CN116003741A - 一种高导热绝缘浸渍树脂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热绝缘浸渍树脂，由以下组分组成：环氧树脂100份、固化剂15～45份、环氧活性稀释剂10～30份。本发明不用添加无机导热粉体，便可使浸渍树脂固化物的导热系数由原来的0.16～0.19W/(m·K)提高到0.30W/(m·K)以上。克服了填充型高导热绝缘浸渍树脂存在的粉体易沉降并且粘度增大而影响浸渍工艺的可操作性以及界面缺陷引起固化物力学性能和介电性能下降等缺点，适用于电机、变压器等电气设备以及电子元器件的线圈等部件的浸渍绝缘处理。

Description

一种高导热绝缘浸渍树脂

技术领域

本发明涉及电子电气绝缘材料的制造领域，更具体地，涉及一种高导热绝缘浸渍树脂。

背景技术

绝缘浸渍树脂大量用于电机、变压器等电气设备以及电子元器件的线圈等部件的浸渍绝缘处理，其作用除了要将线圈的绝缘导线粘合为一个整体、为线圈提供绝缘和机械保护外，还要起到将线圈产生的热量传递到线圈外部的作用，故绝缘浸渍树脂的热传导性能直接关系到相关电子电气设备或器件的满负荷温升和可靠性等重要经济技术指标。

现有浸渍树脂的导热系数小于0.20W/(m·K)，为了提高绝缘浸渍树脂的导热系数，国内外开展了大量的改进研究工作，并取得了一定的研究进展。然而，目前现有技术基本上都是采用添加无机导热粉体的方法来提高绝缘浸渍树脂的导热系数，现有技术“粉体填充型”的高导热绝缘浸渍树脂存在以下缺点：

一是在存放以及使用过程中，由于无机导热粉体的密度远大于有机树脂，致使无机导热粉体在重力的作用下极易发生沉降，使用前常需要对浸渍树脂进行重新分散，故需要在使用现场配备相应的分散设备并增加相应的分散工序。另外，在对填充型高导热浸渍树脂进行升温固化的过程中，由于温度升高，浸渍树脂的粘度下降，粉体沉降速度加快，树脂通常还来不及固化，粉体就开始发生明显的沉降，致使导热粉体在固化物中分布不均匀，影响了固化物性能的均匀性。

二是粉体填充型高导热绝缘浸渍树脂的导热系数强烈依赖所添加的无机导热粉体的量，为获得较高的导热系数就必须增大无机导热粉体的添加量，从而导致粘度急剧增大，影响了浸渍工艺的可操作性。

三是由于有机树脂与无机导热粉体之间界面上难免存在缺陷，添加的粉体越多界面缺陷就越多，这些缺陷会引起固化物的力学性能和介电性能严重下降，尤其是当固化物的工作电场强度较高时，这种缺陷会引起空间电荷聚集、电场发生畸变和局部集中，降低了电子电气设备或器件的电寿命和可靠性。此外，界面缺陷还会产生应力集中导致固化物变脆，使固化物的机械强度下降。

比如现有技术公开了一种纳米改性环氧真空压力浸渍树脂，以重量百分含量计，该纳米改性环氧真空压力浸渍树脂的原料组成如下：双酚A型环氧树脂36～45%、25℃下粘度为3-200mps的低粘度环氧活性稀释剂5～20%、液体酸酐40～50%、粒径为1～100nm的纳米粉体1～8%、分散剂0.2～2%、硅烷偶联剂0.1～2%、消泡剂0.1～1%。现有技术还公开了一种高压电机用高导热环氧VPI树脂及其制备方法和应用，以重量百分含量计，高导热环氧VPI树脂包括如下原料组分：环氧树脂20%～35%，固化剂2%～10%，聚酯亚胺树脂3%～10%，改性导热填料12%～35%，活性交联单体25%～43%，分散剂0.3%～1.5%，引发剂0.2%～1%，助剂0.02%～1.2%；改性导热填料包括纳米级氮化硼、纳米级氧化铝以及纳米级二氧化硅。现有技术中粉体的加入使得体系粘度明显提高，尤其是绝缘性能偏低，而且浸渍树脂的制备过程复杂。

发明内容

本发明针对现有高导热绝缘浸渍树脂都是粉体填充型的缺点，提供一种高导热绝缘浸渍树脂，无需使用导热填料。本发明的高导热绝缘浸渍树脂配方以环氧树脂与固化剂为主，环氧稀释剂为辅，增强了树脂体系的热传导，不用添加无机导热粉体，便可以使浸渍树脂固化物的导热系数由现有产品的0.16～0.19W/(m·K)提高到0.30W/(m·K)以上，还保持低粘度，尤其是取得了击穿场强大于30kV/mm的技术进步。克服了填充型高导热绝缘浸渍树脂存在的粉体易沉降且粘度增大而影响浸渍工艺的可操作性以及界面缺陷引起固化物力学性能和介电性能下降等缺点，适用于电机、变压器等电气设备以及电子元器件的线圈等部件的浸渍绝缘处理。

本发明采用如下技术方案：

一种高导热绝缘浸渍树脂，包括以下以重量份计的组分：环氧树脂100份、固化剂15～45份、环氧活性稀释剂10～30份。

优选的，本发明高导热绝缘浸渍树脂，由以下以重量份计的组分组成：环氧树脂100份、固化剂15～45份、环氧活性稀释剂10～30份。进一步优选的，所述高导热绝缘浸渍树脂，由以下以重量份计的组分组成：环氧树脂100份、固化剂25～30份、环氧活性稀释剂15～20份。

本发明公开了上述高导热绝缘浸渍树脂的制备方法，包括以下步骤，将环氧树脂、固化剂、环氧稀释剂混合，得到高导热绝缘浸渍树脂；优选的，环氧树脂、固化剂先反应到一定程度，可互溶后，再与环氧稀释剂混合；或者直接在环氧稀释剂存在下，将环氧树脂与固化剂反应到一定程度，使之互溶，得到高导热绝缘浸渍树脂。进一步优选的，反应在有机溶剂存在下进行。优选的，反应条件为100～105℃反应2～4h，反应完成后去除有机溶剂，固化剂能够溶解在环氧树脂中，同时避免了浸渍树脂粘度增大的问题。

本发明中，所述环氧树脂为4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)联苯、4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)-3,3′,5,5′-四甲基联苯、间苯二酚二缩水甘油醚、双酚A型液体环氧树脂、双酚F型液体环氧树脂中的一种或几种；优选为4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)联苯、4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)-3,3′,5,5′-四甲基联苯。

本发明中，所述固化剂为4,4′-二羟基联苯、4,4′-二氨基联苯、4,4′-二甲酸联苯、4,4′-二羟基-3,3′,5,5′-四甲基联苯、间苯二酚甲醛树脂中的一种或几种；优选为4,4′-二羟基联苯、4,4′-二羟基-3,3′,5,5′-四甲基联苯。

本发明中，所述环氧活性稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、邻苯二甲酸二烯丙酯、丁二醇二缩水甘油醚、季戊二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。

本发明公开了上述高导热绝缘浸渍树脂在制备环氧绝缘材料中的应用或者在制备环氧浸渍材料中的应用。具体的，浸渍材料为线圈等用的浸渍材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所采用的环氧树脂和固化剂增强了声子在浸渍树脂中的传输以及离子或电子的热运动，从而达到提高浸渍树脂热传导的发明目的，可以不用添加无机导热粉体，便可使无粉体填充的浸渍树脂固化物的导热系数由0.16～0.19W/(m·K)提高到0.3W/(m·K)，提高明显。

(2)与填充型高导热绝缘浸渍树脂现有技术相比，不存在粉体沉降，不会引起粘度增大而影响浸渍工艺的可操作性，避免界面缺陷引起固化物力学性能和电性能下降等缺点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。本发明采用的原料都是市售产品，符合绝缘浸渍漆的常规要求，制备涉及的具体操作以及测试方法都是常规技术；反应过程的温度波动为常识。此处所描述的实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

浸渍树脂粘度按《GB/T 15022.2-2007 电气绝缘用树脂基活性复合物 第2部分试验方法》第4.3节规定检测；固化物导热系数按《GB/T 29313-2012 电气绝缘材料热传导性能试验方法》规定检测；固化物击穿场强按《GB/T 1408.1-2016 绝缘材料 电气强度试验方法 第1部分：工频下试验》规定检测。

实施例1

在反应瓶中称入100g间苯二酚二缩水甘油醚、25g 4,4′-二羟基联苯、15g丙酮，然后于100~105℃回流反应至4,4′-二羟基联苯全部溶解（取样冷却至室温后仍透明为止），随即终止反应；然后减压脱除挥发分（10kPa、105℃下），保持至物料无气泡放出为止；解除真空后加入15g邻甲苯基缩水甘油醚，搅拌下自然降温至室温，得到高导热绝缘浸渍树脂，外观为浅棕色透明粘稠树脂状，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为230mPa·s；浸渍树脂经170℃固化5h后，所得固化物的导热系数为0.27W/(m·K)，击穿场强为32kV/mm。

实施例2

在反应瓶中称入20g苯基缩水甘油醚，然后于120~130℃下分5批加入100g 4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)联苯（每批加入20g，待前一批4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)联苯溶解并分散后再入加下一批），搅拌0.5h；然后加入30g 4,4′-二羟基联苯、20g丙酮，于100~105℃下回流反应至4,4′-二羟基联苯全部溶解（取样冷却至室温后仍透明为止），随即终止反应；然后减压脱除挥发分（10kPa、105℃下），保持至物料无气泡放出为止；解除真空搅拌下自然降温至室温，得到高导热绝缘浸渍树脂，外观为淡黄色透明粘稠树脂状，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为200mPa·s；浸渍树脂经170℃固化8h后，所得固化物的导热系数为0.32W/(m·K)，击穿场强为34kV/mm。

实施例3

在反应瓶中称入100g 4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)-3,3′,5,5′-四甲基联苯，升至110~120℃保持至物料熔化后开动搅拌，加入25g 4,4′-二羟基-3,3′,5,5′-四甲基联苯、15g丙酮，于100~105℃下回流反应至4,4′-二羟基-3,3′,5,5′-四甲基联苯全部溶解（取样冷却至室温后仍透明为），随即终止反应；然后减压脱除挥发分（10kPa、105℃下），保持至物料无气泡放出；解除真空加入15g邻甲苯基缩水甘油醚，搅拌下自然降温至室温，得到高导热绝缘浸渍树脂，外观为浅棕色透明粘稠树脂状，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为270mPa·s；浸渍树脂经160℃固化8h后，所得固化物的导热系数为0.30W/(m·K)，击穿场强为31kV/mm。

实施例4

在反应瓶中称入100g双酚F型液体环氧树脂、22g 4,4′-二羟基联苯、17g丙酮，升至100~105℃回流反应至4,4′-二羟基联苯全部溶解（取样冷却至室温后仍透明为止），随即终止反应；然后减压脱除挥发分（10kPa、105℃下），保持至物料无气泡放出；解除真空加入15g苯基缩水甘油醚，搅拌下自然降温至室温，得到高导热绝缘浸渍树脂，外观为淡黄色透明粘稠树脂状，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为220mPa·s；浸渍树脂经160℃固化5h后，所得固化物的导热系数为0.28W/(m·K)，击穿场强为33kV/mm。

对比例1

本对比例为市售高性能无粉体填充的环氧酸酐绝缘浸渍树脂，外观为棕红色透明粘稠树脂状，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为180mPa·s；浸渍树脂经160℃固化12h后，所得固化物的导热系数为0.17W/(m·K)，击穿场强为26kV/mm。

对比例2

本对比例为填充型高导热环氧酸酐绝缘浸渍树脂，制备过程如下：

在100g对比例1的环氧酸酐绝缘浸渍树脂中加入400目Al₂O₃粉45g，高速分散1h，得到含导热粉体的高导热环氧酸酐绝缘浸渍树脂；外观为微黄乳浊粘稠树脂状，静置0.5h后Al₂O₃粉体发生明显沉降并分层，上层为棕红色透明树脂，下层为乳浊粘稠树脂状。搅拌均匀后取样，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为1050mPa·s；浸渍树脂经160℃固化12h后，所得固化物的导热系数为0.30W/(m·K)；固化物击穿场强为22kV/mm。

对比例3

本对比例为填充型高导热环氧酸酐绝缘浸渍树脂，制备过程如下：

在100g对比例1的环氧酸酐绝缘浸渍树脂中加入400目Al₂O₃粉30g，高速分散1h，得到含导热粉体的导热环氧酸酐绝缘浸渍树脂；外观为微黄乳浊粘稠树脂状，静置0.5h后Al₂O₃粉体即发生明显沉降并分层，搅拌均匀后取样，按照相关国家标准测得其性能如下：40℃下的粘度为850mPa·s；浸渍树脂经160℃固化12h后，所得固化物的导热系数为0.24W/(m·K)；固化物击穿场强为25kV/mm。

与现有同类工业应用最佳性能的无填料浸渍漆（对比例1）相比，本发明的高导热绝缘浸渍树脂配方以环氧树脂与固化剂为主，环氧稀释剂为辅，增强了树脂体系的热传导，不用添加无机导热粉体，便可以使浸渍树脂固化物的导热系数由现有产品的0.16～0.19W/(m·K)提高到0.30W/(m·K)以上，这是包括胺固化剂、酐固化剂在内的现有环氧树脂体系（无填料）无法实现的技术进步；尤其是，本发明浸渍树脂还保持低粘度（200 mPa·s左右），特别的，本发明取得了击穿场强大于30kV/mm的技术进步，这在纯浸渍树脂体系中罕见。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高导热绝缘浸渍树脂，其特征在于，包括以下以重量份计的组分：环氧树脂100份、固化剂15～45份、环氧活性稀释剂10～30份；所述环氧树脂为4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)联苯、4,4′-双(2,3-环氧基丙氧基)-3,3′,5,5′-四甲基联苯、间苯二酚二缩水甘油醚、双酚A型液体环氧树脂、双酚F型液体环氧树脂中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述高导热绝缘浸渍树脂，其特征在于，所述高导热绝缘浸渍树脂由以下以重量份计的组分组成：环氧树脂100份、固化剂15～45份、环氧活性稀释剂10～30份。

3.根据权利要求2所述高导热绝缘浸渍树脂，其特征在于，所述高导热绝缘浸渍树脂，由以下以重量份计的组分组成：环氧树脂100份、固化剂25～30份、环氧活性稀释剂15～20份。

4.根据权利要求2所述高导热绝缘浸渍树脂，其特征在于，所述固化剂为4,4′-二羟基联苯、4,4′-二氨基联苯、4,4′-二甲酸联苯、4,4′-二羟基-3,3′,5,5′-四甲基联苯、间苯二酚甲醛树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述高导热绝缘浸渍树脂，其特征在于，所述环氧活性稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、邻苯二甲酸二烯丙酯、丁二醇二缩水甘油醚、季戊二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。

6.权利要求1所述高导热绝缘浸渍树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，将环氧树脂、固化剂、环氧稀释剂混合，得到高导热绝缘浸渍树脂。

7.根据权利要求6所述高导热绝缘浸渍树脂的制备方法，其特征在于，环氧树脂、固化剂先反应，再与环氧稀释剂混合，得到高导热绝缘浸渍树脂；或者在环氧稀释剂存在下，将环氧树脂与固化剂反应，得到高导热绝缘浸渍树脂。

8.根据权利要求6所述高导热绝缘浸渍树脂的制备方法，其特征在于，反应在有机溶剂存在下进行；反应为100～105℃反应2～4h。

9.权利要求1所述高导热绝缘浸渍树脂在制备环氧绝缘材料中的应用。

10.权利要求1所述高导热绝缘浸渍树脂在制备环氧浸渍材料中的应用。