[发明专利]一种用于高压绝缘介质表面的防静电涂料及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于高压绝缘介质表面的防静电涂料，采用环氧树脂为基料，导电碳纤维为导电填料，环氧稀释剂、环氧消泡剂为助剂，按照一定比例配制防静电涂料原液，再通过防静电涂料原液与环氧固化剂进行均匀混合，在高压绝缘介质表面固化形成防静电涂层。本发明还提供了一种用于高压绝缘介质表面的防静电涂料的制备方法。本发明防静电涂料，以及包括其所形成的涂层，机械强度能够满足运输及装配要求，并可实现高压设备绝缘介质表面电荷的有效抑制及消除。本发明所用材料简单、配制方便、安全环保，成本低廉、防静电效果极佳，适合推广应用。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种用于高压绝缘介质表面的防静电涂料及制备方法。

背景技术

GIL以及GIS长母线，容易在绝缘件上形成残余电荷，难以消散，形成直流偏置电压，对于后续操作产生影响。采用表面电导率调控设计后，能够明显抑制绝缘件上的电荷积累，有利于提高GIL的绝缘可靠性。因此研究表面电荷的特性、抑制电荷的积聚以及改善表面电荷的消散等课题受到广泛的关注。

德国学者Josef Kindersberger通过对圆板型绝缘材料的表面电荷消散进行仿真及实验研究，提出了电荷消散的三种途径：沿绝缘子表面、沿绝缘子内部、与气体中的离子进行中和，已得到国内外学者的一致认可。表面电荷的积聚过程相对复杂，在所施加电压形式确定，材料的电气性能及绝缘结构对表面电荷的积聚均有一定的影响。九十年代末国内学者邱毓昌先生已经对直流电压下绝缘子表面的电荷积聚进行研究，并设计了测量用新型电容式探头。平高集团田浩、李继承等人对直流电压下环氧绝缘材料电荷积聚进行实验研究，结论表明：保证表面电阻率与体积电阻率存在一定差值关系，有利于减少表面电荷积聚。此外，对于环氧树脂、硅橡胶等绝缘设备在不同电压形式下表面电荷的积聚对闪络特性的影响，清华大学张贵新课题组针对高压直流GIL盆式绝缘子，进行了一系列相应的研究工作。西安交通大学张冠军课题组则在直流电压下，对硅橡胶绝缘材料表面电荷积聚以及聚合物绝缘材料表面电荷分布进行了深入的研究。

上述研究表明，表面电荷与绝缘材料电气性能存在着复杂的关系，消除以及抑制表面电荷所建立的静电场，对确保电力设备的安全运行有着重要的意义。基于理论研究可知，通过对绝缘材料掺杂改性，制备抗静电本征绝缘材料，实现减小其表面电阻率及体积电阻率，从而促进表面电荷的消散，可以抑制静电效应，但由于其工艺复杂，成品率低，另一方面又降低了绝缘材料的电气性能，并没有得到普及与应用，于是人们将目光投向抗静电涂料的研发。抗静电涂料被定义为具有导电和排除积累静电荷能力的功能性涂料，当其体积电阻率小于10⁸Ω·m，或表面电阻率小于10⁹Ω·m时，即使产生静电荷也会很快向周围环境泄放。抗静电涂料伴随现代科学技术而发展，至今约有半个多世纪的发展历史。

国外早在20世纪50代便对抗静电涂层技术开展了广泛地研究和生产，先后出现了氯丁橡胶抗静电涂料、聚氨酯抗静电涂料和环氧树脂抗静电涂料，这些涂料是通过在基体中添加炭黑、二氧化锡、二氧化锆等抗静电填料而实现抗静电功能的。日本于1957年就开发和生产了各种类型的导电涂料。美国自20世纪50年代以来已研制了一系列机载雷达罩用抗静电涂层，以确保沉积静电的泄放。20世纪80年代，美国斯坦福特研究所研究了一种保护飞机雷达罩的白色抗静电涂料。该涂层能反射掉大部分热效闪光环境中的可见光波和红外波的入射能量，还能起到释放静电荷通道的作用，以保证飞机雷达在正常飞行环境和有害的热效闪光环境中正常工作。20世纪后期，美国在聚氨酯等涂层中添加导电纤维等所研制的抗静电涂料，可以得到抗静电性能优异的涂层，并得到广泛应用。我国对抗静电涂料的研究在20世纪50年代兴起，天津油漆厂、上海合成树脂研究所和武汉化工研究所研制出较低电阻率的抗静电涂料。中海油常州涂料化工研究院在20世纪90年代初期研制出抗静电耐雨蚀涂层体系，该抗静电涂层采用导电炭黑等作为导电填料，由于导电填料采用炭黑，其颜色为黑色；在本世纪初，该院又采用新型复合导电材料为导电介质，研制出全新浅色抗静电涂料，但由于防静电涂料不能解决高压电力设备绝缘结构特殊性带来的相关问题，至今仍未有针对其防静电涂层的相关技术。