CN109456573A - 一种环氧树脂浇注绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环氧树脂浇注绝缘材料，按质量份计，其原料组成包括环氧树脂7‑13份、固化剂5‑11份、改性二氧化硅粉末20‑30份和云母粉2‑8份。本发明的环氧树脂浇注绝缘材料拥有优异的成型工艺性能，既适合于APG工艺和真空浇铸工艺，也适合于手动浇注成型；本发明的材料制备的绝缘件具有良好的绝缘性能和优异的耐电弧性，可解决环氧浇注材料耐电弧性差的技术问题，材料的耐电弧性能达到210s以上；本发明的材料具有较低的固化收缩率，仅为0.1%～0.05%，较小的固化收缩率能防止金属嵌件与绝缘体之间产生过大的应力，防止产品在金属嵌件处开裂问题的发生；使用本发明的绝缘材料成型制得的绝缘件具较高的强度和韧性，二次机械加工性能好。

Description

一种环氧树脂浇注绝缘材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂浇注绝缘材料，属于复合材料领域。

背景技术

环氧树脂电气性能良好，机械强度高，成本低廉，使环氧树脂成为绝缘件最合适的浇铸材料。但与无机绝缘材料相比，环氧树脂绝缘材料的耐电弧性能较差，在维护检测时常发现绝缘件表面电痕破坏。

目前，主要的方法是通过表面处理提升环氧浇注材料的耐电弧性，如在绝缘件的表面喷硅橡胶涂料和绝缘件表面氟化处理等，如阿尔斯通通过绝缘子表面氟化处理，实现绝缘子表面惰性，耐电弧性为200s左右。

环氧树脂的耐电弧性能一般为180 s～190 s，目前的环氧浇铸材料具有绝缘强度和机械强度高的特点，但绝缘子耐电弧性能不优异。绝缘子运行一段时间后表面出现电痕破坏。

通过对绝缘件进行表面处理来增加绝缘件的耐电弧能力的方法增加了绝缘的生产成本，且喷硅橡胶涂层的表面处理层在使用过程中容易损坏，表面氟化处理技术难度高，对绝缘材料形成一定的损伤，难以提供持久保护。

现有的绝缘材料工艺适用性狭窄，APG成型材料难以用于真空浇注或手动浇注成型。成型后的样件进行机械加工易崩裂，二次成型难度大。

现有的环氧浇注料收缩率较大，一般为0.5%～0.8%。产品的在金属嵌件处形成应力集中，在热处理和使用过程中容易出现裂纹。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种耐电弧性能好且工艺性能好的环氧树脂浇注绝缘材料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种环氧树脂浇注绝缘材料，按质量份计，其原料组成包括环氧树脂7-13份、固化剂5-11份、改性二氧化硅粉末20-30份和云母粉2-8份。

按质量份计，其原料组成包括环氧树脂9-11份、固化剂7-10份、改性二氧化硅粉末24-28份和云母粉3-6份。

优选地，可选用室温下为液态的环氧树脂和固化剂，以尽可能加入较多的改性二氧化硅和云母粉填充料，在改善材料性能的同时，降低成本。

所述固化剂为液态羧酸酐。

优选地，所述环氧树脂为改性BPA型环氧树脂，所述固化剂为液态改性羧酸酐，环氧树脂和固化剂双组份系统在加热条件下可进行化学反应而形成一种三维网络聚合结构，可使绝缘材料达到更好的热性能、机械性能和电性能。固化获得的产品热膨胀系数低，具有超低的收缩率；此固化体系耐热性能优良（Tg=115℃）。

所述改性二氧化硅粉末由二氧化硅粉末经过硅烷偶联剂处理后获得，以提高二氧化硅的粘接性能，使得环氧树脂与二氧化硅接触强度更高。

所述云母粉为水磨白云母粉。白云母为含水铝硅酸盐，这种含结晶水的氧化物在放电的作用下能发生内氧化反应，使得含碳的气态产物增多从而能减少残留的碳，因而能有效的提高材料的耐电弧性。

所述改性二氧化硅粉末的粒径为10-18μm；所述云母粉的粒径为65-85μm。云母粉颗粒较大，填料颗粒之间存在较多的间隙，改性二氧化硅粉末的粒径较小，能有效填充大颗粒的云母粒料之间的堆积间隙，从而提高材料的密实度，提高材料绝缘性能。

本发明中，云母粒子与环氧树脂之间存在强相互作用，云母在环氧树脂中起到交联点的作用。云母的加入，可增加环氧树脂的交联密度，提高树脂的玻璃化温度，从而增强材料的耐电弧性能。

与纳米级云母粉不同，本发明中微米级的云母粉加入会降低环氧树脂的冲击韧性，而改性二氧化硅粉末的加入对环氧树脂的冲击韧性有较好的增韧效果，两种填料对环氧树脂相互作用，从而在提高绝缘材料耐电弧性能的同时，有效保证材料的韧性。

如上所述的环氧树脂浇注绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取一定量环氧树脂，加入搅拌锅内，升温，待树脂温度达55-65℃时，按配比加入固化剂，并搅拌均匀，获得混合浆液；

S2、向步骤S1中获得的混合浆液中按配比加入云母粉，搅拌均匀；

S3、向步骤S2中获得的混合液中按配比加入改性二氧化硅粉末，在-0.12MPa~-0.08MPa的环境下，搅拌均匀并静置25-35min，获得环氧树脂浇注绝缘材料。

一种绝缘件，由上述的环氧树脂浇注绝缘材料通过固化成型制成，或者由上述的方法制备的环氧树脂浇注绝缘材料通过固化成型制成。

所述固化成型工艺包括APG（自动压力凝胶成型）、真空浇注成型和手动浇注成型中的一种。

所述手动浇注成型包括如下步骤：

1）在135-145℃的环境下对嵌件和模具进行预热处理，备用；

2）将所述环氧树脂浇注绝缘材料置于温度为110-130℃的烘箱内预热10-20min，使环氧树脂浇注绝缘材料的粘度保持在1-5mPa·s，备用；

2）对步骤1）中预热后的模具刷脱模剂，装配预热后的嵌件；

3）将步骤2）中预热好的环氧树脂浇注绝缘材料浇注进模具，待模具内液面距模具最高处3-5mm时，将模具放入抽真空设备内进行抽真空处理，直到模具内的环氧树脂浇注绝缘材料表面没有气泡冒出为止；

4）将步骤3）中抽真空后的模具移出抽真空设备，放入烘箱进行初固化；其中，初固化温度为130-140℃，固化时间为1.25-1.75h；

5）脱模，获得绝缘件粗坯，将绝缘子粗坯置于温度为140-150℃的条件下进行后固化处理，固化6~8h，获得绝缘件成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明的环氧树脂浇注绝缘材料具有优异的成型工艺性能，即适合于APG工艺和真空浇铸工艺，也适合于无APG设备和真空浇铸设备的厂家手动浇注成型；

（2）采用本发明的环氧树脂浇注绝缘材料制备的绝缘件具有良好的绝缘性能和优异的耐电弧性，可解决环氧浇注材料耐电弧性差的技术问题，材料的耐电弧性能达到210s以上；

（3）在较低的成本和较简单的工艺条件下即可生产高耐电弧的绝缘件；

（4）本发明的材料具有较低的固化收缩率，仅为0.1%～0.05%，较小的固化收缩率能防止金属嵌件与绝缘体之间产生过大的应力，防止产品在金属嵌件处开裂问题的发生；本发明的绝缘材料与金属嵌件结合良好，不受金属嵌件大小的影响，已通过申请人的实际试用的验证；

（5）使用本发明的绝缘材料成型制得的绝缘件具较高的强度和韧性，二次机械加工性能好，绝缘件以后可以通过车、铣、刨、磨、钻等系列机械加工方法对绝缘件进行加工，使绝缘件的外形更加多样化，加工过程不易出现裂纹等现象。

具体实施方式

实施例1

按质量份计，本实施例的环氧树脂浇注绝缘材料包括改性BPA型环氧树脂10份、液态改性羧酸酐8份、1000目改性二氧化硅26份和200目水磨白云母粉5份。

如上所述的环氧树脂浇注绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、按质量份，称取环氧树脂10份，加入搅拌锅内，升温，待树脂温度达60时，按配比加入液体改性羧酸酐，并搅拌均匀，获得混合浆液；

S2、向步骤S1中获得的混合浆液中加入5份水磨白云母粉，搅拌均匀；

S3、向步骤S2中获得的混合液中加入26份改性二氧化硅粉末，在-0.1MPa的环境下，搅拌均匀并静置30min，获得环氧树脂浇注绝缘材料；

其中，改性二氧化硅粉末由二氧化硅粉末经过硅烷偶联剂处理后获得。

本实施例还提供一种绝缘件，该绝缘件由上述的方法制备的环氧树脂浇注绝缘材料通过固化成型制成，所述固化成型工艺为手动浇注成型

所述手动浇注成型包括如下步骤：

1）在140℃的环境下对嵌件和模具进行预热处理，备用；

2）将所述环氧树脂浇注绝缘材料置于温度为130℃的烘箱内预热15min，使环氧树脂浇注绝缘材料的粘度保持在1-5mPa·s，备用；

2）对步骤1）中预热后的模具刷脱模剂，装配预热后的嵌件；

3）将步骤2）中预热好的环氧树脂浇注绝缘材料浇注进模具，待模具内液面距模具最高处3-5mm时，将模具放入抽真空罐内进行抽真空处理，直到模具内的环氧树脂浇注绝缘材料表面没有气泡冒出为止；

4）将步骤3）中抽真空后的模具移出抽真空罐，放入烘箱进行初固化；其中，初固化温度为135℃，固化时间为1.5h；

5）脱模，获得绝缘子粗坯，将绝缘子粗坯置于温度为145℃的条件下进行后固化处理，固化6~8h，获得绝缘件成品。

检测显示，获得的绝缘件的耐电弧性为215s。

本发明绝缘件用于试验用电力机车布线绝缘子的浇铸，绝缘子胚体通过手动浇注的方法制作，并通过车、铣和刨的机械加工方法成型布线绝缘子的外形。布线绝缘子通过工频耐压试验。布线绝缘子大批量经过长期装车试运行，未出现产品表面电痕化现象。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种环氧树脂浇注绝缘材料，其特征在于，按质量份计，其组成包括环氧树脂7-13份、固化剂5-11份、改性二氧化硅粉末20-30份和云母粉2-8份。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注绝缘材料，其特征在于，按质量份计，其组成包括环氧树脂9-11份、固化剂7-10份、改性二氧化硅粉末24-28份和云母粉3-6份。

3.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注绝缘材料，其特征在于，所述固化剂为液态羧酸酐。

4.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注绝缘材料，其特征在于，所述改性二氧化硅粉末由二氧化硅粉末经过硅烷偶联剂处理后获得。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注绝缘材料，其特征在于，所述云母粉为水磨白云母粉。

6.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注绝缘材料，其特征在于，所述改性二氧化硅粉末的粒径为10-18μm；所述云母粉的粒径为65-85μm。

7.如权利要求1-6任一项所述的环氧树脂浇注绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、称取一定量环氧树脂，加入搅拌锅内，升温，待树脂温度达55-65℃时，按配比加入固化剂，并搅拌均匀，获得混合浆液；

S2、向步骤S1中获得的混合浆液中按配比加入云母粉，搅拌均匀；

S3、向步骤S2中获得的混合液中按配比加入改性二氧化硅粉末，在-0.12MPa~-0.08MPa的环境下，搅拌均匀并静置25-35min，获得环氧树脂浇注绝缘材料。

8.一种绝缘件，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的环氧树脂浇注绝缘材料通过固化成型制成，或者由权利要求7所述的方法制备的环氧树脂浇注绝缘材料通过固化成型制成。

9.根据权利要求8所述的绝缘件，其特征在于，所述固化成型工艺包括APG成型、真空浇注成型和手动浇注成型中的一种。

10.根据权利要求8所述的绝缘件，其特征在于，所述手动浇注成型包括如下步骤：

1）在135-145℃的环境下对嵌件和模具进行预热处理，备用；

2）将所述环氧树脂浇注绝缘材料置于温度为110-130℃的烘箱内预热10-20min，使环氧树脂浇注绝缘材料的粘度保持在1-5mPa·s，备用；

2）对步骤1）中预热后的模具刷脱模剂，装配预热后的嵌件；

3）将步骤2）中预热好的环氧树脂浇注绝缘材料浇注进模具，待模具内液面距模具最高处3-5mm时，将模具放入抽真空设备内进行抽真空处理，直到模具内的环氧树脂浇注绝缘材料表面没有气泡冒出为止；

4）将步骤3）中抽真空后的模具移出抽真空设备，放入烘箱进行初固化；其中，初固化温度为130-140℃，固化时间为1.25-1.75h；

5）脱模，获得绝缘件粗坯，将绝缘子粗坯置于温度为140-150℃的条件下进行后固化处理，固化6~8h，获得绝缘件成品。