纳米二氧化硅的表面修饰及其在漆包线中的应用研究

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根据目前国内外电机、电器、变压器及IT信息产业正朝着“高压、高频、高效、节能、紧凑型”的高新技术产品发展趋势,其核心部件-漆包线,提出了复合型高性能化的发展要求。为此目的,本研究在对所使用绝缘漆进行精心选择的基础上,通过对nano-SiO2进行表面改性,然后将其用于改性绝缘漆,并采用“三涂层”工艺试制出“纳米复合高性能漆包线”,对工艺、技术条件与参数进行了初步研究。主要工作如下:(1)在充分调研的基础上,精心选择了聚酯漆(PE)、聚酯亚胺(PEI)和聚酰胺酰亚胺(PAI)3种类型绝缘漆,研究了它们之间的相容性,发现PE与PEI,PEI与PAI之间有较好的相容性(或混溶性),而PE与PAI之间的相容性不佳。(2)以nano-SiO2为绝缘漆的改性剂,采用KH-550为其表面修饰剂,利用溶液法对nano-SiO2进行了表面修饰改性,研究了改性剂含量、反应时间对改性反应的影响,FTIR结果显示,KH-550以共价键的方式接枝到了nano-SiO2表面,TEM研究结果表明,改性后的nano-SiO2能较好地分散于乙醇中;XRD图谱结果显示,改性过程对nano-SiO2的结构基本没有影响;在改性剂的用量5%,反应时间为4-5h时,该方法的改性效果最佳。(3)研究了分散方法、nano-SiO2(改性后)含量对绝缘漆改性效果的影响,发现超声波分散与高速剪切法对分散nano-SiO2在绝缘漆中都能起到良好的分散效果,相比较而言,超声波分散法稍优于高速剪切法;nano-SiO2的含量对分散稳定性有重要的影响,在其含量≤5%时,nano-SiO2在绝缘漆基体中分散性较好,在其含量≥7%后,分散均匀性明显下降,团聚现象比较严重。(4)设计了3个方案,6组配方,采用三层漆膜复合结构试制了纳米复合高性能漆包线,研究了绝缘漆的种类、nano-SiO2含量以及工艺对漆包线性能的影响。方案一:底漆采用耐热PE(155级);中间层漆以PEI(200级)为基漆,以改性后的nano-SiO2为改性材料,自制纳米改性漆(按编号试制)为中间层漆;面漆采用PEI(200级)。涂漆道数:8道,试制样品按最大漆膜厚度比例分配各漆膜厚度,即:底漆2道,占总漆膜后的20-25%、中间层4道,占总漆膜后的50-60%、面漆2道,占总漆膜后的20-25%。方案一所研制的样品结果表明,在所研究的范围内发现:①绝缘漆的种类对漆包线的主要性能有重要的影响,按影响大小从低到高的顺序为:PE、PEI、PAI;②纳米含量对性能的影响:当其含量从3%增加到5%时,软化击穿温度提高了20℃左右,击穿电压提高了1000V。方案二:底漆以耐热PE(155级)为基漆,以改性后的nano-SiO2为改性材料,自制纳米改性漆(按编号试制)作为底漆;中间层漆以PEI(200级)为基漆,以改性后的nano-SiO2为改性材料,自制纳米改性漆(按编号试制)作为中间层漆;面漆采用聚酯亚胺(200℃)。涂漆道数:9道,试制样品按最大漆膜厚度比例分配各漆膜厚度,即:底漆3道,占总漆膜后的20-25%、中间层3道,占总漆膜后的50-60%、面漆3道,占总漆膜后的20-25%。方案二所研制B*-1样品结果显示,随着纳米含量的进一步增大,对漆包线的性能提升愈发显著。方案三:底漆以耐热PE(155级)为基漆,以改性后的nano-SiO2为改性材料,自制纳米改性漆(按编号试制)作为底漆;中间层漆以PEI(200级)为基漆,以改性后的nano-SiO2为改性材料,自制纳米改性漆(按编号试制)作为中间层漆;面漆采用PAI(220℃)。涂漆道数:12道,试制样品按最大漆膜厚度比例分配各漆膜厚度,即:底漆4道,占总漆膜后的20-25%、中间层6道,占总漆膜后的50-60%、面漆2道,占总漆膜后的20-25%。方案三所研制的C*-1样品,热冲击、软化击穿温度和击穿电压是合格的,具有耐电晕性能,但指标没有达到要求。
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