一种绿色低碳玻璃绝缘子及其制备方法与流程

本发明涉及绝缘子，具体涉及一种绿色低碳玻璃绝缘子及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃绝缘子作为电力输配电系统的关键部件，具有透光性好、表面光滑不易积污、老化寿命长等优势，在高压输电线路中广泛应用。随着电力工业对绝缘子性能要求的持续提升，提升玻璃绝缘子的力学强度、耐热震稳定性和介电性能成为技术攻关重点。

2、向玻璃基体中引入功能填料是提升性能的有效途径。氧化钇（y2o3）作为稀土氧化物，可参与玻璃网络结构修饰，降低熔体粘度、提升致密度和介电性能，但其在玻璃基体中分散不均的问题制约了改性效果。碳化硅晶须（sicw）具有高强度、高模量、耐高温和良好的化学稳定性，是理想的陶瓷基复合材料增强组分，但其表面惰性强、与玻璃基体相容性差。壳聚糖作为天然高分子，富含羟基和氨基，可经化学改性后作为偶联剂改善无机填料与基体的界面结合，但将其用于玻璃绝缘子的研究鲜有报道。

3、石墨烯具有优异的力学性能和导电导热性能，作为增强相可显著提升复合材料的综合性能。但石墨烯片层间存在强范德华力，在无机基体中易团聚，难以实现均匀分散。钠长石作为架状硅酸盐矿物，具有良好的化学稳定性和与玻璃体系的相容性，可作为石墨烯的分散载体。盐酸多巴胺可在弱碱性条件下自聚合形成聚多巴胺层，赋予材料表面粘附性和反应活性，但将其用于钠长石改性以负载石墨烯的研究尚属空白。

4、现有技术中，将氧化钇与碳化硅晶须、改性壳聚糖协同复配，并以多巴胺改性钠长石负载石墨烯作为调节剂，应用于玻璃绝缘子的研究未见报道。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种绿色低碳玻璃绝缘子及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种绿色低碳玻璃绝缘子，包括以下重量份原料：玻璃基料80～92份、改性氧化钇剂5～12份、石墨烯调节剂3～8份、助熔剂2～5份。

4、优选地，所述玻璃基料为钠钙硅酸盐玻璃粉或硼硅酸盐玻璃粉；所述助熔剂为硼砂和/或碳酸钠。

5、优选地，所述改性氧化钇剂的制备方法为：

6、s01：按重量份计，将6～15份碳化硅晶须、4～10份改性壳聚糖和5～12份二氧化硅加入至50～70份去离子水中，超声分散30～60min，得到混合液；

7、s02：向混合液中加入8～18份氧化钇，在50～80℃水浴条件下以300～500r/min搅拌反应2～5h；

8、s03：反应结束后经抽滤、洗涤、80～110℃干燥、研磨，得到改性氧化钇剂。

9、改性氧化钇剂以氧化钇为主剂，通过碳化硅晶须、改性壳聚糖和纳米二氧化硅的协同修饰。碳化硅晶须的高强度和高模量可在玻璃基体中形成晶须增强网络，提升制品的抗折强度和抗冲击性能；改性壳聚糖经硅烷偶联剂接枝后，分子链上引入环氧基或硅氧基活性位点，可同时与无机填料表面的羟基和玻璃基体发生化学键合，起到“分子桥”作用，改善多相界面的相容性和结合力，同时其有机组分在低温处理过程中可热解形成碳模板，进一步优化界面结构；纳米二氧化硅可填充微孔隙、提升致密度。氧化钇经多组分协同包覆改性后，在玻璃熔体中的分散性和反应活性显著提升。

10、优选地，所述改性壳聚糖的制备方法为：将壳聚糖溶于质量分数2～5%的乙酸水溶液中，加入壳聚糖质量5～15%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（kh560），在50～70℃下搅拌反应2～4h，经沉淀、洗涤、干燥，得到改性壳聚糖。

11、优选地，所述碳化硅晶须直径为0.5～3μm，长径比为（10～50）：1；所述氧化钇粒径为10～100nm；所述二氧化硅为纳米二氧化硅，粒径为20～80nm。

12、优选地，所述石墨烯调节剂的制备方法为：

13、s11：按重量份计，将5～12份钠长石粉加入至30～50份质量分数0.5～2%的盐酸多巴胺溶液中，在25～40℃下搅拌反应4～8h，经抽滤、洗涤、干燥，得到多巴胺改性钠长石；

14、s12：将3～8份石墨烯与多巴胺改性钠长石混合，加入至40～60份去离子水中，超声分散20～40min，在60～80℃下以400～600r/min搅拌反应1～3h；

15、s13：反应结束后经抽滤、洗涤、80～105℃干燥、研磨，得到石墨烯调节剂。

16、石墨烯调节剂以钠长石为载体，经盐酸多巴胺改性后，钠长石表面形成聚多巴胺包覆层，赋予其丰富的邻苯二酚基和胺基活性位点。这些基团可通过π-π堆叠和氢键作用与石墨烯形成牢固结合，有效抑制石墨烯片层的团聚。钠长石的架状硅酸盐结构和与玻璃体系的良好相容性，使其成为石墨烯在玻璃基体中的高效分散载体。石墨烯的引入可提升玻璃绝缘子的力学性能和导热均匀性，同时其导电性在绝缘材料中需严格控制添加量以避免绝缘性能劣化。

17、优选地，所述钠长石粉粒径为1～20μm；所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯，片径为1～10μm。

18、本发明还提供了一种绿色低碳玻璃绝缘子的制备方法，包括以下步骤：

19、步骤一、混料：将玻璃基料、改性氧化钇剂、石墨烯调节剂、助熔剂按配比投入球磨机中混合均匀，经干燥、过筛，得到混合粉料；

20、步骤二、熔制：将混合粉料投入熔窑中，在1420～1520℃下熔制2.5～5h，经澄清、均化处理，得到玻璃熔液；

21、步骤三、成型：将玻璃熔液浇注入绝缘子模具中成型，得到绝缘子生坯；

22、步骤四、退火：将绝缘子生坯在520～650℃下退火处理1～3h，随炉冷却至室温，得到绿色低碳玻璃绝缘子。

23、优选地，步骤一中球磨混合时间为2～5h；步骤二中熔制温度优选为1450～1500℃。

24、有益效果

25、本发明以玻璃基料为主体，通过改性氧化钇剂与石墨烯调节剂的协同复配，实现了玻璃绝缘子力学性能、介电性能和耐候性能的同步提升。改性氧化钇剂中碳化硅晶须的晶须增强效应、改性壳聚糖的“分子桥”偶联作用和纳米二氧化硅的致密化效应协同作用于氧化钇，使其在玻璃基体中的分散性和改性效率显著增强；石墨烯调节剂以多巴胺改性钠长石为载体负载石墨烯，有效抑制石墨烯团聚。二者协同构建了“晶须-纳米-层状”多尺度增强体系。

26、改性氧化钇剂中，碳化硅晶须的耐高温、高强度特性提升制品的抗折和抗冲击性能；改性壳聚糖经kh560接枝后引入环氧活性基团，可在无机填料与玻璃基体间形成化学键合，改善界面相容性并优化界面过渡区微观结构；纳米二氧化硅的填充效应提升致密度。氧化钇的稀土网络修饰效应进一步优化玻璃结构、提升介电性能。

27、石墨烯调节剂中，盐酸多巴胺自聚合形成的聚多巴胺层赋予钠长石表面粘附活性和反应位点，通过π-π堆叠和氢键作用高效负载石墨烯，防止其团聚；钠长石作为分散载体，利用其与玻璃体系良好的化学相容性，将石墨烯均匀引入玻璃基体，实现石墨烯的微纳增强效应。本发明通过各功能组分的协同设计和优化的低温熔制工艺（1420～1520℃），降低了生产能耗和碳排放，实现了玻璃绝缘子的绿色低碳化制造，符合国家“双碳”战略和绿色制造发展方向。