本發(fā)明涉及變壓器用絕緣材料，尤其涉及一種高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對(duì)變壓器的要求越來越高，其中絕緣材料的好壞直接決定著變壓器的使用壽命。

2、絕緣材料，又稱電介質(zhì)，是電阻率高、導(dǎo)電能力低的材料。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導(dǎo)體，使電流按一定方向流通。在變壓器產(chǎn)品中，絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護(hù)導(dǎo)體等作用。

3、由于環(huán)氧樹脂具有加工工藝性好、黏結(jié)性高、收縮率小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在變壓器絕緣材料中得到廣泛應(yīng)用。然而環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率(又稱導(dǎo)熱系數(shù))較低，難以將變壓器的元器件在工作中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，使環(huán)氧樹脂本身的溫度也難以降低，在導(dǎo)熱與絕緣需求均較高的領(lǐng)域應(yīng)用受到限制，成為制約變壓器件使用壽命和可靠性的主要問題。

4、提高導(dǎo)熱絕緣材料的散熱性能成為研究的重點(diǎn)所在，現(xiàn)在一般往環(huán)氧樹脂中添加導(dǎo)熱填料來提高其導(dǎo)熱性能，金屬粉末和碳材料常被用來嘗試改善環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱性能，但對(duì)絕緣性能會(huì)產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響，如僅添加1％碳納米管的情況下，環(huán)氧樹脂材料的電阻率就會(huì)至少下降四個(gè)數(shù)量級(jí)。而氧化鋁、氮化硼、碳化硅等高導(dǎo)熱無機(jī)填料具有良好的導(dǎo)熱性，可用于變壓器中有利于散熱，但若直接添加在環(huán)氧樹脂中會(huì)造成絕緣材料的力學(xué)強(qiáng)度明顯降低。

5、cn110016205a公開了一種環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱絕緣材料及其制備方法，其通過對(duì)三種粒徑級(jí)配的無機(jī)填料粒徑之間的比例、不同粒徑填料的用量比例以及粒徑的選擇，使得環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱絕緣材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和絕緣性能功能。

6、cn113549301a一種環(huán)氧樹脂超高導(dǎo)熱絕緣材料及制備方法，使用較小粒徑的填料與較大粒徑的填料進(jìn)行復(fù)配，使小顆粒填充大顆粒的縫隙，增大填料的總空間填充率，通過將不同粒徑的無機(jī)填料混合后進(jìn)行改性，降低材料的熱伸縮率。

7、目前如何在提升導(dǎo)熱絕緣材料絕緣性能的同時(shí)，增加材料的熱導(dǎo)率，同時(shí)降低材料的力學(xué)缺陷，增加其抗沖擊強(qiáng)度，能成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料及其制備方法。

2、一種高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料，其原料按質(zhì)量份包括：環(huán)氧氯丙烷30-60份，雙酚a40-50份，雙酚a型環(huán)氧樹脂e441-5份，超高分子量聚乙烯10-15份，正硅酸乙酯1-5份，羧基化多壁碳納米管1-5份，六方氮化硼3-5.5份，熱塑性聚碳酸酯5-20份，固化劑1.01-3.1份。

3、優(yōu)選地，其導(dǎo)熱率≥1.5w/(m·k)，而體積電阻率≥1×1016ω·cm。

4、優(yōu)選地，超高分子量聚乙烯的分子量為150萬(wàn)至270萬(wàn)。

5、優(yōu)選地，雙酚a型環(huán)氧樹脂e44的環(huán)氧當(dāng)量為225-239g/eq。

6、優(yōu)選地，固化劑為鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐中至少一種。

7、上述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的制備方法，包括如下步驟：

8、s1、將超高分子量聚乙烯、雙酚a型環(huán)氧樹脂e44、六方氮化硼、固化劑加入至石蠟油中，60-70℃超聲處理1-2h，升溫至190-220℃保溫1-3h，凍膠紡絲，萃取，熱牽伸得到增強(qiáng)復(fù)合纖維；

9、s2、將環(huán)氧氯丙烷、正硅酸乙酯混合均勻，向其中加入雙酚a攪拌10-30min，調(diào)節(jié)體系溫度為70-80℃，攪拌狀態(tài)下向其中滴加氫氧化鈉溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌2-3h，加入羧基化多壁碳納米管攪拌10-30min，加入苯攪拌10-20min，靜置去除水層，取有機(jī)層進(jìn)行減壓蒸餾以去除苯及揮發(fā)物，得到增強(qiáng)環(huán)氧樹脂；

10、s3、將增強(qiáng)環(huán)氧樹脂、增強(qiáng)復(fù)合纖維、熱塑性聚碳酸酯、固化劑混合均勻，100-150℃攪拌1-2h，攪拌壓力10-20kpa，澆模，固化。

11、優(yōu)選地，s2中，氫氧化鈉溶液的濃度為1-2mol/l，氫氧化鈉溶液與雙酚a的質(zhì)量比為40-60：40-50。

12、優(yōu)選地，s1中所用固化劑與s3中所用固化劑的質(zhì)量比為0.01-0.1：1-3。

13、優(yōu)選地，s1中，超聲頻率為10-20khz，紡絲溫度為170-180℃。

14、優(yōu)選地，s3中，固化的具體操作如下：澆模后升溫至90-95℃固化1-2h，接著升溫至150-170℃固化10-20h。

15、有益效果：

16、本發(fā)明在超高分子量聚乙烯紡絲過程中，通過六方氮化硼在纖維拉伸過程進(jìn)行定向取向，配合雙酚a型環(huán)氧樹脂e4作用有效促使纖維穩(wěn)定和重組，可有效增強(qiáng)抗蠕變性，纖維強(qiáng)度損傷小。所得增強(qiáng)復(fù)合纖維中，六方氮化硼沿拉伸方向呈片層定向分布，能有效阻礙電流的傳導(dǎo)，呈現(xiàn)優(yōu)異的電絕緣性，并配合增強(qiáng)環(huán)氧樹脂作用，可顯著增強(qiáng)絕緣材料熱導(dǎo)率。

17、由于無機(jī)二氧化硅粒子與環(huán)氧樹脂相容性差，極易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。本發(fā)明將正硅酸乙酯分散在環(huán)氧氯丙烷中，在環(huán)氧樹脂的合成過程中原位改性，不僅所生成的二氧化硅粒子與環(huán)氧樹脂相容性極好，有效增強(qiáng)環(huán)氧樹脂韌性，而且可與羧基化多壁碳納米管結(jié)合，使多壁碳納米管在環(huán)氧樹脂中結(jié)合強(qiáng)度極高，進(jìn)一步與增強(qiáng)復(fù)合纖維復(fù)配，既可有效解決無機(jī)粒子在分散時(shí)產(chǎn)生大量縫隙的問題，又使呈中空管體結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管與呈片層結(jié)構(gòu)六方氮化硼復(fù)配，使所得絕緣材料整體熱導(dǎo)率優(yōu)秀，同時(shí)克服了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)無機(jī)填料用量方面的限制，無機(jī)填料添加量大大降低，避免了由于添加量大導(dǎo)致體系粘度大澆注不便的問題。

18、本發(fā)明所得絕緣材料導(dǎo)熱系數(shù)高，傳遞熱量的能力大幅度增強(qiáng)，而且可以極大地改善絕緣性能，同時(shí)絕緣材料的機(jī)械性能優(yōu)秀，沖擊強(qiáng)度高，并且制備方法簡(jiǎn)單，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料，其特征在于，其原料按質(zhì)量份包括：環(huán)氧氯丙烷30-60份，雙酚a40-50份，雙酚a型環(huán)氧樹脂e441-5份，超高分子量聚乙烯10-15份，正硅酸乙酯1-5份，羧基化多壁碳納米管1-5份，六方氮化硼3-5.5份，熱塑性聚碳酸酯5-20份，固化劑1.01-3.1份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料，其特征在于，其導(dǎo)熱率≥1.5w/(m·k)，而體積電阻率≥1×1016ω·cm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料，其特征在于，超高分子量聚乙烯的分子量為150萬(wàn)至270萬(wàn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料，其特征在于，雙酚a型環(huán)氧樹脂e44的環(huán)氧當(dāng)量為225-239g/eq。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料，其特征在于，固化劑為鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐中至少一種。

6.一種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的制備方法，其特征在于，s2中，氫氧化鈉溶液的濃度為1-2mol/l，氫氧化鈉溶液與雙酚a的質(zhì)量比為40-60：40-50。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的制備方法，其特征在于，s1中所用固化劑與s3中所用固化劑的質(zhì)量比為0.01-0.1：1-3。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的制備方法，其特征在于，s1中，超聲頻率為10-20khz，紡絲溫度為170-180℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的制備方法，其特征在于，s3中，固化的具體操作如下：澆模后升溫至90-95℃固化1-2h，接著升溫至150-170℃固化10-20h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及變壓器用絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料及其制備方法。上述高導(dǎo)熱變壓器用絕緣材料的原料按質(zhì)量份包括：環(huán)氧氯丙烷30?60份，雙酚A40?50份，雙酚A型環(huán)氧樹脂E441?5份，超高分子量聚乙烯10?15份，正硅酸乙酯1?5份，羧基化多壁碳納米管1?5份，六方氮化硼3?5.5份，熱塑性聚碳酸酯5?20份，固化劑1.01?3.1份。本發(fā)明所得絕緣材料導(dǎo)熱系數(shù)高，傳遞熱量的能力大幅度增強(qiáng)，而且可以極大地改善絕緣性能，同時(shí)絕緣材料的機(jī)械性能優(yōu)秀，沖擊強(qiáng)度高，并且制備方法簡(jiǎn)單，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：薛承松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津市大港絕緣材料廠
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23