一种可自愈复合绝缘材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力工业绝缘材料制作技术领域，特别涉及一种可自愈复合绝缘材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电力设备小型化的发展趋势，固态绝缘材料在某些应用场合体现出一定的优势，例如干式变压器，电力电缆等等。在固态绝缘材料的使用过程中，绝缘老化和绝缘性能的降低的主要原因之一，是固态绝缘材料中电树枝的产生以及发展过程。而绝缘材料中电树枝老化行为的进一步发展，将最终导致绝缘层被击穿，从而使得电力设备发生损坏以及故障。而一些例如电缆的电力设备，在地下发生了故障后将会给维修带来极大的不便，大量的人力财力将被浪费，同时还会引起一定规模的停电检修，造成庞大的经济损失。由此，基于生物体能够自愈伤口的现象，从仿生的角度出发，提出一种固态可自愈绝缘材料是亟待研究的问题。
[0003]可逆键型的自愈材料通过在化合物中引入离子键交联组合、多重氢键、活性脲键等化学键或分子间作用力。在发生微裂痕缺陷时，通过材料内部本身的可逆键，将断裂的交联网络在可逆键的相应活性基团处重新连接，从而实现材料自发的愈合。而基于氢键的自愈材料是其中一种通过引入多重氢键而使得材料具有可逆自愈性质的材料。综上所述，固态绝缘材料中存在的绝缘老化问题严重威胁着中电力系统中电力设备的绝缘安全性，而现有的固态绝缘材料在发生缺陷后不具有自我愈合的能力。因此，研制出一种具有一定自愈能力的绝缘复合材料，对于提高电力系统中的绝缘可靠性，节省对于故障设备的检修开支，减少因绝缘层破坏而报废设备的物资消耗，提高绝缘材料应用的经济性有着重要的意义。而根据研究报道，基于氢键的自愈材料已有在导电材料方面应用的研究成果，关于绝缘材料的自愈研究仍为空缺。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为解决现有绝缘材料在使用过程中电老化现象所带来的寿命缩减，需要屡次更换的问题，提出一种可自愈复合绝缘材料及其制备方法，使制得的复合绝缘材料具有一定的自愈能力，提高了其在使用期间的可靠性与材料的使用寿命。
[0005]本发明提出的可自愈复合绝缘材料是由基于氢键的自愈材料组分和绝缘材料通过溶液共混的方式制得的；基于氢键的自愈材料组分是由脂肪酸多聚体混合物、脂肪族多胺和脲三种原料制得的，其中脂肪酸多聚体混合物与脂肪族多胺的质量比为1.1-4.8:1，脂肪酸多聚体混合物与脂肪族多胺反应生成的中间体与脲的质量比为12.6-24.6:1，绝缘材料与基于氢键的自愈材料组分的质量比为0.25-9:1 (使得绝缘材料占复合绝缘材料总质量的 20-90%)。
[0006]本发明的提出的可自愈复合绝缘材料的制备方法是通过以下步骤实现的:
[0007](I)可自愈复合绝缘材料的第一步制备过程:
[0008](1-1)称取质量比为1.1-4.8:1的脂肪酸多聚体混合物与脂肪族多胺，采用油浴锅以150-200 °C的温度加热12-36小时，反应期间通以氮气进行保护，同时加以持续的机械搅拌，得到中间体产物；
[0009](1-2)将步骤(1-1)得到的中间体产物与脲以12.6-24.6:1的质量比混合后，采用油浴锅以100-140°C的温度加热6-10小时，反应期间通以氮气进行保护，同时加以持续的机械搅拌，得到基于氢键的自愈材料组分；
[0010](2)可自愈复合绝缘材料的第二步制备过程:
[0011](2-1)将步骤(I)制备好的基于氢键的自愈材料组分在鼓风干燥箱中以60-80°C加热20-40min，使其充分液化，得到具有较好的流动性的基于氢键的自愈材料组分；
[0012](2-2)将充分液化后的基于氢键的自愈材料组分溶于溶剂(溶剂与基于氢键的自愈材料组分质量比为1-2:1)形成自愈材料溶液，并将装有溶液的容器封口后，以60-80°C加热10_30min;
[0013](2-3)将绝缘材料加入到步骤(2-2)中得到的自愈材料溶液进行混合并以60-80 V预热l-3min，机械搅拌3-5min，得到混合物溶液;环氧树脂与步骤(1-2)得到的基于氢键的自愈材料组分的质量比为0.25-9:1 (使得环氧树脂占复合绝缘材料总质量的20-90% );
[0014](2-4)将步骤(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，在真空环境下静置20-40min使得该混合物溶液中的溶剂完全排出；
[0015](2-5)将去除溶剂的混合物在60-100 °C下加热12_24h使其固化，得到成品可自愈复合绝缘材料。
[0016]本发明采用基于氢键的自愈材料组分与绝缘材料的混合体系，使用溶液共混的方法，在真空环境中加热去除溶剂，从而使其固化成型得到可自愈的绝缘复合材料。本发明的可自愈绝缘复合材料在进行机械破坏后，经力学测试其抗张强度能够在自愈后恢复原有抗张强度的70%，经电学测试其体积电阻率可以恢复到与原有体积电阻率相差不超过3%。
[0017]本发明的可自愈绝缘复合材料体系具有愈合在电老化过程中产生的电树枝的能力，在在材料发展电树枝以后可以通过处理过程使得电树枝的微小分支得以自愈，而其自愈后的起树电压下降不超过初次起树电压的10%，能够有效愈合绝缘材料在使用过程中缓慢电老化产生的电树枝，从而阻碍绝缘层的老化击穿的过程，延长绝缘材料的使用寿命，减少绝缘材料更换的频率，提高了绝缘层的长久使用的稳定可靠性，对于减少因绝缘层破坏而报废设备的物资消耗，节省对于故障设备的检修开支，提高绝缘材料应用的经济性有着重要的意义。
【具体实施方式】
[0018]本发明提出的一种可自愈复合绝缘材料及其制备方法结合实例详细说明如下:
[0019]本发明提出的一种可自愈复合绝缘材料，其特征在于，该复合绝缘材料是由基于氢键的自愈材料组分和绝缘材料通过溶液共混的方式制得的；该基于氢键的自愈材料组分是由脂肪酸多聚体混合物、脂肪族多胺和脲三种原料制得的，其中脂肪酸多聚体混合物与脂肪族多胺的质量比为1.1-4.8:1，脂肪酸多聚体混合物与脂肪族多胺反应生成的中间体与脲的质量比为12.6-24.6:1，绝缘材料与基于氢键的自愈材料组分的质量比为0.25-9:1(使得绝缘材料占复合绝缘材料总质量的20-90% )。
[0020]所选用的脂肪酸多聚体混合物中脂肪酸单体、脂肪酸二聚体、脂肪酸三聚体的质量分数为(0.5-18% ): (50-98%):(1.5-32%)。
[0021]所选用的脂肪族多胺为乙二胺、丙二胺、二乙基三胺、三乙基四胺中具有至少两个氨基的脂肪烃中任一种。
[0022]所选用的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷等卤代烃之中的任一种。
[0023]所选用的绝缘材料为双酸A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂以及线性酚醛型环氧树脂之中的任一种。
[0024]本发明上述可自愈复合绝缘材料的制备方法是通过以下步骤实现的:
[0025](I)可自愈复合绝缘材料的第一步制备过程:
[0026](1-1)称取质量比为1.1-4.8:1的脂肪酸多聚体混合物与脂肪族多胺，采用油浴锅以150-200 °C的温度加热12-36小时，反应期间通以氮气进行保护，同时加以持续的机械搅拌，得到中间体产物；
[0027](1-2)将步骤(1-1)得到的中间体产物与脲以12.6-24.6:1的质量比混合后，采用油浴锅以100-140°C的温度加热6-10小时，反应期间通以氮气进行保护，同时加以持续的机械搅拌，得到基于氢键的自愈材料组分；
[0028](2)可自愈复合绝缘材料的第二步制备过程:
[0029](2-1)将步骤(I)制备好的基于氢键的