一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套材料及耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种在湿热环境下具有可靠电绝缘性能的耐高 温树脂基复合陶瓷绝缘护套材料及耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套。

背景技术

环氧树脂分子链中含有苯环和醚键，因此具有优良的电绝缘性、介电性能和柔韧性，被 广泛的应用于工程塑料和复合材料等领域。酸酐固化的环氧值高的树脂强度较大，但较脆， 需要设计配方改良耐热性能与柔韧性能相平衡的复配环氧树脂。另一方面，降低环氧树脂热 膨胀系数的改性也是必须的。

陶瓷材料是用天然或人工合成化合物经过高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有 高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，但是陶瓷绝缘护套质脆、易开裂，加工成型困 难、成本高。

目前，环氧树脂与陶瓷材料均不具备有较好的电绝缘性能、耐热性能的同时，又拥有较 低的热膨胀系数、便捷而低成本的加工成型方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种成型方法简单、成本低廉、不易开裂且热膨胀系数相对较低的 耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套材料及耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套材料，其包括复配环氧树脂及经过表面处理的微米 陶瓷粉末，所述复配环氧树脂与所述经过表面处理的微米陶瓷粉末的质量比为1:(1～3)；所 述经过表面处理的微米陶瓷粉末为经过硅烷偶联剂处理的γ-Al₂O₃粉末，粒径为10～30微米； 所述复配环氧树脂由双酚F环氧树脂和4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂复配而成。

上述方案中，所述耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套材料还包括固化剂及促进剂，所述固 化剂与所述复配环氧树脂的质量比为(114～141):100，所述促进剂(DMP-30)与所述复配 环氧树脂的质量比为1:100。

上述方案中，所述双酚F环氧树脂与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂的质量比为(2:8)～ (8:2)。

上述方案中，所述复配环氧树脂的热变形温度为136.0℃～174.1℃。

上述方案中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂的添加质量与 γ-Al₂O₃粉末质量比为3:100。

一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套，其由以下方法制备得到：

1)取粒径为10～30微米的γ-Al₂O₃粉末，在去离子水中超声震荡分散，干燥；配置硅烷 偶联剂的乙醇溶液，45℃超声震荡水解后，加入干燥后的γ-Al₂O₃粉末在60℃水浴中搅拌， 表面处理完成后抽滤、干燥，得到经过表面处理的微米陶瓷粉末；

2)将双酚F环氧树脂与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂进行复配，均匀混合，得到复配 环氧树脂，所述双酚F环氧树脂与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂的质量比为(2:8)～(8:2)；

3)将步骤1)得到的经过表面处理的微米陶瓷粉末和2)得到的复配环氧树脂混合，加 入固化剂、促进剂，搅拌均匀；真空除泡后浇注，固化得到耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套。

上述方案中，所述复配环氧树脂与所述经过表面处理的微米陶瓷粉末的质量比为1:(1～ 3)。

上述方案中，所述固化剂与所述复配环氧树脂的质量比为(114～141):100，所述促进 剂与所述复配环氧树脂的质量比为1:100。

上述方案中，所述硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂的添加质量与γ-Al₂O₃粉末质量比为3:100。

上述方案中，所述耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的热变形温度为144.7℃～190.5℃， 在90℃水浴中浸泡处理24h后体积电阻率为1.36×10¹³Ω·cm～1.87×10¹³Ω·cm。

本发明的有益效果为：

1.本发明制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套中γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末在复配环氧树 脂中的分散性良好；

2.本发明制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套相较于陶瓷护套，有更好的柔韧性，在 使用环境中不易开裂。

3.本发明制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的耐热性能(热变形温度)可控制在 144.7℃～190.5℃；在30℃～150℃温度范围内，本发明制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护 套的线膨胀系数能保持在较低水平。

4.本发明制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套在90℃水浴条件下处理超过24h后，体 积电阻率稳定值相较于复配环氧树脂有明显的提高。

5.本发明制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套选择浇注成型，相较于陶瓷材料，成型 方法便捷、成本低，且易于制造形状复杂的产品。

具体实施方式

为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例进一步阐述本 发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。

实施例1

本实施例提供一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套，其由以下方法制备得到：

1)γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面预处理：称取200克γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，将其与去离子 水混合后超声处理30min，抽滤待用；配置标准碱液，调节pH值到11，在45℃恒温水浴环 境下与超声分散后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末混合，搅拌处理2h，除去γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表 面的油污，使Al₂O₃表面的羟基露出；抽滤，用去离子水多次洗涤，80℃烘箱中干燥3h待用；

γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面改性：称取6克γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，溶于200mL 乙醇中，45℃水浴条件下超声水解30min，加入预处理后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，60℃水浴 搅拌3h后进行抽滤，在80摄氏度烘箱中干燥3h待用，得到经过表面处理的微米陶瓷粉末；

2)配置复配环氧树脂：称取4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂40克置于80℃烘箱内处理 30min，降低其粘度；称取10克双酚F环氧树脂，与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂均匀混 合；

3)浇注成型：称取150克经过表面处理的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末、50克复配环氧树脂、 70.5克固化剂，在烧杯中均匀混合，利用分析天平称取0.5克促进剂DMP-30均匀混合于烧 杯中，60℃环境下真空脱泡处理30min；在绝缘护套模具内表面均匀涂覆脱模剂，于100℃烘 箱中预热30min；将耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套预聚物倒入预热好的模具中，在120℃的 条件下保温2h，升温至160℃并在160℃下保温4h，自然降至室温，得到耐高温树脂基复合 陶瓷绝缘护套。

所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。

本实施例制备得到的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的具体尺寸为内径80mm，外径 100mm。

本实施例的优点：

一、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套中γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末在复配环氧 树脂中的分散性良好；

二、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套相较于陶瓷护套，有更好的柔韧性， 在使用环境中不易开裂。

三、与复配环氧树脂相比，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的耐热性能 (热变形温度)有明显提高，达到190.5℃；在30℃～150℃温度范围内，本实施例制备的耐 高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的线膨胀系数为43×10^-6。

四、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套在90℃水浴条件下处理24h后，体 积电阻率稳定值在达到1.36×10¹³Ω·cm。

实施例2

本实施例提供一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套，其由以下方法制备得到：

1)γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面预处理：称取200克γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，将其与去离子 水混合后超声处理30min，抽滤待用；配置标准碱液，调节pH值到11，在45℃恒温水浴环 境下与超声分散后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末混合，搅拌处理2h，除去γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表 面的油污，使Al₂O₃表面的羟基露出；抽滤，用去离子水多次洗涤，80℃烘箱中干燥3h待用；

γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面改性：称取6克γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，溶于200mL 乙醇中，45℃水浴超声水解30min，加入预处理后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，60℃水浴搅拌3h 后进行抽滤，在80摄氏度烘箱中干燥3h待用，得到经过表面处理的微米陶瓷粉末；

2)配置复配环氧树脂：称取4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂25克置于80℃烘箱内处理 30min，降低其粘度；称取25克双酚F环氧树脂，与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂均匀混 合；

3)浇注成型：称取150克经过表面处理的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末、50克复配环氧树脂、 63.75克固化剂，在烧杯中均匀混合，利用分析天平称取0.5克促进剂DMP-30均匀混合于烧 杯中，60℃环境下真空脱泡处理30min；在绝缘护套模具内表面均匀涂覆脱模剂，于100℃烘 箱中预热30min；将耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套预聚物倒入预热好的模具中，在120℃的 条件下保温2h，升温至160℃并在160℃下保温4h，自然降至室温，得到耐高温树脂基复合 陶瓷绝缘护套。

所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。

本实施例制备得到的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的内径为80mm，外径为100mm。

本实施例的优点：

一、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套中γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末在复配环氧 树脂中的分散性良好；

二、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套相较于陶瓷护套，有更好的柔韧性， 在使用环境中不易开裂。

三、与复配环氧树脂相比，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的热变形温 度达到161.5℃；在30℃～150℃温度范围内，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护 套的线膨胀系数为45×10^-6。

四、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套在90℃水浴条件下处理24h后，体 积电阻率稳定值在达到1.44×10¹³Ω·cm。

实施例3

本实施例提供一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套，其由以下方法制备得到：

1)γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面预处理：称取200克γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，将其与去离子 水混合后超声处理30min，抽滤待用；配置标准碱液，调节pH值到11，在45℃恒温水浴环 境下与超声分散后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末混合，搅拌处理2h，除去γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表 面的油污，使Al₂O₃表面的羟基露出；抽滤，用去离子水多次洗涤，80℃烘箱中干燥3h待用；

γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面改性：称取6克γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，溶于200mL 乙醇中，45℃水浴超声水解30min，加入预处理后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，60℃水浴搅拌3h 后进行抽滤，在80摄氏度烘箱中干燥3h待用，得到经过表面处理的微米陶瓷粉末；

2)配置复配环氧树脂：称取4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂10克置于80℃烘箱内处理 30min，降低其粘度；称取40克双酚F环氧树脂，与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂均匀混 合；

3)浇注成型：称取150克经过表面处理的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末、50克复配环氧树脂、 57克固化剂，在烧杯中均匀混合，利用分析天平称取0.5克促进剂DMP-30均匀混合于烧杯 中，60℃环境下真空脱泡处理30min；在绝缘护套模具内表面均匀涂覆脱模剂，于100℃烘箱 中预热30min；将耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套预聚物倒入预热好的模具中，在120℃的条 件下保温2h，升温至160℃并在160℃下保温4h，自然降至室温，得到耐高温树脂基复合陶 瓷绝缘护套。

所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。

本实施例制备得到的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的内径为80mm，外径为100mm。

本实施例的优点：

一、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套中γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末在复配环氧 树脂中的分散性良好；

二、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套相较于陶瓷护套，有更好的柔韧性， 在使用环境中不易开裂。

三、与复配环氧树脂相比，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的热变形温 度达到149.4℃；在30℃～150℃温度范围内，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护 套的线膨胀系数为49×10^-6。

四、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套在90℃水浴条件下处理24h后，体 积电阻率稳定值在达到1.52×10¹³Ω·cm。

实施例4

本实施例提供一种耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套，其由以下方法制备得到：

1)γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面预处理：称取200克γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，将其与去离子 水混合后超声处理30min，抽滤待用；配置标准碱液，调节pH值到11，在45℃恒温水浴环 境下与超声分散后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末混合，搅拌处理2h，除去γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表 面的油污，使Al₂O₃表面的羟基露出；抽滤，用去离子水多次洗涤，80℃烘箱中干燥3h待用；

γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末表面改性：称取6克γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，溶于200mL 乙醇中，45℃水浴超声水解30min，加入预处理后的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末，60℃水浴搅拌3h 后进行抽滤，在80摄氏度烘箱中干燥3h待用，得到经过表面处理的微米陶瓷粉末；

2)配置复配环氧树脂：称取4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂10克置于80℃烘箱内处理 30min，降低其粘度；称取40克双酚F环氧树脂，与4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂均匀混 合；

3)浇注成型：称取50克经过表面处理的γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末、50克复配环氧树脂、 57克固化剂，在烧杯中均匀混合，利用分析天平称取0.5克促进剂DMP-30均匀混合于烧杯 中，60℃环境下真空脱泡处理30min；在绝缘护套模具内表面均匀涂覆脱模剂，于100℃烘箱 中预热30min；将耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套预聚物倒入预热好的模具中，在120℃的条 件下保温2h，升温至160℃并在160℃下保温4h，自然降至室温，得到耐高温树脂基复合陶 瓷绝缘护套。

所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。

本实施例制备得到的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的内径为80mm，外径为100mm。

本实施例的优点：

一、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套中γ-Al₂O₃微米陶瓷粉末在复配环氧 树脂中的分散性良好；

二、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套相较于陶瓷护套，有更好的柔韧性， 在使用环境中不易开裂。

三、与复配环氧树脂相比，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套的热变形温 度达到144.7℃；在30℃～150℃温度范围内，本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护 套的线膨胀系数为57×10^-6。

四、本实施例制备的耐高温树脂基复合陶瓷绝缘护套在90℃水浴条件下处理24h后，体 积电阻率稳定值在达到1.87×10¹³Ω·cm。