一种电介质多功能纳米涂层及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种电介质多功能纳米涂层及其制备方法、应用。方法包括：称取聚二甲基硅氧烷预聚物，置于正己烷中室温下电搅拌，形成均匀溶液；称取纳米颗粒和多壁碳纳米管，置于所述溶液中，常温搅拌，并超声处理一定时间，最终形成悬浮液；在溶液中加入PDMS固化剂，继续超声处理一段时间；基质表面用磨纸进行预处理；喷涂纳米涂层：将制备的溶液喷涂在基质上；将涂层的样品在100℃真空箱中固化4小时；改变纳米颗粒的质量百分数，重复以上步骤，制备出所需的各个浓度梯度纳米涂层。本发明专利技术涂层在直流闪络强度、超疏水表面、自清洁能力和抗结冰性能均有所优化。能均有所优化。能均有所优化。

【技术实现步骤摘要】
一种电介质多功能纳米涂层及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及材料和电气工程
，尤其涉及一种电介质多功能纳米涂层及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]聚合物具有击穿强度高、重量轻的优点，在电力系统、电子设备、脉冲动力设备和航天器中普遍应用于电介质材料。气体/真空固体等不同介质之间的界面是绝缘系统中的薄弱环节，即表面闪络比体击穿更容易发生。特别是在高压直流电(HVDC)传输系统中，绝缘子在直流应力作用下存在表面电荷积聚的问题，使局部电场扭曲，促进介质界面处的闪络。此外，附着在介质表面的湿气或水滴的增加，可能会进一步恶化闪络强度，说明其疏水性是介质的另一个重要性质。因此，开发具有高直流闪络电压和高疏水性的表面是复合绝缘系统的理想条件。对于户外应用中的电介质，还应考虑其他性能，如机械耐久性、自清洁、耐紫外线(UV)、化学稳定性和抗结冰等。
[0003]通过调整绝缘子的表面特性来抑制表面电荷的积累，是提高闪络性能的有效方法。因此，人们提出了氟化、等离子体处理和功能填料掺杂等几种方法。人们普遍认为，氟化和等离子体处理改变了表面的化学成分，加速了表面电荷的耗散，提高了闪络强度。然而，上述技术通常会引入高表面能的化学基团，从而降低了水的接触角(CA)。用四乙氧基硅烷或三甲基硅烷取代等离子体处理中的前驱体，CA增加，但很少超过100
°
。另外，表面涂层是提高表面绝缘性能的另一种方法，其中纳米填料通常是将非线性导电填料填充在聚合物基体中。在绝缘体上刷上涂层，以调整陷阱分布、电导率等表面性能，提高电荷积累行为和闪络强度。然而，具有优越的表面绝缘强度和超疏水性、同时适用于室内外设备的多功能涂层鲜有报道。
[0004]创造人工超疏水表面并探索它们的防水、防冰、自洁、除尘等应用已成为研究前沿。改变表面微纳米结构或表面自由能是创建超疏水表面的主要方法，例如，通过应用光刻、蚀刻、模板、化学气相沉积、溶剂凝胶和表面涂层方法。在这些方法中，表面涂层是一种方便的、易于产生超疏水表面的方法。然而，目前表面涂层方法存在的缺陷是：性能单一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种电介质多功能纳米涂层及其制备方法、应用。
[0006]一种电介质多功能纳米涂层制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)、称取1.88gPDMS预聚物，并置于80mL正己烷中室温下以500rad/min的速度电搅拌，形成均匀溶液；
[0008](2)、称取一定质量百分数的纳米颗粒和MWCNTs，置于步骤(1)溶液中，常温搅拌，并超声处理一定时间，最终形成悬浮液；
[0009](3)、在溶液中加入0.19g的PDMS固化剂，并继续超声处理一段时间；
[0010](4)、选定基质，表面用1000Cw的磨纸进行预处理，以提高粘附强度，并用酒精擦拭清洁表面；
[0011](5)、喷涂纳米涂层：将步骤(3)制备的溶液喷涂在所述基质上；
[0012](6)、将涂层的样品在100℃真空箱中固化4小时；
[0013](7)、改变步骤(2)中的纳米颗粒的质量百分数，重复步骤(1)
‑
(6)，制备出所需的各个浓度梯度纳米涂层。
[0014]进一步地，如上所述的方法，步骤(2)中搅拌的速率为500rad/min；搅拌时间为10min；超声处理的频率为40kHz，时间为20min；所述步骤(3)中超声处理的频率为40kHz；时间为10min。
[0015]进一步地，如上所述的方法，所述基质为环氧树脂、硅橡胶、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或绝缘纸。
[0016]进一步地，如上所述的方法，步骤(5)中喷涂的条件为：喷枪压力40psi、基板与喷枪之间的距离150mm、喷涂角90
°
，喷涂装置的针头尺寸和流量分别为0.3mm和10mL/min；喷洒时间为60s。
[0017]进一步地，如上所述的方法，步骤(2)中所述纳米颗粒为氧化锌、二氧化硅或钛酸钡；纳米颗粒粒径尺寸不大于100nm。
[0018]进一步地，如上所述的方法，当纳米颗粒为SiO2时，其与步骤(1)中所述PDMS预聚物的质量百分数为15％
‑
60％；当纳米颗粒为ZnO或BaTiO3时，其与步骤(1)中所述PDMS预聚物的质量百分数为25％
‑
150％；MWCNTs与步骤(1)中所述PDMS预聚物的质量百分数范围为：0.5％
‑
2.1％。
[0019]根据如上任一所述的方法制备得到的电介质多功能纳米涂层。
[0020]所述的电介质多功能纳米涂层在户外高压电力设备方面的应用。
[0021]有益效果：
[0022]1、本专利技术方法制备的涂层能广泛应用于多种绝缘基体材料。
[0023]2、本专利技术方法制备的涂层能同时提升各项性能：直流沿面闪络强度、超疏水表面、自清洁能力和抗结冰性能等。
[0024]3、制备流程简单，喷涂应用方便，适合大规模生产应用。
[0025]4、制备过程时间短，成果见效快。
[0026]提升直流沿面闪络电压原理：纳米填料具有不同的电子跃迁能级，纳米涂层会形成表面电荷陷阱；例如ZnO纳米颗粒形成的浅陷阱有利于加速表面电荷耗散，使放电电极之间电荷难以形成放电通道，进而提升闪络电压。其次，在涂层溶液喷涂工艺中，涂层表面形成的大量微米纳米级凸起结构，在闪络形成过程中，电荷移动因为凸起结构的阻碍作用，也进一步阻碍放电通道的形成，提升闪络电压。
[0027]提升超疏水表面、自清洁、抗结冰性能原因：纳米填料在涂层材料喷涂之后，会在材料表面形成一层致密的微米纳米多尺度凸起结构，小凸起减小了水滴与表面的接触面积，从而增大水接触角，逐步达到超疏水性能要求。而自清洁和抗结冰性能，均由超疏水性能引起，水滴不易在材料表面停留，滚落时会带走材料表面污物，达到自清洁效果。抗结冰是因为超疏水表面水滴与材料接触面积小，温度传导效率降低。结冰速度变慢。
附图说明
[0028]图1为制备纳米绝缘涂层的流程图；
[0029]图2为以实施例3制备的纳米绝缘涂层材料为例，纯环氧树脂(EP)与ZnO纳米涂层闪络电压的对比图；
[0030]图3为以实施例3制备的纳米绝缘涂层材料为例，ZnO纳米涂层超疏水性能测试对比图；
[0031]图4为以实施例1制备的纳米绝缘涂层材料为例，SiO2/MWCNTs纳米涂层的自清洁性能测试对比图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术利用分散在聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体溶液中的多壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电介质多功能纳米涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、称取1.88gPDMS预聚物，并置于80mL正己烷中室温下以500rad/min的速度电搅拌，形成均匀溶液；(2)、称取一定质量百分数的纳米颗粒和MWCNTs，置于步骤(1)溶液中，常温搅拌，并超声处理一定时间，最终形成悬浮液；(3)、在溶液中加入0.19g的PDMS固化剂，并继续超声处理一段时间；(4)、选定基质，表面用1000Cw的磨纸进行预处理，以提高粘附强度，并用酒精擦拭清洁表面；(5)、喷涂纳米涂层：将步骤(3)制备的溶液喷涂在所述基质上；(6)、将涂层的样品在100℃真空箱中固化4小时；(7)、改变步骤(2)中的纳米颗粒的质量百分数，重复步骤(1)
‑
(6)，制备出所需的各个浓度梯度纳米涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中搅拌的速率为500rad/min；搅拌时间为10min；超声处理的频率为40kHz，时间为20min；所述步骤(3)中超声处理的频率为40kHz；时间为10min。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基质为环氧树脂、硅橡...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明晓，陈廷鑫，李孟陶，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：