[发明专利]一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。该方法以聚四氟乙烯为基体，以无机粉末氮化硼为填料，经配料、混合、模压、烧结成型、机械加工等步骤制备出聚四氟乙烯复合试样。本发明通过改变微纳米氮化硼填料的比例来对聚四氟乙烯进行改性，掺杂的最佳质量分数范围为：纳米氮化硼0.5～1％，微米氮化硼6.5％～6％。该发明提出的制备方案，使得聚四氟乙烯复合材料的光反射率和热导率发生了较大改变，显著的提高聚四氟乙烯复合材料的耐电弧烧蚀特性，可以广泛应用于高电压设备领域。

技术领域

本发明属于高压绝缘材料领域，涉及一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

高压断路器是电力系统中最重要的保护设备。在断路器运行过程中，绝大多数故障发生在灭弧室。电弧产生的能量被灭弧室的喷嘴吸收，从而产生烧蚀，造成电力设备的故障，甚至可能引发安全问题。因此，提高喷嘴的耐电弧烧蚀性能对延长高压断路器的使用寿命具有重要意义。目前，灭弧室喷嘴主要由绝缘材料聚四氟乙烯制成。但随着工作电压的提高，纯聚四氟乙烯已不能满足电路工作要求，急需耐电弧烧蚀性能更好的绝缘材料。

已有研究表明，在聚四氟乙烯中引入无机填料可以有效地提高复合材料的耐电弧烧蚀性能。添加无机填料后，需要保证复合材料良好的绝缘性能，在众多无机填料中，因为氮化硼具有较高的导热系数和较低的导电率，与其他填料相比，它对复合材料的耐电弧烧蚀性能有更好的改善，并且不会降低材料的绝缘性能。

目前，已经有实验表明，材料的耐电弧烧蚀特性，主要与材料的光谱反射率和导热性能有关，在电弧烧蚀过程中，弧柱区温度较高，甚至到达几千摄氏度，并会发出强光，高温会造成材料的热分解，而光能可能会破坏材料的化学键，同时产生热效应，进一步破坏材料。氮化硼作为一种具有高热导率的反光填料，可以有效提高聚四氟乙烯材料的光反射率和热导率。

然而，以往的研究主要集中在填料含量和填料粒径，随着氮化硼含量的增加，材料的耐电弧烧蚀特性逐渐增大，同时较大的填料粒径可以进一步增加材料的耐电弧烧蚀特性，但是关于改变微纳米填料比例来提升聚四氟乙烯复合材料耐电弧烧蚀特性的研究还未见报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，该方法通过调整微米和纳米氮化硼掺杂比例来对聚四氟乙烯进行改性，可操作性强、可靠性高、应用广泛。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料，该复合材料以微米氮化硼和纳米氮化硼作为掺杂粉末对聚四氟乙烯进行掺杂；

该复合材料，以质量百分比计，掺杂粉末占7％，聚四氟乙烯占93％；

所用微米氮化硼的粒径为6～7μm；所用纳米氮化硼的粒径为70～150nm。

优选地，掺杂粉末中，纳米氮化硼为0.5％～1％，微米氮化硼为6％～6.5％。

本发明还公开了上述的具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将纳米氮化硼粉末和微米氮化硼粉末分别过筛后，充分干燥，然后混合，获得氮化硼掺杂混合粉末；

2)将氮化硼掺杂混合粉末与聚四氟乙烯颗粒充分混合均匀，得到混合颗粒；

3)将混合颗粒压制成型、烧结，得到具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料。

优选地，步骤1)中，氮化硼粉末均用100目筛网过筛。

优选地，步骤1)中，充分干燥是将纳米氮化硼粉末和微米氮化硼粉末于60～80℃下干燥至少12h。