CN103319928B - 高导热性纳米金刚石绝缘漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热性纳米金刚石绝缘漆，它是由绝缘漆65～85份，纳米金刚石10～30份，超分散剂5～10份，钛酸酯偶联剂0.06～0.2份和无水乙醇3.3～10份原料配制而成。按其配比及制备方法制成的纳米金刚石绝缘漆，通过绝缘涂覆或浸渍在高功率密度电气设备内，既绝缘又有很好的导热传热性能，能够用于电路板表面涂覆以增强电路板自身导热散热能力，提高电路工作稳定性；也能够用于高功率密度的电气设备内部浸渍或者涂覆从而顺利将电气设备内部产生的热量导出，达到快速散热或者将热量带出的实用效果，提高电气设备的负载能力。
Description
技术领域：
本发明属于绝缘漆技术领域，是一种高导热性纳米金刚石绝缘漆及其制备方法。
背景技术：
目前电机、变压器线圈缠绕完毕，需要将线圈在绝缘漆浸渍一段时间后，取出晾干或者烘干；其作用将线圈导线与导线及其它物体之间粘结成为一个整体，使绝缘漆填充线圈中的空隙，起到固定线圈绕组和传导线圈发热的作用。作为绝缘漆如果它同时具有绝缘性和高导热性能，就可以有效地降低电机绕组升温，从而减少电机体积并能够增大电机的输出功率，并且可避免由于电机内部温度高导致线圈绝缘强度下降甚至电机烧毁。如何将电机或者变压器线圈内部产生的热量高效导出，成为浸渍用高导热绝缘漆研制及其制备的重要难点。
另外，随着微电子集成技术和高密度组装技术的高速发展，小体积高功率密度电气设备越来越多，这些高功率密度电气设备内部既需要绝缘涂覆或浸渍，又需要快速散热或者将热量带出。而且电子设备的组装密度得到迅速提高，逻辑电路、电子元器件体积成千万倍地缩小，致使电子设备单位体积所产生的热量急剧增加，急剧增加的热量如果不及时散开，将导致电子元器件的温度升高，如果不能及时使热量排出，直接影响到电子元器件的正常工作和使用寿命。
发明内容：
本发明的目的是提供一种不使热量在高功率密度电气设备内形成聚集，而被浸渍或者涂覆的绝缘层顺利传导发散，提高电气设备的带负荷能力，并能保证绝缘强度的高导热性纳米金刚石绝缘漆及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该高导热性纳米金刚石绝缘漆是由下列重量份配比的原料：绝缘漆65～85份，纳米金刚石10～30份，超分散剂5～10份，钛酸酯偶联剂 0.06～0.2份和无水乙醇3.3～10份配制而成。
所述超分散剂采用型号为CH-13E的超分散剂。
所述钛酸酯偶联剂采用型号为XY-21或KH-550或KH-570或KH-581或KH-792的钛酸酯偶联剂。
一种用于制备上述高导热性纳米金刚石绝缘漆的方法，该方法是按以下步骤进行：
步骤1.纳米金刚石的处理：选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰5～10的质量百分比注入浓度为80～90%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温2～3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗3～5次，送入烘干室中加温到150～200℃进行干燥备用；
步骤2.改性纳米金刚石的制备：按所述配比取钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤1处理后的纳米金刚石、一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为1500～2800转/分钟，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发，取出混合好的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为120～150℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石备用；
步骤3.混合：取绝缘漆注入高速分散机中，按所述配比同步流加改性纳米金刚石和超分散剂，高速分散机分散2小时后，再送入超声波分散器或砂磨机分散1小时即可，其中分散温度不高于90℃，制成高导热性纳米金刚石绝缘漆。
按照上述原料及方法制备的高导热性纳米金刚石绝缘漆，通过绝缘涂覆或浸渍在高功率密度电气设备内，既绝缘又有很好的导热传热性能，能够用于电路板表面涂覆以增强电路板自身导热散热能力，提高电路工作稳定性；也能够用于高功率密度的电气设备内部浸渍或者涂覆，从而顺利将电气设备内部产生的热量导出，达到快速散热或者将热量带出的实用效果，提高电气设备的负载能力。试验表明，该绝缘漆能够有效提高其导热性能，普通绝缘漆的导热系数在0.2W/m2·K以下，而添加了纳米金刚石的绝缘漆的导热系数在1.0W/m2·K以上；同时添加了纳米金刚石的绝缘漆击穿强度比普通绝缘漆在常态下提高40%，受潮状态下提高22%；体积电阻率在常态下提高13倍，受潮状态下提高1.6倍。
具体实施方式
本发明的高导热性纳米金刚石绝缘漆，是由绝缘漆65～85份，纳米金刚石10～30份，超分散剂5～10份，钛酸酯偶联剂 0.06～0.2份和无水乙醇3.3～10份配制而成。所述超分散剂可采用型号为CH-13E的超分散剂。所述钛酸酯偶联剂可采用型号为XY-21或KH-550或KH-570或KH-581或KH-792的钛酸酯偶联剂。为了解决纳米金刚石能够均匀稳定的悬浮于浸渍漆中并形成高导热浸渍漆，本发明采用纳米金刚石作填料制作高导热绝缘漆，使其能够稳定均匀分散在绝缘漆中。金刚石是已知材料中导热性能最好的物质并且绝缘，本发明利用纳米金刚石高热传导性能及其又是绝缘体的特殊物理特性，使其能均匀散布并悬浮在绝缘漆中，在用于需要绝缘浸渍或涂覆又能带走电气设备工作时所产生的热量，不使热量在设备内形成聚集，而被浸渍或者涂覆的绝缘漆顺利带出，从而提高电气设备的带负荷能力，并保持绝缘强度不变。下面结合实施例对本发明制备高导热性纳米金刚石绝缘漆的方法做进一步说明。
实施例一
本发明的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其各原料的重量份配比可以是：绝缘漆65份，纳米金刚石10份，超分散剂5份，钛酸酯偶联剂0.06份，无水乙醇3.3份。所述纳米金刚石的粒径≤500nm，以保证其在绝缘漆中的弥散度，并充分利用纳米级材料的特殊性能；所述超分散剂可采用型号为CH-13E的超分散剂；所述钛酸酯偶联剂可采用型号为XY-21的钛酸酯偶联剂。
该高导热性纳米金刚石绝缘漆的制备方法是：首先对纳米金刚石进行酸洗处理，为充分利用纳米级材料的特殊性能，选用粒径≤500nm以细的纳米金刚石，以保证其在绝缘漆中的弥散度，纳米金刚石为混合粒度，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰5～10的质量百分比注入浓度为80～90%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温2～3小时；然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗3～5次后送入烘干室中加温到150～200℃进行干燥备用，以增加表面粗糙度及浸渍漆的浸润性；然后再进行改性纳米金刚石的制备，按所述配比取钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与酸洗处理后的纳米金刚石、一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，1500～2800转/分钟，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合；对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100度，使乙醇充分挥发；取出混合好的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为120～150℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石备用；最后进行纳米金刚石绝缘漆的混合制备：将绝缘漆注入高速分散机中，按所述配比同步流加改性纳米金刚石和超分散剂，高速分散机分散2小时后，再送入超声波分散器或砂磨机分散1小时即可，其中分散温度不高于90℃，制成高导热性纳米金刚石绝缘漆。
实施例二
本发明的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其各原料的重量份配比可以是：绝缘漆70份，纳米金刚石15份，超分散剂6份，钛酸酯偶联剂0.10份，无水乙醇4.6份。所述超分散剂可采用型号为CH-13E的超分散剂。所述钛酸酯偶联剂可采用型号为KH-550的钛酸酯偶联剂。该高导热性纳米金刚石绝缘漆的制备方法与实施例一相同。
实施例三
本发明的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其各原料的重量份配比可以是：绝缘漆75份，纳米金刚石20份，超分散剂7份，钛酸酯偶联剂0.14份，无水乙醇6.7份。所述超分散剂可采用型号为CH-13E的超分散剂。所述钛酸酯偶联剂可采用型号为KH-570的钛酸酯偶联剂。该高导热性纳米金刚石绝缘漆的制备方法与实施例一相同。
实施例四
本发明的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其各原料的重量份配比可以是：绝缘漆80份，纳米金刚石25份，超分散剂9份，钛酸酯偶联剂0.17份，无水乙醇8.3份。所述超分散剂可采用型号为CH-13E的超分散剂。所述钛酸酯偶联剂可采用型号为KH-581的钛酸酯偶联剂。该高导热性纳米金刚石绝缘漆的制备方法与实施例一相同。
实施例五
本发明的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其各原料的重量份配比可以是：绝缘漆85份，纳米金刚石30份，超分散剂10份，钛酸酯偶联剂0.2份，无水乙醇10份。所述超分散剂可采用型号为CH-13E的超分散剂。所述钛酸酯偶联剂可采用型号为KH-792的钛酸酯偶联剂。该高导热性纳米金刚石绝缘漆的制备方法与实施例一相同。
Claims (6)
1.一种高导热性纳米金刚石绝缘漆，其特征在于：该高导热性纳米金刚石绝缘漆是由下列重量份配比的原料：绝缘漆65～85份，纳米金刚石10～30份，超分散剂5～10份，钛酸酯偶联剂 0.06～0.2份和无水乙醇3.3～10份配制而成，其中，所述超分散剂采用型号为CH-13E的超分散剂，所述钛酸酯偶联剂采用型号为XY-21或KH-550或KH-570或KH-581或KH-792的钛酸酯偶联剂；该绝缘漆的制备方法是按以下步骤进行：
步骤1. 纳米金刚石的处理：选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰5～10的质量百分比注入浓度为80～90%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温2～3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗3～5次，送入烘干室中加温到150～200℃进行干燥备用；
步骤2.改性纳米金刚石的制备：按所述配比取钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤1处理后的纳米金刚石、一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为1500～2800转/分钟，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发，取出混合好的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为120～150℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石备用；
步骤3.混合：取绝缘漆注入高速分散机中，按所述配比同步流加改性纳米金刚石和超分散剂，高速分散机分散2小时后，再送入超声波分散器或砂磨机分散1小时即可，其中分散温度不高于90℃，制成高导热性纳米金刚石绝缘漆。
2.根据权利要求1所述的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其特征在于：所述各原料的重量份配比为：绝缘漆65份，纳米金刚石10份，超分散剂5份，钛酸酯偶联剂0.06份，无水乙醇3.3份。
3.根据权利要求1所述的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其特征在于：所述各原料的重量份配比为：绝缘漆70份，纳米金刚石15份，超分散剂6份，钛酸酯偶联剂0.10份，无水乙醇4.6份。
4.根据权利要求1所述的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其特征在于：所述各原料的重量份配比为：绝缘漆75份，纳米金刚石20份，超分散剂7份，钛酸酯偶联剂0.14份，无水乙醇6.7份。
5.根据权利要求1所述的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其特征在于：所述各原料的重量份配比为：绝缘漆80份，纳米金刚石25份，超分散剂9份，钛酸酯偶联剂0.17份，无水乙醇8.3份。
6.根据权利要求1所述的高导热性纳米金刚石绝缘漆，其特征在于：所述各原料的重量份配比为：绝缘漆85份，纳米金刚石30份，超分散剂10份，钛酸酯偶联剂0.2份，无水乙醇10份。
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