[发明专利]具有抑制电树枝生长能力的聚合物/纳米介孔复合材料

说明书

本发明提出了具有抑制电树枝生长能力的纳米介孔聚合物。该聚合物包括：本体，所述本体为绝缘聚合物；以及纳米颗粒，所述纳米颗粒分散于所述本体中，且所述纳米颗粒具有介孔结构。由此，可利用纳米颗粒中的介孔结构增加纳米颗粒与本体之间的相界面区域，改善纳米颗粒掺杂过程中的团聚问题，并且可以利用介孔结构有效吸附电树老化产物中的气体分子，从而缓解电树区域的电气应力以及机械应力，减缓电树生长。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地，涉及一种具有抑制电树枝生长能力的纳米介孔聚合物，更具体地，涉及具有抑制电树生长功能的聚合物以及制备聚合物的方法。

背景技术

高压绝缘材料因长期工作在强电场下，因此易绝缘老化甚至被击穿破坏。常见的绝缘材料通常采用高分子材料及其复合物，而上述高分子材料的绝缘老化或其击穿破坏通常表现为电树枝的形式。电树枝是一种具有树枝状分形结构的微放电缺陷，这种放电通道在强电场和高温下会迅速贯穿绝缘层并最终导致击穿和绝缘失效。因此，抑制电树枝的形成和发展，提高工程绝缘材料的耐久度，延长高压设备的工作寿命，是高压绝缘材料需要解决的重要问题。

目前抑制电树枝生长的方法，通常为利用掺杂技术，在聚合物基材中掺杂一定浓度的绝缘颗粒。最初的掺杂物多为绝缘强度较高的微米级氧化物颗粒，如氧化铝，氧化镁，氧化硅等。所得到的聚合物基复合材料虽然能够在某些性能上得到提升，但微米级掺杂往往带来其他性能的降低，如介电损耗和击穿强度降低等。随着纳米技术的发展，纳米颗粒也被掺杂与聚合物中用于防止电树枝的形成。

然而，目前抑制绝缘聚合物电树枝生长的技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

目前基于纳米颗粒掺杂的绝缘聚合物，常常存在防电击穿性能不理想的情况。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这是由于纳米颗粒由于尺寸较小，因此具有较大的表面能，掺杂浓度高时容易在基材中形成微米级团块，因此实际获得的是具有微米颗粒掺杂的聚合物，从而造成聚合物击穿强度等性能不理想；而当纳米颗粒掺杂浓度低时难以在材料中对电树枝的生长延伸路径进行有效的阻挡，从而防电击穿性能不理想。

有鉴于此，在本发明的第一方面，本发明提出了具有抑制电树生长功能的一种聚合物。根据本发明的实施例，该聚合物包括：本体，所述本体为绝缘聚合物；以及纳米颗粒，所述纳米颗粒分散于所述本体中，且所述纳米颗粒具有介孔结构。由此，可利用纳米颗粒中的介孔结构增加纳米颗粒与本体之间的相界面区域，改善纳米颗粒掺杂过程中的团聚问题，并且可以利用介孔结构有效吸附电树老化产物中的气体分子，从而缓解电树区域的电气应力以及机械应力，从而减缓电树生长。

根据本发明的实施例，所述纳米颗粒含有二氧化硅、硅酸盐、硅铝酸盐、磷酸盐以及金属氧化物的至少之一。由此，可以利用上述制备工艺成熟、化学性质稳定且成本低廉的物质形成纳米颗粒。

根据本发明的实施例，所述纳米颗粒进一步包括：填充材料，所述填充材料填充在所述介孔结构中，所述填充材料含有聚乙烯亚胺、N-甲基二乙醇胺(MDEA)以及三乙烯硫代磷酸胺(TEPA)的至少之一。利用上述有机胺类物质构成填充材料，可以加强纳米颗粒吸附电树老化产物中的酸性气体分子的能力，从而可以增强该聚合物抗绝缘老化的能力。

根据本发明的实施例，基于所述聚合物的总质量，所述纳米颗粒的含量为0.1～0.5wt％。由于上述纳米颗粒中含有介孔结构，具有更大的相界面区域，因此，可以通过较低的掺杂浓度，实现抑制电树生长。