CN106497012A - 变压器外壳材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器外壳材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂40‑50份、丁腈橡胶20‑30份、吸音材料10‑20份、氮化铝8‑16份、氧化镁4‑8份、玻璃纤维10‑15份、抗氧剂1‑3份和硅烷偶联剂2‑5份。制备的变压器外壳材料导热率为1.9‑3.6W/（m·k），且力学性能优异，其中拉伸强度为21.0‑33.8MPa，弯曲强度为93.4‑98.5MPa，绝缘性能好，吸音效果优异。
Description
技术领域
本发明属于电力材料领域，尤其是涉及一种变压器外壳材料及其制备方法。
背景技术
变压器是用于电力传输系统中的变压设备，变压器工作时，常因铁芯和线圈的振动而产生比较大的噪声，同时内部线圈也会产生大量的热量。随着用电负荷的不断增加，变压器的数量迅速增加，所带来的噪声污染问题越来越严重。此外，变压器工作时线圈所产生的热量若不及时的散发出去，不仅会损坏内部元件，而且会影响变压器的正常工作。而变压器外壳主要是用于保护其内部元件的安全，还需要具有良好的绝缘性能以确保安全性，为了避免或减少上述问题的发生，变压器外壳必须同时具备良好的散热性能、减噪性能和绝缘性能。
中国专利申请号201610453525.X公开了一种变压器壳体材料，其质量份组成如下：聚酞胺20-30份、耐热稳定剂3.6-6.4份、氰尿酸三聚氰胺5-8份、单硬脂酸甘油酯2.4-6.4份、石英砂2.4-4.8份、茂金属线性低密度聚乙烯2-6份、空心微珠2.4-8.4份、增韧剂0.8-3.2份、润滑剂0.6-2.4份；该发明的吸音效果较弱。
中国专利申请号201510613895.0公开了一种变压器用隔音壳体材料，属于材料领域。解决了现有变压器壳体材料隔音效果差的问题，其由以下重量份的原料组成：聚氨酯树脂30-40份，酚醛树脂20-30份，环氧丙烯酸树脂10-20份，玻璃纤维30-40份，硅酸铝棉10-20份，氢氧化铝20-30份，高岭土20-30份，硫酸钡2-8份，甲苯磺酸1-2份，磷酸1-3份，正己烷2-4份，十二烷基苯磺酸钠2-8份，抗氧剂0.3-1.4份。本发明机械性能强，隔音效果好，但是传热散热效果差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种变压器外壳材料，该壳体材料散热和减噪性能好，绝缘性能好，吸音效果优异。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂40-50份、丁腈橡胶20-30份、吸音材料10-20份、氮化铝8-16份、氧化镁4-8份、玻璃纤维10-15份、抗氧剂1-3份和硅烷偶联剂2-5份。
进一步的，所述吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉20-30份、沸石粉15-20份、硬脂酸1-2份、碳酸钙2-4份，水玻璃5-8份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.2-0.3倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至100-200目，然后在400-500℃下保温40-60min，即制备得到吸音材料。
进一步的，所述蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为100-200目。
进一步的，所述氮化铝和氧化镁的重量比为2：1。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DLTP和抗氧剂168中的一种。
进一步的，所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560和KH-570中的一种。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在150-170℃下混炼30-40min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼20-30min，然后在开炼机上混炼薄通1-2次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为140-150℃，压力为12-16MPa条件下，硫化5-10min，得到产品。
本发明的有益效果是：
1、本发明公开了一种变压器外壳材料，为了改善变压器外壳材料的散热性能、减噪性能和绝缘性能，对制备变压器外壳的原料进行了改进，制备的变压器外壳材料导热率为1.9-3.6W/（m·k），且力学性能优异，其中拉伸强度为21.0-33.8MPa，弯曲强度为93.4-98.5MPa，绝缘性能好，吸音效果优异。
2、制备变压器外壳材料中添加了吸音材料，其中吸音材料采用蛭石粉和沸石粉复配，蛭石和沸石均属于多孔材料，蛭石属于二维层状孔结构，以微孔为主，沸石属于三维孔道结构，中孔比较多，将蛭石和沸石复配，以水玻璃为黏合剂，可以拓宽吸音材料的吸音频率范围，而在加热过程中，碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳，而氧化钙与沸石和蛭石中的二氧化硅反应生成硅酸钙，使得材料中离子键增加，这样可加大材料的机械强度；此外碳酸钙分解生成的二氧化碳气体可与材料中的水蒸汽发生协同膨胀作用，使材料内部产生更多的微孔结构；同时硬脂酸中的C、H、O在高温下也会慢慢的分解，在吸引材料的内部产生微孔结构，从而提高变压器外壳材料的吸音性能。
3、原料中还添加了氮化铝、氧化镁作为导热材料，氮化铝的导热性能优异，绝缘性能好，但是成本偏高，在氮化铝中添加氧化镁混杂使用，更容易形成传热网链，从而提高导热率，降低成本。
4、原料中添加的玻璃纤维，可以增强变压器外壳材料的机械强度，而硅烷偶联剂可以增强无机填料与基体的界面相互作用，以增强壳体材料的力学性能，另外添加的抗氧剂，可以延缓变压器外壳材料中的聚合物的氧化进程，从而延长压器外壳材料的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步描述，本发明中采用的氮化铝为纳米氮化铝，采用的氧化镁为纳米氧化镁。
实施例1
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂40份、丁腈橡胶30份、吸音材料10份、氮化铝16份、氧化镁8份、玻璃纤维10份、抗氧剂1份和硅烷偶联剂5份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉30份、沸石粉15份、硬脂酸1份、碳酸钙2份，水玻璃5份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.2倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至100目，然后在400℃下保温60min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为100目。
其中抗氧剂为抗氧剂1010。
其中硅烷偶联剂为KH-550。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在150℃下混炼40min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼20min，然后在开炼机上混炼薄通1次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为140℃，压力为12MPa条件下，硫化10min，得到产品。
实施例2
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂42份、丁腈橡胶28份、吸音材料11份、氮化铝15份、氧化镁7份、玻璃纤维11份、抗氧剂2份和硅烷偶联剂4份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉28份、沸石粉16份、硬脂酸2份、碳酸钙3份，水玻璃6份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.25倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至120目，然后在420℃下保温55min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为120目。
其中抗氧剂为抗氧剂DLTP。
其中硅烷偶联剂为KH-560。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在155℃下混炼38min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼22min，然后在开炼机上混炼薄通2次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为145℃，压力为13MPa条件下，硫化9min，得到产品。
实施例3
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂44份、丁腈橡胶26份、吸音材料12份、氮化铝14份、氧化镁6份、玻璃纤维12份、抗氧剂3份和硅烷偶联剂3份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉26份、沸石粉17份、硬脂酸1.5份、碳酸钙4份，水玻璃7份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.3倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至140目，然后在440℃下保温50min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为140目。
其中抗氧剂为抗氧剂168。
其中硅烷偶联剂为KH-570。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在160℃下混炼36min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼24min，然后在开炼机上混炼薄通1次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为150℃，压力为14MPa条件下，硫化8min，得到产品。
实施例4
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂45份、丁腈橡胶25份、吸音材料15份、氮化铝12份、氧化镁6份、玻璃纤维13份、抗氧剂2份和硅烷偶联剂3份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉25份、沸石粉18份、硬脂酸1.5份、碳酸钙3份，水玻璃7份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.25倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至160目，然后在450℃下保温45min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为160目。
其中抗氧剂为抗氧剂1010。
其中硅烷偶联剂为KH-550。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在165℃下混炼35min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼25min，然后在开炼机上混炼薄通2次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为145℃，压力为15MPa条件下，硫化7min，得到产品。
实施例5
本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于：本实施例采用硅烷偶联剂KH-550对氮化铝、氧化镁和玻璃纤维进行表面改性，具体如下：
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂45份、丁腈橡胶25份、吸音材料15份、氮化铝12份、氧化镁6份、玻璃纤维13份、抗氧剂2份和硅烷偶联剂3份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉25份、沸石粉18份、硬脂酸1.5份、碳酸钙3份，水玻璃7份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.25倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至160目，然后在450℃下保温45min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为160目。
其中抗氧剂为抗氧剂1010。
其中硅烷偶联剂为KH-550。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅烷偶联剂KH-550加水稀释成质量分数为20%的KH-550溶液，将氮化铝、氧化镁和玻璃纤维移入高速混合器中，在1200r/min的转速搅拌下喷雾加入KH-550溶液，加入量为氮化铝和氧化镁重量的0.3倍，然后搅拌0.5h后，在100℃下干燥3h，得到改性氮化铝、改性氧化镁和改性玻璃纤维；
（2）将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在165℃下混炼35min，接着加入吸音材料、改性氮化铝、改性氧化镁、硅烷偶联剂和改性玻璃纤维，继续混炼25min，然后在开炼机上混炼薄通2次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为145℃，压力为15MPa条件下，硫化7min，得到产品。
实施例6
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂46份、丁腈橡胶24份、吸音材料16份、氮化铝10份、氧化镁5份、玻璃纤维14份、抗氧剂1份和硅烷偶联剂2份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉24份、沸石粉17份、硬脂酸1份、碳酸钙2份，水玻璃8份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.2倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至170目，然后在470℃下保温40min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为170目。
其中抗氧剂为抗氧剂DLTP。
其中硅烷偶联剂为KH-560。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在170℃下混炼34min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼26min，然后在开炼机上混炼薄通1次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为140℃，压力为16MPa条件下，硫化6min，得到产品。
实施例7
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂48份、丁腈橡胶22份、吸音材料18份、氮化铝9份、氧化镁4份、玻璃纤维15份、抗氧剂2份和硅烷偶联剂4份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉22份、沸石粉16份、硬脂酸2份、碳酸钙3份，水玻璃6份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.3倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至200目，然后在480℃下保温60min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为200目。
其中抗氧剂为抗氧剂168。
其中硅烷偶联剂为KH-560。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在155℃下混炼32min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼28min，然后在开炼机上混炼薄通1次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为140℃，压力为12MPa条件下，硫化5min，得到产品。
实施例8
一种变压器外壳材料，包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂50份、丁腈橡胶20份、吸音材料20份、氮化铝8份、氧化镁4份、玻璃纤维10份、抗氧剂3份和硅烷偶联剂5份。
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉20份、沸石粉15份、硬脂酸1份、碳酸钙4份，水玻璃6份。
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.3倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至170目，然后在500℃下保温55min，即制备得到吸音材料。
其中蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为170目。
其中抗氧剂为抗氧剂DLTP。
其中硅烷偶联剂为KH-570。
一种变压器外壳材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在155℃下混炼30min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼30min，然后在开炼机上混炼薄通2次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为150℃，压力为13MPa条件下，硫化8min，得到产品。
对比例1
对比例1与实施例4基本相同，不同之处在于：将原料中的氮化铝替换为氧化镁，其他原料与制备方法均与实施例4相同。
对比例2
对比例2与实施例4基本相同，不同之处在于：将原料中的氧化镁替换为氮化铝，其他原料与制备方法均与实施例4相同。
对比例3
对比例3与实施例4基本相同，不同之处在于：将吸音材料采用的原料中的蛭石粉替换为沸石粉，具体如下：
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：沸石粉43份、硬脂酸1.5份、碳酸钙3份，水玻璃7份。
（2）将称取的沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.25倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至160目，然后在450℃下保温45min，即制备得到吸音材料。
对比例4
对比例4与实施例4基本相同，不同之处在于：将吸音材料采用的原料中的沸石粉替换为蛭石粉，具体如下：
其中吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉43份、硬脂酸1.5份、碳酸钙3份，水玻璃7份。
（2）将称取的蛭石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.25倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至160目，然后在450℃下保温45min，即制备得到吸音材料。
性能测试
将本发明实施例1-8以及对比例1-4制备成标准试样，按照GB/T 1040.2-2006测试拉伸性能，按照GB/T 9341-2008测试弯曲性能，参照ASME D-5470-06测试热导率，采用驻波管法测定材料的隔音系数（频率1000Hz），结果见下表1。
表1 变压器外壳材料性能检测结果
由表1可知，本发明实施例1-8制备的变压器外壳材料热导率高，可达到1.9-3.6W/（m·k），而且力学性能优异，其中拉伸强度为21.0-33.8MPa，弯曲强度为93.4-98.5MPa，而且绝缘性能好，吸音效果优异。
实施例5是在实施例4的基础上对氮化铝、氧化镁和玻璃纤维进行表面改性，制备的变压器外壳材料的性能比实施例4优异，改性后的无机填料与基体的界面相互作用增强，热导率、机械性能以及隔音效果都会相应的增加。
而对比例1-2是在实施例4的基础上，对变压器外壳材料原料进行调整，对比例1是将原料中的氮化铝替换为氧化镁，对比例2是将氧化镁替换为氮化铝，但是对比例1和对比例2的热导率比实施例4低，说明氮化铝和氧化镁复配，可以增加热传导。
实施例3-4是在实施例4的基础上，对吸音材料采用的原料进行了调整，其中实施例3将蛭石粉替换为沸石粉，实施例4将沸石粉替换为蛭石粉，但是对比例3和对比例4的隔音效果比实施例4差，说明蛭石和沸石复配，能够增材料的吸音效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种变压器外壳材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：聚氨酯树脂40-50份、丁腈橡胶20-30份、吸音材料10-20份、氮化铝8-16份、氧化镁4-8份、玻璃纤维10-15份、抗氧剂1-3份和硅烷偶联剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种变压器外壳材料，其特征在于：所述吸音材料由以下步骤制备：
（1）所述吸音材料由以下重量份数的原料制备：蛭石粉20-30份、沸石粉15-20份、硬脂酸1-2份、碳酸钙2-4份，水玻璃5-8份；
（2）将称取的蛭石粉、沸石粉、硬脂酸和碳酸钙混合均匀后，加入原料总量0.2-0.3倍重量的水搅拌均匀，然后加入水玻璃混合均匀，烘干后粉碎至100-200目，然后在400-500℃下保温40-60min，即制备得到吸音材料。
3.根据权利要求2所述的一种变压器外壳材料，其特征在于：所述蛭石粉、沸石粉和碳酸钙的粒径均为100-200目。
4.根据权利要求1所述的一种变压器外壳材料，其特征在于：所述氮化铝和氧化镁的重量比为2：1。
5.根据权利要求1所述的一种变压器外壳材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DLTP和抗氧剂168中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种变压器外壳材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560和KH-570中的一种。
7.一种如权利要求1所述的变压器外壳材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将聚氨酯树脂、丁腈橡胶和抗氧剂加入混炼机中，在150-170℃下混炼30-40min，接着加入吸音材料、氮化铝、氧化镁、硅烷偶联剂和玻璃纤维，继续混炼20-30min，然后在开炼机上混炼薄通1-2次，得到胶片，将胶片放置在金属磨具中，置于硫化机上在温度为140-150℃，压力为12-16MPa条件下，硫化5-10min，得到产品。
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