CN108948659A - 一种超高耐电压环氧树脂绝缘板及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高耐电压环氧树脂绝缘板及其加工工艺,包括固化的环氧树脂组合物，所述环氧树脂组合物的组成成分按重量份数计为：环氧树脂75~95份、固化剂5~16份、无机填料：28~40份、橡胶添加剂8~17份；所述环氧树脂为结晶型环氧树脂；克服绝缘层压木打磨粉尘问题，采用橡胶添加剂包围无机填料分散在带结晶结构的环氧树脂中，可防止无机填料团聚，提高分散稳定性，固化剂与环氧树脂环氧基发生化学反应，形成网状立体聚合物，将无机填料包络在网状体中，使线型树脂交联成坚韧的体型形态，从而极大地改善耐电压性能，避免热导率偏差，提高电路耐久性和用电安全性。

Description

一种超高耐电压环氧树脂绝缘板及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种超高耐电压环氧树脂绝缘板及其加工工艺,属于绝缘环氧板技术领域。
背景技术
近几年来 ，我国电网建设规模越来越大，特高压长距离跨区输电已经成为发展的方向，是智能化电网的重要基础，然而近年来自然灾害频发，南方的雷雨天气无常，中东部冻雨引起的线路覆冰，北方及西部沙尘暴引起的大面积污染，这些都对安全可靠供电产生了不利的影响，经常出现因导线舞动引起的雷击闪络、覆冰闪络、污秽闪络等故障，同时输电线路电压等级越高，与之相对应的绝缘子串也就越长，因此对绝缘性能的要求也越高。
变压器用绝缘件的原料为层压木，绝缘件的生产过程中，将原料层压木进行切割、打孔工序，之后需要对切割边角进行打磨，现在常用的是用人工手工用砂纸对绝缘件进行打磨、生产效率低，同时需要的人员的要求较高，增加了生产成本；而且在打磨机工作过程中，工作人员会吸入过多的粉尘，影响其身体健康，或者粉尘进入打磨机的内部，影响打磨机内部各零件的正常运作，使得整个打磨机性能降低，缩短使用寿命；绝缘环氧板分子结构中含有活泼的环氧基团，在中温下机械性能高，在高湿下电气性能稳定，已成为研究热点，但其仍存在耐电压性能不高，存在辐射热热导率偏差的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种超高耐电压环氧树脂绝缘板及其加工工艺,克服绝缘层压木打磨粉尘问题，采用橡胶添加剂包围无机填料分散在带结晶结构的环氧树脂中，可防止无机填料团聚，提高分散稳定性，从而极大地改善耐电压性能，避免热导率偏差，提高电路耐久性和用电安全性。
本发明是通过如下的技术方案予以实现的：
一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，包括固化的环氧树脂组合物，所述环氧树脂组合物的组成成分按重量份数计为：环氧树脂75~95份、固化剂5~16份、无机填料：28~40份、橡胶添加剂8~17份；所述环氧树脂为结晶型环氧树脂。
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其中，所述固化剂为三乙烯四胺、二丙烯三胺、三甲基六亚甲基二胺、二氨甲基环已烷、孟烷二胺、二氨基二苯基砜、对羟基苯磺酸的一种或几种。
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其中，所述无机填料的组成成分按重量份数计为：三飞粉10~15份、氧化铝5~8份、二氧化硅5~12份、高岭土4~7份、滑石粉2~3份、硫酸钡2~4份、纳米氧化锆8~9份、硼砂1~2份和氧化铈1~3份。
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其中，所述橡胶添加剂的组成成分按重量份数计为：防老剂5~12份、活化剂6~10份、促进剂4~7份、加工助剂5~7份和增粘剂3~8份，所述防老剂为防老剂4010NA或防老剂NBC，所述活化剂为氧化铅或氧化镁，所述促进剂为促进剂MBTS或促进剂TMTM，所述加工助剂为乙烯基硅烷或三烯丙基氰脲酸酯，所述增粘剂为乙基纤维素。
一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其工艺步骤如下：
（1）在压力研磨机中按重量份数依次加入三飞粉10~15份、氧化铝5~8份、二氧化硅5~12份、高岭土4~7份、滑石粉2~3份、硫酸钡2~4份、纳米氧化锆8~9份、硼砂1~2份和氧化铈1~3份，研磨混合制得无机填料；
（2）按顺序依次加入重量份数计防老剂5~12份、活化剂6~10份、促进剂4~7份、加工助剂5~7份和增粘剂3~8份至搅拌釜中，一次混炼均匀制得橡胶添加剂；
（3）预热搅拌釜，按重量分数计取8~17份橡胶添加剂加入搅拌釜中，再分次加入无机填料28~40份，二次混炼均匀制得中间物；
（4）在反应釜中，将重量份数计75~95份结晶型环氧树脂加热至熔融状态，加入中间物搅拌均匀后，升温至半固化，加入固化剂5~16份搅拌均匀制得环氧树脂组合物；
（5）将熔融状态的环氧树脂组合物浇注在模具中并在模具内固化，随后开模脱膜， 裁切磨边制得环氧树脂绝缘板。
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其中，步骤（1）中搅拌速率为120~150r/min,研磨压力为1~10KG。
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其中，所述防老剂为防老剂4010NA或防老剂NBC，所述活化剂为氧化铅或氧化镁，所述促进剂为促进剂MBTS或促进剂TMTM，所述加工助剂为乙烯基硅烷或三烯丙基氰脲酸酯，所述增粘剂为乙基纤维素。
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其中，步骤（2）中搅拌温度为45~60℃，搅拌速率为65~80r/min，搅拌时间为1~2h；步骤（3）中搅拌温度为55~65℃，搅拌速率为45~65r/min，搅拌时间为1~2h；
上述一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其中，步骤（4）中搅拌速率为50~70r/min，半固化温度为115~118℃。
本发明的有益效果为：
本发明采用独特的配方和加工工艺，（1）采用环氧树脂作为基体，加入橡胶添加剂，能够改善无机填料的分散稳定性，可使耐电压性能获得极大的改善；（2）以固化剂与环氧树脂环氧基发生化学反应，形成网状立体聚合物，将无机填料包络在网状体中，使线型树脂交联成坚韧的体型形态；（3）采用包含结晶结构的环氧树脂，可以提高辐射环氧树脂绝缘板的热导率；（4）采用橡胶添加剂，能够包围无机填料并分散在环氧树脂中，从而防止无机填料团聚，不会发生热导率的偏差。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1：
一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其工艺步骤如下：
（1）在压力研磨机中按重量份数依次加入三飞粉8份、氧化铝7份、二氧化硅11份、高岭土5份、滑石粉3份、硫酸钡3份、纳米氧化锆8份、硼砂2份和氧化铈1份，研磨混合制得无机填料；
搅拌速率为120~150r/min,研磨压力为1~10KG，
（2）按顺序依次加入重量份数计防老剂7份、活化剂10份、促进剂5份、加工助剂7份和增粘剂6份至搅拌釜中，一次混炼均匀制得橡胶添加剂；
所述防老剂为防老剂4010NA，所述活化剂为氧化铅，所述促进剂为促进剂MBTS，所述加工助剂为三烯丙基氰脲酸酯，所述增粘剂为乙基纤维素；搅拌温度为48℃，搅拌速率为69r/min，搅拌时间为1h；
（3）预热搅拌釜，按重量分数计取15份橡胶添加剂加入搅拌釜中，再分次加入无机填料33份，二次混炼均匀制得中间物；
搅拌温度为62℃，搅拌速率为49r/min，搅拌时间为2h；
（4）在反应釜中，将重量份数计82份结晶型环氧树脂加热至熔融状态，加入中间物搅拌均匀后，升温至半固化，搅拌速率为60r/min，半固化温度为116℃，加入固化剂14份搅拌均匀制得环氧树脂组合物；
所述固化剂为三甲基六亚甲基二胺7份、对羟基苯磺酸7份的混合物；
（5）将熔融状态的环氧树脂组合物浇注在模具中并在模具内固化，随后开模脱膜， 裁切磨边制得环氧树脂绝缘板。
实施例2~7，按下表替换实施例1中相应成分和条件：
步骤（1）中：
序号/成分（份）/条件 三飞粉 氧化铝 二氧化硅 高岭土 滑石粉 硫酸钡 纳米氧化锆 硼砂 氧化铈 搅拌速率（r/min） 研磨压力（KG）
实施例2 12 6 5 7 2 2 8 1 3 130 2
实施例3 10 7 11 6 1 2 9 1 1 125 3
实施例4 11 6 12 7 3 4 8 2 2 130 5
实施例5 13 8 8 4 2 3 8 1 3 120 3
实施例6 14 5 6 4 3 4 9 2 1 120 6
实施例7 15 5 11 5 1 3 9 2 2 140 4
步骤（2）中：
序号/成分（份）/条件 防老剂4010NA 防老剂NBC 氧化铅 氧化铅 促进剂MBTS 促进剂TMTM 乙烯基硅烷 三烯丙基氰脲酸酯 乙基纤维素 搅拌温度（℃） 搅拌速率（r/min） 搅拌时间（h）
实施例2 8 0 6 0 0 6 0 5 3 48 65 1.2
实施例3 0 10 0 7 0 6 5 0 7 50 70 1.5
实施例4 0 11 0 9 5 0 0 6 6 56 65 1
实施例5 12 0 10 0 4 0 6 0 4 47 80 2
实施例6 0 8 8 0 0 6 7 0 5 55 68 1.2
实施例7 9 0 0 8 0 7 0 7 5 52 75 1.4
步骤（3）~（5）中：
序号/成分（份）/条件 橡胶添加剂 无机填料 （3）搅拌温度（℃） （3）搅拌速率（r/min） （3）搅拌时间（h） 结晶型环氧树脂 （4）搅拌速率（r/min） 半固化温度（℃） 固化剂
实施例2 15 28 58 48 1 88 50 116 三乙烯四胺15份
实施例3 8 32 60 60 1.2 89 55 116 二丙烯三胺13份
实施例4 12 34 62 55 1.4 90 65 117 丙烯三胺5份、三甲基六亚甲基二胺7份
实施例5 9 35 59 62 2 92 60 118 二氨甲基环已烷5份、孟烷二胺6份
实施例6 13 29 65 52 1 93 70 115 二氨基二苯基砜2份、对羟基苯磺酸4份、三甲基六亚甲基二胺7份
实施例7 14 40 64 45 1.6 77 60 118 三乙烯四胺4份、二丙烯三胺3份、孟烷二胺4份
本发明的机理为：
所述环氧树脂为结晶型环氧树脂JERYX4000H，购自于湖南冠钧电子工业科技有限公司，熔点在138~146℃，环氧当量为170-180g/eq；结晶型环氧树脂在熔点温度以上显示出高流动和低粘度特性，使固化后具有优良的耐热性、耐水形和电气性能；
固化剂中三乙烯四胺TETA，H2NC2H4NHC2H4NHC2H4NH2，分子量为146，活泼氢当量24.3，无色粘稠；二丙烯三胺DPTA，H2N（CH2）3NH（CH2）3NH2，分子量131，活泼氢当量26，浅黄色液体；三甲基六亚甲基二胺TMD，（H2N）2（C6H9）（CH3）3无色液体；二氨甲基环已烷1,3BACC260，（H2NCH2）2C6H8，棕色液体；孟烷二胺MDA，（CH3）（H2N）C6H8C（CH3）2NH2，分子量169，活泼氢当量42.2，浅黄色液体；二氨基二苯基砜DDS，HT-976「（NH2）C6H4」2SO2，分子量248，活泼氢当量62，熔点175℃；固化剂与环氧树脂环氧基发生化学反应，形成网状立体聚合物，将无机填料包络在网状体中，使线型树脂交联成坚韧的体型形态；
采用三飞粉主要成分是Ca(OH)2，活性比普通碳酸钙大；高岭土含有铁碱金属、碱土金属，可使环氧树脂基料表面光滑，提高拉伸强度、定伸应力和抗撕裂性能；滑石粉防止高度蠕变，改善尺寸稳定性；硫酸钡、氧化铈改善其着色性能；具有增韧补强的作用，可改善环氧树脂母料的流变性，提高其成型性，在混炼过程中，锁链状的链被打断，会形成大量高活性表面或高活性点，它们与长链形成键连结，不仅分散性好，而且大大增强了补强作用，提高环氧树脂的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予环氧树脂滞热性；纳米氧化锆，常温下为绝缘体、可以极大地提高材料的性能参数，提高其断裂韧性、抗弯强度 ，硼砂起缓冲作用；
防老剂4010NA，促进剂MBTS为二硫化二苯并噻唑C14H8N2S4，有显著的后效性，可减少早期交联倾向，与碱性物质配伍使其活化；防老剂NBC二丁基二硫代氨基甲酸镍，易分散，可提高日光老化防护效能；促进剂TMTM为一硫化四甲基秋兰姆C6H12N2S3，具有抗焦烧性能；氧化铅或氧化镁可增加促进剂活性，提高耐热性和交联性；乙烯基硅烷用于降低门尼粘度，改善加工性能和耐磨性；三烯丙基氰脲酸酯TAC含有三嗪六元环，可以赋予材料良好的耐热性能与机械强度，提高交联密度；乙基纤维素EC热稳定性好，具有粘合、填充等作用； 对羟基苯磺酸C6H6O4S，分子量为174.17，用于树脂固化。
采用环氧树脂作为基体，加入橡胶添加剂，能够改善无机填料的分散稳定性，可使耐电压性能获得极大的改善，能够包围无机填料并分散在环氧树脂中，从而防止无机填料团聚，不会发生热导率的偏差，以固化剂与环氧树脂环氧基发生化学反应，形成网状立体聚合物，将无机填料包络在网状体中，使线型树脂交联成坚韧的体型形态，从而提高电路耐久性和用电安全性。
将上述实施例1-7中制得的环氧树脂绝缘板，与相同厚度的层压木和市购绝缘环氧板测试指标比较如下：
序号 耐电弧（s） 冲击强度（ks/m2） 弯曲强度（MPa） 介电强度（MV/m） 吸水性（mg） 热导率（w/mk）
实施例1 210 98 178 14.5 0.1 0.215
实施例2 220 99 182 16.2 0.3 0.216
实施例3 215 102 180 15.7 0.1 0.221
实施例4 218 103 181 14.9 0 0.211
实施例5 211 97 179 15.1 0.4 0.213
实施例6 210 98 189 15.3 0.6 0.219
实施例7 215 99 179 15.9 0.2 0.215
实施例8 219 92 185 14.8 0.2 0.214
绝缘环氧板 154 45 75 9.4 1.2 0.156
层压木 121 62 138 5.6 21 0.038
由此可见，本发明克服绝缘层压木打磨粉尘问题，采用橡胶添加剂包围无机填料分散在带结晶结构的环氧树脂中，可防止无机填料团聚，提高分散稳定性，从而极大地改善耐电压性能，避免热导率偏差，提高电路耐久性和用电安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，包括固化的环氧树脂组合物，其特征为，所述环氧树脂组合物的组成成分按重量份数计为：环氧树脂75~95份、固化剂5~16份、无机填料：28~40份、橡胶添加剂8~17份；所述环氧树脂为结晶型环氧树脂。
2.如权利要求1所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，所述固化剂为三乙烯四胺、二丙烯三胺、三甲基六亚甲基二胺、二氨甲基环已烷、孟烷二胺、二氨基二苯基砜、对羟基苯磺酸的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，所述无机填料的组成成分按重量份数计为：三飞粉10~15份、氧化铝5~8份、二氧化硅5~12份、高岭土4~7份、滑石粉2~3份、硫酸钡2~4份、纳米氧化锆8~9份、硼砂1~2份和氧化铈1~3份。
4.如权利要求1~3任意一项所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，所述橡胶添加剂的组成成分按重量份数计为：防老剂5~12份、活化剂6~10份、促进剂4~7份、加工助剂5~7份和增粘剂3~8份，所述防老剂为防老剂4010NA或防老剂NBC，所述活化剂为氧化铅或氧化镁，所述促进剂为促进剂MBTS或促进剂TMTM，所述加工助剂为乙烯基硅烷或三烯丙基氰脲酸酯，所述增粘剂为乙基纤维素。
5.一种超高耐电压环氧树脂绝缘板的加工工艺，其特征为，其工艺步骤如下：
（1）在压力研磨机中按重量份数依次加入三飞粉10~15份、氧化铝5~8份、二氧化硅5~12份、高岭土4~7份、滑石粉2~3份、硫酸钡2~4份、纳米氧化锆8~9份、硼砂1~2份和氧化铈1~3份，研磨混合制得无机填料；
（2）按顺序依次加入重量份数计防老剂5~12份、活化剂6~10份、促进剂4~7份、加工助剂5~7份和增粘剂3~8份至搅拌釜中，一次混炼均匀制得橡胶添加剂；
（3）预热搅拌釜，按重量分数计取8~17份橡胶添加剂加入搅拌釜中，再分次加入无机填料28~40份，二次混炼均匀制得中间物；
（4）在反应釜中，将重量份数计75~95份结晶型环氧树脂加热至熔融状态，加入中间物搅拌均匀后，升温至半固化，加入固化剂5~16份搅拌均匀制得环氧树脂组合物；
（5）将熔融状态的环氧树脂组合物浇注在模具中并在模具内固化，随后开模脱膜， 裁切磨边制得环氧树脂绝缘板。
6.如权利要求5所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，步骤（1）中搅拌速率为120~150r/min,研磨压力为1~10KG。
7.如权利要求5所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，所述防老剂为防老剂4010NA或防老剂NBC，所述活化剂为氧化铅或氧化镁，所述促进剂为促进剂MBTS或促进剂TMTM，所述加工助剂为乙烯基硅烷或三烯丙基氰脲酸酯，所述增粘剂为乙基纤维素。
8.如权利要求5所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，步骤（2）中搅拌温度为45~60℃，搅拌速率为65~80r/min，搅拌时间为1~2h；步骤（3）中搅拌温度为55~65℃，搅拌速率为45~65r/min，搅拌时间为1~2h；
如权利要求1所述的一种超高耐电压环氧树脂绝缘板，其特征为，步骤（4）中搅拌速率为50~70r/min，半固化温度为115~118℃。
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