CN116283362B - 疏水性瓷质绝缘子及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了疏水性瓷质绝缘子及其制备方法，涉及瓷质绝缘子领域，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中，最后继续在聚氨酯表面涂覆疏水处理液进行处理，干燥制得。本发明的疏水瓷质绝缘子，通过在瓷体表面釉层构筑一有机弹性层，然后在敷设一层疏水层，有机弹性层能够有效给釉层和疏水层提供热应力吸收层，减少了两者因膨胀系数的差异而导致的起皮脱落现象。
Description
技术领域
本发明涉及瓷质绝缘子领域，具体是疏水性瓷质绝缘子及其制备方法。
背景技术
绝缘子是输变电过程中的重要部件，绝缘子的性能对输变电的安全具有决定性的影响，特别在高寒地区使用的绝缘子容易覆冰，会导致线路重量载荷过大、闪络等重大事故造成大面积长时间电网故障，为防止绝缘子覆冰，行业内技术人员进行了各种探索，总结主要有两种方式，一种是除冰技术，采用的主要方式有设置加热部件、人工除冰、在绝缘子表面制作发热半导体涂层、甚至采用人工远距离加热等手段，这类手段属于事后反馈的一种模式，对处理小范围、低数量的绝缘子覆冰具有一定的效用，当发生大面积覆冰时，这种方式显然很难满足故障对策的需要，另一种是防覆冰技术，采用的主要方法是在绝缘子表面涂敷防冰涂料。
而现有技术中由于瓷绝缘子的釉层和疏水涂层存在膨胀系数差，容易起皮脱落，影响绝缘子的疏水效果。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供疏水性瓷质绝缘子及其制备方法。
本发明的技术解决方案如下：
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
作为本发明的优选方案，所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为2-4，然后加入硅酸烷基酯，并在40-60℃下搅拌。
作为本发明的优选方案，所述电离电压为120-150V，电离电流为2-5A。
作为本发明的优选方案，所述醇类溶剂为乙醇。
作为本发明的优选方案，所述硅酸烷基酯选自硅酸四甲酯或硅酸四乙酯。
作为本发明的优选方案，所述无机酸为盐酸或硝酸。
作为本发明的优选方案，所述干燥的温度为100-150℃，干燥时间为20-60min。
作为本发明的优选方案，在疏水处理液处理之前，还包括以下步骤：将涂覆有有机弹性层的瓷体在氮气和氟气的混合气体氛围下进行氟化。
作为本发明的优选方案，氟化温度为50-120℃，氟化时间为20-50min。
本发明还公开了疏水性瓷质绝缘子，采用如上任一所述的制备方法制得。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的疏水瓷质绝缘子，通过在瓷体表面釉层构筑一有机弹性层，然后在敷设一层疏水层，有机弹性层能够有效给釉层和疏水层提供热应力吸收层，减少了两者因膨胀系数的差异而导致的起皮脱落现象。
(2)本发明的疏水瓷质绝缘子的制备方法，通过在疏水层加入蒙脱土，使其溶胀成层间结构，然后在层间结构内生长出一层二氧化硅薄膜，具有优异的多层疏水效果，大大提高疏水性能，同时对蒙脱土进行电离处理，使其层间界面具有更加均匀的低表面能，利于二氧化硅薄膜的生长附着。
(3)本发明的疏水瓷质绝缘子的制备方法，通过进一步在含有有机弹性体的瓷体表面进行氟化处理，氟化反应过程中部分使得C-F键取代了C-H，引入了氟元素，提高了疏水效果。
具体实施方式
以下以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
以下实施例中的聚氨酯溶液的制备方法如下：
称取12重量份邵氏硬度为88A的聚酯型热塑性聚氨酯颗粒、66重量份的N,N-二甲基甲酰胺在反应器中混合均匀后静置46h，制得聚氨酯溶液。
釉层的制备方法如下：所述釉层的原料为：20重量份的石英粉、9重量份的高岭土、11重量份的煅烧铝矾土、12重量份的镁铝尖晶石、6重量份的珍珠岩粉、4重量份的白刚玉、3重量份的叶蜡石、0.5重量份的水玻璃，和2重量份的钾长石。釉层可以通过以下方法制备得到：配置原料，按照上述配比将原料(除水玻璃外)混合均匀，然后在球磨机中进行球磨，得到粒度为200目的粉末原料，然后加入水玻璃以及水在浆料池中形成浆釉料，然后在绝缘子表面涂敷釉料，干燥后在温度为1250℃的条件下烧成。
实施例1
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入20wt％的氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为3，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为120V，电离电流为2A，电离30min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四甲酯。
所述无机酸为盐酸。
所述干燥的温度为120℃，干燥时间为30min。
实施例2
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入15wt％的氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为4，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为120V，电离电流为5A，电离30min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四乙酯。
所述无机酸为硝酸。
所述干燥的温度为140℃，干燥时间为25min。
实施例3
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入25wt％的氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为3，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为135V，电离电流为4A，电离25min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四甲酯或硅酸四乙酯。
所述无机酸为盐酸或硝酸。
所述干燥的温度为100-150℃，干燥时间为20-60min。
实施例4
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入30wt％的氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为4，然后加入硅酸烷基酯，并在60℃下搅拌。
所述电离电压为150V，电离电流为3A，电离35min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四甲酯。
所述无机酸为硝酸。
所述干燥的温度为110℃，干燥时间为60min。
实施例5
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入10wt％的氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为3，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为140V，电离电流为3A，电离20min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四乙酯。
所述无机酸为硝酸。
所述干燥的温度为150℃，干燥时间为40min。
实施例6
本实施例在实施例5基础上进行的变化，具体是在疏水处理液处理之前，还包括以下步骤：将涂覆有有机弹性层的瓷体在体积比3:1氮气和氟气的混合气体氛围下进行氟化；氟化温度为90℃，氟化时间为30min，气压为2bar。
实施例7
本实施例是在实施例6的基础上进行的变化，具体是氟化的同时进行微波辐照，辐照功率为150W，辐照时间为20s。
对比例1(无蒙脱土)
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：在醇类溶剂中，滴加无机酸溶液调节pH值为3，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为140V，电离电流为3A，电离20min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四乙酯。
所述无机酸为硝酸。
所述干燥的温度为150℃，干燥时间为40min。
对比例2(无电离处理)
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，滴加无机酸溶液调节pH值为3，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为140V，电离电流为3A，电离20min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四乙酯。
所述无机酸为硝酸。
所述干燥的温度为150℃，干燥时间为40min。
对比例3(无聚氨酯溶液)
疏水性瓷质绝缘子的制备方法，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入KH550硅烷偶联剂中浸渍，浸渍后表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得。
所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入10wt％的氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为3，然后加入硅酸烷基酯，并在50℃下搅拌。
所述电离电压为140V，电离电流为3A，电离20min。
所述醇类溶剂为乙醇。
所述硅酸烷基酯选自硅酸四乙酯。
所述无机酸为硝酸。
所述干燥的温度为150℃，干燥时间为40min。
对上述实施例和对比例进行以下测试，测试方法如下：
接触角，是将4μL去离子水滴于疏水涂层表面，分别在电晕前和电晕100h后采用接触角测量仪进行测试；电晕老化实验条件：在3.5kv下对试样进行100h的电晕老化试验；
测试结果见表1。
| 试样 | 接触角(°) | 电晕后的接触角(°) |
| 实施例1 | 127 | 126 |
| 实施例2 | 126 | 125 |
| 实施例3 | 125 | 125 |
| 实施例4 | 131 | 129 |
| 实施例5 | 128 | 127 |
| 实施例6 | 152 | 151 |
| 实施例7 | 157 | 156 |
| 对比例1 | 115 | 102 |
| 对比例2 | 118 | 108 |
| 对比例3 | 121 | 110 |
从上表可以看出，实施例的疏水性能优于对比例，主要的原因可能如下：对比例1的分析可知，实施例通过在疏水层加入蒙脱土，使其溶胀成层间结构，然后在层间结构内生长出一层二氧化硅薄膜，具有优异的多层疏水效果，大大提高疏水性能；对比例2的分析可知，实施例对蒙脱土进行电离处理，使其层间界面具有更加均匀的低表面能，利于二氧化硅薄膜的生长附着。对比例3的分析可知，实施例通过在瓷体表面釉层构筑一有机弹性层，然后在敷设一层疏水层，有机弹性层能够有效给釉层和疏水层提供热应力吸收层，减少了两者因膨胀系数的差异而导致的起皮脱落现象。
另外，实施例6的性能更优异，主要的原因可能是实施例通过进一步在含有有机弹性体的瓷体表面进行氟化处理，氟化反应过程中部分使得C-F键取代了C-H，引入了氟元素，因此提高了疏水效果。而实施例7较实施例6优异，可能是由于采用辐照能够提高反应活性，增强氟化效果。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，将瓷体表面涂覆釉料，然后烧结，烧结后放入硅烷偶联剂中浸渍，浸渍结束后放入聚氨酯溶液中浸渍以形成有机弹性层，最后在有机弹性层表面采用疏水处理液进行处理，干燥制得；所述疏水处理液的制备方法如下：先将蒙脱土浸渍在醇类溶剂中，加入氯化钠溶液进行电离处理，电离结束后滴加无机酸溶液调节pH值为2-4，然后加入硅酸烷基酯，并在40-60℃下搅拌。
2.根据权利要求1所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，所述电离电压为120-150V，电离电流为2-5A。
3.根据权利要求1所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂为乙醇。
4.根据权利要求1所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，所述硅酸烷基酯选自硅酸四甲酯或硅酸四乙酯。
5.根据权利要求1所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，所述无机酸为盐酸或硝酸。
6.根据权利要求1所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-150℃，干燥时间为20-60min。
7.根据权利要求1所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，在疏水处理液处理之前，还包括以下步骤：将涂覆有有机弹性层的瓷体在氮气和氟气的混合气体氛围下进行氟化。
8.根据权利要求7所述的疏水性瓷质绝缘子的制备方法，其特征在于，氟化温度为50-120℃，氟化时间为20-50min。
9.疏水性瓷质绝缘子，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的制备方法制得。
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