[发明专利]一种复合绝缘材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合绝缘材料，具体涉及一种具有良好真空绝缘性能的尼龙绝缘子复合材料。本发明还涉及上述复合材料的制备工艺。

背景技术

沿面闪络现象是真空电气设备的一个重要问题，绝缘闪络使真空中绝缘材料的耐压能力大大低于相同距离的真空间隙，整个高压真空电气设备采用的绝缘材料真空闪络电压成为制约整个设备所能承受的最高电压的瓶颈。随着高功率脉冲技术在国民经济和国防建设中作用的日益突显，许多大型尖端设备如窄脉冲高功率微波源、强流粒子束加速器、新兴高功率脉冲激光器等，为减小设备体积和自重同时保证较高的电效率，对脉冲功率要求高电压、大电流、窄脉宽，因此，对具有良好真空绝缘闪络特性的涂层材料研究具有重要意义。

当气压进入真空(10^-3Pa)阶段时，绝缘子表面气体解吸附是高真空区域闪络发生的保障。由于固体表面分子在各个方向上所受吸引力不平衡，因此有力场形成。当气体分子与固体表面接触时，一旦落入该力场范围内，便会借气-固间的吸附键构成吸附态，被吸引而形成气体吸附层。如果绝缘子两侧施加电压足够高，阴极三结合点处有场致电子发射，表面的吸附气体便会在初始电子的不断撞击下发生解吸附，使得阴阳两极之间形成一个激励气体通道，该通道便是闪络发生发展的关键。解吸附气体分子可以吸附电子而成为负离子，也可能被电子碰撞而发生电离。在高压电场的作用下，带电的气体分子随着电子崩向阳极运动，形成二次电子崩，最后沿面形成大量脱附的中性粒子的贯通运动通道，于是真空闪络发生。

真空中绝缘子发生闪络的原因，不是因为发生了绝缘子的体击穿，因为绝缘介质的体击穿电压通常高于同样距离真空间隙击穿电压，事实上，引入绝缘子后耐压能力降低的根本原因是因为在绝缘子表面发生了沿面闪络，即沿着真空一绝缘子界面发生了贯穿性电击穿现象。

真空沿面闪络现象的存在，制约了许多电真空器件的电气性能，更是影响了相关尖端设备的正常运行，甚至造成巨大的损失。据报道，美国斯坦福大学线性加速器中心的速调管、日本高能物理国家实验室中的加速器及美国能源部CEBAF的加速器都曾发生过由于真空中绝缘子沿面闪络现象引起的问题，使大型尖端设备受到损坏，造成了巨大的经济损失(A.EVlieks等，IEEE Transactionson Electrical Insulation，24(1989)：1023-1028)。因此寻找一种涂层工艺，以提高真空中绝缘子闪络电压，对于确保大型尖端设备的正常运行有着十分重要的意义。

现有技术中，包括环氧树脂浇铸固化法制备绝缘子(参见CN101221832)和有机硅室温硫化法制备有机硅绝缘材料(参见CN1297232)。环氧树脂浇铸固化法是采用环氧树脂体系以及其它填料均匀混合，真空处理，将无气泡的原料浇铸入各类绝缘子模具中，真空固化制备成具有抗树枝老化能力的复合绝缘材料。有机硅室温硫化法是由有机基硅氧烷、补强填料、结构化控制剂等而成的A组分以及由交联剂组成的B组分混合，室温硫化制成的有机硅绝缘材料。但是环氧树脂作为绝缘子浇铸材料，存在耐热性差，强度相对较低的不足，而交联剂室温硫化法需要在制备过程中混合两种组分并硫化，工艺相对较复杂。

尼龙1010即聚癸二酰癸二胺，为一种应用广泛的绝缘子基底材料，它的长链分子结构和结晶作用，使其具有优良的物理、力学性能。然而由于酰胺极性基团的存在，尼龙1010绝缘子的吸水率高，介电稳定性较差，模量和强度还不够高。在一些需要特殊形状的尼龙绝缘子的应用场合，一般都采取树脂浇铸固化法来制备尼龙为连续相的绝缘子，但由于尼龙熔点(220℃左右)远高于室温，需要在常压或者减压条件下提供高于200℃的温度，工艺技术条件比较苛刻，且工艺相对繁琐，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有高真空闪络电压的尼龙复合绝缘材料，且具有低表面二次电子发射系数、低介电常数和良好的耐候性。本发明还提供了所述尼龙复合绝缘材料的制备方法。

本发明提供了一种复合绝缘材料，尼龙为基体相，纳米二氧化钛和氟金云母为掺杂相。

上述复合绝缘材料中，尼龙的含量为60～90wt％，纳米二氧化钛的含量不超过30wt％，氟金云母的含量不超过10wt％。优选地，尼龙的含量为65～80wt％，纳米二氧化钛的含量为10～30％，氟金云母的含量为3～10％。