[发明专利]聚合物混凝土电绝缘体系

说明书

本发明涉及一种基于硬化的环氧树脂组合物的聚合物混凝土电绝缘体系。

背景技术

聚合物混凝土是一种复合材料，它是基于含有高含量填充材料的聚合物体 系，为具有最低含量的有机粘合剂的高填充的体系。聚合物混凝土复合材料用 于室内和室外应用，例如作为多种电气设备中的电绝缘体系。

聚合物混凝土由于它相对高的填料含量而区别于通常使用的基于硬化的环 氧树脂组合物的电绝缘体系。基于硬化的环氧树脂组合物的电绝缘体系典型地 用填料，例如用二氧化硅颗粒填充填充至约65重量％，其中二氧化硅的平均粒 径在1微米(μm)至100微米(μm)范围内分布，对应于10^-3mm至10^-1mm的平均 粒径分布。聚合物混凝土通常用不同填料尺寸的聚合体填充至约80重量％或以 上。正是这种高填料含量为材料带来了低成本，因为填料的价格通常低于相同 重量的聚合物组分的价格的三分之一。

环氧绝缘体系中，约65％填料含量是使用单一的填料粒径并产生无孔材料 的可合理加工的最大填料含量。聚合物混凝土用填料粒径的聚集体以获得更高 填料含量，同时依然生产出无孔材料。US 4,210,774公开了一种用分级的无机填 料颗粒高度填充的聚合物粘合剂形成的电绝缘体系，其包含过量的85％的这种 填料颗粒，其中使用的聚合物优选含有甲基丙烯酸甲酯。US 4,210,774揭示了环 氧树脂体系采用了较低的填充水平，并揭示了并且所述(第5栏，第26f行)，环 氧树脂不适于如在US4,210,774中要求保护的高填充水平，这是由于高粘度和成 本而没有提供相应的介电强度。

聚合物混凝土材料的常用加工方法通常不适于复杂几何学和插入装置的大 量制造。尤其，柔性模具的快速磨损阻碍了对最终部件的表面质量和尺寸的精 密控制。它们最多适于制造在应用(其中较少考虑这些性能)中的简单绝缘体。

发明详述

现已惊奇地发现，当脂环族环氧树脂和最近可商购的疏水脂环族环氧树脂 用作基础聚合物粘合剂组分时，基于硬化的环氧树脂组合物的聚合物混凝土电 绝缘体系可通过使用所选择的无机填料组合物填充环氧树脂组合物进行制造， 相对于环氧树脂组合物的总重量进行计算，填充至约76重量％至约86重量％。

本发明的组合物可通过自动压力凝胶工艺(APG)进行加工。这种类型的工艺 包含将环氧化合物注入安装在加热压力机上的金属模具中。它完美地适于简单 和复杂部件的大量生产，提供精密控制的表面质量和最终部件尺寸。

本发明因此也提供用于含有高含量填料材料的环氧树脂组合物的自动化的 并且用于制造具有精密控制的表面质量和部件尺寸的部件的加工方法。与65％ 填充的脂环族环氧化合物的180-195秒弧阻时间相比，所制备的绝缘材料具有 240-255秒的弧阻时间(arc resistance time)(ASTM D495)。同样地，本发明聚合物 混凝土使用斜面漏流径形成(inclined plane tracking)和腐蚀测试(IEC 60587)通过 了4.5KV级别，而以65％比率填充的脂环族环氧却不能通过。

本发明在权利要求中作了定义。本发明具体涉及一种聚合物混凝土电绝缘 体系，其包含用不导电的无机填料组合物填充的硬化的环氧树脂组合物，其中 所述的聚合物混凝土电绝缘体系任选地可包含其它添加剂，其特征在于：

(a)所述的环氧树脂组合物基于脂环族环氧树脂；

(b)无机填料组合物含量范围为约76％至约86％，相对于聚合物混凝土电绝 缘体系的总重量进行计算；

(c)无机填料组合物包含(i)和(ii)的均匀混合物，所述的(i)为平均粒径在1微 米(μm)至100微米(μm)范围内的无机填料[组分c(i)]，所述的(ii)为平均粒径在 0.1mm(100微米)至2mm范围内的无机填料[组分c(ii)]；其中

(d)相对于聚合物混凝土电绝缘体系的总重量进行计算，平均粒径在1微米 (μm)至100微米(μm)范围内的无机填料[组分c(i)]的含量在22％至42％范围内； 和

(e)相对于聚合物混凝土电绝缘体系的总重量进行计算，平均粒径在0.1mm 至2mm范围内的无机填料[组分c(ii)]的含量在41％至61％范围内。