CN115058101A - 一种环氧复合绝缘材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子电气功能材料领域，公开了一种环氧复合绝缘材料及制备方法，以质量份数计，包括：1～5份纳米颗粒、80～100份环氧树脂、60～80份酸酐固化剂以及1～2份叔胺促进剂；其中，纳米颗粒为经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。该环氧复合绝缘材料，采用了经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，有效提高了环氧绝缘材料的耐热老化能力，降低了环氧绝缘材料在高温条件下的热氧老化程度，延长其绝缘寿命，可以有效提高以环氧树脂作为绝缘介质的众多电力电子器件的使用安全性和稳定性。同时，工艺简单，普适性强，成本低，适用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于电子电气功能材料领域，涉及一种环氧复合绝缘材料及制备方法。
背景技术
环氧树脂是一种广泛应用于电力电子器件的绝缘材料，由于具有较高的击穿强度与体积电阻率、较低的工频介电常数与介电损耗，同时，兼备优良的机械强度，环氧树脂被大量应用于如电力电子变压器绕组以及IGBT封装中作为主绝缘介质，是影响这些电子器件稳定运行以及整个电力系统安全性的关键要素。
随着越来越多的电力电子产品逐渐朝着大功率、高频率的方向快速发展，以及愈加趋于小型化、高集成度的制作方向，电力电子器件在运行时将会积聚大量热量，从而引起器件内部温度的急剧上升。环氧树脂作为一种高分子聚合物，在长时间的高温暴露下，环氧绝缘材料将会在其表面形成老化层，逐渐发生由表及里的老化，并导致其内部交联网络受到严重的破坏，从而使其电学、力学及热学等诸多方面的性能发生显著的老化，降低其绝缘强度，减小其使用寿命，进而影响到整个电力电子器件的安全、稳定运行。
目前的研究更多着眼于对于环氧材料初始绝缘性能的提升，如提高击穿场强、热导率以及机械强度等，而对于环氧绝缘长时高温老化的关注较为缺乏，导致现有环氧绝缘材料的耐热老化性能较弱。因此，如何增强环氧树脂绝缘材料在高温条件下的耐热老化能力，延缓其老化速度，对保证电力电子器件的稳定高效运行，提高其使用寿命具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有环氧绝缘材料的耐热老化性能较弱的缺点，提供一种环氧复合绝缘材料及制备方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明第一方面，一种环氧复合绝缘材料，以质量份数计，包括：
1～5份纳米颗粒、80～100份环氧树脂、60～80份酸酐固化剂以及1～2份叔胺促进剂；
其中，纳米颗粒为经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
可选的，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或多酚型缩水甘油醚环氧树脂。
可选的，所述酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或邻苯二甲酸酐。
可选的，所述叔胺促进剂包括2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、2-乙基-4-甲基咪唑、三乙胺或三乙醇胺。
可选的，所述纳米颗粒的粒径为30～100nm。
可选的，所述硅烷偶联剂包括KH-550偶联剂、KH-560偶联剂或KH-570偶联剂。
本发明第二方面，一种上述环氧复合绝缘材料的制备方法，包括：
以质量份数计，将1～5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒和80～100份环氧树脂混合、搅拌及超声振荡，得到混合物；
向混合物中加入60～80份酸酐固化剂和1～2份叔胺促进剂后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。
可选的，还包括：
将纳米氧化铝和过氧化氢制成超声分散液，通过80～100℃油浴加热并搅拌5～8h后进行离心、洗涤和烘干，得到羟基化纳米氧化铝；
将硅烷偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至80～100℃后搅拌5～8h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
可选的，所述将1～5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒和80～100份环氧树脂混合、搅拌及超声振荡时，搅拌转速为1000～3000r/min，搅拌时间至少15min；超声振荡时间至少15min，超声功率为500～1000W；
向混合物中加入60～80份酸酐固化剂和1～2份叔胺促进剂后，进行搅拌、脱泡和固化时，所述搅拌是在1000～3000r/min的转速下搅拌至少15min，所述脱泡是在1000～3000r/min的转速下搅拌至少15min；所述固化是依次在60℃～80℃温度下处理1～3h，100℃～110℃温度下处理1～3h以及120℃～140℃温度下处理3～5h。
可选的，还包括原料预处理步骤；所述原料预处理步骤包括：
将环氧树脂和酸酐类固化剂于50～70℃温度下干燥1～3h，将纳米颗粒于50～70℃温度下干燥12～24h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明环氧复合绝缘材料，将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒掺入到环氧树脂基体中，在偶联剂的桥接作用下，纳米粒子表面能通过形成共价键、氢键的方式与环氧基体的分子链形成键合，在较强的颗粒-基体相互作用力下，环氧树脂的分子链间的交联程度得到了提高，因此降低了整个材料体系内部的自由体积，当自由体积降低时，在高温条件下，氧气在材料内部的扩散能力将会受到限制，因此在相同的老化时长内，复合材料的表面老化将会被减缓。综上，本发明环氧复合绝缘材料在高温条件下具有较强的耐热老化能力，延缓高温老化速度，对保证电力电子器件的稳定高效运行、提高其使用寿命具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例1环氧复合绝缘材料老化前的动态热机械测试结果图；
图2为本发明实施例1环氧复合绝缘材料老化后的动态热机械测试结果图；
图3为本发明对比例老化前的动态热机械测试结果；
图4为本发明对比例老化后的动态热机械测试结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明一实施例中，提供一种环氧复合绝缘材料，以质量份数计，包括：1～5份纳米颗粒、80～100份环氧树脂、60～80份酸酐固化剂以及1～2份叔胺促进剂；其中，纳米颗粒为经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
本发明环氧复合绝缘材料，将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒掺入到环氧树脂基体中，在偶联剂的桥接作用下，纳米粒子表面能通过形成共价键、氢键的方式与环氧基体的分子链形成键合，在较强的颗粒-基体相互作用力下，环氧树脂的分子链间的交联程度得到了提高，因此降低了整个材料体系内部的自由体积，当自由体积降低时，在高温条件下，氧气在材料内部的扩散能力将会受到限制，因此在相同的老化时长内，复合材料的表面老化将会被减缓。综上，本发明环氧复合绝缘材料在高温条件下具有较强的耐热老化能力，延缓高温老化速度，对保证电力电子器件的稳定高效运行、提高其使用寿命具有重要的意义。
在一种可能的实施方式中，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或多酚型缩水甘油醚环氧树脂；所述酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或邻苯二甲酸酐；所述叔胺促进剂包括2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、2-乙基-4-甲基咪唑、三乙胺或三乙醇胺；所述纳米颗粒的粒径为30～100nm，所述硅烷偶联剂包括KH-550偶联剂、KH-560偶联剂或KH-570偶联剂。
本发明再一个实施例中，提供一种上述环氧复合绝缘材料的制备方法，包括：以质量份数计，将1～5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒和80～100份环氧树脂混合、搅拌及超声振荡，得到混合物；向混合物中加入60～80份酸酐固化剂和1～2份叔胺促进剂后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。
在一种可能的实施方式中，该环氧复合绝缘材料制备方法还包括：将纳米氧化铝和过氧化氢制成超声分散液，通过80～100℃油浴加热并搅拌5～8h后进行离心、洗涤和烘干，得到羟基化纳米氧化铝；将硅烷偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至80～100℃后搅拌5～8h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
在一种可能的实施方式中，所述将1～5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒和80～100份环氧树脂混合、搅拌及超声振荡时，搅拌转速为1000～3000r/min，搅拌时间至少15min；超声振荡时间至少15min，超声功率为500～1000W；向混合物中加入60～80份酸酐固化剂和1～2份叔胺促进剂后，进行搅拌、脱泡和固化时，所述搅拌是在1000～3000r/min的转速下搅拌至少15min，所述脱泡是在1000～3000r/min的转速下搅拌至少15min；所述固化是在60℃～80℃温度下处理1～3h，100℃～110℃温度下处理1～3h以及120℃～140℃温度下处理3～5h。
在一种可能的实施方式中，该环氧复合绝缘材料制备方法还包括原料预处理步骤；所述原料预处理步骤包括：将环氧树脂和酸酐类固化剂于50～70℃温度下干燥1～3h，将纳米颗粒于50～70℃温度下干燥12～24h。
下面提供本发明环氧复合绝缘材料制备方法的具体实施例：
实施例1
将纳米氧化铝在过氧化氢中进行超声分散30min，制成超声分散液，通过80℃油浴加热并搅拌6h，后进行离心，离心后用去离子水洗涤，洗涤后进行烘干，得到羟基化纳米氧化铝。其中，所述纳米颗粒的粒径为30nm。
将KH-570偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，调节溶液PH为5，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至80℃后搅拌6h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒置于烘箱中于60℃下干燥12h，双酚A型环氧树脂以及甲基四氢苯酐置于烘箱中于60℃下干燥1h，降低双酚A型环氧树脂的粘度，增强其流动性。
以质量份数计，称取80份的双酚A型环氧树脂与1份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，并进行混合、搅拌及超声振荡，得到混合物。其中，搅拌转速为2000r/min，搅拌时间15min；超声振荡时间15min，超声功率为500W。向混合物中加入60份的甲基四氢苯酐和1份的2-乙基-4-甲基咪唑后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。其中，搅拌是在2000r/min的转速下搅拌15min，脱泡是在2200r/min的转速下搅拌15min。
固化是将以上得到的混合物浇注不锈钢铁制模具进行固化处理，固化流程包括：依次在60℃温度下处理2h，100℃温度下处理2h以及120℃温度下处理4h，然后自然冷却至室温后将试样取出。
实施例2
将纳米氧化铝在过氧化氢中进行超声分散30min，制成超声分散液，通过9℃油浴加热并搅拌5h，后进行离心，离心后用去离子水洗涤，洗涤后进行烘干，得到羟基化纳米氧化铝。其中，所述纳米颗粒的粒径为70nm。
将KH-560偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，调节溶液PH为5.5，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至85℃后搅拌5h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒置于烘箱中于50℃下干燥17h，双酚F型环氧树脂以及甲基六氢苯酐置于烘箱中于50℃下干燥3h，降低双酚F型环氧树脂的粘度，增强其流动性。
以质量份数计，称取85份的双酚F型环氧树脂与3份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，并进行混合、搅拌及超声振荡，得到混合物。其中，搅拌转速为1000r/min，搅拌时间20min；超声振荡时间18min，超声功率为800W。向混合物中加入80份的甲基六氢苯酐和1.5份的苄基二甲胺后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。其中，搅拌是在1000r/min的转速下搅拌17min，脱泡是在1000r/min的转速下搅拌20min。
固化是将以上得到的混合物浇注不锈钢铁制模具进行固化处理，固化流程包括：依次在80℃温度下处理1h，110℃温度下处理1h以及140℃温度下处理3h，然后自然冷却至室温后将试样取出。
实施例3
将纳米氧化铝在过氧化氢中进行超声分散30min，制成超声分散液，通过100℃油浴加热并搅拌8h，后进行离心，离心后用去离子水洗涤，洗涤后进行烘干，得到羟基化纳米氧化铝。其中，所述纳米颗粒的粒径为100nm。
将KH-550偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，调节溶液PH为7，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至100℃后搅拌8h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒置于烘箱中于70℃下干燥24h，多酚型缩水甘油醚环氧树脂以及邻苯二甲酸酐置于烘箱中于70℃下干燥2h，降低多酚型缩水甘油醚环氧树脂的粘度，增强其流动性。
以质量份数计，称取100份的多酚型缩水甘油醚环氧树脂与5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，并进行混合、搅拌及超声振荡，得到混合物。其中，搅拌转速为3000r/min，搅拌时间18min；超声振荡时间20min，超声功率为1000W。向混合物中加入70份的邻苯二甲酸酐和2份的2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。其中，搅拌是在3000r/min的转速下搅拌20min，脱泡是在3000r/min的转速下搅拌16min。
固化是将以上得到的混合物浇注不锈钢铁制模具进行固化处理，固化流程包括：依次在70℃温度下处理3h，105℃温度下处理3h以及130℃温度下处理4h，然后自然冷却至室温后将试样取出。
实施例4
将纳米氧化铝在过氧化氢中进行超声分散30min，制成超声分散液，通过9℃油浴加热并搅拌5h，后进行离心，离心后用去离子水洗涤，洗涤后进行烘干，得到羟基化纳米氧化铝。其中，所述纳米颗粒的粒径为70nm。
将KH-560偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，调节溶液PH为5.5，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至85℃后搅拌5h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒置于烘箱中于50℃下干燥17h，双酚F型环氧树脂以及甲基六氢苯酐置于烘箱中于50℃下干燥3h，降低双酚F型环氧树脂的粘度，增强其流动性。
以质量份数计，称取85份的双酚F型环氧树脂与3份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，并进行混合、搅拌及超声振荡，得到混合物。其中，搅拌转速为1500r/min，搅拌时间18min；超声振荡时间19min，超声功率为700W。向混合物中加入80份的甲基六氢苯酐和1.5份的三乙胺后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。其中，搅拌是在1000r/min的转速下搅拌17min，脱泡是在1500r/min的转速下搅拌20min。
固化是将以上得到的混合物浇注不锈钢铁制模具进行固化处理，固化流程包括：依次在75℃温度下处理1.5h，100℃温度下处理2.5h以及125℃温度下处理4h，然后自然冷却至室温后将试样取出。
实施例5
将纳米氧化铝在过氧化氢中进行超声分散30min，制成超声分散液，通过100℃油浴加热并搅拌7h，后进行离心，离心后用去离子水洗涤，洗涤后进行烘干，得到羟基化纳米氧化铝。其中，所述纳米颗粒的粒径为80nm。
将KH-550偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，调节溶液PH为6，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至90℃后搅拌7h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
将经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒置于烘箱中于65℃下干燥24h，多酚型缩水甘油醚环氧树脂以及邻苯二甲酸酐置于烘箱中于60℃下干燥3h，降低多酚型缩水甘油醚环氧树脂的粘度，增强其流动性。
以质量份数计，称取100份的多酚型缩水甘油醚环氧树脂与4份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，并进行混合、搅拌及超声振荡，得到混合物。其中，搅拌转速为3000r/min，搅拌时间17min；超声振荡时间18min，超声功率为900W。向混合物中加入75份的邻苯二甲酸酐和1.8份的三乙醇胺后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。其中，搅拌是在2500r/min的转速下搅拌20min，脱泡是在2000r/min的转速下搅拌16min。
固化是将以上得到的混合物浇注不锈钢铁制模具进行固化处理，固化流程包括：依次在70℃温度下处理2h，100℃温度下处理2h以及130℃温度下处理4h，然后自然冷却至室温后将试样取出。
对比例
本对比例以实施例1的实施为基础，采用不添加纳米颗粒的方式进行对比，制备方法与实施例1中的制备方法基本一致。
然后，将对实施例1与对比例进行在150℃高温条件下，时长为720h的恒温热氧老化，两者老化前后动态热机械测试的结果如图1至4所示。
通过动态热机械测试结果可以判断出：
1)在经过720小时的恒温热氧老化后，对比例(未掺杂纳米颗粒的纯环氧树脂绝缘材料)与实施例1(掺杂1wt％纳米颗粒的环氧复合绝缘材料)的动态热机械损耗正切值(tanδ)曲线皆由单一损耗峰(图1和图3)形式转变为双峰形式(图2和图4)，图2和图4实线中的α2峰即代表两种试样的表面老化层。
2)当去掉一定深度的表面老化层后，老化试样的α2峰将会逐渐消失，在完全去掉表面老化层后，老化试样的tanδ曲线将会回到老化前的单一损耗峰形式，由此可以判断出实施例1与对比例在老化后的表面老化层深度。
3)当加入1wt％含量的纳米颗粒时，实施例1表面老化层的深度为0.095mm，相比于对比例0.11mm的表面老化层而言，实施例1的表面老化层深度显著降低，表明其耐热老化能力得到了增强，在相同老化条件下其绝缘寿命将会有所提高。
本发明相比于现有技术的优势在于，采用了经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒，有效提高了环氧绝缘材料的耐热老化能力，降低了环氧绝缘材料在高温条件下的热氧老化程度，延长其绝缘寿命，可以有效提高以环氧树脂作为绝缘介质的众多电力电子器件的使用安全性和稳定性。同时，本发明工艺简单，普适性强，成本低，适用于工业生产。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环氧复合绝缘材料，其特征在于，以质量份数计，包括：
1～5份纳米颗粒、80～100份环氧树脂、60～80份酸酐固化剂以及1～2份叔胺促进剂；
其中，纳米颗粒为经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
2.根据权利要求1所述的环氧复合绝缘材料，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或多酚型缩水甘油醚环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的环氧复合绝缘材料，其特征在于，所述酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或邻苯二甲酸酐。
4.根据权利要求1所述的环氧复合绝缘材料，其特征在于，所述叔胺促进剂包括2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、2-乙基-4-甲基咪唑、三乙胺或三乙醇胺。
5.根据权利要求1所述的环氧复合绝缘材料，其特征在于，所述纳米颗粒的粒径为30～100nm。
6.根据权利要求1所述的环氧复合绝缘材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括KH-550偶联剂、KH-560偶联剂或KH-570偶联剂。
7.一种权利要求1至6任一项所述环氧复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括：
以质量份数计，将1～5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒和80～100份环氧树脂混合、搅拌及超声振荡，得到混合物；
向混合物中加入60～80份酸酐固化剂和1～2份叔胺促进剂后，进行搅拌、脱泡和固化，得到环氧复合绝缘材料。
8.根据权利要求7所述的环氧复合绝缘材料制备方法，其特征在于，还包括：
将纳米氧化铝和过氧化氢制成超声分散液，通过80～100℃油浴加热并搅拌5～8h后进行离心、洗涤和烘干，得到羟基化纳米氧化铝；
将硅烷偶联剂在乙醇溶液中水解得到水解液，并将羟基化纳米氧化铝加入水解液中，加热至80～100℃后搅拌5～8h后，进行过滤、洗涤和烘干，得到经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒。
9.根据权利要求7所述的环氧复合绝缘材料制备方法，其特征在于，所述将1～5份经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米氧化铝颗粒和80～100份环氧树脂混合、搅拌及超声振荡时，搅拌转速为1000～3000r/min，搅拌时间至少15min；超声振荡时间至少15min，超声功率为500～1000W；
向混合物中加入60～80份酸酐固化剂和1～2份叔胺促进剂后，进行搅拌、脱泡和固化时，所述搅拌是在1000～3000r/min的转速下搅拌至少15min，所述脱泡是在1000～3000r/min的转速下搅拌至少15min；所述固化是依次在60℃～80℃温度下处理1～3h，100℃～110℃温度下处理1～3h以及120℃～140℃温度下处理3～5h。
10.根据权利要求7所述的环氧复合绝缘材料制备方法，其特征在于，还包括原料预处理步骤；所述原料预处理步骤包括：
将环氧树脂和酸酐类固化剂于50～70℃温度下干燥1～3h，将纳米颗粒于50～70℃温度下干燥12～24h。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116072399A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-05 | 沈阳宏远电磁线股份有限公司 | 一种基于自粘绝缘材料的半硬换位导线及其制备方法 |
| CN116462874A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-07-21 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种提升环氧树脂材料击穿强度的方法 |
| CN116462874B (zh) * | 2023-03-27 | 2024-05-17 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种提升环氧树脂材料击穿强度的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104693685A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-10 | 西安交通大学 | 一种丙烯酰胺接枝改性纳米氧化铝环氧复合绝缘材料的制备方法 |
| CN104693686A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-10 | 西安交通大学 | 一种gis用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法 |
| CN112480477A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-12 | 江苏联瑞新材料股份有限公司 | 高强度环氧模塑料用球形氧化铝的表面改性方法 |
-
2022
- 2022-06-13 CN CN202210663351.5A patent/CN115058101A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104693685A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-10 | 西安交通大学 | 一种丙烯酰胺接枝改性纳米氧化铝环氧复合绝缘材料的制备方法 |
| CN104693686A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-10 | 西安交通大学 | 一种gis用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法 |
| CN112480477A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-12 | 江苏联瑞新材料股份有限公司 | 高强度环氧模塑料用球形氧化铝的表面改性方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐丹丹;朱婕;刘子仪;唐榕;刘剑;: "纳米Al_2_O3/环氧树脂复合材料热稳定性及绝缘强度的研究", 塑料工业, no. 04, 20 April 2015 (2015-04-20), pages 88 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116072399A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-05 | 沈阳宏远电磁线股份有限公司 | 一种基于自粘绝缘材料的半硬换位导线及其制备方法 |
| CN116072399B (zh) * | 2023-03-02 | 2023-08-15 | 沈阳宏远电磁线股份有限公司 | 一种基于自粘绝缘材料的半硬换位导线及其制备方法 |
| CN116462874A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-07-21 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种提升环氧树脂材料击穿强度的方法 |
| CN116462874B (zh) * | 2023-03-27 | 2024-05-17 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种提升环氧树脂材料击穿强度的方法 |
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