[发明专利]一种低掺杂量下固态变压器用高导热强绝缘环氧复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低掺杂量下固态变压器用高导热强绝缘环氧复合材料及其制备方法，制备方法如下：1)制备核壳结构BN@SiO₂微米颗粒，纳米BN经偶联剂表面修饰及球磨法处理；2)取环氧树脂100份、固化剂80份、促进剂1份、微‑纳米填料体系20‑80份，纳米BN占填料体系比重为1‑5wt％；3)将步骤2)组分混合，通过自转公转搅拌机进行分散、脱泡处理；4)将步骤3)所得混合物浇注模具，干燥箱中加热固化。本发明通过微纳共掺技术，微米粒子采取核壳结构，纳米粒子表面改性，所选共掺比下可获电、热性能优异的环氧基复合材料；此外，该制备方法步骤简单、填料掺杂量低、成本低，适用于工业生产。

技术领域

本发明属于导热绝缘复合材料技术领域，具体涉及一种低掺杂量下固态变压器用高导热强绝缘环氧复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着用电量的增加，电网负荷越来越大，电力电子变压器因其在分布式发电系统、新能源发电中存在巨大的发展潜力得到了人们的关注。然而电力电子变压器中固态变压器部分，其铁芯的磁滞损耗、线圈的焦耳热、绝缘材料本身的损耗发热等会导致局部温升达到150-170℃，影响设备长期稳定的运行。

环氧树脂作为固态变压器的主要绝缘介质，具有绝缘性能好、易于加工成型、硬度高、性能稳定等优点，但是环氧本征热导率不高(仅为0.20-0.22W/(m·K))，限制了器件和电力设备的散热效率，同时，在固态变压器的运行过程中，环氧树脂作为主要绝缘介质常常处于电、热、机械等多场耦合环境下，这对环氧的电气绝缘性能提出了较高的要求，因此研究固态变压器用高导热强绝缘环氧复合材料对固态变压器的长期稳定运行具有十分重大的意义。

就目前的研究而言，实现高导热的一般手段是增加填料掺杂量和构建不同的结构，如多层结构、3D网状结构等，但不能回避的是，填料的掺杂量较大，与之相应的诸如击穿场强等绝缘性能会下降。申请号为201710544833.8的中国发明专利公开了一种高导热绝缘环氧树脂组合物及制备方法，但是其对电气绝缘强度的关注不足，未讨论击穿场强的提升，其次粘结性有待提高，同时制备流程较复杂，填料含量较高，易在基体内形成孔洞，危害绝缘性能；申请号为201710232591.9的中国发明专利公开了一种高导热环氧树脂基氧化铝-氮化硼微纳米复合绝缘材料，但没有涉及复合材料的电气绝缘强度，同时填料掺杂含量较高，在一个实施例中填料含量高达78wt％，在制备过程中容易引入气孔，对介电性能带来危害，同时，高掺杂量对工业化生产造成一定难度。

综上所述，目前亟需一种在低掺杂量下能同时保持高导热以及较高电气绝缘强度的环氧树脂复合材料。

发明内容

为克服由于环氧树脂本征热导率低带来的固态变压器温升明显的不足，本发明的目的之一在于提供一种低掺杂量下固态变压器用高导热强绝缘环氧复合材料制备方法，目的之二在于提供一种低掺杂量下高导热强绝缘环氧复合材料。

本发明采用的技术方案如下：

一种固态变压器用高导热强绝缘环氧复合材料，以质量份数计，其原料包括：

100份的环氧树脂、80份的酸酐类固化剂、1份的胺类促进剂和20-80份的填料体系；

所述填料体系包括改性纳米氮化硼颗粒和微米粒子，以质量百分数计，所述填料体系中含有3％-5％的改性纳米氮化硼颗粒；所述改性纳米氮化硼颗粒为BN经硅烷偶联剂进行表面改性后得到的颗粒，所述微米粒子为具有核壳结构的纳米二氧化硅包覆氮化硼的微米粒子。

优选的，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或多酚型缩水甘油醚环氧树脂。

优选的，所述酸酐类固化剂包括甲基四氢苯酐或甲基六氢苯酐。

优选的，所述胺类促进剂包括2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、三乙胺或三乙醇胺。