硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆的制备与性能研究

DVB2152 绝缘漆
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9.6×1012
从表 2 可以看出，硅微粉经硅烷偶联剂改性后， 绝缘漆的电气强度和体积电阻率明显提高，这是因 为硅微粉经偶联剂处理后，硅微粉与树脂结合更加 紧密，提高了绝缘漆的电性能。 2.4 硅微粉种类及含量对变压器温升的影响
调 节 绝 缘 漆 中 硅 微 粉 含 量 ，测 试 变 压 器 的 温 升，结果如图 3 所示。
式中，K 为温升，单位为 K；R1为热态电阻，单位为Ω；
R0 为冷态电阻，单位为Ω；T1 为测试后环境温度，单
位为℃；T0为测试前环境温度，单位为℃。
2 结果与讨论 硅微粉是一种常见的固体无机填料，普通的硅
微粉不会与不饱和聚酯发生反应，属于惰性填料。 为使硅微粉与不饱和聚酯树脂相容，提高材料的性 能，需对硅微粉进行表面改性，即通过偶联剂处理 形成活性硅微粉。
经硅烷偶联剂处理后的活性硅微粉，其表面会 形成一层极薄而牢固的硅烷偶联剂膜，膜表面的有 机基团与不饱和聚酯发生化学反应，从而使填料表
现出活性，改善其与不饱和聚酯的相容性，增强了 硅微粉与树脂界面的结合力，提高了材料的力学性 能和电性能，同时使填充量增加[6]。
采用相同的不饱和聚酯树脂、配制工艺及固化 条件，以普通硅微粉和活性硅微粉为填料[7]，研究填 料的含量对固化物性能的影响。 2.1 硅微粉种类对绝缘漆凝胶时间和贮存期的影
然后倒入磨口玻璃瓶中密闭，放入 40 ℃的水浴槽
中，记录凝胶天数。
（3）吸水率：按照 GB/T 1303.2-2009 测试。
（4）电气强度：按照 GB/T 1408.1-2006 测试。
（5）体积电阻率：按照 GB/T 1410-2006 测试。
（6）变压器温升：将浸渍上述绝缘漆的变压器
装机通电工作，待变压器温度达到平衡时测试变压
（3）硅微粉价格较低，可以降低绝缘漆的成本。
参考文献：
[1] 沈开猷.不饱和聚酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社, 1988.
[2] 乔恒婷,夏茹,章于川.新型纳米氮化铝/不饱和聚酯导热复合材 料的制备与表征[J].合成化学,2009,17(05):609-611.
[3] Bae Jong-Woo, Kim Wonho, Cho Suk-Hyeon, et al. The Properties of AlN-filled Epoxy Molding Compounds by the Effects of Filler Size Distribution[J].Journal of Materials Science,2000,35(23):5907-5913.
硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆[5]的制备工艺流 程 如 图 1 所 示 。 将 不 饱 和 聚 酯 树 脂 、苯 乙 烯 、 BYK-160 分散剂分别加入到分散罐中搅拌均匀，然 后边搅拌边加入硅微粉，加完硅微粉后，以 1 000 r/
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刘宗旺等：硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆的制备与性能研究
（2）在不饱和聚酯绝缘漆中添加硅微粉，可以 大幅度提高绝缘漆的导热性能，降低变压器的工作 温升，提高变压器的使用寿命。随着硅微粉含量的 增加，绝缘漆导热性越好，但硅微粉含量增加到一 定 程 度 后 ，绝 缘 漆 对 变 压 器 绕 组 的 渗 透 性 开 始 变 差 ，导 致 变 压 器 温 升 急 剧 升 高 。 当 硅 微 粉 含 量 为 35%时，变压器的温升达到最低值；
图 3 硅微粉种类及含量对变压器温升的影响
从图 3 可以看出，变压器温升的总体趋势是随 硅微粉含量的增加呈先降低后升高的趋势。由于 活性硅微粉与树脂结合更加紧密，降低了绝缘漆内 部微孔存在的可能性，填充的绝缘漆的导热性能得
3结论 （1）对比普通硅微粉和活性硅微粉填充不饱和
聚酯绝缘漆，由于活性硅微粉与不饱和聚酯树脂结 合更好，绝缘漆在吸水率、电气强度和体积电阻率 等性能方面比普通硅微粉更好；
Preparation and Properties of Unsaturated Polyester Insulating Varnish Filled with Silica Powder
Liu Zongwang, Chen Zhengbiao, Zhang Jieyuan, Luo Jiangman (Guangzhou Better New Materials Co., Ltd., Guangzhou 510800, China) Abstract: An unsaturated polyester insulating varnish was prepared through adding silica powder to the varnish. The effect of common and active silicon powder on the properties of the varnish and that of silica powder content on the temperature rise of transformer was studied. The results show that the water absorption, electric strength and volume resistivity of the varnish filled with active silica powder are improved. When the silica powder content is 35%, the transformer has the lowest temperature rise. Key words: silica powder; modified silica powder; unsaturated polyester resin; temperature rise
绝缘漆吸水后会导致漆的介电性能变差，电阻 率下降。图 2 为普通硅微粉和活性硅微粉对绝缘漆 吸水率的影响。从图 2 可以看出，活性硅微粉填充 的不饱和聚酯绝缘漆具有更低的吸水率。普通硅 微粉极性强，具有亲水性，所以其吸水率较大。而 活性硅微粉表面因与硅烷偶联剂的水解基团通过 水解、缩合作用，形成共价键，在其表面形成一层极 薄而牢固的硅烷偶联剂膜，使其表面从极性变成非 极性，从而具有憎水性、亲油性，因此活性硅微粉填 充的不饱和聚酯绝缘漆具有更低的吸水率。 2.3 硅微粉种类对绝缘漆电气强度和体积电阻率
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min 的速度分散 2 h。转入砂磨机中研磨 2 h，磨完后 用苯乙烯调节漆的粘度至要求范围，再加入异辛酸 钴，即得硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆。
图 1 工艺流程图
1.4 性能测试
（1）凝胶时间：按照 GB/T 15022.2-2007 测试。
（2）贮存期：称取 150 g 绝缘漆，加入固化剂 K2，
响 凝胶时间和贮存期是浸渍绝缘漆两个非常重 要的指标，凝胶时间的长短直接影响绝缘漆的流失 及耗能情况，贮存期的长短关系到其使用工艺性。 普通硅微粉和活性硅微粉对绝缘漆凝胶时间及贮 存期的影响如表 1 所示。
表 1 不同硅微粉对凝胶时间和贮存期的影响
试样
凝胶时间/s
贮存期/天
普通硅微粉填充的绝缘漆
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0引言 不饱和聚酯绝缘漆由二元醇、饱和二元酸及不
饱和二元酸先聚合，然后再加入苯乙烯、邻苯二甲 酸二烯丙酯或丙烯酸酯稀释而成[1]。该绝缘漆的粘 度小，具有很好的渗透性。常温贮存期长，粘度增 长慢，固化过程溶剂挥发少，可起到节能降耗、减少 环境污染的作用。在绝缘漆中加入过氧化苯甲酸 叔丁酯、过氧化二异丙苯等过氧化物引发剂，可使 其固化温度降低，能在 100～150 ℃固化。
图 2 硅微粉种类对绝缘漆吸水率的影响 注：1 为普通硅微粉填充的绝缘漆；2 为活性硅微粉填充的绝 缘漆；3 为 DVB2152 绝缘漆。
表 2 硅微粉种类对绝缘漆电性能的影响
试样 普通硅微粉填充的绝缘漆
电气强度 /(MV/m)
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体积电阻率 /Ω·m
2.5×1012
活性硅微粉填充的绝缘漆
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9.8×1012
实验设备：VFS-230 型分散机，广州新明兴机 械有限公司；ESM-A 型手动升降篮式砂磨机，上海 易勒机电设备有限公司。 1.2 不饱和聚酯树脂的合成
将顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙二醇、丙二 醇、对苯二酚投入装有分馏柱、搅拌器、温度计的三 口烧瓶中，边搅拌边升温至 180～200 ℃保温反应。 当酸值达到 50～55 mg KOH/g 时，抽真空至酸值为 20 mgKOH/g 以下，降温至 90 ℃，加入 35%的苯乙烯 和适量的对苯二酚，搅拌降温得到树脂[4]。 1.3 硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆的制备
器绕组(次级绕组线径 0.31 mm，约 2350 匝)的电阻
值，按式（1）、（2）计算变压器的温升。
K=
(R1
-
R0)
× (225 R0
+
T0)
- (T1
-
T0)
K=
(R1
-
R0)
× (234.5 R0
+
T0)
- (T1
-
T0)
（1） （2）
注：当绕组为铝线时采用公式（1），铜线时采用公式（2）。
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活性硅微粉填充的绝缘漆
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注：将硅微粉含量为 35%的绝缘漆与 K2按照 100∶2 的比例混合后进 行测试，测试温度为 120 ℃。
从表 1 可以看出，普通硅微粉经过硅烷偶联剂 处理后，绝缘漆的凝胶时间缩短，贮存期不变，这是 因为经硅烷偶联剂处理后，填料颗粒表面的基团与 树脂反应形成化学键，减少了硅微粉对固化剂和异 辛酸钴催干剂的影响。 2.2 硅微粉种类对绝缘漆吸水率的影响[8]
的影响 电气强度和体积电阻率是评价绝缘漆材料电 学性能的两个重要的指标[9]，表 2 为普通硅微粉和活 性硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆的电气强度和体
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积电阻率对比。
到提高，所以此工件温升比使用普通硅微粉填充的 绝缘漆的工件温升更低[10]。当硅微粉含量超过 35% 时，变压器温升开始增加。理论上随着硅微粉含量 的增加，绝缘漆导热性能应该更好，但是变压器绕 组线径细（0.31 mm），绕组匝数达到 2350 匝，且绝缘 漆的渗透性随着硅微粉含量的增大而变差，所以导 致变压器绕组温升增加。从图 2 还可以看出，硅微 粉含量为 35%时，温升达到最低值，而同样测试条 件下 DVB2152 浸渍变压器的温升为 160 K。
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硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆的制备与性能研究
刘宗旺，陈政标，张杰元，罗江满
（广州贝特新材料有限公司，广州 510800）
摘要：通过在不饱和聚酯绝缘漆中添加硅微粉，制备了不饱和聚酯绝缘漆。研究了普通硅微粉及活性硅微粉 对绝缘漆性能的影响，硅微粉含量对变压器温升的影响。结果表明：活性硅微粉填充的不饱和聚酯绝缘漆的 吸水率、电气强度和体积电阻率等性能得到改善；当活性硅微粉含量为 35%时，变压器的温升最低。 关键词：硅微粉；改性硅微粉；不饱和聚酯树脂；温升 中图分类号：TM215.4；TQ323.4+2 文献标志码：A 文章编号：1009-9239（2012）02-0004-04
————————————— 收稿日期：2011-10-30 作者简介：刘宗旺(1981-)，男，湖南衡阳人，工程师，主要从事不饱 和聚酯绝缘漆的研究开发，(电子信箱)lzw4590@139.com。
1实验 1.1 主要原料及实验设备
原料：顺丁烯二酸酐，邻苯二甲酸酐，乙二醇， 丙二醇，苯乙烯，过氧化苯甲酸丁酯(K2)，对苯二酚， 异辛酸钴，硅烷偶联剂，以上原材料均为工业一级 品。BYK-160 分散剂：德国毕克公司。
不饱和聚酯绝缘漆固化后的电性能、力学性能 好，适合于各类电机、变压器的浸渍处理，可提高电 器的绝缘性能、力学性能和导热性能。在绝缘漆中 添 加 高 导 热 的 硅 微 粉 ，可 提 高 绝 缘 漆 的 导 热 性 能[2-3]。韩国 DPI 公司推出的硅微粉填充不饱和聚酯 绝缘漆 DVB2152 与不饱和聚酯绝缘清漆相比，变压 器温升由 180 K 降低到 160 K 左右，延长了变压器的 使用寿命。