CN112029346A - 一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层及其制备方法与应用，属于电气绝缘材料领域，由组分A与固化剂配制而成，其中，组分A由以下重量份数的原料组成：氟碳树脂100份；乙酸丁酯100份；复合阻燃剂30～80份；耐漏电起痕剂20～80份；分散剂0.2～1份。扩大了氟碳涂料在电力设备外绝缘领域的应用，兼具优异的耐漏电起痕和阻燃性能，能够抵抗电痕破坏并提供安全保障。该涂层是一种具有良好阻燃效果的耐漏电起痕与耐电蚀损的氟碳涂层，能够抵挡电蚀及其带来的高温破坏，开拓了氟碳涂料在电力设备外绝缘方面的应用领域。

Description

一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于电气绝缘材料领域，具体涉及一种高阻燃耐漏电起痕和耐电蚀损的氟碳涂层。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
与传统的玻璃、陶瓷等无机绝缘材料相比，聚合物绝缘材料由于其具有质量轻、成本低、机械性能好以及疏水防污性能等，逐渐成为一种备受关注的绝缘材料。聚合物绝缘材料在使用运行过程中不可避免地承受着温湿度、电场、机械外力、有害气体、灰尘和辐照等各种因素的综合作用，这些因素促进或加速了聚合物材料的老化，导致绝缘性能失效，缩短绝缘寿命。近年来，随着电力电子技术的高速发展，以及环境污染的日益严重，有机聚合物绝缘材料的运行环境更加严酷。聚合物绝缘材料在户外或严酷环境中运行往往受到盐露、灰尘、水分等污秽物的污染,在其表面形成电解质,在电场作用下,在聚合物表面出现一种特殊放电破坏现象——漏电起痕破坏现象，轻则导致绝缘退化，重则引起材料烧蚀，带来火灾隐患。除仅聚四氟乙烯、硅橡胶、脂环族环氧的酸酐固化物以外，大部分聚合物绝缘材料的耐漏电起痕性能都较差，因而限制了其在电子电器、输电工程、外绝缘等对耐漏电起痕性能及阻燃性能要求较高的领域的应用。
目前，关于提高硅橡胶耐漏电起痕性能的研究较多，而对于改善其他聚合物绝缘材料的耐漏电起痕性能的研究极少。FEVE作为氟碳树脂与氟碳涂料的一大分支，属于溶剂型常温固化氟碳树脂，大多指三氟氯乙烯或四氟乙烯与烷基乙烯基醚(酯)的共聚树脂。氟碳树脂及氟碳涂料由于其具有超耐候、重防腐、抗沾污、阻燃抗菌等多种独特功能，通常应用于钢结构防腐涂料、建筑外墙涂料、航天航空用漆以及高耐候装饰性面漆等涂料行业，而发明人发现：对于氟碳涂料在电气设备外绝缘领域的应用研究较少，氟碳涂层的耐漏电起痕和耐电蚀损以及阻燃性能的研究更是寥寥无几。
发明内容
本发明的目的是针对开拓氟碳涂层在户外或严酷环境下绝缘领域的应用，提供了一种阻燃性耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层。扩大了氟碳涂料在电力设备外绝缘领域的应用，兼具优异的耐漏电起痕和阻燃性能，能够抵抗电痕破坏并提供安全保障。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，由组分A与固化剂配制而成，其中，组分A由以下重量份数的原料组成：氟碳树脂100份；乙酸丁酯100份；复合阻燃剂30～80份；耐漏电起痕剂20～80份；分散剂0.2～1份。
本发明使用的FEVE氟碳树脂分子结构中的C-H与C-F键具有较高的键能，主链及侧链中不含有芳香共轭结构，即使聚合物发生热分解也只是形成CO2等挥发性气体，而不形成较多的残留导电性石墨碳；复合阻燃剂与耐漏电起痕剂对改善氟碳树脂的阻燃性能与耐漏电起痕性能具有良好的协同作用，这是由于它们本身或具有较高的耐电蚀能力，或减少电蚀产生的热量，或将热量及时传导避免形成热量集中，彼此功能配合、相互促进，均能减少聚合物的热降解碳化现象。
本发明的第二个方面，提供了一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层的制备方法，包括：
将分散剂加入至乙酸丁酯中，然后加入复合阻燃剂与耐漏电起痕剂分散均匀，得到分散液；
将所述分散液与氟碳树脂共混研磨，过筛，得到组分A；
将所述组分A与固化剂混合均匀，得到高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层。
本发明的制备方法简单、成本低、实用性强，易于推广。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层在电子电器、输电工程、外绝缘领域的应用。
由于本申请的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层具有良好阻燃效果、耐漏电起痕及耐电蚀损性能，因而能够满足电子电器、输电工程、外绝缘等领域对耐漏电起痕性能及阻燃性能的要求，因此，有望在上述领域得到广泛应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供了一种具有良好阻燃效果的耐漏电起痕与耐电蚀损的氟碳涂层，能够抵挡电蚀及其带来的高温破坏，开拓了氟碳涂料在电力设备外绝缘方面的应用领域；
(2)本发明使用的FEVE氟碳树脂分子结构中的C-H与C-F键具有较高的键能，主链及侧链中不含有芳香共轭结构，即使聚合物发生热分解也只是形成CO2等挥发性气体，而不形成较多的残留导电性石墨碳；
(3)本发明中的复合阻燃剂与耐漏电起痕剂对改善氟碳树脂的阻燃性能与耐漏电起痕性能具有良好的协同作用，这是由于它们本身或具有较高的耐电蚀能力，或减少电蚀产生的热量，或将热量及时传导避免形成热量集中，彼此功能配合、相互促进，均能减少聚合物的热降解碳化现象；
(4)本发明提供的高阻燃耐漏电起痕或耐电蚀损的氟碳涂层，分散性良好，氟碳树脂实现充分交联，有利于形成致密的阻梗层，抑制氟碳树脂的降解，从而提高耐漏电起痕性能；
(5)本发明提供的高阻燃耐漏电起痕或电蚀损的氟碳涂层，阻燃等级可达UL94-V1级及以上，耐漏电起痕性能可通过1A2.5级及以上。
(6)本发明的制备方法简单、成本低、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层,是由相应的氟碳涂料经真空抽取消泡，浇注至特定模具中，经过室温固化24-48h所制得的厚度为2-4mm的试样。
所述氟碳涂料，是由组分A与固化剂按照100：(4～8)的比例混合，搅拌10-30min所得。所述组分A由以下重量份数的原料组成：
氟碳树脂 100份；
乙酸丁酯 100份；
复合阻燃剂 30～80份；
耐漏电起痕剂 20～80份；
分散剂 0.2～1份。
优选的，所述涂料组分A是由以下重量份数的原料组成：
氟碳树脂 100份；
乙酸丁酯 100份；
复合阻燃剂 40～60份；
耐漏电起痕剂 30～50份；
分散剂 0.3～0.5份。
所述组分A的制备方法为，将分散剂加入至乙酸丁酯中，然后加入复合阻燃剂与耐漏电起痕剂进行大功率超声分散30min-60min，然后将分散液倒入研磨机中与氟碳树脂共混研磨3h-6h，后经1000目超细筛网进行涂料过筛制得。
所述氟碳树脂为溶剂型FEVE树脂，优选的，所述氟碳树脂为三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚的共聚树脂、三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯的共聚树脂、四氟乙烯-烷基乙烯基醚的共聚树脂、四氟乙烯-烷基乙烯基酯的共聚树脂。与聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)以及聚氟乙烯(PVF)相比，FEVE树脂能够溶于有机溶剂，并实现常温条件下固化，提供了颜填料在树脂溶液中的良好分散性；涂膜对底材有良好的附着力；具有可重涂性。此外，FEVE树脂还具有超常的耐候性、突出的耐腐蚀性、优异的耐化学药品性、良好的抗沾污性、耐冲洗性等系列性能。
优选的，所述氟碳树脂为四氟乙烯-烷基乙烯基醚(酯)的共聚树脂，优选的，为大金公司FEVE氟碳树脂ZEFFLE GK系列。由于C-F键极小的原子半径和强的键能，赋予了FEVE树脂的耐候性、自洁性、耐药品溶剂性、防水防油性、不粘性、低折射率等优异的性能，四氟型FEVE树脂是不含氯的环保型树脂，其原子链周围被C-F键紧紧围绕，具有超高耐候性与耐久性，在常温下可以实现硬化，可以现场施工，涂层可修复能力强，光泽度达80以上。
所述复合阻燃剂由三部分组成，分别为包覆红磷、硼酸盐、金属化合物，三者质量比例为1:1：(3～8)。所述硼酸盐为硼酸锌、硼酸铝、硼酸钠或几种的混合物等；所述金属化合物为氧化锑、氧化锌、氮化硼、氮化铝、水合氧化铝、水合氧化镁或几种的混合物。包覆红磷的阻燃效率高、添加量少、且具有较高的耐漏电起痕指数(CTI)，通过包覆工艺提高了其与树脂相容性好。硼酸盐系属于低熔点化合物，受热时能形成玻璃态无机膨胀涂层覆盖于聚合物表面，并能在高温下脱水，具有吸热、发泡和稀释可燃气体的作用。硼酸盐在较低温度下发生熔融现象，形成连续的玻璃陶瓷层，起到“助熔剂”利用，与金属化合物能起到协效作用，有效抵挡高压放电对聚合物的电击击穿作用，从而在起到阻燃效果的基础上使得聚合物的耐漏电起痕及电蚀损性能有所改善。金属化合物进行阻燃主要利用了其吸热、导热性良好的特点。氧化锑熔融后能在聚合物表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应降低了燃烧温度，还可与其他阻燃剂起到协效作用。氧化锌、水合氧化铝、水合氧化镁则吸热分解，释放结晶水，分解形成的氧化物性能稳定，热传导系数高，能够将热量及时传导出去。氮化硼、氮化铝则是较好的耐热冲击材料，导热性好，能快速将热量进行分散，避免集中受热。阻燃剂的复合使用，可以达到吸热阻燃、气相阻燃以及凝聚相阻燃的同步协效进行。
所述耐漏电起痕剂为聚四氟乙烯微粉、聚甲基丙烯酸甲酯微粉、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐或几种的混合物。上述几种物质本身均具有较高的耐漏电起痕指数，并且可以提高材料的电绝缘性能，而且三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐本身属于高效的氮磷系阻燃剂，亦能发挥一定的阻燃功效。
所述分散剂为BYK163，能够在填料上形成持久的吸附层，提高填料的分散性与基体之间的相容性。
所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯、HDI三聚体异氰酸酯、三聚氰酰胺。优选为HDI三聚体异氰酸酯。选取HDI三聚体固化剂与基体填料体系的相容性较好，活性高，所制得的涂料粘度更低，更易于制成高固体组分涂料，涂料的耐候性较好，涂料的硬度稍高。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，分散剂为BYK163分散剂；
氟碳树脂为大金公司FEVE氟碳树脂GK-570。
实施例1
将0.2质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入50质量份的复合阻燃剂(10质量份的硼酸锌+10质量份的包覆红磷+30质量份的氢氧化铝)与20质量份的三聚氰胺聚磷酸盐，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨3h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与12质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，取200g浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化24h所制得的厚度为2mm的圆盘试样，以裁剪耐漏电起痕试验用试样。取130g浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化24h所制得的厚度为1.3mm的圆盘试样，以裁剪阻燃测试试样。
性能测试方法
(1)按照阻燃材料标准UL-94-1985标准进行测试氟碳涂层的阻燃性能；
(2)按照GB/T6553-2003进行氟碳涂层试样的耐漏电起痕试验。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级可达UL94-V0级，耐漏电起痕性能可通过1A3.5级。
实施例2
将0.5质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入80质量份的复合阻燃剂(16质量份的硼酸锌+16质量份的包覆红磷+48质量份的氢氧化铝)与30质量份的聚甲基丙烯酸甲酯微粉，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨4h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与16质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化24h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级可达UL94-V0级，耐漏电起痕性能可通过1A4.5级。
实施例3
将0.3质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入30质量份的复合阻燃剂(6质量份的硼酸锌+6质量份的包覆红磷+18质量份的氢氧化铝)与40质量份的三聚氰胺聚磷酸盐，大功率超声分散40min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨4h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与16质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化24h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级可达UL94-V1级，耐漏电起痕性能可通过1A4.5级。
实施例4
将0.3质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入60质量份的复合阻燃剂(12质量份的硼酸锌+12质量份的包覆红磷+36质量份的氢氧化铝)与50质量份的三聚氰胺焦磷酸盐，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨3h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与18质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化36h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级可达UL94-V0级，耐漏电起痕性能可通过1A4.5级。
实施例5
将0.4质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入40质量份的复合阻燃剂(8质量份的硼酸锌+8质量份的包覆红磷+24质量份的氢氧化铝)与70质量份的三聚氰胺聚磷酸盐，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨4h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与16质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化48h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级可达UL94-V0级，耐漏电起痕性能可通过1A4.5级。
实施例6
将0.2质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入40质量份的复合阻燃剂(8质量份的硼酸锌+8质量份的包覆红磷+24质量份的氢氧化铝)与25质量份的三聚氰胺氰尿酸盐，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨3h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与16质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化36h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级可达UL94-V0级，耐漏电起痕性能可通过1A3.5级。
对比例1
将0.1质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入20质量份的复合阻燃剂(8质量份的包覆红磷+12质量份的氢氧化铝)与10质量份的三聚氰胺聚磷酸盐，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨3h，经1000目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与10质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化36h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级低于UL94-V2级，耐漏电起痕试验不能通过1A2.5级。
对比例2
将0.1质量份的分散剂加入到100质量份的乙酸丁酯中，然后加入20质量份的复合阻燃剂(2质量份的硼酸锌+6质量份的包覆红磷+12质量份的氢氧化铝)与15质量份的三聚氰胺聚磷酸盐，大功率超声分散30min得分散液，后与100质量份的氟碳树脂共混研磨4h，经300目超细筛网进行过筛制得得涂料组分A。涂料组分A与16质量份的HDI三聚体异氰酸酯混合搅拌10min，抽取真空30min，真空度为-0.1MPa，浇注至直径为20cm的PTFE模具盘中，经室温固化36h所制得圆盘试样。
本实施例中制备的氟碳涂层试样，阻燃等级低于UL94-V2级，耐漏电起痕试验不能通过1A2.5级。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，由组分A与固化剂配制而成，其中，组分A由以下重量份数的原料组成：氟碳树脂100份；乙酸丁酯100份；复合阻燃剂30～80份；耐漏电起痕剂20～80份；分散剂0.2～1份。
2.如权利要求1所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述组分A由以下重量份数的原料组成：氟碳树脂100份；乙酸丁酯100份；复合阻燃剂40～60份；耐漏电起痕剂30～50份；分散剂0.3～0.5份。
3.如权利要求1所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述氟碳树脂溶剂型FEVE树脂，优选的，所述氟碳树脂为三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚的共聚树脂、三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯的共聚树脂、四氟乙烯-烷基乙烯基醚的共聚树脂、四氟乙烯-烷基乙烯基酯的共聚树脂中的一种或多种的组合。
4.如权利要求1所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述复合阻燃剂包括：包覆红磷、硼酸盐、金属化合物。
5.如权利要求4所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述硼酸盐为硼酸锌、硼酸铝、硼酸钠中一种或几种的混合物。
6.如权利要求4所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述金属化合物为氧化锑、氧化锌、氮化硼、氮化铝、水合氧化铝、水合氧化镁中一种或几种的混合物。
7.如权利要求1所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述耐漏电起痕剂为聚四氟乙烯微粉、聚甲基丙烯酸甲酯微粉、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐中一种或几种的混合物。
8.如权利要求1所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层，其特征在于，所述分散剂为BYK163；
或所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯、HDI三聚体异氰酸酯、三聚氰酰胺，优选为HDI三聚体异氰酸酯。
9.一种高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层的制备方法，其特征在于，包括：
将分散剂加入至乙酸丁酯中，然后加入复合阻燃剂与耐漏电起痕剂分散均匀，得到分散液；
将所述分散液与氟碳树脂共混研磨，过筛，得到组分A；
将所述组分A与固化剂混合均匀，得到高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层。
10.权利要求1-8任一项所述的高阻燃耐漏电起痕和电蚀损的氟碳涂层在电子电器、输电工程、外绝缘领域的应用。
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