1.本发明涉及新材料领域，特别是涉及一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料及其制备方法。
背景技术：2.随着全球用电量的迅速增长，用电端对电网的稳定性和电能质量的要求与日俱增，而广泛安装在电网中的各类电抗器是抑制电网波动，维持母线故障电压的关键设备；在特高压直流输电项目中，饱和电抗器对于换流阀的正常开断有着重要作用。目前，在电抗器的绝缘设计中通常使用环氧树脂整体浇注以满足设备对于绝缘的要求，但是环氧树脂较低的热导率（0.19w
·
m-1
k-1
）热管理能力有限，易导致热量积聚。同时，大量冲击电流使得电抗器绕组会受到频繁且较大的电磁力的作用，进而传递到环氧树脂绝缘层上。因此环氧树脂绝缘层会在使用过程中出现老化、开裂进而发生绝缘失效。
3.一台大型电抗器的绝缘层出现裂隙就会导致其绝缘故障并退出运行，更换新的设备，这为电力企业带来了额外的开支。现有技术是提高绝缘的导热性能进而减少其热膨胀带来的损害以及通过聚合物材料本身力学性能的提升来延长环氧树脂的使用寿命。但是怎样在保证电抗器绝缘层的基本性能不受影响的情况下对已经出现裂隙的环氧绝缘进行修复，一直是技术人员的关注点。
技术实现要素：4.基于此，针对现有绝缘层裂隙修复材料在绝缘、界面结合情况以及导热性能上存在不足，难以实现已开裂环氧树脂绝缘层的无损修复或寿命延长的技术问题，本发明提出了一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料及其制备方法，该修复材料在保证其本身的绝缘性能以及导热性能不低于电抗器现有的绝缘水平的情况下，可以渗透进入裂隙并紧密结合，实现对环氧树脂绝缘层裂隙的修复，制备工艺简单，操作安全。
5.为解决上述技术问题，本发明提出了一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其成分以重量份计算，包括环氧树脂30-40份、环氧树脂固化剂30-40份、环氧树脂稀释剂10-20份、促进剂0.6-1份、片状氮化硼5-30份和碳纳米管0.5-1份。
6.在进一步的技术方案中，所述碳纳米管为表面功能化多壁碳纳米管。
7.在进一步的技术方案中，所述碳纳米管为经过表面功能化处理后接枝了功能化基团的多壁碳纳米管。
8.在进一步的技术方案中，所述片状氮化硼的粒径为5-25μm，由对应粒径h-bn剥离得到。
9.在进一步的技术方案中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂e51或双酚a型环氧树脂e44。
10.在进一步的技术方案中，所述环氧树脂稀释剂为age(c12-14烷基缩水甘油醚)或bge(丁基缩水甘油醚)。
11.为解决上述技术问题，本发明还提出了一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料的制备方法，包括以下步骤：a、选用环氧树脂30-40重量份、环氧树脂固化剂30-40重量份、环氧树脂稀释剂10-20重量份、促进剂0.6-1重量份、片状氮化硼5-30重量份和碳纳米管0.5-1重量份作为准备原料，以及选用1-2重量份的溶剂，将碳纳米管和片状氮化硼加入溶剂中，超声处理30分钟以上使其分散均匀，得到填料溶液；b、将环氧树脂，环氧树脂固化剂和促进剂按预设定比例进行预混得到树脂基材；c、将填料溶液加入到树脂基材中，搅拌使所述填料溶液在所述树脂基材中分散均匀，脱气后即得到修复材料。
12.在进一步的技术方案中，步骤a中，所述溶剂为丙酮、异丙醇或无水乙醇中的一种。
13.在进一步的技术方案中，步骤c中，所述填料溶液加入树脂基材后搅拌的搅拌速度为200-500 转/分钟，时间为1-1.5小时；最后需提速至1500 转/分钟，时间为5分钟。
14.在进一步的技术方案中，步骤c中，所述脱气需在真空环境下加热至60℃，放置20-30分钟，重复两次后冷却至室温，即得所述修复材料。
15.本发明的有益效果是：a、相对于现有技术，本发明提供的电抗器环氧树脂绝缘层修复材料以环氧树脂为基体，以片状氮化硼和碳纳米管两种不同尺度的材料作为填料。氮化硼本身具有极佳的导热性能和绝缘能力，而多壁碳纳米管可以形成声子的通道且对于环氧树脂的力学性能以及界面的结合性能有极大的增强作用，多壁碳纳米管更是可以在片状氮化硼之间形成多位点、多维度的传热通道。且多壁碳纳米管经过表面改性后，接入了功能化基团，例如环氧基团或者氨基，这可以增加碳纳米管和树脂基材的交联程度，提升力学性能；同时功能化基团使得碳纳米管和树脂基材共价结合，这会使二者声子谱的差异降低，减小声子的散射，进一步降低界面热阻，提升修复材料的导热性能。
16.b、环氧树脂稀释剂的加入，使得树脂基材和高体积分数的填料充分混合后仍然具有较强的流动性，能够快速脱气，并且深入到电抗器环氧树脂绝缘层的微小裂隙当中，在填充了裂隙后固化，从而实现对绝缘层的修复。而且环氧树脂稀释剂的存在，也可以和碳纳米管表面的功能化基团发生反应，进而提升交联密度、提高力学性能。
17.c、实验证明，片状氮化硼粒径为5-25μm，多壁碳纳米管需要超声处理解开缠绕同时切断，并且其表面功能化基团为age、bge或氨基时性能较为优秀。特定粒径的氮化硼材料的选择主要是因为这个大小的片状氮化硼晶形更好，对于修复材料的导热性能提升会更好，另外这个粒径的六方氮化硼剥离时更容易，片状氮化硼的产量更大。而采用多壁碳纳米管也是因为其具有较多的纳米管分支，对于导热通道的构建和对树脂基材各部分的力学性能提升更有意义。而表面功能化基团选则age、bge以及氨基是为了让其和基材结合更紧密，同时也可以使得碳纳米管与电抗器绝缘层裂隙表面有更好的相间结合能力，优化裂隙修复的能力。
18.d、相对于现有技术，本发明提供的电抗器环氧树脂绝缘层修复材料的制备方法在制备过程中改换了填料加入的顺序，先利用溶剂将填料在液相中分散均匀后再加入树脂基材中，提升填料的分散效果，有助于整体力学性能的提升以及导热网络的构建。
附图说明
19.图1为本发明实施例1与对比例1、2、3实物图；图2为本发明实施例1与对比例1、2、3的修复界面示意图；图3为本发明实施例1、2与对比例1、2、3的导热性能对比图；图4为本发明实施例1与对比例1、2、3的绝缘性能对比图；图5为本发明实施例1、2与对比例1、2、3的介电损耗性能对比图；图6为本发明实施例1液氮冷却脆断的围观结构图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
21.以下实施例中，环氧树脂、固化剂和促进剂采用本领域常用的型号，具体为：双酚a型e51环氧树脂，甲基四氢邻苯二甲酸酐（固化剂），2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚（促进剂）。
22.实施例1：本实施例提供一种电抗器环氧树脂绝缘层修复材料，其原料按质量份数计，包括环氧树脂40份，环氧树脂稀释剂10份，固化剂40份，促进剂1份，片状氮化硼10份，碳纳米管0.5份。
23.制备方法如下：
①
按照配方称取各填料以及1.5份丙酮，将填料加入丙酮中，并超声处理1小时，得到填料溶液；
②
将环氧树脂，固化剂和促进剂按比例进行预混得到树脂基材；
③
将填料溶液加入到树脂基材中，500 r/min搅拌1.5小时，使所述填料溶液在所述树脂基材中分散均匀，将其置入真空环境，60℃脱气30分钟，得到液态修复材料；
④
将所得修复材料倒入模具中，模具下方铺有聚酰亚胺薄膜（充当实际使用中需要修复的环氧树脂绝缘层），将模具置于120℃的环境中保温4h，降至室温后，将聚酰亚胺薄膜揭下，即得该修复材料试样的修复界面。
24.实施例2：本实施例提供一种电抗器环氧树脂绝缘层修复材料，其原料按质量份数计，包括环氧树脂40份，环氧树脂稀释剂10份，固化剂40份，促进剂1份，片状氮化硼30份，碳纳米管0.5份。
25.制备方法如下：
①
按照配方称取各填料以及1.5份丙酮，将填料加入丙酮中，并超声处理1小时，得到填料溶液；
②
将环氧树脂，固化剂和促进剂按比例进行预混得到树脂基材；
③
将填料溶液加入到树脂基材中，500 r/min搅拌1.5小时，使所述填料溶液在所述树脂基材中分散均匀，将其置入真空环境，60℃脱气30分钟，得到液态修复材料；
④
将所得修复材料倒入模具中，模具下方铺有聚酰亚胺薄膜（充当实际使用中需要修复的环氧树脂绝缘层），将模具置于120℃的环境中保温4h，降至室温后，将聚酰亚胺薄膜揭下，即得该修复材料试样的修复界面。
26.对比例1（不含有填料）：本对比例提供一种普通的树脂材料，其原料按质量分数计，包括环氧树脂40份，环氧树脂稀释剂10份，固化剂40份，促进剂1份。
27.该树脂材料的制备方法具体包括以下步骤：
①
将环氧树脂，固化剂和促进剂按比例进行预混得到树脂基材；
②
500r/min搅拌1.5小时，使树脂基材充分混合，将其置入真空环境，60℃脱气30分钟，得到液态修复材料；
③
将所得修复材料倒入模具中，模具下方铺有聚酰亚胺薄膜（充当实际使用中需要修复的环氧树脂绝缘层），将模具置于120℃的环境中保温4h，降至室温后，将聚酰亚胺薄膜揭下，即得该树脂材料试样的修复界面。
28.对比例2（不含碳纳米管）：本对比例提供一种普通的树脂材料，其原料按质量分数计，包括环氧树脂40份，环氧树脂稀释剂10份，固化剂40份，促进剂1份，片状氮化硼10份。
29.该树脂材料的制备方法具体包括以下步骤：
①
按照配方称取各填料以及1.5份丙酮，将填料加入丙酮中，并超声处理1小时，得到填料溶液；
②
将环氧树脂，固化剂和促进剂按比例进行预混得到树脂基材；
③
将填料溶液加入到树脂基材中，500 r/min搅拌1.5小时，使所述填料溶液在所述树脂基材中分散均匀，将其置入真空环境，60℃脱气30分钟，得到液态修复材料；
④
将所得修复材料倒入模具中，模具下方铺有聚酰亚胺薄膜（充当实际使用中需要修复的环氧树脂绝缘层），将模具置于120℃的环境中保温4h，降至室温后，将聚酰亚胺薄膜揭下，即得该树脂材料试样的修复界面。
30.对比例3（不含氮化硼）：本对比例提供一种普通的树脂材料，其原料按质量分数计，包括环氧树脂40份，环氧树脂稀释剂10份，固化剂40份，促进剂1份，碳纳米管0.5份。
31.该树脂材料的制备方法具体包括以下步骤：
①
按照配方称取各填料以及1.5份丙酮，将填料加入丙酮中，并超声处理1小时，得到填料溶液；
②
将环氧树脂，固化剂和促进剂按比例进行预混得到树脂基材；
③
将填料溶液加入到树脂基材中，500 r/min搅拌1.5小时，使所述填料溶液在所述树脂基材中分散均匀，将其置入真空环境，60℃脱气30分钟，得到液态修复材料；
④
将所得修复材料倒入模具中，模具下方铺有聚酰亚胺薄膜（充当实际使用中需要修复的环氧树脂绝缘层），将模具置于120℃的环境中保温4h，降至室温后，将聚酰亚胺薄膜揭下，即得该树脂材料试样的修复界面。
32.对实施例1、2，对比例1-3所制得的材料的外观和性能进行检测，具体检测方法和检测结果如下：（1）外观：本发明实施例1和对比例1-3所制得的树脂材料的实物图片见图1、2。如图1可见修复材料固化和环氧树脂绝缘材料外观一致，在通过打磨后和干式电抗器的绝缘层外观一
致。如图2可见修复材料在刮花的薄膜上固化后揭开薄膜后的界面，出现了大大小小条纹痕迹，说明修复材料较好地渗透到了缝隙当中，能够起到较好的裂隙界面结合与修复能力。
33.（2）热导率：采用热流法方法对树脂材料的热导率进行检测，检测结果如图3所示。
34.实施例1、2相比于各对比例的热导率有十分显著的提高。在较低的掺杂比例下，微米级的片状氮化硼和纳米级的多壁碳纳米管协同作用，在保证流动性的前提下，构建了多尺度的声子通道，且表面功能化带来的共价结合进一步降低了声子散射，使得其导热率相对于填料单独加入的情况（对比例2、对比例3）分别提升了67.49%和91.60%。证明了内部填料多尺度配合对提升导热性能的有效性。
35.（3）电阻率对样片材料的交流电阻率进行检测，检测结果如图4所示。
36.在掺杂填料后，实施例出现了电阻率下降的情况，这是因为碳纳米管本身有着优异的导电性能，会导致绝缘性能降低（对比例3），但是氮化硼的填充可以提高样品的绝缘水平（对比例2），因此在两者混合填料的情况下，仍然具有优秀的绝缘性能。
37.（4）介损对材料样片的介电损耗角tanδ进行测试，检测结果如图5所示，可以看到材料的介电损耗整体较小，低于0.02，为低介损材料，性能良好。
38.（5）断面微观结构利用液氮处理样品，然后脆断，利用sem观察断面结构如图6所示。可以看到片状氮化硼很好地镶嵌在树脂基材。
39.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其特征在于，其成分以重量份计算，包括环氧树脂30-40份、环氧树脂固化剂30-40份、环氧树脂稀释剂10-20份、促进剂0.6-1份、片状氮化硼5-30份和碳纳米管0.5-1份。2.根据权利要求1所述的一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其特征在于，所述碳纳米管为表面功能化多壁碳纳米管。3.根据权利要求1或2所述的一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其特征在于，所述碳纳米管为经过表面功能化处理后接枝了功能化基团的多壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其特征在于，所述片状氮化硼的粒径为5-25μm，由对应粒径h-bn剥离得到。5.根据权利要求1所述的一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂e51或双酚a型环氧树脂e44。6.根据权利要求1所述的一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其特征在于，所述环氧树脂稀释剂为age(c12-14烷基缩水甘油醚)或bge(丁基缩水甘油醚)。7.一种如权利要求1所述电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、选用环氧树脂30-40重量份、环氧树脂固化剂30-40重量份、环氧树脂稀释剂10-20重量份、促进剂0.6-1重量份、片状氮化硼5-30重量份和碳纳米管0.5-1重量份作为准备原料，以及选用1-2重量份的溶剂，将碳纳米管和片状氮化硼加入溶剂中，超声处理30分钟以上使其分散均匀，得到填料溶液；b、将环氧树脂，环氧树脂固化剂和促进剂按预设定比例进行预混得到树脂基材；c、将填料溶液加入到树脂基材中，搅拌使所述填料溶液在所述树脂基材中分散均匀，脱气后即得到修复材料。8.根据权利要求7所述的电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述溶剂为丙酮、异丙醇或无水乙醇中的一种。9.根据权利要求7所述的电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述填料溶液加入树脂基材后搅拌的搅拌速度为200-500 转/分钟，时间为1-1.5小时；最后需提速至1500 转/分钟，时间为5分钟。10.根据权利要求7所述的电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述脱气需在真空环境下加热至60℃，放置20-30分钟，重复两次后冷却至室温，即得所述修复材料。
技术总结本发明公开了一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料，其成分以重量份计算，包括环氧树脂30-40份、环氧树脂固化剂30-40份、环氧树脂稀释剂10-20份、促进剂0.6-1份、片状氮化硼5-30份和碳纳米管0.5-1份。本发明还公开了一种电抗器环氧树脂绝缘层裂隙修复材料的制备方法。本发明中，片状氮化硼具有优异的导热性能，能够提升绝缘性能，功能化多壁碳纳米管可以协同组建声子通道，提高材料的导热性能，并与基材形成共价结合提升材料的力学以及相间结合能力。稀释剂可以增加材料的流动性，保证修复材料能够进入微小裂隙进行修复，对存量巨大的采用环氧树脂作为主绝缘的干式电抗器绝缘修复，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。
技术研发人员：杨峻 任俊文 梁泷旖 迟傲冰 李玉龙
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2022/11/1
