CN114724787B - 一种特高压线路用电瓷绝缘子及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特高压线路用电瓷绝缘子,包括以下重量份原料:陶瓷粉10‑20份、莫来石粉6‑12份、矿化剂1‑3份、分散剂1‑4份、成型剂0.1‑0.2份、稀土掺杂剂1‑3份,耐电晕材料1‑8份、改性PTT1‑3份;本发明通过添加耐电晕材料和改性PTT配方组分,制备一种直流瓷绝缘子,阻止了电瓷材料在使用过程中由于碱金属钠离子在迁移过程中产生的局部膨胀应力致使绝缘子破裂,避免在直流电场长时间作用下使绝缘子被击穿的情况的发生。
Description
技术领域
本发明涉及特高压技术领域,具体涉及一种特高压线路用电瓷绝缘子及其制备方法。
背景技术
中国专利CN108101526B公开了一种电瓷绝缘子及其制备方法,属于电瓷绝缘子领域,所述电瓷绝缘子主要包括如下质量份数的原料:陶瓷粉40~60份、莫来石粉20~30份、矿化剂3~8份、分散剂8~15份、成型剂0.5~1份、稀土掺杂剂2~12份,所述莫来石粉的质量密度为2.82~3.24g/cm3;所述电瓷绝缘子的制备方法按照如下步骤进行:湿混、干燥、预烧、粉碎、压制、烧结、施釉、釉烧;
传统瓷质绝缘子已无法满足特高压直流输电线路的建设所需,所使用的绝缘子不具备耐电弧、高体积电阻的特点,无法阻止电瓷材料在使用过程中由于碱金属钠离子在迁移过程中产生的局部膨胀应力致使绝缘子破裂,直流电场长时间作用下使绝缘子被击穿的情况的发生问题。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题,而提出一种特高压线路用电瓷绝缘子及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种特高压线路用电瓷绝缘子,包括以下重量份原料:陶瓷粉10-20份、莫来石粉6-12份、矿化剂1-3份、分散剂1-4份、成型剂0.1-0.2份、稀土掺杂剂1-3份,耐电晕材料1-8份、改性PTT1-3份;
其中,耐电晕材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将聚酰亚胺薄膜放入到浓度为2.5mol/L的氢氧化钾溶液中,在温度25℃的条件下水解30-60min后,水洗至中性;再浸入0.5mol/L氯化铝水溶液中浸泡4h进行离子交换,形成表层含有铝离子的聚酰胺酸层;
步骤2:按照梯度升温的方式在空气氛围下对聚酰亚胺薄膜进行重新亚胺化,从而得到耐电晕材料。
作为本发明进一步的方案:聚酰亚胺薄膜、2.5mol/L的氢氧化钾溶液和0.5mol/L氯化铝水溶液的质量比5-20:200-500:200-500。
作为本发明进一步的方案:梯度升温的方式为80-90℃保温60-90min;160-180℃保温20-30min;320-350℃保温3-5h。
作为本发明进一步的方案:改性PTT的制备方法,包括以下步骤:
将PTT、聚合物和增容剂加入到密炼机中进行共混;共混温度250-280℃,共混时间10-20min;然后送至造粒机造粒,从而得到改性PTT。
作为本发明进一步的方案:PTT、聚合物和增容剂按照质量比为80-100:8-10:0-5。
作为本发明进一步的方案:聚合物由聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸丁酯按照质量比1-5:1-5组成的;增容剂为环氧树脂。
一种特高压线路用电瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:对陶瓷粉、莫来石粉、矿化剂、稀土掺杂剂和分散剂的原料进行粉碎、混匀、干燥,再在温度范围1200-1300℃烧结,得物料a;
步骤2:向预烧物料中依次加入成型剂、耐电晕材料和改性PTT搅拌混匀,并进行压制,得到物料b;
步骤3:将物料b进行阶段性烧结,得到物料c,然后上釉,得到电瓷绝缘子。
作为本发明进一步的方案:阶段性烧结包括以下阶段:以30-50℃/min的速率由室温升温至800-850℃后恒温,恒温时间30-90min;以20-26℃/min的速率升温至1100-1200℃后恒温,恒温时间1-2h;以10-12℃/min的速率升温至1300-1400℃,恒温时间1-2h;以5-8℃/min的速率升温至1500-1600℃,恒温1-2h。
本发明的有益效果:
(1)本发明首先将有机金属醇盐溶解在溶剂中通过水解、缩合反应制成溶胶凝胶,之后加入到合成好的聚酰胺酸溶液中混合均匀,然后流延成涂覆成膜,最后进行高温酰亚胺化;在最后的高温酰亚胺化过程中,聚酰胺酸发生酰亚胺环化反应生成聚酰亚胺,同时有机金属醇盐形成的溶胶凝胶转化为相应的金属氧化物,从而制备了聚酰亚胺和金属氧化物的复合材料;本发明的耐电晕材料在电晕放电过程中,氧化铝可以降低了电瓷绝缘子的表面电阻,并在电瓷绝缘子表面形成电晕阻挡层;
(2)本发明通过对PTT共混改性,得到高韧性、高强度和高刚性的高体积电阻率材料;其加入到电瓷绝缘子,不仅提高电瓷绝缘子的韧性和强度,而且还将提供体积电阻率;
(3)本发明通过添加耐电晕材料和改性PTT配方组分,制备一种直流瓷绝缘子,阻止了电瓷材料在使用过程中由于碱金属钠离子在迁移过程中产生的局部膨胀应力致使绝缘子破裂,避免在直流电场长时间作用下使绝缘子被击穿的情况的发生。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中,对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明为一种特高压线路用电瓷绝缘子,包括以下重量份原料:陶瓷粉10份、莫来石粉6份、矿化剂1份、分散剂1份、成型剂0.1份、稀土掺杂剂1份,耐电晕材料1份、改性PTT1份;
矿化剂为石灰石粉、滑石粉以及钛白粉中的一种或多种;稀土掺杂剂为三氧化二钇、三氧化二镧以及三氧化二钐中的一种或多种;分散剂为水;成型剂为高温胶与甲基乙烯基硅橡胶的混合物,所述高温胶为纳米硅铝酸盐与改性异氰脲酸酯固化剂。
实施例2
本发明为一种特高压线路用电瓷绝缘子,包括以下重量份原料:陶瓷粉15份、莫来石粉9份、矿化剂2份、分散剂2份、成型剂0.15份、稀土掺杂剂2份,耐电晕材料5份、改性PTT2份。
实施例3
本发明为一种特高压线路用电瓷绝缘子,包括以下重量份原料:陶瓷粉20份、莫来石粉12份、矿化剂3份、分散剂4份、成型剂0.2份、稀土掺杂剂3份,耐电晕材料8份、改性PTT3份。
实施例4
本发明为一种特高压线路用电瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:对陶瓷粉、莫来石粉、矿化剂、稀土掺杂剂和分散剂的原料进行粉碎、混匀、干燥,再在温度范围1200℃烧结,得物料a;
步骤2:向预烧物料中依次加入成型剂、耐电晕材料和改性PTT搅拌混匀,并进行压制,得到物料b;
步骤3:将物料b进行阶段性烧结,得到物料c,然后上釉,得到电瓷绝缘子;
其中,阶段性烧结包括以下阶段:以30℃/min的速率由室温升温至800℃后恒温,恒温时间300min;以20℃/min的速率升温至1100℃后恒温,恒温时间1h;以10℃/min的速率升温至1300℃,恒温时间1h;以5℃/min的速率升温至1500℃,恒温1h。
其中,耐电晕材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将聚酰亚胺薄膜放入到浓度为2.5mol/L的氢氧化钾溶液中,在温度25℃的条件下水解30min后,水洗至中性;此时薄膜表层生成了聚酰胺酸钾盐层,再将薄膜浸入0.5mol/L氯化铝水溶液中浸泡4h进行离子交换,在此过程中溶液中的铝离子与聚酰亚胺薄膜中的钾离子进行离子交换,形成表层含有铝离子的聚酰胺酸层;
其中,聚酰亚胺薄膜、2.5mol/L的氢氧化钾溶液和0.5mol/L氯化铝水溶液的质量比5:200:200;
步骤2:按照梯度升温的方式在空气氛围下对聚酰亚胺薄膜进行重新亚胺化,从而得到耐电晕材料;
梯度升温的方式为80℃保温60min;160℃保温20min;320-350℃保温3h。
改性PTT的制备方法,包括以下步骤:
将PTT、聚合物和增容剂加入到密炼机中进行共混;共混温度250℃,共混时间10min;然后送至造粒机造粒,从而得到改性PTT;
其中,PTT、聚合物和增容剂按照质量比为80:8:0;
聚合物由聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸丁酯按照质量比1:1组成的;增容剂为环氧树脂。
实施例5
本发明为一种特高压线路用电瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:对陶瓷粉、莫来石粉、矿化剂、稀土掺杂剂和分散剂的原料进行粉碎、混匀、干燥,再在温度范围1250℃烧结,得物料a;
步骤2:向预烧物料中依次加入成型剂、耐电晕材料和改性PTT搅拌混匀,并进行压制,得到物料b;
步骤3:将物料b进行阶段性烧结,得到物料c,然后上釉,得到电瓷绝缘子;
其中,阶段性烧结包括以下阶段:以40℃/min的速率由室温升温至825℃后恒温,恒温时间60min;以23℃/min的速率升温至1150℃后恒温,恒温时间1.5h;以11℃/min的速率升温至1350℃,恒温时间1.5h;以6℃/min的速率升温至1550℃,恒温1.5h。
其中,耐电晕材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将聚酰亚胺薄膜放入到浓度为2.5mol/L的氢氧化钾溶液中,在温度25℃的条件下水解50min后,水洗至中性;此时薄膜表层生成了聚酰胺酸钾盐层,再将薄膜浸入0.5mol/L氯化铝水溶液中浸泡4h进行离子交换,在此过程中溶液中的铝离子与聚酰亚胺薄膜中的钾离子进行离子交换,形成表层含有铝离子的聚酰胺酸层;
其中,聚酰亚胺薄膜、2.5mol/L的氢氧化钾溶液和0.5mol/L氯化铝水溶液的质量比15:350:350;
步骤2:按照梯度升温的方式在空气氛围下对聚酰亚胺薄膜进行重新亚胺化,从而得到耐电晕材料;
梯度升温的方式为85℃保温80min;170℃保温25min;330℃保温4h。
改性PTT的制备方法,包括以下步骤:
将PTT、聚合物和增容剂加入到密炼机中进行共混;共混温度265℃,共混时间15min;然后送至造粒机造粒,从而得到改性PTT;
其中,PTT、聚合物和增容剂按照质量比为90:9:2;
聚合物由聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸丁酯按照质量比3:3组成的;增容剂为环氧树脂。
实施例6
本发明为一种特高压线路用电瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:对陶瓷粉、莫来石粉、矿化剂、稀土掺杂剂和分散剂的原料进行粉碎、混匀、干燥,再在温度范围1300℃烧结,得物料a;
步骤2:向预烧物料中依次加入成型剂、耐电晕材料和改性PTT搅拌混匀,并进行压制,得到物料b;
步骤3:将物料b进行阶段性烧结,得到物料c,然后上釉,得到电瓷绝缘子;
其中,阶段性烧结包括以下阶段:以50℃/min的速率由室温升温至850℃后恒温,恒温时间90min;以26℃/min的速率升温至1200℃后恒温,恒温时间2h;以12℃/min的速率升温至1400℃,恒温时间2h;以8℃/min的速率升温至1600℃,恒温2h。
其中,耐电晕材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将聚酰亚胺薄膜放入到浓度为2.5mol/L的氢氧化钾溶液中,在温度25℃的条件下水解60min后,水洗至中性;此时薄膜表层生成了聚酰胺酸钾盐层,再将薄膜浸入0.5mol/L氯化铝水溶液中浸泡4h进行离子交换,在此过程中溶液中的铝离子与聚酰亚胺薄膜中的钾离子进行离子交换,形成表层含有铝离子的聚酰胺酸层;
其中,聚酰亚胺薄膜、2.5mol/L的氢氧化钾溶液和0.5mol/L氯化铝水溶液的质量比20:500:500;
步骤2:按照梯度升温的方式在空气氛围下对聚酰亚胺薄膜进行重新亚胺化,从而得到耐电晕材料;
梯度升温的方式为90℃保温90min;180℃保温30min;350℃保温5h。
改性PTT的制备方法,包括以下步骤:
将PTT、聚合物和增容剂加入到密炼机中进行共混;共混温度280℃,共混时间20min;然后送至造粒机造粒,从而得到改性PTT;
其中,PTT、聚合物和增容剂按照质量比为100:10:5;
聚合物由聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸丁酯按照质量比5:5组成的;增容剂为环氧树脂。
对比例1
对比例采用市面上的电瓷绝缘子;
对实施例1-3的电瓷绝缘子和对比例1的电瓷绝缘子进行耐电晕性能测试;其耐电晕性能测试为:利用桂林电器科学研究所制造的HP-3kV高频脉冲电压测试仪,参照国标GB/T22689-2008对薄膜进行测试。试验电压峰峰值:1.5-2kV;脉冲波形:方波;脉冲频率:20kHz;脉冲间隔:25μs;脉冲占空比:50%;脉冲极性:双极性;电极类型:Ф6mm圆柱电极/平板电极;电极间距离为试样厚度;
耐电晕时间(min) | |
实施例1 | 90.3 |
实施例2 | 106.4 |
实施例3 | 124.1 |
对比例1 | 50.9 |
从上述表格可以看出,由实施例1-3制备得到的电瓷绝缘子的耐电晕时间远大于市面上的电瓷绝缘子的耐电晕时间,其表现出很好的耐电晕性能。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种特高压线路用电瓷绝缘子,其特征在于,包括以下重量份原料:陶瓷粉10-20份、莫来石粉6-12份、矿化剂1-3份、分散剂1-4份、成型剂0.1-0.2份、稀土掺杂剂1-3份,耐电晕材料1-8份、改性PTT1-3份;
其中,耐电晕材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将聚酰亚胺薄膜放入到浓度为2.5mol/L的氢氧化钾溶液中,在温度25℃的条件下水解30-60min后,水洗至中性;再浸入0.5mol/L氯化铝水溶液中浸泡4h进行离子交换,形成表层含有铝离子的聚酰胺酸层;
步骤2:按照梯度升温的方式在空气氛围下对聚酰亚胺薄膜进行重新亚胺化,从而得到耐电晕材料;
其中,改性PTT的制备方法,包括以下步骤:
将PTT、聚合物和增容剂加入到密炼机中进行共混;共混温度250-280℃,共混时间10-20min;然后送至造粒机造粒,从而得到改性PTT。
2.根据权利要求1所述的一种特高压线路用电瓷绝缘子,其特征在于,聚酰亚胺薄膜、2.5mol/L的氢氧化钾溶液和0.5mol/L氯化铝水溶液的质量比5-20:200-500:200-500。
3.根据权利要求1所述的一种特高压线路用电瓷绝缘子,其特征在于,梯度升温的方式为80-90℃保温60-90min;160-180℃保温20-30min;320-350℃保温3-5h。
4.根据权利要求3所述的一种特高压线路用电瓷绝缘子,其特征在于,PTT、聚合物和增容剂按照质量比为80-100:8-10:0-5。
5.根据权利要求4所述的一种特高压线路用电瓷绝缘子,其特征在于,聚合物由聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸丁酯按照质量比1-5:1-5组成的;增容剂为环氧树脂。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的特高压线路用电瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:对陶瓷粉、莫来石粉、矿化剂、稀土掺杂剂和分散剂的原料进行粉碎、混匀、干燥,再在温度范围1200-1300℃烧结,得物料a;
步骤2:向预烧物料中依次加入成型剂、耐电晕材料和改性PTT搅拌混匀,并进行压制,得到物料b;
步骤3:将物料b进行阶段性烧结,得到物料c,然后上釉,得到电瓷绝缘子。
7.根据权利要求6所述的一种特高压线路用电瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,阶段性烧结包括以下阶段:以30-50℃/min的速率由室温升温至800-850℃后恒温,恒温时间30-90min;以20-26℃/min的速率升温至1100-1200℃后恒温,恒温时间1-2h;以10-12℃/min的速率升温至1300-1400℃,恒温时间1-2h;以5-8℃/min的速率升温至1500-1600℃,恒温1-2h。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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