[發(fā)明專利]介電功能梯度絕緣子的離心制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610031405.0
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105542399A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張冠軍;劉哲;李文棟;楊慶浩;楊國清
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08K3/24;C08K3/22;C08K3/04;C08K3/36;C08G59/42;C08G59/62;B29C41/04;B29C41/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于高電壓設(shè)備制造領(lǐng)域，具體涉及介電功能梯度絕緣子的離心制造方法。

【背景技術(shù)】

在超/特高壓電力設(shè)備及脈沖功率設(shè)備中，固體絕緣系統(tǒng)的放電破壞時有發(fā)生，此類破壞 事故往往由電場不均勻帶來的絕緣耐電性能薄弱造成，給設(shè)計、制造帶來很高的技術(shù)難度和成 本，嚴(yán)重危及系統(tǒng)的安全可靠運行，并限制了設(shè)備向“小型化”、“集成化”方向進(jìn)一步發(fā)展。

一般認(rèn)為，電場分布不均勻是導(dǎo)致絕緣擊穿破壞、耐電特性差的重要原因。對于絕大多數(shù) 的超/特高壓電力設(shè)備及脈沖功率設(shè)備，其絕緣所承受的電場分布往往極不均勻，特別是絕緣 結(jié)構(gòu)不同材料之間的結(jié)合處(如金屬導(dǎo)體、固體絕緣與氣、液、真空等構(gòu)成的復(fù)合絕緣系統(tǒng)的 界面和表面)，由于材料介電參數(shù)的急劇變化，往往承受數(shù)倍于平均場強(qiáng)的電場強(qiáng)度。過于集 中的電場強(qiáng)度不僅會降低絕緣子的沿面閃絡(luò)電壓，減弱其耐電性能，而且會帶來絕緣子的局部 放電，加劇絕緣材料的老化。

針對絕緣子內(nèi)部及其沿面局部電場集中的問題，傳統(tǒng)的解決方法主要是通過增大絕緣尺寸、 改變電極-介質(zhì)結(jié)構(gòu)來改善電場分布，傳統(tǒng)方法起到效果往往有限，而且過于復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu) 不僅給生產(chǎn)制造帶來很大的難度，同時也會帶來很多附生問題。“功能梯度材料”(Functionally GradedMaterial,FGM)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了一種全新的思路。該類材料在制備過程中， 通過使用先進(jìn)的工藝，使材料特性在材料內(nèi)部不同空間位置上呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化，以“主動” 地克服局部應(yīng)力集中問題。

FGM的概念也可以引入高電壓設(shè)備制造領(lǐng)域，因為根據(jù)電磁場理論，若能適當(dāng)增大電場 局部集中區(qū)域的介電常數(shù)/電導(dǎo)率，就可以降低該區(qū)域的電場強(qiáng)度，達(dá)到均化電場分布的目的。 目前，F(xiàn)GM材料的制備方法主要包括氣相沉積法、等離子噴涂法、自蔓延高溫合成法、粉末 冶金法等，這些方法適用于金屬、陶瓷類FGM材料的制備，不適用于主要以環(huán)氧樹脂為代表 的聚合物復(fù)合材料構(gòu)成的高電壓設(shè)備絕緣子。因此，需要研發(fā)針對聚合物復(fù)合材料FGM絕緣 子的制備工藝，以滿足當(dāng)代及未來高電壓設(shè)備進(jìn)一步發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供介電功能梯度絕緣子的離心制造方法，通過離心力使絕緣子內(nèi)部 出現(xiàn)填料濃度的空間連續(xù)梯度分布，使絕緣子介電參數(shù)(介電常數(shù)或電導(dǎo)率)在空間上產(chǎn)生連 續(xù)梯度變化，最終實現(xiàn)連續(xù)梯度介電功能梯度絕緣子的制備。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

介電功能梯度絕緣子的離心制造方法，包括以下步驟：

步驟1、將環(huán)氧樹脂，固化劑及填料混合，配制樹脂混合料；

步驟2、將上述樹脂混合料置于真空腔內(nèi)，加熱至80℃，并在真空腔內(nèi)攪拌樹脂混合料， 使填料均勻分散，并充分去除其中的氣泡；

步驟3、向上述樹脂混合料滴入固化促進(jìn)劑并置于噴涂過脫模劑的絕緣子模具中，然后 將絕緣子模具置于離心機(jī)上；

步驟4、啟動離心機(jī)，離心時間為5～60min，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為5000～10000r/min；

步驟5、停止離心機(jī)，將絕緣子模具取出并加熱至130℃進(jìn)行固化，固化時間5h以上， 固化完成后脫模制得聚合物功能梯度絕緣子。

進(jìn)一步的，步驟2中在真空腔內(nèi)使用機(jī)械攪拌方式處理樹脂混合料，處理時間為0.5～1h， 真空腔中氣壓小于0.02MPa，最終使填料在樹脂混合料內(nèi)均勻分散，并充分去除其中的氣泡。

進(jìn)一步的，步驟3中固化促進(jìn)劑為樹脂混合料質(zhì)量的0.1～0.5％。

進(jìn)一步的，所述環(huán)氧樹脂為E-44或E-51樹脂，固化劑為酸酐類固化劑，固化促進(jìn)劑為 2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

進(jìn)一步的，固化劑為甲基四氫苯酐或甲基六氫鄰苯二甲酸酐。

進(jìn)一步的，所述填料為鈦酸鍶、氧化鋁、二氧化鈦、鈦酸鋇、二氧化鋇、鋯鈦酸鉛、二 氧化錫、摻銻二氧化錫、摻錫氧化銦、碳化硅、二氧化硅、GaAs、CuBr、炭黑、石墨、碳纖 維、碳納米管、石墨烯中一種或多種的復(fù)合，填料形態(tài)為圓球狀、片狀或纖維狀，填料粒徑范 圍為0.1～100μm。

進(jìn)一步的，所述絕緣子模具為同軸柱狀、盤式或盆式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為不銹鋼，模具軸心處 具有安裝孔，能夠安裝在離心機(jī)轉(zhuǎn)軸上。

進(jìn)一步的，所述介電功能梯度絕緣子中填料濃度呈連續(xù)梯度分布。