[發明專利]一種聚合物絕緣子材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610061479.9
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105602248A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 張振軍;陳玉峰;姚金霞;袁海燕;任敬國;李杰;朱慶東;白德盟;彭飛;王建
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K9/10;C08K9/06;C08K3/22;H01B3/30
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 曹麗

技術領域

本發明屬于電氣高壓絕緣材料領域，具體涉及一種聚合物絕緣子材料及其制備方法。

背景技術

聚合物具有優良的電氣絕緣性能，在航空航天工業、電力系統絕緣、微電子等領域被廣 泛使用，是電氣高壓絕緣材料領域中重要的絕緣結構件。然而，當固體絕緣子在真空間隙中 作為支撐或絕緣隔斷時，會在絕緣子與真空交界面上產生遠低于絕緣子本征擊穿場強或真空 間隙擊穿場強的沿面閃絡放電現象。真空閃絡現象嚴重制約了復合絕緣系統的耐電強度，閃 絡放電脈沖不僅會干擾到電力設備上敏感電子器件的正常工作，更嚴重的放電甚至會導致電 子器件和絕緣子局部被放電脈沖所燒毀，嚴重影響電力設備的可靠性與壽命。據相關資料報 道，美國能源部的加速器以及日本的空間衛星都曾因真空部件發生沿面閃絡現象引起的問題 而受到損壞，造成了極大經濟損失。由此可見，沿面閃絡現象是制約電氣設備電壓等級的核 心因素，也是當前發展高電壓、大功率、小型化設備所面臨的一個主要瓶頸。

真空沿面閃絡研究通常是根據工程實際抽象得來的，經過多年的研究，目前學術界普遍 認為真空沿面閃絡大致可以分為以下三個階段：①起始階段——產生初始電子；②發展階段 ——形成電子倍增；③閃絡階段——形成貫穿性氣體放電通道。因此，針對真空沿面閃絡發 展機理，有效提高絕緣子沿面閃絡電壓的方法就可以從以下幾個方面著手：①降低陰極附近 的界面電場強度，使得引發閃絡的關鍵性因素三結合點(電極——絕緣子表面——真空三者 交界處)附近的局部合成場強減小，導致閃絡發展需要更高的電壓才能觸發；②抑制電子崩 發展過程，減少了電荷遷移過程中的碰撞電離及二次電子發射；③減少絕緣子表面脫氣率。 然而，應用于不同環境下的絕緣子主要是上述哪一種或者幾種機制在發揮作用，以及需要通 過哪種處理方式可以最有效達到提高絕緣子真空沿面閃絡性能仍是一個亟待解決的問題。

直流高電場作用下聚合物材料極易形成空間電荷，空間電荷的聚集會引起介質中局部電 場畸變、熱電子發射加速、增加電荷的復合與激勵、加速聚合物材料的老化和局部放電擊穿 等。由于空間電荷對電場的這種畸變作用，空間電荷對聚合物絕緣材料的電導、老化、擊穿 破壞等各方面的電氣性能都有明顯的影響，依據法國學者Blaise和Gressus在上世紀九十年 代初期提出的電子觸發極化松弛(ElectronTriggeredPolarizationRelaxation，EPTR)假說模型 可知，絕緣子的真空沿面閃絡電壓與介質表層中的陷阱參數有著極其密切的聯系。

聚合物材料陷阱參數的差異會導致材料表層電荷注入程度不同，從而在表層形成不均勻 的空間電荷與分布，影響電子崩的發展過程，繼而影響其真空閃絡特性。改善聚合物材料空 間電荷的一種方法就是進行納米摻雜。聚酰亞胺是聚合物中綜合性能最佳的有機高分子材料 之一，但純聚酰亞胺介質體內空間電荷的存在會直接導致其內部電場分布的改變，對介質表 層的局部電場起到削弱或加強的作用。現有技術中涉及到制備耐電性能良好的復合聚酰亞胺 薄膜的方法已日趨成熟，其中以美國杜邦公司、日本宇部興產公司以及鐘淵公司的產品應用 最廣泛，然而，對于制備具有良好的耐真空沿面閃絡性能聚酰亞胺結構件，出于技術保密等 原因，國外近年來的研究結果幾乎沒有；國內相關方面的研究基本處于空白狀態，近年來應 用于一些特殊環境下聚酰亞胺絕緣結構件發生沿面閃絡導致而設備受損事件時有發生，表明 我國急需研發高性能聚酰亞胺絕緣結構件，以滿足現代電氣裝備的需要。

中國專利CN102153858A公開了一種復合絕緣材料，尼龍為基體，納米二氧化鈦和氟金 云母為摻雜相。尼龍的含量為60～90wt％，納米二氧化鈦的含量不超過30wt％，氟金云母的 含量不超過10wt％。所述復合絕緣材料具有高真空閃絡電壓、低表面二次電子發射系數、低 介電常數、良好的耐候性。該專利存在以下的缺點：該復合材料的耐電老化和局部放電擊穿 性能較低；復合材料的非線性電導特性差，沒有涉及抗內帶電性能；該復合材料只能在一般 的環境下使用，無法應用于輻射、高低溫轉換等惡劣環境；該發明的制備方法材料成型難。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種聚合物絕緣子材料及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種聚合物絕緣子材料，包括基體樹脂和納米填料，所述基體樹脂是聚酰亞胺(優選： 熱塑型聚酰亞胺)，所述納米填料是氧化鋅粉末。