在第一步中得到的混合液在高速剪切机下继续超声处理20min。

3）处理完成后在其中加入80g固化剂，2滴促进剂，真空搅拌除气30min，得到复合材料固化前的最后混合溶液。

4）将该溶液浇注在用脱模剂处理过的模具里，按照阶段升温固化法（具体固化方法为80℃情况下保持2h，105℃保持2h，120℃保持2h）的要求进行固化。

5）固化结束后，待烘箱自然降温到室温，取出模具，得到试样（沿面闪络测试试样的尺寸为：直径30mm，厚5mm）。

6）使用1000目的砂纸对试样进行打磨处理，以使得电极与试样之间结合紧密。

7）将打磨好的试样放在无水乙醇里超声20min，去除表面杂质，烘干待用。

扫描电镜（SEM）测试表明采用本发明制备方法所得的纳米Al₂O₃在环氧树脂中分散均匀，如图2和图3所示。

脉冲电压下的真空沿面闪络测试：从12kV开始，以2kV为单位逐级升压，每一级电压加三次，每次间隔1min。在三次实验中，当试样出现一次闪络时，记下即为试样的初闪电压U _f。接着升高电压，当在某一电压等级下连续发生三次闪络时，即得试样的老练电压U _c。此时可以开始降压，同样以2kV为一个单位，当在某一等级下连续三次没有发生闪络时即得试样的耐受电压U _h。在整个试验过程中，每一次都通过数字示波器观测到其闪络波形与闪络电压，记下数据。可得结果如表1所示：

表1纳米Al2O3/环氧树脂复合电介质在脉冲电压下的真空沿面闪络电压_{2 3}

闪络电压	EP	EP-Al2O3-1wt%
			U f （kV）	28.08	42.56
U c (kV)	45.52	55.42
			U h (kV)	36.75	45.76

与脉冲电压下测试不同，直流下只需要测试初次闪络电压记为U。结果如表2所示。

表2 纳米Al2O3/环氧树脂复合电介质在直流电压下的真空沿面闪络电压 _{2 3}

闪络电压	EP	EP-Al2O3-1wt%
			U （kV）	37.00	45.75

从以上真空下沿面闪络结果可以看出，本发明中制备的纳米Al₂O₃/环氧树脂复合电介质可以有效提高沿面闪络电压，其中脉冲电压下的真空沿面闪络耐受电压较纯环氧树脂（EP）提高了24.52%，直流电压下较纯环氧树脂分别提高了23.65%。

Claims (4)

1.一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，其特征在于，所述电介质制备方法如下：

（1）选择偶联剂KH550对α相纳米Al₂O₃进行表面改性，采用甲苯为溶剂，与纳米粒子制成悬浊液，在氮气氛围下与偶联剂KH550反应，之后洗涤干燥，得到改性后的纳米粒子；

（2）利用超声分散和高速剪切机将改性后的纳米Al₂O₃和液态双酚A型环氧树脂混合均匀，再按照固化流程将环氧树脂浇铸。

2.根据权利要求1所述一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，其特征在于，所述纳米粒子、偶联剂KH550和甲苯按照1g：6ml：60ml的比例制成悬浊液。

3.根据权利要求1所述一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，其特征在于，所述氮气氛围下与偶联剂KH550反应温度为110^oC；反应时间48h。

4.根据权利要求1所述一种高真空沿面闪络电压的纳米/环氧树脂复合电介质，其特征在于，所述电介质的脉冲耐受电压和直流电压较纯环氧树脂分别提高了24.52%和23.65%。