CN111303632B - 一种低损耗温度自检测绝缘材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份的各组分：室温硫化硅橡胶25‑100份，感温可逆变色粉5‑50份，硅烷偶联剂1‑10份。并按照下列方法制备材料：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合；将处理过的感温变色粉加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌；将搅拌均匀的混合物进行常温硫化20‑30h后成型。该绝缘材料的颜色能够在温度超过65℃后发生显著变化，且能在温度低于65℃时恢复颜色，并且，在材料温度升高后，材料的介电损耗会降低，有利于减轻发热对设备的损伤。本发明对于及时发现电气设备异常发热情况，减小发热对电气设备造成的威胁有着重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及电气功能材料领域，具体涉及一种低损耗温度自检测绝缘材料及其制备方法和应用。
背景技术
高压开关柜等电气设备是输配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等重要作用，在电力系统中获得了日益广泛的运用。作为超大规模输配电和电网安全保障的重要环节，高压开关柜的安全可靠性也因而受到了强烈的重视。而由发热导致的高压开关柜故障是威胁高压开关柜安全可靠性的根本因素之一，造成该问题的主要原因，除了电气设备本身的质量问题之外，更多的是缺乏针对电气设备温度的有效监测手段。
目前针对电气设备的温度监测手段，比如红外成像技术、接触式传感器测温技术、光纤测温技术、红外探头测温技术等，均为借助外部手段，探测开关柜的发热情况。由于高压开关柜内部结构复杂，空间狭小，元件互相遮挡较多，因此上述传统测温方法很难满足对开关柜进行实时准确的温度监测。并且红外测温等技术成本高昂，对运维人员的技术水平有一定的要求，不利于推广使用。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种低损耗温度自检测绝缘材料。
本发明的技术解决方案如下：一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶25-100份，感温可逆变色粉5-50份及硅烷偶联剂1-10份。
优选地，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶25-50份，感温可逆变色粉5-10份及硅烷偶联剂1-5份。
优选地，所述的感温可逆变色粉采用的原料包括有机微胶囊、显色剂以及溶剂。
优选地，所述的显色剂包括红色显色剂、黄色显色剂、绿色显色剂以及蓝色显色剂。
本发明还公开了一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合，得第一混合物；
步骤二：将步骤一中的第一混合物加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌，得第二混合物；
步骤三：将步骤二中的第二混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料。
优选地，所述的步骤一中，混合时间为2-4h，混合温度为30-50℃。
优选地，所述的步骤二中，搅拌的转速控制在2000-2800r/min。
优选地，所述的步骤二中，真空环境控制在真空度小于-0.05MPa。
优选地，所述的步骤三中，硫化温度为25-30℃，硫化时间控制在20-30h。
本发明还公开了一种如上任一项所述的低损耗温度自检测绝缘材料在电气设备上的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种低损耗温度自检测绝缘材料，在保证了绝缘性能的同时，能够在温度高于设定值时产生颜色变化，醒目地来反映部件发热情况，方便直观地警示运维人员有部件过热情况发生，需要检修，而在温度低于一定值时，颜色又变回正常。
(2)本发明的一种低损耗温度自检测绝缘材料，在材料温度升高后，感温变色粉的变色温度由其中溶剂的熔点所控制，在发生感温变色后，溶剂会发生溶解，导致材料内分子间作用力降低，使得松弛极化过程的能量损耗降低，即材料的介电损耗会降低，有利于减轻发热对设备的损伤。
(3)本发明的一种低损耗温度自检测绝缘材料，采用的感温可逆变色粉中添加有机微胶囊，更利于保护显色剂成分，避免显色剂分子间因量过多而团聚影响显色剂的显色效果，可以有效避免出现显色失效的现象。
(4)本发明的一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，采用两次混合进行制备，一方面原料混合均匀，感温变色粉分布更加均匀，使得使用时更加精确，不易存在检测死角；另一方面绝缘材料的受热也将更加均匀。
(5)本发明的一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，采用真空环境下搅拌，使得自检测绝缘材料中不易存在气泡，避免影响绝缘材料的性能。
附图说明
图1为材料的介质损耗角正切随温度的变化曲线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。
本发明中提到的真空度为气压实际值与标准大气压的差值。
实施例1
一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶100份，感温可逆变色粉5份及硅烷偶联剂1份。感温可逆变色粉采用的原料包括有质量比为1:3:10的有机微胶囊、显色剂以及溶剂，将其混合均匀，通过有机微胶囊的聚合反应，有机微胶囊包裹住显色剂，其中所述的显色剂为红色显色剂；具体为6'-(二乙氨基)-1',2'-苯并荧烷和6'-(二乙基氨基)-1',3'-二甲基荧烷；有机微囊采用的是氨基树脂，溶剂采用的是硬脂酸乙酯与棕榈酸甲酯混合物。
硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合，混合时间为2h，混合温度为30℃，得第一混合物；
步骤二：将步骤一中的第一混合物加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌，得第二混合物；其中，真空环境控制在真空度为-0.06MPa，搅拌的转速控制在2000r/min；
步骤三：将步骤二中的第二混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料，其中，硫化温度为25℃，硫化时间控制在24h。
实施例2
一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶50份，感温可逆变色粉5份及硅烷偶联剂1份
感温可逆变色粉采用的原料包括有质量比为1:3:10的有机微胶囊、显色剂以及溶剂，将其混合均匀，通过有机微胶囊的聚合反应，有机微胶囊包裹住显色剂，其中所述的显色剂为红色显色剂。
红色显色剂为6'-(二乙氨基)-1',2'-苯并荧烷和6'-(二乙基氨基)-1',3'-二甲基荧烷，有机微囊采用的是氨基树脂，溶剂采用的是硬脂酸乙酯与棕榈酸甲酯混合物。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合，混合时间为2h，混合温度为30℃，得第一混合物；
步骤二：将步骤一中的第一混合物加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌，得第二混合物；其中，真空环境控制在真空度为-0.06Mpa，搅拌的转速控制在2000r/min；
步骤三：将步骤二中的第二混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料，其中，硫化温度为25℃，硫化时间控制在24h。
实施例3
一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶100份，感温可逆变色粉20份及硅烷偶联剂10份。
感温可逆变色粉采用的原料包括有质量比为1:3:10的有机微胶囊、显色剂以及溶剂，将其混合均匀，通过有机微胶囊的聚合反应，有机微胶囊包裹住显色剂，其中所述的显色剂为红色显色剂，具体为6'-(二乙氨基)-1',2'-苯并荧烷和6'-(二乙基氨基)-1',3'-二甲基荧烷。有机微囊采用的是氨基树脂，溶剂采用的是硬脂酸乙酯与棕榈酸甲酯混合物。
硅烷偶联剂为正辛基三乙氧基硅烷。
一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合，混合时间为2h，混合温度为30℃，得第一混合物；
步骤二：将步骤一中的第一混合物加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌，得第二混合物；其中，真空环境控制在真空度为-0.06MPa，搅拌的转速控制在2000r/min；
步骤三：将步骤二中的第二混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料，其中，硫化温度为25℃，硫化时间控制在24h。
实施例4
本实施例是在实施例2的基础上作出的改变，具体是一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶70份，感温可逆变色粉18份及硅烷偶联剂10份。
实施例5
本实施例是在实施例2的基础上作出的改变，具体是一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶70份，感温可逆变色粉20份及硅烷偶联剂10份。
实施例6
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是搅拌转速控制在2400r/min。
实施例7
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是搅拌转速控制在2800r/min。
实施例8
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是所述的显色剂为蓝色显色剂，蓝色显色剂为3-(4-二乙氨基-2-乙氧基苯基)-3-(1-乙基-2-甲基吲哚-3-基)-4-氮杂-2-苯并[C]呋喃酮，有机微囊采用的是氨基树脂，溶剂采用的是硬脂酸乙酯与棕榈酸甲酯混合物。
对比例1(无感温变色粉)
一种低损耗温度自检测绝缘材料，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶50份及硅烷偶联剂1份。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂加入室温硫化硅橡胶进行混合，混合时间为2h，混合温度为30℃，在真空环境下搅拌，得混合物；其中，真空环境控制在真空度小于-0.05Mpa，搅拌的转速控制在2000r/min；
步骤二：将步骤二中的混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料，其中，硫化温度为25℃，硫化时间控制在24h。
对比例2
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是搅拌转速控制在500r/min。
对比例3
本对比例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是搅拌转速控制在3500r/min。
对比例4
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是感温可逆变色粉的原料为显色剂，显色剂为6'-(二乙氨基)-1',2'-苯并荧烷和6'-(二乙基氨基)-1',3'-二甲基荧烷。
对实施例2的试样进行介质损耗角正切随温度的变化关系的试验，见表1和图1；介质损耗角正切的测试方法依照国标GB/T 1693-2007进行，采用西林电桥，测试电压为工频1kV，测试电极为三电极系统。
表1为实施例2的试样进行介质损耗角正切在不同温度下的测试值
从表1可知，随着温度的升高，实施例2试样的介质损耗角正切值先增长后减小然后增长的变化趋势，在65℃达到最小值，即实施例2试样的介质损耗正切值为0.131，介质损耗的能量最低，主要是由于感温可逆变色粉中溶剂在随着温度升高发生感温变色后会发生溶解，导致材料内分子间作用力降低，使得松弛极化过程的能量损耗降低。
分别取实施例1-5的试样在65℃进行介质损耗角正切值测试，测试方法同上；测试值见表2。
表2实施例1-5的试样在65℃下的介质损耗角正切值测试值
| 试样 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| tanδ | 0.0145 | 0.0132 | 0.0136 | 0.0139 | 0.0141 |
从表2可以看出，随着感温可逆变色粉添加量的增加，试样介质损耗角正切值先减小后增大，在添加量为实施例2的介质损耗角正切值最小，说明实施例2中感温可逆粉添加量较优，主要是由于添加量越低，室温硫化硅橡胶之间的交联作用其主导作用，交联作用较强，因此松弛极化过程的能量损耗增强，介电损耗较高，但随着感温可逆变色粉量的添加，交联作用减弱，因此松弛极化过程的能量损耗下降，达到最低值，然后随着添加量的继续添加，过多的感温可逆变色粉分子间容易团聚，分子作用力增强，松弛极化过程的能量损耗，介电损耗增加。
分别取实施例2、6-8以及对比例1-3的试样分别在25℃和65℃下观察材料颜色，试样规格为10×10×1cm，并记录，见表2。
| 试样 | 25℃ | 65℃ |
| 实施例2 | 粉红色 | 白色，颜色均匀 |
| 实施例6 | 粉红色 | 白色，颜色均匀 |
| 实施例7 | 粉红色 | 白色，颜色均匀 |
| 实施例8 | 蓝色 | 白色，颜色均匀 |
| 对比例1 | 粉红色 | 粉红色 |
| 对比例2 | 粉红色 | 白色，有粉红色残留点 |
| 对比例3 | 粉红色 | 白色，有粉红色残留点 |
| 对比例4 | 粉红色 | 白色，有粉红色残留点 |
从上表可以看出，实施例1-8以及对比例1-4试样的高温变色后的颜色分布都很均匀，而对比例2和3，变色后发现仍然有颜色残留，说明绝缘材料内的显色剂分子已失效或者分布不均匀，从而出现高温后变色不均匀的现象，对比例1与实施例2的对比可知，试样的感温变色性能主要是感温可逆变色粉的性能决定，从对比例2和3与实施例2的对比可知，搅拌速率的控制比较关键，对比例2中搅拌速率较低，导致混料不均匀，出现粉红色残留点，即绝缘材料中部分区域未有感温可逆变色粉，对比例3中搅拌速率较高，由于拌料与搅拌器摩擦产生的热量过大，搅拌器发热严重，会出现搅拌器“烧糊”硅橡胶拌料的现象，因此合理的搅拌速率成为关键，根据对比例4与实施例2的对比，对比例4中(采用传统方法直接添加显色剂成分)，在制备过程中，很容易显色剂发生团聚，分布不均匀，导致出现局部显色不成功，而实施例2采用的有机微胶囊包裹显色剂，有效地保护了显色剂成分，即避免了显色剂失效，检测更加精准。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低损耗温度自检测绝缘材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶25-100份，感温可逆变色粉5-50份及硅烷偶联剂1-10份；
所述的感温可逆变色粉采用的原料包括有质量比为1:3:10的机微胶囊、显色剂以及溶剂；
有机微胶囊采用的是氨基树脂，溶剂采用的是硬脂酸乙酯与棕榈酸甲酯混合物；
显色剂为6'-(二乙氨基)-1',2'-苯并荧烷和6'-(二乙基氨基)-1',3'-二甲基荧烷；
所述绝缘材料的制备方法包含以下步骤：
步骤一：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合，得第一混合物；
步骤二：将步骤一中的第一混合物加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌，得第二混合物；
步骤三：将步骤二中的第二混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料；
所述的步骤二中，搅拌的转速控制在2000-2800r/min。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗温度自检测绝缘材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：室温硫化硅橡胶25-50份，感温可逆变色粉5-10份及硅烷偶联剂1-5份。
3.一种如权利要求1所述的低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：将感温可逆变色粉与硅烷偶联剂进行混合，得第一混合物；
步骤二：将步骤一中的第一混合物加入室温硫化硅橡胶中，在真空环境下搅拌，得第二混合物；
步骤三：将步骤二中的第二混合物依序进行硫化和成型，得自检测绝缘材料；
所述的步骤二中，搅拌的转速控制在2000-2800r/min。
4.根据权利要求3所述的一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中，混合时间为2-4h，混合温度为30-50℃。
5.根据权利要求3所述的一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中，真空环境控制在真空度小于-0.05MPa。
6.根据权利要求3所述的一种低损耗温度自检测绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤三中，硫化温度为25-30℃，硫化时间控制在20-30h。
7.一种如权利要求1或2所述的低损耗温度自检测绝缘材料或权利要求3-6任意一项所述的制备方法制备的绝缘材料在电气设备上的应用。
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