專利名稱：一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料為添加物的耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，屬于納米新型技術(shù)材料領(lǐng)域。
美國專利4,935,302提出在絕緣材料中添加無機(jī)氧化物如氧化鉻、氧化鐵及它們的混合物可以提高絕緣材料的耐脈沖浪涌電壓能力。美國專利6,190,770B1發(fā)明了在絕緣材料中添加α型氧化鋁和γ型氧化鋁混合物以提高絕緣材料的耐脈沖浪涌電壓能力。美國專利5,654,095發(fā)明了一種耐脈沖浪涌電壓漆包線，可以抵抗3000V的浪涌電壓，耐熱溫度達(dá)到300℃，電壓上升時間達(dá)到100KV/usec，頻率達(dá)到20KHZ。該發(fā)明是在常規(guī)漆包線絕緣層中添加了一層由金屬無機(jī)氧化物與有機(jī)絕緣材料組成的防護(hù)層。其中金屬無機(jī)氧化物的種類包括納米級二氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鐵以及各種粘土。但由于納米級粒子具有很大的比表面積，如不進(jìn)行有效處理極易發(fā)生團(tuán)聚，很難在絕緣漆中均勻分散，因而難以發(fā)揮納米粉體的特性，真正達(dá)到提高耐脈沖浪涌電壓能力的目的。CN1108279A和EP393857中提供了在亞微米級(0.2～0.3μm)涂料鈦白表面包覆無機(jī)氧化物的方法，其目的是生產(chǎn)耐久性二氧化鈦，提高氧化鈦遮蓋力和耐候性。由于納米顆粒表面能大、易團(tuán)聚，特別是經(jīng)高溫煅燒獲得的納米粉體顆粒間已有部分團(tuán)聚或燒結(jié)產(chǎn)生，采用一般的技術(shù)很難實(shí)施原級粒子包覆。
本發(fā)明的耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的特征是以納米半導(dǎo)體氧化物為核心材料，在其表面均勻淀積有一種或一種以上的氧化物，然后再包覆有一種或一種以上的有機(jī)物，形成一種納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒；然后將該具有多層結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合顆粒均勻分散于絕緣漆、絕緣塑料或絕緣橡膠中，制備成具有耐脈沖浪涌電壓功能的絕緣材料。
本發(fā)明制備的耐脈沖浪涌電壓絕緣材料，采用的納米復(fù)合顆粒是多組分多層結(jié)構(gòu)的。本發(fā)明以納米級半導(dǎo)體氧化物如二氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵或氧化鉻為核心材料，其中二氧化鈦晶型為銳鈦礦相、金紅石相或混合相結(jié)構(gòu)，氧化鐵為α相結(jié)構(gòu)，納米半導(dǎo)體氧化物平均晶粒尺寸為5～70nm，最佳為10.6nm。在其表面均勻淀積一種或一種以上的氧化物如氧化硅、氧化鋁、氧化鋇或氧化鈣，氧化物淀積量為納米半導(dǎo)體氧化物基體的0.5～50％，最佳為10％(重量百分比)。在半導(dǎo)體復(fù)合顆粒表面再包覆一種或一種以上的有機(jī)物如十二烷基硫酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、月桂酸鈉、硬脂酸鈉、硅偶聯(lián)劑或鈦酸脂偶聯(lián)劑，有機(jī)物包覆量為納米無機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合顆粒的0.5～25％，最佳為2％(重量百分比)，制備得到納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒。
當(dāng)將納米半導(dǎo)體材料加入到有機(jī)絕緣材料中時，可提高有機(jī)絕緣材料電導(dǎo)性，使由于浪涌電壓引起的局部積累電荷分散轉(zhuǎn)移，改善電荷在局部大量集中的情況，減小局部放電的發(fā)生。當(dāng)在這些半導(dǎo)體材料表面均勻淀積其它氧化物后，由于材料之間的協(xié)同作用，對半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，使材料的表面電流不至于過大而引起局部過熱破壞絕緣材料；保護(hù)了半導(dǎo)體材料，減小了熱侵蝕和化學(xué)侵蝕對半導(dǎo)體材料的破壞。另外，采用納米級復(fù)合顆粒能提高絕緣材料光潔度和透明性，亦能消除非納米材料對絕緣材料機(jī)械強(qiáng)度的影響。在無機(jī)氧化物顆粒表面包覆有機(jī)物的目的是改善粉體與有機(jī)絕緣材料的相容性，提高無機(jī)粉體在有機(jī)絕緣材料中的分散性，從而有效發(fā)揮納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒的耐脈沖浪涌電壓的功能。
本發(fā)明提供的該納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒均勻分散至絕緣漆中，能制備具有耐脈沖浪涌電壓功能的絕緣材料。原料來源廣泛、成本低、工藝簡單、易于工業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)。該材料可廣泛應(yīng)用于要求具有耐脈沖浪涌電壓性能的絕緣材料，如耐變頻絕緣漆、耐變頻絕緣薄膜等，具有優(yōu)良的工藝技術(shù)性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)是1)能發(fā)揮納米級氧化物復(fù)合顆粒的協(xié)同效應(yīng)，明顯提高絕緣材料的耐脈沖浪涌電壓能力，用途廣泛，具有優(yōu)良的工藝技術(shù)性能和使用壽命。
2)納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒能均勻分散在有機(jī)絕緣材料中，充分發(fā)揮納米顆粒的特殊效應(yīng)。
3)納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒能通過常溫常壓液相反應(yīng)制備，易于擴(kuò)大到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。
本發(fā)明中漆包線的耐脈沖浪涌電壓壽命采用的測試方法為1)絞線對的制備在1364g負(fù)載下，將兩根漆包線絞制8個結(jié)點(diǎn)，絞線對長度為0.4m。
2)壽命測試將絞線對放置在恒溫箱中，溫度為90℃。絞線對一端的兩個接頭接變頻器輸出端，另一端空置。變頻器提供的輸出頻率為20KHz，峰壓為3KV，峰頭上升時間為50ns。根據(jù)絞線對擊穿時間來衡量漆包線的耐脈沖浪涌電壓壽命。
權(quán)利要求
1.一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是它是以一種具有多層結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合顆粒為添加物，該復(fù)合顆粒是以納米級半導(dǎo)體氧化物為核心材料，在其表面均勻淀積有一種或一種以上的氧化物，并再包覆有一種或一種以上的有機(jī)物，形成一種納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒；再將該具有多層結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合顆粒均勻分散于絕緣漆、絕緣塑料或絕緣橡膠中而制成具有耐脈沖浪涌電壓性能的絕緣材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是所述的復(fù)合顆粒的納米半導(dǎo)氧化物為二氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵或氧化鉻；可使用其中一種或一種以上的氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是所述的半導(dǎo)體氧化物中二氧化鈦晶型為銳鈦礦相、金紅石相或混合相結(jié)構(gòu)氧化鋅為四方晶系結(jié)構(gòu)；氧化鐵為α相結(jié)構(gòu)；納米半導(dǎo)體氧化物平均晶粒尺寸為5～70nm，最佳為10.6nm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是在所述的納米半導(dǎo)體氧化物表面淀積的氧化物為氧化硅、氧化鋁、氧化鋇或氧化鈣；可使用其中一種或一種以上的氧化物。
5.如權(quán)利要求4所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是在所述的納米半導(dǎo)體氧化物表面淀積的氧化物的淀積量為納米半導(dǎo)體氧化物基體的0.5～50％(重量百分比)，最佳為10％。
6.如權(quán)利要求1所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是在所述的無機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合顆粒表面包覆有機(jī)物的種類為可以為十二烷基硫酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、月桂酸鈉、硬脂酸鈉、硅偶聯(lián)劑或鈦酸脂偶聯(lián)劑；可使用其中一種或一種以上的有機(jī)物。
7.如權(quán)利要求6所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是在所述的無機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合顆粒表面包覆有機(jī)物的包覆量為納米無機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合顆粒的0.5-25％(重量百分比)，最佳為2％。
8.如權(quán)利要求1所述的一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是可將所述的納米多層結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒均勻分散于絕緣材料如聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚酯和聚酯樹脂漆、絕緣塑料或絕緣橡膠中，制成耐脈沖浪涌電壓的絕緣材料，如耐脈沖浪涌電壓的絕緣漆、耐脈沖浪涌電壓的絕緣薄膜等；本發(fā)明的權(quán)利要求也包括了利用本方法制造具有耐脈沖浪涌電壓性能的絕緣漆包線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐脈沖浪涌電壓絕緣材料的制造方法，其特征是它是以一種具有多層結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合顆粒為添加物，該復(fù)合顆粒是以納米級半導(dǎo)體氧化物為核心材料，還在其表面淀積有一種或一種以上其它種類的氧化物，并再包覆一種或一種以上有機(jī)物。將該具有多層結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合顆粒均勻分散于絕緣樹脂、絕緣塑料或絕緣橡膠中而制成耐脈沖浪涌電壓的絕緣材料。
文檔編號H01B3/18GK1414570SQ0211161
公開日2003年4月30日 申請日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者施利毅, 馬寒冰, 張劍平 申請人:上海大學(xué), 上海上惠納米科技有限公司