[发明专利]一种用于电气绝缘的自修复环氧树脂的制备及修复方法

说明书

本发明公开了一种用于电气绝缘的自修复环氧树脂的制备及修复方法，通过构建自修复环氧树脂的可逆三维网络结构；优化绝缘导热吸波填料表面的改性，并实现双重作用；完成本征型自修复环氧树脂绝缘材料的制备；并通过微波辐照的方式远程使其生热，实现非接触式加热修复，能在热固性环氧树脂网络结构中引入可逆共价键，使其作为固体绝缘材料使用到一段时间之后，只需对其进行加热处理就可以自动修复其内部各类微裂纹，降低击穿风险，提高其使用寿命。此外，如果能利用电绝缘材料中经常使用的绝缘导热填料，将加热方式由从外及内的直接加热改为从内及外的间接加热，比如微波加热等，更可以实现对电绝缘材料的现场快速修复。

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘技术领域，具体涉及一种用于电气绝缘的自修复环氧树脂的制备及修复方法。

背景技术

热固性环氧树脂等因其优异的绝缘性能而被广泛应用与电气设备的固体绝缘材料。在电气设备的生产、运输和运行过程中，在长期的电、热以及机械应用作用下，固体绝缘材料内部会产生微裂纹等微放电缺陷，长期的微放电会引发电树枝的生长，从而导致绝缘材料的击穿，在很大程度上缩短了电气设备的使用寿命，或者带来较高的安全隐患。

为了实现此类材料的自我修复，人们首先借鉴了皮肤组织的修复机理，将含有修复剂的微胶囊或者中空微纤维埋入高分子材料内部，当裂纹刺破微胶囊或微纤维时，修复剂如同血液一般被释出，流入裂纹缝隙后进行化学反应，对裂纹进行修补。这一概念是由Scott White等人于2001年首先提出的。当材料内部产生的微裂纹刺破脲醛树脂微胶囊时，释放出的修复剂二聚环戊二烯在催化剂苯基亚甲基双(三环己基磷)二氯化钌的作用下发生聚合反应，生成高度交联的网络结构以实现裂纹的自修复。虽然这种方式可以实现裂纹的自动修复，但人们在后续研究中发现，它需要使用昂贵的催化剂，可适用的材料体系也不多。同时，已经释放出修复剂的微胶囊或微纤维无法重复使用，使得修复次数很有限，材料性能仍然逐渐降低。同时对于绝缘材料而言，修复剂不一定能完全填充进微裂纹中，仍然会有放电缺陷存在，也会对电气设备的使用寿命产生影响。

和此类埋植型自修复高分子材料相比，本征型自修复材料的特点是对材料自身化学结构进行改良，在其中引入新型非共价键或共价键等。在外界能量注入时可以使得材料分子重新获得运动能力，从而对微裂纹进行修复。当修复完成后，非共价键或共价键重新发生结合，并不影响材料的使用性能。其中，非共价键包含分子链物理扩散与重排、氢键作用力、和金属配位键等，主要用于电子皮肤、水凝胶等领域。2002年，Fred Wudl等人首次提出了在高分子材料内部构筑可逆共价键的自修复方式，他们以Diels-Alder反应(简称DA反应)为基础，将可逆共价键作为可逆交联点引入到高分子网络结构中。在材料受热时，可逆共价键断开，高分子链获得运动能力，待裂纹闭合后，可逆共价键随着温度降低而重新结合，使高分子材料恢复三维网络结构。这种利用呋喃环和马来酰亚胺基团之间的DA反应构建新型高分子可逆网络结构已经成为制备本征型自修复高分子材料最有效的手段之一。

针对上述背景，如何以DA可逆共价键为化学手段，调控它在环氧树脂网络中的分布，探究其对材料使用性能和自修复功能的影响，构建新型高分子三维网络结构，最终再通过DA可逆共价键的重新生成实现环氧树脂材料网络结构的重现、微裂纹的愈合和性能的快速恢复，是当前需要解决的问题。

发明内容