CN105331285A - 一种用于高压开关铜排易散热绝缘涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于高压开关铜排易散热绝缘涂料及其制备方法。所述涂料由A、B两个组分按重量比2∶1组成；所述A组分由以下组分组成：环氧改性有机硅树脂、环氧稀释剂、导热散热无机粒子、填充剂、钛酸酯偶联剂、遮盖剂、颜料、丙酮或乙酸乙酯；所述B组分由以下组分组成：改性固化剂、平流剂、乙醇、丙酮和乙酸乙酯。A、B两个组分分别由各成分混合加热制得。本发明的涂料采用环氧改性有机硅树脂与两种绝缘导热无机粒子氮化硅和氧化铝为填料，从而使得本发明的涂料兼具绝缘和易散热两种性能。普遍适用于铜排表面的涂敷。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，特别涉及一种用于高压开关铜排的涂料。
背景技术
铜排又称铜母线、铜母排或铜汇流排，是由铜材质制作的，截面为矩形或倒圆角矩形的长导体，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用。铜排是一种大电流导电产品，适用于高压开关成套设备、开关触头、母线槽等电气工程，也广泛用于金属冶炼、电化电镀、化工烧碱等超大电流电解冶炼工程。在配电站、电房用地面积日益紧张的城市化建设和改造中的大多数情况下铜排需要绝缘处理，通过缩小绝缘距离实现开关设备小型化。
目前铜排绝缘处理方法主要有绕包绝缘和热缩套管两种方法。这两种工艺方法劳动强度大，受技术技能和人为因素影响，可能产生包扎间距不均匀、缠烧松紧不一致，散热效果不佳温升过高，热风温度不均匀、套装表面收缩不均产生薄弱点等问题。
近年来，国际上电工环氧绝缘粉末的涂敷技术在铜排及其他需要耐压的电器元件绝缘上得到广泛应用。但是这种方法所得到的绝缘层仅仅是单独的一层环氧涂层，难以保证其绝缘性。如果涂层变厚，也存在着温升过高的散热隐患问题。涂层的绝缘性能和散热性能难以同时兼顾。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种用于高压开关铜排易散热绝缘涂料及其制备方法。所述用于高压开关铜排易散热绝缘涂料由A、B两个组分按重量比2:1组成；所述A组分由以下重量份的组分组成：环氧改性有机硅树脂36～45份、环氧稀释剂6～11份、导热散热无机粒子15～20份、填充剂15～20份、钛酸酯偶联剂1～3份、遮盖剂1～4份、颜料为6～11份、乙酸乙酯或丙酮5～9份；所述B组分由以下重量份的组分组成：改性固化剂35～48份、平流剂6～16份、乙醇：8～21份、丙酮：3～13份、乙酸乙酯22～33份。
具体地，所述A组分的环氧改性有机硅树脂的环氧值当量为0.03～0.08eq/100g。
具体地，所述A组分的环氧稀释剂为选自苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种。
具体地，所述A组分的导热散热无机粒子为氮化硅和氧化铝；所述氮化硅的电阻率在1015～1016Ω·cm，平均粒径为10μm；所述氧化铝的平均粒径为2μm。
具体地，所述氮化硅和氧化铝的重量比为1:1。
具体地，所述B组分的改性固化剂的制备方法包括以下步骤：
(1).将水杨酸、苯酚、甲醛、乙二胺按重量比为15:40:50:20称重；
(2).首先将乙二胺投入脱水反应釜中，升温到110℃至120℃，搅拌2小时至3小时，随后加入脱水剂搅拌，至检测水份含量小于100ppm；
(3).将步骤(2)制得的乙二胺总量的一半投入反应釜中，将配方量苯酚、甲醛投入反应釜中，慢升温至64℃至66℃；
(4).将反应釜升温至66℃至68℃，保温4小时，将配方量水杨酸加入，保温半个小时后，加入余下乙二胺兑稀，保温1小时，即可制得成品。
具体地，所述B组分的平流剂为分子量600～1100的低分子量聚酰胺。
本发明的A组分制备方法为：按照配方量，将环氧改性有机硅树脂预热到65℃～75℃，投入到搪瓷反应釜中，搅拌并加温到76℃～86℃，然后依次加入环氧稀释剂、遮盖剂、颜料、导热散热无机粒子、填充剂、钛酸酯偶联剂和溶剂，然后控制物料温度在40℃～60℃，搅拌25～35分钟，物料经过100目滤网过滤后进入砂磨中进行研磨加工，使物料中固体最大粒度≤18μm后放料灌装。
本发明的B组分制备方法为：按照配方量，将改性固化剂、平流剂预热到40℃～60℃，投入到搪瓷反应釜中并进行搅拌，依次加入乙醇、乙酸乙酯和丙酮，在室温下搅拌25～35分钟，经过200目滤网过滤后放料灌装。
本发明用于高压开关铜排易散热绝缘涂料的涂敷方法为将所述A组份与B组份按重量比2:1进行混合均匀后对铜排进行涂敷。
本发明的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料采用环氧改性有机硅树脂，兼具环氧树脂的优良黏结性能、高强度和有机硅的优异耐高温性，同时还有优良的电气绝缘性能。两种绝缘导热无机粒子氮化硅和氧化铝为填料，为本发明绝缘涂料的导热、散热性能提供了有力的保障。从而使得本发明的涂料兼具绝缘和易散热两种性能。普遍适用于铜排表面的涂敷。
为了更好地理解和实施，下面详细说明本发明。
具体实施方式
本发明的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料的原材料中，所述环氧改性有机硅树脂优选环氧值当量为0.03～0.08eq/100g的环氧改性有机硅树脂，其耐冲击≥4J、耐热性(300±5)℃≥5h。可以是晨光化工研究院生产的型号为HG-43的环氧改性有机硅树脂。
所述环氧稀释剂中的苄基缩水甘油醚优选型号为D-921的环氧稀释剂、丁基缩水甘油醚优选型号为501(BGE)的环氧稀释剂、聚丙二醇二缩水甘油醚优选型号为D-1217的环氧稀释剂。以上三种型号的环氧稀释剂均由无锡惠隆电子材料有限公司生产。
所述导热散热无机粒子为氮化硅和氧化铝，氮化硅优选电阻率为1015-1016Ω.cm，平均粒径10μm的氮化硅，生产厂家为福建施诺瑞有限公司；氧化铝优选平均粒径为2μm的氧化铝，生产厂家为大连路明科技有限公司。
所述填充剂为滑石粉或轻质碳酸钙，其中碳酸钙可以是阳山县中棋实业有限公司生产的CAH-6080或CAH-6125型号的轻质碳酸钙，滑石粉为市售化学纯试剂。
所述钛酸酯偶联剂优选其开口闪点≥65℃，可以是南京鸿鹄精细化工有限公司生产的型号为TC-105的钛酸酯偶联剂。
所述遮盖剂为钛白粉，为R-902、R-960(生产厂家为美国杜邦)或TRONOXCR-826(生产厂家为美国特诺)以上三种型号中的一种。
所述A组分中的乙酸乙酯或丙酮为化学纯，市售。
所述B组分的平流剂为低分子聚酰胺，优选其分子量为600～1100，胺值为200～240mgKOH/g，生产厂家为山东德源环氧科技有限公司。
所述B组分中的乙醇、丙酮和乙酸乙酯为化学纯，市售。
改性固化剂制备实施例
本发明的B组分的改性固化剂的制备方法包括以下步骤：
(1).将水杨酸、苯酚、甲醛、乙二胺按重量比为15:40:50:20称重；
(2).首先将乙二胺投入脱水反应釜中，升温到110℃至120℃，搅拌2小时至3小时，随后加入脱水剂搅拌，至检测水份含量小于100ppm；
(3).将步骤(2)制得的乙二胺总量的一半投入反应釜中，将配方量苯酚、甲醛投入反应釜中，慢升温至64℃至66℃；
(4).将反应釜升温至66℃至68℃，保温4小时，将配方量水杨酸加入，保温半个小时后，加入余下乙二胺兑稀，保温1小时，即可制得成品。
其中步骤(2)中的脱水剂可为现有技术中能够脱水物质的任意一种，优选无水硫酸钠。
绝缘涂料制备实施例1
A组分制备：将晨光化工研究院生产的型号为HG-43的环氧改性有机硅树脂36份预热到65℃，投入到搪瓷反应釜中，搅拌并加温到76℃，然后依次加入苄基缩水甘油醚6份、R-902钛白粉4份、颜料11份、氮化硅10份、氧化铝10份、滑石粉15份、开口闪点≥65℃的钛酸酯偶联剂1份和乙酸乙酯5份，然后控制物料温度在60℃，搅拌25分钟，物料经过100目滤网过滤后进入砂磨中进行研磨加工，使物料中固体最大粒度≤18μm后放料灌装。
B组分制备：将改性固化剂制备实施例制得的改性固化剂35份、分子量为600的低分子量聚酰胺6份预热到40℃，投入到搪瓷反应釜中并进行搅拌，依次加入乙醇8份、乙酸乙酯33份、丙酮3份，在室温下搅拌25分钟，经过200目滤网过滤后放料灌装。
将A组份与B组份按重量比2:1进行混合制得本发明的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料。本实施例中份数均为重量份。
绝缘涂料制备实施例2
A组分制备：将晨光化工研究院生产的型号为HG-43的环氧改性有机硅树脂45份预热到75℃，投入到搪瓷反应釜中，搅拌并加温到86℃，然后依次加入丁基缩水甘油醚11份、R-960钛白粉1份、颜料6份、氮化硅7.5份、氧化铝7.5份、轻质碳酸钙20份、开口闪点≥65℃的钛酸酯偶联剂3份和丙酮9份，然后控制物料温度在40℃，搅拌35分钟，物料经过100目滤网过滤后进入砂磨中进行研磨加工，使物料中固体最大粒度≤18μm后放料灌装。
B组分制备：将改性固化剂制备实施例制得的改性固化剂48份、分子量为800的低分子量聚酰胺11份预热到60℃，投入到搪瓷反应釜中并进行搅拌，依次加入乙醇21份、乙酸乙酯22份、丙酮13份，在室温下搅拌35分钟，经过200目滤网过滤后放料灌装。
将A组份与B组份按重量比2:1进行混合制得本发明的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料。本实施例中份数均为重量份。
绝缘涂料制备实施例3
A组分制备：将晨光化工研究院生产的型号为HG-43的环氧改性有机硅树脂40份预热到70℃，投入到搪瓷反应釜中，搅拌并加温到80℃，然后依次加入聚丙二醇二缩水甘油醚8份、TRONOXCR-826钛白粉2份、颜料8份、氮化硅9份、氧化铝9份、轻质碳酸钙18份、开口闪点≥65℃的钛酸酯偶联剂2份和丙酮7份，然后控制物料温度在50℃，搅拌30分钟，物料经过100目滤网过滤后进入砂磨中进行研磨加工，使物料中固体最大粒度≤18μm后放料灌装。
B组分制备：将改性固化剂制备实施例制得的改性固化剂42份、分子量为1100的低分子量聚酰胺8份预热到50℃，投入到搪瓷反应釜中并进行搅拌，依次加入乙醇15份、乙酸乙酯26份、丙酮8份，在室温下搅拌30分钟，经过200目滤网过滤后放料灌装。
将A组份与B组份按重量比2:1进行混合制得本发明的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料。本实施例中份数均为重量份。
效果实施例
试验器械：三相温升设备、用于布点测温的热电偶、裸铜排、不同涂层铜排、电流互感器、平衡铁芯。
试验条件的规定：试验电流最大偏差不超过±2％，电流波形为正弦波，电源频率偏差-5％～2％；在距试品端子1m远处导线的温升与相应端子的温升差不大于5K，试验环境温度0～40℃，试验环境风速对户内产品不大于0.15m/s，对户外产品不大于0.5m/s。
同一周围温度环境下，分别采用同一截面积的三组三相铜排：第一组裸排、第二组普通绝缘涂料、第三组是本发明配方的绝缘涂料。设定额定电压12kV，额定电流1250A的1.1倍。在三组铜排的中间布点测温的热电偶，布局9个位置，并在电流稳定后的温升值如下(单位K)：
综合上述数据，分析结论如下，裸排温升值为67K，普通涂层为62.5K，本发明配方涂层为46K。可见，采用本发明配方的铜排导热、散热快，并可以让输配电设备保持在一个温度不会过高的环境下。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于由A、B两个组分按重量比2∶1组成；所述A组分由以下重量份的组分组成：环氧改性有机硅树脂36～45份、环氧稀释剂6～11份、导热散热无机粒子15～20份、填充剂15～20份、钛酸酯偶联剂1～3份、遮盖剂1～4份、颜料为6～11份、乙酸乙酯或丙酮5～9份；所述B组分由以下重量份的组分组成：改性固化剂35～48份、平流剂6～16份、乙醇：8～21份、丙酮：3～13份、乙酸乙酯22～33份。
2.根据权利要求1所述的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于：所述A组分的环氧改性有机硅树脂的环氧值当量为0.03～0.08eq/100g。
3.根据权利要求1所述的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于：所述A组分的环氧稀释剂为选自苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于：所述A组分的导热散热无机粒子为氮化硅和氧化铝；所述氮化硅的电阻率在1015～1016Ω·cm，平均粒径为10μm；所述氧化铝的平均粒径为2μm。
5.根据权利要求4所述的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于：所述氮化硅和氧化铝的重量比为1∶1。
6.根据权利要求2～4任意一项所述的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于：所述B组分的改性固化剂的制备方法包括以下步骤：
(1).将水杨酸、苯酚、甲醛、乙二胺按重量比为15∶40∶50∶20称重；
(2).首先将乙二胺投入脱水反应釜中，升温到110℃至120℃，搅拌2小时至3小时，随后加入脱水剂搅拌，至检测水份含量小于100ppm；
(3).将步骤(2)制得的乙二胺总量的一半投入反应釜中，将配方量苯酚、甲醛投入反应釜中，慢升温至64℃至66℃；
(4).将反应釜升温至66℃至68℃，保温4小时，将配方量水杨酸加入，保温半个小时后，加入余下乙二胺兑稀，保温1小时，即可制得成品。
7.根据权利要求2～4任意一项所述的用于高压开关铜排易散热绝缘涂料，其特征在于：所述B组分的平流剂分子量为600～1100的低分子量聚酰胺。
8.一种制备权利要求1所述用于高压开关铜排易散热绝缘涂料的方法，，其特征在于所述A组分的制备方法如下：按照配方量，将环氧改性有机硅树脂预热到65℃～75℃，投入到搪瓷反应釜中，搅拌并加温到76℃～86℃，然后依次加入环氧稀释剂、遮盖剂、颜料、导热散热无机粒子、填充剂、钛酸酯偶联剂和溶剂，然后控制物料温度在40℃～60℃，搅拌25～35分钟，物料经过100目滤网过滤后进入砂磨中进行研磨加工，使物料中固体最大粒度≤18μm后放料灌装。
9.一种制备权利要求1所述用于高压开关铜排易散热绝缘涂料的方法，其特征在于所述B组分的制备方法如下：按照配方量，将改性固化剂、平流剂预热到40℃～60℃，投入到搪瓷反应釜中并进行搅拌，依次加入乙醇、乙酸乙酯和丙酮，在室温下搅拌25～35分钟，经过200目滤网过滤后放料灌装。
10.一种根据权利要求1所述用于高压开关铜排易散热绝缘涂料的涂敷方法，其特征在于将所述A组份与B组份按重量比2∶1进行混合均匀后对铜排进行涂敷。
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