一種提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法與流程

2023-10-17 09:18:34 4

本發明屬於工程電介質與電氣工程技術領域，具體的為提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法。

背景技術：

沿面閃絡是指固體絕緣介質周圍的氣體或液體電介質被擊穿時，沿固體絕緣介質表面放電的現象，其放電時的電壓稱為閃絡電壓。發生閃絡後，電極間的電壓迅速下降到零或接近於零。閃絡通道中的火花或電弧使絕緣表面局部過熱造成炭化，降低表面絕緣性能。沿面閃絡作為現代高壓電氣設備中影響和限制設備整體絕緣強度的一個非常重要的因素，其閃絡電壓的大小與施加電壓波形、氣壓或者液體絕緣介質的種類及固體絕緣介質，特別是其表面狀態有著直接的關係。

目前，環氧樹脂憑藉著其優異的介電性能、機械性能以及耐酸鹼腐蝕性能，已成為了現代高壓電氣設備中一種不可或缺的材料。然而常規的環氧樹脂存在著表面易積聚電荷的問題，特別是在高壓直流領域中，這使得環氧樹脂相較於其他材料更容易發生沿面閃絡，導致其表面絕緣性能遭到破壞，並引發一系列安全事故。

技術實現要素：

有鑑於此，為了克服現有技術中存在的不足，本發明的目的在於提供一種提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法，包括如下步驟：

1)納米複合：在環氧樹脂固化加工成型過程中添加al2o3納米顆粒進行納米複合處理，得到環氧樹脂樣品；

2)清洗乾燥：將成型的環氧樹脂樣品清洗後乾燥；

3)表面氟化：將步驟2)中經清洗乾燥後的環氧樹脂樣品進行表面氟化處理，並在環氧樹脂樣品表面形成氟化層。

進一步，所述步驟1)中，對環氧樹脂進行納米複合處理的方法為：將環氧樹脂、固化劑與催化劑按比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的參數為：溫度50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min；

而後在得到的第一混合液中按比例加入al2o3納米顆粒與偶聯劑，繼續在磁力攪拌器上加熱攪拌，得到第二混合液，且加熱攪拌的參數為：50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min；

加熱攪拌完成後將第二混合液置入超聲波振蕩器中進行超聲攪拌，攪拌時間為5-240min；最後經真空脫氣和加熱固化工序加工成型。

進一步，所述環氧樹脂、固化劑、催化劑、al2o3納米顆粒和偶聯劑的重量份配比為：環氧樹脂100份；固化劑80-90份；催化劑1-2份；al2o3納米顆粒0.1-5份；偶聯劑0.1-2份。

進一步，所述步驟2)中，首先將成型後的環氧樹脂樣品用無水乙醇和去離子水交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，最後再用去離子水進行衝洗；洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50-120℃，時間1-48h。

進一步，對環氧樹脂樣品進行表面氟化處理的方法為：將清洗乾燥後的環氧樹脂樣品放入反應釜中進行表面氟化處理，表面氟化處理的條件為：採用惰性氣體與氟氣組成的混合氣體或氮氣與氟氣組成的混合氣體進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為1-50％，氟化溫度為20-80℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1-1bar，氟化時間為5-240min。

本發明的有益效果在於：

本發明提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法，採用表面修飾的方法，在材料表面形成氟化層，可以提升成品的表面電導率，抑制表面電荷的積累，而納米複合則能在一定程度上增加樣品的表面粗糙度，在兩種改性技術的綜合作用下，樣品的沿面閃絡強度得到了提升；且本發明提供的技術方案具有實現簡單、所需要的工具成本低、具有很好的實用性、不需要特殊的設備和特殊的處理條件、採用簡單機械設備即可實現和可重複性強的優點。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為原子力顯微鏡觀察到的經本發明方法處理後的環氧樹脂樣品的三維表面形貌；

圖2為傅氏轉換紅外線光譜分析儀測量的經本發明方法處理前後的環氧樹脂樣品表面的紅外圖譜；

其中，圖1中為氟化60min後環氧樹脂樣品的三維表面形貌圖；

圖2中的wavenumber(cm-1)表示紅外圖譜的波數；absorptivity(a.u.)表示紅外圖譜吸收率；f0為未經氟化處理的環氧樹脂樣品；f60為經氟化處理60min後環氧樹脂樣品。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

實施例1

本實施例的提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法，包括如下步驟：

1)成型：在環氧樹脂固化加工成型過程中添加al2o3納米顆粒進行納米複合處理，得到環氧樹脂樣品。具體的，環氧樹脂固化加工成型的方法為：將環氧樹脂、固化劑與催化劑按比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的參數為：溫度50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min。其中，環氧樹脂、固化劑與催化劑的重量份配比為：環氧樹脂100份；固化劑80-90份；催化劑1-2份。

而後在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3納米顆粒與0.1-2偶聯劑，繼續在磁力攪拌器上加熱攪拌，得到第二混合液，且加熱攪拌的參數為：50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min；

加熱攪拌完成後將第二混合液置入超聲波振蕩器中進行超聲攪拌，攪拌時間為5-240min；最後經真空脫氣和加熱固化工序加工成型得到環氧樹脂樣品。

本實施例將環氧樹脂100份、固化劑85份、催化劑2份的重量比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的條件為溫度70℃，轉速1000r/min，攪拌30min。

隨後向第一混合液中加入3份al2o3納米顆粒與2份偶聯劑，並繼續利用磁力攪拌器攪拌，得到第二混合液，加熱攪拌的條件為溫度70℃，轉速1000r/min，攪拌30min。再利用超聲波振蕩器繼續攪拌第二混合液15min。隨後將第二混合液於真空乾燥箱中真空脫氣15min，再將混合液倒入厚度為2mm的模具中，並放入電鼓風乾燥箱中於90℃固化4h後，再升溫至110℃固化4h；最後在常溫中冷卻成型後，脫模保存，得到環氧樹脂樣品。

2)清洗乾燥：將成型的環氧樹脂樣品清洗後乾燥。具體的，首先將成型後的環氧樹脂樣品用無水乙醇和去離子水交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，最後再用去離子水進行衝洗；洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50-120℃，時間1-48h。

本實施例成型的環氧樹脂樣品分別用無水乙醇和去離子水進行交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，再用去離子水進行衝洗，洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度60℃，時間8小時。

3)表面氟化：將步驟2)中經清洗乾燥後的環氧樹脂樣品進行表面氟化處理，並在環氧樹脂樣品表面形成氟化層。對環氧樹脂樣品進行表面氟化處理的方法為：將清洗乾燥後的環氧樹脂樣品放入反應釜中進行表面氟化處理，表面氟化處理的條件為：採用惰性氣體和氟氣組成的混合氣體或氮氣與氟氣組成的混合氣體進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為1-50％，氟化溫度為20-80℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1-1bar，氟化時間為5-240min。

本實施例將洗淨乾燥後的環氧樹脂樣品放入不鏽鋼反應釜中，將反應釜抽真空，再衝入氮氣，重複三次以排除氧氣等對氟化反應的幹擾，而後在反應釜內衝入氟氣與氮氣的混合氣體，混合氣體中的氟氣的體積濃度為20％，氟化溫度為55℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.5bar，氟化時間為60min，氟化後的樣品進行清洗和乾燥，可以借鑑步驟2)中的方法。

在常溫下、空氣氣氛中，測量試樣的沿面閃絡強度，採用指型電極，將指型電極緊貼於樣品表面，電極之間的間隙為10mm。隨後在電極之間施加幅值為-24kv，升壓速度為-200v/s的負極性線性直流電壓，並利用示波器記錄電極之間的電壓，當電極之間發生沿面閃絡時，取此時的電壓為這次測量的閃絡電壓。每組樣品重複測量10次，取其平均值作為樣品的最終閃絡電壓。測得的本發明方法處理前後樣品的沿面閃絡電壓如表1所示，從表中可以看出，該處理方式明顯提升了環氧樹脂樣品的沿面閃絡強度。

表1本發明所測得的空氣中還行前後環氧樹脂樣品直流閃絡電壓

實施例2

本實施例的提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法，包括如下步驟：

1)成型：在環氧樹脂固化加工成型過程中添加al2o3納米顆粒進行納米複合處理，得到環氧樹脂樣品。具體的，環氧樹脂固化加工成型的方法為：將環氧樹脂、固化劑與催化劑按比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的參數為：溫度50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min。其中，環氧樹脂、固化劑與催化劑的重量份配比為：環氧樹脂100份；固化劑80-90份；催化劑1-2份。

而後在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3納米顆粒與0.1-2偶聯劑，繼續在磁力攪拌器上加熱攪拌，得到第二混合液，且加熱攪拌的參數為：50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min；

加熱攪拌完成後將第二混合液置入超聲波振蕩器中進行超聲攪拌，攪拌時間為5-240min；最後經真空脫氣和加熱固化工序加工成型得到環氧樹脂樣品。

本實施例將環氧樹脂100份、固化劑80份、催化劑1份的重量比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的條件為溫度50℃，轉速1500r/min，攪拌5min。

隨後向第一混合液中加入0.1份al2o3納米顆粒與0.1份偶聯劑，並繼續利用磁力攪拌器攪拌，得到第二混合液，加熱攪拌的條件為溫度50℃，轉速1500r/min，攪拌5min。再利用超聲波振蕩器繼續攪拌第二混合液5min。隨後將第二混合液於真空乾燥箱中真空脫氣15min，再將混合液倒入厚度為2mm的模具中，並放入電鼓風乾燥箱中於90℃固化4h後，再升溫至110℃固化4h；最後在常溫中冷卻成型後，脫模保存，得到環氧樹脂樣品。

2)清洗乾燥：將成型的環氧樹脂樣品清洗後乾燥。具體的，首先將成型後的環氧樹脂樣品用無水乙醇和去離子水交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，最後再用去離子水進行衝洗；洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50-120℃，時間1-48h。

本實施例成型的環氧樹脂樣品分別用無水乙醇和去離子水進行交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，再用去離子水進行衝洗，洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度120℃，時間1小時。

3)表面氟化：將步驟2)中經清洗乾燥後的環氧樹脂樣品進行表面氟化處理，並在環氧樹脂樣品表面形成氟化層。對環氧樹脂樣品進行表面氟化處理的方法為：將清洗乾燥後的環氧樹脂樣品放入反應釜中進行表面氟化處理，表面氟化處理的條件為：採用惰性氣體和氟氣組成的混合氣體或氮氣與氟氣組成的混合氣體進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為1-50％，氟化溫度為20-80℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1-1bar，氟化時間為5-240min。

本實施例將洗淨乾燥後的環氧樹脂樣品放入不鏽鋼反應釜中，將反應釜抽真空，再衝入氮氣，重複三次以排除氧氣等對氟化反應的幹擾，而後在反應釜內衝入氟氣與氮氣的混合氣體，混合氣體中的氟氣的體積濃度為1％，氟化溫度為80℃，反應釜中混合氣體的氣壓為1bar，氟化時間為240min，氟化後的樣品進行清洗和乾燥，可以借鑑步驟2)中的方法。

在常溫下、空氣氣氛中，測量試樣的沿面閃絡強度，採用指型電極，將指型電極緊貼於樣品表面，電極之間的間隙為10mm。隨後在電極之間施加幅值為-24kv，升壓速度為-200v/s的負極性線性直流電壓，並利用示波器記錄電極之間的電壓，當電極之間發生沿面閃絡時，取此時的電壓為這次測量的閃絡電壓。每組樣品重複測量10次，取其平均值作為樣品的最終閃絡電壓。經測驗，本實施例的方法明顯提升了環氧樹脂樣品的沿面閃絡強度。

實施例3

本實施例的提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法，包括如下步驟：

1)成型：在環氧樹脂固化加工成型過程中添加al2o3納米顆粒進行納米複合處理，得到環氧樹脂樣品。具體的，環氧樹脂固化加工成型的方法為：將環氧樹脂、固化劑與催化劑按比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的參數為：溫度50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min。其中，環氧樹脂、固化劑與催化劑的重量份配比為：環氧樹脂100份；固化劑80-90份；催化劑1-2份。

而後在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3納米顆粒與0.1-2偶聯劑，繼續在磁力攪拌器上加熱攪拌，得到第二混合液，且加熱攪拌的參數為：50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min；

加熱攪拌完成後將第二混合液置入超聲波振蕩器中進行超聲攪拌，攪拌時間為5-240min；最後經真空脫氣和加熱固化工序加工成型得到環氧樹脂樣品。

本實施例將環氧樹脂100份、固化劑90份、催化劑1.5份的重量比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的條件為溫度100℃，轉速500r/min，攪拌100min。

隨後向第一混合液中加入5份al2o3納米顆粒與0.5份偶聯劑，並繼續利用磁力攪拌器攪拌，得到第二混合液，加熱攪拌的條件為溫度100℃，轉速500r/min，攪拌100min。再利用超聲波振蕩器繼續攪拌第二混合液240min。隨後將第二混合液於真空乾燥箱中真空脫氣15min，再將混合液倒入厚度為2mm的模具中，並放入電鼓風乾燥箱中於90℃固化4h後，再升溫至110℃固化4h；最後在常溫中冷卻成型後，脫模保存，得到環氧樹脂樣品。

2)清洗乾燥：將成型的環氧樹脂樣品清洗後乾燥。具體的，首先將成型後的環氧樹脂樣品用無水乙醇和去離子水交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，最後再用去離子水進行衝洗；洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50-120℃，時間1-48h。

本實施例成型的環氧樹脂樣品分別用無水乙醇和去離子水進行交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，再用去離子水進行衝洗，洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50℃，時間48小時。

3)表面氟化：將步驟2)中經清洗乾燥後的環氧樹脂樣品進行表面氟化處理，並在環氧樹脂樣品表面形成氟化層。對環氧樹脂樣品進行表面氟化處理的方法為：將清洗乾燥後的環氧樹脂樣品放入反應釜中進行表面氟化處理，表面氟化處理的條件為：採用惰性氣體和氟氣組成的混合氣體或氮氣與氟氣組成的混合氣體進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為1-50％，氟化溫度為20-80℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1-1bar，氟化時間為5-240min。

本實施例將洗淨乾燥後的環氧樹脂樣品放入不鏽鋼反應釜中，將反應釜抽真空，再衝入氮氣，重複三次以排除氧氣等對氟化反應的幹擾，而後在反應釜內衝入氟氣與氮氣的混合氣體，混合氣體中的氟氣的體積濃度為50％，氟化溫度為20℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1bar，氟化時間為5min，氟化後的樣品進行清洗和乾燥，可以借鑑步驟2)中的方法。

在常溫下、空氣氣氛中，測量試樣的沿面閃絡強度，採用指型電極，將指型電極緊貼於樣品表面，電極之間的間隙為10mm。隨後在電極之間施加幅值為-24kv，升壓速度為-200v/s的負極性線性直流電壓，並利用示波器記錄電極之間的電壓，當電極之間發生沿面閃絡時，取此時的電壓為這次測量的閃絡電壓。每組樣品重複測量10次，取其平均值作為樣品的最終閃絡電壓。經測驗，本實施例的方法明顯提升了環氧樹脂樣品的沿面閃絡強度。

實施例4

本實施例的提升環氧樹脂沿面閃絡強度的方法，包括如下步驟：

1)成型：在環氧樹脂固化加工成型過程中添加al2o3納米顆粒進行納米複合處理，得到環氧樹脂樣品。具體的，環氧樹脂固化加工成型的方法為：將環氧樹脂、固化劑與催化劑按比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的參數為：溫度50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min。其中，環氧樹脂、固化劑與催化劑的重量份配比為：環氧樹脂100份；固化劑80-90份；催化劑1-2份。

而後在得到的第一混合液中按比例加入0.1-5份al2o3納米顆粒與0.1-2偶聯劑，繼續在磁力攪拌器上加熱攪拌，得到第二混合液，且加熱攪拌的參數為：50-100℃，轉速500-1500r/min，攪拌時間5-180min；

加熱攪拌完成後將第二混合液置入超聲波振蕩器中進行超聲攪拌，攪拌時間為5-240min；最後經真空脫氣和加熱固化工序加工成型得到環氧樹脂樣品。

本實施例將環氧樹脂100份、固化劑87份、催化劑1.5份的重量比例置於容器中，並在容器內放入磁力攪拌子後置於加熱磁力攪拌器上進行加熱攪拌，得到第一混合液，且加熱攪拌的條件為溫度90℃，轉速800r/min，攪拌180min。

隨後向第一混合液中加入1份al2o3納米顆粒與1份偶聯劑，並繼續利用磁力攪拌器攪拌，得到第二混合液，加熱攪拌的條件為溫度90℃，轉速800r/min，攪拌180min。再利用超聲波振蕩器繼續攪拌第二混合液180min。隨後將第二混合液於真空乾燥箱中真空脫氣15min，再將混合液倒入厚度為2mm的模具中，並放入電鼓風乾燥箱中於90℃固化4h後，再升溫至110℃固化4h；最後在常溫中冷卻成型後，脫模保存，得到環氧樹脂樣品。

2)清洗乾燥：將成型的環氧樹脂樣品清洗後乾燥。具體的，首先將成型後的環氧樹脂樣品用無水乙醇和去離子水交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，最後再用去離子水進行衝洗；洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50-120℃，時間1-48h。

本實施例成型的環氧樹脂樣品分別用無水乙醇和去離子水進行交替清洗，然後使用超聲清洗器進行清洗，再用去離子水進行衝洗，洗淨後的環氧樹脂樣品置於真空乾燥箱中進行乾燥，乾燥條件為：溫度50℃，時間48小時。

3)表面氟化：將步驟2)中經清洗乾燥後的環氧樹脂樣品進行表面氟化處理，並在環氧樹脂樣品表面形成氟化層。對環氧樹脂樣品進行表面氟化處理的方法為：將清洗乾燥後的環氧樹脂樣品放入反應釜中進行表面氟化處理，表面氟化處理的條件為：採用惰性氣體和氟氣組成的混合氣體或氮氣與氟氣組成的混合氣體進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為1-50％，氟化溫度為20-80℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1-1bar，氟化時間為5-240min。

本實施例將洗淨乾燥後的環氧樹脂樣品放入不鏽鋼反應釜中，將反應釜抽真空，再衝入氮氣，重複三次以排除氧氣等對氟化反應的幹擾，而後在反應釜內衝入氟氣與氮氣的混合氣體，混合氣體中的氟氣的體積濃度為50％，氟化溫度為20℃，反應釜中混合氣體的氣壓為0.1bar，氟化時間為65min，氟化後的樣品進行清洗和乾燥，可以借鑑步驟2)中的方法。

在常溫下、空氣氣氛中，測量試樣的沿面閃絡強度，採用指型電極，將指型電極緊貼於樣品表面，電極之間的間隙為10mm。隨後在電極之間施加幅值為-24kv，升壓速度為-200v/s的負極性線性直流電壓，並利用示波器記錄電極之間的電壓，當電極之間發生沿面閃絡時，取此時的電壓為這次測量的閃絡電壓。每組樣品重複測量10次，取其平均值作為樣品的最終閃絡電壓。經測驗，本實施例的方法明顯提升了環氧樹脂樣品的沿面閃絡強度。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。