CN109575799A - 一种用于电力元器件散热的涂料及其制备方法 - Google Patents

一种用于电力元器件散热的涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及散热技术领域，尤其是涉及一种用于电力元器件的散热涂料及其制备方法。本发明电力元器件的散热涂料由以下质量分数计的原料制成:镍铬尖晶石粉体10‑20％、碳纳米管0‑5％、有机硅树脂75‑90％，其涂覆电力元器件表面后能够提高其表面的辐射率从而提高元器件的散热能力，降低工作温度，有利于延长元器件的工作寿命及电力设备的安全稳定运行。本发明涂料配方及制备方法简单，能够满足电力元器件的散热要求，有利于推广应用。

Description

一种用于电力元器件散热的涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及散热技术领域，尤其是涉及一种用于电力元器件的散热涂料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济快速发展和城镇化建设加快推进，社会用电负荷快速增长，输电母线和变压器上的电能密度不断提高，一些电力设备器件的温升有接近允许温升和超过温升极限的趋势，这将不仅影响设备的安全运行，还对设备绝缘性能和使用寿命造成不利影响。作为承载电流的元器件，其材质多为具有较高的热导率的铜材或铝材，但是其表面热辐射系数很低，在没有对流传热的条件下，汇集在电力元器件上的热量很难传递到周围的空气中。
为了提高电力元器件的散热效率，通过涂层技术改善基材的热辐射率是一种较为有效的途径。中国专利公开号CN102775865B提出一种散热涂料，包括以下各组分：纳米合金粉、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和交联剂。该发明所述的散热涂料涂敷在电子产品的散热片上虽然能够提升散热片的散热效果，但其散热效果仍不能满足对于工作温升一般不允许超过70K的电力元器件的散热要求。
故，现有技术具有较大的改进空间。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种用于电力元器件散热的涂料及其制备方法，该散热涂料涂覆电力元器件表面后能够提高其表面的辐射率从而提高元器件的散热能力，降低工作温度，有利于延长元器件的工作寿命及电力设备的安全稳定运行。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于电力元器件散热的涂料，由以下质量分数计的原料制成:镍铬尖晶石粉体10-20％、碳纳米管0-5％、有机硅树脂75-90％。
根据以上方案，所述镍铬尖晶石粉末16％、碳纳米管4％、有机硅树脂80％。
根据以上方案，所述镍铬尖晶石粉末的制备方法为：将NiO与Cr2O3粉体混合均匀后在压力机上压制成型，然后置于马弗炉中进行高温烧结，经气流粉碎得到镍铬尖晶石粉末。
根据以上方案，所述NiO与Cr2O3粉体按质量比为70-80：145-155进行配比混合。
根据以上方案，所述烧结温度为1100℃-1200℃，烧结时间为1-5h。
根据以上方案，所述碳纳米管为多壁纳米管，管径为20-100nm，长径比为20-100。
根据以上方案，所述用于电力元器件散热的涂料的制备方法包括：按重量比将镍铬尖晶石粉体、碳纳米管和有机硅树脂加入球磨机中，混合均匀即得散热涂料。
电力金属元器件的热导率一般为200～400W/mK，但空气的热导率只有0.02～0.03W/mK，并且金属的红外辐射率一般为0.5以下，抛光金属表面的红外辐射率更低。所以发热金属元器件向空气中的散热效果无论是从辐射还是从热传导上来讲，效果都是较差的。本发明采用NiO与Cr2O3粉体作为辐射填料原料，并按照70-80：145-155的质量配比进行高温烧结，获得具有高辐射率的NiCr2O4尖晶石相，将其粉碎后均匀分散在树脂基体中，使涂层红外发射率达0.9以上，将此涂层涂覆在金属元器件表面从而提高其辐射散热的性能。金属向涂层之间的热传导也是影响元器件最终散热效果的一个重要因素，树脂涂层的热导率为0.2-0.3W/mK，其虽比空气热导率高约一个数量级，但仍有巨大的提升空间。本发明选用具有大长径比、高热导率的碳纳米管，并将其均匀分散在涂料内，使其与镍铬尖晶石协同构建高效的导热网络，使涂层的最终热导率达到2～5W/mK，提升了电力元器件基材向涂层的导热能力。从而打通了发热元器件向涂层热传导、涂层向空气热辐射的整条散热通道，显著降低发热元器件的温度，达到散热目的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的散热涂料配方及制备方法简单，且能够满足电力元器件散热要求，有利于应用推广；
(2)本发明的散热涂料不仅具有较高的红外发射率，并且具有良好的热导率，这使金属基体上的热量能快速的传递到涂层并辐射出去，大大增强了散热效果；
(3)本发明的散热涂料具有较高的红外发射率，涂覆在电力元器件表面能显著提升器件的辐射散热能力，降低电力元器件的工作温度，有利于延长元器件的工作寿命及电力设备的安全稳定运行；
(4)本发明的散热涂料可采用刷涂或喷涂工艺，施工方便，且不影响电力元器件本身的性能。
附图说明
图1是散热涂层工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种用于电力元器件散热的涂料，由以下质量分数计的原料制成:镍铬尖晶石粉体10％、有机硅树脂90％。
所述镍铬尖晶石粉末的制备方法为：将NiO与Cr2O3粉体按质量比为70：145进行配比混合均匀后在压力机上压制成型，然后置于马弗炉中进行高温烧结，经气流粉碎得到镍铬尖晶石粉末；所述烧结温度为1100℃，烧结时间为1h。
其制备方法包括：按重量比将镍铬尖晶石粉体、有机硅树脂加入球磨机中，混合均匀即得散热涂料。
实施例2
一种用于电力元器件散热的涂料，由以下质量分数计的原料制成:镍铬尖晶石粉体16％、碳纳米管4％、有机硅树脂80％。
所述镍铬尖晶石粉末的制备方法为：将NiO与Cr2O3粉体按质量比为75：152进行配比混合均匀后在压力机上压制成型，然后置于马弗炉中进行高温烧结，经气流粉碎得到镍铬尖晶石粉末；所述烧结温度为1150℃，烧结时间为2.5h。
所述碳纳米管为多壁纳米管，管径为20nm，长径比为20。
其制备方法包括：按重量比将镍铬尖晶石粉体、碳纳米管和有机硅树脂加入球磨机中，混合均匀即得散热涂料。
实施例3
一种用于电力元器件散热的涂料，由以下质量分数计的原料制成:镍铬尖晶石粉体20％、碳纳米管5％、有机硅树脂75％。
所述镍铬尖晶石粉末的制备方法为：将NiO与Cr2O3粉体按质量比为80：155进行配比混合均匀后在压力机上压制成型，然后置于马弗炉中进行高温烧结，经气流粉碎得到镍铬尖晶石粉末；所述烧结温度为1200℃，烧结时间为5h。
所述碳纳米管为多壁纳米管，管径为60nm，长径比为60。
其制备方法包括：按重量比将镍铬尖晶石粉体、碳纳米管和有机硅树脂加入球磨机中，混合均匀即得散热涂料。
如附图1所示，本发明采用NiO与Cr2O3粉体作为辐射填料原料，按照70-80：145-155的质量配比进行高温烧结，获得具有高辐射率的镍铬尖晶石相，将其粉碎后均匀分散在树脂基体中，使涂层红外发射率达0.9以上；同时选用具有大长径比、高热导率的碳纳米管，并将其均匀分散在涂料内，使其与镍铬尖晶石协同构建高效的导热网络，打通了发热元器件向涂层热传导、涂层向空气热辐射的整条散热通道，显著降低发热元器件的温度，达到散热目的。
通过以下试验进一步验证本发明用于电力元器件散热的涂料的散热性能：
分别取尺寸为60mm×8mm×3000mm的铜母排、尺寸为60mm×6mm×
3000mm的铝母排各4个分别标注为铜1、铜2、铜3、铜4、铝1、铝2、铝3、铝4；其中铜4、铝4未涂散热涂料，铜1-3和铝1-3分别涂本发明实施例1-3中的散热涂料。对涂覆散热涂料并室温固化后的样品与未涂覆涂料的样品分别施加电流，采用热电偶贴附在样品表面，利用温度巡检仪实时监测母排的温升，测试结果见表1。
表1
样品 室温(℃) 平衡温度(℃) 温升变化(K)
铜1 25 50 25
铜2 25 44 19
铜3 25 46 21
铜4 25 66 41
铝1 25 53 28
铝2 25 48 23
铝3 25 50 25
铝4 25 79 54
其中，铜母排的通电电流为1050A，通电后当母排在3h内温升小于1℃则认为铜母排温升达到平衡；铝母排的通电电流为680A，通电后当铝母排在3h内温升小于1℃则认为母排温升达到平衡。
表1的结果表明，涂覆有本发明所述散热涂料的样品的平衡温度均远低于未涂散热涂料的样品，说明本发明所述用于电力元器件的散热涂料具有良好的散热效果。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种用于电力元器件散热的涂料，其特征在于，由以下质量分数计的原料制成:镍铬尖晶石粉体10-20％、碳纳米管0-5％、有机硅树脂75-90％。
2.根据权利要求1所述用于电力元器件散热的涂料，其特征在于，由以下质量分数计的原料制成：镍铬尖晶石粉末16％、碳纳米管4％、有机硅树脂80％。
3.根据权利要求1或2所述用于电力元器件散热的涂料，其特征在于，所述镍铬尖晶石粉末的制备方法为：将NiO与Cr2O3粉体混合均匀后在压力机上压制成型，然后置于马弗炉中进行高温烧结，经气流粉碎得到镍铬尖晶石粉末。
4.根据权利要求3所述用于电力元器件散热的涂料，其特征在于，所述NiO与Cr2O3粉体按质量比为70-80：145-155进行配比混合。
5.根据权利要求3所述用于散热涂料的镍铬尖晶石粉末，其特征在于，所述烧结温度为1100℃-1200℃，烧结时间为1-5h。
6.根据权利要求1所述用于电力元器件散热的涂料，其特征在于，所述碳纳米管为多壁纳米管，管径为20-100nm，长径比为20-100。
7.根据权利要求1所述用于电力元器件散热的涂料，其特征在于，所述用于电力元器件散热的涂料的制备方法包括：按重量比将镍铬尖晶石粉体、碳纳米管和有机硅树脂加入球磨机中，混合均匀即得散热涂料。
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