一种防污闪绝缘涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于高压电网绝缘技术领域，具体涉及一种绝缘涂料及其制备方法。

背景技术

近几年来，我国的高速铁路和城市轨道交通运输得到了快速发展，快捷、舒适的电气化铁路车辆给人们的出行生活带来了翻天覆地的变化。户外终端装置是安装在电力机车车辆顶部连接高压电缆和接触网的关键装置，作为车载高压电缆的终端装置，其主要功能是实现电绝缘和机械固定。一般情况下城轨车辆使用电压设计为DC 1500v，高速铁路车辆为25000V，户外终端装置伞裙式的结构设计，用于增加爬电距离，防止高电压下的电弧闪络，确保机车车辆的安全行车。

传统的户外终端装置一般由玻璃或陶瓷制成，新型的户外终端装置大部分由环氧材料制成，由于环氧树脂含有苯环双键和醚键结构，在户外紫外线照射下化学键易发生断裂粉化，另外户外终端装置在雨雪和污秽环境中易使爬电距离缩短，发生湿态污秽闪络，严重时导致接触网短路击穿，发生行车安全事故。所以需要采用高性能的绝缘涂料对高压电缆户外终端进行表面防护，使其具有优异的绝缘性能和耐紫外老化及防污秽闪络性能。本发明的目的是为了保证轨道交通车辆行车安全，为电气化铁路高压电缆户外终端装置提供一种具有优异的绝缘性能和防污闪性能的绝缘涂料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是环氧树脂涂料含有苯环双键和醚键结构，在户外紫外线照射下化学键易发生断裂粉化，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种防污闪绝缘涂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种防污闪绝缘涂料，所述防污闪绝缘涂料包括A组分和B组分，其中A组分由以下重量含量的原料制备而成：

所述B组分为硅烷类固化剂，A组分和B组分的体积比为4～5：1。

优选的，所述氢化环氧改性聚硅氧烷成膜树脂为含氢化环氧改性的无机-有机聚硅氧烷杂化物，主链为Si-O-Si，侧链为羟基和环氧有机基团，有机基团中的甲基与主链相连，形成有机-无机杂化体，所述甲基与主链之间构成倒立四面体空间结构。

氢化环氧改性聚硅氧烷树脂成膜物主链为Si-O-Si，侧链为有机基团，为有机-无机杂化体，将有机物的最佳特性(易加工、柔韧性、光泽和常温固化)和无机物的最佳特性(惰性、硬度、抗化学性，耐高温、耐紫外线和耐磨性)有机地结合在一起。另外硅氧键键能高达462KJ/mol，比C-C的键能(347kJ/mol)更高，且高于太阳光中紫外线能量(315-415kJ/mol)，因此需要更高的能量才能把它打开，从而不易被紫外线和臭氧破坏分解。

聚硅氧烷涂层具有优异的憎水性能，主要是聚硅氧烷分子结构中甲基与主链相连，在Si原子外围形成了一个伞形的倒立四面体空间结构，由于H原子是范德华原子半径最小的原子，它们形成的伞状甲基结构紧密排列在一起，对水分子形成一道封闭屏障，表现出优异的憎水性能。超疏水的绝缘涂层可以防止污秽物及雨雪在高压电缆户外终端装置表面的堆积和附着，湿态环境下水分难以在污秽表面形成连续水膜，从而防止电弧闪络现象的发生，阻止电弧从高压端向低压端的蔓延。另一方面，聚硅氧烷树脂具有良好的介电性能，尤其是高温狭隘的介电性能远远高于一般绝缘材料，且在电弧闪络过程中，聚硅氧烷涂层的电导性碳析出少，而代之非导电性的硅析出，在电弧闪络燃烧过程中，生成的二氧化硅仍是绝缘的，故其在湿态条件下的人工污秽工频耐压性能优异。

优选的，所述氢化环氧改性聚硅氧烷成膜树脂粘度(25℃)500-1500CP，固体含量100％，环氧当量450-480，硅含量大于30％。

优选的，所述颜料为钛白粉、炭黑、酞青蓝、红颜料、黄颜料中的一种或几种混合物。

优选的，所述的三氧化二铝为α晶型结构的三氧化二铝，粒径为10-30nm，熔点为2000-2030℃，密度为3.95-3.97g/cm

α晶型结构的三氧化二铝为六方紧密堆积晶体，熔点高达2015℃，具有非常优异的高温稳定性，还可以催化有机材料在电弧作用下产生的游离碳生成挥发的CO、CO

本发明的防污闪绝缘涂料通过采用氢化环氧改性聚硅氧烷和α晶型结构的三氧化二铝协同作用，有效阻止了高压电缆户外终端装置在恶劣环境下电弧现象的产生，防止了户外终端装置污秽闪络现象的发生。

优选的，所述助剂为分散剂、消泡剂、膨润土、流平剂的几种或全部混合物；所述的有机溶剂为酯类溶剂、芳香烃类溶剂中的一种或几种混合物。

优选的，所述的固化剂为氨基聚硅氧烷。

在同一个技术构思下，本申请还提供一种防污闪绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢化环氧改性聚硅氧烷成膜树脂、分散剂、膨润土和有机溶剂混合分散均匀，加入颜料、α型的三氧化二铝混合分散，再进行研磨；再加入消泡剂和流平剂，分散均匀，调节粘度至120～150s，得到A组分；

(2)取相应体积比的硅烷类固化剂作为B组分，A、B组分单独存放，得到防污闪绝缘涂料。

所述A、B组分在使用时，按照体积比为4～5：1混合，并用有机混合溶剂调节粘度至20～30s，熟化后采用喷涂方式固化成膜，制得防污闪绝缘涂料漆膜。

本发明使用硅烷类固化剂和硅树脂进行缩合反应固化成膜，固化剂低粘度100％固含，本发明通过选用氢化环氧改性聚硅氧烷树脂，水接触角高达131度以上，可防止污秽物在高压电缆户外终端表面沉积附着引起的电弧闪络，另外选用α晶型结构的三氧化二铝协同作用，可有效消除污秽闪络导电碳化通道的形成和蔓延。制得的涂料体积固含量90％，极低的VOC挥发物，符合环保要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)湿态污秽条件下36KV可保持15min不闪络。

(2)本发明的绝缘涂料通过选用氢化环氧改性聚硅氧烷树脂作为成膜物，从而具有优异电气性能和耐氙灯加速老化性能，电气击穿强度高达52KV/mm,耐电弧性能达255s，冲击电压250KV±10次无闪络、不击穿，氙灯加速老化达5000h。

(3)本发明的防污闪绝缘涂料体积固体含量达到90％以上，且固化剂不含常绝缘涂料固化剂含有的异氰酸酯成分，具有安全环保的特点。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

一种防污闪绝缘涂料，包括独立包装的A组分和B组分，其中A组分由以下重量含量的原料制备而成：

其中，氢化环氧改性的聚硅氧烷树脂，主链为Si-O-Si，侧链为羟基和环氧有机基团，有机基团中的甲基与主链相连，形成有机-无机杂化体，所述甲基与主链之间构成倒立四面体空间结构；本申请所使用的氢化环氧改性聚硅氧烷树脂可在市场中直接买到。粘度(25℃)500-1500CP，固体含量100％，环氧当量450-480，硅含量大于30％；有机混合溶剂在本实施例中为二甲苯、丁酯溶剂按质量比1:1的量配成的混合溶剂。

本实施例中的防污闪绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将590g聚硅氧烷树脂、15g BYK163分散剂、5g膨润土和有机混合溶剂称重后投入分散器皿中，并用分散机进行中速分散，分散时间为20分钟，分散速率为1000转/分；

(2)将200g金红石型钛白粉R902、100gα型的三氧化二铝称重后加入分散器皿中，边加料边分散，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分，然后将混合料投入卧式砂磨机中进行研磨，研磨温度控制在50～60℃，控制研磨细度不大于20μm；

(3)再加入5gBYK141消泡剂、5gBYK358流平剂，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分。最后调节粘度至120～150s(涂4#杯)，即制得A组分。

将A组分与B组分(含100％氨基聚硅氧烷)按照体积比为5：1的量混合，并用有机混合溶剂调节粘度至20～30s(涂4#杯)，熟化15分钟后采用喷涂方式施工，干燥成膜，制得防污闪绝缘涂料漆膜。

实施例2

一种防污闪绝缘涂料，包括独立包装的A组分和B组分，其中A组分由以下重量含量的原料制备而成：

其中，氢化环氧改性的聚硅氧烷树脂，主链为Si-O-Si，侧链为羟基和环氧有机基团，有机基团中的甲基与主链相连，形成有机-无机杂化体，所述甲基与主链之间构成倒立四面体空间结构；粘度(25℃)500-1500CP，固体含量100％，环氧当量450-480，硅含量大于30％；有机混合溶剂在本实施例中为二甲苯、丁酯溶剂按质量比2:1的量配成的混合溶剂。

本实施例中的防污闪绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将628g聚硅氧烷树脂、15g BYK163分散剂、3.5g膨润土和有机混合溶剂称重后投入分散器皿中，并用分散机进行中速分散，分散时间为20分钟，分散速率为1000转/分；

(2)将80g金红石型钛白粉R902、12g 103W中黄颜料、0.5g炭黑颜料、3g钛箐蓝颜料、150gα型的三氧化二铝称重后加入分散器皿中，边加料边分散，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分，然后将混合料投入卧式砂磨机中进行研磨，研磨温度控制在50～60℃，控制研磨细度不大于20μm；

(3)再加入5gBYK141消泡剂、3gBYK358流平剂，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分。最后调节粘度至120～150s(涂4#杯)，即制得A组分。

将A组分与B组分(含100％氨基烷氧基)按照体积比为4.5：1的量混合，并用有机混合溶剂调节粘度至20～30s(涂4#杯)，熟化15分钟后采用喷涂方式施工，干燥成膜，制得防污闪绝缘涂料漆膜。

实施例3

一种防污闪绝缘涂料，包括独立包装的A组分和B组分，其中A组分由以下重量含量的原料制备而成：

其中，化环氧改性的聚硅氧烷树脂，主链为Si-O-Si，侧链为羟基和环氧有机基团，有机基团中的甲基与主链相连，形成有机-无机杂化体，所述甲基与主链之间构成倒立四面体空间结构；粘度(25℃)500-1500CP，固体含量100％，环氧当量450-480，硅含量大于30％；有机混合溶剂在本实施例中为二甲苯、丁酯溶剂按质量比1:1的量配成的混合溶剂。

本实施例中的防污闪绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将730g聚硅氧烷树脂、15g BYK163分散剂、5g膨润土和有机混合溶剂称重后投入分散器皿中，并用分散机进行中速分散，分散时间为20分钟，分散速率为1000转/分；

(2)将30g钛箐蓝颜料、120gα型的三氧化二铝称重后加入分散器皿中，边加料边分散，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分，然后将混合料投入卧式砂磨机中进行研磨，研磨温度控制在50～60℃，控制研磨细度不大于20μm；

(3)再加入5gBYK141消泡剂、5gBYK358流平剂，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分。最后调节粘度至120～150s(涂4#杯)，即制得A组分。

将A组分与B组分(含100％氨基烷氧基)按照体积比为4：1的量混合，并用有机混合溶剂调节粘度至20～30s(涂4#杯)，熟化15分钟后采用喷涂方式施工，干燥成膜，制得防污闪绝缘涂料漆膜。

对比例1：

一种防污闪绝缘涂料，包括独立包装的A组分和B组分，其中A组分由以下重量含量的原料制备而成：

其中，氟碳树脂主链为C-F-C，侧链为羟基基团，所述C-F键交替规整排列；固体含量65±2％，羟基当量865-1020，氟含量大于23％；有机混合溶剂在本实施例中为二甲苯、丁酯溶剂按质量比1:1的量配成的混合溶剂。

本实施例中的防污闪绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将640g氟碳树脂、15g BYK163分散剂、5g膨润土和有机混合溶剂称重后投入分散器皿中，并用分散机进行中速分散，分散时间为20分钟，分散速率为1000转/分；

(2)将250g金红石型钛白粉R902称重后加入分散器皿中，边加料边分散，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分，然后将混合料投入卧式砂磨机中进行研磨，研磨温度控制在50～60℃，控制研磨细度不大于20μm；

(3)再加入5gBYK141消泡剂、5gBYK358流平剂，高速分散30分钟，分散速率控制在2000转/分。最后调节粘度至120～150s(涂4#杯)，即制得A组分。

将A组分与B组分(含75％的HDI缩二脲异氰酸酯)按照体积比为5：1的量混合，并用有机混合溶剂调节粘度至20～30s(涂4#杯)，熟化15分钟后采用喷涂方式施工，干燥成膜，制得防污闪绝缘涂料漆膜。

参照有关国家或行业标准，对上述具体实施例制备的防污闪绝缘涂料进行性能检测，结果如下表。由下表可知，实施例4(对比例)采用氟碳树脂的防污闪绝缘涂料在疏水性和绝缘性能要差于本发明，特别是冲击电压试验和防污闪试验达不到技术要求。