CN115368709A - 一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及树脂材料领域，具体为一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂及其制备方法，包括A组分和B组分；所述A组分包括以下组成成分：脂环族环氧树脂、γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、功能性填充粉体、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)；所述B组分包括以下组成成分：甲基六氢苯酐、N,N‑二甲基苄胺、三级胺加成物、酚醛环氧树脂，本发明所制备的绝缘树脂具有较低的线膨胀系数，而且固化后力学性能优异，断裂伸长率≥1.2％，抗冲击强度≥12.8KJ/m2，绝缘性能和阻燃性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及树脂材料领域，具体为一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂及其制备方法。
背景技术
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，减少了摩擦力，行走时不同于其他列车需要接触地面，只受来自空气的阻力，高速磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，中低速磁悬浮则多数在100-200公里/小时。
伴随着近年来磁悬浮列车技术的不断发展，磁悬浮列车驱动电机技术也随之不断更新，磁悬浮列车驱动电机极力追求高速、高功率密度、轻量小型化、高可靠性，性能优异的绝缘材料是提升磁悬浮列车驱动电机可靠性和高功率密度的重要基础。
现有技术中磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂材料的线膨胀系数较高，与金属嵌件的线膨胀系数差异大，导致成型过程中，绝缘树脂材料内应力大，抗冲击性能不佳，而且断裂伸长率低，固化成型温度高。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、功能性填充粉体、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)；
所述B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、三级胺加成物、酚醛环氧树脂。
进一步地，所述A组分和B组分的质量比为1-1.5：1。
进一步地，以重量份数计，所述A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂10-40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0-1份、功能性填充粉体70-90份、聚丙二醇0-5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)0-5份；
更进一步地，以重量份数计，所述A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份、功能性填充粉体80份、聚丙二醇5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)5份；
进一步地，以重量份数计，所述B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐60-100份、N,N-二甲基苄胺0-2份、三级胺加成物0-4份、酚醛环氧树脂0-40份。
更进一步地，以重量份数计，所述B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐80份、N,N-二甲基苄胺2份、三级胺加成物2.5份、酚醛环氧树脂30份。
进一步地，所述脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
进一步地，所述功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物。
进一步地，所述纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物的制备方法如下：
将正硅酸乙酯和氨水滴加入乙醇水溶液中，搅拌1-5min后加入到聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1-1.5h后，滴加氢氟酸，继续搅拌10-20min后静置5-10h，先置于水中老化5-10h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换5-10h，取出干燥、研磨即可。
进一步地，所述六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：150-200。
进一步地，所述三级胺加成物为三乙胺、三异丙胺，三正丁胺，三乙醇胺、四甲基乙二胺、二乙基乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苯胺中的至少一种。
更进一步地，所述三级胺加成物优选为N,N-二甲基苯胺。
本发明还提供了一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法：
将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至60-70℃搅拌120-140min，再加入功能性填充粉体混合搅拌60-80min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、三级胺加成物、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至40-45℃，搅拌250-300min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至50-55℃，真空脱气60-80min后，真空搅拌混合均匀即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，脂环族环氧树脂具有优异的机械性能、耐化学介质性能、绝缘性能、低收缩率和灵活的施工性能，被广泛应用于机械、电子、通讯、航空航天高新技术领域，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂，可以提高树脂的力学强度，改善电性能、耐候和耐蚀性，功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物，由于纳米二氧化硅的高硬度，表面又可吸附聚四氟乙烯分子链，纳米二氧化硅粒子相互之间吸附的聚四氟乙烯分子链互相缠结，此时粒子起到均匀分布载荷的作用，使聚四氟乙烯分子链不容易发生滑移和断裂，通过将纳米二氧化硅网络与聚四氟乙烯互相掺杂，在外力作用下能够均匀分布载荷，提高绝缘树脂的耐冲击性和硬度，三级胺加成物作为固化剂能够降低绝缘树脂的固化成型温度，在保持低温50℃的可操作时间的优势下，可中温80℃快速固化成型，相比于目前树脂材料140℃固化成型温度大大降低，现有技术中绝缘树脂在25-60℃的平均线膨胀系数为35×10-61/K，与之相比本发明所制备的绝缘树脂具有较低的线膨胀系数，而且固化后力学性能优异，断裂伸长率≥1.2％，抗冲击强度≥12.8KJ/m2，绝缘性能和阻燃性能优异。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，包括质量比为1-1.5：1的A组分和B组分；
其中，A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份、功能性填充粉体80份、聚丙二醇5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)5份；
B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐80份、N,N-二甲基苄胺2份、N,N-二甲基苯胺2.5份、酚醛环氧树脂30份
脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物，其制备方法如下：
将208.33g正硅酸乙酯和15mL25％氨水滴加入432mL乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为2:1，搅拌4min后加入到500g聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1.2h后，滴加2.8mL氢氟酸，继续搅拌20min后静置10h，先置于水中老化8h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换8h，六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：160，取出干燥、研磨过800目筛网。
上述磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法：
将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至65℃搅拌140min，再加入功能性填充粉体混合搅拌80min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基苯胺、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至45℃，搅拌280min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至55℃，真空脱气70min后，真空搅拌混合均匀即可。
实施例2：
一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，包括质量比为1.5：1的A组分和B组分；
其中，A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份、功能性填充粉体90份、聚丙二醇5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)5份；
B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐100份、N,N-二甲基苄胺2份、N,N-二甲基苯胺4份、酚醛环氧树脂40份。
脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物，其制备方法如下：
将208.33g正硅酸乙酯和15mL25％氨水滴加入432mL乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为2:1，搅拌5min后加入到500g聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1.5h后，滴加2.8mL氢氟酸，继续搅拌20min后静置10h，先置于水中老化10h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换10h，六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：200，取出干燥、研磨过800目筛网。
上述磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法：
将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至70℃搅拌140min，再加入功能性填充粉体混合搅拌80min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基苯胺、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至45℃，搅拌300min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至55℃，真空脱气80min后，真空搅拌混合均匀即可。
实施例3：
一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，包括质量比为1：1的A组分和B组分；
其中，A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂20份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5份、功能性填充粉体70份、聚丙二醇5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)0.1份；
B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐60份、N,N-二甲基苄胺0.5份、N,N-二甲基苯胺0.5份、酚醛环氧树脂10份。
脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物，其制备方法如下：
将208.33g正硅酸乙酯和15mL25％氨水滴加入432mL乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为2:1，搅拌1min后加入到500g聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1h后，滴加2.8mL氢氟酸，继续搅拌10min后静置5h，先置于水中老化5h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换5h，六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：150，取出干燥、研磨过800目筛网。
上述磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法：
将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至60℃搅拌120min，再加入功能性填充粉体混合搅拌60min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基苯胺、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至40℃，搅拌250min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至50℃，真空脱气60min后，真空搅拌混合均匀即可。
实施例4：
一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，包括质量比为1-1.5：1的A组分和B组分；
其中，A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5份、功能性填充粉体70份、聚丙二醇5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)1份；
B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐60份、N,N-二甲基苄胺2份、N,N-二甲基苯胺1份、酚醛环氧树脂40份。
脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物，其制备方法如下：
将208.33g正硅酸乙酯和15mL25％氨水滴加入432mL乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为2:1，搅拌1min后加入到500g聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1.5h后，滴加2.8mL氢氟酸，继续搅拌10min后静置10h，先置于水中老化5h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换10h，六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：150，取出干燥、研磨过800目筛网。
上述磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法：
将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至70℃搅拌120min，再加入功能性填充粉体混合搅拌80min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基苯胺、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至40℃，搅拌300min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至50℃，真空脱气80min后，真空搅拌混合均匀即可。
实施例5：
一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，包括质量比为1：1的A组分和B组分；
其中，A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5份、功能性填充粉体90份、聚丙二醇0.5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)5份；
B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐60份、N,N-二甲基苄胺2份、N,N-二甲基苯胺1份、酚醛环氧树脂40份。
脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物，其制备方法如下：
将208.33g正硅酸乙酯和15mL25％氨水滴加入432mL乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为2:1，搅拌1min后加入到500g聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1.5h后，滴加2.8mL氢氟酸，继续搅拌10min后静置10h，先置于水中老化5h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换10h，六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：150，取出干燥、研磨过800目筛网。
上述磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法：
将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至70℃搅拌120min，再加入功能性填充粉体混合搅拌80min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基苯胺、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至40℃，搅拌300min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至50℃，真空脱气80min后，真空搅拌混合均匀即可。
实施例6：
与实施例1基本相同，区别在于，将脂环族环氧树脂更换为日本大赛璐DAICEL脂环族环氧树脂2021P ERL4221 UVR6105 CY179，结构式如下所示：
实施例7：
与实施例1基本相同，区别在于，将脂环族环氧树脂更换为Indosol ChemieERL4299 S28，结构式如下所示：
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入功能性填充粉体。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，将功能性填充粉体替换成纳米二氧化硅。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，将功能性填充粉体替换成聚四氟乙烯粉体。
性能测试：
本发明实施例1-7及对比例1-3所制备绝缘树脂的性能如下表1所示：
表1：
由上表1可知，现有技术中绝缘树脂在25-60℃的平均线膨胀系数为35×10-61/K，与之相比本发明所制备的绝缘树脂具有较低的线膨胀系数，而且固化后力学性能优异，断裂伸长率≥1.2％，抗冲击强度≥12.8KJ/m2，绝缘性能和阻燃性能优异。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、功能性填充粉体、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)；
所述B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、三级胺加成物、酚醛环氧树脂。
2.如权利要求1所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，所述A组分和B组分的质量比为1-1.5：1。
3.如权利要求1所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，以重量份数计，所述A组分包括以下组成成分：
脂环族环氧树脂10-40份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0-1份、功能性填充粉体70-90份、聚丙二醇0-5份、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)0-5份。
4.如权利要求1所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，以重量份数计，所述B组分包括以下组成成分：
甲基六氢苯酐60-100份、N,N-二甲基苄胺0-2份、三级胺加成物0-4份、酚醛环氧树脂0-40份。
5.如权利要求1所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，所述脂环族环氧树脂的结构式如下所示：
6.如权利要求1所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，所述功能性填充粉体为纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物。
7.如权利要求6所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，所述纳米二氧化硅/聚四氟乙烯复合物的制备方法如下：
将正硅酸乙酯和氨水滴加入乙醇水溶液中，搅拌1-5min后加入到聚四氟乙烯乳液中，室温搅拌1-1.5h后，滴加氢氟酸，继续搅拌10-20min后静置5-10h，先置于水中老化5-10h，再置于六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中置换5-10h，取出干燥、研磨即可。
8.如权利要求7所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，所述六甲基二硅氧烷/正己烷溶液中六甲基二硅氧烷与正己烷的质量比为1：150-200。
9.如权利要求1所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂，其特征在于，所述三级胺加成物为三乙胺、三异丙胺，三正丁胺，三乙醇胺、四甲基乙二胺、二乙基乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基苯胺中的至少一种。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的磁悬浮列车驱动电机绝缘树脂的制备方法，其特征在于，将脂环族环氧树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚丙二醇、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)混合均匀并升温至60-70℃搅拌120-140min，再加入功能性填充粉体混合搅拌60-80min即得到A组分，将甲基六氢苯酐、N,N-二甲基苄胺、三级胺加成物、酚醛环氧树脂混合均匀并升温至40-45℃，搅拌250-300min得到B组分，分别调整A组分和B组分的温度至50-55℃，真空脱气60-80min后，真空搅拌混合均匀即可。
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