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绝缘浸渍漆是一种通过浸渍工序,渗透、填充到线圈、线槽或其它绝缘物的空隙和气孔之中,经固化将线圈导线粘结为绝缘整体,并于表面形成连续的绝缘层,提供介电和机械保护的液体树脂体系,浸渍漆的性能对各种电器设备的使用寿命具有重要的意义。导热性好、耐高温且应用性能优良的无溶剂型浸渍漆是国内外的发展方向。
单一树脂体系浸渍漆总是存在各种优缺点,常通过调整树脂配方,几种不同的树脂共混共聚,加入无机填料等方法来改性,提高浸渍漆的综合性能,满足实际使用中提出的各种要求。按照树脂的主体成分,可将目前常用的耐高温浸渍漆分为有机硅类、二苯醚类、聚酰亚胺类、聚酯酰亚胺类、环氧树脂类以及不饱和聚酯类等类型。
结合粘土/聚合物纳米复合材料所取得的研究成果,本文选择不饱和聚酯与环氧树脂预聚得到的环氧酯为浸渍漆基体树脂,采用原位插层复合法,以有机化改性的层状硅酸盐一蒙脱土(OMMT)为填料制备了有机蒙脱土/环氧耐热聚酯浸渍漆纳米复合材料,既提高了浸渍漆的综合性能,又降低了成本。和传统加入的填料相比,加入蒙脱土的最大优点是以微米级的填料而得到纳米级的产物。
本文综述了无溶剂浸渍漆的发展趋势,层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的研究进展,探讨了蒙脱土的有机改性,环氧耐热聚酯的配方、合成工艺以及复合材料的制备工艺、固化制度。以XRD表征了复合材料的微观结构,全面地研究了复合材料的光学,力学,热学以及电学性能,并对应用性能作了初步的评价,对下一步的工作提出了建议。本文得到的一些结论如下:
1.以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为插层剂,当固液比为3%~5%,PH=5(盐酸调整),CTAB:MMT(wt%)=0.8:1,温度为75℃,反应时间为4h时,得到的蒙脱土改性效果最好,有机化蒙脱土的d<,001>。晶面间距达到3.8748nm,且润湿角最大,为64.31<0>。
2.采用两步法工艺首先合成了不饱和树脂,在酸值为40mgKOH/g时,加入环氧树脂预聚,以苯乙烯为稀释剂,对苯二酚为阻聚剂,得到了环氧耐热聚酯浸渍漆。以新戊二醇代替部分1,2-丙二醇,间苯二甲酸代替部分苯酐,和通用树脂相比,能提高耐热性,并优化其他性能。第一步投料为1,2-丙二醇,新戊二醇,苯酐,间苯二甲酸;其中酸醇官能团摩尔比为0.55:1。第二步投料为1,2-丙二醇,顺酐,控制酸醇官能团摩尔比为2.4:1,两步投料保证酸醇摩尔比为1:1.2。反应时间为6.5h。
3.以甲基四氢苯酐(MeTHPA)为固化剂,ICl020(DCP-TBPB=1:1wt%)为引发剂,DMP-30为促进剂固化浸渍漆。以50g漆计,加入9gIC1020,14gMeTHPA,0.2DMP-30,凝胶时间为17min,在130 ℃/30min+150 ℃/3h下固化,固化物性能良好。加入OMMT后对固化过程影响很小。
4.加入1%含量的OMMT于浸渍漆中,固化物能形成层离型纳米结构,大于2%以后,则形成插层型纳米结构,且随着OMMT含量的增多,蒙脱土片层在固化物中有序度变差,团聚相增多.
5.含OMMT浸渍漆固化物综合性能优于纯浸渍树脂固化物,特别是在加入小质量分数(<3%)情况下。少量OMMT的加入,能稍微降低固化物的光学透明性,但大幅度提高了固化物的冲击强度,拉伸强度,热变形温度,小幅度的提高粘接力,耐温指数,导热系数,同时也降低了树脂的相对介电常数和介质损耗常数,对于绝缘材料来说,这些都是有利的。不利之处在于提高了漆的粘度,降低电气击穿强度。和纯浸渍漆相比,加入1%OMMT的纳米浸渍漆粘度在35℃为47.1s,与纯浸渍漆的43.2s差别不大,拉伸强度和冲击强度分别为59.8MPa和9.89kJ/m<2>,提高了13.5%和10.4%,粘结力增加了6N,导热系数提高了0.01W/(m·k),热变形温度增加到102.7℃,提高幅度为19.3℃,增幅达到23.1%,耐热指数提高了3.2℃。在电学性能上,50Hz下的相对介电常数由4.04下降到1.98,100Hz下介质损耗常数则由0.006下降到0.002,但同时,常温下电气击穿强度也小幅度降低。
6.在大质量分数加入下(>5%),因蒙脱土的团聚而引起内部较多的缺陷,团聚相可成为应力集中点,热量集中点,同时也能阻碍高分子链的规整,引起大部分性能恶化。但各种性能的影响因素复杂,分析机理时需协同考虑各种因素。大分数质量下,漆液粘度上升很快,极大的影响使用性能。含5%OMMT的浸渍漆35℃下粘度达到81.7s,需调整变浸渍工艺才能应用。