用于變壓器的封裝材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于變壓器的封裝材料，其包括氧化石墨烯-二氧化硅改性改性的環(huán)氧樹脂、交聯劑、增韌劑、填料和促進劑。該封裝材料性能良好，可以保證封裝件的整體性能不下降，延長干式變壓器的使用壽命。
【專利說明】用于變壓器的封裝材料

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及干式變壓器【技術領域】，尤其涉及一種用于變壓器的封裝材料。

【背景技術】
[0002] 干式電力變壓器包括封裝層及線圈，常用的封裝層材料為以環(huán)氧樹脂為主的材 料，環(huán)氧樹脂是一種廣泛應用的化工原料，具有難燃，阻燃，和優(yōu)越的電氣性能，比空氣和變 壓器油的絕緣強度還高，澆注成型后的變壓器線圈具有機械強度高，優(yōu)越的防潮、防塵性 能，廣泛應用于城市電網，尤其是對防火、安全要求高的場所。
[0003] 傳統的環(huán)氧樹脂存在以下缺陷：氣味大，刺激性強，污染環(huán)境；合成過程難以控制 分子量，致使批次不均，影響批次穩(wěn)定性；工藝幅度小，應用涂制線材時，爐溫/轉速影響很 大，對應用要求高，難以形成光潔表面；粘結力偏小，使用時不免有縫隙或氣泡產生，難以保 證絕緣性能，耐熱性差，容易受電熱老化的影響，封裝材料整體性能不斷下降，最終影響干 式變壓器的使用壽命。
[0004] 干式變壓器主要由鐵芯、高壓線圈、低壓線圈、環(huán)氧樹脂封裝件4個部件組成，其 中從可靠性的角度看，最弱的部件是環(huán)氧樹脂封裝件，本發(fā)明就是提供一種新型的干式變 壓器用環(huán)氧樹脂封裝材料，采用這種材料制備干式變壓器，保證封裝件的整體性能不下降， 延長干式變壓器的使用壽命。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種新型的干式變壓器用環(huán)氧樹脂封裝材料， 其性能良好，可以保證封裝件的整體性能不下降，延長干式變壓器的使用壽命。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種環(huán)氧樹脂封裝材料，其包括改性的環(huán)氧 樹脂、交聯劑、增韌劑、填料和促進劑。
[0007] 所述環(huán)氧樹脂封裝材料中各原料的重量分別為改性的環(huán)氧樹脂90重量份?110 重量份、交聯劑50重量份?70重量份、增韌劑10重量份?30重量份、填料80重量份? 100重量份和促進劑0. 1重量份?0. 3重量份。
[0008] 所述改性的環(huán)氧樹脂具體為采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂。
[0009] 所述氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂的制備方法具體為：
[0010] 第一步，氧化石墨烯-二氧化硅的制備；
[0011] 第二步，環(huán)氧樹脂的改性。
[0012] 所述第一步進一步具體為：
[0013] a、氧化石墨烯的制備：于冰水混合物中，將10g鱗片石墨加入230ml濃硫酸中，采 用電動攪拌器攪拌的同時，緩慢加入30g高錳酸鉀，控制反應溫度始終小于5°C，并保存96 h ;將所得墨綠色液體加入460ml的去離子水中；所得溶液在35°C下攪拌反應1.5 h，然后 升溫951：，反應111;趁熱加入301111的30%過氧化氫，靜置1211，過濾，并用100011115%鹽酸 洗滌，3000ml去離子水洗滌至無硫酸根離子，所得樣品70°C烘干，獲得氧化石墨烯；
[0014] b、硅溶膠的制備，將正硅酸乙酯、無水乙醇和水按照1:10:30的摩爾比加入到錐 形瓶中，以0. lmol 鹽酸作為催化劑，鹽酸與正硅酸乙酯的摩爾比為0. 015: 1，在室溫下， 劇烈攪拌1小時，得到透明的溶膠，獲得硅溶膠；
[0015] C、氧化石墨烯-二氧化硅的制備，在250mL三口燒瓶中加入0. lg氧化石墨烯、 20mLDMF，氮氣保護下加入6mL甲苯二異氰酸酯（TDI)，50°C持續(xù)反應12h后加入20mL硅溶 膠，繼續(xù)反應12h，過濾、真空干燥，獲得產品。
[0016] 所述第二步具體為：將20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20mlDMF中，超聲處理 2h，得到均勻的懸浮液；將懸浮液加入70°C預熱2h的20g環(huán)氧樹脂中，保溫并高速攪拌5h， 所得混合物在70°C下真空干燥4h，以質量比4:1的比例加入固化劑4, 4-二氨基二苯砜，然 后注入模具中抽真空脫除氣泡，常溫固化，獲得產品。
[0017] 所述交聯劑具體為松香基環(huán)氧交聯劑，更進一步具體為馬來海松酸酐聚酰胺。
[0018] 所述環(huán)氧樹脂可以是任意的環(huán)氧樹脂，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂E-51，環(huán)氧當量180? 190g/mol，中國石化巴陵石化公司提供。
[0019] 所述馬來海松酸酐聚酰胺的制備方法具體為：
[0020] 第一步，將100g馬來海松酸酐以及100g醇濃度為95 %的乙醇放入反應容器中，力口 熱至沸騰，直至馬來還送酸酐完全溶解于乙醇中，待用；
[0021] 第二步，將103g二乙烯三胺加入到反應容器中，加熱至140°C，將第一步制備的產 物逐滴加入到二乙烯三胺中，然后恒溫至140°C，回流加熱2小時，然后緩慢升高至210°C， 繼續(xù)反應3小時，隨后抽真空，得到棕色固體，即為馬來海松酸酐聚酰胺。
[0022] 本發(fā)明提供的環(huán)氧樹脂封裝材料采用真空澆注法制備成干式變壓器。
[0023] 本發(fā)明還提供了上述干式變壓器的制備方法，具體為：
[0024] 第一步，配料；
[0025] 第二步，澆注；
[0026] 第三步，固化和拆模。
[0027] 所述第一步具體為前面制備的改性環(huán)氧樹脂放入到配料罐中，攪拌加熱到50°C， 按照所述比例加入交聯劑、增韌劑、填料和促進劑，保持真空度20?30mbar，攪拌均勻，當 沒有大量泡沫產生且保持溫度處于50°C?60°C，獲得澆注料。
[0028] 所述第二步具體為，在澆注前，將繞制好的線圈裝入澆注磨具后，調入澆注罐，隨 后打開澆注罐，加熱到80°C?85°C，持續(xù)加熱8?10小時，澆注前2小時，打開澆注罐真空 泵，至真空度為30?50Pa，隨后加入澆注料，控制加料速度為1. 5?2kg/min，直至加料完 成。
[0029] 所述第三步具體為將澆注好的模具在固化爐內加熱固化，固化溫度保持在90°C? 110°C，持續(xù)15分鐘?25分鐘，固化完成后，將線圈出爐，以最快的速度拆除模具，將線圈吊 入固化爐內，緩慢降溫度至室溫。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031] 本發(fā)明提供的新型的干式變壓器用環(huán)氧樹脂封裝材料，其性能良好，可以保證封 裝件的整體性能不下降，延長干式變壓器的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為改性環(huán)氧樹脂WAXD表征；
[0033] 圖2為馬來海松酸酐聚酰胺紅外圖譜表征，其中，a_二乙烯三胺；b_馬來海松酸 酐；c-馬來海松酸酐聚酰胺。

【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明提供了一種環(huán)氧樹脂封裝材料，其包括改性的環(huán)氧樹脂、交聯劑、增韌劑、 填料和促進劑。
[0035] 進一步優(yōu)選，所述環(huán)氧樹脂封裝材料僅由上述原料構成。
[0036] 所述環(huán)氧樹脂封裝材料中各原料的重量分別為改性的環(huán)氧樹脂90重量份?110 重量份、交聯劑50重量份?70重量份、增韌劑10重量份?30重量份、填料80重量份? 100重量份和促進劑0. 1重量份?0. 3重量份。
[0037] 進一步，所述環(huán)氧樹脂封裝材料中各原料的重量分別為改性的環(huán)氧樹脂100重量 份、交聯劑60重量份、增韌劑20重量份、填料90重量份和促進劑0. 2重量份。
[0038] 所述改性的環(huán)氧樹脂具體為采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂，該改性 環(huán)氧樹脂是干式變壓器的理想的封裝材料。
[0039] 所述改性的環(huán)氧樹脂具體為采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂。
[0040] 所述氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂的制備方法具體為：
[0041] 第一步，氧化石墨烯-二氧化硅的制備；
[0042] 第二步，環(huán)氧樹脂的改性。
[0043] 所述第一步進一步具體為：
[0044] a、氧化石墨烯的制備：于冰水混合物中，將10g鱗片石墨加入230ml濃硫酸中，采 用電動攪拌器攪拌的同時，緩慢加入30g高錳酸鉀，控制反應溫度始終小于5°C，并保存96 h ;將所得墨綠色液體加入460ml的去離子水中；所得溶液在35°C下攪拌反應1.5 h，然后 升溫951：，反應111;趁熱加入301111的30%過氧化氫，靜置1211，過濾，并用100011115%鹽酸 洗滌，3000ml去離子水洗滌至無硫酸根離子，所得樣品70°C烘干，獲得氧化石墨烯；
[0045] b、硅溶膠的制備，將正硅酸乙酯、無水乙醇和水按照1:10:30的摩爾比加入到錐 形瓶中，以0. lmol 鹽酸作為催化劑，鹽酸與正硅酸乙酯的摩爾比為0. 015: 1，在室溫下， 劇烈攪拌1小時，得到透明的溶膠，獲得硅溶膠；
[0046] c、氧化石墨烯-二氧化硅的制備，在250mL三口燒瓶中加入0. lg氧化石墨烯、 20mLDMF，氮氣保護下加入6mL甲苯二異氰酸酯（TDI)，50°C持續(xù)反應12h后加入20mL硅溶 膠，繼續(xù)反應12h，過濾、真空干燥，獲得產品。
[0047] 所述第二步具體為：將20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20ml DMF中，超聲處理 2h，得到均勻的懸浮液；將懸浮液加入70°C預熱2h的20g環(huán)氧樹脂中，保溫并高速攪拌5h， 所得混合物在70°C下真空干燥4h，以質量比4:1的比例加入固化劑4, 4-二氨基二苯砜，然 后注入模具中抽真空脫除氣泡，常溫固化，獲得產品。
[0048] 所述交聯劑具體為松香基環(huán)氧交聯劑，更進一步具體為馬來海松酸酐聚酰胺。
[0049] 所述環(huán)氧樹脂可以是任意的環(huán)氧樹脂，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂E-51，環(huán)氧當量180? 190g/mol，中國石化巴陵石化公司提供。
[0050] 所述馬來海松酸酐聚酰胺的制備方法具體為：
[0051] 第一步，將lOOg馬來海松酸酐以及l(fā)OOg醇濃度為95%的乙醇放入反應容器中，力口 熱至沸騰，直至馬來還送酸酐完全溶解于乙醇中，待用；
[0052] 第二步，將103g二乙烯三胺加入到反應容器中，加熱至140°C，將第一步制備的產 物逐滴加入到二乙烯三胺中，然后恒溫至140°C，回流加熱2小時，然后緩慢升高至210°C， 繼續(xù)反應3小時，隨后抽真空，得到棕色固體，即為馬來海松酸酐聚酰胺。
[0053] 所述增韌劑可以采用常用的各種增韌劑，進一步優(yōu)選聚丙醇。
[0054] 所述促進劑為咪唑類促進劑，進一步選自2-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-乙 基-4-甲基咪唑的一種。
[0055] 所述填料可以為二氧化硅，其粒徑小于100目，其能降低固化時的收縮率和熱膨 脹系數，增加導熱系數，提高耐熱性。
[0056] 本發(fā)明提供的環(huán)氧樹脂封裝材料采用真空澆注法制備成干式變壓器。
[0057] 本發(fā)明還提供了上述干式變壓器的制備方法，具體為：
[0058] 第一步，配料；
[0059] 第二步，澆注；
[0060] 第三步，固化和拆模。
[0061] 所述第一步具體為前面制備的改性環(huán)氧樹脂放入到配料罐中，攪拌加熱到50°C， 按照所述比例加入交聯劑、增韌劑、填料和促進劑，保持真空度20?30mbar，攪拌均勻，當 沒有大量泡沫產生且保持溫度處于50°C?60°C，獲得澆注料。
[0062] 所述第二步具體為，在澆注前，將繞制好的線圈裝入澆注磨具后，調入澆注罐，隨 后打開澆注罐，加熱到80°C?85°C，持續(xù)加熱8?10小時，澆注前2小時，打開澆注罐真空 泵，至真空度為30?50Pa，隨后加入澆注料，控制加料速度為1. 5?2kg/min，直至加料完 成。
[0063] 所述第三步具體為將澆注好的模具在固化爐內加熱固化，固化溫度保持在90°C? 110°C，持續(xù)15分鐘?25分鐘，固化完成后，將線圈出爐，以最快的速度拆除模具，將線圈吊 入固化爐內，緩慢降溫度至室溫。
[0064] 以下采用實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段 來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。
[0065] 實施例1氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂的制備
[0066] 于冰水混合物中，將10g鱗片石墨加入230ml濃硫酸中，采用電動攪拌器攪拌的同 時，緩慢加入30g高錳酸鉀，控制反應溫度始終小于5°C，并保存96 h ;將所得墨綠色液體 加入460ml的去離子水中；所得溶液在35°C下攪拌反應1. 5 h，然后升溫95°C，反應lh ;趁 熱加入30ml的30%過氧化氫，靜置12h，過濾，并用1000ml5 %鹽酸洗滌，3000ml去離子水 洗滌至無硫酸根離子，所得樣品70°C烘干，獲得氧化石墨烯，將正硅酸乙酯、無水乙醇和水 按照1:10:30的摩爾比加入到錐形瓶中，以0. lmol · Γ1鹽酸作為催化劑，鹽酸與正硅酸乙 酯的摩爾比為0. 015:1，在室溫下，劇烈攪拌1小時，得到透明的溶膠，獲得硅溶膠，在250mL 三口燒瓶中加入〇. lg氧化石墨烯、20mLDMF，氮氣保護下加入6mL甲苯二異氰酸酯（TDI)， 50°C持續(xù)反應12h后加入20mL硅溶膠，繼續(xù)反應12h，過濾、真空干燥，獲得氧化石墨烯-二 氧化硅，將20mg的氧化石墨烯-二氧化硅加入20mlDMF中，超聲處理2h，得到均勻的懸浮 液；將懸浮液加入70°C預熱2h的20g環(huán)氧樹脂E-51中，保溫并高速攪拌5h，所得混合物在 70°C下真空干燥4h，以質量比4:1的比例加入固化劑4, 4-二氨基二苯砜，然后注入模具中 抽真空脫除氣泡，常溫固化，獲得產品。
[0067] 環(huán)氧樹脂性能測試
[0068] 儀器設備
[0069] PyrislDSC，美國PerkinElmer公司；NDJ-8型數顯式粘度計，上海精密科學儀器 有限公司；CHARPYXCJ-40型沖擊試驗機，承德實驗儀器廠；RGT-30型微機控制電子萬能材 料試驗機，深圳瑞格爾有限公司；2801西林電橋：瑞士 TETTESAGINSTRUM ENTS ;ZC36高阻 計：上海精密儀器儀表有限公司。
[0070] 測試指標
[0071] 樹脂粘接性能、澆鑄體及復合材料試樣的主要力學性能
[0072] 按相關的國家標準，測試樹脂的鋼/鋼粘接強度，澆鑄體及復合材料的拉伸性能、 彎曲性能與壓縮強度。
[0073] 電性能
[0074] 參照國家標準，測試樹脂澆鑄體試樣的體積電阻率、介電常數及介質損耗因數。
[0075] 結果見表1。
[0076] 表1環(huán)氧樹脂粘接性能、力學與電學性能

【權利要求】
1. 一種用于干式變壓器的封裝材料，其特征在于：包括改性的環(huán)氧樹脂、交聯劑、增韌 齊U、填料和促進劑。
2. 如權利要求1所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述環(huán)氧樹脂封裝材料中各 原料的重量分別為改性的環(huán)氧樹脂90重量份?110重量份、交聯劑50重量份?70重量份、 增韌劑10重量份?30重量份、填料80重量份?100重量份和促進劑0. 1重量份?0. 3重 量份。
3. 如權利要求1或2所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述改性的環(huán)氧樹脂具 體為采用氧化石墨烯-二氧化硅改性的環(huán)氧樹脂。
4. 如權利要求1至3所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述氧化石墨烯-二氧 化硅改性的環(huán)氧樹脂的制備方法具體為， 第一步，氧化石墨烯-二氧化硅的制備； 第二步，環(huán)氧樹脂的改性。
5. 如權利要求4所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述第一步進一步具體為， a、 氧化石墨烯的制備：于冰水混合物中，將10g鱗片石墨加入230ml濃硫酸中，采用電 動攪拌器攪拌的同時，緩慢加入30g高錳酸鉀，控制反應溫度始終小于5°C，并保存96 h ; 將所得墨綠色液體加入460ml的去離子水中；所得溶液在35°C下攪拌反應1. 5 h，然后升 溫951：，反應111;趁熱加入301111的30%過氧化氫，靜置1211，過濾，并用100011115%鹽酸洗 滌，3000ml去離子水洗滌至無硫酸根離子，所得樣品70°C烘干，獲得氧化石墨烯； b、 硅溶膠的制備，將正硅酸乙酯、無水乙醇和水按照1:10:30的摩爾比加入到錐形瓶 中，以0. lmol · Γ1鹽酸作為催化劑，鹽酸與正硅酸乙酯的摩爾比為0. 015:1，在室溫下，劇 烈攪拌1小時，得到透明的溶膠，獲得硅溶膠； c、 氧化石墨烯-二氧化硅的制備，在250mL三口燒瓶中加入0. lg氧化石墨烯、 20mLDMF，氮氣保護下加入6mL甲苯二異氰酸酯（TDI)，50°C持續(xù)反應12h后加入20mL硅溶 膠，繼續(xù)反應12h，過濾、真空干燥，獲得產品。
6. 如權利要求4所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述第二步具體為將20mg的 氧化石墨烯-二氧化硅加入20mlDMF中，超聲處理2h，得到均勻的懸浮液；將懸浮液加入 70°C預熱2h的20g環(huán)氧樹脂中，保溫并高速攪拌5h，所得混合物在70°C下真空干燥4h，以 質量比4:1的比例加入固化劑4, 4-二氨基二苯砜，然后注入模具中抽真空脫除氣泡，常溫 固化，獲得產品。
7. 如權利要求1至6所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述交聯劑具體為松香 基環(huán)氧交聯劑，更進一步具體為馬來海松酸酐聚酰胺。
8. 如權利要求1-7所述的環(huán)氧樹脂封裝材料，其特征在于：所述馬來海松酸酐聚酰胺 的制備方法具體為， 第一步，將l〇〇g馬來海松酸酐以及l(fā)〇〇g醇濃度為95%的乙醇放入反應容器中，加熱至 沸騰，直至馬來還送酸酐完全溶解于乙醇中，待用； 第二步，將103g二乙烯三胺加入到反應容器中，加熱至140°C，將第一步制備的產物逐 滴加入到二乙烯三胺中，然后恒溫至140°C，回流加熱2小時，然后緩慢升高至210°C，繼續(xù) 反應3小時，隨后抽真空，得到棕色固體，即為馬來海松酸酐聚酰胺。
9. 一種干式變壓器的制備方法，其特征在于： 第一步，配料，將所述改性環(huán)氧樹脂放入到配料罐中，攪拌加熱到50°C，按照所述比例 加入交聯劑、增韌劑、填料和促進劑，保持真空度20?30mbar，攪拌均勻，當沒有大量泡沫 產生且保持溫度處于50°C?60°C，獲得澆注料。； 第二步，將繞制好的線圈裝入澆注磨具后，調入澆注罐，隨后打開澆注罐，加熱到 80°C?85°C，持續(xù)加熱8?10小時，澆注前2小時，打開澆注罐真空泵，至真空度為30? 50Pa，隨后加入澆注料，控制加料速度為1. 5?2kg/min，直至加料完成； 第三步，將澆注好的模具在固化爐內加熱固化，固化溫度保持在90°C?110°C，持續(xù)15 分鐘?25分鐘，固化完成后，將線圈出爐，以最快的速度拆除模具，將線圈吊入固化爐內， 緩慢降溫度至室溫。
【文檔編號】H01F41/04GK104119644SQ201410251264
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】江志鑫 申請人:青島申達高新技術開發(fā)有限公司