CN115213071B - 介电梯度涂层及其制备方法、固体绝缘部件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及介电功能材料技术领域，尤其涉及一种介电梯度涂层及其制备方法、固体绝缘部件。该介电梯度涂层的制备方法包括如下步骤：配制含有介电填料、活性稀释剂、光固化预聚体和光引发剂的液态复合涂料；将液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层；将液态涂层进行电光激励处理，然后光固化得到介电梯度涂层。本申请的制备方法中采用电光激励辅助光固化可以利用电场力实现介电填料自适应富集/定向，从而可以构建表面介电梯度，以实现沿面耐电强度的提升。因此，本申请具有介电梯度调控灵活、电场分布更为优良的技术优势，而且光固化形成的涂层具有较强的界面结合力，长期稳定性好，因此在固体绝缘部件中具有很好的应用前景。

Description

介电梯度涂层及其制备方法、固体绝缘部件
技术领域
本申请属于介电功能材料技术领域，尤其涉及一种介电梯度涂层及其制备方法、固体绝缘部件。
背景技术
固体绝缘部件是电力设备、脉冲功率、航天器、高功率微波等运行于高电压/高电场的设备/装置中的核心部件，具有承担电气绝缘、机械支撑和单元隔离作用。固体绝缘部件与真空/气体氛围之间的界面(亦称“沿面”)的击穿电压(沿面闪络电压)仅为同间距固体介质或氛围击穿电压的几分之一到几十分之一，是部件绝缘强度的短板，也是固体绝缘部件表面烧蚀破坏的主要诱因，严重妨碍上述高电压/高电场设备的安全稳定运行，亦不利于上述设备的小型化、集成化发展。
绝缘材料与气氛环境的介电常数、电导率等电学参数不匹配，导致在绝缘子、金属电极和气体三结合点的位置上局部电场强度集中，部件耐电强度降低，这是造成绝缘子沿面闪络电压较低的主要原因。近年来，人们尝试利用介电梯度绝缘材料解决上述问题，通过在绝缘材料内部/表面合理构建非均匀分布的电学参数(如介电常数或电导率)，可以有效调控沿面区域的电场分布，实现耐电强度的显著提升，由于介电梯度绝缘材料具有物理机制清晰、提升效果明显、不增加结构复杂度的优势，其受到了国内外学术界和工业界的广泛关注，人们可以采用多种方法构筑介电梯度。
作为介电功能梯度材料的一种，表层功能梯度材料(Surface functionallygraded material，SFGM)是一种在绝缘子表面构建非均匀电学参数梯度的新型绝缘材料，具有不改变绝缘部件现有生产工艺、不降低部件力学强度、易于推广应用的优势。目前，SFGM的典型制备工艺包括表面涂覆、磁控溅射、梯度氟化、梯度等离子体处理、等离子体辅助气相沉积等技术手段，上述方法虽各有优势，但存在装置复杂、设备成本高、界面结合力差、工艺繁琐效率低等问题，限制了SFGM的推广应用。发明专利CN111161931A公开了一种用光固化涂料进行介电梯度涂层的制备方法，具有涂层固化效率高、设备简单、界面结合力优良的技术优势，然而其介电梯度通过多次、多区域涂敷予以构建，存在工艺繁琐、梯度分布连续性差的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种介电梯度涂层及其制备方法，以及一种固体绝缘部件，旨在解决现有光固化介电梯度涂层制备工艺繁琐、梯度分布连续性差的技术问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种介电梯度涂层的制备方法，包括如下步骤：
配制含有介电填料、活性稀释剂、光固化预聚体和光引发剂的液态复合涂料；
将所述液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层；
将所述液态涂层进行电光激励处理，然后光固化得到介电梯度涂层。
在一实施例中，所述电光激励处理是结合有紫外光照的、沿所述液态涂层的层面水平方向施加电压的激励处理。
在一实施例中，将所述液态涂层进行电光激励处理步骤包括：先用光照功率不超过10mW/cm2的紫外光照射所述液态涂层，然后沿所述液态涂层的层面水平方向施加0～2000V/mm电场激励。
在一实施例中，将所述液态涂层进行电光激励处理步骤包括：在光照功率不超过10mW/cm2的紫外光照射的同时，沿所述液态涂层的层面水平方向施加0～2000V/mm电场激励。
在一实施例中，所述电光激励处理中，所述紫外光照的时间为1～60min，所述施加电压的时间为1～60min；和/或，
所述紫外光照的光波长范围为250～450nm。
在一实施例中，所述介电梯度涂层的厚度为0.1～1.0mm。
在一实施例中，所述基材为固体绝缘基材，所述基材选自玻璃基材、陶瓷基材、聚乙烯基材、环氧树脂基材中的至少一种。
在一实施例中，所述介电填料选自二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡、纳米金属、炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、碳化硅中的至少一种；和/或，
所述活性稀释剂选自具有单官能度丙烯酸酯基团、双官能度丙烯酸酯基团或者三官能度丙烯酸酯基团的光固化单体；和/或，
所述光固化预聚体选自环氧丙烯酸酯预聚体、聚氨酯丙烯酸酯预聚体、聚酯丙烯酸酯预聚体、双酚A环氧树脂预聚体、脂环族环氧树脂预聚体中的至少一种；和/或，
所述光引发剂选自自由基型光引发剂和阳离子型引发剂中的至少一种；和/或，
所述液态复合涂料还含有其他助剂，所述其他助剂选自阻聚剂、流变改性剂、消泡剂、流平剂中的至少一种。
第二方面，本申请提供一种介电梯度涂层，所述介电梯度涂层由本申请的介电梯度涂层的制备方法制备得到。
第三方面，本申请提一种固体绝缘部件，所述固体绝缘部件包括本申请的介电梯度涂层。
本申请第一方面提供的介电梯度涂层的制备方法，在将液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层后进行了特有的电光激励处理，最后光固化得到介电梯度涂层，其中液态涂层经过电光激励处理辅助光固化，可以利用电场力实现介电填料自适应富集/定向，从而可以构建表面介电梯度，以实现沿面耐电强度的提升。本申请的制备方法不仅可以通过电场力驱动更方便地实现介电梯度，产生更为优良的沿面电场分布，而且光固化形成的涂层具有较强的界面结合力，长期稳定性好，因此在固体绝缘部件中具有很好的应用前景。
本申请第二方面提供的介电梯度涂层由本申请特有的介电梯度涂层的制备方法制备得到，因此本申请的介电梯度涂层工艺简单，可便捷地实现连续介电梯度，提高沿面耐电强度，而且与基材具有较强的界面结合力，可以很好地用于固体绝缘部件。
本申请第三方面提供的固体绝缘部件包括本申请特有的介电梯度涂层，因此本申请的固体绝缘部件具有沿面耐电强度高、稳定性好的特点，在真空、空气或其他气体氛围下可使固体绝缘部件的沿面闪络电压得到提升，具有很好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的介电梯度涂层的制备方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的介电梯度涂层的制备方法中涂层和电光激励处理的电极位置关系示意图；
图3是本申请实施例提供的介电梯度涂层的制备方法中电光激励处理的装置图；
图4是本申请实施例和对比例制备得到的介电梯度涂层填料分布与介电梯度关系图。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一种”是指一种或者多种，“多种”是指两种或两种以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
本申请实施例第一方面提供一种介电梯度涂层的制备方法，包括如下步骤：
S01：配制含有介电填料、活性稀释剂、光固化预聚体和光引发剂的液态复合涂料；
S02：将液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层；
S03：将液态涂层进行电光激励处理，然后光固化得到介电梯度涂层。
本申请实施例提供的介电梯度涂层的制备方法，在将液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层后进行了特有的电光激励处理，最后光固化得到介电梯度涂层，其中液态涂层经过电光激励处理辅助光固化，可以利用电场力实现介电填料自适应富集/定向，从而可以构建表面介电梯度，以实现沿面耐电强度的提升。因此，本申请的制备方法不仅可以通过电场力驱动更方便地实现介电梯度，产生更为优良的沿面电场分布，而且光固化形成的涂层具有较强的界面结合力，长期稳定性好，因此，这样的制备方法得到的得到介电梯度涂层在固体绝缘部件中具有很好的应用前景。
需要说明的是，本申请的电光激励处理是通过光激励和电激励辅助后续的光固化。具体地，在电激励前或过程中可以采用适当低功率(光照功率≤10mW/cm2)光照，可对涂层全部或部分区域的材料粘度进行改变，进而实现介电填料富集/定向过程的精确调控。相比较于现有方法，本申请实施例的制备方法具有介电梯度调控灵活、电场分布更为优良的技术优势，而且光固化形成的涂层具有较强的界面结合力，长期稳定性好，因此在固体绝缘部件中具有很好的应用前景。
上述步骤S01为液态复合涂料的配制步骤。
液态复合涂料中的介电填料可以是高介电常数填料、高电导率填料或高电场非线性填料中的一种或多种，例如介电填料选自二氧化钛(TiO2)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸钡(BaTiO3)等高介电常数填料，纳米金属、炭黑、碳纳米管、石墨烯等高电导率填料，以及氧化锌(ZnO)、碳化硅(SiC)等高电场非线性填料，即选自上述几类介电填料中的一种或多种的排列组合。介电填料形状包括但不限于球状、棒状、片状等多种，采用激光粒度仪测试得到的介电填料平均粒径在0.01～10μm之间。
液态复合涂料中的活性稀释剂可以是动力粘度应低于0.1Pa·s的光固化单体。例如活性稀释剂包括但不限于1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)等具有单官能度丙烯酸酯基团、双官能度丙烯酸酯基团或者三官能度丙烯酸酯基团的光固化单体，以及上述任意种类单体的排列组合。
液态复合涂料中的光固化预聚体选自丙烯酸酯预聚体或环氧预聚体，以及上述任意种类预聚体的排列组合，光固化预聚体的动力粘度可以在1～10Pa·s之间。例如光固化预聚体包括但不限于环氧丙烯酸酯(EA)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、聚酯丙烯酸酯(PEA)等丙烯酸酯预聚体，以及双酚A环氧树脂、脂环族环氧树脂等环氧预聚体中的一种或多种组合。
液态复合涂料中的光引发剂选自自由基型光引发剂和阳离子型引发剂中的至少一种，或者上述任意种类自由基和阳离子型引发剂的组合。例如光引发剂包括但不限于184、819、1173等自由基型光引发剂，重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐等阳离子型引发剂中的一种或多种组合。
液态复合涂料中还可以根据性能需要，加入其他改性助剂。例如，其他改性助剂包括但不限于阻聚剂、流变改性剂、消泡剂、流平剂中的至少一种。通过改性助剂的作用，对液态复合涂料的相应性能进行改进。在配制的液态复合涂料中，以液态复合涂料总重量为100％计，其中的介电填料的质量分数<10％(如3～9％之间)，光引发剂的质量分数<5％(如1～2％之间)，改性助剂的质量分数<5％(如0.01～2％之间)，其余由光固化预聚体和活性稀释剂按照一定的重量比例(例如1.2～1.5：1)构成。
在一实施例中，配制含有介电填料、活性稀释剂、光固化预聚体和光引发剂的液态复合涂料的步骤包括：首先将介电填料加入到活性稀释剂中分散处理获得填料分散液，然后将填料分散液、光固化预聚体、光引发剂等组分在真空氛围下进行混合处理，这样可以得到介电填料分散均匀的液态复合涂料。其中，介电填料和活性稀释剂的分散处理步骤是将无机介电填料均匀分散至活性稀释剂中的技术方法，包括但不限于机械搅拌方法、球磨分散方法、砂磨分散方法、振动磨分散方法、高剪切分散方法、超声分散方法以及上述任意多种方法的排列组合。后续混合处理步骤指将各个原料组分均匀混合后，得到无气泡的光固化的液态复合涂料的工艺方法，可选工艺包括但不限于机械搅拌/真空脱泡复合工艺、球磨混合/真空脱泡复合工艺，真空氛围下的行星式离心混合工艺等。
如图1所示，将介电填料和活性稀释剂一起分散处理，然后和光固化预聚体、光引发剂(根据需要可以还加改性助剂等)混合处理得到光固化复合涂料即为液态复合涂料。后续将液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层，通过加装的电极对液态涂层进行电光激励处理(包括电激励和光激励)，然后光固化得到介电梯度涂层。
上述步骤S02为液态复合涂料的涂敷步骤。
其中，用于被涂覆的基材为固体绝缘基材，在需要提升沿面绝缘强度的固体绝缘基材表面涂敷由液态复合涂料构成的液态涂层。具体地：基材选自玻璃基材、陶瓷基材、聚乙烯基材、环氧树脂基材中的至少一种。涂敷的方法包括但不限于刷涂、喷涂、旋转涂敷、流延涂敷、浸渍涂敷等。
进一步地，基材上液态涂层的涂敷区域可以是基材全部或部分表面，根据实际需要进行选择。而涂敷的厚度可以根据最终的介电梯度涂层的厚度进行选择，例如，本申请实施例的制备方法最终得到的介电梯度涂层的厚度为0.1～1.0mm，这样液态复合涂料涂敷得到的液态涂层厚度也可以是0.1～1.0mm。
上述步骤S03为液态涂层通过电光激励处理辅助光固化的过程。
其中的电光激励包括电激励和光激励，具体地，电光激励处理是结合有紫外光照的、沿液态涂层的层面水平方向施加电压的激励处理。
光激励即紫外光照是低功率紫外光照，光照功率≤10mW/cm2，例如1mW/cm2、2mW/cm2、5mW/cm2、8mW/cm2等；通过紫外光照可以改变液态涂层的涂料粘度以实现介电填料迁移/定向过程的精确调控。紫外光照可采用紫外汞灯、紫外LED、紫外投影仪等光源，波长范围250～450nm。光激励中，紫外光投射区域可覆盖全部涂层，亦可只覆盖部分涂层区域。
电激励是沿液态涂层的层面水平方向施加高电压，具体地施加交流或直流电压。通过电激励过程可促进介电填料的富集和定向。因此，通过上述特有的电光激励处理，利用电场力驱动能够方便地实现多种不同类型的连续介电梯度，可避免界面不连续带来的局部电场畸变，通过电场力实现介电填料的自适应富集/定向，具有更为优良的沿面电场分布。
进一步地，电激励中施加的电压波形包括但不限于直流、正弦交流、方波脉冲、双指数脉冲以及上述任意多类电压叠加后的电压波形，也包括上述任意多类电压波形按照任意次序的先后排列。电激励中，施加的电压波形幅值(单极性下的最高值)使液态涂层材料所受到的电场强度在0～2000V/mm之间发生变化，例如，电场强度可以是1000V/mm、1500V/mm、1800V/mm、2000V/mm等。
电光激励中的电激励可以通过在液态涂层两端设置激励电极，如图2所示，通过激励电极(相对设置的高压端电极和接地电极，液态涂层呈水平面在两电极之间)向液态涂层施加电压促进介电填料的富集和定向。成对的激励电极可在液态涂层涂敷之前或之后进行加装，电极设置方法包括但不限于金属箔粘贴、金属片压接、磁控溅射等。
如图3所示，一种电光激励处理的装置图，包括：光激励光源，产生紫外光照对基材表面的液态涂层进行光照功率≤10mW/cm2的紫外光照；电激励极板(包括相对设置的高压端电极和接地电极)，连接交/直流高压电源，提供0～2000V/mm的高压电场实现介电填料自适应富集/定向。这样，可以实现液态涂层电光激励处理辅助光固化得到介电梯度涂层。而光激励中，紫外光投射区域可覆盖全部涂层，亦可只覆盖部分涂层区域，可以根据实际需要选择。
在一实施例中，将液态涂层进行电光激励处理步骤包括：先用光照功率不超过10mW/cm2的紫外光照射液态涂层，然后沿液态涂层的层面水平方向施加0～2000V/mm高压电场。即先进行光激励条件涂料粘度，然后进行电激励促进介电涂料定向移动，这样的电光激励处理中，光激励的紫外光照的时间为1～60min，光激励结束后电激励的施加电压的时间为1～60min。
在一实施例中，将液态涂层进行电光激励处理步骤包括：在光照功率不超过10mW/cm2的紫外光照射条件下同时沿液态涂层的层面水平方向施加0～2000V/mm高压电场。即光激励和电激励同时进行，这样可以一边调节涂料粘度、一边促进介电填料定向移动，从而可以更好地形成连续的介电梯度涂层。这样的电光激励处理中，紫外光照和施加电压同时进行，同时进行的时间可以为1～60min。
在一实施例中，光固化得到最终的介电梯度涂层。此时的光固化可以是强紫外光照射电光激励处理后的液态涂层，使其固化以快速“冻结”填料空间排布，获得电场优化能力良好、耐电性能提升明显的介电梯度涂层结构。通过上述电光激励辅助光固化得到的介电梯度涂层，内部具有非均匀的介电填料空间分布，根据电光激励的电压类型与施加方式具有离散或者连续的涂层介电常数或电导率梯度分布。
具体地，光固化中的强紫外光功率大于10mW/cm2，例如12mW/cm2、15mW/cm2、20mW/cm2、25mW/cm2、30mW/cm2等；电光激励处理后的液态涂层光固化时，紫外光投射范围可以覆盖全部涂层区域，波长范围250～450nm，紫外光照时长不小于10min。光固化时，可以进一步选择适当温度加热涂层区域，例如加热温度不超过80℃，加热方法包括油浴加热、电热丝加热、红外灯加热等。这样可以更好地促进固化。
本申请实施例第二方面提供一种介电梯度涂层，本申请实施例的介电梯度涂层由本申请实施例的介电梯度涂层的制备方法制备得到。
因本申请实施例介电梯度涂层由本申请实施例特有的介电梯度涂层的制备方法制备得到，因此，这样的介电梯度涂层工艺简单，可便捷地实现连续介电梯度，提高沿面耐电强度，而且与基材具有较强的界面结合力，可以很好地用于固体绝缘部件。
本申请实施例第三方面提一种固体绝缘部件，本申请实施例的固体绝缘部件包括本申请实施例的介电梯度涂层，即由本申请实施例特有的制备方法制备得到介电梯度涂层。
因本申请实施例的固体绝缘部件包括本申请实施例特有的介电梯度涂层，因此，这样的固体绝缘部件具有沿面耐电强度高、稳定性好的特点，在真空、空气或其他气体氛围下可使固体绝缘部件的沿面闪络电压得到提升，具有很好的应用前景。
本申请实施例的固体绝缘部件含有特有的介电梯度涂层，可用于空气、N2气体、SF6气体、C4F7N气体、CO2气体以及上述任意组分混合气体氛围下提升固体绝缘部件沿面闪络电压，进而适用于空气绝缘开关设备(AIS)、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、气体绝缘输电管道(GIL)等电力设备。同时，亦可用于高真空(<10-3Pa)氛围下提升固体绝缘部件沿面闪络电压，进而适用于脉冲功率、高功率微波、航天器等装备中的固体绝缘部件。
综上，本申请实施例的介电梯度涂层作为在高电压绝缘领域的表层功能梯度材料，具有沿面耐电强度高、综合性能优良、普适性好的特点：其表面梯度结构对固体绝缘部件现有工艺和机械强度的影响小；而且利用电场力实现介电填料颗粒的自适应富集/定向，具有更为优良的沿面电场分布；同时，低功率光照激励对涂料粘度起到有效的调控作用，进而对电场力驱动过程进行精确的控制，方便地实现连续介电梯度，避免界面不连续带来的局部电场畸变；同时，采用光固化技术即快速可完成固化，避免介电填料沉降，提升制备可控性；而且涂层材料具有较强的界面结合力，长期稳定性良好。因此，本申请实施例的介电梯度涂层在固体绝缘部件中具有很好的应用前景。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种介电梯度涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：液态复合涂料配制
1)准备材料：介电填料为钛酸锶(SrTiO3)颗粒，产自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号S118843，平均粒径2～3μm。活性稀释剂为1,6-己二醇二丙烯酸酯，产自帝斯曼公司，型号Agisyn 2816，常温(25℃)下动力粘度5～10mPa·s。光固化预聚体为环氧丙烯酸酯预聚体，产自帝斯曼公司，型号Agisyn 1010，二官能度，动力粘度600～1400Pa·s。光引发剂为Omnirad 814和Omnirad 380的混合物，质量比例为4:1，两者均产自IGM公司。改性助剂为甲基丙烯酸十二氟庚酯，产自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号D301595，纯度>96％。
2)将5.0g SrTiO3填料加入装有49.9g活性稀释剂的烧杯中，将烧杯置于超声分散仪内处理60min，超声功率300W，水浴温度40℃。处理完毕后得到填料分散液。
3)向填料分散液内加入65.3g光固化预聚体，2.4g光引发剂和1.2g改性助剂，置于行星式真空浆料搅拌机内进行混合处理，公转转速1000r/min，公转/自转比例1:1，处理时间30min，处理过程中抽真空(<1kPa)以进行脱泡。处理完毕后得到液态复合涂料，其中SrTiO3的体积分数为1％，所得液态复合涂料置于避光容器中备用。
步骤二：液态复合涂料的涂敷
如图2所示，在基材(载玻片，75×25×2mm)上粘贴两个电极(铜箔电极)，两电极间距为10mm，高压端电极(上电极)长度30mm，接地端电极(下电极)长度50mm，电极宽度5mm，电极厚度0.3mm，采用移液器向基材中心滴加35μL的准备的液态复合涂料，利用旋转涂膜机进行匀胶处理，擦去边缘区域的多余涂料后得到10×10×0.3mm的液态涂层。
步骤三：液态涂层电光激励
参照图3，搭建涂层电光激励装置，涂层的电激励采用高压交流电源或高压直流电源予以实现，高压交流电源的最高电压幅值为10kV、输出频率80kHz，高压直流电源的最高电压幅值亦为10kV。涂层的光激励采用紫外投影机予以实现，光源中心波长为405nm，在涂层表面的投影面积为10×10mm，投影紫外功率密度1mW/cm2。
电光激励的具体方式包括：向一个铜箔电极上施加3kV正极性直流电压，另一个铜箔电极接地，电激励处理时间为30min，期间同步施加光激励。
步骤四：液态涂层光固化
将电光激励后含有涂层的载玻片置于光固化箱中，施加强紫外光照(波长405nm，功率密度20mW/cm2，光照时间30min)进行固化，固化处理后得到介电梯度涂层。
实施例2
一种介电梯度涂层的制备方法，本实施例的制备方法中，除了步骤三采用如下电光激励的具体方式外，其他步骤均与实施例1相同。
本实施例的电光激励的具体方式包括：向一个铜箔电极上施加3kV，50Hz交流电压，另一个铜箔电极接地，电激励处理时间为30min，期间同步施加光激励(紫外投影在涂层两端，投影紫外功率密度和实施例1相同)。
对比例1
一种介电梯度涂层的制备方法，本实施例的制备方法中，除了步骤三电激励处理期间不施加光激励外，其他步骤均与实施例1相同。
对比例2
一种介电梯度涂层的制备方法，本实施例的制备方法中，除了步骤三电激励处理期间不施加光激励外，其他步骤均与实施例2相同。
对比分析
本申请实施例和对比例制备得到的介电梯度涂层的介电填料分布与介电常数梯度关系如图4所示。由此可知，本申请实施例得到的介电梯度涂层内部具有更好的非均匀介电填料空间分布，最终具有离散或者连续的涂层介电常数分布。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种介电梯度涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
配制含有介电填料、活性稀释剂、光固化预聚体和光引发剂的液态复合涂料；
将所述液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层；
将所述液态涂层进行电光激励处理，然后光固化得到介电梯度涂层；
其中，所述电光激励处理包括光激励和电激励，且在所述电激励前或所述电激励过程中进行所述光激励；所述电光激励处理是结合有紫外光照的且沿所述液态涂层的层面水平方向施加电压的激励处理，所述紫外光照的时间为1～60min，所述施加电压的时间为1～60min；
将所述液态涂层进行电光激励处理步骤包括：先用光照功率不超过10mW/cm2的紫外光照射所述液态涂层，然后沿所述液态涂层的层面水平方向施加1000～2000V/mm电场激励；或者，在光照功率不超过10mW/cm2的紫外光照射的同时，沿所述液态涂层的层面水平方向施加1000～2000V/mm电场激励。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述紫外光照的光波长范围为250～450nm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述介电梯度涂层的厚度为0.1～1.0mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基材为固体绝缘基材，所述基材选自玻璃基材、陶瓷基材、聚乙烯基材、环氧树脂基材中的至少一种。
5.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述介电填料选自二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡、纳米金属、炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、碳化硅中的至少一种；和/或，
所述活性稀释剂选自具有单官能度丙烯酸酯基团、双官能度丙烯酸酯基团或者三官能度丙烯酸酯基团的光固化单体；和/或，
所述光固化预聚体选自环氧丙烯酸酯预聚体、聚氨酯丙烯酸酯预聚体、聚酯丙烯酸酯预聚体、双酚A环氧树脂预聚体、脂环族环氧树脂预聚体中的至少一种；和/或，
所述光引发剂选自自由基型光引发剂和阳离子型引发剂中的至少一种；和/或，
所述液态复合涂料还含有其他助剂，所述其他助剂选自阻聚剂、流变改性剂、消泡剂、流平剂中的至少一种。
6.一种介电梯度涂层，其特征在于，所述介电梯度涂层由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
7.一种固体绝缘部件，其特征在于，所述固体绝缘部件包括权利要求6所述的介电梯度涂层。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116496652B (zh) * 2023-06-29 2023-09-22 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种丙烯酸粉末涂料及其应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111171249A (zh) * 2020-02-07 2020-05-19 上海普利生机电科技有限公司 一种光固化介电功能梯度复合材料、其制备方法及应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3831470B2 (ja) * 1997-04-18 2006-10-11 シャープ株式会社 液晶表示パネル
CN102532410A (zh) * 2011-12-22 2012-07-04 中国海洋石油总公司 一种疏水缔合聚合物及其制备方法与应用
US10656311B2 (en) * 2018-03-27 2020-05-19 Vanderbilt University Directed assembly of nanoparticles with light and electric field
CN109456708B (zh) * 2018-11-06 2021-03-02 合肥鑫晟光电科技有限公司 胶膜、显示面板的封装方法及显示装置
CN110256813B (zh) * 2019-06-14 2022-02-25 清华大学深圳研究生院 介电梯度材料的制备方法及电子元器件的灌封方法
CN110903790A (zh) * 2019-11-22 2020-03-24 苏州高泰电子技术股份有限公司 Uv减粘组合物及具有其的uv减粘胶带
CN111575097B (zh) * 2020-06-15 2021-04-16 清华大学 具有光致变粘度的溶液及调控流体粘度的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111171249A (zh) * 2020-02-07 2020-05-19 上海普利生机电科技有限公司 一种光固化介电功能梯度复合材料、其制备方法及应用

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