CN112063112A - 一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物及其制备方法，属于环氧树脂技术领域。电气绝缘特高压环氧树脂组合物以重量份计，包括以下组分：环氧树脂100～200份、固化剂100～200份、聚硫橡胶20～40、脲三聚氰胺甲醛树脂20～40、酚醛树脂20～40、异氰酸酯20～40、聚四氟乙烯20～40份、无机纳米混合物20～30份、增韧剂10～20份。本发明在超高压电气中能够起到良好的绝缘效果，并添加改性剂、无机纳米混合物等，改性剂的添加显著提高了复合材料的热分解温度，从而使环氧树脂基体的玻璃化温度大幅度提高，无机纳米混合物的成分选择则进一步提高了环氧树脂的绝缘性能，同时可以有效提高环氧树脂的击穿强度，增加尺寸稳定性，减少应力开裂的趋势。

Description

一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物及其制备方法，属于环氧树脂技术领域。
背景技术
在电网输变电设备如变压器、开关、互感器、穿墙套管等中，绝缘件应用较多，尤其以环氧绝缘件应用较多，这些绝缘件起到电绝缘和承力的作用，其性能将直接决定输变电设备的绝缘性能及运行可靠性。随着我国电力系统朝特高压、直流电、大电流输电网络方向发展，对绝缘件性能提出了更高的要求，特别是1100kV以上直流特高压系统，在提高绝缘性能的同时还必须考虑空间电荷积累问题。
目前的环氧树脂主要以添加Al2O3微粒为主，Al2O3微粒的加入可以提高环氧树脂的力学和热学性能，然而环氧树脂的耐电老化性能和击穿强度将会降低，从而在特高压电场中产生放电击穿和产品开裂的风险大大提高，严重影响环氧树脂绝缘件的使用寿命。
发明内容
本发明针对上述背景技术所提及的技术问题，而采取以下技术方案来实现：
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂100～200份、固化剂100～200份、聚硫橡胶20～40份、脲三聚氰胺甲醛树脂20～40份、酚醛树脂20～40份、异氰酸酯20～40份、聚四氟乙烯20～40份、无机纳米混合物20～30份、增韧剂10～20份。
作为优选实例，所述增韧剂为聚醚砜或聚酰亚胺中的任意一种或两者的组合物。
作为优选实例，所述固化剂为酸酐类固化剂。
作为优选实例，所述无机纳米混合物包括瓷粉和氧化铝。
作为优选实例，所述瓷粉和氧化铝的添加比例为1:1。
作为优选实例，所述无机纳米混合物的D50粒径为50～100nm。
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将配方量的环氧树脂、聚硫橡胶、脲三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、聚四氟乙烯、无机纳米混合物放入高速搅拌机中均匀混合，均匀混合的同时使用超声波处理；
S2、超声波处理后再加入配方量的固化剂和增韧剂并均匀混合，混合过程中抽真空脱气，并浇注固化成型。
作为优选实例，所述S1中混合的温度为120～150℃，混合时间为1h～2h，搅拌速度为800～1000rpm，所述S2中混合的温度为40～60℃，混合时间为0.5h～1h，搅拌速度为400～600rpm。
本发明的有益效果是：本发明在超高压电气中能够起到良好的绝缘效果，并添加改性剂、无机纳米混合物等，改性剂的添加显著提高了复合材料的热分解温度，从而使环氧树脂基体的玻璃化温度大幅度提高，无机纳米混合物的成分选择则进一步提高了环氧树脂的绝缘性能，同时可以有效提高环氧树脂的击穿强度，增加尺寸稳定性，减少应力开裂的趋势。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例一
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂100份、固化剂100份、聚硫橡胶20份、脲三聚氰胺甲醛树脂20份、酚醛树脂20份、异氰酸酯20份、聚四氟乙烯20份、无机纳米混合物20份、增韧剂10份。
增韧剂为聚醚砜。
固化剂为酸酐类固化剂。
无机纳米混合物包括瓷粉和氧化铝。
瓷粉和氧化铝的添加比例为1:1。
无机纳米混合物的D50粒径为50nm。
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将配方量的环氧树脂、聚硫橡胶、脲三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、聚四氟乙烯、无机纳米混合物放入高速搅拌机中均匀混合，均匀混合的同时使用超声波处理；
S2、超声波处理后再加入配方量的固化剂和增韧剂并均匀混合，混合过程中抽真空脱气，并浇注固化成型。
S1中混合的温度为120℃，混合时间为1h，搅拌速度为800rpm，S2中混合的温度为40℃，混合时间为0.5h，搅拌速度为400rpm。
实施例二
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂150份、固化剂100份、聚硫橡胶20份、脲三聚氰胺甲醛树脂25份、酚醛树脂30份、异氰酸酯35份、聚四氟乙烯40份、无机纳米混合物25份、增韧剂15份。
增韧剂为聚醚砜和聚酰亚胺的组合物，组合比例为1:1。
固化剂为酸酐类固化剂。
无机纳米混合物包括瓷粉和氧化铝。
瓷粉和氧化铝的添加比例为1:2。
无机纳米混合物的D50粒径为75nm。
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将配方量的环氧树脂、聚硫橡胶、脲三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、聚四氟乙烯、无机纳米混合物放入高速搅拌机中均匀混合，均匀混合的同时使用超声波处理；
S2、超声波处理后再加入配方量的固化剂和增韧剂并均匀混合，混合过程中抽真空脱气，并浇注固化成型。
S1中混合的温度为130℃，混合时间为1.5h，搅拌速度为900rpm，S2中混合的温度为50℃，混合时间为0.7h，搅拌速度为500rpm。
实施例三
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂200份、固化剂150份、聚硫橡胶40份、脲三聚氰胺甲醛树脂20份、酚醛树脂40份、异氰酸酯20份、聚四氟乙烯40份、无机纳米混合物30份、增韧剂20份。
增韧剂为聚酰亚胺。
固化剂为酸酐类固化剂，可以为单组分酸酐类固化剂，也可以为多组分酸酐类固化剂的混合物，例如选择芳香族酸酐、脂环族酸酐或直链脂肪族酸酐中的任意两种或者至少三种的混合物，上述种类酸酐的加入可以将环氧树脂中的羟基充分反应，提高环氧树脂的交联度，提高环氧树脂组合物的物理性能。
无机纳米混合物包括瓷粉和氧化铝。
瓷粉和氧化铝的添加比例为1:3。
无机纳米混合物的D50粒径为100nm。
一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将配方量的环氧树脂、聚硫橡胶、脲三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、聚四氟乙烯、无机纳米混合物放入高速搅拌机中均匀混合，均匀混合的同时使用超声波处理；
S2、超声波处理后再加入配方量的固化剂和增韧剂并均匀混合，混合过程中抽真空脱气，并浇注固化成型。
S1中混合的温度为150℃，混合时间为2h，搅拌速度为1000rpm，S2中混合的温度为60℃，混合时间为1h，搅拌速度为600rpm。
选取市售的特高压电气用环氧树脂作为对比例。
将多个实施例和对比例进行性能测试，性能测试标准如下：拉伸强度测试、断裂伸长率、弯曲强度采用GB/T2567—2008；玻璃化转变温度采用GB/T22567—2008；介电强度采用GB/T1408—2006；体积电阻率采用GB/T1410—2006，同时测试环氧树脂组合物的精度标准符合GB/T7304-2014和GB/T1677-2008，性能测试结果如下面表一：
Figure BDA0002685197200000051
Figure BDA0002685197200000061
表一
由表一得知，本发明得到的产品与对比例产品相比，其物理性能和电气性能均优于对比例，均有显著提升。
本发明在超高压电气中能够起到良好的绝缘效果，并添加聚硫橡胶、脲三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、聚四氟乙烯等改性剂和无机纳米混合物，改性剂的添加显著提高了复合材料的热分解温度，从而使环氧树脂基体的玻璃化温度大幅度提高，无机纳米混合物的成分选择则进一步提高了环氧树脂的绝缘性能，同时可以有效提高环氧树脂的击穿强度，增加尺寸稳定性，减少应力开裂的趋势，在制备方法中，额外使用超声波进行处理，当对填充有纳米粒子的环氧树脂进行处理时，会在混合物中产生空穴或气泡，在液体的局部区域产生极高的压力，导致分子剧烈运动，使聚集的纳米颗粒分散成单个的粒子或更小的颗粒，使环氧树脂能够充分包覆各个纳米粒子的表面，提高了该环氧树脂组合物的均匀性，综上所述，该环氧树脂组合物具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂100～200份、固化剂100～200份、聚硫橡胶20～40、脲三聚氰胺甲醛树脂20～40份、酚醛树脂20～40份、异氰酸酯20～40份、聚四氟乙烯20～40份、无机纳米混合物20～30份、增韧剂10～20份。
2.根据权利要求1所述的一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，其特征在于：所述增韧剂为聚醚砜或聚酰亚胺中的任意一种或两者的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，其特征在于：所述固化剂为酸酐类固化剂。
4.根据权利要求1所述的一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，其特征在于：所述无机纳米混合物包括瓷粉和氧化铝。
5.根据权利要求4所述的一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，其特征在于：所述瓷粉和氧化铝的添加比例为1:2。
6.根据权利要求1所述的一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物，其特征在于：所述无机纳米混合物的D50粒径为50～100nm。
7.一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将配方量的环氧树脂、聚硫橡胶、脲三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、聚四氟乙烯、无机纳米混合物放入高速搅拌机中均匀混合，均匀混合的同时使用超声波处理；
S2、超声波处理后再加入配方量的固化剂和增韧剂并均匀混合，混合过程中抽真空脱气，并浇注固化成型。
8.根据权利要求7所述的一种电气绝缘特高压环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述S1中混合的温度为120～150℃，混合时间为1h～2h，搅拌速度为800～1000rpm，所述S2中混合的温度为40～60℃，混合时间为0.5h～1h，搅拌速度为400～600rpm。
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