CN105219220A - 一种新型高导热纳米辐射散热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型高导热纳米辐射散热涂料及其制备方法，应用于电力系统中变压器散热领域，该涂料包括基础树脂和填料，所述基础树脂是涂料用树脂，所述填料包括石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种以及氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中的一种或多种。将本发明涂料直接涂覆或喷涂在变压器散热器表面，热量传导到涂料上，涂料上的热量再通过红外辐射的方式传递到空间中，使变压器中的热量加速散发，避免变压器温度过高导致输电系统故障。

Description

一种新型高导热纳米辐射散热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料，具体地指一种新型高导热纳米辐射散热涂料及其制备方法。

背景技术

散热涂料被广泛应用于电气散热设备中，主要是涂覆在高温部件表面，对高温部件的散热降温起到促进作用。在输电系统中变压器的工作处于重要地位，直接影响输电终端电力受供方的用电稳定保障和用电安全，随着社会电气化程度的日益普及化，用电量的飞速增长，输电系统承受的电力输送负荷日益提高，变压器所承受的压力巨大，在如此高负荷的变压工作中变压器会产生相对以往更多的热量，在高温环境下，变压器寿命会降低，其工作稳定性也变差，变压器出现状况，小则会影响人民的日常用电需求，会给供电系统带来巨大的经济损失，大则会影响人民的生命财产安全。对于高发热的变压器散热，单用以往的油浸式变压器不足以应对如此高热量的消散，需要在油浸式变压器表面涂覆助散热的高导热涂料，以此提高散热效率，降低变压器温度，提高变压器的使用寿命和工作稳定性。

传统变压器的散热装置一般采用铝、铁、铜等金属材料制成，一般还需要风扇和导热油、空气。通过导热油在变压器表面的直接接触，将热量运输到散热器表面，在通过风扇鼓动空气，以空气的强制对流来达到散热的目的，但此散热器具有明显的问题和局限性：

1、增加强制对流所使用的风扇，在工作过程中会产生严重的噪音污染，严重影响了周围居民的日常生活和工作。

2、气的比热为1kJ/(kg*℃)，是水比热的不到1/4，导热的动力是温度差，意味着同样散热量情况下变压器向空气导热并消散的速度很慢，因此导热散热系数有限。

3、变压器工作的环境温度影响较大，对于夏天，供电量增大变压器本身发热量增大，而环境本身气温较高，温度差偏小，散热速度更慢，夏天，变压器更容易烧坏。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型高导热纳米辐射散热涂料，该涂料直接涂覆或喷涂在变压器散热器表面，能提高散热其散热效率，能对散热器表面金属起到包覆防腐作用，且散热器散热效率随温度环境影响较小。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种新型高导热纳米辐射散热涂料，其包括基础树脂和填料，所述基础树脂是涂料用树脂，所述填料包括石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种以及氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中的一种或多种。

在上述技术方案中，所述石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维是经过高温石墨化处理的。

在上述技术方案中，所述石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维是经过强酸表面改性处理的。

在上述技术方案中，所述填料由石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种以及氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中一种或多种共混、机械搅拌包覆而制成的。

在上述技术方案中，所述的树脂是由环氧树脂、脂肪族改性环氧树脂、呋喃改性环氧树脂，硅橡胶、聚丁二烯、聚氨酯、氟碳树脂中一种或多种组成。

此外，本发明还提供一种上述新型高导热纳米辐射散热涂料的制备方法，该方法包括：

步骤1：将石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种进行高温石墨化处理、球磨机粉碎成极细小颗粒和短的填料纤维；

步骤2：将石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的中的一种或多种进过强酸处理后，滤出并干燥；

步骤3：将以上处理后的这部分填料与氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中一种或多种进行球磨机研磨并混合，并相互包覆；

步骤4：将处理后的填料与基础树脂混合；

步骤5：混合后的材料均匀搅拌即得高导热纳米辐射散热涂料。

在上述技术方案中，所述填料含量为3wt％-25wt％。

附图说明

图1为本发明新型高导热纳米辐射散热涂料的制备流程图。

图2为本发明散热涂料与普通涂料升温曲线对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做得替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

本发明新型高导热纳米辐射散热涂料，包括基础树脂和填料，其中，填料包括石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维等的一种或多种，以及氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化镁粉体、硅酸钙铝纤维中一种或多种的复合产品；基础树脂由环氧树脂、脂肪族改性环氧树脂、呋喃改性环氧树脂，硅橡胶、聚丁二烯、聚氨酯、氟碳树脂中一种或多种组成。

本发明所用填料热导系数极高，最高可以达到3000W/(m*K)，它们加入到涂料体系中能很大程度的提高涂料的导热性能，同时在高温环境下依然能高效的将热量转化为红外辐射散射出去，降低表面温度。

以下，则结合流程图，对举例以碳纳米管作为填料纤维来制造新型高导热纳米辐射散热涂料的工业方法做出说明。

实施例一

请参考图1，本实施例为一种采用碳纳米管制备新型高导热纳米辐射散热涂料的流程图，包括以下步骤：

S101：将碳纳米管进行高温石墨化、粉碎和强酸预处理；

首先对碳纳米管进行高温石墨化，能有效提高碳纳米管的纯度，再对碳纳米管进行粉碎，将碳纳米管放入球磨机中进行研磨，使碳纳米管粒子细化，提高碳纳米管粒子的表面积。

对细化后端碳纳米管，进行表面处理，将碳纳米管加入到强酸中浸泡一段时间，使碳纳米管表面氧化，再过滤出酸化后的碳纳米管，并用去离子水反复冲洗，直到滤出液呈中性，再经100℃烘烤，得到干燥的碳纳米管粉末。

S102：将表面处理的碳纳米管与氮化硼进行混合研磨；

将以上经过细化和酸化的碳纳米管，与六方氮化硼颗粒混合，并加入球磨机中，进行研磨和分散，得到以碳纳米管与氮化硼为主体的混合、相互包覆的填料，其中碳纳米管与无机填料的比例在1：4～10范围内。

S103：将处理后的填料与基体树脂混合；

把以上处理完毕的以碳纳米管与氮化硼为主体的混合、相互包覆的填料加入到液态树脂中，进行搅拌，并通过研磨进行均匀分散混合分散后得到所需材料。本实施例中，填料碳纳米管和氮化硼的含量在3wt％-25wt％范围内较优。所用树脂为由环氧树脂、脂肪族改性环氧树脂、呋喃改性环氧树脂，硅橡胶、聚丁二烯、聚氨酯、氟碳树脂中一种或多种。

S104：将混合后的材料均匀搅拌；

将混合后的材料通过机械搅拌和研磨分散进行均匀搅拌分散，即得到本发明新型高导热纳米辐射散热涂料。

S105：将搅拌后的材料装桶；

将搅拌后的材料装在密闭性能良好的桶中，使用时可以先将涂料树脂与固化剂混合搅拌，通过涂覆的方式将本发明产品，也就是新型高导热纳米辐射散热涂料，包覆在变压器散热片表面，达到更快的散热效果。同样也可以将涂料树脂与固化剂经过喷枪同时喷出，将其喷涂在变压器散热片表面，固化，同样能达到该散热效果。

将本发明散热涂料直接涂覆或喷涂在散热器表面，热量传导到涂料上，涂料再把热量通过红外辐射的方式散发出去，加强散热器的散热效果，避免电力系统因变压器在过高工作温度下烧坏而导致的供电故障，经实验测量，使用本发明散热涂料与普通涂料升温曲线对比如图2所示。

本发明的核心思想在于，将新型高分子复合材料例如碳纳米管结合基础树脂来制备散热涂料，通过提高热传导和热辐射效率，从而加快热消散速度，使变压器温度降低，提高变压器使用寿命，保证变压器稳定工作。

本发明描述的新型高导热纳米辐射散热涂料，有效的提高器表面涂料的辐射散热能力，大大提高散热器的散热能力，同时提供一种制作纳米辐射散热涂料的方法，这种涂料具有很高的热辐射效率，能有效的提高散热器的散热效果，降低变压器温度，降低电力系统中变压器的故障率，同时这种新型涂料易生产加工，节约了企业成本。这种新型复合材料具有以下好处：

1.涂料本身具有较高的热导率，热导率可以达到7W/(m*K)，使涂料内层的热量很快传导到涂料表层。

2.涂料具有较强的热辐射率，涂料辐射率能达到0.92以上，在原有的热量向空气中的传导散热不变，热辐射率的增加使其涂料层散热效率大大提高。

3.在变压器的工作环境下，涂料对变压器有较强的包覆力和良好的密封性，保护变压器不会被氧化腐蚀，延长使用寿命，其盐雾试验能达到72h以上。

4.操作简单，可以涂料或喷涂，节约工时。

5.有效的降低表面温度，提高变压器表面散热效果，使变压器工作更稳定。

6.具有一定的防静电能力，其电导率在1S/m以上。

依照本发明的实例，如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种新型高导热纳米辐射散热涂料，其特征在于：包括基础树脂和填料，所述基础树脂是涂料用树脂，所述填料包括石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种以及氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的新型高导热纳米辐射散热涂料，其特征在于：所述石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维是经过高温石墨化处理的。

3.根据权利要求1所述的新型高导热纳米辐射散热涂料，其特征在于：所述石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维是经过强酸表面改性处理的。

4.根据权利要求1所述的新型高导热纳米辐射散热涂料，其特征在于：所述填料由石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种以及氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中一种或多种共混、机械搅拌包覆而制成的。

5.根据权利要求1所述的新型高导热纳米辐射散热涂料，其特征在于：所述的树脂是由环氧树脂、脂肪族改性环氧树脂、呋喃改性环氧树脂，硅橡胶、聚丁二烯、聚氨酯、氟碳树脂中一种或多种组成。

6.根据权利要求1～5任一项所述的新型高导热纳米辐射散热涂料，其特征在于：所述填料含量为3wt％-25wt％。

7.一种权利要求1所述新型高导热纳米辐射散热涂料的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：将石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的一种或多种进行高温石墨化处理、球磨机粉碎成极细小颗粒和短的填料纤维；

步骤2：将步骤1所选石墨、纳米石墨，石墨烯热解碳、热解石墨、石墨粉体、碳纳米管、碳纤维、石墨纤维中的中的一种或多种进过强酸处理后，滤出并干燥；

步骤3：将以上处理后的这部分填料与氧化锆、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化钛粉体、硅酸钙铝纤维中一种或多种进行球磨机研磨并混合，并相互包覆；

步骤4：将处理后的填料与基础树脂混合；

步骤5：混合后的材料均匀搅拌即得高导热纳米辐射散热涂料。

8.根据权利要求7所述所述新型高导热纳米辐射散热涂料的制备方法，其特征在于：所述填料含量为3wt％-25wt％。