一种高导热硅橡胶纳米复合绝缘材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高导热硅橡胶纳米复合绝缘材料的制备方法，它通过直流斜面实验，研究了添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶耐侵蚀能力的影响。表面放电对硅橡胶的侵蚀作用，主要是其释放大量的热的作用，因此，提高硅橡胶的导热性能，能提高其耐侵蚀能力，并且添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶表面的憎水性、表面电阻和闪络电压影响很小。导热橡胶是一类具有导热性能的功能橡胶材料，良好的导热性能使其具有较好的散热及热传导能力。研制适合制作绝缘子的高导热硅橡胶，对提高电网稳定将有促进作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
纳米BN颗粒对硅橡胶导热能力的提高:纯硅橡胶的导热率约为0.20W/ (m.k)，在复合绝缘子表面的放电所释放的热量，由于不能及时向外传导，易使硅橡胶材料表面老化，从而影响其绝缘能力。导热橡胶是一类具有导热性能的功能橡胶材料，其导热性能使其具有良好的散热和热传导能力。研制适合制作绝缘子的高导热硅橡胶，对提升电网稳定将有促进作用。导热硅橡胶的常用制备方法，是向其中添加导热率高于硅橡胶的填料。通常使用的导热绝缘填料主要有AIN、BN、A1203、Si3N4, SiC、B4C, TiC等氮化物、碳化物以及金属氧化物，这些无机填料具有良好的绝缘性和高热导率，填充到聚合物基体中可以制备具有良好综合性能的导热绝缘材料。其中BN由于其高导热率、低介电常数、高电阻率、低膨胀系数、高横纵比等特点使其成为高导热聚合物绝缘材料的理想填料。添加纳米颗粒的聚合物复合材料的导热性能，取决基体、纳米填料和其共同的界面。其中导热填料是复合材料中的主要导热载体，无论是颗粒状，还是纤维状，其自身的导热性能都远大于基体材料的导热性。当填充量比较小时，填料虽然均匀的分散到体系中，然而在填料之间没有形成直接的相互接触和相互作用，此时这些填料对提高整个体系的导热性能贡献不大，其耐高温能力的提升主要是依据填料本身对热量吸收能力；当填料用量足够大时，填料之间易有直接接触，在混合体系中形成链状或网络结构，称为导热网链。当导热网链连接方向与热流方向平行时，就可以在很大程度上提高混合体系的导热性。
技术实现思路
本专利技术通过直流斜面实验，研究了添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶耐侵蚀能力的影响及表面放电对硅橡胶的侵蚀作用，主要是其释放大量的热的作用。因此，提高硅橡胶的导热性能，可以提高其耐侵蚀能力。并且添加的高导热纳米BN颗粒对硅橡胶表面的憎水性、表面电阻和闪络电压影响很小。附图说明图1添加不同的质量分数的纳米BN颗粒的硅橡胶试样进行直流斜面实验不同时间的热成像2不同的质量分数纳米BN颗粒的硅橡胶试样进行直流斜面实验结果图3不同的质量分数纳米BN颗粒的硅橡胶试样侵蚀深度图4不同的质量分数纳米BN颗粒的硅橡胶试样侵蚀失重图5不同热传导能力试样热量传递示意6不同的质量分数纳米BN颗粒的硅橡胶试样表面电阻率具体实施例方式1.2.1纳米BN颗粒含量对硅橡胶表面的温度分布如图1所示，为添加不同的质量分数的纳米BN颗粒的硅橡胶试样进行直流斜面实验不同时间的热成像图。从图中可以观察到，由上至下，在相同的实验时间下，添加不同的纳米颗粒质量分数的试样表面高温区域分布等呈现一定的规律。添加BN纳米颗粒使硅橡胶混合材料对热量的传导能力得到了提高。如图所示，在IOmin时，试样上获取的热成像图间区分不大，温度相近；随着实验的进行，可见图中代表高温的亮色，在纳米颗粒含量较高的混合材料试样表面分布面积更大，而颜色较纳米颗粒含量低的混合材料试样表面相比，其表面的最高温度较低。当实验进行到60min时，从试样表面获得的热成像图已经有了很明显的区别。可以从图中观察到，不含有纳米颗粒硅橡胶材料，在实验进行60min时试样的边缘部分区域温度仍然低于40°C，热源周围的温度高于140°C，且面积很小而集中；含有纳米颗粒的质量分数5.0wt%的材料，同一时刻下试样表面温度普遍高于60°C,热源周围很大一部分面积的温度为120°C。当实验进行到240min时,含有5.0wt %纳米颗粒的混合材料试样,其表面温度均已经达到90°C ;而同一时刻下，纯的硅橡胶材料试样表面仍然有部分温度低于70°C。1.2.2纳米BN颗粒含量对硅橡胶表面侵蚀深度的影响如图2所示，是含有不同纳米颗粒质量分数的材料，经过直流斜面实验后的碳痕迹和侵蚀痕迹照片。从图中可以观察到:与含有5.0wt%纳米颗粒的材料试样表面痕迹相t匕，不含纳米颗粒和纳米颗粒含量为2.5wt%的试样表面，碳痕迹的宽度更小，但是侵蚀深度更深，对材料表面破坏更加严重。而含有纳米颗粒质量分数为5.0wt %的材料表面，几乎没有侵蚀痕迹，而是主要表现为析出黑色的碳或白色的硅的粉末。`如图3所示，含有不同纳米BN颗粒质量分数的材料试样，经过直流斜面实验后的侵蚀痕迹深度。从数据中可以看出，添加纳米BN颗粒后，试样被侵蚀的深度得到显著的减小。当添加的BN颗粒质量分数达到5.0wt%后，其几乎没有被侵蚀的痕迹，而是有一层碳痕迹和析出的硅的白色粉末。1.2.3纳米BN颗粒含量对硅橡胶电侵蚀失重的影响如图4所示，含有不同纳米BN颗粒质量分数的材料试样，经过直流斜面实验后侵蚀后的失重。测量试样失重前，需将实验结束后的试样表面用软毛刷刷洗干净，并用超声清洗器清洗干净后，放在高温箱中烘干。然后使用电子天平测量试样的重量，与实验前记录的试样重量相比较获得其失重。从图中可以观察到，含有5.0wt%的混合材料试样，失重很少，而纯硅橡胶材料试样，实验后，有较大的失重。这说明，添加纳米BN颗粒，可以抑制放电和高温对材料的侵蚀,减少材料由于高温而变质。根据以上的实验结果，假设不考虑由于试样老化带来的试样表面电流的改变对热源温度的影响，相同时间内放电及电流通过水带所释放的热量是相同的。如图5所示，不同热传导能力的试样热量传递方式。如果材料对热量传导能力得到提升，这些热量将会使更大的体积材料温度提高。虽然直接接触热源的部分，由于热量来不及传导就已经发生了碳化等材料的变质，但是由于有更大体积的材料承担相同的热量，从而使稍微靠近热源的部分温升相对减少，相对远离热源部分的材料温升相对增多。热量的“分摊”，使大部分材料温度上升到所能达到的温度，但并不会对材料造成破坏。此外，在硅橡胶中添加大量的无机粒子，和硅橡胶相比，无机粒子的比热容远大于硅橡胶。在高温下，比同等质量的硅橡胶吸收更多的热量。因此提高相同温度，将要需要更多的热量，提高了试样起始分解的热量。通过观察实验后，试样表面侵蚀的痕迹可以发现，与含有较多纳米颗粒的材料试样表面相比，不含有纳米颗粒和纳米颗粒含量低的试样表面，碳痕迹的宽度更小，但是侵蚀深度更深，对材料表面破坏更加严重。而含有纳米颗粒质量分数为5.0wt%的材料表面，几乎没有深层的侵蚀，而是主要表现为析出黑色的碳或白色的硅的粉末。1.2.4纳米BN颗粒含量对硅橡胶表面静态接触角的影响研究中，按照IEC标准的方法，对制备好的硅橡胶/BN混合材料试样表面进行了静态接触角测量，测量过程中，选取试样表面不同的位置，进行多次测量后取平均值。经过测量，刚刚制备的纯硅橡胶表面的静态接触角为109.8°，而添加质量分数为2.5wt%的纳米BN颗粒后制备的混合材料试样表面的静态接触角为109.6°，并且未随着纳米BN颗粒质量分数的增加，而出现超过0.5°的变化。添加前后试样表面接触角值一致，说明添加纳米BN颗粒不会对试样表面的憎水性造成影响，在改变其导热性的同时，没有改变其憎水性强的优势。1.2.5纳米BN颗粒含量对硅橡胶表面闪络电压的影响对含有不同纳米BN颗粒质量分数的材料试样进行静态液滴实验，测量其表面闪络电压与纳米颗粒质量分数之间的关系。实验中，对同一质量分数试样表面的不同位置进行实验，实验结果显示，添加纳米BN颗粒对试样表面闪络电压影响不大。未添加BN颗粒的试样表面闪本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术专利涉及一种高导热硅橡胶纳米复合绝缘材料的制备方法，它包括?本专利技术通过直流斜面实验，研究了添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶耐侵蚀能力的影响。表面放电对硅橡胶的侵蚀作用，主要是其释放大量的热的作用，因此，提高硅橡胶的导热性能，能提高其耐侵蚀能力，并且添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶表面的憎水性、表面电阻和闪络电压影响很小。

【技术特征摘要】
1.本发明专利涉及一种高导热硅橡胶纳米复合绝缘材料的制备方法，它包括本发明通过直流斜面实验，研究了添加高导热纳米BN颗粒对硅橡胶耐侵蚀能力的影响。表面放电对硅橡胶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜伯学，
申请(专利权)人：天津学子电力设备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：