CN112250993A - 一种脂环族环氧树脂绝缘材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脂环族环氧树脂绝缘材料，包括以下重量百分比的组分：20％～30％的环氧树脂、18％～25％的酸酐类固化剂、0.2％～0.3％的胺类促进剂、28％～35％的硅微粉、18％～25％的氢氧化铝和1％～8％的纳米复合材料，所述纳米复合材料为偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为(1～4)：(1～4)。本发明的脂环族环氧树脂绝缘材料通过搭配环氧树脂、酸酐类固化剂和胺类促进剂，并且结合偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅作为纳米复合材料，显著改善了脂环族环氧树脂绝缘材料的耐湿热和耐紫外老化性能，提高了脂环族环氧树脂绝缘材料的使用寿命，作为户外绝缘子材料应用时，提高了安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及高电压输送绝缘材料领域，具体涉及一种脂环族环氧树脂绝缘材料。
背景技术
复合绝缘子作为输电系统中广泛使用的器件之一，起着电气绝缘和机械支撑的重要作用，其运行状况的好坏直接关系到输电系统的稳定与安全。随着硅橡胶复合绝缘子的大量应用，也发现了其存在的目前无法解决的问题。首先，由于硅橡胶复合绝缘子伞裙护套所使用的材料是硅橡胶，硅橡胶材料偏软，容易受到强风和鸟啄等外力的影响而发生破裂。其次，硅橡胶复合绝缘子由于芯棒和护套伞裙采用不同的复合材料，在芯棒和护套之间必定会存在一个宏观界面，大部分的硅橡胶复合绝缘子事故都与这一界面的存在有关。
为了解决硅橡胶复合绝缘子在运行过程中的断裂、界面老化等问题，可以将现有的复合绝缘子护套伞裙材料由硅橡胶替换成新型脂环族环氧树脂。新型脂环族环氧树脂同样也具有优良的憎水性、耐漏电起痕等性能。同时相比于硅橡胶材料，它的材质较硬，可以有效的防止出现鸟啄、大风等外力冲击而导致伞裙护套破损现象。除此之外，如果采用了这种新型脂环族环氧树脂作为伞裙护套材料，就相当于复合绝缘子的芯棒和护套都采用了环氧树脂这一种材料，那么很有可能将使得二者之间的界面粘接性能会大大提升，甚至可能消除二者之间的界面，从而解决复合绝缘子一直存在的界面问题。但是由于脂环族环氧树脂绝缘子是应用在户外，所以面临着室外温度湿度、紫外等环境因素导致的老化问题。现有的脂环族环氧树脂绝缘子易老化，老化后机械强度急剧下滑，寿命短。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种脂环族环氧树脂绝缘材料。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种脂环族环氧树脂绝缘材料，所述脂环族环氧树脂绝缘材料包括以下重量百分比的组分：20％～30％的环氧树脂、18％～25％的固化剂、0.2％～0.3％的促进剂、28％～35％的硅微粉、18％～25％的氢氧化铝和1％～8％的纳米复合材料，所述纳米复合材料为偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为(1～4)：(1～4)；所述固化剂为酸酐类固化剂，所述促进剂为胺类促进剂。
上述的脂环族环氧树脂绝缘材料通过搭配环氧树脂、酸酐类固化剂和胺类促进剂，并且结合偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅作为纳米复合材料，显著改善了脂环族环氧树脂绝缘材料的耐湿热和耐紫外老化性能，提高了脂环族环氧树脂绝缘材料的使用寿命，作为户外绝缘子材料应用时，提高了安全性能，提高了使用寿命。
优选地，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的制备方法为将纳米氧化铝、纳米氧化硅、偶联剂在丙酮中混合分散均匀，所述偶联剂为：KH560。
发明人通过研究发现，将纳米氧化铝、纳米纳米氧化铝经过上述偶联剂改性后，有利于提高上述脂环族环氧树脂绝缘材料的耐湿热和耐紫外老化性能。
优选地，所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料的重量百分比为3％～8％。
发明人通过研究发现，纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料的重量百分比为3％～8％时，上述脂环族环氧树脂绝缘材料具有更好的耐湿热和耐紫外老化性能。
优选地，所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料的重量百分比为5％～6％。
发明人通过研究发现，纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料的重量百分比为5％～6％时，上述脂环族环氧树脂绝缘材料具有更好的耐湿热和耐紫外老化性能。
优选地，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为(1～2)：(1～2)。
发明人通过研究发现，纳米复合材料中偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为(1～2)：(1～2)时，上述脂环族环氧树脂绝缘材料具有更好的耐湿热和耐紫外老化性能。
优选地，所述脂环族环氧树脂绝缘材料包括以下重量百分比的组分：22％～28％的环氧树脂、18％～22％的固化剂、0.2％～0.3％的促进剂、28％～32％的硅微粉、18％～22％的氢氧化铝。
优选地，所述酸酐类固化剂为甲基六氢苯酐。
优选地，所述胺类促进剂为N,N-二甲基苄胺。
优选地，所述环氧树脂为脂环族缩水甘油型环氧树脂。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本发明的脂环族环氧树脂绝缘材料通过搭配环氧树脂、酸酐类固化剂和胺类促进剂，并且结合偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅作为纳米复合材料，显著改善了脂环族环氧树脂绝缘材料的耐湿热和耐紫外老化性能，提高了脂环族环氧树脂绝缘材料的使用寿命，作为户外绝缘子材料应用时，提高了安全性能，提高了使用寿命。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，所述脂环族环氧树脂绝缘材料包括以下重量百分比的组分：26％的环氧树脂、20.4％的固化剂、0.2％的促进剂、28％的硅微粉、20.4％的氢氧化铝和5％的纳米复合材料，所述纳米复合材料为偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为1：1；所述固化剂为酸酐类固化剂，所述酸酐类固化剂为甲基六氢苯酐，所述促进剂为胺类促进剂，所述胺类促进剂为N,N-二甲基苄胺，所述环氧树脂为脂环族缩水甘油型环氧树脂；
所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的制备方法为将纳米氧化铝、纳米氧化硅、偶联剂在丙酮中混合分散均匀，所述偶联剂为：KH560。
本实施例的脂环族环氧树脂绝缘材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按照重量配比将纳米复合材料与脂环族环氧树脂机械混合10min，然后在超声下于50℃下加热1h得到混合物A；
(2)将酸酐类固化剂、硅微粉、氢氧化铝与混合物A机械搅拌20分钟；在室温下抽真空1小时后得到混合物B；
(3)将混合物B在聚四氟乙烯模具中于100℃静置1小时、120℃静置1小时、150℃静置2小时进行固化，然后在50℃下的真空炉中固化5h得到所述脂环族环氧树脂绝缘材料。
实施例2
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的1％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的30％。
实施例3
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的2％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的29％。
实施例4
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的3％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的28％。
实施例5
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的4％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的27％。
实施例6
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的6％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的25％。
实施例7
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的7％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的24％。
实施例8
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的8％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的23％。
实施例9
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为4：1。
实施例10
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为3：1。
实施例11
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为2：1。
实施例12
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为1：2。
实施例13
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为1：3。
实施例14
作为本发明实施例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为1：4。
对比例1
作为本发明对比例的一种脂环族环氧树脂绝缘材料，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的0％，所述环氧树脂占所述脂环族环氧树脂绝缘材料重量的31％。
效果例1
对实施例1-14和对比例1的脂环族环氧树脂绝缘材料进行检测。
利用万能材料试验机对实施例1-14和对比例1的脂环族环氧树脂绝缘材料的拉伸强度进行测试。
利用荧光紫外灯对实施例1-14和对比例1的脂环族环氧树脂绝缘材料进行老化。荧光紫外灯在UV-A(295-400nm)范围内产生138～142w/m2的平行且高度均匀的紫外线辐射量。将样品实施例1-14和对比例1的脂环族环氧树脂绝缘材料置于紫外线照射下一周，然后翻转并再暴露一周，然后在高温80℃、100％相对湿度下暴露两周。然后重复上述过程，使样品的老化时间为6个月。
利用万能材料试验机对老化后的实施例1-14和对比例1的脂环族环氧树脂绝缘材料检测拉伸强度。结果如表1所示。
表1脂环族环氧树脂绝缘材料的机械性能和老化性能
通过比较实施例1-实施例8与对比例1的结果可知，不添加纳米复合材料的脂环族环氧树脂绝缘材料在老化后，拉伸强度降低了40％，而实施例的添加纳米复合材料的脂环族环氧树脂绝缘材料在老化后，拉伸强度下降了15％～22％。说明实施例的脂环族环氧树脂通过搭配环氧树脂、酸酐类固化剂和胺类促进剂，并且结合偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅作为纳米复合材料，显著改善了脂环族环氧树脂绝缘材料的耐湿热和耐紫外老化性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述脂环族环氧树脂绝缘材料包括以下重量百分比的组分：20％～30％的环氧树脂、18％～25％的固化剂、0.2％～0.3％的促进剂、28％～35％的硅微粉、18％～25％的氢氧化铝和1％～8％的纳米复合材料，所述纳米复合材料为偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为(1～4)：(1～4)；所述固化剂为酸酐类固化剂，所述促进剂为胺类促进剂。
2.根据权利要求1所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的制备方法为将纳米氧化铝、纳米氧化硅、偶联剂在丙酮中混合分散均匀，所述偶联剂为KH560。
3.根据权利要求1所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料的重量百分比为3％～8％。
4.根据权利要求3所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述纳米复合材料占所述脂环族环氧树脂绝缘材料的重量百分比为5％～6％。
5.根据权利要求1或权利要求3-4任一所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述偶联剂改性纳米氧化铝和偶联剂改性纳米氧化硅的重量比为(1～2)：(1～2)。
6.根据权利要求5所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述脂环族环氧树脂绝缘材料包括以下重量百分比的组分：22％～28％的环氧树脂、18％～22％的固化剂、0.2％～0.3％的促进剂、28％～32％的硅微粉、18％～22％的氢氧化铝。
7.根据权利要求1所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述酸酐类固化剂为：甲基六氢苯酐。
8.根据权利要求7所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述胺类促进剂为：N,N-二甲基苄胺。
9.根据权利要求1所述的脂环族环氧树脂绝缘材料，其特征在于，所述环氧树脂为脂环族缩水甘油型环氧树脂。
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