一種可自愈復合絕緣材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力工業絕緣材料制作技術領域，特別涉及一種可自愈復合絕緣材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力設備小型化的發展趨勢，固態絕緣材料在某些應用場合體現出一定的優勢，例如干式變壓器，電力電纜等等。在固態絕緣材料的使用過程中，絕緣老化和絕緣性能的降低的主要原因之一，是固態絕緣材料中電樹枝的產生以及發展過程。而絕緣材料中電樹枝老化行為的進一步發展，將最終導致絕緣層被擊穿，從而使得電力設備發生損壞以及故障。而一些例如電纜的電力設備，在地下發生了故障后將會給維修帶來極大的不便，大量的人力財力將被浪費，同時還會引起一定規模的停電檢修，造成龐大的經濟損失。由此，基于生物體能夠自愈傷口的現象，從仿生的角度出發，提出一種固態可自愈絕緣材料是亟待研究的問題。
[0003]可逆鍵型的自愈材料通過在化合物中引入離子鍵交聯組合、多重氫鍵、活性脲鍵等化學鍵或分子間作用力。在發生微裂痕缺陷時，通過材料內部本身的可逆鍵，將斷裂的交聯網絡在可逆鍵的相應活性基團處重新連接，從而實現材料自發的愈合。而基于氫鍵的自愈材料是其中一種通過引入多重氫鍵而使得材料具有可逆自愈性質的材料。綜上所述，固態絕緣材料中存在的絕緣老化問題嚴重威脅著中電力系統中電力設備的絕緣安全性，而現有的固態絕緣材料在發生缺陷后不具有自我愈合的能力。因此，研制出一種具有一定自愈能力的絕緣復合材料，對于提高電力系統中的絕緣可靠性，節省對于故障設備的檢修開支，減少因絕緣層破壞而報廢設備的物資消耗，提高絕緣材料應用的經濟性有著重要的意義。而根據研究報道，基于氫鍵的自愈材料已有在導電材料方面應用的研究成果，關于絕緣材料的自愈研究仍為空缺。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為解決現有絕緣材料在使用過程中電老化現象所帶來的壽命縮減，需要屢次更換的問題，提出一種可自愈復合絕緣材料及其制備方法，使制得的復合絕緣材料具有一定的自愈能力，提高了其在使用期間的可靠性與材料的使用壽命。
[0005]本發明提出的可自愈復合絕緣材料是由基于氫鍵的自愈材料組分和絕緣材料通過溶液共混的方式制得的；基于氫鍵的自愈材料組分是由脂肪酸多聚體混合物、脂肪族多胺和脲三種原料制得的，其中脂肪酸多聚體混合物與脂肪族多胺的質量比為1.1-4.8:1，脂肪酸多聚體混合物與脂肪族多胺反應生成的中間體與脲的質量比為12.6-24.6:1，絕緣材料與基于氫鍵的自愈材料組分的質量比為0.25-9:1 (使得絕緣材料占復合絕緣材料總質量的 20-90%)。
[0006]本發明的提出的可自愈復合絕緣材料的制備方法是通過以下步驟實現的:
[0007](I)可自愈復合絕緣材料的第一步制備過程:
[0008](1-1)稱取質量比為1.1-4.8:1的脂肪酸多聚體混合物與脂肪族多胺，采用油浴鍋以150-200 °C的溫度加熱12-36小時，反應期間通以氮氣進行保護，同時加以持續的機械攪拌，得到中間體產物；
[0009](1-2)將步驟(1-1)得到的中間體產物與脲以12.6-24.6:1的質量比混合后，采用油浴鍋以100-140°C的溫度加熱6-10小時，反應期間通以氮氣進行保護，同時加以持續的機械攪拌，得到基于氫鍵的自愈材料組分；
[0010](2)可自愈復合絕緣材料的第二步制備過程:
[0011](2-1)將步驟(I)制備好的基于氫鍵的自愈材料組分在鼓風干燥箱中以60-80°C加熱20-40min，使其充分液化，得到具有較好的流動性的基于氫鍵的自愈材料組分；
[0012](2-2)將充分液化后的基于氫鍵的自愈材料組分溶于溶劑(溶劑與基于氫鍵的自愈材料組分質量比為1-2:1)形成自愈材料溶液，并將裝有溶液的容器封口后，以60-80°C加熱10_30min;
[0013](2-3)將絕緣材料加入到步驟(2-2)中得到的自愈材料溶液進行混合并以60-80 V預熱l-3min，機械攪拌3-5min，得到混合物溶液;環氧樹脂與步驟(1-2)得到的基于氫鍵的自愈材料組分的質量比為0.25-9:1 (使得環氧樹脂占復合絕緣材料總質量的20-90% );
[0014](2-4)將步驟(2-3)得到的混合物溶液置于真空干燥箱中在50-70 °C下抽真空，在真空環境下靜置20-40min使得該混合物溶液中的溶劑完全排出；
[0015](2-5)將去除溶劑的混合物在60-100 °C下加熱12_24h使其固化，得到成品可自愈復合絕緣材料。
[0016]本發明采用基于氫鍵的自愈材料組分與絕緣材料的混合體系，使用溶液共混的方法，在真空環境中加熱去除溶劑，從而使其固化成型得到可自愈的絕緣復合材料。本發明的可自愈絕緣復合材料在進行機械破壞后，經力學測試其抗張強度能夠在自愈后恢復原有抗張強度的70%，經電學測試其體積電阻率可以恢復到與原有體積電阻率相差不超過3%。
[0017]本發明的可自愈絕緣復合材料體系具有愈合在電老化過程中產生的電樹枝的能力，在在材料發展電樹枝以后可以通過處理過程使得電樹枝的微小分支得以自愈，而其自愈后的起樹電壓下降不超過初次起樹電壓的10%，能夠有效愈合絕緣材料在使用過程中緩慢電老化產生的電樹枝，從而阻礙絕緣層的老化擊穿的過程，延長絕緣材料的使用壽命，減少絕緣材料更換的頻率，提高了絕緣層的長久使用的穩定可靠性，對于減少因絕緣層破壞而報廢設備的物資消耗，節省對于故障設備的檢修開支，提高絕緣材料應用的經濟性有著重要的意義。
【具體實施方式】
[0018]本發明提出的一種可自愈復合絕緣材料及其制備方法結合實例詳細說明如下:
[0019]本發明提出的一種可自愈復合絕緣材料，其特征在于，該復合絕緣材料是由基于氫鍵的自愈材料組分和絕緣材料通過溶液共混的方式制得的；該基于氫鍵的自愈材料組分是由脂肪酸多聚體混合物、脂肪族多胺和脲三種原料制得的，其中脂肪酸多聚體混合物與脂肪族多胺的質量比為1.1-4.8:1，脂肪酸多聚體混合物與脂肪族多胺反應生成的中間體與脲的質量比為12.6-24.6:1，絕緣材料與基于氫鍵的自愈材料組分的質量比為0.25-9:1(使得絕緣材料占復合絕緣材料總質量的20-90% )。
[0020]所選用的脂肪酸多聚體混合物中脂肪酸單體、脂肪酸二聚體、脂肪酸三聚體的質量分數為(0.5-18% ): (50-98%):(1.5-32%)。
[0021]所選用的脂肪族多胺為乙二胺、丙二胺、二乙基三胺、三乙基四胺中具有至少兩個氨基的脂肪烴中任一種。
[0022]所選用的溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷等鹵代烴之中的任一種。
[0023]所選用的絕緣材料為雙酸A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂以及線性酚醛型環氧樹脂之中的任一種。
[0024]本發明上述可自愈復合絕緣材料的制備方法是通過以下步驟實現的:
[0025](I)可自愈復合絕緣材料的第一步制備過程:
[0026](1-1)稱取質量比為1.1-4.8:1的脂肪酸多聚體混合物與脂肪族多胺，采用油浴鍋以150-200 °C的溫度加熱12-36小時，反應期間通以氮氣進行保護，同時加以持續的機械攪拌，得到中間體產物；
[0027](1-2)將步驟(1-1)得到的中間體產物與脲以12.6-24.6:1的質量比混合后，采用油浴鍋以100-140°C的溫度加熱6-10小時，反應期間通以氮氣進行保護，同時加以持續的機械攪拌，得到基于氫鍵的自愈材料組分；
[0028](2)可自愈復合絕緣材料的第二步制備過程:
[0029](2-1)將步驟(I)制備好的基于氫鍵的