一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料及其制备方法，该制备方法包括在硅橡胶原料中加入纳米钛酸锶钡BST粉体填料，进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。本发明专利技术制备方法制备的双非线性复合材料，适用于极不均匀电场环境下工作的绝缘部件，对电场环境具有良好的自适应性，能有效均化电场，抑制局部放电，缓解绝缘介质老化；在低电场强度区域，材料能保持良好的绝缘特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电工材料
，特别是涉及一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
在高压输变电系统中，绝缘是决定系统长期安全可靠运行的最关键问题，随着系统电压等级的升高，绝缘问题的重要性和困难程度越加凸显。特别是在高压输变电系统不均匀电场环境下工作的绝缘设备或部件，例如输电电缆终端、连接处的绝缘部分，特高压直流换流站变压器绝缘套管和各种绝缘子的高压端部分等等，所承受的电场强度要远远高出设备整体电场强度的平均值，甚至达到平均值的数倍，由此会给绝缘材料一系列不利的影响。首先，绝缘材料沿面的气体放电是电力系统事故的主要原因之一，沿面放电现象和介质分界面上的电压分布均匀程度有很大的关系。在相同的外加电场下，介质分界面上的电压分布越不均匀，相应的电场强度峰值就越大，绝缘间隙就越容易发生沿面闪络。为了满足高压输变电系统绝缘安全裕度的要求，单位绝缘间隙距离的击穿电压越低，所需的整体绝缘间隙距离就绝大，相应的制造建设成本和困难就越高。另一方面，对于目前，高压输变线路系统中广泛采用的有机聚合物电介质材料，其老化速度往往更快，程度也更严重(包括局部放电等现象导致的结果)，由此对电力系统的长期安全可靠运行带来更大的威胁。在高压输变线路系统的实际工程应用中，为了改善绝缘设备或部件整体电压分布的均匀程度，缓和局部的高电场强度，已经试验并采用了诸多的技术手段，包括：改变电极形状、在绝缘介质内嵌入了金属起到内屏蔽作用、在绝缘介质内部加多层平行电容极板、在绝缘介质表面或外围布置均压环作为中间点电极、安装并联的均压电容，等等。这些措施对于缓和绝缘设备或部件局部的高压电场强度具有一定效果，但也具有比较明显的局限性；附加的均压元件大大增加了设备制造的复杂度和困难度，而均压效果往往并不能达到比较理想的程度。与均压元件的效果相比，但是并联(或内嵌)均压电容方案往往能够更好的改善绝缘设备或部件整体电压分布的均压程度，但是并联均压电容方案在设计上更加困难，同时引入高压电容器存在容易发生击穿事故的安全隐患，并且在很多场合无法使用并联均压电容的措施。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料及其制备方法，解决高压输变电系统中绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料的制备方法，在硅橡胶原料中加入纳米钛酸锶钡BST粉体填料，进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。进一步地：以生胶、白炭黑、硅氧烷、硬脂酸锌为原料，按适当比例混合；在高温真空环境下充分搅拌混炼后，在混炼胶中加入适量的氢氧化铝、乙烯基三乙氧基硅烷和滑石粉，继续搅拌；将搅拌均匀的混合物和适量的钛酸锶钡粉体填料加入开炼机进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。所述生胶包含甲基乙烯基硅橡胶和乙烯基硅油。所述纳米钛酸锶钡BST为BaxSr1-xTiO3,x＝0.3-0.7，优选x＝0.6。所述纳米钛酸锶钡BST为100～300nm的粉体，优选200nm的粉体。按重量计每100份的生胶，粉体填料的添加量为10-20份。按重量计每100份的生胶，白炭黑的添加量为35份，硅氮烷的添加量为5份，硬脂酸锌的添加量为0.4份。以所述混炼胶的重量计加入氢氧化铝80％，滑石粉10％，而乙烯基三乙氧基硅烷KH-151的添加量为所加BST粉体填料重量的0.2％。一种硅橡胶复合材料，是采用所述的硅橡胶复合材料的制备方法得到的硅橡胶复合材料。一种高压输变电设备，具有绝缘介质，所述绝缘介质为采用所述的硅橡胶复合材料的制备方法得到的硅橡胶复合材料。本专利技术的有益效果：本专利技术提出一种以纳米钛酸锶钡(BST)粉体为填料，具有双重非线性电学性能硅橡胶复合材料的制备方法，能够解决高压输变电系统中绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题，抑制局部高电场强度的作用，缓解绝缘介质在高电场畸变环境下绝缘加速老化的问题，实现对电场分布均匀性的有效控制。本专利技术以纳米钛酸锶钡(BST)粉体为填料，具有双重非线性电学性能硅橡胶复合材料的制备方法，其具体优点包括：在低电场强度下能保持近似未掺杂硅橡胶的电学性能，同时可以保持较低的介电损耗；在中高电场环境下，相比未掺杂填料的硅橡胶复合材料，BST粉体填料掺杂的硅橡胶复合材料而在可以展现较低的电阻率和较高的介电常数；这说明在高电场强度区域，该材料呈现大电容、低电阻的特性，能够起到有效降低电场强度的作用；在低电场强度区域，该材料呈现小电容、高电阻的特性，能够使绝缘部件整体电场分布变得比较均匀的同时，仍然能保持良好的绝缘特性。将该材料应用到存在不均匀电场分布的高压输变电系统设备绝缘部件中，能有效起到均匀电场以及疏散空间电荷的作用。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。专利技术人发现，如果能改变绝缘介质材料自身的性能，使其具备一定的电容特性，从而将拟安装的集中式并联均压电容转化为内嵌于绝缘介质中的分布式微电容，起到同样的改善绝缘设备或部件整体电压分布均压程度的效果，那么高压输变电系统实际工程应用中的各种绝缘设备或部件极有可能出现创新性的改进；电压分布均压程度更好，程度更加简单、尺寸重量更小；相应的制造建设成本和难度降低，而安全可靠性更高。上述方案存在的最大困难在于：由于绝缘设备或部件的整体电压分布的不均匀性，因此承受不同电场强度的绝缘介质，需要内嵌不同容量的分布式微电容，才能实现较为理想的整体均压效果；而实际工程应用中各绝缘设备或部件的情况千差万别，要针对性地设计绝缘介质内分布式微电容的合适容量，并制备出相应的绝缘介质材料，无疑会使该技术方案实现起来更加困难、成本更加高昂。如果能使绝缘介质内嵌的分布式微电容容量具有电压自适应效果，即绝缘介质所处的电场强度越大，内嵌的分布式微电容容量也越大，那么上述技术方案面临的最大困难就可以得到圆满解决。为此，专利技术人研究后提出一种以纳米钛酸锶钡(BST)粉体为填料，具有双重非线性电学性能硅橡胶复合材料的制备方法。在本专利技术的一种实施例中，一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料的制备方法，包括在硅橡胶原料中加入纳米钛酸锶钡BST粉体填料，进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。在优选的实施例中，以生胶、白炭黑、硅氧烷、硬脂酸锌为原料，按适当比例混合；在高温真空环境下充分搅拌混炼后，在混炼胶中加入适量的氢氧化铝、乙烯基三乙氧基硅烷和滑石粉，继续搅拌；将搅拌均匀的混合物和适量的钛酸锶钡粉体填料加入开炼机进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。在更优选的实施例中，所述生胶包含甲基乙烯基硅橡胶和乙烯基硅油。较佳地，采用110甲基乙烯基硅橡胶。在更优选的实施例中，所述纳米钛酸锶钡BST为BaxSr1-xTiO3,x＝0.3-0.7，更优选x＝0.6。在更优选的实施例中，所述纳米钛酸锶钡BST为100～300nm的粉体，更优选200nm的粉体。在更优选的实施例中，按重量计每100份的生胶，粉体填料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，在硅橡胶原料中加入纳米钛酸锶钡BST粉体填料，进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种适合复杂电场的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，在硅橡胶原料中加入纳米钛酸锶钡BST粉体填料，进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。2.如权利要求1所述的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，以生胶、白炭黑、硅氧烷、硬脂酸锌为原料，按适当比例混合；在高温真空环境下充分搅拌混炼后，在混炼胶中加入适量的氢氧化铝、乙烯基三乙氧基硅烷和滑石粉，继续搅拌；将搅拌均匀的混合物和适量的钛酸锶钡粉体填料加入开炼机进行充分混炼，将混合物放入热压模具中热压成型，得到具有双重非线性电学性能的硅橡胶复合材料。3.如权利要求1所述的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述生胶包含甲基乙烯基硅橡胶和乙烯基硅油。4.如权利要求1所述的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米钛酸锶钡BST为BaxSr1-xTiO3,x＝0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王希林，徐笑然，王俊，郭聚一，贾志东，姚有为，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44