CN108165009A - 一种电机用导热绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机用导热绝缘材料及其制备方法，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺20‑30份，聚烯烃10‑15份，酚醛树脂5‑10份，均聚丙树脂5‑10份，石墨烯1‑5份，无机添加剂5‑8份。利用挤出机对上述导热绝缘材料进行制备。本发明配方中各个组分在其特定的含量范围内具有协同作用，得到的材料在保持良好的绝缘性能的前提下，能够大幅提高材料的导热性能，其导热系数≥1.43W/(m·K)，可替代传统的导热绝缘材料，广泛应用于电机构件的制备中，具有良好的应用前景。

Description

一种电机用导热绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电机材料制备领域，具体涉及一种电机用导热绝缘材料及其制备方法。
背景技术
电机所采用的绝缘材料关系到电机运行的可靠性和运行寿命，随着科学技术的进步，对绝缘可靠性提出了更高的要求。为此必须开发和应用新型绝缘材料，最大限度地满足电气绝缘系统长期承受电、热、机械及各种苛刻运行工况的要求。
对于绝缘材料，由于没有电子流的运动，它们的导热性要比金属材料相差500-1000倍，到目前为止，还没有一种高分子材料同时具有好的导热性和绝缘性。目前国外高导热的绝缘材料仍是掺混型的，就是将某种又导热又绝缘的无机填料掺混到具有特定要求的绝缘材料中。
CN106633912A提供了一种电机的高导热绝缘材料，所述的绝缘新材料按照质量百分比计算，包括以下重量份：甲基乙烯基硅橡胶1-5份、增粘剂0.1-0.6份、云母2-5份、聚烯烃2-6份、聚酯长丝2-7份、瓷器1-10份、棉纱3-10份、石灰石2-15份和二氧化硅1-5份。
CN107189306A公开一种电机风叶用高导热绝缘AS材料及其制备方法，所述电机风叶用高导热绝缘AS材料各组份的配方为：AS树脂40-70份、导热材料30-60份、绝缘材料10-20份、增韧剂5-15份、偶联剂0.5-3份、相容剂2-5份、润滑剂0.5-1份、抗氧化剂0.5-2份。制备方法为：按照重量配比称取好配方中的导热材料和绝缘材料依次入高速混合机中进行表面处理后依次加入其它组分，经高速混合机充分搅拌混合，通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒、干燥后注塑成型、性能测试。
温度是导致绝缘材料的电性能、机械性能和寿命降低(绝缘材料的老化)以及绝缘件松动的重要原因，因此，绝缘材料的导热性必须满足要求。上述专利虽然均制备得到了导热绝缘材料，但其导热性仍然不足，有进一步提高的空间。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机用导热绝缘材料及其制备方法，在保证材料具有良好的绝缘性的前提下，大幅提高了材料的导热性能其导热系数≥1.43W/(m·K)，可替代传统的导热绝缘材料，广泛应用于电机构件的制备中，具有良好的应用前景。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种电机用导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺20-30份，聚烯烃10-15份，酚醛树脂5-10份，均聚丙树脂5-10份，石墨烯1-5份，无机添加剂5-8份。
根据本发明，按质量份计，所述导热绝缘材料中含有聚酰亚胺20-30份，例如可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量份计，所述导热绝缘材料中含有聚烯烃10-15份，例如可以是10份、11份、12份、13份、14份或15份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量份计，所述导热绝缘材料中含有酚醛树脂5-10份，例如可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量份计，所述导热绝缘材料中含有均聚丙树脂5-10份，例如可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量份计，所述导热绝缘材料中含有石墨烯1-5份，例如可以是1份、2份、3份、4份或5份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量份计，所述导热绝缘材料中含有无机添加剂5-8份，例如可以是5份、6份、7份或8份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，所述碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅的摩尔比为1:(0.5-1):(0.5-1)，例如可以是1:0.5:0.5、1:0.6:0.6、1:0.5:0.7、1:0.5:0.8、1:0.8:0.9、1:0.6:1、1:1:0.5或1:1:1，以及其他在范围内的比值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述材料还含有0.5-2份的氢化石油树脂，例如可以是0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份或2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
作为优选的技术方案，按质量份计，本发明所述导热绝缘材料包括以下组分：聚酰亚胺20-30份，聚烯烃10-15份，酚醛树脂5-10份，均聚丙树脂5-10份，石墨烯1-5份，氢化石油树脂0.5-2份，无机添加剂5-8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:(0.5-1):(0.5-1)。
作为优选的技术方案，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺22-28份，聚烯烃12-15份，酚醛树脂5-8份，均聚丙树脂5-8份，石墨烯1-3份，氢化石油树脂0.5-1份，无机添加剂5-8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:(0.5-1):(0.5-1)。
作为优选的技术方案，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺25份，聚烯烃12份，酚醛树脂8份，均聚丙树脂6份，石墨烯2份，氢化石油树脂1份，无机添加剂8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:1:1。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的导热绝缘材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和无机添加剂混合后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和可选的氢化石油树脂混合后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
根据本发明，步骤(1)与步骤(2)所述混合均在高速混合机中进行，所述高速混合机的转速为450-600r/min。
根据本发明，步骤(1)所述混合的温度为80-100℃，例如可以是80℃、83℃、85℃、88℃、90℃、93℃、95℃、98℃或100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(2)所述混合的温度为20-50℃，例如可以是20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(1)所述无机添加剂的粒径为-200目，即碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅的粒径为-200目。
本发明在双螺杆挤出机中制备上述导热绝缘材料。
根据本发明，所述挤出机的转速为200-500r/min，例如可以是200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述挤出造粒的温度200-250℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
作为优选的技术方案，本发明所述导热绝缘材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和粒径为-200目的无机添加剂加入高速混合机，控制转速为450-600r/min，在80-100℃下混合均匀，然后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和可选的氢化石油树脂加入高速混合机，控制转速为450-600r/min，在20-50℃下混合均匀，然后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)控制挤出机的转速为200-500r/min，温度为200-250℃，利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明配方中各个组分在其特定的含量范围内具有协同作用，得到的材料在保持良好的绝缘性能的前提下，能够大幅提高材料的导热性能，其导热系数≥1.43W/(m·K)，可替代传统的导热绝缘材料，广泛应用于电机构件的制备中，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺25份，聚烯烃12份，酚醛树脂8份，均聚丙树脂6份，石墨烯2份，氢化石油树脂1份，无机添加剂8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:1:1。
按照以下方法制备上述材料：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和粒径为-200目的无机添加剂加入高速混合机，控制转速为500r/min，在90℃下混合均匀，然后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和氢化石油树脂加入高速混合机，控制转速为500r/min，在25℃下混合均匀，然后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)控制挤出机的转速为450r/min，温度为230℃，利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
实施例2
本实施例提供一种导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺22份，聚烯烃15份，酚醛树脂8份，均聚丙树脂5份，石墨烯1份，氢化石油树脂1份，无机添加剂6份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:0.8:0.9。
按照以下方法制备上述材料：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和粒径为-200目的无机添加剂加入高速混合机，控制转速为600r/min，在100℃下混合均匀，然后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和可选的氢化石油树脂加入高速混合机，控制转速为450r/min，在50℃下混合均匀，然后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)控制挤出机的转速为300r/min，温度为250℃，利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
实施例3
本实施例提供一种导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺28份，聚烯烃12份，酚醛树脂5份，均聚丙树脂6份，石墨烯2份，氢化石油树脂1份，无机添加剂5份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:0.5:1。
按照以下方法制备上述材料：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和粒径为-200目的无机添加剂加入高速混合机，控制转速为480r/min，在80℃下混合均匀，然后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和可选的氢化石油树脂加入高速混合机，控制转速为550r/min，在30℃下混合均匀，然后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)控制挤出机的转速为500r/min，温度为200℃，利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
实施例4
本实施例提供一种导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺20份，聚烯烃10份，酚醛树脂5份，均聚丙树脂5份，石墨烯1份，氢化石油树脂0.5份，无机添加剂5份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:0.5:0.5。
制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例提供一种导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺30份，聚烯烃15份，酚醛树脂10份，均聚丙树脂10份，石墨烯5份，氢化石油树脂2份，无机添加剂8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:0.6:0.6。
制备方法同实施例1。
利用平板导热仪，按照GB T 22588-2008测试实施例1-5中得到的材料的导热系数，测试结果如表1所示。
表1
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电机用导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺20-30份，聚烯烃10-15份，酚醛树脂5-10份，均聚丙树脂5-10份，石墨烯1-5份，无机添加剂5-8份。
2.如权利要求1所述的导热绝缘材料，其特征在于，所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅。
3.如权利要求1或2所述的导热绝缘材料，其特征在于，所述碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅的摩尔比为1:(0.5-1):(0.5-1)。
4.如权利要求1-3任一项所述的导热绝缘材料，其特征在于，所述材料还含有0.5-2份的氢化石油树脂。
5.如权利要求1-4任一项所述的导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺20-30份，聚烯烃10-15份，酚醛树脂5-10份，均聚丙树脂5-10份，石墨烯1-5份，氢化石油树脂0.5-2份，无机添加剂5-8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:(0.5-1):(0.5-1)。
6.如权利要求1-5任一项所述的导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺22-28份，聚烯烃12-15份，酚醛树脂5-8份，均聚丙树脂5-8份，石墨烯1-3份，氢化石油树脂0.5-1份，无机添加剂5-8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:(0.5-1):(0.5-1)。
7.如权利要求1-6任一项所述的导热绝缘材料，其特征在于，按质量份计，所述材料包括以下组分：聚酰亚胺25份，聚烯烃12份，酚醛树脂8份，均聚丙树脂6份，石墨烯2份，氢化石油树脂1份，无机添加剂8份；所述无机添加剂为碳酸钙、二氧化钼和二氧化硅，摩尔比为1:1:1。
8.如权利要求1-7任一项所述的导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和无机添加剂混合后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和可选的氢化石油树脂混合后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)与步骤(2)所述混合均在高速混合机中进行；
优选地，所述高速混合机的转速为450-600r/min；
优选地，步骤(1)所述混合的温度为80-100℃；
优选地，步骤(2)所述混合的温度为20-50℃；
优选地，步骤(1)所述无机添加剂的粒径为-200目；
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机；
优选地，所述挤出机的转速为200-500r/min；
优选地，所述挤出造粒的温度200-250℃。
10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量，将聚酰亚胺、聚烯烃、石墨烯和粒径为-200目的无机添加剂加入高速混合机，控制转速为450-600r/min，在80-100℃下混合均匀，然后加入挤出机；
(2)按配方量，将酚醛树脂、均聚丙树脂和可选的氢化石油树脂加入高速混合机，控制转速为450-600r/min，在20-50℃下混合均匀，然后加入步骤(1)中的挤出机；
(3)控制挤出机的转速为200-500r/min，温度为200-250℃，利用挤出机进行挤出造粒，经过牵引、冷却、切粒得到电机用导热绝缘材料。
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