一种6FAP/环氧树脂复合介质材料的制备方法及其应用

一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法及其应用
技术领域
1.本发明涉及绝缘材料的制备技术领域，尤其涉及一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法及利用该制备方法制备得到的复合介质材料以及该复合介质材料在电力行业中作为绝缘材料使用。


背景技术：

2.环氧树脂及其复合材料因其绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等诸多优点成为了特高压输电各环节中不可或缺的绝缘材料。随着特高压技术的迅速发展，以及更为严苛的电气绝缘环境，对环氧树脂绝缘材料的性能提出了更高的要求。例如在直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line，gil)中，环氧树脂被浇筑成多种固体绝缘器件，如套管、盆式绝缘子、支柱绝缘子等，发挥着隔离、绝缘、支撑、传动等不同的作用。但绝缘子的表面在直流电场下更容易积聚电荷，会增加设备沿面闪络的危险，从而加速绝缘子整体的热老化和电化学老化，这也是电器设备绝缘劣化和破坏的重要原因。因此找到一种合适的改性方法解决电荷积聚问题具有重要的科研和工程价值。
3.针对环氧树脂的闪络现象，通过改善环氧树脂表面电荷积聚问题可以极大改善闪络的发生。其中氟化改性是一种加速聚合物表面电荷积聚有效方法。氟化改性可分为直接氟化、基体氟化和等离子氟化等。直接氟化和等离子体氟化，都可以改变试样表面形貌，有效提高材料表面电导率，加速绝缘材料表面电荷消散，达到提高闪络电压的目的，但这两种氟化都属于表面改性的手段，其稳定性较差。其中基体氟化是利用含氟改性剂通过物理共混或者化学接枝、化学交联的手段实现环氧树脂的氟化改性效果。其稳定性极大的得到了提高。但基体氟化在电气工程领域的研究却非常少，其各种电学性质也有待验证。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为解决现有技术中存在的上述不足，一方面，本发明提供了一种复合介质材料的制备方法，在较低的填料含量下提高绝缘材料的电气性能和改性稳定性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
6.一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，包括如下步骤：
7.s1、分别称取环氧树脂、填料6fap、固化剂、促进剂、和增韧剂待用；
8.s2、将s1中的环氧树脂、填料6fap混合均匀加入丙酮后，依次进行超声波震荡和加热，得到混合溶液；
9.s3、将s1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到s2中的混合溶液中，继续加热；
10.s4、对s3进行抽真空；
11.s5、s4抽真空完成后倒入模具中，再将其置于烘箱中加热固化，冷却至室温后即得。
12.优选地，s1中，以环氧树脂为基准，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.01～0.1倍，
固化剂的添加量为环氧树脂的0.8倍，促进剂的添加量为环氧树脂的0.01倍，增韧剂的添加量为环氧树脂的0.1倍。
13.优选地，s1中的环氧树脂为e51型环氧树脂、填料6fap为2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯。
14.优选地，s5具体为：
15.将抽真空的混合溶液倒入到组装好的平板模具中，再将其置于烘箱中80℃静置4小时，升温至120℃静置8小时，以完成复合材料固化，冷却至室温之后即得。
16.优选地，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.01倍。
17.优选地，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.05倍。
18.优选地，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.1倍。
19.优选地，s2中，超声波震荡时间为15min，采用油浴加热，加热时间为3小时；
20.s3具体为：将s1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到s2中的混合溶液中，继续油浴加热1小时。
21.另一方面，本发明还提拱了一种6fap/环氧树脂复合介质材料，利用上述复合介质材料的制备方法制备得到。
22.再一方面，本发明还提拱了上述6fap/环氧树脂复合介质材料在电力行业中作为绝缘材料使用的应用。
23.本发明提供的6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法、复合介质材料及其应用，通过填料中的氨基(-nh2)与环氧树脂中的环氧基(—ch(o)ch—)反应，接枝在一起并生成羟基(-oh)；羟基(-oh)又与固化剂中的酸酐(c9h
10
o3)反应，产生羧基(-cooh)；羧基(-cooh)与环氧基(—ch(o)ch—)、羟基(-oh)等进一步反应，最终生成立体结构有机高分子化合物，完成基体氟化，在较低的填料含量下提高绝缘材料的电气性能和改性稳定性。
附图说明
24.图1为实施例1-5制备的6fap/环氧树脂复合介质材料作为绝缘材料与未掺杂填料6fap的环氧树脂的闪络电压weibull分布概率图；
25.图2为实施例1-5制备的6fap/环氧树脂复合介质材料作为绝缘材料与未掺杂填料6fap的环氧树脂的闪络电压折线图；
26.图3为实施例1-5制备的6fap/环氧树脂复合介质材料作为绝缘材料与未掺杂填料6fap的环氧树脂的表面电位消散图；
27.图4为实施例1-5制备的6fap/环氧树脂复合介质材料作为绝缘材料与与未掺杂填料6fap的环氧树脂的在30℃下的电导率对比图；
28.图5为实施例1-5制备的6fap/环氧树脂复合介质材料作为绝缘材料与未掺杂填料6fap的环氧树脂的工频下tanδ对比图。
具体实施方式
29.本发明提供了一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，包括如下步骤：
30.s1、分别称取环氧树脂、填料6fap、固化剂、促进剂、和增韧剂待用；
31.s2、将s1中的环氧树脂、填料6fap混合均匀加入丙酮后，充分搅拌后将盛有混合溶液的装置置于超声波震荡装置中震荡，再将混合后的溶液置于油浴加热装置中加热，得到混合溶液；
32.s3、将s1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到s2中的混合溶液中，继续油浴加热；
33.s4、将s3置于抽真空装置中进行脱气处理，真空度为-0.1mpa，时间优选20分钟；
34.s5、s4抽真空完成后倒入模具中，再将其置于烘箱中加热固化，冷却至室温后即得。
35.在本发明中，s1中，以环氧树脂为基准，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.01～0.1倍，固化剂的添加量为环氧树脂的0.8倍，促进剂的添加量为环氧树脂的0.01倍，增韧剂的添加量为环氧树脂的0.1倍。
36.本发明中，丙酮作为溶剂使用，其加入量为15克。
37.本发明中，s2中油浴加热装置的型号优选为df-101s，油浴加热装置设置温度优选为60℃。
38.在本发明中，s1中的环氧树脂为e51型环氧树脂、填料6fap为2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯。
39.在本发明中，s5具体为：
40.将抽真空的混合溶液倒入到组装好的平板模具中，再将其置于烘箱中80℃静置4小时，升温至120℃静置8小时，以完成复合材料固化，冷却至室温之后即得。
41.在本发明中，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.01倍。
42.在本发明中，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.05倍。
43.在本发明中，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.1倍。
44.本发明中，不同的填料6fap投加量具有不同的效果，如图1-3所示，在填料投加量占环氧树脂的10wt％时，该复合介质材料的闪络电压是最大的，表面电荷消散最快；
45.如图4所示，在填料6fap投加量占环氧树脂的5wt％时，该复合介质材料的电导率最低；
46.如图5所示，在填料6fap投加量占环氧树脂的1wt％时，该复合介质材料的损耗因数最低。
47.在本发明中，s2中，超声波震荡时间为15min，采用油浴加热，加热时间为3小时；
48.s3具体为：将s1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到s2中的混合溶液中，继续油浴加热1小时。
49.另一方面，本发明还提拱了一种6fap/环氧树脂复合介质材料，利用上述复合介质材料的制备方法制备得到。
50.再一方面，本发明还提拱了上述6fap/环氧树脂复合介质材料在电力行业中作为绝缘材料使用的应用。
51.下面结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚详细的说明。
52.实施例1
53.s1、按照重量份计，分别称量50克e51型环氧树脂、0.5克2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、4克甲基四氢邻苯二甲酸酐、0.5克2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚和5克邻苯
二甲酸二丁酯待用；
54.s2、将步骤1称量好的e51型环氧树脂、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(6fap)混合到一起后，向烧杯中加入丙酮，充分搅拌后置于超声波震荡装置中震荡15min，再置于油浴加热装置中加热3小时，得到混合溶液；
55.s3、将称量好的甲基四氢邻苯二甲酸酐、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚和邻苯二甲酸二丁酯加入到油浴搅拌的环氧基体材料中，继续油浴加热1小时。
56.s4、s3操作完成后置于抽真空装置中进行抽真空操作20分钟；
57.s5、s4完成后倒入到组装好的平板模具中，再将其置于烘箱中80℃静置4小时，升温至120℃静置8小时以完成复合材料固化，冷却至室温之后得到符合介质材料(低电导环氧基复合绝缘材料)。
58.s2中油浴加热装置设置温度为60℃，s2中的油浴加热装置的型号为df-101s。
59.s3中，填料6fap涉及到的部分化学反应为：填料6fap中的氨基(-nh2)与环氧树脂中的环氧基(—ch(o)ch—)反应，接枝在一起并生成羟基(-oh)；羟基(-oh)又与固化剂中的酸酐(c9h
10
o3)反应，产生羧基(-cooh)；羧基(-cooh)与环氧基(—ch(o)ch—)、羟基(-oh)等进一步反应，最终生成立体结构有机高分子化合物，完成基体氟化。
60.实施例2
61.同实施例1，不同之处在于，实施例2中填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)添加量为1克。
62.实施例3
63.同实施例1，不同之处在于，实施例2中填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)添加量为1.5克。
64.实施例4
65.同实施例1，不同之处在于，实施例2中填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)添加量为2.5克。
66.实施例5
67.同实施例1，不同之处在于，实施例2中填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)添加量为5克。
68.对比例1
69.以纯环氧树脂(ep)作为对比例1。
70.对实施例1-5和对比例1进行闪络电压测试，并对实验数据运用weibull分布进行分析。
71.表1实施例1-5和对比例1的闪络weibull参数
72.试样尺度参数/(kv)形状参数β对比例16.74326.61实施例16.73128.15实施例26.41028.20实施例36.15925.57实施例46.98215.65实施例57.16322.39
73.从上述表1可以知道，随着填料6fap百分比的增加，复合绝缘材料的尺度参数呈先降低后增加趋势，说明掺杂适量的2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷有助于提高复合绝缘材料的闪络电压。
74.如图1所示，为实施例1-5与对比例1的闪络电压的双参数weibull分布对比图。图中变量1wt％、2wt％、3wt％、5wt％和10wt％对应的是实施例1-5，其表示填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)占比e51型环氧树脂(50克)的添加量，0wt％代表的是对比例1，该附图中的形状、尺度参数自上至下依次为对比例1和实施例1-5。
75.weibull分布反映了材料发生闪络的概率。其中，闪络概率为63.2％时的闪络电压，称为尺度参数。拟合直线的斜率反映数据的分散性，称为形状参数。weibull曲线越靠近左侧，复合材料的闪络电压越低，对应的尺度参数越小；相反，weibull曲线越靠近右侧，复合材料的闪络电压越高，对应的尺度参数越大。通过该图可以看出，填料6fap与环氧树脂的百分比为10wt％时，其weibull曲线位于最右侧，这说明该材料的闪络电压是最大的。
76.对比例2
77.同实施例1-5，不同之处在于，该对比例未掺杂填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)。
78.如图2所示，为实施例1-5与填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)的环氧树脂闪络电压随浓度变化折线图，从图2能够看出，闪络电压随着填料6fap含量的增加呈现先降低后升高的趋势。当填料6fap百分比为10wt％时，复合绝缘材料的闪络电压最大。
79.图3-5中，变量1wt％、2wt％、3wt％、5wt％和10wt％对应的是实施例1-5，其表示填料6fap(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)占比e51型环氧树脂(50克)的添加量，0wt％代表的是对比例2(未掺杂填料6fap)。
80.如图3所示，为实施例1-5与填料(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)的环氧树脂表面电位消散图，从图3能够看出，表面电位消散速率随着填料含量的增加呈现先降低后升高的趋势。当填料6fap百分比为10wt％时，复合绝缘材料的表面电荷消散最快。
81.如图4所示，实施例1-5与填料(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)的环氧树脂电导率对比图，从图4能够看出，填料加入后电导率降低，电导率随着填料6fap含量的增加几乎呈现先降低后升高的趋势。当填料6fap百分比为5wt％时，复合绝缘材料的电导率最低。
82.如图5所示，实施例1-5与填料(2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷)的环氧树脂的工频下tanδ对比图，从图5能够看出，损耗因数呈现随着填料含量的增加而升高的趋势。
83.以上，仅为本发明较佳的实施例；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、分别称取环氧树脂、填料6fap、固化剂、促进剂、和增韧剂待用；s2、将s1中的环氧树脂、填料6fap混合均匀加入丙酮后，依次进行超声波震荡和加热，得到混合溶液；s3、将s1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到s2中的混合溶液中，继续加热；s4、对s3进行抽真空脱气；s5、s4抽真空完成后倒入模具中，再将其置于烘箱中加热固化，冷却至室温后即得。2.根据权利要求1所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，s1中，以环氧树脂为基准，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.01～0.1倍，固化剂的添加量为环氧树脂的0.8倍，促进剂的添加量为环氧树脂的0.01倍，增韧剂的添加量为环氧树脂的0.1倍。3.根据权利要求1所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，s1中的环氧树脂为e51型环氧树脂、填料6fap为2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯。4.根据权利要求1所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，s5具体为：将抽真空的混合溶液倒入到组装好的平板模具中，再将其置于烘箱中80℃静置4小时，升温至120℃静置8小时，以完成复合材料固化，冷却至室温之后即得。5.根据权利要求2所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.01倍。6.根据权利要求2所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.05倍。7.根据权利要求2所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，填料6fap的添加量为环氧树脂的0.1倍。8.根据权利要求1所述的一种6fap/环氧树脂复合介质材料的制备方法，其特征在于，s2中，超声波震荡时间为15min，采用油浴加热，加热时间为3小时；s3具体为：将s1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到s2中的混合溶液中，继续油浴加热1小时。9.一种6fap/环氧树脂复合介质材料，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的一种复合介质材料的制备方法制备得到。10.一种权利要求9所述的6fap/环氧树脂复合介质材料的应用，其特征在于，在电力行业中，作为绝缘材料使用。

技术总结
本发明提供了一种复合介质材料的制备方法，属于绝缘材料的制备技术领域。本发明包括S1、分别称取环氧树脂、填料6FAP、固化剂、促进剂、和增韧剂待用；S2、将S1中的环氧树脂、填料6FAP混合均匀加入丙酮后，依次进行超声波震荡和加热；S3、将S1中的固化剂、促进剂和增韧剂加入到S2中的混合溶液中，继续加热；S4、对S3进行抽真空；S5、S4抽真空完成后倒入模具中，进行加热固化，冷却至室温后即得。本发明通过固化剂中的酸酐水解生成羧基(—COOH)与填料中的羟基(—OH)发生酯化反应，并以环氧树脂作为基体，使环氧树脂基体、固化剂、填料等共同生成有机高分子化合物，完成基体氟化，在较低的填料含量下提高绝缘材料的电气性能和改性稳定性。含量下提高绝缘材料的电气性能和改性稳定性。含量下提高绝缘材料的电气性能和改性稳定性。


技术研发人员：郑欢 矫树庆 张金玉 王明跃 何佳鹏 陈如兵
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/28