可提高沿面闪络电压的真空绝缘子涂层及制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种可提高沿面闪络电压的真空绝缘子涂层及制备工艺。涂层由环氧树脂、氢氧化铝、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂组成；制备工艺包括配料、烘干、抽真空、搅拌、升温固化、冷却脱模步骤；用本发明专利技术工艺制备的涂层经测试，与常用材料，尼龙，有机玻璃，纯环氧树脂相比，老练闪络电压上有一定程度的提高，与真空绝缘子本体材料相比，具有更高的沿面闪络电压值，同时具有耐电弧烧灼的能力，可以抗树枝化放电，经历多次闪络放电以后，绝缘性能不下降，机械性能良好，易加工制作，与本体材料附着力强，不易剥落，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于真空高压绝缘
，涉及一种可提高沿面闪络电压的真空绝缘子涂层及制备工艺。
技术介绍
绝缘子在各种电力设备和许多现代真空器件中被大量采用，同时也在大型尖端设备中得到应用，如X射线管，高功率微波管，粒子加速器等，起到高压绝缘，真空密封和支持固定的作用。在真空中应用绝缘子，存在着一个特殊现象当在一个真空间隙中加入一个绝缘子支撑后，该绝缘体系在一个较低的电压下被击穿，发生在绝缘子的表面，这种现象称为绝缘子的沿面闪络击穿。也就是说，绝缘子的表面耐电压强度远低于同尺寸的真空间隙和绝缘子体的耐电压强度。沿面闪络现象严重影响了系统的耐电压性能和可靠性。例如，真空的临界击穿场强约为35KV/mm，氧化铝陶瓷约为40KV/mm，而真空-氧化铝系统的沿面闪络通常在几KV/mm的电场下就会发生。据报道，美国斯坦福大学线形加速器中心的调速管，美国能源部的加速器，俄罗斯国家核物理实验室的高功率脉冲发生器以及日本高能物理国家实验室的加速器都曾发生过由于真空中绝缘子沿面闪络而引发的严重事故。由于真空中绝缘子沿面闪络现象严重影响了电真空器件的耐电压性能和工作可靠性，制约了真空绝缘系统电气强度的提高，因此，从60年代开始，美国、日本、法国的科学家投入了大量精力和经费对这一现象进行了研究，企图弄清楚真空中绝缘子沿面闪络现象的形成机理以及影响因素，同时寻求防止绝缘子沿面闪络、提高沿面闪络电压的方法。但是到目前为止，还没有一种假说能够完美地解释真空中绝缘子沿面闪络的所有实验现象，目前的研究，主要集中在了两个方面，沿面闪络的物理机制和提高闪络电压的方法。为了提高真空绝缘子的耐电压等级，国内外的学者做了大量的工作，比如屏蔽交界区，改变绝缘子形状和电极结构设计以降低交界区的电场，改变绝缘子的角度以避免二次电子回到绝缘子表面等，这些技术被证明在不同程度上有效。但是，从绝缘材料本身出发，以提高绝缘子性能为手段来提高沿面闪络电压的研究却很少。仅有的研究集中在陶瓷绝缘子上。对于有机材料绝缘子真空表面的研究更是缺乏相关的资料。
技术实现思路
针对上述现有技术状况，本专利技术目的是提供一种既能提高绝缘性能，又能控制成本和简化工艺的简单易行、成本低廉的解决真空绝缘子的沿面闪络问题的途径。研究结果表明，降低真空绝缘子表面电阻率或提高真空绝缘子表面电导率，有助于二次电子发射以后留下的正电荷的流动，从而降低空间电场，减少场致电子和二次电子的发射，在一定程度可提高沿面闪络电压。同时由于真空绝缘子本体材料的可选择性有限，现有的材料又存在着种种问题，考虑到工艺的可操作性、简便性、成本的控制，以及国内大型真空绝缘子加工能力的限制，因此，综合上述因素，本专利技术提高沿面闪络电压值的技术解决方案不是开发新型绝缘子本体材料，而是采用在原有绝缘子表面覆盖一层涂层材料的办法，首先寻找可降低真空绝缘子表面电阻率或提高表面电导率从而提高沿面闪络电压的涂层材料，然后提供该涂层的制备工艺。根据上述专利技术构思，涂层材料的选择，必须满足以下几项标准1、与本体材料相比，具有更高的沿面闪络电压值。2、具有耐电弧烧灼的能力，可以抗树枝化放电，经历多次闪络放电以后，绝缘性能不下降。3、机械性能良好，易加工制作。与本体材料附着力强，不易剥落。4、成本低廉。本专利技术可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层，采用可以直接浇注的、成本低廉的、附着牢固的且机械性能良好的热塑型材料和可提高耐电痕性材料以及配合使用的固化剂、稀释剂，其特征在于所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层由环氧树脂、氢氧化铝、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂组成；其质量百分比为环氧树脂20％～62.5％；氢氧化铝0％～60％；改性合成胺类固化剂13％～37.5％丁基缩水甘油醚类稀释剂0％～6.6％。所述的环氧树脂是指粘度≤2.5，环氧当量为185～208(g/mol)，环氧值0.48～0.54(mol/100g)，常温下为液态的环氧树脂；所述的氢氧化铝是指经过偶联剂处理的、颗粒直径在2μm～3μm之间的氢氧化铝粉末；所述经过偶联剂处理的、颗粒直径在2μm～3μm之间的氢氧化铝粉末是指用氢氧化铝粉末质量0.05％的偶联剂溶液加入到氢氧化铝粉以后，放入70～90℃的水浴中，搅拌2～3个小时，再放入烘箱，80～120℃烘干；所述经过偶联剂处理的、颗粒直径在2μm～3μm之间的氢氧化铝粉末是指还可以直接将氢氧化铝粉末、乙醇、偶联剂按质量为100∶5∶0.1的比例配制，充分搅拌后放进烘箱，80～120℃烘干。本专利技术可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层的制备工艺，其特征在于包括以下步骤 步骤1、将环氧树脂、氢氧化铝粉末、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂按质量百分比20％～62.5％∶0％～60％∶13％～37.5％∶0％～6.6％配比备料；步骤2、将按配比称量好的环氧树脂，改性合成胺类固化剂和丁基缩水甘油醚类稀释剂分别放入烘箱在50～70℃下加热20分钟，然后放入真空干燥箱中在-0.001Mpa(真空度100)下抽真空30～60分钟，除去原料中的水分和气泡；步骤3、将环氧树脂与改性合成胺类固化剂混合，一边搅拌一边缓慢加入氢氧化铝粉末和丁基缩水甘油醚类稀释剂直到完全混合；用电动搅拌机搅拌30～60分钟后，放入烘箱中50～70℃加热20分钟。再次在-0.001Mpa(真空度100)下抽真空30～60分钟，然后取出排除浮在表面的气泡；必要时，重复以上步骤1～2次。步骤4、将无气泡的原料浇铸入各类真空绝缘子模具中在80～120℃下升温固化1～3小时；步骤5、冷却至室温，脱模，取出，进行表面电阻率和沿面闪络电压值测试。本专利技术的效果通过表面涂层材料，有效地提高了真空有机材料绝缘子的表面电导率，从而提高了沿面闪络电压。添加了氢氧化铝的环氧树脂和纯环氧相比，提高了30％以上。其闪络电压值已经超过了常用的尼龙，有机玻璃。环氧树脂是优良的绝缘材料，成本低廉而且机械性能良好。由于环氧树脂是热塑型材料，可以直接浇注在真空绝缘子本体材料的表面上，附着牢固。向环氧树脂添加水合氧化铝(氢氧化铝)，可使绝缘子表面具有一定的暂态电导率，从而释放掉表面沉积的正电荷，或者改善绝缘子表面的电荷分布的均匀性，一定程度上抑制了树枝状损坏。加入含有结晶水的氢氧化铝粉末，可以有效地提高材料的耐电痕性，氢氧化铝的作用，一是在放电作用下引起内氧化过程，把放电中产生的游离炭氧化成挥发性炭。从而在表面上清除掉炭，反应中产生的Al2O3在氧化过程中起催化剂的作用。二是放电时的高温使水合氧化铝放出结晶水(240°)，同时形成强烈的气流，冲刷掉沉积于材料表面上的炭粒。因此，填料中含有的结晶水越多，这种气流的冲刷作用越强，越能显著提高材料的耐电痕性。三是提高了材料的导热性，在真空中，由于散热困难同样是个不可忽视的问题。出于成本和制作工艺因素的考虑，在原材料的选择上全部立足于国内产品。附图说明图1是Al(OH)3含量对复合材料的表面电阻率的影响坐标图其中图1中横坐标为Al(OH)3质量百分比，纵坐标为表面电阻率；使用KEITHLEY-6517型高阻计测量试样的表面电导，夹具使用8009型。对不同Al(OH)3含量的复合材料试样测试表面电阻率，实验测试了从纯环氧树脂到60％添加氢氧化铝的本文档来自技高网...

【技术保护点】
可提高沿面闪络电压的真空绝缘子涂层，采用热塑型材料、耐电痕性材料和固化剂、稀释剂，其特征在于：所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层由环氧树脂、氢氧化铝、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂组成；其质量百分比为：环氧树脂２０％～６２．５％；氢氧化铝０％～６０％；改性合成胺类固化剂１３％～３７．５％：丁基缩水甘油醚类稀释剂０％～６．６％。

【技术特征摘要】
1.可提高沿面闪络电压的真空绝缘子涂层，采用热塑型材料、耐电痕性材料和固化剂、稀释剂，其特征在于所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层由环氧树脂、氢氧化铝、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂组成；其质量百分比为环氧树脂20％～62.5％；氢氧化铝0％～60％；改性合成胺类固化剂13％～37.5％丁基缩水甘油醚类稀释剂0％～6.6％。2.根据权利要求1所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层，其特征在于所述的环氧树脂是指粘度≤2.5，环氧当量为185～208(g/mol)，环氧值0.48～0.54(mol/100g)，常温下为液态的环氧树脂。3.根据权利要求1所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层，其特征在于所述的氢氧化铝是指经过偶联剂处理的、颗粒直径在2μm～3μm之间的氢氧化铝粉末；4.根据权利要求3所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层，其特征在于所述经过偶联剂处理的、颗粒直径在2μm～3μm之间的氢氧化铝粉末是指用氢氧化铝粉末质量0.05％的偶联剂溶液加入到氢氧化铝粉以后，放70～90℃的水浴中，搅拌2～3个小时，再放入烘箱，80～120℃烘干而得到的产物。5.根据权利要求3所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层，其特征在于所述经过偶联剂处理的、颗粒直径在2μm～3μm之间的氢氧化铝粉末是指还可以直接将氢氧化铝粉末、乙醇、偶联剂按质量为100∶5∶0.1的比例配制，充分搅拌后放进烘箱，80～120℃烘干而得到的产物。6.一种根据权利要求1所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层制备工艺，其特征在于包括以下步骤步骤1、将环氧树脂、氢氧化铝粉末、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂按质量百分比20％～62.5％∶0％～60％∶13％～37.5％∶0％～6.6％配比备料。步骤2、将按配比称量好的环氧树脂，改性合成胺类固化剂和丁基缩水甘油醚类稀释剂分别放入烘箱在50～70℃下加热20分钟，然后放入真空干燥箱中在-0.001Mpa(真空度100)下抽真空30～60分钟，除去原料中的水分和气泡；步骤3、将环氧树脂与改性合成胺类固化剂混合，一边搅拌一边缓慢加入氢氧化铝粉末和丁基缩水甘油醚类稀释剂直到完全混合；用电动搅拌机搅拌30～60分钟后，放入烘箱中50～70℃加热20分钟。再次在-0.001Mpa下抽真空30～60分钟，然后取出排除浮在表面的气泡；必要时，重复以上步骤1～2次。步骤4、将无气泡的原料浇铸入各类真空绝缘子模具中在80～120℃下升温固化1～3小时；步骤5、冷却至室温，脱模，取出，进行表面电阻率和沿面闪络电压值测试。7.根据权利要求6所述的可提高沿面闪络电压值的真空绝缘子涂层制备工艺，其特征在于具体制备工艺为以下步骤步骤1、将环氧树脂、氢氧化铝粉末、改性合成胺类固化剂、丁基缩水甘油醚类稀释剂按质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盛涛，张磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]