[发明专利]一种环氧树脂基微纳米非线性防晕材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种环氧树脂基微纳米非线性防晕材料及制备方法。防晕材料按环氧树脂55%wt、微米针状氧化锌2%wt、纳米球状碳化硅3%wt、固化剂40%wt的比例混合而成，其制备方法是将填料分批次加入装有环氧树脂的容器中，保持80℃的水浴加热，搅拌并配合超声使其混合均匀，脱气处理后浇注成型，置于烘箱中固化，即得复合防晕材料试样。本发明还公开了微米针状氧化锌的制备方法，等体积的乙二胺和氯化锌溶液搅拌混合，80℃的水浴加热充分反应，160℃高温高压反应12小时后干燥提纯，得针状氧化锌。微纳米非线性防晕材料表现出较好的非线性电导特性，相较于纳米碳化硅单一成分复合材料，微纳米复合材料的非线性系数增加，电导率提高，阈值场强降低，耐热性能更优。

技术领域

本发明涉及环氧树脂基微纳米非线性防晕复合材料及制备方法，属于高压绝缘研究领域。

背景技术

环氧树脂在固化剂作用下可以生成粘接性能较高、化学性质稳定的固化树脂，可用于大电机定子线棒、电缆终端附件和高压套管等产品的绝缘。随着电压等级的提高，电力系统某些部位场强集中现象愈加严重，而具有非线性电导特性的防晕材料可用于解决场强集中的问题。纯环氧树脂的非线性电导特性较差，对场强的调控能力较差，添加大量无机填料可大幅度提到其非线性电导特性，但是会导致环氧树脂脆性大、容易开裂，无法达到使用要求。寻找一种添加量不大且能明显提高环氧树脂非线性电导特性的复合方法，是目前广泛应用环氧树脂的难题。

微纳米复合为这一难题提供了一种解决方案。纳米颗粒具有表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等诸多效应，纳米颗粒与聚合物基体之间通过化学作用和物理作用结合起来，形成大量界面区，可影响材料的电导特性。纳米颗粒含量太大会出现团聚现象，结合微米颗粒电导特性，可显著提高复合材料的非线性系数。本发明制备具有较大长径比的针状氧化锌，在聚合物中起到导电通道的作用，配合碳化硅的纳米效应，使得环氧树脂微纳米复合材料具有较高的非线性系数，且耐热性能好。

发明内容

本发明的目的是提供一种环氧树脂基微纳米非线性防晕材料及制备方法，通过在环氧树脂中添加微米针状氧化锌和微米球状碳化硅，使得复合材料有较好的非线性电导特性进而提高其防晕性能。

为实现以上目的，本发明提供了一种环氧树脂基微纳米复合材料，包括环氧树脂（E44）、微米针状氧化锌、纳米球状碳化硅、固化剂组成，其中针状氧化锌占复合材料的比重是2%wt、纳米氧化锌的比重是3%wt、固化剂的比重是40%wt，环氧树脂的比重是55%wt。

优选的，所述微米针状氧化锌由乙二胺和氯化锌等体积溶液反应制得，平均长度为27微米，宽度为2微米。

优选的，所述纳米球状碳化硅的平均直径为35纳米，纯度为99.9%。

优选的，所述固化剂为甲基六氢苯酐（甲基六氢邻苯二甲酸酐），透明液体，酸值为650mgKOH/g，酐基含量2%。

本发明提供了一种上述环氧树脂基微纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将微米针状氧化锌、纳米球状碳化硅分批次加入有环氧树脂中，得到均匀的分散体系；

（2）向步骤（1）中的分散体系中加入固化剂，使用磁力搅拌机继续搅拌，并将其置于真空烘箱中进行脱气处理，得到脱气处理的混合液；

（3）将步骤（2）获得的脱气后的混合液倒入预热好的模具中进行浇注，置于烘箱中进行固化，即得非线性防晕复合材料。

优选的，所述步骤（1）的制备方法中均匀混合的方法具体为：保持80℃的水浴加热，利用磁力搅拌器维持1200r/min高速搅拌，并配合350瓦超声分散，时间为3小时。

优选的，所述步骤（2）具体方法为：向步骤（1）中的分散体系中加入固化剂，高速搅拌30分钟混合均匀，在将其置于真空箱中脱气30分钟，得到脱气处理后的混合液。