一种加快环氧树脂材料表面电荷消散的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加快环氧树脂材料表面电荷消散的方法，属于电气材料绝缘技术领域。
【背景技术】
[0002]环氧树脂复合材料具有优异的电绝缘、机械和耐腐蚀等特性，因此被广泛地应用于涂料、电子电器以及航空航天等工业领域。其中，利用环氧树脂复合材料制作的绝缘子器件，由于具有较高的绝缘性能和力学性能，已经被广泛地应用于气体绝缘开关设备(GIS)上。然而，目前市场上使用的这些设备，大多以交流输电为主，应用于高压直流输电下的还比较少。一般认为，相比于交流电场下，直流电场下绝缘子表面电荷更容易积聚电荷，这会导致表面电场畸变，从而引发沿面闪络，导致事故发生。随着特高压直流输电的大力发展，发展与相应电压等级相配套的、安全等级高的设备，成为当前研究的热点。
[0003]等离子体方面的研究已经有一百多年的历史，早期的等离子体发生器主要被用来产生臭氧，随着研究的深入，等离子体的应用领域在不断拓展。目前，低温等离子体已经被广泛地应用在材料表面改性、臭氧发生、生物制药和航空流动控制等领域。在材料表面改性的领域内，等离子体中含有的大量高能电子、离子和活性自由基可以引起材料表面原有化学键断裂，生成新的自由基。自由基之间重新结合，在表面形成网状交联结构，进而改善材料表面性能。同时，等离子体处理可以在表面引入羟基、羰基等含氧极性基团，一方面改善了表面的润湿性，降低表面水接触角。水接触角降低引起表面吸附水分含量提高，增大表面电导率，加快表面电荷的迀移。另一方面，羰基的产生可以浅化表面陷阱，使入陷的电荷更加容易脱陷。
[0004]现有技术大多采用表面氟化、离子注入或者掺入纳米颗粒的方法等来改善材料的电特性。申请公布号为CN 102585165A和CN104371133A的专利分别采用氟化处理环氧树脂材料。通过在反应室内通入一定比例的匕/队混合气体，施加一定的温度和压强，对放置于反应室内的材料进行氟化处理，在表面形成一层碳氟层。由于F2具有较强的电负性，能够吸引电子，因此在试样表面形成屏蔽层，削弱试样表面的局部电场，抑制表面电荷的积聚。本发明的方法应用于抑制环氧树脂及其复合材料电绝缘件上的表面电荷积累，进而提高环氧树脂电绝缘件如环氧绝缘支撑和环氧绝缘子的闪络电压与电气绝缘性能，及应用于环氧树脂材料在其它方面使用时的表面抗静电。申请公布号为CN 104446650A的专利，申请了一种提高聚合物和氧化铝陶瓷真空沿面闪络特性的方法。该方法利用电子回旋共振离子源引出的大面积均匀束，注入至聚四氟乙烯或氧化铝陶瓷绝缘材料表面，对绝缘材料表面进行改性。注入能量为80keV，注入离子为N离子和C离子。结果表明，经N离子注入的氧化铝陶瓷，闪络电压最大可提高50%左右。本发明可用于真空高压绝缘器件领域。申请公布号为CN 104327456A的专利采用在环氧树脂材料内掺入金属纳米颗粒的方法，通过将至少一种环氧树脂材料、金属纳米颗粒、固化剂和无机纳米颗粒混合，生产一种绝缘子用环氧树脂混合物。这种混合材料可以减少特高压直流输电过程中造成的空间电荷积聚，同时可以提高材料的体电导率和击穿强度。另外有一些发明方法涉及等离子体处理提高其真空沿面闪络电压的内容。申请公布号为CN 103834052A的专利，申请了一种等离子体处理绝缘材料提高真空沿面耐压性能的方法。该方法采用利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生低温等离子体，在有机玻璃表面形成憎水表面结构。等离子体处理改变了有机玻璃绝缘材料表面的粗糙度和表面能，改性降低了表面二次电子发射系数，从而提高有机玻璃在真空条件下的沿面耐压性能。此发明方法表明等离子体改性的有效性。
[0005]由上述总结可知，当前用于加快表面电荷消散，抑制电荷积聚的方法主要包括表面氟化、离子注入、掺入纳米颗粒等。表面氟化技术结构复杂，对环境要求高。氟气为有毒气体，成本较高，反应中易出现泄漏并导致安全问题，对环境有一定的污染性。离子注入法中设备造价昂贵，生产成本高，在离子注入过程中均匀性难于保证，因此不适合于工业化生产。掺入纳米颗粒技术工艺结构复杂，由于掺杂过程中需要使用多种化学试剂，易导致环境污染。另外，多种物质共混，混合物的均匀性较难控制。针对现有技术的不足，本方法采用低温等离子体处理材料表面用于加快表面电荷消散。由于等离子体装置结构简单，可以降低生产成本，作用时间短，缩短了生产周期。另外，等离子体处理无需化学溶剂、对环境污染影响小、过程可控性高，因此可以进一步向工业化方向发展。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种加快环氧树脂材料表面电荷消散的方法，在实验腔内利用介质阻挡放电产生低温等离子体处理环氧树脂材料表面，以提高环氧树脂材料用作绝缘件的电绝缘性能。
[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
[0008]—种加快环氧树脂材料表面电荷消散的方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1，组装介质阻挡放电等离子体处理装置，所述装置包括:
[0010]高压电源，其输出端通过高压探头测量电压，并通过示波器记录；
[0011 ] 放电腔，所述放电腔内设有上电极和下电极，所述上电极连接所述高压电源输出端，所述下电极接地；还设有上阻挡介质和下阻挡介质，分别贴合放置于所述上电极和下电极上，且所述上阻挡介质和下阻挡介质之间留有空隙；所述放电腔还分别设有进气口和出气口 ；
[0012]步骤2，将所述环氧树脂材料清洗、干燥；
[0013]步骤3，将清洗干燥后的所述环氧树脂材料放置于所述下阻挡介质上，调节所述上阻挡介质和下阻挡介质之间的距离；通过所述进气口通入气体，将所述高压电源打开，所述高压电源放电电压幅值在1kV?30kV之间，频率在500Hz?3000Hz之间，产生均匀稳定的放电，对所述环氧树脂材料进行放电等离子体处理，处理时间为1s?lOmin。
[0014]进一步的，所述高压电源为微秒脉冲电源、高频高压交流电源或纳秒脉冲电源。
[0015]进一步的，所述放电腔由不锈钢制作，所述放电腔内气压范围为20帕到200千帕之间，所述放电腔内的气压优选大气压或低气压。
[0016]进一步的，所述放电腔内的压力通过压力表测量。
[0017]进一步的，所述通入的气体为空气或惰性气体和氧气的混合气体。
[0018]进一步的，所述通入的气体为惰性气体和氧气的混合气体时，所述出气口连接真空栗。
[0019]进一步的，所述上电极和下电极为圆板电极，所述上电极和下电极直径为10?100mm，材质为招、铜或不锈钢。
[0020]进一步的，所述上阻挡介质和下阻挡介质为K9玻璃，聚四氟或有机玻璃。
[0021]进一步的，所述上阻挡介质和下阻挡介质的形状为圆形或方形，其横截面积大于所述上电极或下电极的横截面积，厚度为I?4mm。
[0022]进一步的，所述环氧树脂材料大小为5 X 5cm，厚度为I?5_。
[0023]进一步的，步骤2包括:
[0024]步骤2.1，将所述环氧树脂材料依次使用去离子水和丙酮清洗；
[0025]步骤2.2，将所述环氧树脂材料放置于超声波清洗仪中进行超声清洗，以去除所述环氧树脂材料表面的油污和杂质；
[0026]步骤2.3，将所述所述环氧树脂材料放入真空干燥箱中低温干燥。
[0027]进一步的，所述上阻挡介质和下阻挡介质之间的距离通过垫片调节。
[0028]本发明提供的使用等离子体处理环氧树脂材料，以加快环氧树脂材料表面电荷消散的方法的优势在于:
[0029]I)放电结构为板-板结构，通过调节放电参数，能够实现较高的稳定性，对材料表面进行大面积处理；
[0030]2)相比于表面氟化等技术，处理时间较短，一般只需要几十秒到几分钟之间即可达到明显的效果；
[0031]3)等离子体装置结构简单，反应可控性高，生产成本较低；
[0032]4)等离子体处理过程无需使用化学试剂，对环境污染小，符合环保发展要求。
【附图说明】
[0033]图1为本发明所述介质阻挡放电等离子体处理装置结构示意图；
[0034]图2为本发明所述表面电位测量装置结构示意图；
[0035]图3A为未经处理的环氧树脂材料加压Imin时表面电位测量结果图；
[0036]图3B为未经处理的环氧树脂材料撤压初始时表面电位测量结果图；
[0037]图3C为未经处理的环氧树脂材料撤压20min时表面电位测量结果图；
[0038]图4A为经本发明所述方法处理的环氧树脂材料加压Imin时表面电位测量结果图；
[0039]图4B为经本发明所述方法处理的环氧树脂材料撤压初始时表面电位测量结果图；
[0040]图4C为经本发明所述方法处理的环氧树脂材料撤压20min时表面电位测量结果图。
[0041 ] 其中，1-高压电源，2-放电腔，3-高压探头，4-示波器，5-气体，6_上电极，7_下电极，8-上阻挡介质，9-下阻挡介质，10-进气口，11-出气口，12-真空栗，13-压力表，14-步进电机，15-静电电压表，16-平面电极，17-静电探头，18-直流电源，19-电脑。
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