一種微放電缺陷光致自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微放電缺陷光致自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法，屬于電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乙烯、硅橡膠、環(huán)氧樹脂等有機(jī)物及其復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于電氣絕緣中，在使用過程中，伴隨著長期老化其內(nèi)部不可避免地會(huì)產(chǎn)生以電樹和水樹為代表的微放電缺陷，這些微缺陷進(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)致材料絕緣破壞，引起絕緣失效和設(shè)備故障。因此，如果能夠使高分子材料具有自修復(fù)的功能，在缺陷發(fā)展初期對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)，即可解決上述問題，顯著延長絕緣介質(zhì)的使用壽命，提高產(chǎn)品的安全性。
[0003]針對(duì)電纜中的微放電缺陷特別是水樹缺陷，早期的修復(fù)技術(shù)主要采用干燥N2、憎水性化合物和硅氧烷三種材料作為修復(fù)介質(zhì)對(duì)絕緣強(qiáng)度下降的電纜進(jìn)行人為修復(fù)以延長電纜的使用壽命。該方法由于需要大量的人工干預(yù)、資源消耗大、效果不佳且對(duì)電樹缺陷效果不明顯等原因并未得到廣泛應(yīng)用。
[0004]2001年，采用微膠囊對(duì)樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行自修復(fù)的概念被首次提出，該方法在復(fù)合材料中埋入裝有修復(fù)液體的微膠囊，當(dāng)材料中產(chǎn)生微缺陷時(shí)，缺陷擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致微膠囊破裂釋放出修復(fù)液體與預(yù)埋在基體中的催化劑接觸而發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)修補(bǔ)缺陷面，從而達(dá)到阻止并修復(fù)缺陷的目的。從原理上，可以將自修復(fù)材料分為兩類:(1)本征自修復(fù)，即本地材料被破壞后，通過熱擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)達(dá)到修復(fù)的目的；(2)非本征自修復(fù)，即本地材料被破壞后，通過外部材料的輸運(yùn)和化學(xué)反應(yīng)達(dá)到自修復(fù)的目的。由于微放電缺陷伴隨著材料化學(xué)性能的破壞，因此本地材料原有的自修復(fù)性能也隨之被破壞，本征自修復(fù)從原理上就無法適用于微放電缺陷自修復(fù)。非本征自修復(fù)通過外部材料的輸運(yùn)來達(dá)到自修復(fù)的目的，有效解決了上述問題，更適用于微放電缺陷自修復(fù)。然而，目前的非本征自修復(fù)體系多為雙組分的微膠囊體系，該體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要將修復(fù)劑和催化劑分別儲(chǔ)存和分散在聚合物中，在發(fā)生微放電缺陷時(shí)很難保證修復(fù)劑在失效前能夠與催化劑相接觸并完成自修復(fù)。
[0005]本申請(qǐng)人提出了一種微放電缺陷自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01410558882.3，該方法采用單組分的微膠囊與基體中的活性官能團(tuán)反應(yīng)達(dá)到微放電缺陷自修復(fù)的目的。然而，該技術(shù)仍然有一些問題:(a)基體中，環(huán)氧樹脂和固化劑的比例為過當(dāng)量，而固化劑的過量會(huì)導(dǎo)致材料整體性能的下降；(b)游離于基體中的活性官能團(tuán)具有較高的反應(yīng)活性，不利于基體材料長期絕緣性能的保持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種微放電缺陷光致自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法，利用皮克林乳液聚合工藝，制備了具有紫外光屏蔽殼并包覆了液態(tài)光敏修復(fù)劑的微膠囊，該液態(tài)修復(fù)劑在微放電缺陷導(dǎo)致微膠囊破裂后能夠通過毛細(xì)作用進(jìn)入缺陷中，并在紫外光的作用下發(fā)生固化反應(yīng)，最終達(dá)到自修復(fù)的目的。
[0007]本發(fā)明提出的適用于微放電缺陷光致自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將光敏樹脂、光敏樹脂活性稀釋劑和光引發(fā)劑均勻混合得到混合物，所述的光敏樹脂在混合物中的質(zhì)量百分比為55%?85%，所述的光敏樹脂活性稀釋劑在混合物中的質(zhì)量百分比為10%?40%，所述的光引發(fā)劑在混合物中的質(zhì)量百分比為3% -5% ;將表面改性的納米二氧化鈦采用超聲處理器分散在去離子水中，得到第一溶液，所述的納米二氧化鈦的質(zhì)量百分比濃度為0.5%?2%;向上述第一溶液中加入聚乙烯醇，得到第二溶液，所述聚乙烯醇的質(zhì)量百分比濃度為0.05%?0.1%;向上述第二溶液中加入上述混合物，以1000-2500r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌乳化，攪拌時(shí)間為20min?40min，形成均勻分散的水包油芯材乳液，所述混合物的加入量為第二溶液質(zhì)量的10?30% ；
[0009](2)將尿素和甲醛按摩爾比1:2配置成溶液，該溶液在70°C、PH = 8?9的堿性條件下磁力攪拌反應(yīng)I小時(shí)，形成水溶性的一羥甲脲和二羥甲脲的預(yù)聚物，向上述預(yù)聚物中加入稀鹽酸調(diào)節(jié)PH值至7，得到第三溶液；將第三溶液加入到步驟(I)的水包油芯材乳液中，并加入固化劑間二苯酚和PH值調(diào)節(jié)劑氯化銨，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %?2 %的稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值至3-4，在50 °C?60°C下反應(yīng)2?3小時(shí)后，去除未反應(yīng)的芯材和壁材，冷卻、洗滌、過篩，自然干燥得到微膠囊；所述的預(yù)聚物與芯材的質(zhì)量比為1: (2?I)，固化劑的加入量為預(yù)聚物的5%?10%，PH值調(diào)節(jié)劑的加入量為預(yù)聚物的5%?10% ；
[0010](3)將步驟⑵得到的微膠囊加入到環(huán)氧樹脂基體中，在300?500r/min的轉(zhuǎn)速下分散10?30min，然后加入固化劑，再在500r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌5min，真空除氣后在磨具中注塑成型，得到微放電缺陷自修復(fù)的電氣絕緣層材料，所述的微膠囊在環(huán)氧樹脂基體中的質(zhì)量百分比為5%?20%，所述的固化劑的加入量與基體環(huán)氧樹脂化學(xué)計(jì)量比為等當(dāng)量。
[0011]本發(fā)明提出的適用于微放電缺陷光致自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法，其優(yōu)點(diǎn)是:
[0012](I)本發(fā)明方法制備的電氣絕緣層材料，由于其中微膠囊制備方法的獨(dú)特性，具有紫外屏蔽功能的殼材料能夠有效的保護(hù)膠囊內(nèi)的光敏修復(fù)劑不被紫外固化，保證了在紫外固化微放電缺陷的同時(shí)不影響微膠囊內(nèi)修復(fù)液的修復(fù)特性，從而保證了該方法的可持續(xù)修復(fù)特性。
[0013](2)本發(fā)明方法制備的電氣絕緣層材料復(fù)合材料，由于采用了與環(huán)氧樹脂兼容的光敏樹脂，無需在環(huán)氧樹脂基材中引入過量的活性基團(tuán)，對(duì)基體的影響較小，因而保證了電氣絕緣層材料的絕緣強(qiáng)度，更加適用于對(duì)基體絕緣性能要求高的場合。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明提出的微放電缺陷光致自修復(fù)的電氣絕緣層材料的制備方法，包括以下步驟:
[0015](I)將光敏樹脂、光敏樹脂活性稀釋劑和光引發(fā)劑均勻混合得到混合物，所述的光敏樹脂在混合物中的質(zhì)量百分比為55%?85%，所述的光敏樹脂活性稀釋劑在混合物中的質(zhì)量百分比為10%?40%，所述的光引發(fā)劑在混合物中的質(zhì)量百分比為3% -5% ;將表面改性的納米二氧化鈦采用超聲處理器分散在去離子水中，得到第一溶液，所述的納米二氧化鈦的質(zhì)量百分比濃度為0.5%?2%;向上述第一溶液中加入聚乙烯醇，得到第二溶液，所述聚乙烯醇的質(zhì)量百分比濃度為0.05%?0.1%;向上述第二溶液中加入上述混合物，以1000-2500r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌乳化，攪拌時(shí)間為20min?40min，形成均勻分散的水包油芯材乳液，所述混合物的加入量為第二溶液質(zhì)量的10?30% ；
[0016](2)將尿素和甲醛按摩爾比1:2配置成溶液，該溶液在70°C、PH = 8?9的堿性條件下磁力攪拌反應(yīng)I小時(shí)，形成水溶性的一羥甲脲和二羥甲脲的預(yù)聚物，向上述預(yù)聚物中加入稀鹽酸調(diào)節(jié)PH值至7，得到第三溶液；將第三溶液加入到步驟(I)的水包油芯材乳液中，并加入固化劑間二苯酚和PH值調(diào)節(jié)劑氯化銨，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %?2 %的稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值至3-4，在50 °C?60°C下反應(yīng)2?3小時(shí)后，去除未反應(yīng)的芯材和壁材，冷卻、洗滌、過篩，自然干燥得到微膠囊；所述的預(yù)聚物與芯材的質(zhì)量比為1: (2?I)，固化劑的加入量為預(yù)聚物的5%?10%，PH值調(diào)節(jié)劑的加入量為預(yù)聚物的5%?10% ；
[0017](3)將步驟⑵得到的微膠囊加入到環(huán)氧樹脂基體中，在300?500r/min的轉(zhuǎn)速下分散10?30min，然后加入固化劑，再在500r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌5min，真空除氣后在磨具中注塑成型，得到微放電缺陷自修復(fù)的電氣絕緣層材料，所述的微膠囊在環(huán)氧樹脂基體中的質(zhì)量百分比為5%?20%，所述的固化劑的加入量與基體環(huán)氧樹脂化學(xué)計(jì)量比為等當(dāng)量。
[0018]上述制備方法，表面改性的納米二氧化鈦為油性納米二氧化鈦，與水的接觸角在130°?160°，納米顆粒的顆粒直徑在20?lOOnm。
[0019]上述制備方法中的環(huán)氧樹脂，為具有良好電氣絕緣性能的環(huán)氧樹脂，具體為雙酚A型環(huán)氧樹脂E?51、EPON 828或E?44。