本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的制備方法，屬于電力材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
戶外絕緣在整個(gè)絕緣體系中占有重要地位，而絕緣子在戶外絕緣系統(tǒng)，特別是在戶外高壓絕緣系統(tǒng)，如在變電與配電系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。由于戶外環(huán)境復(fù)雜，因此，對(duì)戶外絕緣子外絕緣材料提出了很高的性能要求，如要求有優(yōu)良的耐高低溫性能、耐紫外老化性能、耐生物腐蝕與化學(xué)腐蝕性能以及高強(qiáng)度與高疏水性等。絕緣子按所用外絕緣材料的不同可近似分為瓷質(zhì)絕緣子與非瓷質(zhì)絕緣子兩類。
陶瓷作為一種絕緣材料，其應(yīng)用已經(jīng)有上百年歷史，作為絕緣子材料其具有穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、成本低等特點(diǎn)，但近年來(lái)，隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展，瓷質(zhì)絕緣子在某些性能方面逐漸暴露出缺陷，主要表現(xiàn)在：脆性大，加工運(yùn)輸及安裝過(guò)程中易碎裂；重量大，安裝需要其中設(shè)備，且需要建造必須的支撐結(jié)構(gòu)；易空心失效等。
鑒于上述問(wèn)題，人們將目光轉(zhuǎn)向了非瓷質(zhì)絕緣子的研究和開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)60年代以來(lái)，聚合物材料在電力工業(yè)中的應(yīng)用逐漸收到了廣泛關(guān)注，由于其具有重量輕、介電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在絕緣子的制造中逐步得到了發(fā)展。聚合物絕緣子，又稱復(fù)合絕緣子，得益于聚合物材料具有較低的表面能，因此可保證絕緣子的表面具有疏水性，使材料在潮濕環(huán)境下運(yùn)行也可以保證絕緣子的電氣特性，此外，聚合物材料還具有輕質(zhì)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特性，因此在戶外高壓絕緣子中得到了飛速發(fā)展。但目前，復(fù)合絕緣子材料在耐候性、機(jī)械強(qiáng)度以及材料相容性等方面還存在不足，需要進(jìn)一步改善加強(qiáng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)傳統(tǒng)復(fù)合絕緣子外絕緣材料在制備和使用過(guò)程中出現(xiàn)的在室外使用過(guò)程中表面發(fā)生老化，降低材料表面憎水性，導(dǎo)致絕緣性能下降甚至引發(fā)閃絡(luò)事故的問(wèn)題，提供了一種高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的制備方法，本發(fā)明將稻殼與粉煤灰混合，利用沼氣液上清液發(fā)酵消耗稻殼有機(jī)質(zhì)，并溶解其中的金屬元素，經(jīng)過(guò)濾烘干后，將濾餅高溫煅燒，充分去除有機(jī)質(zhì)，再將所得微納米粉末制成改性溶膠，再與自行制備的丙烯酸酯乳化液反應(yīng)，得到復(fù)合乳液，并將其旋涂于絕緣子表面，經(jīng)干燥后得到高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料。本發(fā)明利用復(fù)合乳液中微納米顆粒在絕緣子表面形成仿荷葉表面的微納米結(jié)構(gòu)，在具備超疏水效果的同時(shí)，可有效吸收紫外線，增加絕緣子的抗老化性能，延長(zhǎng)了戶外絕緣子的使用壽命。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）依次稱取300～500g稻殼，200～300g粉煤灰，置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥混合物，再將其轉(zhuǎn)入萬(wàn)能粉碎機(jī)中，粉碎后過(guò)325～400目篩，得混合粉末；
（2）量取1～2L沼氣液，離心分離，去除下層沉淀物，收集上層清液，并將其轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，再加入300～400g上述所得混合粉末，30～50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6～8%檸檬酸溶液，于溫度為35～38℃，轉(zhuǎn)速為120～160r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵3～5天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅，直至洗滌液呈中性；
（3）將上述洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅置于馬弗爐中，以3～5mL/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以6～8℃/min速率升溫至600～680℃，保溫煅燒45～60min，隨爐冷卻至室溫，即得微納米混合粉末；
（4）在帶攪拌器的三口燒瓶中，依次加入1～2g十二烷基硫酸鈉，40～50g上述所得微納米混合粉末，150～200mL去離子水，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至400～500r/min，在攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～5%鹽酸，調(diào)節(jié)pH至6.0～6.4，再加入4～8gKH-570，隨后以600～800r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合8～10h，得改性溶膠，備用；
（5）量取100～120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～6%烯丙氧基壬基酚醚硫酸銨溶液，加入帶攪拌器的三口燒瓶中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速至1000～1200r/min，隨后依次稱取30～35g甲基丙烯酸甲酯，30～35g丙烯酸丁酯，2～3g丙烯酸，混合均勻后，在攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加至三口燒瓶中，控制在10～15min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)高速攪拌混合8～10min，得乳化液；
（6）依次量取15～20mL步驟（4）備用改性溶膠，8～10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2～4%過(guò)硫酸鉀溶液，加入四口燒瓶中，再將燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，設(shè)定溫度為80～85℃，攪拌轉(zhuǎn)速為480～500r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗將上述所得乳化液滴加至四口燒瓶中，控制在2～4h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60～90min，待自然冷卻至室溫，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15%氨水，調(diào)節(jié)pH至中性，得復(fù)合乳液；
（7）取3～5個(gè)絕緣子，經(jīng)人工用無(wú)水乙醇擦洗3～5次，利用勻膠機(jī)將上述所得復(fù)合乳液旋涂于絕緣子表面，再將絕緣子放入真空干燥箱中，于溫度為55～60℃條件下，干燥15～30min，即得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料。
本發(fā)明的物理性質(zhì)：本發(fā)明所得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的體積電阻率為8.8×1012～9.2×1012?，直流擊穿電壓為40～45kV/mm，可耐8000～10000h功率為400W以上紫外線輻照。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明所得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料在紫外光照射下仍可保持良好的穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的抗紫外性能，有效增加了絕緣子的耐候性，延長(zhǎng)了戶外絕緣子的使用壽命；
（2）本發(fā)明利用仿生學(xué)原理，在絕緣子表面構(gòu)筑仿荷葉表面結(jié)構(gòu)，具有耐污自清潔功能，可作為絕緣子外絕緣材料推廣使用。
具體實(shí)施方式
依次稱取300～500g稻殼，200～300g粉煤灰，置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥混合物，再將其轉(zhuǎn)入萬(wàn)能粉碎機(jī)中，粉碎后過(guò)325～400目篩，得混合粉末；量取1～2L沼氣液，離心分離，去除下層沉淀物，收集上層清液，并將其轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，再加入300～400g上述所得混合粉末，30～50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6～8%檸檬酸溶液，于溫度為35～38℃，轉(zhuǎn)速為120～160r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵3～5天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅，直至洗滌液呈中性；將上述洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅置于馬弗爐中，以3～5mL/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以6～8℃/min速率升溫至600～680℃，保溫煅燒45～60min，隨爐冷卻至室溫，即得微納米混合粉末；在帶攪拌器的三口燒瓶中，依次加入1～2g十二烷基硫酸鈉，40～50g上述所得微納米混合粉末，150～200mL去離子水，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至400～500r/min，在攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～5%鹽酸，調(diào)節(jié)pH至6.0～6.4，再加入4～8gKH-570，隨后以600～800r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合8～10h，得改性溶膠，備用；量取100～120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～6%烯丙氧基壬基酚醚硫酸銨溶液，加入帶攪拌器的三口燒瓶中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速至1000～1200r/min，隨后依次稱取30～35g甲基丙烯酸甲酯，30～35g丙烯酸丁酯，2～3g丙烯酸，混合均勻后，在攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加至三口燒瓶中，控制在10～15min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)高速攪拌混合8～10min，得乳化液；依次量取15～20mL備用改性溶膠，8～10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2～4%過(guò)硫酸鉀溶液，加入四口燒瓶中，再將燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，設(shè)定溫度為80～85℃，攪拌轉(zhuǎn)速為480～500r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗將上述所得乳化液滴加至四口燒瓶中，控制在2～4h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60～90min，待自然冷卻至室溫，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15%氨水，調(diào)節(jié)pH至中性，得復(fù)合乳液；取3～5個(gè)絕緣子，經(jīng)人工用無(wú)水乙醇擦洗3～5次，利用勻膠機(jī)將上述所得復(fù)合乳液旋涂于絕緣子表面，再將絕緣子放入真空干燥箱中，于溫度為55～60℃條件下，干燥15～30min，即得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料。
實(shí)例1
依次稱取300g稻殼，200g粉煤灰，置于烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，得干燥混合物，再將其轉(zhuǎn)入萬(wàn)能粉碎機(jī)中，粉碎后過(guò)325目篩，得混合粉末；量取1L沼氣液，離心分離，去除下層沉淀物，收集上層清液，并將其轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，再加入300g上述所得混合粉末，30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6～8%檸檬酸溶液，于溫度為35℃，轉(zhuǎn)速為120r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵3天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅，直至洗滌液呈中性；將上述洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅置于馬弗爐中，以3mL/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以6℃/min速率升溫至600℃，保溫煅燒45min，隨爐冷卻至室溫，即得微納米混合粉末；在帶攪拌器的三口燒瓶中，依次加入1g十二烷基硫酸鈉，40g上述所得微納米混合粉末，150mL去離子水，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至400r/min，在攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸，調(diào)節(jié)pH至6，再加入4gKH-570，隨后以600r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合8h，得改性溶膠，備用；量取100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%烯丙氧基壬基酚醚硫酸銨溶液，加入帶攪拌器的三口燒瓶中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速至1000r/min，隨后依次稱取30g甲基丙烯酸甲酯，30g丙烯酸丁酯，2g丙烯酸，混合均勻后，在攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加至三口燒瓶中，控制在10min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)高速攪拌混合8min，得乳化液；依次量取15mL備用改性溶膠，8mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%過(guò)硫酸鉀溶液，加入四口燒瓶中，再將燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，設(shè)定溫度為80℃，攪拌轉(zhuǎn)速為480r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗將上述所得乳化液滴加至四口燒瓶中，控制在2h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60min，待自然冷卻至室溫，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氨水，調(diào)節(jié)pH至中性，得復(fù)合乳液；取3個(gè)絕緣子，經(jīng)人工用無(wú)水乙醇擦洗3次，利用勻膠機(jī)將上述所得復(fù)合乳液旋涂于絕緣子表面，再將絕緣子放入真空干燥箱中，于溫度為55℃條件下，干燥15min，即得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料。
本發(fā)明所得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的體積電阻率為8.8×1012?，直流擊穿電壓為40kV/mm，可耐8000h功率為400W以上紫外線輻照。
實(shí)例2
依次稱取400g稻殼，260g粉煤灰，置于烘箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，得干燥混合物，再將其轉(zhuǎn)入萬(wàn)能粉碎機(jī)中，粉碎后過(guò)350目篩，得混合粉末；量取1.5L沼氣液，離心分離，去除下層沉淀物，收集上層清液，并將其轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，再加入350g上述所得混合粉末，45mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%檸檬酸溶液，于溫度為36℃，轉(zhuǎn)速為140r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵4天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅，直至洗滌液呈中性；將上述洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅置于馬弗爐中，以4mL/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以7℃/min速率升溫至650℃，保溫煅燒50min，隨爐冷卻至室溫，即得微納米混合粉末；在帶攪拌器的三口燒瓶中，依次加1.5g十二烷基硫酸鈉，45g上述所得微納米混合粉末，180mL去離子水，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至450r/min，在攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%鹽酸，調(diào)節(jié)pH至6.2，再加入6gKH-570，隨后以700r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合9h，得改性溶膠，備用；量取110mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%烯丙氧基壬基酚醚硫酸銨溶液，加入帶攪拌器的三口燒瓶中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速至1100r/min，隨后依次稱取32g甲基丙烯酸甲酯，32g丙烯酸丁酯，2.8g丙烯酸，混合均勻后，在攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加至三口燒瓶中，控制在12min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)高速攪拌混合9min，得乳化液；依次量取18mL備用改性溶膠，9mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%過(guò)硫酸鉀溶液，加入四口燒瓶中，再將燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，設(shè)定溫度為82℃，攪拌轉(zhuǎn)速為490r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗將上述所得乳化液滴加至四口燒瓶中，控制在3h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢璺磻?yīng)80min，待自然冷卻至室溫，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%氨水，調(diào)節(jié)pH至中性，得復(fù)合乳液；取4個(gè)絕緣子，經(jīng)人工用無(wú)水乙醇擦洗4次，利用勻膠機(jī)將上述所得復(fù)合乳液旋涂于絕緣子表面，再將絕緣子放入真空干燥箱中，于溫度為58℃條件下，干燥20min，即得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料。
本發(fā)明所得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的體積電阻率為9×1012?，直流擊穿電壓為42kV/mm，可耐9000h功率為400W以上紫外線輻照。
實(shí)例3
依次稱取500g稻殼，300g粉煤灰，置于烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，得干燥混合物，再將其轉(zhuǎn)入萬(wàn)能粉碎機(jī)中，粉碎后過(guò)400目篩，得混合粉末；量取2L沼氣液，離心分離，去除下層沉淀物，收集上層清液，并將其轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，再加入400g上述所得混合粉末，50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%檸檬酸溶液，于溫度為38℃，轉(zhuǎn)速為160r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵5天，抽濾，除去濾液，用去離子水洗滌濾餅，直至洗滌液呈中性；將上述洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅置于馬弗爐中，以5mL/min速率向爐內(nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，以8℃/min速率升溫至680℃，保溫煅燒60min，隨爐冷卻至室溫，即得微納米混合粉末；在帶攪拌器的三口燒瓶中，依次加入2g十二烷基硫酸鈉，50g上述所得微納米混合粉末，200mL去離子水，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至500r/min，在攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%鹽酸，調(diào)節(jié)pH至6.4，再加入8gKH-570，隨后以800r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合10h，得改性溶膠，備用；量取120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%烯丙氧基壬基酚醚硫酸銨溶液，加入帶攪拌器的三口燒瓶中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速至1200r/min，隨后依次稱取35g甲基丙烯酸甲酯，35g丙烯酸丁酯，3g丙烯酸，混合均勻后，在攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加至三口燒瓶中，控制在15min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)高速攪拌混合10min，得乳化液；依次量取20mL備用改性溶膠，10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%過(guò)硫酸鉀溶液，加入四口燒瓶中，再將燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，設(shè)定溫度為85℃，攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗將上述所得乳化液滴加至四口燒瓶中，控制在4h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)保溫?cái)嚢璺磻?yīng)90min，待自然冷卻至室溫，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氨水，調(diào)節(jié)pH至中性，得復(fù)合乳液；取5個(gè)絕緣子，經(jīng)人工用無(wú)水乙醇擦洗5次，利用勻膠機(jī)將上述所得復(fù)合乳液旋涂于絕緣子表面，再將絕緣子放入真空干燥箱中，于溫度為60℃條件下，干燥30min，即得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料。
本發(fā)明所得高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的體積電阻率為9.2×1012?，直流擊穿電壓為45kV/mm，可耐10000h功率為400W以上紫外線輻照。