CN104119644A - 用于变压器的封装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于变压器的封装材料，其包括氧化石墨烯-二氧化硅改性改性的环氧树脂、交联剂、增韧剂、填料和促进剂。该封装材料性能良好，可以保证封装件的整体性能不下降，延长干式变压器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及干式变压器技术领域，尤其涉及一种用于变压器的封装材料。
背景技术
干式电力变压器包括封装层及线圈，常用的封装层材料为以环氧树脂为主的材料，环氧树脂是一种广泛应用的化工原料，具有难燃，阻燃，和优越的电气性能，比空气和变压器油的绝缘强度还高，浇注成型后的变压器线圈具有机械强度高，优越的防潮、防尘性能，广泛应用于城市电网，尤其是对防火、安全要求高的场所。
传统的环氧树脂存在以下缺陷：气味大，刺激性强，污染环境；合成过程难以控制分子量，致使批次不均，影响批次稳定性；工艺幅度小，应用涂制线材时，炉温/转速影响很大，对应用要求高，难以形成光洁表面；粘结力偏小，使用时不免有缝隙或气泡产生，难以保证绝缘性能，耐热性差，容易受电热老化的影响，封装材料整体性能不断下降，最终影响干式变压器的使用寿命。
干式变压器主要由铁芯、高压线圈、低压线圈、环氧树脂封装件4个部件组成，其中从可靠性的角度看,最弱的部件是环氧树脂封装件，本发明就是提供一种新型的干式变压器用环氧树脂封装材料，采用这种材料制备干式变压器，保证封装件的整体性能不下降，延长干式变压器的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的干式变压器用环氧树脂封装材料，其性能良好，可以保证封装件的整体性能不下降，延长干式变压器的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种环氧树脂封装材料，其包括改性的环氧树脂、交联剂、增韧剂、填料和促进剂。
所述环氧树脂封装材料中各原料的重量分别为改性的环氧树脂90重量份～110重量份、交联剂50重量份～70重量份、增韧剂10重量份～30重量份、填料80重量份～100重量份和促进剂0.1重量份～0.3重量份。
所述改性的环氧树脂具体为采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂。
所述氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂的制备方法具体为：
第一步，氧化石墨烯-二氧化硅的制备；
第二步，环氧树脂的改性。
所述第一步进一步具体为：
a、氧化石墨烯的制备：于冰水混合物中，将10g鳞片石墨加入230ml浓硫酸中，采用电动搅拌器搅拌的同时，缓慢加入30g高锰酸钾，控制反应温度始终小于5℃，并保存96ｈ；将所得墨绿色液体加入460ml的去离子水中；所得溶液在35℃下搅拌反应1.5ｈ，然后升温95℃，反应1h；趁热加入30ml的30％过氧化氢，静置12h，过滤，并用1000ml5％盐酸洗涤，3000ml去离子水洗涤至无硫酸根离子，所得样品70℃烘干，获得氧化石墨烯；
b、硅溶胶的制备，将正硅酸乙酯、无水乙醇和水按照1:10:30的摩尔比加入到锥形瓶中，以0.1mol·L-1盐酸作为催化剂，盐酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.015:1，在室温下，剧烈搅拌1小时，得到透明的溶胶，获得硅溶胶；
c、氧化石墨烯-二氧化硅的制备，在250mL三口烧瓶中加入0.1g氧化石墨烯、20mLDMF，氮气保护下加入6mL甲苯二异氰酸酯 (TDI)，50℃持续反应12h后加入20mL硅溶胶，继续反应12h，过滤、真空干燥，获得产品。
所述第二步具体为：将20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20mlDMF中，超声处理2h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液加入70℃预热2h的20g环氧树脂中，保温并高速搅拌5h，所得混合物在70℃下真空干燥4h，以质量比4:1的比例加入固化剂4,4-二氨基二苯砜，然后注入模具中抽真空脱除气泡，常温固化，获得产品。
所述交联剂具体为松香基环氧交联剂，更进一步具体为马来海松酸酐聚酰胺。
所述环氧树脂可以是任意的环氧树脂，优选为环氧树脂E-51，环氧当量180～190g/mol,中国石化巴陵石化公司提供。
所述马来海松酸酐聚酰胺的制备方法具体为：
第一步，将100g马来海松酸酐以及100g醇浓度为95％的乙醇放入反应容器中，加热至沸腾，直至马来还送酸酐完全溶解于乙醇中，待用；
第二步，将103g二乙烯三胺加入到反应容器中，加热至140℃，将第一步制备的产物逐滴加入到二乙烯三胺中，然后恒温至140℃，回流加热2小时，然后缓慢升高至210℃，继续反应3小时，随后抽真空，得到棕色固体，即为马来海松酸酐聚酰胺。
本发明提供的环氧树脂封装材料采用真空浇注法制备成干式变压器。
本发明还提供了上述干式变压器的制备方法，具体为：
第一步，配料；
第二步，浇注；
第三步，固化和拆模。
所述第一步具体为前面制备的改性环氧树脂放入到配料罐中，搅拌加热到50℃，按照所述比例加入交联剂、增韧剂、填料和促进剂，保持真空度20～30mbar，搅拌均匀，当没有大量泡沫产生且保持温度处于50℃～60℃，获得浇注料。
所述第二步具体为，在浇注前，将绕制好的线圈装入浇注磨具后， 调入浇注罐，随后打开浇注罐，加热到80℃～85℃，持续加热8～10小时，浇注前2小时，打开浇注罐真空泵，至真空度为30～50Pa，随后加入浇注料，控制加料速度为1.5～2kg/min，直至加料完成。
所述第三步具体为将浇注好的模具在固化炉内加热固化，固化温度保持在90℃～110℃，持续15分钟～25分钟，固化完成后，将线圈出炉，以最快的速度拆除模具，将线圈吊入固化炉内，缓慢降温度至室温。
本发明的有益效果:
本发明提供的新型的干式变压器用环氧树脂封装材料，其性能良好，可以保证封装件的整体性能不下降，延长干式变压器的使用寿命。
附图说明
图1为改性环氧树脂WAXD表征；
图2为马来海松酸酐聚酰胺红外图谱表征，其中，a-二乙烯三胺；b-马来海松酸酐；c-马来海松酸酐聚酰胺。
具体实施方式
本发明提供了一种环氧树脂封装材料，其包括改性的环氧树脂、交联剂、增韧剂、填料和促进剂。
进一步优选，所述环氧树脂封装材料仅由上述原料构成。
所述环氧树脂封装材料中各原料的重量分别为改性的环氧树脂90重量份～110重量份、交联剂50重量份～70重量份、增韧剂10重量份～30重量份、填料80重量份～100重量份和促进剂0.1重量份～0.3重量份。
进一步，所述环氧树脂封装材料中各原料的重量分别为改性的环氧树脂100重量份、交联剂60重量份、增韧剂20重量份、填料90重量份和促进剂0.2重量份。
所述改性的环氧树脂具体为采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂，该改性环氧树脂是干式变压器的理想的封装材料。
所述改性的环氧树脂具体为采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂。
所述氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂的制备方法具体为：
第一步，氧化石墨烯-二氧化硅的制备；
第二步，环氧树脂的改性。
所述第一步进一步具体为：
a、氧化石墨烯的制备：于冰水混合物中，将10g鳞片石墨加入230ml浓硫酸中，采用电动搅拌器搅拌的同时，缓慢加入30g高锰酸钾，控制反应温度始终小于5℃，并保存96ｈ；将所得墨绿色液体加入460ml的去离子水中；所得溶液在35℃下搅拌反应1.5ｈ，然后升温95℃，反应1h；趁热加入30ml的30％过氧化氢，静置12h，过滤，并用1000ml5％盐酸洗涤，3000ml去离子水洗涤至无硫酸根离子，所得样品70℃烘干，获得氧化石墨烯；
b、硅溶胶的制备，将正硅酸乙酯、无水乙醇和水按照1:10:30的摩尔比加入到锥形瓶中，以0.1mol·L-1盐酸作为催化剂，盐酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.015:1，在室温下，剧烈搅拌1小时，得到透明的溶胶，获得硅溶胶；
c、氧化石墨烯-二氧化硅的制备，在250mL三口烧瓶中加入0.1g氧化石墨烯、20mLDMF，氮气保护下加入6mL甲苯二异氰酸酯(TDI)，50℃持续反应12h后加入20mL硅溶胶，继续反应12h，过滤、真空干燥，获得产品。
所述第二步具体为：将20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20ml DMF中，超声处理2h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液加入70℃预热2h的20g环氧树脂中，保温并高速搅拌5h，所得混合物在70℃下真空干燥4h，以质量比4:1的比例加入固化剂4,4-二氨基二苯砜，然后注入模具中抽真空脱除气泡，常温固化，获得产品。
所述交联剂具体为松香基环氧交联剂，更进一步具体为马来海松酸酐聚酰胺。
所述环氧树脂可以是任意的环氧树脂，优选为环氧树脂E-51，环氧当量180～190g/mol,中国石化巴陵石化公司提供。
所述马来海松酸酐聚酰胺的制备方法具体为：
第一步，将100g马来海松酸酐以及100g醇浓度为95％的乙醇放入反应容器中，加热至沸腾，直至马来还送酸酐完全溶解于乙醇中，待用；
第二步，将103g二乙烯三胺加入到反应容器中，加热至140℃，将第一步制备的产物逐滴加入到二乙烯三胺中，然后恒温至140℃，回流加热2小时，然后缓慢升高至210℃，继续反应3小时，随后抽真空，得到棕色固体，即为马来海松酸酐聚酰胺。
所述增韧剂可以采用常用的各种增韧剂，进一步优选聚丙醇。
所述促进剂为咪唑类促进剂，进一步选自2-甲基咪唑、2，4-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑的一种。
所述填料可以为二氧化硅，其粒径小于100目，其能降低固化时的收缩率和热膨胀系数，增加导热系数，提高耐热性。
本发明提供的环氧树脂封装材料采用真空浇注法制备成干式变压器。
本发明还提供了上述干式变压器的制备方法，具体为：
第一步，配料；
第二步，浇注；
第三步，固化和拆模。
所述第一步具体为前面制备的改性环氧树脂放入到配料罐中，搅拌加热到50℃，按照所述比例加入交联剂、增韧剂、填料和促进剂，保持真空度20～30mbar，搅拌均匀，当没有大量泡沫产生且保持温度处于50℃～60℃，获得浇注料。
所述第二步具体为，在浇注前，将绕制好的线圈装入浇注磨具后，调入浇注罐，随后打开浇注罐，加热到80℃～85℃，持续加热8～10小时，浇注前2小时，打开浇注罐真空泵，至真空度为30～50Pa，随后加入浇注料，控制加料速度为1.5～2kg/min，直至加料完成。
所述第三步具体为将浇注好的模具在固化炉内加热固化，固化温度保持在90℃～110℃，持续15分钟～25分钟，固化完成后，将线圈出炉，以最快的速度拆除模具，将线圈吊入固化炉内，缓慢降温度 至室温。
以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂的制备
于冰水混合物中，将10g鳞片石墨加入230ml浓硫酸中，采用电动搅拌器搅拌的同时，缓慢加入30g高锰酸钾，控制反应温度始终小于5℃，并保存96ｈ；将所得墨绿色液体加入460ml的去离子水中；所得溶液在35℃下搅拌反应1.5ｈ，然后升温95℃，反应1h；趁热加入30ml的30％过氧化氢，静置12h，过滤，并用1000ml5％盐酸洗涤，3000ml去离子水洗涤至无硫酸根离子，所得样品70℃烘干，获得氧化石墨烯，将正硅酸乙酯、无水乙醇和水按照1:10:30的摩尔比加入到锥形瓶中，以0.1mol·L-1盐酸作为催化剂，盐酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.015:1，在室温下，剧烈搅拌1小时，得到透明的溶胶，获得硅溶胶，在250mL三口烧瓶中加入0.1g氧化石墨烯、20mLDMF，氮气保护下加入6mL甲苯二异氰酸酯(TDI)，50℃持续反应12h后加入20mL硅溶胶，继续反应12h，过滤、真空干燥，获得氧化石墨烯-二氧化硅，将20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20mlDMF中，超声处理2h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液加入70℃预热2h的20g环氧树脂E-51中，保温并高速搅拌5h，所得混合物在70℃下真空干燥4h，以质量比4:1的比例加入固化剂4,4-二氨基二苯砜，然后注入模具中抽真空脱除气泡，常温固化，获得产品。
环氧树脂性能测试
仪器设备
Pyris1DSC,美国PerkinElmer公司；NDJ-8型数显式粘度计,上海精密科学仪器有限公司；CHARPYXCJ-40型冲击试验机,承德实验仪器厂；RGT-30型微机控制电子万能材料试验机，深圳瑞格尔有限公司；2801西林电桥:瑞士TETTESAGINSTRUM ENTS；ZC36高阻计:上海精密仪器仪表有限公司。
测试指标
树脂粘接性能、浇铸体及复合材料试样的主要力学性能
按相关的国家标准,测试树脂的钢/钢粘接强度，浇铸体及复合材料的拉伸性能、弯曲性能与压缩强度。
电性能
参照国家标准,测试树脂浇铸体试样的体积电阻率、介电常数及介质损耗因数。
结果见表1。
表1环氧树脂粘接性能、力学与电学性能
| 测试项目 | 测试结果 |
| 钢/钢粘接拉伸剪切强度，MPa | 24.3 |
| 拉伸强度，MPa | 73.9 |
| 拉伸弹性模量，GPa | 3.2 |
| 断裂伸长率，％ | 4.6 |
| 弯曲强度，MPa | 91.2 |
| 弯曲弹性模量，MPa | 3.2 |
| 压缩强度，MPa | 105.7 |
| 冲击强度，kJ/m2 | 25.3 |
| 体积电阻率，Ω·m | 2.0×1014 |
| 相对介电常数 | 2.81 |
| 介质损耗因数 | 3.93×10-3 |
从表1可知，改性环氧树脂的粘接强度已远远超过A级胶的标准,浇铸体的强度、模量、断裂伸长率和冲击韧性都较高,其综合力学性能十分优异。
表1数据显示绝缘电阻高,介质损耗因数小,表明树脂浇铸体的电性能很好。
由此可见，采用本发明制备的环氧树脂体系粘度低、韧性高，放热量小、绝缘性能与介电性能优异，是干式变压器理想的封装材料。
实施例2马来海松酸酐聚酰胺交联剂的制备
将100g马来海松酸酐以及100g醇浓度为95％的乙醇放入反应容器中，加热至沸腾，直至马来还送酸酐完全溶解于乙醇中，待用，将 103g二乙烯三胺加入到反应容器中，加热至140℃，将第一步制备的产物逐滴加入到二乙烯三胺中，然后恒温至140℃，回流加热2小时，然后缓慢升高至210℃，继续反应3小时，随后抽真空，得到棕色固体，即为马来海松酸酐聚酰胺。
实施例3变压器的制备
将1kg实施例1制备的改性环氧树脂放入到配料罐中，搅拌加热到50℃，加入实施例2制备的交联剂0.6kg、增韧剂0.2kg、填料二氧化硅0.9kg和促进剂0.002kg，保持真空度30mbar，搅拌均匀，当没有大量泡沫产生且保持温度处于60℃，获得浇注料，在浇注前，将绕制好的线圈装入浇注磨具后，调入浇注罐，随后打开浇注罐，加热到85℃，持续加10小时，浇注前2小时，打开浇注罐真空泵，至真空度为50Pa，随后加入浇注料，控制加料速度为1.5kg/min，直至加料完成，将浇注好的模具在固化炉内加热固化，固化温度保持在100℃，持续25分钟，固化完成后，将线圈出炉，以最快的速度拆除模具，将线圈吊入固化炉内，缓慢降温度至室温，获得产品。
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于干式变压器的封装材料，其特征在于：包括改性的环氧树脂、交联剂、增韧剂、填料和促进剂。
2.如权利要求1所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述环氧树脂封装材料中各原料的重量分别为改性的环氧树脂90重量份～110重量份、交联剂50重量份～70重量份、增韧剂10重量份～30重量份、填料80重量份～100重量份和促进剂0.1重量份～0.3重量份。
3.如权利要求1或2所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述改性的环氧树脂具体为采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂。
4.如权利要求1至3所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述氧化石墨烯-二氧化硅改性的环氧树脂的制备方法具体为，
第一步，氧化石墨烯-二氧化硅的制备；
第二步，环氧树脂的改性。
5.如权利要求4所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述第一步进一步具体为，
a、氧化石墨烯的制备：于冰水混合物中，将10g鳞片石墨加入230ml浓硫酸中，采用电动搅拌器搅拌的同时，缓慢加入30g高锰酸钾，控制反应温度始终小于5℃，并保存96ｈ；将所得墨绿色液体加入460ml的去离子水中；所得溶液在35℃下搅拌反应1.5ｈ，然后升温95℃，反应1h；趁热加入30ml的30％过氧化氢，静置12h，过滤，并用1000ml5％盐酸洗涤，3000ml去离子水洗涤至无硫酸根离子，所得样品70℃烘干，获得氧化石墨烯；
b、硅溶胶的制备，将正硅酸乙酯、无水乙醇和水按照1:10:30的摩尔比加入到锥形瓶中，以0.1mol·L-1盐酸作为催化剂，盐酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.015:1，在室温下，剧烈搅拌1小时，得到透明的溶胶，获得硅溶胶；
c、氧化石墨烯-二氧化硅的制备，在250mL三口烧瓶中加入0.1g氧化石墨烯、20mLDMF，氮气保护下加入6mL甲苯二异氰酸酯(TDI)，50℃持续反应12h后加入20mL硅溶胶，继续反应12h，过滤、真空干燥，获得产品。
6.如权利要求4所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述第二步具体为将20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20mlDMF中，超声处理2h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液加入70℃预热2h的20g环氧树脂中，保温并高速搅拌5h，所得混合物在70℃下真空干燥4h，以质量比4:1的比例加入固化剂4,4-二氨基二苯砜，然后注入模具中抽真空脱除气泡，常温固化，获得产品。
7.如权利要求1至6所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述交联剂具体为松香基环氧交联剂，更进一步具体为马来海松酸酐聚酰胺。
8.如权利要求1-7所述的环氧树脂封装材料，其特征在于：所述马来海松酸酐聚酰胺的制备方法具体为，
第一步，将100g马来海松酸酐以及100g醇浓度为95％的乙醇放入反应容器中，加热至沸腾，直至马来还送酸酐完全溶解于乙醇中，待用；
第二步，将103g二乙烯三胺加入到反应容器中，加热至140℃，将第一步制备的产物逐滴加入到二乙烯三胺中，然后恒温至140℃，回流加热2小时，然后缓慢升高至210℃，继续反应3小时，随后抽真空，得到棕色固体，即为马来海松酸酐聚酰胺。
9.一种干式变压器的制备方法，其特征在于：
第一步，配料，将所述改性环氧树脂放入到配料罐中，搅拌加热到50℃，按照所述比例加入交联剂、增韧剂、填料和促进剂，保持真空度20～30mbar，搅拌均匀，当没有大量泡沫产生且保持温度处于50℃～60℃，获得浇注料。；
第二步，将绕制好的线圈装入浇注磨具后，调入浇注罐，随后打开浇注罐，加热到80℃～85℃，持续加热8～10小时，浇注前2小时，打开浇注罐真空泵，至真空度为30～50Pa，随后加入浇注料，控制加料速度为1.5～2kg/min，直至加料完成；
第三步，将浇注好的模具在固化炉内加热固化，固化温度保持在90℃～110℃，持续15分钟～25分钟，固化完成后，将线圈出炉，以最快的速度拆除模具，将线圈吊入固化炉内，缓慢降温度至室温。
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2014
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