环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料及其制备方法和应用

1.本发明涉及绝缘材料技术领域，尤其涉及一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料及其制备方法和该复合绝缘材料在电力设备中的应用，特别是在干式变压器、盆式绝缘子和套管中的应用。


背景技术：

2.环氧树脂具有优异的电气绝缘性能，广泛应用于干式变压器、盆式绝缘子和套管等电力装备。高电气强度的环氧树脂有利于降低电气绝缘结构的设计难度和节约经济成本，是发展高电压等级电力装备的关键。现有研究表明，在环氧树脂基体中加入适量的微米或纳米无机填料可以提高环氧树脂基复合绝缘材料的电气强度。常用的无机填料包括氧化硅、氧化铝、氧化镁和二氧化钛等。但是，大多数无机填料颗粒表面呈现亲水性，而环氧树脂基体分子则呈现疏水性，所以无机填料和环氧树脂基体的相容性很差。通常，可以利用硅烷偶联剂等表面改性剂对无机填料先进行表面修饰，以此改善无机填料与环氧树脂基体之间的相容性。然而，表面改性剂用量及使用方法一直以来都是技术难点，过少或过多的表面改性剂不仅不利于改善无机填料和聚合物基体的相容性，甚至会降低复合绝缘材料的电气强度。此外，为了获得较高的电气强度，复合绝缘材料中的无机填料含量通常很高，这将增加成型前环氧树脂基复合绝缘材料混合液的黏度，不利于复合绝缘材料的浇注和加工。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为解决现有技术中无机填料与环氧树脂基体相容性差、表面改性剂不仅不利于改善无机填料和聚合物基体的相容性，甚至会降低复合绝缘材料的电气强度、无机填料含量高引起的环氧树脂基复合材料加工困难等技术问题，本发明提供了一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其采用有机小分子填料代替传统的无机填料，与基体相容性好、填料含量低且电气强度高。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
5.一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，由环氧树脂基体和有机小分子填料构成；
6.按照重量份计，所述环氧树脂基体包括液态环氧树脂100份、液态固化剂80份和液态促进剂1份；
7.所述有机小分子填料重量份为0.19～5.6份。
8.优选地，所述有机小分子填料重量份为1.9～5.6份。
9.优选地，所述有机小分子填料重量份为5.6份。
10.优选地，所述有机小分子填料为烯丙氧基聚氧乙烯醚。
11.优选地，所述液态固化剂为甲基苯酐。
12.优选地，所述促进剂为2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚。
13.另一方面，本发明提供了上述环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料的制备方法，
将所述有机小分子填料与所述环氧树脂基体共混获得所述复合绝缘材料。
14.优选地，具体包括如下步骤：
15.1)称取所述液态环氧树脂、所述液态固化剂、所述促进剂和所述有机小分子填料，备用；
16.2)将环氧树脂和有机小分子在50～60℃下混合10～15分钟，加入固化剂和促进剂，在50～60℃下继续混合20～30分钟；
17.3)将步骤2)所述混合液进行真空脱气15～30分钟后，注入模具中，并在80～90℃下预固化3～5小时，再在110～130℃下后固化7～9小时，待模具冷却至室温后，即可获得环氧树脂基高电气复合绝缘材料。
18.再一方面，本发明还提供了上述复合绝缘材料或由上述制备方法制备的复合绝缘材料在电力装备中的应用。
19.优选地，所述电力装备包括干式变压器、盆式绝缘子和套管。
20.本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：
21.本发明提供的环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料及其制备方法和应用，采用烯丙氧基聚氧乙烯醚作为有机小分子填料，与环氧树脂基体分子有相似的官能团(如羟基)，所以有机小分子填料与环氧树脂基体的相容性好；
22.所使用填料含量较低且电气强度高，对成型前的环氧树脂基复合绝缘材料混合液黏度几乎没有影响，有利于复合绝缘材料的浇注成型；
23.高电气强度的环氧树脂基复合绝缘材料，有助于降低干式变压器和盆式绝缘子等电力设备的设计难度和生产成本。
附图说明
24.图1为实施例1-5和对比例1-3中电气强度与填料含量关系。
具体实施方式
25.本发明提供了一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，由环氧树脂基体和有机小分子填料构成；
26.按照重量份计，所述环氧树脂基体包括液态环氧树脂100份、液态固化剂80份和液态促进剂1份；
27.所述有机小分子填料的重量份为0.19～5.6份，优选为1.9～5.6份，更优选为5.6份。
28.在本发明中，所述有机小分子填料优选为烯丙氧基聚氧乙烯醚，其与环氧树脂基体分子有相似的官能团(如羟基)，所以有机小分子填料与环氧树脂基体的相容性好。
29.在本发明中，所述液态固化剂为甲基苯酐。
30.在本发明中，所述促进剂为2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚。
31.本发明还提供了上述环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料的制备方法其通过将有机小分子填料与环氧基体通过共混的方式获得环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料。
32.具体包括如下步骤：
33.1)称取所述液态环氧树脂、所述液态固化剂、所述促进剂和所述有机小分子填料，
备用；
34.2)将环氧树脂和有机小分子在50～60℃下混合10～15分钟，加入固化剂和促进剂，在50～60℃下继续混合20～30分钟；
35.3)将步骤2)所述混合液进行真空脱气15～30分钟后，注入模具中，并在80～90℃下预固化3～5小时，再在110～130℃下后固化7～9小时，待模具冷却至室温后，即可获得环氧树脂基高电气复合绝缘材料。
36.再一方面，本发明还提供了上述复合绝缘材料或由上述制备方法制备的复合绝缘材料在电力装备中的应用。
37.在本发明中，所述电力装备包括干式变压器、盆式绝缘子和套管。
38.本发明的上述复合绝缘材料有助于降低干式变压器和盆式绝缘子等电力装备的设计难度和生产成本。
39.下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚详细的说明。
40.鉴于制备方法中，温度和时间差距较小，故选择端值附近的数值对其进行实验。
41.实施例1
42.1)以重量份计，称取100g液态环氧树脂、80g液态固化剂、1g促进剂、0.19g有机小分子填料；
43.2)将液态环氧树脂和有机小分子填料在56℃下混合12分钟，加入液态固化剂和促进剂，在55℃下继续混合30分钟，得到混合液；
44.3)将步骤2)的混合液进行真空脱气20分钟后，注入模具中，并在85℃下预固化4小时，再在120℃下后固化8小时，待模具冷却至室温后，即可获得环氧树脂基高电气复合绝缘材料。
45.实施例2
46.同实施例1，不同之处在于，有机小分子填料的重量为0.95g。
47.实施例3
48.同实施例1，不同之处在于，有机小分子填料的重量为1.9g。
49.实施例4
50.同实施例1，不同之处在于，有机小分子填料的重量为2.8g。
51.实施例5
52.同实施例1，不同之处在于，有机小分子填料的重量为5.6g。
53.对比例1
54.制备方法同实施例1，不同之处在于不添加有机小分子填料。
55.对比例2
56.制备方法同实施例1，不同之处在于填料为纳米氧化硅(平均粒径40nm)，重量为1.9g。
57.对比例3
58.制备方法同实施例1，不同之处在于填料为纳米氧化硅(平均粒径40nm)，重量为5.6g。
59.将实施例1-5和对比例1-3制备的复合绝缘材料置于球-球电极间进行交流电气强度试验，电极系统浸渍于绝缘油中，所获得的电气强度与填料含量如附图1所示，环氧/有机
小分子复合绝缘材料的电气强度均比纯环氧树脂(即对比例1)和环氧/氧化硅复合绝缘材料(即对比例2与3)的高。与对比例1相比，实施例5复合绝缘材料的电气强度最高，提高了11％。与对比例2相比，填料含量相同的实施例3复合绝缘材料的电气强度提高了11.7％。与对比例3相比，填料含量相同的实施例5复合绝缘材料的电气强度提高了17.5％。
60.以上，仅为本发明较佳的具体实施例；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其特征在于，由环氧树脂基体和有机小分子填料构成；按照重量份计，所述环氧树脂基体包括液态环氧树脂100份、液态固化剂80份和液态促进剂1份；所述有机小分子填料的重量份为0.19～5.6份。2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其特征在于，所述有机小分子填料的重量份为1.9～5.6份。3.根据权利要求1所述的一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其特征在于，所述有机小分子填料的重量份为5.6份。4.根据权利要求1所述的一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其特征在于，所述有机小分子填料为烯丙氧基聚氧乙烯醚。5.根据权利要求1所述的一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其特征在于，所述液态固化剂为甲基苯酐。6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料，其特征在于，所述促进剂为2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚。7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)称取所述液态环氧树脂、所述液态固化剂、所述促进剂和所述有机小分子填料，备用；2)将环氧树脂和有机小分子在50～60℃下混合10～15分钟，加入固化剂和促进剂，在50～60℃下继续混合20～30分钟；3)将步骤2)所述混合液进行真空脱气15～30分钟后，注入模具中，并在80～90℃下预固化3～5小时，再在110～130℃下后固化7～9小时，待模具冷却至室温后，即可获得环氧树脂基高电气复合绝缘材料。8.一种权利要求1-6中任一项所述的复合绝缘材料或权利要求7所述的制备方法制备的复合绝缘材料在电力装备中的应用。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电力装备包括干式变压器、盆式绝缘子和套管。

技术总结
本发明提供了一种环氧树脂基高电气强度复合绝缘材料及其制备方法和应用，属于绝缘材料技术领域。本发明由环氧树脂基体和有机小分子填料构成；按照重量份计，环氧树脂基体包括液态环氧树脂100份、液态固化剂80份和液态促进剂1份，有机小分子填料0.19～5.6份，采用有机小分子填料代替传统的无机填料，将其与环氧树脂基体以共混的方式获得与基体相容性好、填料含量低且电气强度高的复合绝缘材料，将该复合绝缘材料应用于电力设备能够降低设计难度和生产成本。和生产成本。和生产成本。


技术研发人员：韩永森 何家旺 李永军 王梓
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/18