CN110669316B - 一种母线槽用绝缘材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种母线槽用绝缘材料，其技术方案要点包括如下重量份的组分：改性环氧树脂90‑100份；固化剂30‑50份；促进剂1.5‑2.8份；导热填料85‑90份；阻燃剂5‑8份；增韧剂9‑12份；所述导热填料由石墨烯、氮化铝和氮化硼复配而成。导热填料在聚合物基体中形成导热网络，进而提高绝缘材料的热导率，而改性环氧树脂与导热填料的亲和相容性好，有助于导热填料的均匀分布。

Description

一种母线槽用绝缘材料
技术领域
本发明涉及母线槽，特别涉及一种母线槽用绝缘材料。
背景技术
母线干线系统，简称母线槽，是低压供电系统中负责传输电能、分配电能的设备。由于母线槽具有载流能力大、防护等级高、分配电能方便、安全可靠等优点被广泛应用。现有母线槽存在各种不同的结构类型，其中浇注型母线槽采用绝缘树脂浇注密封，防护等级可达IP68，具有防水、防火、防腐、防爆的功能。
公告号为CN103384052B的中国专利公开了一种耐火浇注母线槽。该专利中采用的绝缘树脂便是环氧树脂，环氧树脂具有优良的电绝缘性、密封性能和力学性能，能够起到良好的防护作用。但是传统环氧树脂也是热的不良导体，导致母线槽散热性能不理想，有待改进。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种母线槽用绝缘材料，具有良好的导热性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种母线槽用绝缘材料，包括如下重量份的组分：
改性环氧树脂 90-100份；
固化剂 30-50份；
促进剂 1.5-2.8份；
导热填料 85-90份；
阻燃剂 5-8份；
增韧剂 9-12份；
所述改性环氧树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，先将20-24份乙二胺溶于80-90份乙醇中，控制温度25-30℃，接着分3次投入马来酸酐，每次投入13-16份，间隔2-3min，加完后继续反应1.5-2h，反应完成后蒸发回收乙醇，得到预产物；
第二步，将上述预产物溶于100-120份甲苯，加入0.5-0.9份醋酸镍，加热至100-105℃，反应1.5-2h，反应完成后减压蒸发回收甲苯，得到双马来酰亚胺；
第三步，将15-18份蓖麻油和15-18份DMF混合，加热至100-105℃，加入4-5份双马来酰亚胺，反应1-1.5h后加入3-3.5份马来酸酐，继续升温至130-135℃，反应2-3h后降温至50-60℃，再加入25-30份环氧树脂，持续搅拌30-40min后蒸发去除DMF，得到改性环氧树脂；
所述导热填料由石墨烯、氮化铝和氮化硼复配而成。
通过采用上述技术方案，环氧树脂的导热系数一般在0.2W/(m*K)，导热性能不良。而绝缘高分子材料的导热性能主要取决于材料内部是否形成导热通路，即整体导热性能是由填料自身的导热性能及其在高分子基体中的分布形式来决定的。填料加入量较少时，填料在高分子基体中以孤岛形式分布，继续增加填料填充量，填料在聚合物基体中便能形成导热链或导热网。
导热填料中，氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，具有优良的耐腐蚀性、电绝缘性和导热性；氮化铝为共价键化合物，室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢，还具有优良的导热性；石墨烯具有大的比表面积、高导热性和高纵横比的2D结构，较低的添加量便能助于聚合物形成渗透网络，进而形成导热网络。
此前，限制导热填料添加的因素有：随填料粒径减小或是填充量增大，导热性能提高，但更易在聚合物基体中发生团聚，进而使导热性能不升反降，如纳米级氮化铝导热系数可达320W/m*K，而普通氮化铝导热系数约为36 W/m*K。
为此，对环氧树脂改性处理，引入双马来酰亚胺基团，并引入蓖麻油中的基团，一方面引入更多的极性基团，提高环氧树脂自身的柔韧性和耐热性，消除因填料加入量过多而导致韧性下降的问题，并适当提高环氧树脂自身的热导率；另一方面导热填料与改性环氧树脂的亲和性提高，界面相容。因此导热填料容易在改性环氧树脂基体中分散，从而能加入更小粒径的导热填料并增大导热填料填充量，使得导热网络扩大，进而提高环氧树脂浇注料的导热性能，无需进行传统方式中利用硅烷偶联剂对导热填料进行表面改性的步骤。
本发明进一步设置为：所述导热填料还包括短切碳纤维。
本发明进一步设置为：所述导热填料还包括氧化铝。
通过采用上述技术方案，氧化铝结构紧密，高温稳定，且电学性能好，热导率约为25-30 W/m*K；短切碳纤维由碳纤维长丝短切形成，其具有优良的强度、电学、热学以及力学性能，导热填料由多种不同形状的物质组成，有利于导热网络的贯通形成。
本发明进一步设置为：所述固化剂的制备过程如下：按重量份计，先混合20-25份苯酚、10-12份桐油、0.2-0.4份酸催化剂，升温至105-110℃，反应3-4h后降温至30-40℃，再加入40-50份乙二胺，边搅拌边升温至75-85℃，接着加入18-20份甲醛，恒温反应1-2h，最后真空脱水，得到固化剂。
通过采用上述技术方案，桐油改性乙二胺固化剂，适用于本发明的改性环氧树脂，提高其固化速率。
本发明进一步设置为：所述促进剂为DMP-30。
通过采用上述技术方案，有助于提高固化速率。
本发明进一步设置为：所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸酯。
通过采用上述技术方案，提高绝缘材料的阻燃性能。
本发明进一步设置为：所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶。
通过采用上述技术方案，提高绝缘材料的韧性。
本发明进一步设置为：绝缘材料的制备方法包括如下步骤：
S1备料：改性环氧树脂作为A组分，固化剂、促进剂、导热填料、阻燃剂和增韧剂混合以作为B组分；
S2混料：将A组分预热至60-70℃，持续搅拌15-20min，边搅拌边加入B组分，反应25-30min，真空脱气后得到所需绝缘材料，直接进行浇注即可。
通过采用上述技术方案，制备方法简单、快速。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.环氧树脂为基体，加入具有优良导热性的填料，导热填料在聚合物基体中形成导热网络，进而提高绝缘材料的热导率；
2.环氧树脂及固化剂经过改性处理，使得聚合物基体的极性基团增多，自身的热导率、韧性各方面性能提高，且与导热填料的亲和相容性好，导热填料无需表面改性便能均匀分布在聚合物基体中，使得绝缘材料的导热性能提高。
附图说明
图1是实施例一至三的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
一种母线槽用绝缘材料，包括如下重量份的组分：
改性环氧树脂 90份；
固化剂 30份；
促进剂 1.5份，促进剂为DMP-30；
导热填料 85份，
阻燃剂 5份，阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸酯；
增韧剂 9份，增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶，购买自上海精醇化工科技发展有限公司。
导热填料包括15wt%石墨烯、35wt%氮化铝、15wt%氮化硼、10wt%短切碳纤维、25wt%氧化铝。石墨烯技术参数如下：单层率大于80%，片径D90为11-15μm；氮化铝为纳米级，粒度40nm；氮化硼为六方氮化硼，粒度3μm；短切碳纤维，长度2mm，单丝直径8μm；氧化铝为α-Al2O3，粒度10μm。
改性环氧树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，先将20份乙二胺溶于80份乙醇中，控制温度25℃，接着分3次投入马来酸酐，每次投入13份，间隔2min，加完后继续反应1.5h，反应完成后蒸发回收乙醇，得到预产物；
第二步，将上述预产物溶于100份甲苯，加入0.5份醋酸镍，加热至100℃，反应1.5h，反应完成后减压蒸发回收甲苯，得到双马来酰亚胺；
第三步，将15份蓖麻油和15份DMF混合，加热至100℃，加入4份双马来酰亚胺，反应1h后加入3份马来酸酐，继续升温至130℃，反应2h后降温至50℃，再加入25份环氧树脂，持续搅拌30min后蒸发去除DMF，得到改性环氧树脂。
环氧树脂型号为E-44，购买自无锡市品华化工有限公司。
固化剂的制备过程如下：按重量份计，先混合20份苯酚、10份桐油、0.2份冰醋酸，升温至105℃，反应3h后降温至30℃，再加入40份乙二胺，边搅拌边升温至75℃，接着加入18份甲醛，恒温反应1h，最后真空脱水，得到固化剂。
绝缘材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：
S1备料：按上述配方所述的重量份，改性环氧树脂作为A组分，固化剂、促进剂、导热填料、阻燃剂和增韧剂混合以作为B组分；
S2混料：将A组分预热至60℃，持续搅拌15min，边搅拌边加入B组分，反应25min，真空脱气后得到所需绝缘材料，直接进行浇注即可。
实施例二：
一种母线槽用绝缘材料，包括如下重量份的组分：
改性环氧树脂 100份；
固化剂 50份；
促进剂 2.8份，促进剂为DMP-30；
导热填料 90份，
阻燃剂 8份，阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸酯；
增韧剂 12份，增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶，购买自上海精醇化工科技发展有限公司。
导热填料包括15wt%石墨烯、35wt%氮化铝、15wt%氮化硼、10wt%短切碳纤维、25wt%氧化铝。石墨烯技术参数如下：单层率大于80%，片径D90为11-15μm；氮化铝为纳米级，粒度40nm；氮化硼为六方氮化硼，粒度3μm；短切碳纤维，长度2mm，单丝直径8μm；氧化铝为α-Al2O3，粒度10μm。
改性环氧树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，先将24份乙二胺溶于90份乙醇中，控制温度30℃，接着分3次投入马来酸酐，每次投入16份，间隔3min，加完后继续反应2h，反应完成后蒸发回收乙醇，得到预产物；
第二步，将上述预产物溶于120份甲苯，加入0.9份醋酸镍，加热至105℃，反应2h，反应完成后减压蒸发回收甲苯，得到双马来酰亚胺；
第三步，将18份蓖麻油和18份DMF混合，加热至105℃，加入5份双马来酰亚胺，反应1.5h后加入3.5份马来酸酐，继续升温至135℃，反应3h后降温至60℃，再加入30份环氧树脂，持续搅拌40min后蒸发去除DMF，得到改性环氧树脂。
环氧树脂型号为E-44，购买自无锡市品华化工有限公司。
固化剂的制备过程如下：按重量份计，先混合25份苯酚、12份桐油、0.4份冰醋酸，升温至110℃，反应4h后降温至40℃，再加入50份乙二胺，边搅拌边升温至85℃，接着加入20份甲醛，恒温反应2h，最后真空脱水，得到固化剂。
绝缘材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：
S1备料：按上述配方所述的重量份，改性环氧树脂作为A组分，固化剂、促进剂、导热填料、阻燃剂和增韧剂混合以作为B组分；
S2混料：将A组分预热至70℃，持续搅拌20min，边搅拌边加入B组分，反应30min，真空脱气后得到所需绝缘材料，直接进行浇注即可。
实施例三：
一种母线槽用绝缘材料，包括如下重量份的组分：
改性环氧树脂 95份；
固化剂 40份；
促进剂 2份，促进剂为DMP-30；
导热填料 88份，
阻燃剂 7份，阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸酯；
增韧剂 10份，增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶，购买自上海精醇化工科技发展有限公司。
导热填料包括15wt%石墨烯、35wt%氮化铝、15wt%氮化硼、10wt%短切碳纤维、25wt%氧化铝。石墨烯技术参数如下：单层率大于80%，片径D90为11-15μm；氮化铝为纳米级，粒度40nm；氮化硼为六方氮化硼，粒度3μm；短切碳纤维，长度2mm，单丝直径8μm；氧化铝为α-Al2O3，粒度10μm。
改性环氧树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，先将22份乙二胺溶于85份乙醇中，控制温度28℃，接着分3次投入马来酸酐，每次投入15份，间隔2.5min，加完后继续反应1.8h，反应完成后蒸发回收乙醇，得到预产物；
第二步，将上述预产物溶于110份甲苯，加入0.7份醋酸镍，加热至102℃，反应1.7h，反应完成后减压蒸发回收甲苯，得到双马来酰亚胺；
第三步，将16份蓖麻油和16份DMF混合，加热至102℃，加入4.5份双马来酰亚胺，反应1.2h后加入3.2份马来酸酐，继续升温至132℃，反应2.5h后降温至55℃，再加入28份环氧树脂，持续搅拌35min后蒸发去除DMF，得到改性环氧树脂。
环氧树脂型号为E-44，购买自无锡市品华化工有限公司。
固化剂的制备过程如下：按重量份计，先混合22份苯酚、11份桐油、0.3份冰醋酸，升温至108℃，反应3.5h后降温至35℃，再加入45份乙二胺，边搅拌边升温至80℃，接着加入19份甲醛，恒温反应1.5h，最后真空脱水，得到固化剂。
绝缘材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：
S1备料：按上述配方所述的重量份，改性环氧树脂作为A组分，固化剂、促进剂、导热填料、阻燃剂和增韧剂混合以作为B组分；
S2混料：将A组分预热至65℃，持续搅拌18min，边搅拌边加入B组分，反应28min，真空脱气后得到所需绝缘材料，直接进行浇注即可。
实施例四：
与实施三的区别在于，导热填料包括25wt%石墨烯、50wt%氮化铝、25wt%氮化硼。
对比例一：
与实施例三的区别在于，改性环氧树脂为环氧树脂E-44。
对比例二：
与实施例三的区别在于，不包括导热填料。
对比例三：
与实施例三的区别在于，导热填料为50份。
对比例四：
与实施例三的区别在于，改性环氧树脂为环氧树脂E-44，固化剂为乙二胺。
对比例五：
与实施例三的区别在于，改性环氧树脂为环氧树脂E-44，固化剂为乙二胺，导热填料为50份。
对比例六：
与实施例三的区别在于，改性环氧树脂为环氧树脂E-44，固化剂为乙二胺，不包括导热填料。
绝缘材料性能测试：
根据GB/T 1043.1-2008标准，测试各实施例及对比例绝缘材料的冲击强度，结果见表1。
根据ASTM D5470标准，使用热导率测试仪，测试各实施例及对比例绝缘材料的导热率，结果见表1。
表1 绝缘材料性能测试结果记录表
冲击强度(无缺口)kJ/m<sup>2</sup> 导热率W/m*K
实施例一 27.5 2.91
实施例二 28.1 2.97
实施例三 29.9 3.16
实施例四 25.3 3.04
对比例一 17.1 0.91
对比例二 35.4 0.23
对比例三 32.2 1.88
对比例四 19.2 1.12
对比例五 23.1 1.53
对比例六 26.7 0.19
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种母线槽用绝缘材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
改性环氧树脂 90-100份；
固化剂 30-50份；
促进剂 1.5-2.8份；
导热填料 85-90份；
阻燃剂 5-8份；
增韧剂 9-12份；
所述改性环氧树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，先将20-24份乙二胺溶于80-90份乙醇中，控制温度25-30℃，接着分3次投入马来酸酐，每次投入13-16份，间隔2-3min，加完后继续反应1.5-2h，反应完成后蒸发回收乙醇，得到预产物；
第二步，将上述预产物溶于100-120份甲苯，加入0.5-0.9份醋酸镍，加热至100-105℃，反应1.5-2h，反应完成后减压蒸发回收甲苯，得到双马来酰亚胺；
第三步，将15-18份蓖麻油和15-18份DMF混合，加热至100-105℃，加入4-5份双马来酰亚胺，反应1-1.5h后加入3-3.5份马来酸酐，继续升温至130-135℃，反应2-3h后降温至50-60℃，再加入25-30份环氧树脂，持续搅拌30-40min后蒸发去除DMF，得到改性环氧树脂；
所述导热填料由石墨烯、氮化铝、氮化硼、短切碳纤维和氧化铝复配而成；
所述固化剂的制备过程如下：按重量份计，先混合20-25份苯酚、10-12份桐油、0.2-0.4份酸催化剂，升温至105-110℃，反应3-4h后降温至30-40℃，再加入40-50份乙二胺，边搅拌边升温至75-85℃，接着加入18-20份甲醛，恒温反应1-2h，最后真空脱水，得到固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种母线槽用绝缘材料，其特征在于：所述促进剂为DMP-30。
3.根据权利要求1所述的一种母线槽用绝缘材料，其特征在于：所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸酯。
4.根据权利要求1所述的一种母线槽用绝缘材料，其特征在于：所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种母线槽用绝缘材料，其特征在于：绝缘材料的制备方法包括如下步骤：
S1备料：改性环氧树脂作为A组分，固化剂、促进剂、导热填料、阻燃剂和增韧剂混合以作为B组分；
S2混料：将A组分预热至60-70℃，持续搅拌15-20min，边搅拌边加入B组分，反应25-30min，真空脱气后得到所需绝缘材料，直接进行浇注即可。
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