[发明专利]一种新型绝缘材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型富纳米孔柔性桥联倍半硅氧烷超电绝缘体、制备方法及其应用。所述的新型绝缘材料具有无定型的富纳米孔结构，形成富纳米孔柔性桥联倍半硅氧烷超电绝缘体。其制备方法为：3‑氨丙基三乙氧基矽烷、对苯二甲醛及无水乙醇按照一定比例混合，形成硅溶胶溶液，醋酸调节样品孔径，然后将溶胶倒入模具中，加热后得到湿凝胶；采用多次置换法置换湿凝胶中的溶剂；最后经过梯度升温常压干燥后制成富纳米孔柔性桥联倍半硅氧烷超电绝缘体。本发明的生成的富纳米孔柔性桥联倍半硅氧烷超电绝缘体相比于普通陶瓷纤维绝缘纸其介电性能显著增强，同时其交流击穿场强均显著提升。随着孔径的减小，复合介质击穿电压提高。

技术领域

本发明属于绝缘材料制备技术领域，具体涉及一种新型绝缘材料、制备方法及其应用。

背景技术

绝缘材料广泛应用于电力、航空航天、轨道交通等各个行业和领域，是电气与电子工业的重要基石。电力装备的不断发展与改进对绝缘材料的性能提高提出了极为严苛的要求，研发高性能绝缘材料对于电气装备的小型化、低成本以及安全运行具有重要意义。纳米复合技术被认为是提高介质绝缘性能的重要手段，现阶段，材料的宏观性能通常被认为与其结构尺度有密切关联，纳米复合技术仅仅利用纳米颗粒的界面效应发挥效能，未能从结构尺度的角度调控材料的宏观性能，因此其效果有限，会带来诸如介电损耗高、纳米颗粒的长期稳定性及分散均匀性欠佳等问题，这些问题严重制约了其工业化应用。

发明内容

基于现有技术中存在的技术问题，本发明方法绕开传统纳米复合技术路线，通过溶胶-凝胶法构筑了富有一维纳元胞结构的富纳米孔桥联倍半硅氧烷超电绝缘体，并对其多性能参数与构效关联机制开展了系统的试验研究和理论分析。研究结果表明，所构筑的胞元富纳米孔结构可大幅提升材料的击穿场强，随着孔径的减小，击穿场强逐渐增大。

通过在基体内构筑富纳米孔结构可一定程度上降低材料的相对介电常数、介质损耗。在50Hz测量频率下，相比于普通陶瓷纤维绝缘纸，富纳米孔桥联倍半硅氧烷超电绝缘体的相对介电常数下降10.36％，介质损耗也有一定下降。这有利于缓解绝缘热老化的问题，提高绝缘可靠性。

本发明方法提供一种新型绝缘材料及其制备方法和应用。

本发明的第一个目的是提供一种富纳米孔柔性桥联倍半硅氧烷超电绝缘体的制备方法，所述包括以下步骤：

S1、前驱体的制备：将3-氨丙基三乙氧基硅烷、对苯二甲醛及无水乙醇以摩尔比1～5：0.1～5：70～90的比例混合后进行超声分散60～90分钟，得到前驱体；

S2、前驱体的水解：为了对材料的孔结构进行调控，分别向S1制备的前驱体中先加入醋酸，之后再加入去离子水，再次超声分散120～150分钟使前驱体充分水解，得到前驱体硅溶胶；

S3、湿凝胶的制备：将S2得到的前驱体硅溶胶置入圆形模具中，并置于50～70℃的环境中，当混合体系不流动时，即达到凝胶点，获得湿凝胶；

S4、湿凝胶的老化：用无水乙醇浸泡S3所得湿凝胶，待湿凝胶变透明后，弃去反应后的无水乙醇，获得初步老化的湿凝胶；

S5、采用多次置换法置换湿凝胶中的溶剂：采用无水乙醇多次对S4获得的老化的湿凝胶进行溶剂置换，获得置换后的湿凝胶；本步骤采用无水乙醇对S4获得的老化的湿凝胶进行溶剂置换以此来降低凝胶的表面张力；

S6、湿凝胶干燥：将S5获得的湿凝胶置于电热鼓风干燥箱中，常压梯度升温干燥制成富纳米孔柔性桥联倍半硅氧烷超电绝缘体。

进一步的，S1中，3-氨丙基三乙氧基硅烷、对苯二甲醛和无水乙醇的摩尔为2：1：80。

进一步的，S2中，前驱体、醋酸和水的质量体积比为20～40g：0.1～1mL：0.5～1.5mL；

优选：S2中，前驱体、醋酸和水的质量体积比为25～35g：0.1～0.4mL：0.5～1.5mL。