[發明專利]一種空間電荷快速消散的硅橡膠絕緣材料制備裝置及方法

在審

• 申請號: 201710173935.3
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN107033597A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 李忠磊;杜伯學;楊卓然
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08L83/07;C08K13/02;C08K3/36;C08K5/544;C08K3/34;C08K5/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉子文

技術領域

本發明涉及電器工程領域，具體的說，是涉及一種制備具有空間電荷快速消散作用的直流電纜附件硅橡膠增強絕緣材料的裝置及方法。

背景技術

隨著工業化的不斷發展以及科學技術的不斷進步，聚合物基固體介質材料在高電壓工程、電力電子、微電子絕緣以及各類依賴電荷駐留和極化等行為的特種傳感器中的應用越來越廣泛。特別是近年來以聚合物為基礎材料的聚合物納米復合材料異軍突起，成為電氣絕緣以及相關專業領域的研究熱點。

硅橡膠復合絕緣以其優異的介電性能、耐高低溫性能、拉伸性能等而被用作電纜附件增強絕緣。而對于直流電纜附件來說，由于硅橡膠增強絕緣長期處于單極性電場的作用下，絕緣材料內部存在的各種界面、缺陷或者雜質會導致絕緣材料內部發生界面極化行為以及空間電荷的注入，從而在缺陷處形成空間電荷的積聚現象。空間電荷的產生和積聚會造成絕緣介質局部形成高場強，進而引發局部放電，導致聚合物分子鍵的斷裂和自由基的形成，加速介質老化，進而影響電介質材料的介電強度；另一方面，隨著電介質介電強度的下降，空間電荷誘發放電通道的形成，在固體絕緣材料內極易引發電樹枝放電而導致絕緣材料的擊穿，導致運行事故的發生。直流電纜附件已經成為直流電纜輸電系統中的關鍵部位和薄弱環節，而空間電荷的注入和積聚正是造成這一問題的根本原因，成為了直流電纜附件發展中所亟待解決的關鍵問題。

目前，固體絕緣介質的空間電荷抑制方法理論上主要分為兩類：一是固體絕緣介質本體改性，目前最常用的就是無機納米顆粒復合電介質。但是由于工業中直流電纜附件內的硅橡膠增強絕緣需要填充大量的氣相白炭黑、結構化控制劑、抗撕裂劑與硫化劑等添加劑以提高其電氣和機械等性能，因此硅橡膠絕緣內部被引入大量的化學雜質成分，因而已有實驗證明無機納米顆粒填充的方法對于添加了一定配合體系的硅橡膠增強絕緣并不適用。二是固體絕緣介質表面改性，在其表面增加電荷屏蔽層，從而達到抑制空間電荷注入的作用。目前常用的方法是在聚合物表面粘貼一層絕緣薄膜，但這種方法雖然可以抑制空間電荷的注入，但是同時也改變了絕緣結構和電場分布情況，直接影響了硅橡膠絕緣的介電、擊穿和閃絡性能等等，因此此類方法至今依然未見相關應用的報道。

因此，如何在不影響硅橡膠絕緣基體介電性能的情況下在其表面引入一個空間電荷屏蔽層目前仍是一個難題，直流電纜附件內部硅橡膠增強絕緣空間電荷問題亟待解決。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中直流電纜附件硅橡膠增強絕緣易產生電荷積聚的不足，提供一種空間電荷快速消散的硅橡膠絕緣材料制備裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種空間電荷快速消散的硅橡膠絕緣材料制備裝置，包括電子天秤、干燥箱、硫化機和用于硅橡膠基體與填料共混的混煉機，所述混煉機包括輥筒、加熱裝置、轉速調節裝置和定時裝置。

一種空間電荷快速消散的硅橡膠絕緣材料制備裝置的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過電子天秤稱取硅橡膠基體和填料；所述填料包括納米二氧化硅、六甲基二硅氮烷、多乙烯基硅油、微米碳化硅和雙二五硫化劑；

(2)將上述硅橡膠基體和填料置于60℃的干燥箱中備用；

(3)對混煉機輥筒加熱并使輥筒溫度保持在30-50℃，調節輥筒轉速為20-40r/min；將硅橡膠基體投入輥筒混煉2-4min；

(4)將納米二氧化硅和六甲基二硅氮烷同時加入到輥筒中與硅橡膠基體混合，繼續混煉8-12min；

(5)將多乙烯基硅油加入輥筒，繼續混煉8-12min；

(6)將微米碳化硅加入輥筒，繼續混煉12-18min；

(7)將雙二五硫化劑加入輥筒，繼續混煉10-15min后得到未硫化膠料；

(8)將硫化機預熱至160℃并保持溫度恒定，取出未硫化膠料并放置于硫化機中，在10MPa的條件下熱壓15min后得到空間電荷快速消散的硅橡膠增強絕緣材料。

所述硅橡膠基體、納米二氧化硅、六甲基二硅氮烷、多乙烯基硅油、微米碳化硅和雙二五硫化劑的配比為：100:20:5:1.3:30:1。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

本發明的優點和有益效果：

(1)顯著提高硅橡膠絕緣材料中空間電荷的消散過程；

(2)不影響電纜附件硅橡膠增強絕緣自身的機械性能；

(3)生產工藝及流程簡便，且反應過程穩定可控。

附圖說明