CN102558493B - 光电互感器用绝缘封装材料 - Google Patents

Abstract

光电互感器用绝缘封装材料，由A、B两种组分混合组成，制备方法如下：（1）制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂加入反应釜，通氮气，升温回流，至无回流后降温出料；（2）制备A组分：将自制多元醇、促进剂、消泡剂、抗氧剂加入混合釜，升温搅拌，抽真空脱水，冷却至常温，过滤；（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充氮气，升温搅拌，缓慢加入促进剂和自制多元醇，保温后出料；（4）将A与B组份混合搅拌均匀，真空脱泡后室温固化即可。本发明在封装过程中对湿气不敏感，固化收缩应力小，固化后电气绝缘性能优秀，耐冷热冲击。

Description

光电互感器用绝缘封装材料

技术领域

本发明涉及封装材料技术领域，尤其是涉及一种光电互感器的封装材料。

背景技术

目前随电力系统的升级换代，以数字式光电电流电压互感器为核心的数字化变电站系统已被电力系统普遍认同，应用于光电电流电压互感器的绝缘封装材料对其稳定性、精确性、可靠性起着至关重要的作用。尤其是互感器工作在户外高湿环境下，起绝缘、防湿、抗震作用的封装材料一旦发生开裂，潮气的进入将会造成互感器爆炸，引起不可估量的损失。光电互感器用封装材料的研制成功，保证了光电电流电压互感器的精准性、可靠性。

原有的空气绝缘、油脂绝缘、气体绝缘等已不能满足超高压设备的绝缘要求，对于新一代的光电电流电压互感器采用特种固态绝缘树脂，而通常使用的有机硅树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂，在封装光电互感器时均不理想，分别会造成粘结不良、不耐高压、固化收缩产生大应力、损坏器件、不耐冷热冲击（-55℃~150℃）、易开裂、封装时与环境湿气产生气泡造成局放等现象。

聚氨酯双组份封装材料具有良好的绝缘性能、耐冷热冲击、与金属和塑料都有良好的粘结力等特性，是绝缘封装材料之一。然而由于其异氰酸酯组分易与水气发生反应，需要严格的控制温度湿度，使其在工业使用上受到一定的限制，特备是对于大型的封装器件如互感器的封装在封装过程中极易产生气泡造成局放，无法通过高压要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种光电互感器用绝缘封装材料。本发明在封装过程中对湿气不敏感，固化收缩应力小，固化后电气绝缘性能优秀，耐冷热冲击，适用于光电互感器这种大型器件的封装要求，可以解决光电互感器耐高压绝缘问题。

本发明的技术方案如下：

光电互感器用绝缘封装材料，由A、B两种组分混合组成，具体制备方法如下：

（1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持180~240℃的温度回流，至无回流后，降温至40~50℃，出料，得到自制多元醇；

（2）制备A组分：将下述各组分按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至100~110℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水15~30min，再冷却至常温，过滤放料得A组分，各组分及质量百分数为：自制多元醇96.5~98.5%、促进剂0.5~1.5%、消泡剂0.5~1.5%、抗氧剂0.2~1%；

（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至50~65℃，搅拌，于2~3小时内滴加好促进剂和自制多元醇，保温4~5h，出料制得B组分，其中异佛尔酮二异氰酸酯与自制多元醇的质量百分数为：自制多元醇35~50%、异佛尔酮二异氰酸酯50~65%；促进剂的用量为上述两种组分总质量的0.05~0.1%；

（4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份按照重量比100:40~100混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可。

步骤（1）中所述蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3-C6二元醇的重量比为100:10:50~80:2~5，所述催化剂用量为上述四种组分总质量的0.15~0.9%。步骤（3）中所制备的组分B中异氰酸酯官能团，即NCO官能团的含量为13~22%。所述植物油为亚麻油或/和大豆油，所述C3~C6二元醇为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、1,6-己二醇的至少一种，所述催化剂为CaO或Li(OH)，所述促进剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡，所述消泡剂为高分子聚硅氧烷类或丙烯酸酯类聚合物，所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯或吩噻嗪。

步骤（1）的最佳反应时间为6~8个小时，产物为均一稳定的透明浅黄色液体。通过耐压、硬度、吸水率的测试，确定了A组分中羟基与B组分异氰酸基团的摩尔比为1:1.05~1.10为宜，以此摩尔比确定A/B组分重量比为100:40~100。所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT），四（4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸）季戊四醇酯（1010），吩噻嗪。异佛尔酮二异氰酸酯的简称为IPDI。

本发明有益的技术效果在于：

本封装材料在配方中使用自制多元醇而不是一般PU封装材料所使用的聚醚多元醇。自制多元醇较聚醚多元醇有好的疏水性，体系中加入的氢化双酚A有好的耐水性、热稳定性，经醇解反应链接到了多元醇体系中，保证了贮存中封装材料不吸附水气。体系中其他材料的配合也可使A/B组分反应过程中放热温度低、固化收缩应力小，且吸水率低，电性能佳，硬度适合。

本封装材料B组分中使用异佛尔酮二异氰酸酯制多异氰酸酯预聚体，而不是通常所使用的甲苯二异氰酸酯、MDI等。异佛尔酮二异氰酸酯在常温下较难与水发生反应，而甲苯二异氰酸酯、MDI等都是极易与空气中水气发生反应的，有效的保证了本发明的绝缘封装材料甚至在25℃，RH90%的高湿环境也能制得无气泡的封装材料，适用于户外工作。

本发明方法制备的聚氨酯封装材料克服了普通聚氨酯材料对湿气的敏感性，在高湿环境下封装过程中不易产生气泡，不会造成互感器封装后产生局放现象，具有优异的绝缘性能，耐冷热冲击性（-55℃~150℃），耐光热老化性，保证了互感器的可靠性。本发明产品经南京新宁光电、国电南自、南瑞继保等使用，各项性能指标和产品质量稳定性均满足了光电互感器的技术要求。目前本发明产品已在光电互感器行业中得到了广泛的应用，取得了不菲的经济效益。

具体实施方式

实施例1

（1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂固态CaO加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持200℃的温度回流，至无回流后，降温至40℃，出料，得到自制多元醇；

（2）制备A组分：将自制多元醇、促进剂二月桂酸二丁基锡、消泡剂BYK070、抗氧剂四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯（1010）按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至110℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水15min，再冷却至常温，过滤放料得A组分；

（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至60℃，搅拌，于2小时内滴加好促进剂二月桂酸二丁基锡和自制多元醇，保温4h，出料包装制得B组分；

（4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可。

实施例2

（1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂固态CaO加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持180℃的温度回流，至无回流后，降温至40℃，出料，得到自制多元醇；

（2）制备A组分：将自制多元醇、促进剂二月桂酸二丁基锡、消泡剂BYK070、抗氧剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至110℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水20min，再冷却至常温，过滤放料得A组分；

（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至65℃，搅拌，于2小时内滴加好促进剂二月桂酸二丁基锡和自制多元醇，保温4h，出料包装制得B组分；

（4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可。

实施例3

（1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂固态Li(OH)加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持240℃的温度回流，至无回流后，降温至50℃，出料，得到自制多元醇；

（2）制备A组分：将自制多元醇、促进剂辛酸亚锡、消泡剂BYK070、抗氧剂四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯（1010）按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至100℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水30min，再冷却至常温，过滤放料得A组分；

（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至50℃，搅拌，于3小时内滴加好促进剂辛酸亚锡和自制多元醇，保温5h，出料包装制得B组分；

（4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可。

实施例4

（1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂固态Li(OH)加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持220℃的温度回流，至无回流后，降温至50℃，出料，得到自制多元醇；

（2）制备A组分：将自制多元醇、促进剂辛酸亚锡、消泡剂BYK055、抗氧剂吩噻嗪按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至100℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水30min，再冷却至常温，过滤放料得A组分；

（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至55℃，搅拌，于3小时内滴加好促进剂辛酸亚锡和自制多元醇，保温5h，出料包装制得B组分；

（4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可。

实施例5

（1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂固态CaO加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持220℃的温度回流，至无回流后，降温至40℃，出料，得到自制多元醇；

（2）制备A组分：将自制多元醇、促进剂二月桂酸二丁基锡、消泡剂BYK065、抗氧剂四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯（1010）按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至110℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水20min，再冷却至常温，过滤放料得A组分；

（3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至60℃，搅拌，于2小时内滴加好促进剂二月桂酸二丁基锡和自制多元醇，保温4h，出料包装制得B组分；

（4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可。

实施例1~5的各组分质量见表1、表2所示，表1和表2中数据的单位均为kg。组分B的NCO的含量按照GB-T 12009.4-1989（多亚甲基多苯基异氰酸酯中异氰酸根含量测定方法）来检测。

表1

 

表2

实施例1所得绝缘封装材料与一般PU封装材料WEVO-PU323（无锡威孚高科技集团股份有限公司）、封装材料Nagase chemtex730-9051R1/P983（上海长濑贸易有限公司）的性能对比见表3。

表3

①在25℃，相对湿度60%±5的环境下，将A、B组分充分混合后，立即取100g置于一次性塑料杯中，测定其触固化时间。

②将A、B组分混合料灌注于8×8×3cm的铝外壳器件中，于150℃烘箱中放置2h后立即放入-55℃的冰箱中2h，为一个循环周期。

从上表可以看出，本发明所制备的绝缘封装材料在拉伸强度、介电强度、体积电阻率、固化情况、耐冷热冲击性等各方面的性能都优于其他两种材料。

Claims (2)

1.光电互感器用绝缘封装材料，由A、B两种组分混合组成，其特征在于，具体制备方法如下：

    （1）首先制备自制多元醇：将蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3~C6二元醇、催化剂加入反应釜中，通氮气保护，经升温在反应釜中保持180~240℃的温度回流，至无回流后，降温至40~50℃，出料，得到自制多元醇；

    （2）制备A组分：将下述各组分按照质量百分比混合，加入混合釜中，升温搅拌至100~110℃，抽真空至-0.1Mpa以下，脱水15~30min，再冷却至常温，过滤放料得A组分，各组分及质量百分数为：自制多元醇96.5~98.5%、促进剂0.5~1.5%、消泡剂0.5~1.5%、抗氧剂0.2~1%；

    （3）制备B组分：将异佛尔酮二异氰酸酯吸入反应釜中，充干燥氮气，升温至50~65℃，搅拌，于2~3小时内滴加好促进剂和自制多元醇，保温4~5h，出料制得B组分，其中异佛尔酮二异氰酸酯与自制多元醇的质量百分数为：自制多元醇35~50%、异佛尔酮二异氰酸酯50~65%；促进剂的用量为上述两种组分总质量的0.05~0.1%；

    （4）制备本绝缘封装材料：将A组份与B组份按照重量比100:40~100混合，搅拌均匀，真空脱泡后，室温固化即可；

步骤（1）中所述蓖麻油、氢化双酚A、植物油、C3-C6二元醇的重量比为100:10:50~80:2~5，所述催化剂用量为上述四种组分总质量的0.15~0.9%；

步骤（3）中所制备的组分B中异氰酸酯官能团，即NCO官能团的含量为13~22%；

所述植物油为亚麻油或/和大豆油。

2.根据权利要求1所述的光电互感器用绝缘封装材料，其特征在于，所述C3~C6二元醇为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、1,6-己二醇的至少一种，所述催化剂为CaO或Li(OH)，所述促进剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡，所述消泡剂为高分子聚硅氧烷类或丙烯酸酯类聚合物，所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯或吩噻嗪。