CN106433023A - 制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法 - Google Patents

制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法,该方法是将酸酐固化剂和聚砜酯在80~150℃温度下混溶,得到聚砜酯改性酸酐固化剂,所述的聚砜酯改性酸酐固化剂与环氧树脂在80~150℃温度下固化,即得改性环氧树脂,该方法能有效提高环氧树脂的韧性,使环氧树脂满足浇注干式变压器的抗开裂和抗冲击性能要求。

Description

制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法
技术领域
本发明涉及一种制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法,属于环氧树脂增韧技术领域。
背景技术
环氧树脂浇注式干式变压器用环氧树脂作为主绝缘,它的结构简单、体积小、机械强度高,耐受短路能力强,防潮及耐腐蚀性能特别好,且局放小、运行寿命长、损耗低、过负荷能力强,企业设计制造经验丰富、产品具备高安全可靠性及良好的环保特性,尤其是运行业绩非常好。尽管环氧树脂浇注干式变压器有诸多的优点,随着社会的发展,人们对变压器的要求也不断提高。在超大容量变压器不断涌现的同时,变压器的开裂问题也就愈加凸显。变压器线圈在南方和北方的安装使用,有不同的昼夜温差,会加速绝缘体的老化,影响其寿命,而由于昼夜温差和地理温差引起的变压器开裂事故在国内外均有发生。这些问题造成了巨大的经济损失,越来越引起人们的密切关注。
运行中,干式变压器同油浸式变压器一样,铁芯由于磁滞损耗、涡流损耗,绕组由于电阻损耗、杂散损耗以及线损耗等而产生热量。当天气变化,骤冷骤热,外面的绝缘环氧树脂将收缩,导致绝缘结构开裂,绝缘性能下降,引发供电事故。
环氧树脂浇注式干式变压器的增韧途径主要有多种方式,增加填料,降低线胀系数。使用柔性的环氧树脂、固化剂和多种增韧剂。从制造成本考虑,添加填料是首选增韧方式,但是过多的填料导致预聚物的粘度陡增,从而导致浇注失败,或者环氧树脂复合材料中有较多的气泡不能除尽导致绝缘性能降低。尽管有多种柔性的环氧树脂或者固化剂,但是它们的成本太过于昂贵,从而影响产品的竞争力。于是,大多数的公司和研究者,都会从用量较少的增韧剂方面考虑,选择更好的增韧剂,确保在少增加成本的情况下实现增韧干式变压器的浇注绝缘。
能用作环氧树脂增韧剂的材料很多,如聚乙二醇、聚丙二醇、聚酯、聚醚酰亚胺、聚酯酰亚胺等等,都可以实现增韧环氧树脂复合材料,进而保证干式变压器的高等级绝缘要求。聚乙二醇、聚丙二醇、聚酯是均相增韧环氧树脂的方式,尽管能增韧环氧树脂,但是效果不理想。而聚醚酰亚胺、聚酯酰亚胺属于相分离增韧环氧树脂的方式,虽然可以很有效的增韧环氧树脂,但是它们的高粘度、极高的混合温度是干式变压器制造也不能接受的,另外聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的价格奇贵,因而使用受到限制。
发明内容
针对现有技术中各种增韧材料改性的环氧树脂存在难以满足干式变压器要求的缺陷,本发明的目的是在于提供一种基于聚砜酯增韧剂用于制备抗开裂及抗冲击性能优异的改性环氧树脂的方法。
为了实现本发明的技术目的,本发明提供了一种制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法,该方法是将酸酐固化剂和聚砜酯在80~150℃温度下混溶,得到聚砜酯改性酸酐固化剂,所述的聚砜酯改性酸酐固化剂与环氧树脂在80~150℃温度下固化,即得。
本发明的技术方案首次将常见的聚砜酯工业原料作为环氧树脂增韧剂使用,聚砜酯在中等温度下能与酸酐固化剂混溶反应,形成相对稳定的聚砜酯改性酸酐固化剂,聚砜酯改性酸酐固化剂能与环氧树脂进行预聚,得到粘度适中的预聚体均相体系,在预聚体逐渐固化过程中,随着环氧树脂粘度不断增加,聚砜酯逐渐从高粘度的固化环氧树脂体系中析出,发生相分离,在固化环氧树脂体系中产生两相微观结构,体积分数较小的聚砜酯成为连续相,而体积分数较大的固化环氧树脂体系成为分散相,达到对环氧树脂增韧的目的,有效地提高环氧树脂的韧性,使环氧树脂满足浇注干式变压器的抗开裂和抗冲击性能要求。
本发明提供的制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法还包括以下优选方案:
优选的方案中聚砜酯与酸酐固化剂的质量比为5~45:70~95。优选的质量配比有利于聚砜酯与酸酐固化剂充分混溶反应。
较优选的方案中酸酐固化剂为甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的至少一种。优选的酸酐固化剂与聚砜酯在中温下相容性好,有利于聚砜酯改性酸酐固化剂的合成。
所述的聚砜酯具有式1结构:
其中,
n为20~100;
R为j为4~10。
本发明优选的聚砜酯与未固化环氧树脂相容性好,而与交联程度较高的固化环氧树脂相容性差,有利于固化过程中产生相分离现象,进而在固化环氧树脂体系中产生两相微观结构,体积分数较小的聚砜酯成为连续相,而体积分数较大的固化环氧树脂成为分散相,达到聚砜酯对固化环氧树脂增韧的目的。同时聚砜酯具有较好的机械性能,使增韧后的固化环氧树脂的抗开裂及抗冲击性能得到明显提高。
优选的方案中环氧树脂与聚砜酯改性酸酐固化剂的质量比为7~12:8~13。聚砜酯改性酸酐固化剂与环氧树脂的质量比例决定了固化环氧树脂体系中连续相和分散相的比例,影响最终固化物的围观相结构,适当调整聚砜酯与环氧树脂-固化剂预聚体的比例可以改善其力学强度,比如抗冲击强度和断裂韧性。
优选的方案中酸酐固化剂和聚砜酯在80~150℃温度下搅拌时间为0.5~4h。
优选的方案中聚砜酯改性酸酐固化剂与环氧树脂在80~150℃温度下固化8~20小时。
本发明的方案中通过酸酐固化剂和聚砜酯混溶生成的聚砜酯改性酸酐固化剂在130℃左右温度下是液体状态,有利于后续与环氧树脂的混合,保温,固化,进而实现浇注干式变压器线圈的绝缘防护,具有相当的实用性。
相对现有技术,本发明的技术方案带来的有益技术效果:本发明的技术方案以聚砜酯作为增韧剂通过本发明的方法对环氧树脂进行增韧改善,能有效改善固化环氧树脂的内部微观结构,显著提高了固化环氧树脂的韧性,使环氧树脂满足浇注干式变压器的抗开裂和抗冲击性能要求;同时其它力学性能的也得到提高,保证了采用新型环氧树脂浇注胶制备的干式变压器安全可靠的运行。
附图说明
【图1】为实施例1制备的聚砜酯增韧环氧树脂材料的断面扫描电子显微镜图;
【图2】为实施例1制备的聚砜酯用量对抗冲击曲强度的影响。
【图3】为实施例1制备的聚砜酯用量对断裂韧性的影响。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容,而不是限制本发明权利要求的保护范围。
以下实施案例中使用的聚砜酯的平均分子量为28000,具有式1结构:
其中,
n为80;
R为j为4。为市售常规产品。
实施例1
(1)将聚砜酯和酸酐固化剂甲基四氢苯酐(MTHPA)按照10份:85份比例混合,在130-150℃搅拌1小时,是聚砜酯充分溶解在甲基四氢苯酐中,再加入0.3份的催化剂,例如苄基二甲基胺,得到一种透明的粘稠溶液;接着将双酚A型环氧树脂和预备好的聚砜酯/甲基四氢苯酐混合物,按照100份:95份的比例在130℃搅拌混合,充分溶解,得到均相的溶液;降温至80℃,得到预聚体A,备用;
(2)将聚砜酯和酸酐固化剂甲基六氢氢苯酐(MHHPA)按照21.5份:85份比例混合,在120-150℃搅拌1小时,是聚砜酯充分溶解在甲基六氢苯酐中,再加入0.5份的催化剂,例如四丁基溴化铵等,得到一种透明的粘稠溶液;接着将双酚A型环氧树脂和预备好的聚砜酯/甲基四氢苯酐混合物,按照100份:107份的比例在130℃搅拌混合,充分溶解,得到均相的溶液;降温至80℃,得到预聚体B,备用;
(3)将聚砜酯和酸酐固化剂甲基六氢氢苯酐(MHHPA)按照30份:80份比例混合,在120-150℃搅拌1小时,是聚砜酯充分溶解在甲基六氢苯酐中,再加入0.5份的催化剂,例如苄基二甲基胺等,得到一种透明的粘稠溶液;将酚醛环氧树脂和预备好的聚砜酯/甲基四氢苯酐混合物,按照86份:110份的比例在85℃搅拌混合,充分溶解,得到均相的溶液;降温至80摄氏度,得到预聚体C,备用;
(4)将聚砜酯和酸酐固化剂甲基纳迪克苯酐(MHHPA)按照43份:85份比例混合,在120-150℃搅拌1小时,是聚砜酯充分溶解在甲基纳迪克酸酐中,再加入0.5份的催化剂,例如苄基二甲基胺等,得到一种透明的粘稠溶液;将酚醛环氧树脂和预备好的聚砜酯/甲基纳迪克酸酐混合物,按照86份:127份的比例在85℃搅拌混合,充分溶解,得到均相的溶液;降温至80摄氏度,得到预聚体D,备用;
将(1)~(4)中预备好的上述预聚体A、B、C、和D(环氧树脂/酸酐固化剂/聚砜酯溶液),于真空条件下搅拌脱气,条件为1mmHg,30-60min,充分脱出可能的气体,才能保证固化后有足够力学强度;将准备好的环氧树脂复合材料,浇注于试验模具或者生产模具中,80℃预固化8小时,再于130℃后固化10小时;模具冷却酯室温后,取出便得到高韧性的聚砜酯改性环氧树脂复合材料。

Claims (7)

1.制备环氧树脂浇注干式变压器用弹性环氧树脂的方法,其特征在于,将酸酐固化剂和聚砜酯在80~150℃温度下混溶,得到聚砜酯改性酸酐固化剂,所述的聚砜酯改性酸酐固化剂与环氧树脂在80~150℃温度下固化,即得。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的聚砜酯与酸酐固化剂的质量比为5~45:70~95。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的酸酐固化剂为甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的聚砜酯具有式1结构:
其中,
n为20~100;
R为j为4~10。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的环氧树脂与聚砜酯改性酸酐固化剂的质量比为7~12:8~13。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的酸酐固化剂和聚砜酯在80~150℃温度下搅拌0.5~4h。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的聚砜酯改性酸酐固化剂与环氧树脂在80~150℃温度下固化8~20小时。
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