CN110467818A - 一种微-纳米混合ZnO非线性硅橡胶复合绝缘子及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种微‑纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成，其中硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶；非线性ZnO填料为烧结而成，其中微米ZnO填料的粒径为10～50μm，纳米ZnO填料的粒径为30～100nm。解决了硅橡胶复合绝缘子实际应用中局部电场畸变严重的问题，均化了绝缘子表面电场、改善了电场分布、降低了其故障发生概率，将成为提高电力系统安全性和可靠性的重要途径。

Description

一种微-纳米混合ZnO非线性硅橡胶复合绝缘子及制备工艺
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种微-纳米混合ZnO非线性硅橡胶复合绝缘子及制备工艺。
背景技术
由于特高压输电技术具有输电距离远、容量大、损耗低等特点，已经成为了解决我国能源中心和负荷中心逆向分布的一个重要方法。硅橡胶复合绝缘子凭借其良好的机械和绝缘性能，在特高压输电线路中得到了广泛地应用，保证了输电线路的正常运行，对输电线路的稳定运行和整个电网的安全起着决定性的作用。特高压输电线路的电压等级高，电场强度大，再加上绝缘子棒表面电场强度呈现两端大中间低的特点，使局部电场畸变率变得很高，容易在绝缘子表面积聚大量的表面电荷，加速其老化，最终导致沿面闪络等故障的发生。而据国内外调查得知，绝缘子沿面放电或闪络故障是造成输电线路故障的重要原因之一。
在绝缘子的制备材料中，非线性材料是一种电导率和(或)相对介电常数随外加电场变化而变化的材料。研究表明，在相同运行情况下，非线性材料表面的电场分布更加均匀，局部电场畸变率很小。
经对公开专利进行检索，发现与本技术方案最相关的如下专利文献：
一种高导热硅橡胶纳米复合绝缘材料的制备方法(CN103160126A)公开了一种高导热硅橡胶纳米复合绝缘材料的制备方法，它通过直流斜面实验，研究了添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶耐侵蚀能力的影响。表面放电对硅橡胶的侵蚀作用，主要是其释放大量的热的作用，因此，提高硅橡胶的导热性能，能提高其耐侵蚀能力，并且添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶表面的憎水性、表面电阻和闪络电压影响很小。导热橡胶是一类具有导热性能的功能橡胶材料，良好的导热性能使其具有较好的散热及热传导能力。研制适合制作绝缘子的高导热硅橡胶，对提高电网稳定将有促进作用。
一种复合硅橡胶绝缘材料及其制备方法(CN107586458A)公开了一种复合硅橡胶绝缘材料及其制备方法，其以重量份计由下列组分组成：80～100份硅橡胶、2～10份功能填料以及0.5～2份硫化剂，其中，功能填料为聚合物包覆纳米氧化铝微粒，功能填料的聚合物表面高分子层为二乙烯基苯与1-乙烯基咪唑的共聚物。从而复合硅橡胶绝缘材料电绝缘性能优异、击穿场强高、导热性好、憎水性好且力学性能优异，从而有助于促进电力系统的稳定。
通过对上述公开专利文献的对比分析，申请人认为，本申请采用不同粒径的ZnO颗粒作为优秀的纳米填料，在提高输电线路的运行稳定性和电力系统的安全性等方面与现有技术存在较大差异，经分析上述专利不影响本申请的新颖性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子及制备工艺，该非线性硅橡胶复合绝缘子及制备工艺解决了硅橡胶复合绝缘子实际应用中局部电场畸变严重的问题，是一种电导率和(或)相对介电常数随外加电场变化而变化的材料。
一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成，
其中硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶；非线性ZnO填料为烧结而成，其中微米ZnO填料的粒径为10～50μm，纳米ZnO填料的粒径为30～100nm。
而且，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。
而且，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成。
而且，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。
一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子的制备工艺，包括以下步骤：
1)分别将重烧结而成的非线性微米ZnO和纳米ZnO颗粒充分研磨后放置在干燥箱中，在100℃的情况下干燥12小时，以避免颗粒中残余水分对最终混合物性能的影响；
2)先将处理后的微米ZnO加入硅橡胶基体中，接着使用机械搅拌器搅拌(120转/分钟)0.5小时得到基料一；然后将纳米ZnO也加入料一中，使用机械搅拌器再次搅拌0.5小时得到基料二；最后使用超声波对其进行1小时的超声分散处理，以提高掺杂粒子的分散性，得到基料三；
3)使用带有抽气泵且温度可调的真空箱在20℃的情况下对基料三进行脱气处理一小时，然后将基料三倒入涂有脱模剂的绝缘子模具中；
4)提高真空箱内的温度至40℃，以加快硅橡胶硫化；等待完全硫化后脱模即可得到非线性硅橡胶复合绝缘子。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种微-纳米混合ZnO非线性硅橡胶复合绝缘子及制备工艺，解决了硅橡胶复合绝缘子实际应用中局部电场畸变严重的问题，均化了绝缘子表面电场、改善了电场分布、降低了其故障发生概率，将成为提高电力系统安全性和可靠性的重要途径。
另外本发明创造性地将特殊配比的ZnO填料掺杂到硅橡胶基中，使得硅橡胶复合材料具有了和ZnO类似的非线特性，并将其应用在绝缘子的制造中，使其能够均化绝缘子表面电场的分布，改善电场畸变情况，降低了绝缘子的故障率。因此本发明对提高输电线路的运行稳定性和电力系统的安全性有着重要的理论价值和工程意义。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成，
其中硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶；非线性ZnO填料为烧结而成，其中微米ZnO填料的粒径为10～50μm，纳米ZnO填料的粒径为30～100nm。
而且，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。
而且，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成。
而且，硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。
一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子的制备工艺，包括以下步骤：
1)分别将重烧结而成的非线性微米ZnO和纳米ZnO颗粒充分研磨后放置在干燥箱中，在100℃的情况下干燥12小时，以避免颗粒中残余水分对最终混合物性能的影响；
2)先将处理后的微米ZnO加入硅橡胶基体中，接着使用机械搅拌器搅拌(120转/分钟)0.5小时得到基料一；然后将纳米ZnO也加入料一中，使用机械搅拌器再次搅拌0.5小时得到基料二；最后使用超声波对其进行1小时的超声分散处理，以提高掺杂粒子的分散性，得到基料三；
3)使用带有抽气泵且温度可调的真空箱在20℃的情况下对基料三进行脱气处理一小时，然后将基料三倒入涂有脱模剂的绝缘子模具中；
4)提高真空箱内的温度至40℃，以加快硅橡胶硫化；等待完全硫化后脱模即可得到非线性硅橡胶复合绝缘子。
为更清楚的说明本发明的具体实施方式，下面提供一种实例：
实施例一：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成，其中硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶；非线性ZnO填料为烧结而成，其中微米ZnO填料的粒径为10～50μm，纳米ZnO填料的粒径为30～100nm。
实施例二：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成。其中使用的硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶，氮化硼颗粒为片状的六方氮化硼纳米颗粒，尺寸为100nm。
实施例三：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。其中使用的硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶，氮化硼颗粒为片状的六方氮化硼纳米颗粒，尺寸为100nm。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，其特征在于：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成，
其中硅橡胶基为705型单组份室温硫化硅橡胶；非线性ZnO填料为烧结而成，其中微米ZnO填料的粒径为10～50μm，纳米ZnO填料的粒径为30～100nm。
2.根据权利要求1所述的一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，其特征在于：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、5～15份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。
3.根据权利要求1所述的一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，其特征在于：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、5～15份纳米ZnO填料制成。
4.根据权利要求1所述的一种微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子，其特征在于：硅橡胶基非线性绝缘材料按质量份数由100份硅橡胶、45～55份微米ZnO填料、45～55份纳米ZnO填料制成。
5.一种如权利要求1所述的微-纳米混合ZnO填料的非线性硅橡胶复合绝缘子的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)分别将重烧结而成的非线性微米ZnO和纳米ZnO颗粒充分研磨后放置在干燥箱中，在100℃的情况下干燥12小时，以避免颗粒中残余水分对最终混合物性能的影响；
2)先将处理后的微米ZnO加入硅橡胶基体中，接着使用机械搅拌器搅拌(120转/分钟)0.5小时得到基料一；然后将纳米ZnO也加入料一中，使用机械搅拌器再次搅拌0.5小时得到基料二；最后使用超声波对其进行1小时的超声分散处理，以提高掺杂粒子的分散性，得到基料三；
3)使用带有抽气泵且温度可调的真空箱在20℃的情况下对基料三进行脱气处理一小时，然后将基料三倒入涂有脱模剂的绝缘子模具中；
4)提高真空箱内的温度至40℃，以加快硅橡胶硫化；等待完全硫化后脱模即可得到非线性硅橡胶复合绝缘子。
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