可提高沿面閃絡電壓的真空絕緣子涂層及制備工藝制造技術

本發明專利技術涉及一種可提高沿面閃絡電壓的真空絕緣子涂層及制備工藝。涂層由環氧樹脂、氫氧化鋁、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑組成；制備工藝包括配料、烘干、抽真空、攪拌、升溫固化、冷卻脫模步驟；用本發明專利技術工藝制備的涂層經測試，與常用材料，尼龍，有機玻璃，純環氧樹脂相比，老練閃絡電壓上有一定程度的提高，與真空絕緣子本體材料相比，具有更高的沿面閃絡電壓值，同時具有耐電弧燒灼的能力，可以抗樹枝化放電，經歷多次閃絡放電以后，絕緣性能不下降，機械性能良好，易加工制作，與本體材料附著力強，不易剝落，成本低廉。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于真空高壓絕緣
，涉及一種可提高沿面閃絡電壓的真空絕緣子涂層及制備工藝。
技術介紹
絕緣子在各種電力設備和許多現代真空器件中被大量采用，同時也在大型尖端設備中得到應用，如X射線管，高功率微波管，粒子加速器等，起到高壓絕緣，真空密封和支持固定的作用。在真空中應用絕緣子，存在著一個特殊現象當在一個真空間隙中加入一個絕緣子支撐后，該絕緣體系在一個較低的電壓下被擊穿，發生在絕緣子的表面，這種現象稱為絕緣子的沿面閃絡擊穿。也就是說，絕緣子的表面耐電壓強度遠低于同尺寸的真空間隙和絕緣子體的耐電壓強度。沿面閃絡現象嚴重影響了系統的耐電壓性能和可靠性。例如，真空的臨界擊穿場強約為35KV/mm，氧化鋁陶瓷約為40KV/mm，而真空-氧化鋁系統的沿面閃絡通常在幾KV/mm的電場下就會發生。據報道，美國斯坦福大學線形加速器中心的調速管，美國能源部的加速器，俄羅斯國家核物理實驗室的高功率脈沖發生器以及日本高能物理國家實驗室的加速器都曾發生過由于真空中絕緣子沿面閃絡而引發的嚴重事故。由于真空中絕緣子沿面閃絡現象嚴重影響了電真空器件的耐電壓性能和工作可靠性，制約了真空絕緣系統電氣強度的提高，因此，從60年代開始，美國、日本、法國的科學家投入了大量精力和經費對這一現象進行了研究，企圖弄清楚真空中絕緣子沿面閃絡現象的形成機理以及影響因素，同時尋求防止絕緣子沿面閃絡、提高沿面閃絡電壓的方法。但是到目前為止，還沒有一種假說能夠完美地解釋真空中絕緣子沿面閃絡的所有實驗現象，目前的研究，主要集中在了兩個方面，沿面閃絡的物理機制和提高閃絡電壓的方法。為了提高真空絕緣子的耐電壓等級，國內外的學者做了大量的工作，比如屏蔽交界區，改變絕緣子形狀和電極結構設計以降低交界區的電場，改變絕緣子的角度以避免二次電子回到絕緣子表面等，這些技術被證明在不同程度上有效。但是，從絕緣材料本身出發，以提高絕緣子性能為手段來提高沿面閃絡電壓的研究卻很少。僅有的研究集中在陶瓷絕緣子上。對于有機材料絕緣子真空表面的研究更是缺乏相關的資料。
技術實現思路
針對上述現有技術狀況，本專利技術目的是提供一種既能提高絕緣性能，又能控制成本和簡化工藝的簡單易行、成本低廉的解決真空絕緣子的沿面閃絡問題的途徑。研究結果表明，降低真空絕緣子表面電阻率或提高真空絕緣子表面電導率，有助于二次電子發射以后留下的正電荷的流動，從而降低空間電場，減少場致電子和二次電子的發射，在一定程度可提高沿面閃絡電壓。同時由于真空絕緣子本體材料的可選擇性有限，現有的材料又存在著種種問題，考慮到工藝的可操作性、簡便性、成本的控制，以及國內大型真空絕緣子加工能力的限制，因此，綜合上述因素，本專利技術提高沿面閃絡電壓值的技術解決方案不是開發新型絕緣子本體材料，而是采用在原有絕緣子表面覆蓋一層涂層材料的辦法，首先尋找可降低真空絕緣子表面電阻率或提高表面電導率從而提高沿面閃絡電壓的涂層材料，然后提供該涂層的制備工藝。根據上述專利技術構思，涂層材料的選擇，必須滿足以下幾項標準1、與本體材料相比，具有更高的沿面閃絡電壓值。2、具有耐電弧燒灼的能力，可以抗樹枝化放電，經歷多次閃絡放電以后，絕緣性能不下降。3、機械性能良好，易加工制作。與本體材料附著力強，不易剝落。4、成本低廉。本專利技術可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層，采用可以直接澆注的、成本低廉的、附著牢固的且機械性能良好的熱塑型材料和可提高耐電痕性材料以及配合使用的固化劑、稀釋劑，其特征在于所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層由環氧樹脂、氫氧化鋁、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑組成；其質量百分比為環氧樹脂20％～62.5％；氫氧化鋁0％～60％；改性合成胺類固化劑13％～37.5％丁基縮水甘油醚類稀釋劑0％～6.6％。所述的環氧樹脂是指粘度≤2.5，環氧當量為185～208(g/mol)，環氧值0.48～0.54(mol/100g)，常溫下為液態的環氧樹脂；所述的氫氧化鋁是指經過偶聯劑處理的、顆粒直徑在2μm～3μm之間的氫氧化鋁粉末；所述經過偶聯劑處理的、顆粒直徑在2μm～3μm之間的氫氧化鋁粉末是指用氫氧化鋁粉末質量0.05％的偶聯劑溶液加入到氫氧化鋁粉以后，放入70～90℃的水浴中，攪拌2～3個小時，再放入烘箱，80～120℃烘干；所述經過偶聯劑處理的、顆粒直徑在2μm～3μm之間的氫氧化鋁粉末是指還可以直接將氫氧化鋁粉末、乙醇、偶聯劑按質量為100∶5∶0.1的比例配制，充分攪拌后放進烘箱，80～120℃烘干。本專利技術可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層的制備工藝，其特征在于包括以下步驟 步驟1、將環氧樹脂、氫氧化鋁粉末、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑按質量百分比20％～62.5％∶0％～60％∶13％～37.5％∶0％～6.6％配比備料；步驟2、將按配比稱量好的環氧樹脂，改性合成胺類固化劑和丁基縮水甘油醚類稀釋劑分別放入烘箱在50～70℃下加熱20分鐘，然后放入真空干燥箱中在-0.001Mpa(真空度100)下抽真空30～60分鐘，除去原料中的水分和氣泡；步驟3、將環氧樹脂與改性合成胺類固化劑混合，一邊攪拌一邊緩慢加入氫氧化鋁粉末和丁基縮水甘油醚類稀釋劑直到完全混合；用電動攪拌機攪拌30～60分鐘后，放入烘箱中50～70℃加熱20分鐘。再次在-0.001Mpa(真空度100)下抽真空30～60分鐘，然后取出排除浮在表面的氣泡；必要時，重復以上步驟1～2次。步驟4、將無氣泡的原料澆鑄入各類真空絕緣子模具中在80～120℃下升溫固化1～3小時；步驟5、冷卻至室溫，脫模，取出，進行表面電阻率和沿面閃絡電壓值測試。本專利技術的效果通過表面涂層材料，有效地提高了真空有機材料絕緣子的表面電導率，從而提高了沿面閃絡電壓。添加了氫氧化鋁的環氧樹脂和純環氧相比，提高了30％以上。其閃絡電壓值已經超過了常用的尼龍，有機玻璃。環氧樹脂是優良的絕緣材料，成本低廉而且機械性能良好。由于環氧樹脂是熱塑型材料，可以直接澆注在真空絕緣子本體材料的表面上，附著牢固。向環氧樹脂添加水合氧化鋁(氫氧化鋁)，可使絕緣子表面具有一定的暫態電導率，從而釋放掉表面沉積的正電荷，或者改善絕緣子表面的電荷分布的均勻性，一定程度上抑制了樹枝狀損壞。加入含有結晶水的氫氧化鋁粉末，可以有效地提高材料的耐電痕性，氫氧化鋁的作用，一是在放電作用下引起內氧化過程，把放電中產生的游離炭氧化成揮發性炭。從而在表面上清除掉炭，反應中產生的Al2O3在氧化過程中起催化劑的作用。二是放電時的高溫使水合氧化鋁放出結晶水(240°)，同時形成強烈的氣流，沖刷掉沉積于材料表面上的炭粒。因此，填料中含有的結晶水越多，這種氣流的沖刷作用越強，越能顯著提高材料的耐電痕性。三是提高了材料的導熱性，在真空中，由于散熱困難同樣是個不可忽視的問題。出于成本和制作工藝因素的考慮，在原材料的選擇上全部立足于國內產品。附圖說明圖1是Al(OH)3含量對復合材料的表面電阻率的影響坐標圖其中圖1中橫坐標為Al(OH)3質量百分比，縱坐標為表面電阻率；使用KEITHLEY-6517型高阻計測量試樣的表面電導，夾具使用8009型。對不同Al(OH)3含量的復合材料試樣測試表面電阻率，實驗測試了從純環氧樹脂到60％添加氫氧化鋁的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
可提高沿面閃絡電壓的真空絕緣子涂層，采用熱塑型材料、耐電痕性材料和固化劑、稀釋劑，其特征在于：所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層由環氧樹脂、氫氧化鋁、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑組成；其質量百分比為：環氧樹脂２０％～６２．５％；氫氧化鋁０％～６０％；改性合成胺類固化劑１３％～３７．５％：丁基縮水甘油醚類稀釋劑０％～６．６％。

【技術特征摘要】
1.可提高沿面閃絡電壓的真空絕緣子涂層，采用熱塑型材料、耐電痕性材料和固化劑、稀釋劑，其特征在于所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層由環氧樹脂、氫氧化鋁、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑組成；其質量百分比為環氧樹脂20％～62.5％；氫氧化鋁0％～60％；改性合成胺類固化劑13％～37.5％丁基縮水甘油醚類稀釋劑0％～6.6％。2.根據權利要求1所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層，其特征在于所述的環氧樹脂是指粘度≤2.5，環氧當量為185～208(g/mol)，環氧值0.48～0.54(mol/100g)，常溫下為液態的環氧樹脂。3.根據權利要求1所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層，其特征在于所述的氫氧化鋁是指經過偶聯劑處理的、顆粒直徑在2μm～3μm之間的氫氧化鋁粉末；4.根據權利要求3所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層，其特征在于所述經過偶聯劑處理的、顆粒直徑在2μm～3μm之間的氫氧化鋁粉末是指用氫氧化鋁粉末質量0.05％的偶聯劑溶液加入到氫氧化鋁粉以后，放70～90℃的水浴中，攪拌2～3個小時，再放入烘箱，80～120℃烘干而得到的產物。5.根據權利要求3所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層，其特征在于所述經過偶聯劑處理的、顆粒直徑在2μm～3μm之間的氫氧化鋁粉末是指還可以直接將氫氧化鋁粉末、乙醇、偶聯劑按質量為100∶5∶0.1的比例配制，充分攪拌后放進烘箱，80～120℃烘干而得到的產物。6.一種根據權利要求1所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層制備工藝，其特征在于包括以下步驟步驟1、將環氧樹脂、氫氧化鋁粉末、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑按質量百分比20％～62.5％∶0％～60％∶13％～37.5％∶0％～6.6％配比備料。步驟2、將按配比稱量好的環氧樹脂，改性合成胺類固化劑和丁基縮水甘油醚類稀釋劑分別放入烘箱在50～70℃下加熱20分鐘，然后放入真空干燥箱中在-0.001Mpa(真空度100)下抽真空30～60分鐘，除去原料中的水分和氣泡；步驟3、將環氧樹脂與改性合成胺類固化劑混合，一邊攪拌一邊緩慢加入氫氧化鋁粉末和丁基縮水甘油醚類稀釋劑直到完全混合；用電動攪拌機攪拌30～60分鐘后，放入烘箱中50～70℃加熱20分鐘。再次在-0.001Mpa下抽真空30～60分鐘，然后取出排除浮在表面的氣泡；必要時，重復以上步驟1～2次。步驟4、將無氣泡的原料澆鑄入各類真空絕緣子模具中在80～120℃下升溫固化1～3小時；步驟5、冷卻至室溫，脫模，取出，進行表面電阻率和沿面閃絡電壓值測試。7.根據權利要求6所述的可提高沿面閃絡電壓值的真空絕緣子涂層制備工藝，其特征在于具體制備工藝為以下步驟步驟1、將環氧樹脂、氫氧化鋁粉末、改性合成胺類固化劑、丁基縮水甘油醚類稀釋劑按質量百...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李盛濤，張磊，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]