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一种用于gis电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对SF6气体绝缘设备气体泄漏问题，制备了一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料及其制备方法。具体步骤包括：（a）准备原料；（b）组分环氧树脂体系的制备；（c）组分固化剂体系的制备；（d）将环氧树脂和固化剂按比例调制使用。采用上述技术方案，通过树脂、固化剂形成树脂的固化体系，该材料具有高粘接强度，电绝缘性能良好，固化收缩率小的性能。同时由于固化体系的加入，固化速度得到提高，在常温下可在较短时间内固化。

Description

一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及堵漏材料技术领域，具体涉及一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料及其制备方法。
背景技术
SF6气体具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，广泛应用于电力设备之中。但SF6绝缘设备在使用过程中常伴随有SF6泄漏的问题，SF6泄漏会导致其绝缘性能与灭弧性能均大幅下降。本文针对SF6气体绝缘设备气体泄漏问题，制备了一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料，并基于此类材料研究了现场堵漏技术。本文分析了无机纳米填料的质量分数及固化剂与树脂的配比对堵漏材料性能的影响，确定了修复材料双组分胶体系的配方，提出了一种简单的现场带压封堵工艺，搭建了SF6气体绝缘设备试验装置，研究了新型堵漏材料在压力为0.8Mpa条件下180天内的堵漏情况，结果表明该新型堵漏材料满足SF6气体绝缘设备泄露点带压封堵的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可提高粘接强度，电绝缘性能，同时使固化速度得到提高的堵漏材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是双组分胶作为基材，该双组分胶的组分包括环氧树脂体系和固化剂体系，其比例为1:1至1:3。
采用上述技术方案，通过环氧树脂和固化剂形成复合物，该含环氧树脂和固化剂的复合物具有高粘接强度，电绝缘性能良好，固化收缩率小的性能。同时由于固化体系的加入，固化速度得到提高，在常温下可在较短时间内固化。
本发明的进一步改进在于，该含环氧树脂和固化剂的复合物还包括功能性填料组成。使用功能性调料，提高胶体材料混合后的黏度和抗剪切能力。
作为本发明的优选方案，环氧树脂体系采用环氧树脂E44。环氧树脂E44具有高粘接强度，电绝缘性能良好，可常温固化，固化收缩率小的性能。
本发明还要解决的技术问题是，提供一种可与环氧树脂发生固化反应，且能提高固化速度的材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，具体步骤如下：
（A）选取了如下型号的固化剂进行固化特性试验：SF-MFA-39；TE-80；LT-45；2Y-A1；2Y-F52；
(B)测量每种固化剂对环氧树脂E44进行凝胶固化所需的时间。
如图1所示，SF-MA-39及TE-80由于固化时间过长，不适合作为现场堵漏修复作业材料使用。LT-45的固化速度受固化剂配比影响较大，操作时必须严格控制配比，且耐热性不好，遇高温容易软化。2Y-A1固化后材料脆性比较大，物理性能不优秀。最好的固化剂是FS-2B，选取FS-2B作为固化剂。
本发明还要解决的另一个问题是，提供一种提高双组分胶在混合后的固化初期强度和抗剪切压力能力的功能性填料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，具体步骤如下：
(A)选取无机纳米粉末颗粒作为功能性填料，包括有纳米碳酸钙、纳米碳化硅、纳米二氧化硅及纳米氧化锌粉
(B)用固化反应到达峰值温度的时间来衡量固化反应速度。测量不同功能性材料在不同用量下，固化反应到达峰值温度的时间表征出功能性材料对固化反应速度的影响，如图2、图3、图4、图5所示，从实验结果知道，纳米锌粉的含量可以加快修复材料固化反应的速度，减少固化时间，而增加纳米碳化硅的含量则会增加固化时间；纳米二氧化硅和纳米碳酸钙对固化速度的影响不大。纳米二氧化硅主要影响的是修复材料的粘稠度，试验显示当纳米二氧化硅在修复材料中的占比达到7.5%及以上时，修复材料的粘稠度大幅度增加。
本发明需要解决的最后一个问题是，研究出双组修复材料的配方比例，得到合适的固化速度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，具体步骤如下：
环氧树脂体系和固化剂体系，其比例为1:1至1:3。该比例配方修复材料具有较好的粘稠度，同时在常温下可在3分钟左右初步固化。
采用本发明的技术方案，其产生的有益效果是：制备了一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料。通过树脂、固化剂形成树脂的固化体系，该材料具有高粘接强度，电绝缘性能良好，固化收缩率小的性能。同时由于固化体系的加入，固化速度得到提高，在常温下可在较短时间内固化，而且具有工艺简单可靠、封堵效果良好持续的特点，可以满足SF6气体绝缘设备泄漏带压堵漏修复的应用要求。
附图说明
图1为不同固化剂对环氧树脂E44进行凝胶固化所需的时间；
图2为修复材料加入纳米碳化硅温度变化曲线；
图3为修复材料加入纳米二氧化硅后温度变化曲线；
图4为修复材料加入纳米碳酸钙后温度变化曲线；
图5为修复材料加入纳米锌粉后温度变化曲线；
图6为实施例1中气压随时间变化曲线；
图7为实施例2中气压随时间变化曲线。
具体实施方式
实施例 1
一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的组分包括：环氧树脂体系和固化剂体系。
含环氧树脂体系和固化剂体系的复合物的具体制备步骤如下：
（a）准备原料： 环氧树脂E44、固化剂FS-2B、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米碳酸钙、纳米锌粉，所用原料均为分析纯
（b）组分（环氧树脂体系）的制备：取33g环氧树脂E44、12g纳米锌粉、30g纳米碳酸钙、10.5g纳米二氧化硅、63g纳米碳化硅放入高速搅拌机中，以3000转/min搅拌30min，然后取出搅拌好的堵漏材料从高速搅拌机中取出，放在操作板上，用铲子将其碾压、混合，直至其变为面团状，再将其放入阴凉处待用。
（c）组分（固化剂体系）的制备:取30g固化剂FS-2B、11g纳米锌粉、33g纳米碳酸钙、9g纳米二氧化硅、68g纳米碳化硅放入高速搅拌机中，以3000转/min搅拌30min，然后取出搅拌好的堵漏材料从高速搅拌机中取出，放在操作板上，用铲子将其碾压、混合，直至其变为面团状，再将其放入阴凉处待用。
（d）修复材料双组分胶体系的配制：将环氧树脂和固化剂按2：1的比例复合成最终的堵漏材料。
为了验证封堵材料和封堵方法在现场使用的效果，选用一带孔罐体充入SF6气体，并使罐体压力达到0.8Mpa模拟气体绝缘设备。罐体开孔的直径为1mm模拟可能出现的最大直径砂眼。先使用软金属填塞的方法，把5A保险丝用钝头点冲反复向孔洞处填塞，再用改锥轻轻敲实。再用凹形铝薄片涂抹修复材料对泄漏点进行封堵。最后将肥皂水刷在修复点及其周围区域，观察有无气泡出现以便判定是否有气体泄漏。
为验证封堵材料的长期使用效果，将封堵罐体置于室外环境，并记录180天内封堵位置有无气体泄漏的情况。
如图6所示，刚开始其罐内气压随时间变化曲线斜率绝对值较大，漏气现象较明显，随着时间的推移，其斜率绝对值越来越小，即曲线越来越平滑，说明漏气程度越来越小。
封堵前设备存在泄漏情况，而封堵180天后，压力容器里气压在0.7Mpa左右，处于正常气压状态，满足工况要求。说明采用的封堵材料和封堵方法工艺是有效的，可以解决六氟化硫气体绝缘设备泄漏问题，并能长期保证封堵效果可靠。
实施例 2
一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的组分包括：环氧树脂体系和固化剂体系。
含环氧树脂体系和固化剂体系的复合物的具体制备步骤如下：
（a）准备原料： 环氧树脂E44、固化剂FS-2B、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米碳酸钙、纳米锌粉，所用原料均为分析纯
（b）组分（环氧树脂体系）的制备：取25g环氧树脂E44、8g纳米锌粉、18g纳米碳酸钙、6g纳米二氧化硅、43g纳米碳化硅放入高速搅拌机中，以3500转/min搅拌30min，然后取出搅拌好的堵漏材料从高速搅拌机中取出，放在操作板上，用铲子将其碾压、混合，直至其变为面团状，再将其放入阴凉处待用。
（c）组分（固化剂体系）的制备:取23g固化剂FS-2B、7g纳米锌粉、20g纳米碳酸钙、6g纳米二氧化硅、44g纳米碳化硅放入高速搅拌机中，以3000转/min搅拌35min，然后取出搅拌好的堵漏材料从高速搅拌机中取出，放在操作板上，用铲子将其碾压、混合，直至其变为面团状，再将其放入阴凉处待用。
（d）修复材料双组分胶体系的配制：将环氧树脂和固化剂按1：1的比例复合成最终的堵漏材料。
为了验证封堵材料和封堵方法在现场使用的效果，选用一带孔罐体充入SF6气体，并使罐体压力达到0.8Mpa模拟气体绝缘设备。罐体开孔的直径为1mm模拟可能出现的最大直径砂眼。先使用软金属填塞的方法，把5A保险丝用钝头点冲反复向孔洞处填塞，再用改锥轻轻敲实。再用凹形铝薄片涂抹修复材料对泄漏点进行封堵。最后将肥皂水刷在修复点及其周围区域，观察有无气泡出现以便判定是否有气体泄漏。
为验证封堵材料的长期使用效果，将封堵罐体置于室外环境，并记录180天内封堵位置有无气体泄漏的情况。
如图7所示，刚开始其罐内气压随时间变化曲线斜率绝对值较大，漏气现象较明显，随着时间的推移，其斜率绝对值越来越小，即曲线越来越平滑，说明漏气程度越来越小。
封堵前设备存在泄漏情况，而封堵180天后，压力容器里气压在0.7Mpa左右，处于正常气压状态，满足工况要求。说明采用的封堵材料和封堵方法工艺是有效的，可以解决六氟化硫气体绝缘设备泄漏问题，并能长期保证封堵效果可靠。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料，其特征在于，使用环氧树脂、固化剂FS-2B、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米碳酸钙、纳米锌粉按比例制成。
2.一种权利要求1所述的用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，其制备方法具体步骤包括：
（a）准备原料： 环氧树脂、固化剂FS-2B、纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米碳酸钙、纳米锌粉，待用，所用原料均为分析纯；
（b）组分环氧树脂体系的制备：
将步骤（a）中的环氧树脂、纳米锌粉、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米碳化硅混合形成混合物；
将混合物放入高速搅拌机中，以2500～3500转/min搅拌20～40min；
将搅拌好的材料从高速搅拌机中取出，放在操作板上，用铲子将其碾压、混合，直至其变为面团状，再将其放入阴凉处待用；
（c）组分固化剂体系的制备：
将步骤（a）中的固化剂FS-2B、纳米锌粉、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米碳化硅混合形成混合物；
将混合物放入高速搅拌机中，以2500～3500转/min搅拌20～40min；
然后将搅拌好的材料从高速搅拌机中取出，放在操作板上，用铲子将其碾压、混合，直至其变为面团状，再将其放入阴凉处待用；
（d）修复材料双组分胶体系的配制：将环氧树脂体系和固化剂体系复合形成复合物。
3.根据权利要求2所述的用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤（b）添加的环氧树脂为环氧树脂E44。
4.根据权利要求3所述的用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，添加的环氧树脂占环氧树脂体系的比例为15%～30%，添加的固化剂占固化剂体系的13%～28%。
5.根据权利要求4所述的用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，添加功能性填料纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米碳酸钙、纳米锌粉分别占其所在体系含量的5%～10%，35%～50%，15%～30%，5%～15%。
6.根据权利要求5所述的用于GIS电气设备密封的新型环氧纳米复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，环氧树脂体系和固化剂体系比例为1:1-1:3。
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