CN113943516A

CN113943516A - 一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN113943516A
Application number: CN202111186973.5A
Authority: CN
Inventors: 李永
Original assignee: Nanjing Yongrui New Material Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Yongrui New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2022-01-18

Abstract

本发明提供了一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法，所述辐射冷却涂层由下述重量份数的原料组成：有机树脂100份；固化剂5～10份；六方氮化硼（h‑BN）纳米片10～20份；抗沉剂1～2份；填料粉体30~50份，溶剂10～20份，制备所得辐射冷却涂层在太阳光波段反射率和红外窗口波段发射率均大于0.8，涂层热导率大于1W·mK,耐电击穿强度5kv/mm,在电网配电机柜表面涂层实现换热效率提升15～30%，通过h‑BN纳米片的加入使得本涂层具有优异的热导率≥1WmK和电绝缘性,耐电击穿强度5kv/mm,高热导率可以降低整体热阻，增加辐射换热热流密度，而高电击穿强度可以满足电网配电柜对电绝缘性的要求。

Description

一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法领域，具体而言，涉及一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法。

背景技术

电网配电机柜广泛运用于轨道交通、智能电网。伴随着我国经济快速发展，不但急速提升了对电力的需求，也大大挤压了电力输送及配套装置的安置空间。目前的国内主要配电设备为箱式变电站、智能控制柜、中小型综合配电箱等，要求体积小、功能强、安全优，然而随着配电机柜内部电子模块功率密度不断增大，由于机柜高温过热而引发的用电安全问题严峻，此外机柜过热还会引发的配电附属器件中绝缘材料、复合材料的老化等系列问题。

现有的冷却涂层一般采用纯石墨烯粉体为辐射冷却填料，由于石墨烯是在全波段具有接近理论黑体ε=1红外发射率的材料，例如专利CN108003725A采用石墨烯浆料作为辐射冷却填料，与环氧、丙烯酸树脂复合制备辐射冷却涂料，但这种单纯采用纯石墨烯作为填料的散热涂料不具有光谱选择性，无法反射太阳光，此外，石墨烯导电性还会面临电绝缘性问题，专利CN101092533A采用钛白粉、滑石粉为填料，虽然考虑了光谱选择性，但其涂层的热导率过低，无法有效的强化热传导作用，考虑到克服目前现有辐射冷却涂料在配方设计时只是片面考虑涂层光谱选择性而忽略电绝缘性和热导率等技术现状，需要设计、构筑兼具光谱选择性、热导率和电绝缘性的多功能涂层，从而最终满足电网配电机柜热管理的需求。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前存在的背景技术提出的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法，以改善上述问题，本申请具体是这样的：包括涂层，其成分在于，所述涂层由以下成分组成：有机树脂、固化剂、h-BN纳米片、填料粉体、抗沉剂、溶剂。

作为本申请优选的技术方案，有机树脂100份，固化剂5～10份，h-BN纳米片10～20份，填料粉体30~50份，抗沉剂1～2份，溶剂10～40份。

作为本申请优选的技术方案，所述有机树脂选自环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂中的一种，所述固化剂选自聚酰胺、酚醛胺、聚醚胺、异氰酸酯中的一种，所述抗沉剂选自有机膨润土、酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种以上组份，所述溶剂选自二甲苯、正丁醇、丙酮、环己酮中的一种以上组份。

作为本申请优选的技术方案，所述h-BN纳米片与所述填料粉体混合组成散热涂层。

作为本申请优选的技术方案，所述h-BN纳米片的厚度在5-10 nm, 长径比在20-50，所述填料粉体粒径在1-10μm,所述填料粉体由二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅粉体混合组成。

作为本申请优选的技术方案，所述h-BN纳米片由h-BN微粉在真空或惰性气体保护状态下以200～800 rpm的速度进行机械球磨6～60 h得到。

作为本申请优选的技术方案，所述h-BN微粉为片状，尺寸为5μm～20μm，份数为10～20份。

作为本申请优选的技术方案，所述惰性气体包括氮气、氩气。

一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）称取h-BN纳米片、填料粉体，将其与粘结剂、溶剂、抗沉剂放入容器中进行高速分散20 min～1 h均匀，得到A组份；

（2）将A组份与固化剂进行高速混合5～15 min均匀分散，得到浆料；

（3）将浆料用喷涂或刷涂的方法均匀涂覆于电网配电机柜表面，放置于室温15～45 ℃条件下进行固化5～48 h，得到电网配电机柜表面高效散热涂层。

作为本申请优选的技术方案，在所述步骤（1）和（2）中，高速搅拌分散浆料过程使用了行星重力搅拌机并在所述行星重力搅拌机放入聚四氟乙烯罐体和氧化锆球进行搅拌分散，搅拌速率为600～1500 rpm，氧化锆球直径为4～10 mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

在本申请的方案中：

1.本发明在太阳光波段的反射率大于0.8，在大气红外窗口8~14μm,半球发射率大于0.8，具有优异的光谱选择性，这主要填料粉体和有机树脂之间的协同作用；

2.通过h-BN纳米片的加入使得本涂层具有优异的热导率≥1WmK和电绝缘性,耐电击穿强度 5kv/mm,高热导率可以降低整体热阻，增加辐射换热热流密度，而高电击穿强度可以满足电网配电柜对电绝缘性的要求。

附图说明：

图1为本申请提供的用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法的流程图。

具体实施方式1

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1，本实施方式提出一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层及其制备方法，包括涂层，其成分在于，所述涂层由以下成分组成：有机树脂、固化剂、h-BN纳米片、填料粉体、抗沉剂、溶剂，有机树脂100份，固化剂5～10份，h-BN纳米片10～20份，填料粉体30~50份，抗沉剂1～2份，溶剂10～40份。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述有机树脂选自环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂中的一种，所述固化剂选自聚酰胺、酚醛胺、聚醚胺、异氰酸酯中的一种，所述抗沉剂选自有机膨润土、酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种以上组份，所述溶剂选自二甲苯、正丁醇、丙酮、环己酮中的一种以上组份。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述h-BN纳米片与所述填料粉体混合组成散热涂层。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述h-BN纳米片的厚度在5-10 nm, 长径比在20-50，所述填料粉体粒径在1-10μm,所述填料粉体由二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅粉体混合组成。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述h-BN纳米片由h-BN微粉在真空或惰性气体保护状态下以200～800 rpm的速度进行机械球磨6～60 h得到。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述h-BN微粉为片状，尺寸为5μm～20μm，份数为10～20份。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述惰性气体包括氮气、氩气。

一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）称取h-BN纳米片、填料粉体，将其与粘结剂、溶剂、抗沉剂放入容器中进行高速分散20 min～1 h均匀，得到A组份；（2）将A组份与固化剂进行高速混合5～15 min均匀分散，得到浆料；（3）将浆料用喷涂或刷涂的方法均匀涂覆于电网配电机柜表面，放置于室温15～45 ℃条件下进行固化5～48 h，得到电网配电机柜表面高效散热涂层。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，在所述步骤（1）和（2）中，高速搅拌分散浆料过程使用了行星重力搅拌机并在所述行星重力搅拌机放入聚四氟乙烯罐体和氧化锆球进行搅拌分散，搅拌速率为600～1500 rpm，氧化锆球直径为4～10 mm。

具体实施方式2：

（1）将15 g h-BN微粉和1000 g直径为6 mm的氧化锆球放入0.5 L的钢密封罐里，将密封罐内抽真空，以500 rpm的球磨速度进行球磨48 h后，得到的白色粉末即为h-BN纳米片；

（2）将15g h-BN 纳米片、10g钛白粉、15g 硫酸钡、10g 二氧化硅粉、100g丙烯酸树脂、抗沉剂有机膨润土1.5份、溶剂体积比1:1的正丁醇和环己酮15份在1200 rpm高速混合25 min，得到A组分；

（3）将B组分固化剂异氰酸酯5份加入A组分中后，1200 rpm高速混合5 min，得到散热涂层浆料；

（4）将浆料用喷涂的方法均匀涂覆于电网配电机柜表面，放置于25 ℃条件下进行固化24 h，得到辐射冷却涂层。

（5）对制得的电网配电机柜表面高效辐射冷却太阳光反射率、半球发射率、降温幅度、热导率、耐击穿强度进行测试。测得结果列于表1中。对电网配电柜在涂覆涂料前后的温度变化进行了对比，测试结果如图1所示。

具体实施方式3：

（1）将20 g h-BN微粉粒径~10μm和1000 g直径为6 mm的氧化锆球放入0.5 L的钢密封罐里，将密封罐内抽真空，以500 rpm的球磨速度进行球磨36 h后，得到的白色粉末即为h-BN纳米片；

（2）将20g h-BN纳米片、15g钛白粉、20g 硫酸钡、5g 二氧化硅粉、100g环氧树脂、抗沉剂2g、溶剂体积比1:1的正丁醇和环己酮20g在1200 rpm高速混合35 min，得到A组分；

（3）将B组分固化剂聚酰胺6g加入A组分中后，1200 rpm高速混合5 min，得到涂层浆料；

（4）将浆料用喷涂的方法均匀涂覆于电网配电机柜表面，放置于25 ℃条件下进行固化36 h，得到电网配电机柜表面高效散热涂层。

（5）对制得的电网配电机柜表面高效辐射冷却太阳光反射率、半球发射率、降温幅度、热导率、耐击穿强度进行测试。测得结果列于表1中。

具体实施方式4：

（1）将15.0 g h-BN微粉和1000 g直径为6 mm的氧化锆球放入0.5 L的钢密封罐里，将密封罐内抽真空，以500 rpm的球磨速度进行球磨24 h后，得到的白色粉末即为h-BN纳米片；

（2）将10g h-BN纳米片、20g钛白粉、10g 硫酸钡、20g 二氧化硅粉、100份丙烯酸树脂、抗沉剂1g、溶剂体积比7:3的二甲苯和醋酸丁酯10g在1200 rpm高速混合30 min，得到A组分；

（3）将B组分固化剂异氰酸酯4g加入A组分中后，1200 rpm高速混合10 min，得到散热涂层浆料；

（4）将浆料用喷涂的方法均匀涂覆于IGBT金属散热片表面，放置于25 ℃条件下进行固化32 h，得到铝合金散热器表面高效散热涂层。

工作原理：本发明在使用的过程中，首先进行备料有机树脂、固化剂、h-BN纳米片、填料粉体、抗沉剂、溶剂，并通过有机树脂100份，固化剂5～10份，h-BN纳米片10～20份，填料粉体30~50份，抗沉剂1～2份，溶剂10～40份选择份数，其中所述有机树脂选自环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂中的一种，所述固化剂选自聚酰胺、酚醛胺、聚醚胺、异氰酸酯中的一种，所述抗沉剂选自有机膨润土、酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种以上组份，所述溶剂选自二甲苯、正丁醇、丙酮、环己酮中的一种以上组份，并按照下列步骤（1）称取h-BN纳米片、填料粉体，将其与粘结剂、溶剂、抗沉剂放入容器中进行高速分散20 min～1 h均匀，得到A组份（2）将A组份与固化剂进行高速混合5～15 min均匀分散，得到浆料（3）将浆料用喷涂或刷涂的方法均匀涂覆于电网配电机柜表面，放置于室温15～45 ℃条件下进行固化5～48 h，得到电网配电机柜表面高效散热涂层，高速搅拌分散浆料过程使用了行星重力搅拌机并在所述行星重力搅拌机放入聚四氟乙烯罐体和氧化锆球进行搅拌分散后进行使用。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，包括涂层，其成分在于，所述涂层由以下成分组成：有机树脂、固化剂、h-BN纳米片、填料粉体、抗沉剂、溶剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，其特征在于，上述组分按重量组成为：有机树脂100份，固化剂5～10份，h-BN纳米片10～20份，填料粉体30~50份，抗沉剂1～2份，溶剂10～40份。

3.根据权利要求2所述的一种电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，其特征在于：所述有机树脂选自环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂中的一种，所述固化剂选自聚酰胺、酚醛胺、聚醚胺、异氰酸酯中的一种，所述抗沉剂选自有机膨润土、酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种以上组份，所述溶剂选自二甲苯、正丁醇、丙酮、环己酮中的一种以上组份。

4.根据权利要求2所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层：所述h-BN纳米片与所述填料粉体混合组成散热涂层。

5.根据权利要求4所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，其特征在于，所述h-BN纳米片的厚度在5-10 nm, 长径比在20-50，所述填料粉体粒径在1-10μm,所述填料粉体由二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅粉体混合组成。

6.根据权利要求4所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，其特征在于，所述h-BN纳米片由h-BN微粉在真空或惰性气体保护状态下以200～800 rpm的速度进行机械球磨6～60 h得到。

7.根据权利要求6所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，其特征在于，所述h-BN微粉为片状，尺寸为5μm～20μm，份数为10～20份。

8.根据权利要求6所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氩气。

9.一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）称取h-BN纳米片、填料粉体，将其与粘结剂、溶剂、抗沉剂放入容器中进行高速分散20 min～1 h均匀，得到A组份；

10.根据权利要求9所述的一种用于电网配电机柜表面的高效辐射冷却涂层的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）和（2）中，高速搅拌分散浆料过程使用了行星重力搅拌机并在所述行星重力搅拌机放入聚四氟乙烯罐体和氧化锆球进行搅拌分散，搅拌速率为600～1500 rpm，氧化锆球直径为4～10 mm。