一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法，包括以下步骤：称取MMT，分散于去离子水中，形成质量浓度为1wt%的悬浮液；S2.向步骤S1制备的悬浊液中加入PVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的40wt%‑60wt%，溶液中总固体质量分数为1wt%‑2wt%；S3.待PVA完全溶解后加入交联剂GA，恒温下超声15‑30min，形成PVA/MMT分散系；S4.环氧树脂绝缘子在等离子体中处理4‑8分钟；S5.环氧树脂绝缘子垂直浸没到浸渍液PVA/MMT分散系当中，形成PVA/MMT二维纳米涂层，涂层具有特殊的纳米量级层状结构，可以使环氧树脂绝缘子表面陷阱能级从1.02 eV左右降为0.86 eV左右，有助于载流子沿着这些平行排列的有机硅酸盐晶体片层表面疏散；可以降低绝缘子表面电荷积聚，使得直流闪络电压提高20%左右。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法
本专利技术涉及绝缘
，具体来说，涉及一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法。
技术介绍
直流电压下，绝缘子表面电荷积聚问题是导致绝缘子沿面闪络电压下降的原因，所以需要解决电荷积聚问题。目前，研究者提出的用于抑制表面电荷积聚的材料改性方法主要有两种，一种是表面氟化处理，一种是等离子体处理。表面氟化处理是利用氟气的强氧化性，对绝缘材料表面进行直接的氟化反应，形成与基体有机结合的牢固的碳-氟（C-F）表层，通过改变材料表面的物理和化学结构，来提高绝缘子的表面电导率，达到促进电荷消散，抑制电荷积聚的目的。其显著的缺点有三个：一是氟气氟是剧毒性气体，能刺激眼、皮肤、呼吸道粘膜，在工业生产应用中需要特殊的防护设施，对氟气的贮存运输等都需要特殊防护，增加了成本；二是氟气不但与绝缘子（环氧树脂材料）进行反应，还会与金属反应，腐蚀金属，因此在处理中难免会与绝缘子的法兰和嵌件发生反应，对其进行腐蚀；三是这种化学处理方法改变了绝缘子表面的化学成分，会加速绝缘子表面的老化，其长期稳定性仍待考察。等离子体处理是采用介质阻挡放电形式或大气压等离子体射流形式，用低温等离子体对绝缘材料表面进行改性，主要是改变物理形貌（粗糙度），也可以加入一些其它气体参与化学反应，形成镀层。其缺点有两个：一是无论哪种放电形式，都需要特殊的电极结构。比如DBD放电，正负电极只能呈平板状，绝缘子放在它们之间，被处理的绝缘子只能是平板；比如APPJ，放电是射流状，只能处理很小的面积。二是无论哪种放电形式，很难做到均匀放电、均匀处理。因此，该概念根本无法满足大规模工业应用的要求。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法，能够解决上述技术问题。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种纳米涂层浸渍液制备方法，包括以下步骤：S1.称取MMT，分散于去离子水中，形成质量浓度为1wt%的悬浮液，然后高速搅拌5-10min，并采用超声处理15-30min；S2.向步骤S1制备的悬浊液中加入PVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的40wt%-60wt%，溶液中总固体质量分数为1wt%-2wt%，将混合物置于水浴中，边搅拌边升温至90℃，并再次超声分散15-30min；S3.待PVA完全溶解后加入交联剂GA，使GA摩尔数与PVA链上羟基的摩尔总数之比为1:20，并加入交联反应的催化剂HCl，其催化剂HCl摩尔数与GA的摩尔数之比为1:5，恒温下超声15-30min，形成均一透明的纳米涂层浸渍液PVA/MMT分散系。进一步地，步骤S2所述向步骤S1制备的悬浊液中加入PVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的50wt%。根据纳米涂层浸渍液制备方法制备得的纳米涂层浸渍液。纳米涂层浸渍液在抑制环氧树脂表面电荷积聚中的应用。利用纳米涂层浸渍液制备纳米涂层的方法，包括以下步骤：S1.环氧树脂绝缘子在等离子体中处理4-8分钟，去除表面杂质并提高基体表面的亲水性；S2.环氧树脂绝缘子垂直浸没到浸渍液PVA/MMT分散系当中，保持60s-120s后取出，垂直放置在60℃的恒温箱中1-2h，形成具有高度取向性的层叠状PVA/MMT二维纳米涂层；S3.待绝缘子表面涂层干燥后，将环氧树脂绝缘子的浸渍方向上下翻转，再重复步骤S2的浸渍过程，重复若干次，得到涂层厚度均匀的抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层。进一步地，步骤S3所述涂有所述纳米涂层的环氧树脂绝缘子表面陷阱能级为0.86eV。进一步地，步骤S3得到的涂层厚度为200-100nm。利用纳米涂层浸渍液制备纳米涂层的方法制备得的纳米涂层。本专利技术的有益效果：通过采用PVA/MMT分散系溶液对绝缘子进行浸渍形成二维纳米涂层，操作简便，效率高，制备一次PVA/MMT分散系溶液，可以对多个绝缘子进行浸渍，涂层具有特殊的纳米量级层状结构，可以使环氧树脂绝缘子表面陷阱能级从1.02eV左右降为0.86eV左右，有助于载流子沿着这些平行排列的有机硅酸盐晶体片层表面疏散，使得载流子在切向的迁移变得容易；可以降低绝缘子表面电荷积聚，使得直流闪络电压提高20%左右。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是实施例4中PVA/MMT涂层及相关材料的XRD谱图；图2是实施例4中PVA/MMT涂层的TEM图；图3是实施例4中PVA/MMT涂层的SEM图；图4是实施例4中涂覆了PVA/MMT纳米涂层的环氧树脂材料表面电子陷阱能级分布图；图5是实施例4中涂覆了PVA/MMT纳米涂层的环氧树脂材料表面空穴陷阱能级分布图；图6是实施例4的威布尔分布图；图7是根据本专利技术实施例所述的利用纳米涂层浸渍液制备纳米涂层的工艺流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。原材料：蒙脱土（MMT），又称又称胶岭石、微晶高岭石，是一种天然的具有二维层状结构的硅酸盐类粘土矿石，其硅酸盐片层是由硅氧四面体和铝氧羟基八面体以2:1的比例形成的晶体结构，MMT的硅酸盐片层是在范德华力、氢键以及偶极矩的综合作用下形成的，其单一片层的长宽尺寸可达几百纳米，而厚度仅为1nm。本专利技术所述的实施例中所用的MMT由美国BYKAdditives公司提供。聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性树脂，具有优异的化学稳定性、热稳定性、电绝缘性、粘结性、透光性和力学性能等，本专利技术所述的实施例中所用的PVA平均分子量67000，由日本Kuraray公司提供。交联反应的催化剂HCl，质量分数为37%，本专利技术所述的实施例中所用的HCl，由美国Sigma-Aldrich公司提供。戊二醛（GA），质量分数为50%，由美国Sigma-Aldrich公司提供；实施例1：一种纳米涂层浸渍液制备方法，包括以下步骤：S1.称取MMT10g，分散于990g去离子水中，形成质量浓度为1wt%的悬浮液，然后高速搅拌5min，并采用超声处理15min；S2.向步骤S1制备的悬浊液中加入6.67gPVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的40wt%，溶液中总固体质量分数为1wt%，将混合物置于水浴中，边搅拌边升温至90℃，并再次超声分散15min；S3.待PVA完全溶解后加入0.76g交联剂GA，使GA摩尔数与PVA链上羟基的摩尔总数之比为1:20，并加入交联反应的催化剂HCl0.06g，其催化剂HCl摩尔数与GA的摩尔数之比为1:5，恒温下超声15min，形成均一透明的纳米涂层浸渍液PVA/MMT分散系。实施例2：S1.称取MMT10g，分散于990g去离子水中，形成质量浓度为1wt%的悬浮液，然后高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米涂层浸渍液制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 称取MMT，分散于去离子水中，形成质量浓度为1wt%的悬浮液，然后高速搅拌5‑10 min，并采用超声处理15‑30 min；S2. 向步骤S1制备的悬浊液中加入PVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的40wt%‑60wt%，溶液中总固体质量分数为1wt%‑2wt%，将混合物置于水浴中，边搅拌边升温至90 ℃，并再次超声分散15‑30min；S3. 待PVA完全溶解后加入交联剂GA，使GA摩尔数与PVA链上羟基的摩尔总数之比为1:20，并加入交联反应的催化剂HCl，其催化剂HCl摩尔数与GA的摩尔数之比为1:5，恒温下超声15‑30min，形成均一透明的纳米涂层浸渍液PVA/MMT分散系。

【技术特征摘要】
1.一种纳米涂层浸渍液制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.称取MMT，分散于去离子水中，形成质量浓度为1wt%的悬浮液，然后高速搅拌5-10min，并采用超声处理15-30min；S2.向步骤S1制备的悬浊液中加入PVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的40wt%-60wt%，溶液中总固体质量分数为1wt%-2wt%，将混合物置于水浴中，边搅拌边升温至90℃，并再次超声分散15-30min；S3.待PVA完全溶解后加入交联剂GA，使GA摩尔数与PVA链上羟基的摩尔总数之比为1:20，并加入交联反应的催化剂HCl，其催化剂HCl摩尔数与GA的摩尔数之比为1:5，恒温下超声15-30min，形成均一透明的纳米涂层浸渍液PVA/MMT分散系。2.根据权利要求1所述一种纳米涂层浸渍液制备方法，其特征在于，步骤S2所述向步骤S1制备的悬浊液中加入PVA和去离子水，使PVA质量占PVA和MMT总固体质量的50wt%。3.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博雅，侯易岑，张贵新，
申请(专利权)人：西安交通大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61