CN115895402A - 一种散热涂层材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于母线表面处理技术领域,提供了一种散热涂层材料及其制备方法和应用。本发明以水性丙烯酸改性环氧酯树脂为成膜物质,其对无机填料具有优异的包覆性,能大大提升无机填料在树脂基体中的分散性;涂层材料成膜后不仅光亮丰满,并且对各类金属基材具有优异附着力;采用氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP作为无机填料,制备时仅需搅拌和超声,省略了繁琐的填料改性步骤,结合催干剂、分散剂、润湿剂和消泡剂的使用,得到了具有良好的导热性能和附着力的散热涂层材料。实施例的结果显示,将本发明提供的散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面,测得涂层的热导率0.58W/(m·K),发射率0.845,附着力1。
Description
技术领域
本发明涉及母线表面处理技术领域,尤其涉及一种散热涂层材料及其制备方法和应用。
背景技术
电气柜是一种被广泛应用的输配电成套设备。在电气柜设计制造过程中,温度场分布是其考虑的重要内容之一。电气柜的主要发热源为母线,流经母线的电流产生焦耳热会导致母线温度升高。母线温度在影响大电流开关柜的最大载流量的同时还会降低开关柜的绝缘性能。因此,采取科学的散热方式不仅能保障各类电气设备安全运行,而且对降低设备运行成本等方面具有重要意义。涂层散热作为一种科学且安全的散热方式,目前已经广泛应用于电子、航空、汽车等各个领域。在涂层制备过程中,无机导热材料具有良好的高温稳定性、优异的导热性能以及红外辐射性能,是制备散热涂层的首选材料,具有广泛的应用前景。
CN105086688A公开了一种氧化石墨烯绝缘散热涂层,由树脂、氧化石墨烯、树脂固化剂组成;氧化石墨采用改进Hummers法合成或采用经磷化物改性的磷酸化氧化石墨烯。石墨烯本身具有高导热性能,但是该专利需要对石墨烯进行改性,才能够在保证涂层导热性能的同时提高涂层在金属基板上的附着力。并且,对填料改性的步骤比较繁琐,制备过程复杂,而不对石墨烯进行改性,又无法保证涂层在金属基板上的附着力,而且不利于填料在树脂基体中均匀分散而影响涂层的导热性能。因此,如何在省略改性填料的同时制备具有良好的导热性能和附着力的涂层成为了本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种散热涂层材料及其制备方法和应用,本发明提供的散热涂层材料具有良好的导热性能和附着力,且无需对填料进行改性。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供了一种散热涂层材料,按质量百分比计,包括以下组分:成膜物质30~50%,水40~60%,催干剂0.5~2%,分散剂2~5%,润湿剂2~6%,消泡剂0.5~2%和无机填料5~20%;
所述成膜物质为水性丙烯酸改性环氧酯树脂;
所述无机填料包括氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP中的一种或两种。
优选地,所述散热涂层材料,按质量百分比计,包括以下组分:成膜物质30~40%,水40~50%,催干剂0.5~1%,分散剂3~5%,润湿剂3~6%,消泡剂0.5~1%和无机填料6~18%。
本发明提供了上述技术方案所述散热涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将成膜物质和催干剂混合,然后加入水,得到混合物A;
(2)将所述步骤(1)得到的混合物A与润湿剂和分散剂混合,得到混合物B;
(3)将所述步骤(2)得到的混合物B与无机填料和消泡剂混合后进行超声,得到散热涂层材料。
优选地,所述步骤(1)中的混合在搅拌的条件下进行;所述搅拌的速率为100~1200r/min,搅拌的时间为15~30min。
优选地,所述步骤(2)中的混合在超声的条件下进行;所述超声的频率为25000~40000Hz,超声的时间为30~60min。
优选地,所述步骤(3)中超声的频率为25000~40000Hz,超声的时间为2~4h。
本发明还提供了上述技术方案所述散热涂层材料或所述制备方法制备的散热涂层材料在电气柜母线中的应用。
优选地,所述应用包括以下步骤:
A1收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心;
A2控制中心处理原始信号S1后与数据库结合,输出工作信号W1;
A3喷涂系统接受工作信号W1后根据喷涂算法公式进行喷涂,喷涂完成后视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心;
A4控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3;
A5将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
优选地,所述步骤A3中喷涂算法公式包括:
Q=S V 式Ⅶ
式I中,q(r)表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点涂料膜累计速率;r表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点到喷枪在水平面上投影点之间的距离;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;qmax表示最大涂料膜累计速率;β表示贝塔分布函数中的分布指数;
式II中,x表示待喷涂点的横向坐标;y表示待喷涂点的纵向坐标;
式III中,Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;A表示喷涂区域的面积;
式IV中,qmax表示最大涂料膜累计速率;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;
式V中,T表示待喷涂电气柜母线表面某一点的涂料膜累积厚度;η表示涂料的实际喷涂率;v表示喷枪的移动速度;
式VI中,Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;Q表示喷枪的涂料喷出量;
式VII中,S表示喷枪的出口截面积;V表示喷枪的出口速度。
优选地,所述步骤A5中烘干所用烘干装置通过电热丝通电加热辐射板。
本发明提供了一种散热涂层材料,按质量百分比计,包括以下组分:成膜物质30~50%,水40~60%,催干剂0.5~2%,分散剂2~5%,润湿剂2~6%,消泡剂0.5~2%和无机填料5~20%;所述成膜物质为水性丙烯酸改性环氧酯树脂;所述无机填料包括氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP中的一种或两种。本发明以水性丙烯酸改性环氧酯树脂为成膜物质,其对无机填料具有优异的包覆性,能大大提升无机填料在树脂基体中的分散性;涂层材料成膜后不仅光亮丰满,并且对各类金属基材具有优异附着力;采用氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP作为无机填料,制备时仅需搅拌和超声,省略了繁琐的填料改性步骤,结合催干剂、分散剂、润湿剂和消泡剂的使用,得到了具有良好的导热性能和附着力的散热涂层材料。实施例的结果显示,将本发明提供的散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面,测得涂层的热导率0.58W/(m·K),发射率0.845,附着力1。
附图说明
图1为本发明实施例2中散热涂层材料的制备过程的流程图;
图2为本发明应用例2中电气柜母线表面散热涂层材料的断面微观形貌图;
图3为本发明应用例2中将散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面的示意图;
图4为本发明应用例2中将散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种散热涂层材料,按质量百分比计,包括以下组分:成膜物质30~50%,水40~60%,催干剂0.5~2%,分散剂2~5%,润湿剂2~6%,消泡剂0.5~2%和无机填料5~20%;
所述成膜物质为水性丙烯酸改性环氧酯树脂;
所述无机填料包括氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP中的一种或两种。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括成膜物质30~50%,优选为30~40%。在本发明中,所述成膜物质为水性丙烯酸改性环氧酯树脂。本发明以水性丙烯酸改性环氧酯树脂为成膜物质,其对无机填料具有优异的包覆性,能大大提升无机填料在树脂基体中的分散性;涂料成膜后不仅光亮丰满,并且对各类金属基材具有优异附着力,保证了涂层材料的导热性能和附着力;此外,该树脂还具有优异的耐盐雾性,耐水等特性,能适应电力开关柜所处环境的不确定性。在本发明中,所述水性丙烯酸改性环氧酯树脂优选为常州广树化工科技有限公司生产的型号为GS-5000B的树脂。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括水40~60%,优选为40~50%。本发明中的水作为溶剂,用于分散其他组分。在本发明中,所述水优选为去离子水。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括催干剂0.5~2%,优选为0.5~1%。本发明中的催干剂用于缩短树脂固化、成膜的时间。本发明对所述催干剂的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中,所述催干剂优选为常州广树化工科技有限公司生产的催干剂。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括分散剂2~5%,优选为3~5%。本发明中的分散剂用于促进无机填料在树脂基体中的分散。本发明对所述分散剂的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中,所述分散剂优选为广州市斯洛柯高分子聚合物有限公司生产的水性稳定型分散剂Silok7373W。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括润湿剂2~6%,优选为3~6%。本发明中的润湿剂用于改善涂层材料的表面张力和渗透性,使其能够更好的润湿基材,从而提高涂层材料的附着力。本发明对所述润湿剂的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中,所述润湿剂优选为广州市斯洛柯高分子聚合物有限公司生产的有机硅润湿剂Silok8022。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括消泡剂0.5~2%,优选为0.5~1%。本发明中的消泡剂用于消除气泡。本发明对所述消泡剂的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中,所述消泡剂优选为广州市斯洛柯高分子聚合物有限公司生产的消泡剂Silok-4662。
按质量百分比计,本发明提供的散热涂层材料包括无机填料5~20%,优选为6~18%。在本发明中,所述无机填料包括氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP中的一种或两种,优选为氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP。在本发明中,所述氮化硼BN的形状优选为片状;所述片状氮化硼的厚度优选为10~100nm;所述片状氮化硼的长度优选为1μm。在本发明中,所述远红外陶瓷粉FICP的粒径优选为2.6~3μm。本发明采用氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP作为无机填料,制备时仅需搅拌和超声,省略了繁琐的填料改性步骤,且有利于制备具有良好的导热性能和附着力的散热涂层材料。本发明对所述无机填料的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明以水性丙烯酸改性环氧酯树脂为成膜物质,其对无机填料具有优异的包覆性,能大大提升无机填料在树脂基体中的分散性;涂层材料成膜后不仅光亮丰满,并且对各类金属基材具有优异附着力;采用氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP作为无机填料,制备时仅需搅拌和超声,省略了繁琐的填料改性步骤,结合催干剂、分散剂、润湿剂和消泡剂的使用,得到了具有良好的导热性能和附着力的散热涂层材料。
本发明提供了上述技术方案所述散热涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将成膜物质和催干剂混合,然后加入水,得到混合物A;
(2)将所述步骤(1)得到的混合物A与润湿剂和分散剂混合,得到混合物B;
(3)将所述步骤(2)得到的混合物B与无机填料和消泡剂混合后进行超声,得到散热涂层材料。
本发明将成膜物质和催干剂混合,然后加入水,得到混合物A。
本发明对所述成膜物质和催干剂混合的操作没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。
在本发明中,所述成膜物质和催干剂的混合优选在搅拌的条件下进行。在本发明中,所述搅拌的速率优选为100~1200r/min,更优选为300~900r/min;所述搅拌的时间优选为15~30min,更优选为20~30min;所述搅拌的设备优选为磁力搅拌器。
成膜物质和催干剂混合完成后,本发明加入水,得到混合物A。本发明优选在加入水后进行搅拌,得到混合物A。在本发明中,所述搅拌的速率优选为100~1200r/min,更优选为300~900r/min;所述搅拌的时间优选为15~30min,更优选为20~30min;所述搅拌的设备优选为磁力搅拌器。
得到混合物A后,本发明将所述混合物A与润湿剂和分散剂混合,得到混合物B。
本发明对所述混合物A与润湿剂和分散剂混合的操作没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。
在本发明中,所述混合物A与润湿剂和分散剂的混合优选在超声的条件下进行。在本发明中,所述超声的频率优选为25000~40000Hz,更优选为28000~35000Hz;所述超声的时间优选为30~60min,更优选为30~50min;所述超声的设备优选为超声波清洗器。
得到混合物B后,本发明将所述混合物B与无机填料和消泡剂混合后进行超声,得到散热涂层材料。
本发明对所述混合物B与无机填料和消泡剂混合的操作没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。本发明优选先将混合物B与无机填料混合,再加入消泡剂,有利于尽可能完全的消除制备过程中产生的气泡。
本发明对所述超声的操作没有特殊的限定,采用本领域人员熟知的超声的技术方案即可。
在本发明中,所述超声的频率优选为25000~40000Hz,更优选为28000~35000Hz;所述超声的时间优选为2~4h,更优选为2~3h;所述超声的设备优选为超声波清洗器。
超声完成后,本发明优选将超声后的产物进行静置,得到散热涂层材料。在本发明中,所述静置的时间优选为30~60min,更优选为30~50min;所述静置的温度优选为25~35℃,更优选为25~30℃。
本发明提供的制备方法制备流程简便且制备周期短,可以做到随用随制,便于工业生产;并且本发明提供的制备方法仅需搅拌和超声即可得到散热涂层材料,省略了对填料进行改性的步骤。
本发明还提供了上述技术方案所述散热涂层材料或所述制备方法制备的散热涂层材料在电气柜母线中的应用。
在本发明中,所述散热涂层材料或所述制备方法制备的散热涂层材料在电气柜母线中的应用优选包括以下步骤:
A1收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心;
A2控制中心处理原始信号S1后与数据库结合,输出工作信号W1;
A3喷涂系统接受工作信号W1后根据喷涂算法公式进行喷涂,喷涂完成后视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心;
A4控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3;
A5将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
本发明收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心。
在本发明中,所述收集待喷涂电气柜母线的原始信息的单元优选为数据采集单元。
在本发明中,所述待喷涂电气柜母线在进行喷涂前优选先进行表面处理。在本发明中,所述表面处理优选包括打磨和除油。本发明对所述打磨和除油的方式没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的打磨和除油的技术方案即可。
得到原始信号S1后,本发明通过控制中心处理原始信号S1后与数据库结合,输出工作信号W1。
在本发明中,所述控制中心处理原始信号S1的单元优选为数据处理单元。
得到工作信号W1后,本发明通过喷涂系统接受工作信号W1后根据喷涂算法公式进行喷涂,喷涂完成后视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心。
在本发明中,所述喷涂算法公式优选包括:
Q=S V 式Ⅶ
式I中,q(r)表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点涂料膜累计速率;r表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点到喷枪在水平面上投影点之间的距离;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;qmax表示最大涂料膜累计速率;β表示贝塔分布函数中的分布指数;
式II中,x表示待喷涂点的横向坐标;y表示待喷涂点的纵向坐标;
式III中,Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;A表示喷涂区域的面积;
式IV中,qmax表示最大涂料膜累计速率;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;
式V中,T表示待喷涂电气柜母线表面某一点的涂料膜累积厚度;η表示涂料的实际喷涂率;v表示喷枪的移动速度;
式VI中,Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;Q表示喷枪的涂料喷出量;
式VII中,S表示喷枪的出口截面积;V表示喷枪的出口速度。
扫描信息S2反馈至控制中心后,本发明通过控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3。
喷涂完成后,本发明将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
在本发明中,所述烘干所用烘干装置优选通过电热丝通电加热辐射板。本发明优选采用通过电热丝通电加热辐射板的烘干装置,向待喷涂表面通过辐射和对流传递热量,可以达到一边喷涂一边烘干的效果。
本发明提供的应用方法可实时监测喷涂过程,避免出现安全问题,同时实现了对喷涂厚度的高精度控制,优化了传统喷涂工艺,应用前景广泛。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
散热涂层材料,按质量百分比计,由以下组分组成:水性丙烯酸改性环氧酯树脂GS-5000B 35wt%,去离子水44wt%,催干剂1wt%,水性稳定型分散剂Silok7373W3.5wt%,有机硅润湿剂Silok8022 5wt%,消泡剂Silok-4662 0.5wt%和片状氮化硼BN11wt%;片状氮化硼BN厚度为10~100nm,长度为1μm;
制备过程:
(1)称取水性丙烯酸改性环氧酯树脂GS-5000B于烧杯中,将烧杯置于磁力搅拌器上,用滴管取催干剂加入烧杯中,在1200r/min下搅拌15min,然后加入去离子水进行稀释,继续搅拌30min,得到混合物A;
(2)向步骤(1)得到的混合物A中加入有机硅润湿剂Silok8022和水性稳定型分散剂Silok7373W,然后放入超声波清洗器中在40000Hz下超声分散30min,得到混合物B;
(3)向步骤(2)得到的混合物B中加入氮化硼BN和消泡剂Silok-4662,然后置于超声波清洗器中在40000Hz下超声分散2h,分散完成后在30℃下静置30min,得到散热涂层材料。
应用例1
A1:通过数据采集单元收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心;
A2:控制中心通过数据处理单元处理原始信号S1,并与数据库结合输出工作信号W1;
A3:喷涂系统接受工作信号W1后根据预先设置的喷涂算法公式采用实施例1中的散热涂层材料进行喷涂,待喷涂工作完成后,视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心;
喷涂算法公式包括:
Q=S V 式Ⅶ
其中,q(r)表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点涂料膜累计速率;r表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点到喷枪在水平面上投影点之间的距离,通过(x,y)描述;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;A表示喷涂区域的面积;Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;qmax表示最大涂料膜累计速率;T表示待喷涂电气柜母线表面某一点的涂料膜累积厚度;η为涂料的实际喷涂率;Q为喷枪的涂料喷出量;v表示喷枪的移动速度;S表示喷枪的出口截面积;V表示喷枪的出口速度;
A4:控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3;
A5:通过烘干装置将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
实施例2
散热涂层材料,按质量百分比计,由以下组分组成:水性丙烯酸改性环氧酯树脂GS-5000B 31.5wt%,去离子水40wt%,催干剂0.5wt%,水性稳定型分散剂Silok7373W4wt%,有机硅润湿剂Silok8022 5.5wt%,消泡剂Silok-4662 0.5wt%,片状氮化硼BN10wt%和远红外陶瓷粉FICP 8wt%;片状氮化硼BN的厚度为10~100nm,长度为1μm;远红外陶瓷粉FICP的粒径为2.6~3μm;
制备过程:
(1)称取水性丙烯酸改性环氧酯树脂GS-5000B于烧杯中,将烧杯置于磁力搅拌器上,用滴管取催干剂加入烧杯中,在1200r/min下搅拌15min,然后加入去离子水进行稀释,继续搅拌30min,得到混合物A;
(2)向步骤(1)得到的混合物A中加入有机硅润湿剂Silok8022和水性稳定型分散剂Silok7373W,然后放入超声波清洗器中在40000Hz下超声分散30min,得到混合物B;
(3)向步骤(2)得到的混合物B中加入氮化硼BN和消泡剂Silok-4662,然后置于超声波清洗器中在40000Hz下超声分散2h,分散完成后在25℃下静置30min,得到散热涂层材料。
图1为本实施例中散热涂层材料的制备过程的流程图。本实施例先取水性丙烯酸改性环氧酯树脂于烧杯中,加入催干剂并搅拌,然后加入去离子水并搅拌,再加入润湿剂和分散剂并超声,之后加入无机填料和消泡剂,最后经过超声和静置,制得散热涂层材料。
应用例2
A1:通过数据采集单元收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心;
A2:控制中心通过数据处理单元处理原始信号S1,并与数据库结合输出工作信号W1;
A3:喷涂系统接受工作信号W1后根据预先设置的喷涂算法公式采用实施例2中的散热涂层材料进行喷涂,待喷涂工作完成后,视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心;
喷涂算法公式包括:
Q=S V 式Ⅶ
其中,q(r)表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点涂料膜累计速率;r表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点到喷枪在水平面上投影点之间的距离,通过(x,y)描述;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;A表示喷涂区域的面积;Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;qmax表示最大涂料膜累计速率;T表示待喷涂电气柜母线表面某一点的涂料膜累积厚度;η为涂料的实际喷涂率;Q为喷枪的涂料喷出量;v表示喷枪的移动速度;S表示喷枪的出口截面积;V表示喷枪的出口速度;
A4:控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3;
A5:通过烘干装置将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
图2为应用例2中电气柜母线表面散热涂层材料的断面微观形貌图。由图2可以看出,断裂面处BN微片与FICP微粒交替接触联通后形成了有效的导热路径(如图2中箭头所示),这些路径可以快速提升涂层材料的热传递能力。
图3为应用例2中将散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面的示意图。由图3可以看出,喷枪呈竖直状向电气柜母线表面喷涂散热涂层材料。
图4为应用例2中将散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面的流程图。本应用例中先通过数据采集单元收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号传输至控制中心,控制中心将原始信号与数据库结合输出工作信号,喷涂系统接受工作信号后进行喷涂,若喷涂合格,则进入烘干装置进行烘干;若喷涂不合格,则返回控制中心重新进行喷涂。
实施例3
散热涂层材料,按质量百分比计,由以下组分组成:水性丙烯酸改性环氧酯树脂GS-5000B 36.5wt%,去离子水45.5wt%,催干剂1wt%,水性稳定型分散剂Silok7373W3.5wt%,有机硅润湿剂Silok8022 5.5wt%,消泡剂Silok-4662 1wt%和片状氮化硼BN7wt%;片状氮化硼BN的厚度为10~100nm,长度为1μm;
制备过程:
(1)称取水性丙烯酸改性环氧酯树脂GS-5000B于烧杯中,将烧杯置于磁力搅拌器上,用滴管取催干剂加入烧杯中,在1200r/min下搅拌15min,然后加入去离子水进行稀释,继续搅拌30min,得到混合物A;
(2)向步骤(1)得到的混合物A中加入有机硅润湿剂Silok8022和水性稳定型分散剂Silok7373W,然后放入超声波清洗器中在40000Hz下超声分散30min,得到混合物B;
(3)向步骤(2)得到的混合物B中加入氮化硼BN和消泡剂Silok-4662,然后置于超声波清洗器中在40000Hz下超声分散2h,分散完成后在25℃下静置30min,得到散热涂层材料。
应用例3
A1:通过数据采集单元收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心;
A2:控制中心通过数据处理单元处理原始信号S1,并与数据库结合输出工作信号W1;
A3:喷涂系统接受工作信号W1后根据预先设置的喷涂算法公式采用实施例3中的散热涂层材料进行喷涂,待喷涂工作完成后,视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心;
喷涂算法公式包括:
Q=S V 式Ⅶ
其中,q(r)表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点涂料膜累计速率;r表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点到喷枪在水平面上投影点之间的距离,通过(x,y)描述;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;A表示喷涂区域的面积;Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;qmax表示最大涂料膜累计速率;T表示待喷涂电气柜母线表面某一点的涂料膜累积厚度;η为涂料的实际喷涂率;Q为喷枪的涂料喷出量;v表示喷枪的移动速度;S表示喷枪的出口截面积;V表示喷枪的出口速度;
A4:控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3;
A5:通过烘干装置将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
分别测试应用例1~3中电气柜母线表面散热涂层材料的热导率、发射率和附着力。
热导率采用湖南湘潭湘仪仪器有限公司生产的KDRX-II瞬态快速热线法导热系数测试仪进行测试,测试方法为瞬态快速热线法。
发射率采用Nicolet-iS50,Thermo Fisher USA,配置液氮的Pike积分球附件测试,先用金镜校正板做背景基线,扫描次数32次,分辨率4.0,测试模式为反射率,测试结束后,用1-反射率得到发射率数据,测试范围为2.49-15.38μm。
附着力按照ISO 2409-2007《色漆和清漆—划格试验》对电气柜母线表面散热涂层材料进行测试。
表1应用例1~3中电气柜母线表面散热涂层材料的热导率、发射率和附着力
热导率W/(m·K) | 发射率 | 附着力 | |
应用例1 | 0.58 | 0.825 | 1 |
应用例2 | 0.58 | 0.845 | 1 |
应用例3 | 0.53 | 0.819 | 1 |
由以上实施例可以看出,本发明提供的提供的散热涂层材料具有良好的导热性能和附着力,且无需对填料进行改性,将本发明提供的散热涂层材料喷涂在电气柜母线表面,测得涂层的热导率0.58W/(m·K),发射率0.845,附着力1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种散热涂层材料,按质量百分比计,包括以下组分:成膜物质30~50%,水40~60%,催干剂0.5~2%,分散剂2~5%,润湿剂2~6%,消泡剂0.5~2%和无机填料5~20%;
所述成膜物质为水性丙烯酸改性环氧酯树脂;
所述无机填料包括氮化硼BN和远红外陶瓷粉FICP中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的散热涂层材料,其特征在于,所述散热涂层材料,按质量百分比计,包括以下组分:成膜物质30~40%,水40~50%,催干剂0.5~1%,分散剂3~5%,润湿剂3~6%,消泡剂0.5~1%和无机填料6~18%。
3.权利要求1~2任一项所述散热涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将成膜物质和催干剂混合,然后加入水,得到混合物A;
(2)将所述步骤(1)得到的混合物A与润湿剂和分散剂混合,得到混合物B;
(3)将所述步骤(2)得到的混合物B与无机填料和消泡剂混合后进行超声,得到散热涂层材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的混合在搅拌的条件下进行;所述搅拌的速率为100~1200r/min,搅拌的时间为15~30min。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的混合在超声的条件下进行;所述超声的频率为25000~40000Hz,超声的时间为30~60min。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中超声的频率为25000~40000Hz,超声的时间为2~4h。
7.权利要求1~2任一项所述散热涂层材料或权利要求3~6任一项所述制备方法制备的散热涂层材料在电气柜母线中的应用。
8.根据权利要求7所述散热涂层材料在电气柜母线中的应用,其特征在于,所述应用包括以下步骤:
A1收集待喷涂电气柜母线的原始信息并转化为原始信号S1,然后将原始信号S1传输至控制中心;
A2控制中心处理原始信号S1后与数据库结合,输出工作信号W1;
A3喷涂系统接受工作信号W1后根据喷涂算法公式进行喷涂,喷涂完成后视觉传感器扫描喷涂后的电气柜母线,并将扫描信息S2反馈至控制中心;
A4控制中心将喷涂后的电气柜母线表面图像与数据库进行对比,若控制中心判定喷涂合格,则输出喷涂结束信号W2;若控制中心判定喷涂不合格,则输出再喷涂信号W3,重复步骤A3;
A5将完成喷涂的电气柜母线进行烘干。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述步骤A3中喷涂算法公式包括:
Q=S V式VII
式I中,q(r)表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点涂料膜累计速率;r表示在待喷涂电气柜母线上任取的一点到喷枪在水平面上投影点之间的距离;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;qmax表示最大涂料膜累计速率;β表示贝塔分布函数中的分布指数;
式II中,x表示待喷涂点的横向坐标;y表示待喷涂点的纵向坐标;
式III中,Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;A表示喷涂区域的面积;
式IV中,qmax表示最大涂料膜累计速率;w表示喷枪在平面上形成的圆形喷涂区域的直径;Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;
式V中,T表示待喷涂电气柜母线表面某一点的涂料膜累积厚度;η表示涂料的实际喷涂率;v表示喷枪的移动速度;
式VI中,Q0表示待喷涂电气柜母线表面的涂料量;Q表示喷枪的涂料喷出量;
式VII中,S表示喷枪的出口截面积;V表示喷枪的出口速度。
10.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述步骤A5中烘干所用烘干装置通过电热丝通电加热辐射板。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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