基于光敏微胶囊复合的电树枝损伤自修复环氧材料及其制备方法与流程

本发明涉及环氧材料，尤其涉及一种基于光敏微胶囊复合的电树枝损伤自修复环氧材料及其制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂因其低廉的制造成本、良好的机械性能和优异的绝缘特性，广泛应用于电力装备、电子器件、动力设备、高压电力设备与电子器件封装等领域。其中，环氧树脂棒作为绝缘子、电缆护套和绝缘拉杆等关键部件，在电气装备长期运行过程中，不可避免地承受强电场应力、机械振动应力和热应力的作用，导致材料表层或内部产生细小裂纹、电树枝损伤以及微孔杂质等缺陷。这些缺陷在强电场应力作用下会导致局部电场畸变，进而引发电荷积聚和局部放电，最终形成树枝状损伤通道，严重影响装备与器件的使用寿命与运行安全。

2、自然界中的动植物所具备的自愈能力是其生存生长的最重要特征，这种自愈自修复能力对于合成材料来说是极具意义的，它可以显著提高材料的使用寿命和安全性。根据修复剂来源可将自修复体系分为两类，即本征型与外援型。本征型修复体系是在不添加任何外界物质的情况下，利用材料自身特性进行自主修复的材料系统，也即通过对复合材料本身进行化学结构设计，使其在一定条件（如温度等）下发生本征化学结构变化实现对损伤进行修复。主要包括diels-alder反应、动态共价化学键/双硫键反应、氢键键合反应、离子键反应等。外援型修复体系也称埋植式修复体系，是指在复合材料制备阶段，通过外界载体将修复剂埋植于材料基体中，在其受到损伤触发后，释放修复剂，填充损伤位置并通过某种机制聚合固化，以完成修复。外援型修复体系可分为两类，即仿生血管型修复体系和微胶囊基修复体系。

3、目前，针对环氧棒中出现的电树枝损伤问题，没有一个十分有效的解决方法。尽管采取了一些预防措施和改进技术，如使用更高质量的环氧树脂和优化绝缘设计，但完全避免电树枝仍是一个挑战。此外，环氧树脂的化学和物理性质决定了其对电树枝的抵抗力有限。虽然，通过化学改性和添加特定的抑制剂可以部分提高其耐电树枝能力，但这些方法往往无法彻底解决问题，只能在一定程度上延缓电树枝的发展。电树枝的形成过程复杂，涉及材料的微观结构和电场应力等多个因素，这使得寻找有效的防治策略变得更加困难。

4、微胶囊自修复触发方式不适用于绝缘材料且不够自主智能。现有的微胶囊自修复体系多侧重于机械损伤的修复，其囊芯修复剂的触发条件依赖于传统的外部刺激，如高温、酸碱度等，这些触发条件会降低电子器件的灵敏度，甚至导致绝缘腐蚀。同时对于劣化过程复杂、通道尺度较小的电树枝损伤而言，提前发现是不现实的，因此，难以保证在损伤发生时及时完成修复。

5、微胶囊的大量引入会引起介质本征性能下降，并且修复材料与基体材料的不相容性也会导致复合材料性能的劣化。现有微胶囊体系为基体介质带来的负面影响，如基体的力学性能和电学性能的恶化，是绝缘材料工业应用中难以避免和不可接受的。

6、磁靶向技术可以实现微胶囊的靶向分布从而提高对损伤的自愈效率，但是现在磁性纳米粒子的合成时间较长，反应速率低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于光敏微胶囊复合的电树枝损伤自修复环氧材料及其制备方法，实现环氧材料内部微小电气损伤的非接触式高效自修复，解决了背景技术中所涉及的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于光敏微胶囊复合的电树枝损伤自修复环氧材料的制备方法，包括：

3、将和加入至第一反应容器中进行搅拌混合，将搅拌混合的混合物的ph值调至碱性，得到第一反应混合物，将所述第一反应混合物加热反应，当反应完成后，冷却至室温，再固液分离出fe3o4纳米粒子；

4、将所述fe3o4纳米粒子与浓氨水、无水乙醇加入至第二反应容器中搅拌混合，得到第二反应混合物，再将正硅酸乙酯加入所述第二反应混合物中，当反应完成后，经固液分离、洗涤并定容，得到核壳结构的fe3o4@sio2磁性纳米颗粒；

5、将所述fe3o4@sio2磁性纳米颗粒加入预聚体中进行超声分散，得到聚氨酯预聚体混合物，其中，所述预聚体是为2,4-甲苯二异氰酸酯溶解于氯苯中进行搅拌混合后，加入1,4-丁二醇进行搅拌混合得到；

6、将所述氨酯预聚体混合物加入乙酸乙酯和光敏芯材进行搅拌混合，得到油相溶液，将所述油相溶液与水相溶液搅拌混合后，得到悬浮液，将所述悬浮液加入甲醛溶液并加热反应，当反应结束后，冷却至环境温度，经冲洗、过滤后，得到脲醛/聚氨酯磁靶向紫外光敏双壳微胶囊；

7、将所述脲醛/聚氨酯磁靶向紫外光敏双壳微胶囊与预制的树脂混合物进行搅拌混合，经真空处理并去除气泡后，经过干燥并得到环氧材料。

8、优选地，所述将和加入至第一反应容器中进行搅拌混合，将搅拌混合的混合物的ph值调至碱性，得到第一反应混合物，将所述第一反应混合物加热反应，当反应完成后，冷却至室温，再固液分离出fe3o4纳米粒子的步骤，包括：

9、按1:2的摩尔比将和加入聚四氟乙烯的反应容器中，并向所述聚四氟乙烯的反应容器中加入去离子水进行搅拌混合，直到所有固体溶解；

10、将搅拌混合的混合物的ph值调至碱性，得到第一反应混合物，将所述第一反应混合物进行微波加热反应，当反应完成后，冷却至室温，再固液分离出fe3o4纳米粒子进行洗涤，再将洗涤后的fe3o4纳米粒子进行干燥，得到粉末状的fe3o4纳米粒子。

11、优选地，本方法还包括制备所述预聚体的步骤，所述制备所述预聚体的步骤，包括：

12、将2,4-甲苯二异氰酸酯溶解于氯苯中，并在恒温下进行搅拌混合和n2气吹操作，向混合后的溶液加入1,4-丁二醇，并经搅拌混合均匀后，得到所述预聚体。

13、优选地，所述聚氨酯预聚体混合物置于冷藏环境下保存。

14、优选地，所述光敏芯材是通过将二苯基二硫化物为光引发剂加入到环氧预聚体中在室温下进行搅拌混合得到。

15、优选地，本方法还包括制备所述环氧预聚体的步骤，所述制备所述环氧预聚体的步骤，包括：

16、将双酚a与乙酸乙酯进行搅拌混合，当双酚a完全溶解后，加入环氧乙烷进行恒温搅拌，再将恒温搅拌的混合溶液的ph值调至碱性，当反应完成后，将反应完成的混合溶液的ph值调至中性，并冷却到室温，通过过滤收集所述环氧预聚体。

17、优选地，本方法还包括制备所述水相溶液，所述制备所述水相溶液的步骤，包括：

18、将阿拉伯树胶溶解在去离子水中，并加入双亲性tio2纳米颗粒进行恒温搅拌混合，再将搅拌混合后的混合溶液加入间苯二酚、尿素和氯化铵，将混合溶液调节ph值调至酸性，得到所述水相溶液。

19、优选地，所述预制的树脂混合物是将按1：0.85：0.015的质量比的树脂单体、固化剂和催化剂进行恒温搅拌混合得到的。

20、优选地，所述将所述脲醛/聚氨酯磁靶向紫外光敏双壳微胶囊与预制的树脂混合物进行搅拌混合，经真空处理并去除气泡后，经过干燥并得到环氧材料的步骤，包括：

21、将所述脲醛/聚氨酯磁靶向紫外光敏双壳微胶囊与预制的树脂混合物进行搅拌混合，对混合物进行真空处理并去除气泡，将去除气泡后的混合物倒入模具进行干燥固化，再降温至室温，得到预设形状的环氧材料体。

22、第二方面，本发明还提供了一种基于光敏微胶囊复合的电树枝损伤自修复环氧材料，应用第一方面所述的基于光敏微胶囊复合的电树枝损伤自修复环氧材料的制备方法制备得到。

23、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

24、本发明所提出的制备方法制备出的自修复环氧材料应用以fe3o4为核心、sio2为壳体的双层壳结构，提高了环氧材料的机械性能以及拉伸性能，通过使用环氧树脂预聚体作为修复剂，使得环氧树脂预聚体与基体材料的性能接近，提高电树枝修复后的环氧材料的绝缘性能，同时，制备的自修复环氧材料利用磁性纳米颗粒，使自修复只需要少量的微胶囊，提高材料电气性能，并保证在损伤发生时及时完成修复，提高损伤的自愈效率。