一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层及其制备方法

本发明属于高压绝缘材料领域，具体涉及一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层及其制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂因其具有良好的电学、机械等性能，广泛应用在电力设备的绝缘部件中，如气体绝缘开关设备的盆式绝缘子。对于盆式绝缘子，气-固界面的沿面闪络是导致其绝缘失效的主要原因，进而影响电力设备的安全运行，并有可能引起重大的经济损失。因此，提高环氧树脂在气氛中的沿面闪络电压对保证电力装备安全可靠运行具有重要意义。

2、提高沿面闪络电压一直是电气绝缘领域的热点研究，常见的方法如纳米掺杂，表面氟化等。其中，纳米掺杂纯的制备工艺需要克服纳米粒子在基体中沉降的问题，操作较为复杂；表面氟化对操作人员存在健康隐患以及较为严重的环境污染问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层及其制备方法，以克服现有技术存在的问题，本发明采用异硫氰酸酯，二氨基二苯甲烷，二氨基聚二甲基硅氧烷制备聚硫脲基嵌段共聚物涂层材料，改变二氨基二苯甲烷和二氨基聚二甲基硅氧烷的配比，可在不同程度上有效提升环氧树脂沿面闪络电压，提高比例最高可达45％。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将1,4-苯二异硫氰酸酯完全溶解于弱极性溶剂中，然后加入有机二胺，在氮气环境、室温条件下反应，得到聚硫脲溶液a；

5、2)将端胺基低聚物完全溶解于弱极性溶剂中，再加入到聚硫脲溶液a中，在氮气环境、加热条件下反应，得到聚硫脲溶液b；

6、3)将所得的聚硫脲溶液b收集到半透膜中，然后在乙醚中搅拌浸泡，除去未反应的1,4-苯二异硫氰酸酯、有机二胺和端胺基低聚物，得到聚硫脲基嵌段共聚物产物；

7、4)将聚硫脲基嵌段共聚物产物于真空条件下以除去溶剂，得到固体聚硫脲基嵌段共聚物；

8、5)将固体聚硫脲基嵌段共聚物置于极性溶液中，搅拌直至完全溶解；

9、6)将步骤5)所得溶液过滤后，获得澄澈的聚硫脲基嵌段共聚物溶液；

10、7)将聚硫脲基嵌段共聚物溶液铺在恒温加热的环氧树脂上，采用梯度升温去除极性溶剂，得到含有聚硫脲基嵌段共聚物涂层的环氧树脂样品。

11、进一步地，所述有机二胺为3,3’二氨基二苯甲烷；

12、所述端胺基低聚物为二氨基聚二甲基硅氧烷；

13、所述弱极性溶剂为四氢呋喃；

14、所述极性溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。

15、进一步地，步骤1)中，1,4-苯二异硫氰酸酯与弱极性溶剂的比为1mmol：(1-3)ml；

16、步骤2)中，端胺基低聚物与弱极性溶剂的比为1mmol：(1-10)ml；

17、步骤5)中，聚硫脲基嵌段共聚物产物与极性溶剂的比为100mg：(0.5-2)ml。

18、进一步地，所述1,4-苯二异硫氰酸酯、有机二胺和端胺基低聚物的摩尔比为(1 -1.05)：x：(1-x)，其中x为0.1-0.9。

19、进一步地，步骤1)中，在氮气环境、室温条件下反应时间为1-2h；

20、步骤2)中，加热的温度为45-55℃，反应时间为5-7h；

21、步骤4)中，除去溶剂时温度为室温，时间为12-14h。

22、进一步地，步骤3)中，装有聚硫脲溶液b的半透膜在乙醚中搅拌浸泡时间为20-26h。

23、进一步地，步骤6)中过滤时，采用孔径0.45um的滤膜。

24、进一步地，步骤7)中，梯度升温具体过程为：在55℃-65℃下保温1h-3h，然后在75℃-85℃下保温5h-7h。

25、进一步地，还包括步骤8)：将步骤7)所得样品在真空环境下加热处理，进一步除去极性溶剂，加热温度为90℃-100℃，时间为46h-50h。

26、一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层，采用上述的制备方法制得。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

28、在沿面闪络发生过程中，从阴极-气氛-材料的三结合点发生出的初始电子在电场作用下撞击材料表面产生二次电子，部分二次电子将继续碰撞材料从而产生更多次级电子，最终行程电子雪崩，即发生沿面闪络。在这个过程中，撞击材料表面的电子有一部分以一定概率被材料中的陷阱捕获，进而不能参与产生次级电子的过程。涂敷不同比例聚硫脲嵌段共聚物涂层后的环氧树脂样品的电阻率均高于纯环氧树脂，且随着有机二胺含量的增加，电阻率不断提高。电阻率提高表明样品的陷阱能级或者陷阱密度随之增大，能有效捕捉材料中更多的电荷，有助于阻碍沿面闪络发生中的碰撞电离过程，进而使得材料在电子形成电子雪崩前能够承受电极间更高的电压，进而提升发生沿面闪络现象的电压。且本发明涂层制备工艺难度低，可靠性强，能够广泛运用于高压绝缘材料领域。

技术特征：

1.一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，所述有机二胺为3,3’二氨基二苯甲烷；

3.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，1,4-苯二异硫氰酸酯与弱极性溶剂的比为1mmol：(1-3)ml；

4.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，所述1,4-苯二异硫氰酸酯、有机二胺和端胺基低聚物的摩尔比为(1-1.05)：x：(1-x)，其中x为0.1-0.9。

5.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，在氮气环境、室温条件下反应时间为1-2h；

6.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，步骤3)中，装有聚硫脲溶液b的半透膜在乙醚中搅拌浸泡时间为20-26h。

7.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，步骤6)中过滤时，采用孔径0.45um的滤膜。

8.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，步骤7)中，梯度升温具体过程为：在55℃-65℃下保温1h-3h，然后在75℃-85℃下保温5h-7h。

9.根据权利要求1所述的一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层的制备方法，其特征在于，还包括步骤8)：将步骤7)所得样品在真空环境下加热处理，进一步除去极性溶剂，加热温度为90℃-100℃，时间为46h-50h。

10.一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明提供了一种提高环氧树脂沿面闪络电压的聚硫脲基嵌段共聚物涂层及其制备方法，通过1,4‑苯二异硫氰酸酯、弱极性溶剂、有机二胺和端胺基低聚物制备聚硫脲溶液；将聚硫脲溶液收集到半透膜中，然后在乙醚中搅拌浸泡，除去未反应物，得到聚硫脲基嵌段共聚物产物；将聚硫脲基嵌段共聚物产物除去溶剂，得到固体聚硫脲基嵌段共聚物；将固体聚硫脲基嵌段共聚物置于极性溶液中，搅拌直至完全溶解，过滤获得澄澈的聚硫脲基嵌段共聚物溶液；将聚硫脲基嵌段共聚物溶液铺在恒温加热的环氧树脂上，得到聚硫脲基嵌段共聚物涂层的环氧树脂样品。本发明能够改变环氧树脂的沿面闪络电压，且涂层制备工艺难度低，可靠性强，能够广泛运用于高压绝缘材料领域。

技术研发人员：牛欢,冯阳,李明儒,尚恺,李盛涛
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6