CN107384188A - 一种耐变频纳米复合绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐变频纳米复合绝缘材料及其制备方法，其中，所述制备方法包括：将二氧化硅、水包油型乳化剂、水溶性偶氮类引发剂和硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；将纳米三氧化二铝、二氧化硅聚合物、纳米氧化锌、纳米氧化镁、聚酰胺酰亚胺和N‑甲基吡咯烷酮混合、分散后得到预分散液；将预分散液、酚醛树脂、聚脂亚胺、碳纤维和有机溶剂混合、加热后得到复合绝缘漆；将复合绝缘漆涂覆至铜线坯体表面，烘干后得到耐变频纳米复合绝缘材料；解决了纳米材料应用于绝缘材料还存在诸多不足之处，例如耐变频性能和耐热性能不足，绝缘材料易老化使得其使用寿命下降等问题。

Description

一种耐变频纳米复合绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜线的制备，具体地，涉及一种耐变频纳米复合绝缘材料及其制备方法。
背景技术
纳米粒子是指粒度在1~100nm范围内的微小固体粒子，纳米粒子表面原子占很大比例并且是无序的类气状结构，纳米粒子特异结构使其具有体积效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等，与常规粉体材料相比，具有一系列特异的电、光、催化等物理、化学性质，在电子材料、磁性材料、光催化、医学和生物工程等领域显示出广泛的应用前景。纳米材料在电工电气绝缘方面目前己经有了一些应用，如用纳米材料改性聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚酞亚胺等制得新型绝缘材料，其功能主要是改善普通绝缘材料的机械性能和耐热性能。但是纳米材料应用于绝缘材料还存在诸多不足之处，例如耐变频性能和耐热性能不足，绝缘材料易老化使得其使用寿命下降等。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐变频纳米复合绝缘材料及其制备方法，解决了纳米材料应用于绝缘材料还存在诸多不足之处，例如耐变频性能和耐热性能不足，绝缘材料易老化使得其使用寿命下降等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耐变频纳米复合绝缘材料的制备方法，其中，所述制备方法包括：
（1）将二氧化硅、水包油型乳化剂、水溶性偶氮类引发剂和硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；
（2）将纳米三氧化二铝、二氧化硅聚合物、纳米氧化锌、纳米氧化镁、聚酰胺酰亚胺和N-甲基吡咯烷酮混合、分散后得到预分散液；
（3）将预分散液、酚醛树脂、聚脂亚胺、碳纤维和有机溶剂混合、加热后得到耐变频纳米复合绝缘材料。
本发明还提供了一种耐变频纳米复合绝缘材料，所述耐变频纳米复合绝缘材料由上述的制备方法制得。
通过上述技术方案，本发明提供了一种耐变频纳米复合绝缘材料的制备方法，其中，所述制备方法包括：将二氧化硅、水包油型乳化剂、水溶性偶氮类引发剂和硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；将纳米三氧化二铝、二氧化硅聚合物、纳米氧化锌、纳米氧化镁、聚酰胺酰亚胺和N-甲基吡咯烷酮混合、分散后得到预分散液；将预分散液、酚醛树脂、聚脂亚胺、碳纤维和有机溶剂混合、加热后得到复合绝缘漆；将复合绝缘漆涂覆至铜线坯体表面，烘干后得到耐变频纳米复合绝缘材料。通过本各原料之间的协同作用，使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料不仅具备优良的耐热性能和耐频性能，而且不易老化，大大延长了其使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种耐变频纳米复合绝缘材料的制备方法，所述制备方法包括：
（1）将二氧化硅、水包油型乳化剂、水溶性偶氮类引发剂和硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；
（2）将纳米三氧化二铝、二氧化硅聚合物、纳米氧化锌、纳米氧化镁、聚酰胺酰亚胺和N-甲基吡咯烷酮混合、分散后得到预分散液；
（3）将预分散液、酚醛树脂、聚脂亚胺、碳纤维和有机溶剂混合、加热后得到耐变频纳米复合绝缘材料。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，相对于100重量份的N-甲基吡咯烷酮，纳米三氧化二铝的用量为2-8重量份，二氧化硅聚合物的用量为2-5重量份，纳米氧化锌的用量为2-8重量份，纳米氧化镁的用量为1-3重量份，聚酰胺酰亚胺的用量为10-20重量份；
相对于100重量份的有机溶剂，预分散液的用量为30-50重量份，酚醛树脂的用量为10-20重量份，聚脂亚胺的用量为2-10重量份，碳纤维的用量为2-5重量份；
相对于100重量份的二氧化硅，水包油型乳化剂的用量为100-200重量份，水溶性偶氮类引发剂的用量为20-30重量份，硬脂酸钙的用量为5-10重量份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，有机溶剂选自乙醇、乙二醇和乙醚中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，在步骤（1）中，分散采用超声分散的方式，超声分散的条件包括：超声频率为10-20kHz，超声时间为5-10min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，在步骤（2）中，加热的条件至少包括：加热的温度为55-65℃，加热的时间为10-20min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，纳米三氧化二铝的平均粒径为20-30nm，纳米氧化锌的平均粒径为20-30nm，纳米氧化镁的平均粒径为20-30nm。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，聚酰胺酰亚胺的重均分子量为7000-9000，聚脂亚胺的重均分子量为5000-6000。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的耐变频纳米复合绝缘材料具备更为优良的耐热性能和耐频性能，在铜线的制备中，烘干的条件至少包括：烘干的温度为40-50℃，烘干的时间为2-4h。
本发明还提供了一种耐变频纳米复合绝缘材料，所述耐变频纳米复合绝缘材料由上述的制备方法制得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，纳米三氧化二铝的平均粒径为20-30nm，纳米氧化锌的平均粒径为20-30nm，纳米氧化镁的平均粒径为20-30nm；聚酰胺酰亚胺的重均分子量为7000-9000，聚脂亚胺的重均分子量为5000-6000。
实施例1
将100g二氧化硅、100g水包油型乳化剂、20g水溶性偶氮类引发剂和5g硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；将2g纳米三氧化二铝、2g二氧化硅聚合物、2g纳米氧化锌、1g纳米氧化镁、10g聚酰胺酰亚胺和100gN-甲基吡咯烷酮混合、超声分散（超声频率为10kHz，超声时间为5min）后得到预分散液；将30g预分散液、10g酚醛树脂、2g聚脂亚胺、2g碳纤维和100乙醇混合、加热（加热的温度为55℃，加热的时间为10min）后得到复合绝缘漆；将复合绝缘漆涂覆至铜线坯体表面，烘干（烘干的温度为40℃，烘干的时间为2h）后得到耐变频纳米复合绝缘材料A1。
实施例2
将100g二氧化硅、200g水包油型乳化剂、30g水溶性偶氮类引发剂和10g硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；将8g纳米三氧化二铝、5g二氧化硅聚合物、8g纳米氧化锌、3g纳米氧化镁、20g聚酰胺酰亚胺和100gN-甲基吡咯烷酮混合、超声分散（超声频率为20kHz，超声时间为10min）后得到预分散液；将50g预分散液、20g酚醛树脂、10g聚脂亚胺、5g碳纤维和100g乙二醇混合、加热（加热的温度为65℃，加热的时间为20min）后得到复合绝缘漆；将复合绝缘漆涂覆至铜线坯体表面，烘干（烘干的温度为50℃，烘干的时间为4h）后得到耐变频纳米复合绝缘材料A2。
实施例3
将100g二氧化硅、150g水包油型乳化剂、25g水溶性偶氮类引发剂和7g硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；将5g纳米三氧化二铝、3.5g二氧化硅聚合物、5g纳米氧化锌、2g纳米氧化镁、15g聚酰胺酰亚胺和100gN-甲基吡咯烷酮混合、超声分散（超声频率为15kHz，超声时间为7min）后得到预分散液；将40g预分散液、15g酚醛树脂、6g聚脂亚胺、3.5g碳纤维和100g乙醚混合、加热（加热的温度为60℃，加热的时间为15min）后得到复合绝缘漆；将复合绝缘漆涂覆至铜线坯体表面，烘干（烘干的温度为45℃，烘干的时间为3h）后得到耐变频纳米复合绝缘材料A3。
对比例1
按照实施例3的方法进行，不同的是，相对于100g的N-甲基吡咯烷酮，纳米三氧化二铝的用量为1g，二氧化硅聚合物的用量为1g，纳米氧化锌的用量为1g，纳米氧化镁的用量为0.5g，聚酰胺酰亚胺的用量为5g；相对于100g的有机溶剂，预分散液的用量为25g，酚醛树脂的用量为5g，聚脂亚胺的用量为1g，碳纤维的用量为1g，得到耐变频纳米复合绝缘材料D1。
对比例2
按照实施例3的方法进行，不同的是，相对于100g的N-甲基吡咯烷酮，纳米三氧化二铝的用量为10g，二氧化硅聚合物的用量为8g，纳米氧化锌的用量为10g，纳米氧化镁的用量为5g，聚酰胺酰亚胺的用量为25g；相对于100g的有机溶剂，预分散液的用量为60g，酚醛树脂的用量为25g，聚脂亚胺的用量为12g，碳纤维的用量为7g，得到耐变频纳米复合绝缘材料D2。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种耐变频纳米复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
（1）将二氧化硅、水包油型乳化剂、水溶性偶氮类引发剂和硬脂酸钙混合，经乳化工艺得到二氧化硅聚合物；
（2）将纳米三氧化二铝、二氧化硅聚合物、纳米氧化锌、纳米氧化镁、聚酰胺酰亚胺和N-甲基吡咯烷酮混合、分散后得到预分散液；
（3）将预分散液、酚醛树脂、聚脂亚胺、碳纤维和有机溶剂混合、加热后得到耐变频纳米复合绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，相对于100重量份的N-甲基吡咯烷酮，纳米三氧化二铝的用量为2-8重量份，二氧化硅聚合物的用量为2-5重量份，纳米氧化锌的用量为2-8重量份，纳米氧化镁的用量为1-3重量份，聚酰胺酰亚胺的用量为10-20重量份；
相对于100重量份的有机溶剂，预分散液的用量为30-50重量份，酚醛树脂的用量为10-20重量份，聚脂亚胺的用量为2-10重量份，碳纤维的用量为2-5重量份；
相对于100重量份的二氧化硅，水包油型乳化剂的用量为100-200重量份，水溶性偶氮类引发剂的用量为20-30重量份，硬脂酸钙的用量为5-10重量份。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，有机溶剂选自乙醇、乙二醇和乙醚中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤（1）中，分散采用超声分散的方式，超声分散的条件包括：超声频率为10-20kHz，超声时间为5-10min。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤（2）中，加热的条件至少包括：加热的温度为55-65℃，加热的时间为10-20min。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，纳米三氧化二铝的平均粒径为20-30nm，纳米氧化锌的平均粒径为20-30nm，纳米氧化镁的平均粒径为20-30nm。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，聚酰胺酰亚胺的重均分子量为7000-9000，聚脂亚胺的重均分子量为5000-6000。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在铜线的制备中，烘干的条件至少包括：烘干的温度为40-50℃，烘干的时间为2-4h。
9.一种耐变频纳米复合绝缘材料，其特征在于，所述耐变频纳米复合绝缘材料由权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制得。
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