[發(fā)明專利]一種納米級(jí)α-氧化鋁復(fù)合環(huán)氧樹脂絕緣材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810542371.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN110551363A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳赟;張翀;楊威;張卓;史曉寧;尹立;陳新;蔣春霞;趙金城
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司信息通信分公司
• 主分類號(hào): C08L63/00
• 分類號(hào): C08L63/00;C08K3/22
• 代理公司: 11250 北京三聚陽光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李靜

本發(fā)明屬于絕緣材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米氧化鋁復(fù)合環(huán)氧樹脂絕緣材料。本發(fā)明提供的制備納米級(jí)α?氧化鋁的方法，通過使勃姆石顆粒和有機(jī)酸在溶劑中發(fā)生反應(yīng)，干燥后在1100～1200℃下煅燒，得到了納米級(jí)α?氧化鋁。本發(fā)明提供的方法簡(jiǎn)單易工業(yè)實(shí)現(xiàn)，通過控制煅燒溫度能夠?qū)⒘匠叽缈刂圃诩{米級(jí)。通過優(yōu)選勃姆石顆粒的平均粒徑小于300nm，能夠獲得尺寸更加均一的納米級(jí)α?氧化鋁；通過優(yōu)選正己酸、異辛酸、正庚酸和3?甲基辛酸，限定反應(yīng)時(shí)間，能夠最大限度利用勃姆石原料，獲得更高的產(chǎn)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于絕緣材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米氧化鋁復(fù)合環(huán)氧樹脂絕緣材料。

背景技術(shù)

環(huán)氧樹脂及其固化物具有加工工藝性好、黏結(jié)性高、介電性能優(yōu)良、收縮率小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中有著大量應(yīng)用。從低、中壓配電網(wǎng)到高壓220kV、330kV、500kV，超高壓750kV和1050kV的交、直流輸電系統(tǒng)以及高能電氣裝置和核電站，都可以采用環(huán)氧絕緣材料或環(huán)氧的絕緣體系。環(huán)氧樹脂在電力絕緣中的應(yīng)用能夠提高絕緣質(zhì)量，使發(fā)電機(jī)和輸變電設(shè)備向特高壓、大容量發(fā)展中的許多關(guān)鍵性絕緣技術(shù)得到解決。如容量為100～1300MW的發(fā)電機(jī)，采用環(huán)氧絕緣體系，可以提高抗電暈和抗振的能力以及熱態(tài)下的機(jī)械強(qiáng)度，提高發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化率和使用壽命。

然而，環(huán)氧樹脂中含有環(huán)氧基、羥基、醚鍵等活性和極性基團(tuán)，其固化物還存在質(zhì)脆、內(nèi)應(yīng)力大、柔韌性低且耐熱性不高、耐濕性較差等缺點(diǎn)。而在電力傳輸中，特別是直流特高壓輸配電(>800kV)中使用的高壓斷路器(Gas Insulated Metal Enclosed Switchgear，GIS)以及氣體絕緣金屬封閉輸電線路(Gas Insulated Metal Enclosed TransmissionLine，GIL)中，對(duì)絕緣材料的要求更高，絕緣材料必須無氣隙，耐SF₆、耐高電壓(電阻率達(dá)到10¹⁷Ω·cm)，可承受高負(fù)荷；同時(shí)還要求絕緣材料具有更好的力學(xué)性能和介電性能。但目前環(huán)氧澆注盆式絕緣子和支柱絕緣子體積電阻率只能達(dá)到10¹⁵至10¹⁶Ω·cm的數(shù)量級(jí)，并且通過常規(guī)技術(shù)很難提升至10¹⁷Ω·cm；環(huán)氧樹脂基穿墻套管同樣也面臨絕緣等級(jí)不足的問題；環(huán)氧復(fù)合絕緣子傘裙材料與環(huán)氧樹脂基芯棒界面粘接力差，易開膠破壞并導(dǎo)致芯棒的老化脆斷；在電網(wǎng)中采用的變壓器大部分均為環(huán)氧樹脂澆筑干式變壓器，其總耗損占電網(wǎng)總發(fā)電量的4％以上，即使采用“薄絕緣”技術(shù)，甚至引入玻纖網(wǎng)格、石英粉等復(fù)合薄絕緣層，但仍難以解決脆、不耐疲勞、易開裂等根本問題；同時(shí)，國(guó)內(nèi)空氣污染嚴(yán)重、氣候條件復(fù)雜，針對(duì)輸變電設(shè)備污閃防護(hù)這一電力安全的頭號(hào)大敵，發(fā)展新型的環(huán)氧復(fù)合絕緣子的依然任務(wù)艱巨。因此，研制高性能環(huán)氧絕緣材料，對(duì)建設(shè)安全可靠、穩(wěn)定高效的直流特高壓輸變網(wǎng)絡(luò)、提升我國(guó)輸電水平和節(jié)省資源具有重要意義，對(duì)環(huán)氧樹脂固化物韌性等力學(xué)性能以及電阻率等電學(xué)性能的改進(jìn)成為重要的研究方向。其中，在環(huán)氧樹脂基體中添加填料以及改進(jìn)環(huán)氧樹脂基體制備工藝及配方是改善環(huán)氧樹脂性能的主要方法，適量添加微米顆粒可有效提高環(huán)氧絕緣材料的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并在一定程度上提高電阻率，改善抗閃絡(luò)性能。

現(xiàn)有技術(shù)中常用的填料有氧化鋁、二氧化硅等微米級(jí)無機(jī)顆粒，為獲得較好的性能改善效果，一般微米級(jí)無機(jī)顆粒在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要超過60wt％。由于這些無機(jī)填料顆粒自身密度較大，導(dǎo)致復(fù)合材料的密度增加，應(yīng)用其制造的絕緣器件質(zhì)量也隨之升高。但是，過多的無機(jī)填料添加量會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂絕緣材料的電氣絕緣性能受限，比如，在特高壓輸電線路，對(duì)于環(huán)氧樹脂材料的電阻率性能要求較高(10¹⁷Ω·cm)，此時(shí)添加較多電阻率不高的微米級(jí)填料(如SiO₂電阻率一般為10¹⁵～10¹⁶Ω·cm)后難以達(dá)到絕緣性能要求。