一种耐闪络电压的纳米复合涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐闪络电压的纳米复合涂料及其制备方法，耐闪络电压的纳米复合涂料，包括以下质量份的组分：91～97份硅橡胶、3～9份二氧化钛纳米粒子、7～9份改性剂和20～35份溶剂；制备方法包括以下步骤：(1)将二氧化钛纳米粒子加入溶剂与去离子水的混合溶液中，搅拌均匀得到混合液A；(2)将改性剂加入混合液A中，搅拌并烘干得到改性二氧化钛纳米粒子；(3)将改性二氧化钛纳米粒子加入溶剂中，搅拌并超声分散后得到混合液B；(4)将混合液B加入硅橡胶中，搅拌均匀后进行除泡。本发明专利技术的涂料所形成的涂层具有良好的疏水、防污、阻燃、耐酸碱性能和耐闪络性能，耐闪络电压和疏水角显著提高。提高。提高。

【技术实现步骤摘要】
一种耐闪络电压的纳米复合涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种耐闪络电压的纳米复合涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]配电线路绝缘子是可支撑导线、防止电流回地以及增加爬电距离，能够耐受电压和机械应力作用，在架空配电线路中起到重要作用。受复杂运行环境等因素影响，配电线路绝缘子故障率居高不下，已严重影响配电线路安全稳定运行。尤其是难以通过人工巡视发现的绝缘子非贯穿性微损缺陷，线路常在雷雨气候等高湿度环境中由于绝缘爬距不足、耐压水平不够而频繁发生接地故障。针对此类缺陷，目前尚无有效的识别及治理方法，往往需要进行分段线路排查，甚至逐个登杆检查，缺陷故障查找故障时间长，耗时耗力；同时，缺陷绝缘子极易击穿损坏引发断线，增加了配网运维抢修难度，影响配网安全稳定运行。且随着社会经济的不断发展，城市供电系统建设水平不断提高，电力电缆逐渐取代架空线成为城市配电网的主要送点形式。在电力电缆系统中，电缆接头(包括终端头、中间接头)是最薄弱的环节之一，统计表明：在非外力破坏中，由电缆接头引发的故障占电缆系统故障的80％。聚合物绝缘电介质被广泛用作电力设备的绝缘材料，其性能在很大程度上决定了电力设备的品质。对高压和超高压电缆来说，随着以特高压电网为骨架的智能电网的发展，输配电设备的电压等级和容量不断提高，电缆绝缘的工作场强不断增加，其在运行电压、热、机械力等作用下的绝缘失效老化，成为电缆可靠运行的隐患，也是危及电网运行安全的重要源头。
[0003]探索绝缘子表面组分和表面形貌改性技术方案，通过对绝缘子的表面改性提升绝缘子性能，延长其使用寿命，减轻运维人员劳动强度，保证线路安全稳定运行。电缆接头材料的绝缘性能与材料的表面状态密切相关。材料的表面状态包括材料本身的特性和表面平整度、污染程度等。为了保证电力电缆安全稳定的运行，抑制沿面闪络的发生，研究人员通过等离子体处理、氟化、表面涂覆等方法对绝缘材料进行改性处理。其中涂覆技术可以通过改变涂覆材料按需调控绝缘材料的表面状态。此外，在实际工程运行的电缆接头中，通过简易喷涂技术提升电缆接头外护套电气性能，最大程度避免其沿面放电，提前对故障进行预防更能节约成本也更易于实现，大大降低了电缆线路的运营成本。
[0004]为了进一步提高配电线路绝缘子表面电绝缘性能，提升硅橡胶的机械强度和电绝缘性能，使其满足运行要求，有必要对绝缘子表面或硅橡胶进行改性增强。聚合物纳米电介质自从在1994年被Lewis提出后，电介质的研究从传统理论转向纳米尺度的介观理论在聚合物基体中加入纳米尺度的无机填料，进而在复合材料内部引入微观尺度的特殊效应，会对材料的宏观性能产生大的影响。纳米TiO2颗粒由于较大的比表面积和高的表面活性，少量掺杂就可以在复合材料中引入大量界面区域，明显提高聚合物基体的电气性能，比如提高基体的体积电阻率、击穿强度，以及改善材料的机械性能和热稳定性。但现有添加二氧化钛的涂层的耐压性能和疏水性能较差，无法有效绝缘子及电力电缆的运行可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了进一步提高配电线路绝缘子表面电绝缘性能，提升硅橡胶的机械强度和电绝缘性能，而提出的一种耐闪络电压的纳米复合涂料的制备方法。采用RTV电力防污闪涂料作为基底材料，选用TiO2纳米粒子进行掺杂，利用不同的掺杂比例来制备防污闪复合涂层材料。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种耐闪络电压的纳米复合涂料，包括以下重量份数的组分：
[0008]室温硫化硅橡胶91～97份；二氧化钛纳米粒子3～9份、改性剂7～9份和溶剂20～35分；
[0009]所述二氧化钛纳米粒子为二氧化钛锐钛矿，所述二氧化钛锐钛矿的粒径为5～10nm。
[0010]上述技术方案的设计思路在于，通过选择粒径范围极小的二氧化钛锐钛矿作为复合材料的填料，经改性后可均匀地分散在基体材料中，相较于现有技术常使用的粒径范围为500～800nm的二氧化钛而言，粒径小的纳米粒子更容易形成疏水、防污以及具有高耐闪络性能的材料，试验发现25nm和10nm粒径的纳米颗粒的分散效果相当，耐闪络电压可达8.794kV，比一般的耐闪络涂层、材料的闪络电压高约47.01％。
[0011]作为上述技术方案的进一步优选，所述改性剂包括γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ
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氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。通过γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或γ
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氨丙基三乙氧基硅烷对纳米粒子进行改性，可使纳米粒子表面呈现疏水性，促进纳米粒子在基体中的分散，保证复合材料性能的稳定。
[0012]作为上述技术方案的进一步优选，所述硅橡胶为室温硫化硅橡胶。温室硫化硅橡胶作为涂料的基底材料，粘稠度和固化时间比其它的硅橡胶要更合适。
[0013]作为上述技术方案的进一步优选，所述溶剂包括无水乙醇、甲醇和丙酮中的至少一种。
[0014]作为上述技术方案的进一步优选，所述耐闪络电压的纳米复合涂料，还包括0.1～0.3质量份的pH调节剂，所述pH调节剂包括乙二酸或盐酸中的至少一种。
[0015]基于同一技术构思，本专利技术还提供一种上述耐闪络电压的纳米复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)将二氧化钛纳米粒子经等低温离子体处理0.5～2min，后添加至溶剂与去离子水的混合溶液中，搅拌均匀得到混合液A；
[0017](2)将所述改性剂加入混合液A中，于70～90℃下搅拌50～70min，并于90～110℃下烘干12～24h，得到改性二氧化钛纳米粒子；
[0018](3)将所述改性二氧化钛纳米粒子加入溶剂中，搅拌并超声分散后得到混合液B；
[0019](4)将所述混合液B加入硅橡胶中，搅拌均匀后进行除泡，即得所述耐闪络电压的纳米复合涂料。
[0020]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中采用等离子体处理处理二氧化钛纳米粒子时，等离子体的处理条件为于室温氮气环境下外加电压为1kV、频率为20kHz的正弦电压。
[0021]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中搅拌速度为500～600r/min，搅拌时
间为10～20min。
[0022]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中搅拌速度为300～700r/min，搅拌时间为20～30min，超声时间为25～35min。
[0023]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)中的搅拌操作为：首先以300～700r/min的搅拌速度匀速搅拌10～15min后，再以500～900r/min的搅拌速度匀速搅拌60～90min。
[0024]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)中通过超声清洗实现除泡，清洗时间为20～30min。
[0025]与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：
[0026]本专利技术采用粒径为5
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10nm的二氧化钛锐钛矿作为填本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐闪络电压的纳米复合涂料，其特征在于，包括以下质量份的组分：91～97份硅橡胶、3～9份二氧化钛纳米粒子、7～9份改性剂和20～35份溶剂；所述二氧化钛纳米粒子为二氧化钛锐钛矿，所述二氧化钛锐钛矿的粒径为5～10nm或25nm。2.根据权利要求1所述的耐闪络电压的纳米复合涂料，其特征在于，所述改性剂包括γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ
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氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的耐闪络电压的纳米复合涂料，其特征在于，所述硅橡胶为室温硫化硅橡胶。4.根据权利要求1所述的耐闪络电压的纳米复合涂料，其特征在于，所述溶剂包括无水乙醇、甲醇和丙酮中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的耐闪络电压的纳米复合涂料，其特征在于，还包括0.1～0.3质量份的pH调节剂，所述pH调节剂包括乙二酸或盐酸中的至少一种。6.一种权利要求1
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5任一项所述的耐闪络电压的纳米复合涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将二氧化钛纳米粒子经等低温离子体处理0.5～2min，后添加至溶剂与去离子水的混合溶液中，搅拌均匀得到混合液A；(2)将所述改...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金亮，万代，赵邈，杨淼，翟德怀，段绪金，彭思敏，羿敏，雷冬云，胡斌，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：