CN104530643A - 用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘材料，尤其涉及用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物及其制备和使用方法。本发明公开了用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物，由环氧树脂、固化剂和石英砂组成，所述环氧树脂重量百分比为40％～45％；固化剂重量百分比为12％～16％；所述石英砂粒度为2～150目，其中≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为10％～15％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为12％～18％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％～10％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5％～8％。上述组合物可浇注于铜导体外，作为绝缘层，使得用该组合物生产的母线的耐受电压从27.5kV上升至42kV,使用寿命也从220000小时上升至438000小时，并具有抗震作用。

Description

用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘材料，尤其涉及用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物及其制备和使用方法。

背景技术

随着人类对能源需求的加大，核电已成为一种常规能源，但核电设备在制造和运行时，对安全和可靠性的要求却越来越高，在核电站发电机组输配电中，为了保证输配电的安全可靠性，需要一套运行安全稳定，60年免维护的母线输配电系统。在核电现有电力传输技术中，要求中压母线在保证安全稳定传输电力的同时，具有结构紧凑的特点，需在其表面设置绝缘层，环氧树脂是目前公认的一种良好的绝缘材料，其分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为特征，其和相应的固化剂混合后，可以浇注在母线表面，环氧基团和固化剂发生交联反应而形成具有二向网状结构的高聚物，待其固化后，可以和母线形成良好的结合，能起到良好的绝缘作用。其存在以下不足，其一，由于环氧树脂本身的膨胀系数和作为母线的铜导体的膨胀系数是有差异的，在温度上升时，两者之间会产生较大的内应力，容易导致环氧树脂开裂、变形、影响电气设备的使用可靠性。其二，环氧树脂的脆性大，耐冲击损伤能力差，耐热性能相对较差，一般小于170℃。

公布号为CN101698740B的发明专利公布了一种“用于浇铸中压母线的合成树脂组合物”，由环氧树脂、固化剂和石英砂组成，其中，环氧树脂重量百分比为45％～50％；固化剂重量百分比为12％～20％；所述石英砂粒度为2～150目，其中≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％～11％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为10％～15％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％～11％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％～10％。该组合物在现场进行浇铸，固化后环氧树脂组合物只能用于3-17.5KV的中压配电系统中，不能用于更高的中压配电系统中，从而不能满足实际生产的很多需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物，使浇注后的中压母线的绝缘层不易开裂、耐冲击、具有抗老化和阻燃性，且抗震性能优越。

为解决上述技术问题，本发明采用自主研发的用于浇注核电用中压树脂母线的合成树脂组合物，其由环氧树脂、固化剂和石英砂组成，其中，环氧树脂重量百分比为40％～45％；固化剂重量百分比为12％～16％；所述石英砂粒度为2～150目，其中≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为10％～15％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为12％～18％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％～10％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5％～8％。

本发明的配方形成的组合物可现场调配后浇注在铜导体外，形成绝缘层，固化后的绝缘层为三向网状结构的高聚物，石英砂均匀分散于环氧树脂中，大径颗粒和小径颗粒之间经由环氧树脂填充，环氧树脂和石英砂颗粒之间粘合良好；石英砂的比例关系使得大多数石英砂颗粒能够相互接近，与单纯的环氧树脂相比，可更好地传递热能，以便在工作中帮助母线散热，同时使绝缘层的各部分的温度尽快达到一致，绝缘层自身内层和外层的温差小，内应力小，可保证绝缘层不会开裂；由于有多种不同规格的石英砂的掺入，使其膨胀系数受到影响，为0.0000176(1/K)，和铜导体的膨胀系数相等，可以经受剧烈的温差骤变，因此，其在受热时，可与铜导体同步热胀冷缩，两者之间也不会产生内应力，可保证绝缘层不会与铜导体剥离。同时，由于有石英砂的加入，提高了绝缘层的韧性，使其具有良好的耐冲击性能；浇注成型的绝缘层的介电强度达到30.5kV/mm，具有良好的绝缘性能；所浇注的母线可用于3.6kV～40.5kV的中压输变电系统中，其耐温性能好，可长时间耐受170-180℃的高温。

为加速固化，所述固化剂由聚酰胺固化剂和改性胺固化剂混合而成。其中，改性胺固化剂可用作其他胺固化剂的加速剂，起催化作用，可加速环氧树脂的固化。两者的含量可以如下：聚酰胺固化剂在组合物中的重量百分比为7％-10％，改性胺固化剂在组合物中的重量百分比为5％-6％。聚酰胺固化剂产品型号可为Aradur250；改性胺固化剂产品型号为Aradur2292。上述固化剂均可从公开销售渠道获得。

本发明的组合物中，环氧树脂型号可为GY285，通过市售可得，环氧树脂GY285为双酚A型环氧树脂，为缩水甘油醚类环氧树脂的一种，其环氧值为5.10-5.40Eq/kg，环氧当量为185-196g/Eq，粘度25℃(mPa s)：800-1100。

作为本发明的优选方案，所述环氧树脂在组合物中的重量比为44.5％；聚酰胺固化剂在组合物中的重量百分比为8.55％；改性胺固化剂在组合物中的重量百分比为5.45％；≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为14.25％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为15.25％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6.5％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5.5％。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

采用本发明的组合物浇注在母线表面，环氧基团和固化剂发生交联反应而形成具有二向网状结构的高聚物，待其固化后，可以和母线形成良好的结合，从而起到良好的绝缘作用，除此以外，本发明的组合物生产的母线的绝缘材料具有以下优点：

(1)固化剂中的环氧基(或其他反应基)和有机基与环氧树脂组分中的有机成分之间的分子间作用力和化学键、半化学键(氢键)作用力，有效地阻碍填料粒子的沉降运动，固化物与填料之间除了分子间作用力以外，还有比较强烈的氢键结合力，有效地防止异种材料之间的龟裂、剥离等，使得组合物具有好的机械性能：其绝缘层韧性好，耐冲击。

(2)由于树脂材料本身无毒，化学性能稳定，填料和固化剂反应后不产生有毒气体，不含卤化物，亦不会对环境和人体造成危害。由于稳定的化学性质，使得固化后的组合物具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶性：通过在PH＝11的溶液中浸泡24小时不发生物理化学机理的变化，从而有效抵抗各种化学品的侵蚀，可在盐雾区、酸雨区和化工厂内使用。

(3)其树脂分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为特征，其和相应的固化剂混合后，可以浇注在母线表面，环氧基团和固化剂发生交联反应而形成具有二向网状结构的高聚物，待其固化后，可以和母线形成良好的结合，化学性质稳定，并能起到良好的绝缘作用，具有较好的抗老化性，以及高介电性能，耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘特性。

(4)与现有技术相比，本发明组合物生产的母线的绝缘材料各种物理性能都得到了一定的提高，使得用该组合物生产的母线的耐受电压从27.5kV上升至高达42kV,使用寿命也从220000小时上升至438000小时，更为有利的是，本发明的优选实施例(实施例1)还具有抗震的作用，其抗震等级为八级设防，取得了意料不到的技术效果。

具体实施方式

实施例1

为本发明优选的一组配方：环氧树脂GY285在组合物中的重量百分比为44.5％；聚酰胺固化剂Aradur250在组合物中的重量百分比为8.55％；改性胺固化剂Aradur2292在组合物中的重量百分比为5.45％；≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为14.25％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为15.25％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6.5％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5.5％。

在进行中压母线浇注时，需先进行料液的配置，在真空环境下将各组分混合，混合后在模具中将其浇注在铜导体外周，该铜导体为无氧铜，待固化成型后从模具中取出；上述配置料液过程也可以在空气条件下进行，需常温搅拌10分钟左右；固化时间为7-8小时。

实施例2

又一种用于浇注中压母线的合成树脂组合物，由环氧树脂、聚酰胺固化剂、石英砂和改性胺固化剂组成，所述环氧树脂GY285在组合物中的重量百分比为40％；聚酰胺固化剂Aradur250在组合物中的重量百分比为10％；改性胺固化剂Aradur2292在组合物中的重量百分比为5％；≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为15％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为12％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为10％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为8％。

其使用方法与实施例1相同。

实施例3

第三种用于浇注中压母线的合成树脂组合物，由环氧树脂、聚酰胺固化剂、石英砂和改性胺固化剂组成，所述环氧树脂GY285在组合物中的重量百分比为41％；聚酰胺固化剂Aradur250在组合物中的重量百分比为7％；改性胺固化剂Aradur2292在组合物中的重量百分比为6％；≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为14％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为17％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为9％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％。

其使用方法与实施例1相同。

实施例4

第四种用于浇注中压母线的合成树脂组合物，由环氧树脂、聚酰胺固化剂、石英砂和改性胺固化剂组成，所述环氧树脂GY285在组合物中的重量百分比为45％；聚酰胺固化剂Aradur250在组合物中的重量百分比为10％；改性胺固化剂Aradur2292在组合物中的重量百分比为6％；≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为10％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为18％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5％。

其使用方法与实施例1相同。

表一(物理性能)

表二(母线性能)

从上表中可以看出，本发明的实施例1的组合物具有更为突出的电气和物理性能，其余配比关系的组合物尽管比实施例1中的组合物略差，但明显好于现有技术中常规的环氧树脂组合物。

本发明并不局限于上述实施例，上述实施例中的环氧树脂、固化剂可由现有技术中常用的其他环氧树脂和固化剂替代，例如环氧树脂可采用缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂中的其他型号所代替；固化剂可采用改性脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂和有机酸酐类固化剂。

Claims (10)

1.用于核电浇注用中压树脂母线的合成树脂组合物，其特征在于由环氧树脂、固化剂和石英砂组成，所述环氧树脂重量百分比为40％～45％；固化剂重量百分比为12％～16％；所述石英砂粒度为2～150目，其中≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为10％～15％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的为12％～18％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6％～10％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5％～8％。

2.根据权利要求1所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物，其特征在于所述固化剂由聚酰胺固化剂和改性胺固化剂混合而成。

3.根据权利要求2所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物，其特征在于所述聚酰胺固化剂在组合物中的重量百分比为7％～10％，改性胺固化剂在组合物中的重量百分比为5％～6％。

4.根据权利要求3所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物，其特征在于所述聚酰胺固化剂产品型号为Aradur250；改性胺固化剂产品型号为Aradur2292。

5.根据权利要求1或4所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物，其特征在于所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂或者缩水甘油酯类环氧树脂。

6.根据权利要求5所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物，其特征在于所述缩水甘油醚类环氧树脂为双酚A型环氧树脂，型号为GY285。

7.根据权利要求6所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物，其特征在于环氧树脂在组合物中的重量比为44.5％；聚酰胺固化剂在组合物中的重量百分比为8.55％；改性胺固化剂在组合物中的重量百分比为5.45％；≥2目且≤10目的石英砂在组合物中的重量百分比为14.25％、＞10目且≤50目的石英砂在组合物中的重量百分比为15.25％，＞50目且≤80目的石英砂在组合物中的重量百分比为6.5％、＞80目且≤150目的石英砂在组合物中的重量百分比为5.5％。

8.权利要求1至7任一项所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物的制备方法，其特征在于将环氧树脂、固化剂和石英砂在真空或者空气条件下常温搅拌10分钟即可。

9.用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物的使用方法，其特征在于，将权利要求8制备的组合物浇注在模具的铜导体外周，待固化成型后取出。

10.根据权利要求9所述的用于核电浇注用中压母线的合成树脂组合物的使用方法，其特征在于所述铜导体为无氧铜，所述固化时间为7-8小时。