[发明专利]介电功能梯度绝缘子的离心制造方法

说明书

【技术领域】

本发明属于高电压设备制造领域，具体涉及介电功能梯度绝缘子的离心制造方法。

【背景技术】

在超/特高压电力设备及脉冲功率设备中，固体绝缘系统的放电破坏时有发生，此类破坏 事故往往由电场不均匀带来的绝缘耐电性能薄弱造成，给设计、制造带来很高的技术难度和成 本，严重危及系统的安全可靠运行，并限制了设备向“小型化”、“集成化”方向进一步发展。

一般认为，电场分布不均匀是导致绝缘击穿破坏、耐电特性差的重要原因。对于绝大多数 的超/特高压电力设备及脉冲功率设备，其绝缘所承受的电场分布往往极不均匀，特别是绝缘 结构不同材料之间的结合处(如金属导体、固体绝缘与气、液、真空等构成的复合绝缘系统的 界面和表面)，由于材料介电参数的急剧变化，往往承受数倍于平均场强的电场强度。过于集 中的电场强度不仅会降低绝缘子的沿面闪络电压，减弱其耐电性能，而且会带来绝缘子的局部 放电，加剧绝缘材料的老化。

针对绝缘子内部及其沿面局部电场集中的问题，传统的解决方法主要是通过增大绝缘尺寸、 改变电极-介质结构来改善电场分布，传统方法起到效果往往有限，而且过于复杂的绝缘结构 不仅给生产制造带来很大的难度，同时也会带来很多附生问题。“功能梯度材料”(Functionally GradedMaterial,FGM)的出现为解决这一问题提供了一种全新的思路。该类材料在制备过程中， 通过使用先进的工艺，使材料特性在材料内部不同空间位置上呈现连续梯度变化，以“主动” 地克服局部应力集中问题。

FGM的概念也可以引入高电压设备制造领域，因为根据电磁场理论，若能适当增大电场 局部集中区域的介电常数/电导率，就可以降低该区域的电场强度，达到均化电场分布的目的。 目前，FGM材料的制备方法主要包括气相沉积法、等离子喷涂法、自蔓延高温合成法、粉末 冶金法等，这些方法适用于金属、陶瓷类FGM材料的制备，不适用于主要以环氧树脂为代表 的聚合物复合材料构成的高电压设备绝缘子。因此，需要研发针对聚合物复合材料FGM绝缘 子的制备工艺，以满足当代及未来高电压设备进一步发展的需要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供介电功能梯度绝缘子的离心制造方法，通过离心力使绝缘子内部 出现填料浓度的空间连续梯度分布，使绝缘子介电参数(介电常数或电导率)在空间上产生连 续梯度变化，最终实现连续梯度介电功能梯度绝缘子的制备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

介电功能梯度绝缘子的离心制造方法，包括以下步骤：

步骤1、将环氧树脂，固化剂及填料混合，配制树脂混合料；

步骤2、将上述树脂混合料置于真空腔内，加热至80℃，并在真空腔内搅拌树脂混合料， 使填料均匀分散，并充分去除其中的气泡；

步骤3、向上述树脂混合料滴入固化促进剂并置于喷涂过脱模剂的绝缘子模具中，然后 将绝缘子模具置于离心机上；

步骤4、启动离心机，离心时间为5～60min，离心机转速为5000～10000r/min；

步骤5、停止离心机，将绝缘子模具取出并加热至130℃进行固化，固化时间5h以上， 固化完成后脱模制得聚合物功能梯度绝缘子。

进一步的，步骤2中在真空腔内使用机械搅拌方式处理树脂混合料，处理时间为0.5～1h， 真空腔中气压小于0.02MPa，最终使填料在树脂混合料内均匀分散，并充分去除其中的气泡。

进一步的，步骤3中固化促进剂为树脂混合料质量的0.1～0.5％。

进一步的，所述环氧树脂为E-44或E-51树脂，固化剂为酸酐类固化剂，固化促进剂为 2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

进一步的，固化剂为甲基四氢苯酐或甲基六氢邻苯二甲酸酐。

进一步的，所述填料为钛酸锶、氧化铝、二氧化钛、钛酸钡、二氧化钡、锆钛酸铅、二 氧化锡、掺锑二氧化锡、掺锡氧化铟、碳化硅、二氧化硅、GaAs、CuBr、炭黑、石墨、碳纤 维、碳纳米管、石墨烯中一种或多种的复合，填料形态为圆球状、片状或纤维状，填料粒径范 围为0.1～100μm。

进一步的，所述绝缘子模具为同轴柱状、盘式或盆式结构，材质为不锈钢，模具轴心处 具有安装孔，能够安装在离心机转轴上。

进一步的，所述介电功能梯度绝缘子中填料浓度呈连续梯度分布。