CN106380871A - 一种快速散热电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速散热电容器，包括外壳、盖板、电容芯组和绝缘介质，绝缘介质将电容芯组完全包裹，所述绝缘介质由微晶蜡、巴西棕榈蜡、苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉组成。该电容器中的绝缘介质通在过微晶蜡和巴西棕榈蜡中添加乳化液，利用苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉制成乳化液，通过在石墨烯粉体和球形氧化铝进行表面处理，形成绝缘膜，使得绝缘介质的导热性能显著提高，保证绝缘介质在77℃不发生变形、熔化。该电容器能快速散热，散热效果好，避免发生电离和击穿现象，应用价值高。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速散热电容器，属于电容器技术领域。
背景技术
电力电容器，用于电力系统和电工设备的电容器。任意两块金属导体，中间用绝缘介质隔开，即构成一个电容器。电容器电容的大小，由其几何尺寸和两极板间绝缘介质的特性来决定。当电容器在交流电压下使用时，常以其无功功率表示电容器的容量，单位为乏或千乏。电容器作为电子元件中的一员，随着电气制造技术的不断改进和提高，对电容器绝缘介质材料的性能要求也在不断提高。
现有电容器结构通常包括外壳、盖板、电容芯组和绝缘介质，绝缘介质将电容芯组完全包裹，使得电容芯组处于绝缘环境中。绝缘介质选用灌封蜡是目前多数的低压并联电容器制造厂家的首选，因其具有良好的电性能、耐热性能和老化稳定性能，而且价格低廉。但蜡是固体浸渍灌封料，其导热系数通常为0.04~0.12W/mK，用石蜡做绝缘介质易发生散热不良，并且蜡的熔点较低，如微晶蜡的熔点为60~90℃，当电容器散热不良时，靠近电容芯组部分的蜡易发生熔化，在一些密闭性低的电容器中灌封蜡易发生泄露，即使后续蜡凝固，易会产生收缩和开裂，形成的孔隙易导致电离现象，并在较高的电压下放电，发生击穿。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种快速散热电容器，具体技术方案如下：
一种快速散热电容器，包括外壳、盖板、电容芯组和绝缘介质，绝缘介质将电容芯组完全包裹，所述绝缘介质由微晶蜡、巴西棕榈蜡、苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉组成。
作为上述技术方案的改进，所述微晶蜡、巴西棕榈蜡、苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉的质量配比为，微晶蜡为30~35份，巴西棕榈蜡为55~58份，苯甲基硅油为17~19份，硬脂酸钠为1.2~1.5份，导热粉为25~28份。
作为上述技术方案的改进，所述绝缘介质的制作步骤为，先将苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉按照配比量依次加入高剪切乳化机中，将高剪切乳化机中转子的转速设定为2500~3000r/min，搅拌40~50min，得到乳化液；按照配比量称取微晶蜡和巴西棕榈蜡，将称取好的微晶蜡和巴西棕榈蜡倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至86~90℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，再将所述乳化液加入到搅拌釜中，搅拌50~60min，即得所述绝缘介质。
作为上述技术方案的改进，所述导热粉的制作步骤为，先将双氰胺、2-甲基咪唑和二甲基甲酰胺倒入搅拌桶中搅拌，直至双氰胺和2-甲基咪唑完全溶解形成固化溶液；然后将双酚A型环氧树脂、球形氧化铝、石墨烯粉体、硅烷类偶联剂、固化溶液倒入搅拌釜中搅拌均匀制成胶液，搅拌桨的转速为300~400r/min，搅拌时间为70~80min；再将胶液从搅拌釜中抽至胶盆中，胶盆的内壁贴有若干层离型膜将胶盆和胶液隔开；再将胶盆送入烘箱中烘烤，烘箱中的烘烤温度为190~200℃，烘烤时间为100~110min，胶盆中的胶液被烘干成胶块；烘箱中的温度冷却至室温后，将胶盆从烘箱中取出，将胶块从胶盆中取出，撕去离型膜，然后将胶块使用锤式破碎机破碎成粗料，粗料的粒径小于25mm；最后利用球磨机将粗料粉磨成细料，细料的粒径小于80μm，该细料即所述导热粉。
作为上述技术方案的改进，所述双酚A型环氧树脂、双氰胺、2-甲基咪唑、球形氧化铝、石墨烯粉体、硅烷类偶联剂和二甲基甲酰胺的质量配比为，双酚A型环氧树脂为100~105份，双氰胺为24.2~25.2份，2-甲基咪唑为0.44~0.5份，球形氧化铝为35~40份，石墨烯粉体为5~6份，硅烷类偶联剂为0.5~0.7份，二甲基甲酰胺为17~20份。
本发明所述快速散热电容器中的绝缘介质通过在微晶蜡和巴西棕榈蜡中添加乳化液，利用苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉制成乳化液，通过在石墨烯粉体和球形氧化铝进行表面处理，形成绝缘膜，使得绝缘介质的导热性能显著提高，保证绝缘介质在77℃不发生变形、熔化。该电容器能快速散热，散热效果好，避免发生电离和击穿现象，应用价值高。
附图说明
图1为本发明所述快速散热电容器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，所述快速散热电容器，包括外壳1、盖板2、电容芯组3和绝缘介质4，绝缘介质4将电容芯组3完全包裹。所述绝缘介质4的组成和制作步骤如下：
实施例1
先将24.2Kg的双氰胺、0.44Kg的2-甲基咪唑和17Kg的二甲基甲酰胺倒入搅拌桶中搅拌，直至双氰胺和2-甲基咪唑完全溶解形成固化溶液；然后将100Kg的双酚A型环氧树脂、35Kg的球形氧化铝、5Kg的石墨烯粉体、0.5Kg的硅烷类偶联剂和所述固化溶液依次倒入搅拌釜中搅拌均匀制成胶液，搅拌桨的转速为300r/min，搅拌时间为80min；再将所述胶液从搅拌釜中抽至胶盆中，胶盆的内壁贴有若干层离型膜将胶盆和胶液隔开；再将胶盆送入烘箱中烘烤，烘箱中的烘烤温度为200℃，烘烤时间为100min，胶盆中的胶液被烘干成胶块；烘箱中的温度冷却至室温后，将胶盆从烘箱中取出，将胶块从胶盆中取出，撕去离型膜，然后将胶块使用锤式破碎机破碎成粗料，粗料的粒径小于25mm；最后利用球磨机将粗料粉磨成细料，细料的粒径小于80μm，该细料即导热粉。
将17Kg苯甲基硅油、1.2Kg硬脂酸钠和25Kg导热粉依次加入高剪切乳化机中，将高剪切乳化机中转子的转速设定为2500r/min，搅拌50min，得到乳化液；将30Kg微晶蜡和55Kg巴西棕榈蜡倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至86℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，再将所述乳化液加入到搅拌釜中，搅拌60min，即得所述绝缘介质4。所述绝缘介质4的导热系数为0.51W/mK，所述绝缘介质4在78℃时开始发生熔化。
对照实验1、将30Kg微晶蜡、55Kg巴西棕榈蜡、17Kg苯甲基硅油和1.2Kg硬脂酸钠倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至86℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，搅拌均匀即得绝缘介质X。绝缘介质X的导热系数为0.08W/mK，所述绝缘介质X在80℃时开始发生熔化。
实施例2
先将24.7Kg的双氰胺、0.47Kg的2-甲基咪唑和18Kg的二甲基甲酰胺倒入搅拌桶中搅拌，直至双氰胺和2-甲基咪唑完全溶解形成固化溶液；然后将103Kg的双酚A型环氧树脂、37Kg的球形氧化铝、5.5Kg的石墨烯粉体、0.6Kg的硅烷类偶联剂和所述固化溶液依次倒入搅拌釜中搅拌均匀制成胶液，搅拌桨的转速为360r/min，搅拌时间为77min；再将所述胶液从搅拌釜中抽至胶盆中，胶盆的内壁贴有若干层离型膜将胶盆和胶液隔开；再将胶盆送入烘箱中烘烤，烘箱中的烘烤温度为195℃，烘烤时间为108min，胶盆中的胶液被烘干成胶块；烘箱中的温度冷却至室温后，将胶盆从烘箱中取出，将胶块从胶盆中取出，撕去离型膜，然后将胶块使用锤式破碎机破碎成粗料，粗料的粒径小于25mm；最后利用球磨机将粗料粉磨成细料，细料的粒径小于80μm，该细料即导热粉。
将18Kg苯甲基硅油、1.3Kg硬脂酸钠和26Kg导热粉依次加入高剪切乳化机中，将高剪切乳化机中转子的转速设定为2560r/min，搅拌47min，得到乳化液；将33Kg微晶蜡和56Kg巴西棕榈蜡倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至88℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，再将所述乳化液加入到搅拌釜中，搅拌55min，即得所述绝缘介质4。所述绝缘介质4的导热系数为0.57W/mK，所述绝缘介质4在77.6℃时开始发生熔化。
对照实验2、将33Kg微晶蜡、56Kg巴西棕榈蜡、18Kg苯甲基硅油和1.3Kg硬脂酸钠倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至88℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，搅拌均匀即得绝缘介质Y。绝缘介质Y的导热系数为0.08W/mK，所述绝缘介质Y在80℃时开始发生熔化。
实施例3
先将25.2Kg的双氰胺、0.5Kg的2-甲基咪唑和20Kg的二甲基甲酰胺倒入搅拌桶中搅拌，直至双氰胺和2-甲基咪唑完全溶解形成固化溶液；然后将105Kg的双酚A型环氧树脂、40Kg的球形氧化铝、6Kg的石墨烯粉体、0.7Kg的硅烷类偶联剂和所述固化溶液依次倒入搅拌釜中搅拌均匀制成胶液，搅拌桨的转速为400r/min，搅拌时间为80min；再将所述胶液从搅拌釜中抽至胶盆中，胶盆的内壁贴有若干层离型膜将胶盆和胶液隔开；再将胶盆送入烘箱中烘烤，烘箱中的烘烤温度为190℃，烘烤时间为110min，胶盆中的胶液被烘干成胶块；烘箱中的温度冷却至室温后，将胶盆从烘箱中取出，将胶块从胶盆中取出，撕去离型膜，然后将胶块使用锤式破碎机破碎成粗料，粗料的粒径小于25mm；最后利用球磨机将粗料粉磨成细料，细料的粒径小于80μm，该细料即导热粉。
将19Kg苯甲基硅油、1.5Kg硬脂酸钠和28Kg导热粉依次加入高剪切乳化机中，将高剪切乳化机中转子的转速设定为3000r/min，搅拌40min，得到乳化液；将35Kg微晶蜡和58Kg巴西棕榈蜡倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至90℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，再将所述乳化液加入到搅拌釜中，搅拌50min，即得所述绝缘介质4。所述绝缘介质4的导热系数为0.59W/mK，所述绝缘介质4在77.1℃时开始发生熔化。
对照实验3、将35Kg微晶蜡、58Kg巴西棕榈蜡、19Kg苯甲基硅油和1.5Kg硬脂酸钠倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至90℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，搅拌均匀即得绝缘介质Z。绝缘介质Z的导热系数为0.09W/mK，所述绝缘介质Z在79℃时开始发生熔化。
在上述实施例中，石墨烯粉体即粉末状的石墨烯材料，石墨烯粉体的导热性能非常优良，并且其热收缩小；在微晶蜡和巴西棕榈蜡中直接添加石墨烯粉体，虽然能显著改善其导热性能，但是石墨烯粉体也具有优异的导电能力，使得微晶蜡和巴西棕榈蜡的电绝缘线下降，而且石墨烯粉体易在微晶蜡和巴西棕榈蜡中团聚。将石墨烯粉体分散在双酚A型环氧树脂中，再将其固化、粉碎，使得石墨烯粉体表面包裹形成一层绝缘膜，该绝缘膜采用热固化树脂固化制成的，石墨烯粉体与绝缘膜之间的结合更稳固，该绝缘膜不但使得导热粉不但具体优良的导热性能，而且还具有优良的绝缘性能，同时在绝缘膜的作用下，导热粉易被乳化，不易发生团聚，便于其均匀分散在巴西棕榈蜡中且与之结合；其中，双氰胺为固化剂，2-甲基咪唑为催化剂，二甲基甲酰胺为溶剂；石墨烯粉体用量大，不但易影响所述绝缘介质4的绝缘性，而且还显著提高了成本，而球形氧化铝导热性也非常优良，可用球形氧化铝来取代一部分的石墨烯粉体，降低石墨烯粉体的用量；硅烷类偶联剂可选用KH-560型硅烷类偶联剂，硅烷类偶联剂促进石墨烯粉体和球形氧化铝在双酚A型环氧树脂中分散，避免团聚；离型膜能避免固化后的胶块粘结在胶盆上。
直接将苯甲基硅油加入和微晶蜡和巴西棕榈蜡中，虽然能加热混合在一起，但相容性并不佳，在热胀冷缩之下，还会产生轻微的收缩和微孔；巴西棕榈蜡熔点较高，防湿性好，乳化性优良，将导热粉制成乳化液的形式，不但能确保导热粉均匀分散在微晶蜡和巴西棕榈蜡中且结合良好，不但能避免发生团聚，而且乳化液和巴西棕榈蜡相容性好，在热胀冷缩之下，避免在收缩时产生微孔，避免导致电离现象和发生击穿。同时，巴西棕榈蜡还能提高绝缘介质4的耐高温性能。硬脂酸钠作为乳化剂和稠化剂，苯甲基硅油作为溶剂，苯甲基硅油具有优良的电气绝缘性能、优良的抗氧化性、耐电晕、耐高温性能，防潮性能好，其表面张力小、耐剪切。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种快速散热电容器，包括外壳、盖板、电容芯组和绝缘介质，绝缘介质将电容芯组完全包裹，其特征在于：所述绝缘介质由微晶蜡、巴西棕榈蜡、苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉组成。
2.根据权利要求1所述的一种快速散热电容器，其特征在于：所述微晶蜡、巴西棕榈蜡、苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉的质量配比为，微晶蜡为30~35份，巴西棕榈蜡为55~58份，苯甲基硅油为17~19份，硬脂酸钠为1.2~1.5份，导热粉为25~28份。
3.根据权利要求2所述的一种快速散热电容器，其特征在于：所述绝缘介质的制作步骤为，先将苯甲基硅油、硬脂酸钠和导热粉按照配比量依次加入高剪切乳化机中，将高剪切乳化机中转子的转速设定为2500~3000r/min，搅拌40~50min，得到乳化液；按照配比量称取微晶蜡和巴西棕榈蜡，将称取好的微晶蜡和巴西棕榈蜡倒入搅拌釜中，搅拌釜使用水浴加热至86~90℃，待微晶蜡和巴西棕榈蜡全部熔化后，再将所述乳化液加入到搅拌釜中，搅拌50~60min，即得所述绝缘介质。
4.根据权利要求3所述的一种快速散热电容器，其特征在于：所述导热粉的制作步骤为，先将双氰胺、2-甲基咪唑和二甲基甲酰胺倒入搅拌桶中搅拌，直至双氰胺和2-甲基咪唑完全溶解形成固化溶液；然后将双酚A型环氧树脂、球形氧化铝、石墨烯粉体、硅烷类偶联剂、固化溶液倒入搅拌釜中搅拌均匀制成胶液，搅拌桨的转速为300~400r/min，搅拌时间为70~80min；再将胶液从搅拌釜中抽至胶盆中，胶盆的内壁贴有若干层离型膜将胶盆和胶液隔开；再将胶盆送入烘箱中烘烤，烘箱中的烘烤温度为190~200℃，烘烤时间为100~110min，胶盆中的胶液被烘干成胶块；烘箱中的温度冷却至室温后，将胶盆从烘箱中取出，将胶块从胶盆中取出，撕去离型膜，然后将胶块使用锤式破碎机破碎成粗料，粗料的粒径小于25mm；最后利用球磨机将粗料粉磨成细料，细料的粒径小于80μm，该细料即所述导热粉。
5.根据权利要求4所述的一种快速散热电容器，其特征在于：所述双酚A型环氧树脂、双氰胺、2-甲基咪唑、球形氧化铝、石墨烯粉体、硅烷类偶联剂和二甲基甲酰胺的质量配比为，双酚A型环氧树脂为100~105份，双氰胺为24.2~25.2份，2-甲基咪唑为0.44~0.5份，球形氧化铝为35~40份，石墨烯粉体为5~6份，硅烷类偶联剂为0.5~0.7份，二甲基甲酰胺为17~20份。
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