CN116855169A - 一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料及其制备方法，上述纳米复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：室温硫化硅橡胶80‑100份，改性剂0.5‑2份，氮化硼纳米粒子3‑7份，氧化锌纳米粒子3‑7份，去离子水30‑40份，无水乙醇30‑40份和pH调节剂0.1‑0.3份。其制备方法包括：将改性剂与无水乙醇和去离子水混合溶液共混，搅拌，加入氮化硼纳米粒子和氧化锌纳米粒子，搅拌，振荡，加入室温硫化硅橡胶，两次搅拌，除泡，固化制得。本发明制备方法简单，成本低，实用效果好，相较于现有技术具有更优越的性能，能有效地解决绝缘子污闪导致的介电性能退化问题。
Description
技术领域
本发明涉及涂料制备技术领域，具体涉及一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料及其制备方法。
背景技术
在现有的电力系统中，绝缘子污闪问题一直是电力设备的一个重要挑战。绝缘子污闪是指绝缘子表面由于污染物的积聚而导致的局部电晕放电现象，可能引发电力设备的故障、电弧放电和系统短路，严重影响电力系统的安全和可靠运行。
目前已有一些方法用于预防和解决绝缘子污闪问题，其中，采用特殊涂层材料在绝缘子表面形成防污染层是一种常用的方法。然而，现有的涂层材料在防污性能和长期耐久性方面仍存在一定的局限性。一些传统的涂层材料可能无法有效抑制污物在绝缘子表面的附着，导致绝缘子仍然容易出现污闪现象。
以下是目前防污闪方法一些可能的问题：(1)效果不稳定：一些防污闪方法可能在特定环境条件下表现出较好的效果，但在其他条件下可能效果不稳定。不同地区的污染水平和环境条件各不相同，因此需要针对不同环境进行适应性优化。(2)耐久性不足：部分防污闪方法可能在长期使用后出现性能下降的情况，特别是面对频繁的极端气候条件和污染环境时，材料的耐久性和稳定性是一个需要考虑的问题。(3)成本较高：某些防污闪技术的材料和应用成本较高，可能增加电力系统的维护和运营成本。在实际应用中，需要综合考虑性能和成本的平衡。(4)复杂的制备工艺：某些防污闪方法可能需要复杂的制备工艺和设备，这可能对生产和应用带来一定的挑战。(5)环境友好性：在选择防污闪方法时，需要考虑其对环境的影响。一些方法可能涉及有害物质的使用或废弃处理，因此需要评估其环境友好性。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料及其制备方法，以解决现有方法效果不稳定，耐久性不足，成本较高，制备工艺复杂和环境友好性差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶80-100份，改性剂0.5-2份，氮化硼纳米粒子3-7份，氧化锌纳米粒子3-7份，去离子水30-40份，无水乙醇30-40份和pH调节剂0.1-0.3份。
进一步地，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶90份，改性剂1份，氮化硼纳米粒子5份，氧化锌纳米粒子5份，去离子水40份和pH调节剂0.2份。
进一步地，改性剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
进一步地，pH调节剂包括乙二酸和盐酸。
进一步地，氮化硼纳米粒子的粒径为80-120nm。
进一步地，氧化锌纳米粒子的粒径为20-50nm。
上述用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性剂加入无水乙醇和去离子水的混合溶液中，进行第一次搅拌，然后加入氮化硼纳米粒子和氧化锌纳米粒子，进行第二次搅拌，振荡，得到纳米复合溶液；
(2)向上述纳米复合溶液中加入室温硫化硅橡胶，先进行第一次搅拌，再进行第二次搅拌，最后经除泡，固化，制得。
进一步地，步骤(1)第一次搅拌的速度为500-800r/min，时间为10-30min。
进一步地，步骤(1)第二次搅拌的速度为500-800r/min，时间为20-80min。
进一步地，步骤(1)振荡时间为10-80min。
进一步地，步骤(2)第一次搅拌的速度为300-600r/min，时间为10-30min。
进一步地，步骤(2)第二次搅拌的速度为500-800r/min，时间为10-80min。
进一步地，步骤(2)除泡时间为20-40min。
进一步地，步骤(2)固化温度为20-25℃，时间为40-50h。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用纳米复合技术，制备用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，具有更加长效的防污闪性能，具有超强的耐磨和附着性能，具有较好的憎水性、防静电、高自洁、阻燃和抗酸耐碱性能。相较于纯硅橡胶，本发明制备的纳米复合涂层能显著提高污闪电压约40.46％；疏水角从103.57°提高到145.11°，具有更好的疏水性能，有助于防止污物在绝缘子表面的积聚。
(2)本发明制备工艺简单，成本低，实用效果好。本发明相较于现有技术具有更优越的性能，能有效地解决绝缘子污闪导致的介电性能退化问题，提高电力设备的安全性和可靠性，同时也具备较好的经济性和实用性，该技术在电力系统领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程图；
图2为纳米复合涂层疏水角测试结果，其中(a)HTV，(b)PRTV，(c)实施例1，(d)实施例2，(e)实施例3；
图3为纳米复合涂层闪络电压与污闪电压测试结果，其中，柱状图从左往右依次为闪络电压，轻度污闪电压和重度污闪电压。
具体实施方式
以下所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶90份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.1份，粒径为100nm的氮化硼纳米粒子7份，粒径为30nm的氧化锌纳米粒子3份，无水乙醇40份，去离子水40份和0.1mol/L的盐酸0.1份。
上述用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，500r/min匀速搅拌20min；
(2)向步骤(1)所得最终物质中加入氮化硼纳米粒子和氧化锌纳米粒子，70℃，500r/min匀速搅拌60min，然后恢复至室温；
(3)向步骤(2)所得纳米粒子复合溶液在水浴振荡器中反应1h，水浴温度为70℃，然后恢复至室温；
(4)将室温硫化硅橡胶加入到步骤(3)反应结束的纳米粒子复合溶液中，先300r/min匀速搅拌10min后，调高速500r/min匀速搅拌，持续1h使纳米粒子充分分散于基体材料中；
(5)使用超声波分散仪对步骤(4)配制好的纳米复合溶液进行30min除泡，并将制备好的纳米复合溶液在室温下晾晒48小时固化，制得。
实施例2：
一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶90份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.1份，粒径为100nm的氮化硼纳米粒子5份，粒径为30nm的氧化锌纳米粒子5份，无水乙醇40份，去离子水40份和0.1mol/L的盐酸0.2份。
上述用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，600r/min匀速搅拌30min；
(2)向步骤(1)所得最终物质中加入氮化硼纳米粒子和氧化锌纳米粒子，70℃，600r/min匀速搅拌60min，然后恢复至室温；
(3)向步骤(2)所得纳米粒子复合溶液在水浴振荡器中反应1h，水浴温度为60℃，然后恢复至室温；
(4)将室温硫化硅橡胶加入到步骤(3)反应结束的纳米粒子复合溶液中，先500r/min匀速搅拌10min后，调高速700r/min匀速搅拌，持续1h使纳米粒子充分分散于基体材料中；
(5)使用超声波分散仪对步骤(4)配制好的纳米复合溶液进行30min除泡，并将制备好的纳米复合溶液在室温下晾晒48小时固化，制得。
实施例3：
一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶90份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.1份，粒径为100nm的氮化硼纳米粒子7份，粒径为30nm的氧化锌纳米粒子3份，无水乙醇40份，去离子水40份和0.1mol/L的盐酸0.3份。
上述用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，800r/min匀速搅拌20min；
(2)向步骤(1)所得最终物质中加入氮化硼纳米粒子和氧化锌纳米粒子，70℃，800r/min匀速搅拌30min，然后恢复至室温；
(3)向步骤(2)所得纳米粒子复合溶液在水浴振荡器中反应1h，水浴温度为70℃，然后恢复至室温；
(4)将室温硫化硅橡胶加入到步骤(3)反应结束的纳米粒子复合溶液中，先600r/min匀速搅拌10min后，调高速800r/min匀速搅拌，持续1h使纳米粒子充分分散于基体材料中；
(5)使用超声波分散仪对步骤(4)配制好的纳米复合溶液进行30min除泡，并将制备好的纳米复合溶液在室温下晾晒48小时固化，制得。
试验例：
取实施例1-3制得的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料进行性能表征实验，对比材料选择纯硅橡胶(HTV)和纳米加强型超长效防污闪涂料(PRTV)。
(1)疏水角实验
通过光学接触角测试仪(科诺SL200KB)对本发明实施例和对比材料进行疏水角实验测试，测试温度为室温，每个样品测5组数据，取其平均值。实验结果如下表1和图2所示。
表1纳米复合涂层疏水角测试结果
根据上表1数据和图2结果可知，本发明实施例制得的纳米复合涂层疏水角显著高于纯硅橡胶(HTV)和纳米加强型超长效防污闪涂料(PRTV)，表明本发明相较于现有材料，在憎水性上有显著提升，本发明具备有益的憎水性能。其中，实施例2相较于其他实施例疏水角更高，达到了145.110°，具备更有益的憎水性能。
(2)防污闪实验
通过污闪电压实验装置对本发明实施例和对比材料进行污闪电压测试，测试温度为室温，每个样品测15组数据，取其平均值。实验结果如图3所示。
从图中结果可以看出，本发明实施例制得的纳米复合涂层的闪络电压，轻度污闪电压和重度污闪电压都显著高于纯硅橡胶(HTV)和纳米加强型超长效防污闪涂料(PRTV)，表明本发明相较于现有材料，在防污闪性能上有显著提升，本发明具备有益的防污闪性能。其中，实施例2相较于其他实施例，其闪络电压，轻度污闪电压和重度污闪电压更高，具备更加有益的防污闪性能，综合疏水角实验和防污闪实验的实验结果，实施例2为本发明的最佳实施例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)
1.一种用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶80-100份，改性剂0.5-2份，氮化硼纳米粒子3-7份，氧化锌纳米粒子3-7份，去离子水30-40份，无水乙醇30-40份和pH调节剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
室温硫化硅橡胶90份，改性剂1份，氮化硼纳米粒子5份，氧化锌纳米粒子5份，去离子水40份和pH调节剂0.2份。
3.根据权利要求1或2所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，其特征在于，所述改性剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1或2所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，其特征在于，所述pH调节剂包括乙二酸和盐酸。
5.根据权利要求1或2所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料，其特征在于，所述氮化硼纳米粒子的粒径为80-120nm，所述氧化锌纳米粒子的粒径为20-50nm。
6.权利要求1-5任一项所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将改性剂加入无水乙醇和去离子水的混合溶液中，进行第一次搅拌，然后加入氮化硼纳米粒子和氧化锌纳米粒子，进行第二次搅拌，振荡，得到纳米复合溶液；
(2)向纳米复合溶液中加入室温硫化硅橡胶，先进行第一次搅拌，再进行第二次搅拌，最后经除泡，固化，制得。
7.根据权利要求6所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一次搅拌的速度为500-800r/min，时间为10-30min，所述第二次搅拌的速度为500-800r/min，时间为20-80min。
8.根据权利要求6所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述振荡时间为10-80min。
9.根据权利要求6所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述第一次搅拌的速度为300-600r/min，时间为10-30min，所述第二次搅拌的速度为500-800r/min，时间为10-80min。
10.根据权利要求6所述的用于绝缘子表面防污闪的纳米复合涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述除泡时间为20-40min，所述固化温度为20-25℃，时间为40-50h。
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