CN113265147A - 一种故障识别防雷绝缘子及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及绝缘子技术领域，提供了一种故障识别防雷绝缘子及其制备方法。本发明利用聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油组合物和阻燃剂复配，可在改性纳米粒子表面原位聚合形成聚烯烃包覆的核壳结构，改善了纳米粒子在聚烯烃基体内的分散性和相容性，提升了材料的致密程度；改性硅油组合物起到增韧和憎水作用，提高绝缘子材料的耐寒性和耐酸碱性。本发明所得绝缘子材料具有优异的综合性能，大幅提高了绝缘子的电气性能、机械性能和耐候性能。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘子技术领域，尤其涉及一种故障识别防雷绝缘子及其制备方法。
背景技术
故障识别防雷绝缘子采用一体式结构，解决了绝缘子与避雷器需分别安装的问题，消除了施工对绝缘导线的机械性能和密封性能造成的影响；不带连接引线，消除了连接线的附加电感电压。当避雷器故障后，绝缘子仍具有支撑导线作用，配网架空线路仍能正常运行，可以减少防雷装置本身故障对线路运行的影响；内部氧化锌故障失效后，其故障识别环可脱离，解决避雷器故障查找困难的难题。
现有的故障识别防雷绝缘子，绝缘子本体的材料为硅橡胶，具有较好地耐温性能，但其电气性能、机械性能和耐老化性能存在一定缺陷，不利于其长期安全运行。采用无机纳米填料与聚烯烃共混，是实现聚烯烃材料功能化的重要手段。纳米粒子特有的表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等，可以有效地改善材料中的电荷积聚和场强畸变现象，非常适合在绝缘材料中应用。但现有技术中，纳米粒子在聚烯烃中的分散性和相容性较差，易发生团聚现象，所得材料的致密性也较差，从而影响所得绝缘子产品的性能。
发明内容
本发明旨在至少克服上述现有技术的缺点与不足其中之一，提供一种故障识别防雷绝缘子及其制备方法。本发明目的基于以下技术方案实现：
本发明目的一个方面，提供了一种故障识别防雷绝缘子，其伞裙由以下材料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油组合物和阻燃剂，所述聚烯烃的单体包括乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯中的至少两种，所述改性纳米粒子包括硬脂酸盐、长链脂肪族胺、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂改性处理的氧化石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米水滑石、纳米碳化硅中的一种或多种，所述改性硅油组合物由脂肪酸与侧链氨基硅油反应制备得到。
聚氯乙烯对光和热的稳定性较差，无固定熔点，具有较好的机械性能和优异的介电性能。聚苯乙烯电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。聚乙烯和聚丙烯材料具有优良的介电性能，体积电阻可达1015～1020Ω·m，具有良好机械性能。其中，聚丙烯的拉伸强度比高密度聚乙烯更高，聚乙烯的耐寒性能优异，冷脆温度为-70℃，而聚丙烯耐低温冲击较差。经过改性处理之后的纳米粒子，表面亲油性增强，可以与聚烯烃材料中的其它有机成分有效结合，从而提升材料的致密程度。改性纳米粒子的加入，在聚烯烃材料内产生了更多的陷阱，这些陷阱在电极-电介质的界面附近捕获注入电荷，降低了局部电场，同时阻碍载流子的移动，从而使电阻率增大。乙烯、丙烯、氯乙烯和苯乙烯共聚，可以结合多种聚烯烃的优点，且在其中加入改性纳米粒子，增强绝缘子材料的电气性能、机械性能、耐低温性能和耐酸碱性能。
氟硅橡胶在保持有机硅材料的耐热性，耐寒性，耐高电压性，耐气候老化等优异性能的基础上，由于含氟基团的引入，它又具有有机氟材料优异的耐氢类溶剂，耐油，耐酸碱性和更低的表面能性能。
硅橡胶耐低温性能良好，一般在-55℃下仍能工作。耐热性能也很突出，在180℃下可长期工作，稍高于200℃也能承受数周或更长时间仍有弹性，瞬时可耐300℃以上的高温。
EVA乳液具有永久的柔韧性，良好的耐酸碱性、混容性、粘接性和疏水性，能够耐紫外线老化，加入EVA乳液提高了聚合晶硅绝缘子材料的结合力和耐受性。
加入改性硅油组合物，一方面提升了聚合晶硅材料的加工流动性质和脱模性能，降低了扭矩，减少了设备磨损，明显降低摩擦系数，改善表面光泽，增进表面丝质触感。另一方面，利用脂肪酸与氨基硅油反应，得到的改性硅油组合物是一类具有柔顺链段的齐聚物，对绝缘子材料起到增韧作用，提高耐候性。改性硅油组合物迁移到绝缘子表面时，其主链硅油附在表面、侧链的碳氢长链与下面聚烯烃分子产生相互作用，硅油就像浮萍一样覆盖在聚烯烃绝缘子表面，增加其憎水耐久性，从而使绝缘子表面具有长期有效的憎水性，提高了输电线路绝缘子运行可靠性和使用寿命。
优选地，所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为1～25wt％，粒径为10～300nm。
优选地，所述非线性电阻片为互相串联的非线性的氧化锌电阻片。
优选地，所述氧化锌电阻片的表面涂覆有纳米高阻浆料涂层。
优选地，所述脂肪酸包括由辛酸、壬酸、月桂酸、硬脂酸、木蜡酸、蜡酸、虫漆蜡酸、油酸、芥酸或二十碳烯酸中的一种或多种。
优选地，所述侧链氨基硅油包括氨基重量含量为0.05-0.3％的硅油、氨基重量含量为0.4-1.5％的硅油中的一种或多种。
本发明中使用的脂肪酸，其碳氢结构主链与聚烯烃材料分子结构类似、相容性良好，引入到氨基硅油中，提高了改性硅油组合物与聚烯烃、橡胶等原料的相容性，使改性硅油组合物可以作为一种新颖的憎水迁移剂加入绝缘子材料中。
优选地，所述阻燃剂包括氧化聚乙烯、聚磷酸氨、磷酸酯、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、硼酸锌、碱式碳酸镁、碱式硫酸镁中的一种或多种。采用无卤阻燃材料，燃烧时没有熔滴现象，燃烧时阻燃剂自身无有害气体产生。
优选地，所述伞裙包括以下重量份的原料：聚烯烃包覆改性纳米粒子30～60份、硅橡胶30～50份、氟硅橡胶30～50份、EVA乳液10～30份、改性硅油组合物1～10份和阻燃剂8～20份。
本发明目的另一个方面，提供了一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：将聚烯烃的单体、改性纳米粒子、催化剂和溶剂置于密闭干燥反应器中，50～80℃恒温聚合反应4～10h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于60～120℃下搅拌，干燥得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
本发明可在改性纳米粒子表面原位聚合形成聚烯烃包覆的核壳结构，改善了纳米粒子在聚烯烃基体内的分散性，增强了纳米粒子的稳定性，充分发挥纳米粒子对绝缘子材料的电气性能和机械性能的改善作用；利用聚烯烃包覆层增强了无机/有机界面的粘结性，改善了无机纳米粒子在聚烯烃基体内的相容性；经过表面改性的纳米粒子可以与聚烯烃材料中的其它有机成分有效结合，大幅提升了绝缘子材料的致密程度。通过本发明的方法，得到结合多种聚烯烃材料优点的烯烃共聚物原料，尤其是得到了聚烯烃包覆改性纳米粒子核壳结构，大幅提高烯烃共聚物的综合性能。本发明制得的多相结构共混体具有更加优异的机械性能，结构稳定性、一致性更好，所得绝缘子产品具有良好的电气性能、机械性能、耐酸碱和耐温性能。
优选地，步骤S1中所述改性纳米粒子的制备方法包括：
S11、将纳米粒子、硬脂酸盐分散在水中，形成分散液；
S12、将长链脂肪族胺、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂与乙醇混合均匀，加入步骤S11所得分散液，于60～120℃下加热反应1～5h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得。
优选地，步骤S1中所述催化剂为基锆茂金属氯化物-甲基铝氧复合催化剂，具有更高的催化活性，可以严格控制聚合过程，得到均一的共聚物。
优选地，步骤S2中所述搅拌为在转速1500～2500r/min下搅拌10～60min，所述干燥的条件为在60～100℃下干燥3～10min。
优选地，步骤S2中所述挤出造粒的条件为：挤出温度为160-230℃，挤出压力为10-30MPa，挤出速度为8-12mm/s。
本发明可至少取得如下有益效果其中之一：
1、本发明的故障识别防雷绝缘子，具有优良的防雷性能和较长的使用寿命，防水耐污性优良，减少配电网中因雷击引起的跳闸、断线事故，并且减少安装和运维检修人员的工作量，经济效益显著。
2、本发明利用聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油组合物和阻燃剂复配，可在改性纳米粒子表面原位聚合形成聚烯烃包覆的核壳结构，改善了纳米粒子在聚烯烃基体内的分散性和相容性，提升了材料的致密程度；改性硅油组合物起到增韧和憎水作用，提高绝缘子材料的耐寒性和耐酸碱性。本发明所得绝缘子材料具有优异的综合性能，大幅提高了绝缘子的电气性能、机械性能和耐候性能。
3、本发明的制备方法简单，对纳米粒子直接进行改性，得到相容性好的改性纳米粒子，然后将其用于聚烯烃的原位合成；相比于将纳米粒子与聚烯烃材料共混的方法，有效改善了纳米粒子在聚烯烃材料内的分散性，提高了绝缘子产品的综合性能。
具体实施方式
下面将对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的以下优选实施例，提供了一种故障识别防雷绝缘子，包括绝缘子本体、上金具和下金具，所述上金具和下金具分别插接在所述绝缘子本体的上下开口，所述绝缘子本体包括环氧筒和设于所述环氧筒外部的伞裙，所述环氧筒内部由上至下依次设有放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，所述脱扣机构上设有故障指示器。所述非线性电阻片为互相串联的非线性的氧化锌电阻片，表面涂覆有纳米高阻浆料涂层。可采用专利CN201710075764《一种具有故障脱离和老化识别功能的避雷绝缘子》的结构。
改性硅油组合物的合成方法如下：在反应瓶中加入脂肪酸1g、氨基重量含量为0.2％的侧链氨基硅油(分子量约为5000)10g、氨基重量含量为0.8％的侧链氨基硅油(分子量约为20000)10g，搅拌脱气1min，充入氮气保护，升温至100℃下反应4h，再在该温度下真空搅拌脱气反应1.5h，冷却得到改性硅油组合物。
乙醇用量：长链脂肪族胺、三羟甲基丙烷、硅烷偶联剂三者50倍体积，长链脂肪族胺、三羟甲基丙烷与硅烷偶联剂的质量比10：3：1，分散液与混合液的用量：体积比1：1，催化剂的用量：单体质量的5％，溶剂环己烷的用量：单体质量的2倍。
实施例1
本发明的故障识别防雷绝缘子，伞裙由以下材料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子30份、硅橡胶50份、氟硅橡胶50份、EVA乳液10份、改性硅油组合物1份和氢氧化铝10份，所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为22wt％，粒径为10～300nm。所述改性硅油组合物由辛酸与侧链氨基硅油反应制备得到。
一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：
S11、将氧化石墨烯、硬脂酸锌(质量比1：0.025)分散在水中，形成质量浓度1.5％的分散液；
S12、将十四烷基胺、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂KH550与乙醇混合均匀，加入步骤S11所得分散液，于120℃下加热反应1h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得改性纳米粒子；
S13、将聚烯烃的单体乙烯和丙烯(质量比1：2)、改性纳米粒子、丙氰基锆茂金属氯化物-甲基铝氧复合催化剂和环己烷置于密闭干燥反应器中，50℃恒温聚合反应10h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于60℃下在转速1500r/min下搅拌45min，在60℃下干燥10min，得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，挤出温度为160℃，挤出压力为30MPa，挤出速度为12mm/s；将所得材料置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
实施例2
本发明的故障识别防雷绝缘子，伞裙由以下材料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子60份、硅橡胶30份、氟硅橡胶30份、EVA乳液30份、改性硅油组合物10份、氧化聚乙烯10份、氢氧化镁10份。所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为1.5wt％，粒径为10～100nm。所述改性硅油组合物由月桂酸、硬脂酸(质量比1：1)与侧链氨基硅油反应制备得到。
一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：
S11、将氧化石墨烯、纳米二氧化硅、二氧化钛、硬脂酸钠(质量比1：1：1：0.01)分散在水中，形成质量浓度1.5％的分散液；
S12、将十二烷基胺、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂KH570(质量比10：8：1)与乙醇混合均匀得到混合液，加入步骤S11所得分散液，于60℃下加热反应4h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得改性纳米粒子；
S13、将聚烯烃的单体乙烯和氯乙烯(质量比3：1)、改性纳米粒子、丙氰基锆茂金属氯化物-甲基铝氧复合催化剂和环己烷置于密闭干燥反应器中，80℃恒温聚合反应4h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于120℃下在转速2500r/min下搅拌10min，在100℃下干燥3min，得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，挤出温度为230℃，挤出压力为10MPa，挤出速度为8mm/s；将所得材料置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
实施例3
本发明的故障识别防雷绝缘子，伞裙由以下材料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子40份、硅橡胶40份、氟硅橡胶40份、EVA乳液20份、改性硅油组合物8份、聚磷酸氨6份、碱式硫酸镁6份。所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为5wt％，粒径为10～200nm。所述改性硅油组合物由二十碳烯酸与侧链氨基硅油反应制备得到。
一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：
S11、将纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米水滑石、硬脂酸钙(质量比1：1：1：0.08)分散在水中，形成质量浓度2.0％的分散液；
S12、将十二烷基胺和十六烷基胺(质量比1：1)、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂KH530与乙醇混合均匀，加入步骤S11所得分散液，于100℃下加热反应2h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得改性纳米粒子；
S13、将聚烯烃的单体丙烯和苯乙烯(质量比1：1)、改性纳米粒子、丙氰基锆茂金属氯化物-甲基铝氧复合催化剂和环己烷置于密闭干燥反应器中，60℃恒温聚合反应8h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于80℃下在转速2000r/min下搅拌30min，在80℃下干燥6min，得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，挤出温度为210℃，挤出压力为20MPa，挤出速度为10mm/s；将所得材料置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
实施例4
本发明的故障识别防雷绝缘子，伞裙由以下材料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子45份、硅橡胶35份、氟硅橡胶45份、EVA乳液25份、改性硅油组合物3份、磷酸酯8份、氧化锑8份。所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为10wt％，粒径为10～300nm。所述改性硅油组合物由辛酸、油酸(质量比1：1)与侧链氨基硅油反应制备得到。
一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：
S11、将纳米水滑石、纳米碳化硅、纳米氧化镁、硬脂酸锌(质量比1：1：1：0.05)分散在水中，形成分散液；
S12、将十八烷基胺和十六烷基胺(质量比1：1)、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂KH792与乙醇混合均匀，加入步骤S11所得分散液，于90℃下加热反应3h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得改性纳米粒子；
S13、将聚烯烃的单体乙烯、丙烯和氯乙烯(质量比1：1.5：1)、改性纳米粒子、丙氰基锆茂金属氯化物-甲基铝氧复合催化剂和环己烷置于密闭干燥反应器中，70℃恒温聚合反应6h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于90℃下在转速1800r/min下搅拌30min，在90℃下干燥5min，得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，挤出温度为180℃，挤出压力为25MPa，挤出速度为9mm/s；将所得材料置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
实施例5
本发明的故障识别防雷绝缘子，伞裙由以下材料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子50份、硅橡胶45份、氟硅橡胶35份、EVA乳液16份、改性硅油组合物5份和硼酸锌5份、氢氧化镁5份、聚磷酸氨5份，所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为15wt％，粒径为20～200nm。所述改性硅油组合物由油酸与侧链氨基硅油反应制备得到。
一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：
S11、将氧化石墨烯、纳米氧化锌和纳米水滑石、硬脂酸锌(质量比1：1：1：0.05)分散在水中，形成分散液；
S12、将十二烷基胺和十六烷基胺(质量比1：1)、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂KH550与乙醇混合均匀，加入步骤S11所得分散液，于80℃下加热反应3h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得改性纳米粒子；
S13、将聚烯烃的单体乙烯、丙烯和苯乙烯(质量比1：2：1)、改性纳米粒子、丙氰基锆茂金属氯化物-甲基铝氧复合催化剂和环己烷置于密闭干燥反应器中，60℃恒温聚合反应6h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于100℃下在转速2000r/min下搅拌30min，在75℃下干燥6min，得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，挤出温度为200℃，挤出压力为22MPa，挤出速度为10mm/s；将所得材料置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
对比例1
由单体制备得到聚烯烃材料后，直接加入改性纳米粒子共混，其余同实施例5。
对比例2
纳米粒子不改性处理，其余同实施例5。
对比例3
去除改性纳米粒子，其余同实施例5。
对比例4
去除聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物，其余同实施例5。
对比例5
将改性纳米粒子平均分成三份，单独制备聚乙烯包覆改性纳米粒子复合物、聚丙烯包覆改性纳米粒子复合物和聚苯乙烯包覆改性纳米粒子复合物，其余同实施例5。
对比例6
去除改性硅油组合物，其余同实施例5。
对实施例1～5和对比例1～6所得棒型悬式聚合晶硅绝缘子进行性能测试。其中，拉伸强度和扯断伸长率的测试方法参考GB/T1040.2/1A-2006，击穿电压的测试方法参考GB/T1408.1-2006。耐酸性测试方法：将样品浸入98％的浓硫酸中放置30天，测试样品是否溶解；耐碱性测试方法：将样品浸入2mol/L的氢氧化钠溶液中放置30天，测试样品是否溶解。硬度变化率测试方法：经0.1％NaCl的去离子水中保持42小时煮沸后与之前相比较(硬度变化值/之前硬度)。结果列于表1。
表1
由表1数据可知，本发明通过在改性纳米粒子表面原位聚合形成聚烯烃包覆层，形成核壳纳米材料结构，充分发挥无机纳米粒子对绝缘子材料的电气性能和机械性能的改善作用。与对比例1～4对比发现，原位合成方法(对比例1)可显著提高绝缘子的体积电阻率、击穿电压以及机械强度和硬度，纳米粒子改性(对比例2)可显著提高绝缘子的耐酸碱性能、击穿电压以及机械强度和硬度，加入改性纳米粒子(对比例3)可显著提高绝缘子的体积电阻率、耐酸碱性能、击穿电压以及机械强度和硬度，加入聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物(对比例4)可在对比例3的基础上大幅提高绝缘子的上述性能。相比于单独制备聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物(对比例5)，多种烯烃共聚所得绝缘子可取得更优异的体积电阻率、耐酸碱性能、击穿电压以及机械强度和硬度。结果表明，本发明的聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物及其合成方法、纳米粒子及其改性方法均对绝缘子的性能起到增强作用。与对比例6对比发现，改性硅油组合物起到增韧和憎水作用，对绝缘子的拉伸强度、扯断伸长率和耐酸碱性能影响较大。
对实施例5所得材料进行-70℃低温处理1000h，然后再次进行性能测试，并与常温性能进行对比，具体测试结果见表2。
表2
由表2数据可知，本发明所得绝缘子经过长时低温处理之后，各项性能数据仍能较好地保持，具有良好的耐低温性能，可应用于高寒地区使用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种故障识别防雷绝缘子，其特征在于，其伞裙由以下原料制成：聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油组合物和阻燃剂，所述聚烯烃的单体包括乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯中的至少两种，所述改性纳米粒子包括硬脂酸盐、长链脂肪族胺、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂改性处理的氧化石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米水滑石、纳米碳化硅中的一种或多种，所述改性硅油组合物由脂肪酸与侧链氨基硅油反应制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种故障识别防雷绝缘子，其特征在于，所述聚烯烃包覆改性纳米粒子复合物中改性纳米粒子的含量为1～25wt％，粒径为10～300nm。
3.根据权利要求1所述的一种故障识别防雷绝缘子，其特征在于，所述非线性电阻片为互相串联的非线性的氧化锌电阻片。
4.根据权利要求1所述的一种故障识别防雷绝缘子，其特征在于，所述脂肪酸包括由辛酸、壬酸、月桂酸、硬脂酸、木蜡酸、蜡酸、虫漆蜡酸、油酸、芥酸或二十碳烯酸中的一种或多种；所述侧链氨基硅油包括氨基重量含量为0.05-0.3％的硅油、氨基重量含量为0.4-1.5％的硅油中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种故障识别防雷绝缘子，其特征在于，所述阻燃剂包括氧化聚乙烯、聚磷酸氨、磷酸酯、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、硼酸锌、碱式碳酸镁、碱式硫酸镁中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种故障识别防雷绝缘子，其特征在于，所述伞裙包括以下重量份的原料：聚烯烃包覆改性纳米粒子30～60份、硅橡胶30～50份、氟硅橡胶30～50份、EVA乳液10～30份、改性硅油组合物1～10份和阻燃剂8～20份。
7.一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、聚烯烃包覆改性纳米粒子的制备：将聚烯烃的单体、改性纳米粒子、催化剂和溶剂置于密闭干燥反应器中，50～80℃恒温聚合反应4～10h，加入5％HCl的乙醇溶液终止聚合，过滤，洗涤，干燥，得到聚烯烃包覆改性纳米粒子；
S2、伞裙的制备：将聚烯烃包覆改性纳米粒子、硅橡胶、氟硅橡胶、EVA乳液、改性硅油和阻燃剂混合，置于60～120℃下搅拌，干燥得到混合物，然后将所得混合物进行挤出造粒，置于模具中注塑形成伞裙；
S3、绝缘子本体的制备：在环氧筒内部由上至下依次设置放电间隙、非线性电阻片和脱扣机构，在所述脱扣机构上设置故障指示器，然后将步骤S2所得伞裙与环氧筒粘结，即得绝缘子本体；
S4、将绝缘子本体与上金具和下金具组装在一起，得到故障识别防雷绝缘子。
8.根据权利要求7所述的一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述改性纳米粒子的制备方法包括：
S11、将纳米粒子、硬脂酸盐分散在水中，形成分散液；
S12、将长链脂肪族胺、三羟甲基丙烷和硅烷偶联剂与乙醇混合均匀，加入步骤S11所得分散液，于60～120℃下加热反应1～5h，冷却，过滤得到固体产物，干燥即得。
9.根据权利要求7所述的一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述搅拌为在转速1500～2500r/min下搅拌10～60min，所述干燥的条件为在60～100℃下干燥3～10min。
10.根据权利要求7所述的一种故障识别防雷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述挤出造粒的条件为：挤出温度为160-230℃，挤出压力为10-30MPa，挤出速度为8-12mm/s。
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