ZnOw桐馬環(huán)氧樹脂高導熱云母帶粘合劑的制備與性能研究(可編輯)

1、znow桐馬環(huán)氧樹脂高導熱云母帶粘合劑的制備與性能研究 國內(nèi)圖書分類號:.理學碩士學位論文/桐馬.環(huán)氧樹脂高導熱云母帶粘合劑的制備與性能研究楊 旭碩士研究生:師: 劉立梓導申請學位級別: 理學碩士學科、專業(yè): 高分子化學與物理材料科學與工程學院所在單位:年月答辯日期:哈爾濱理工大學授予學位單位:. : :. :哈爾濱理工大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:此處所提交的碩士學位論文/桐馬一環(huán)氧樹脂高導熱云母帶粘合劑的制備與性能研究,是本人在導師指導下,在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究工作所取得的成果。據(jù)本人所知,論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文研究工

2、作做出貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結果將完全由本人承擔。日期:,弓年鄉(xiāng)月矽日作者簽名:牟移心哈爾濱理工大學碩士學位論文使用授權書/桐馬一環(huán)氧樹脂高導熱云母帶粘合劑的制備與性能研究系本人在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間在導師指導下完成的碩士學位論文。本論文的研究成果歸哈爾濱理工大學所有,本論文的研究內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解哈爾濱理工大學關于保存、使用學位論文的規(guī)定,同意學校保留并向有關部門提交論文和電子版本,允許論文被查閱和借閱。本人授權哈爾濱理工大學可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文,可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。本學位論文屬于保密口, 在

3、年解密后適用授權書。不保密囪。請在以上相應方框內(nèi)打日期:,弓年鄉(xiāng)月陽日作者馘:枇日期:,年弓月矽日導師簽名:勃祝、咀盒爾濱理工大學理學碩士學位論文/桐馬.環(huán)氧樹脂高導熱云母帶粘合劑的制備與性能研究摘要作為高壓電機的主絕緣材料,云母帶的性能決定著電機運轉的穩(wěn)定性,隨著電機容量的增大,對云母帶的導熱性能、機械性能都有了更高的要求。本文采用傳統(tǒng)的桐馬一環(huán)氧樹脂體系云母帶粘合劑作為原始膠液,以氧化鋅晶須為主要填料,配合以納米氧化鋁、氮化硼對其進行摻雜,以實現(xiàn)云母帶性能的改善,并對的表面活化處理方法、摻雜后云母帶性能的變化規(guī)律進行研究。研究了表面活化處理方法,實驗結果表明,最佳活化處理方法是采用,用量為

4、%;制備了單獨摻雜的云母膠,分析了不同摻雜量下云母帶的導熱性能、機械性能、絕緣性能變化規(guī)律,實驗結果表明最佳的摻雜量為%,此時云母帶的性能指標:導熱系數(shù)為./?,橫向彎曲強度為,縱向彎曲強度為,介電強度為./,體積電阻率為.?;研究了及分別與復配摻雜云母帶粘合劑,分析摻雜比例及其它因素對得到云母膠性能的影響規(guī)律,最終得到兩種導熱性能優(yōu)異的復配方案:方案一為與體積分數(shù)比為:,總摻雜量為%,分散轉速為/時,導熱系數(shù)為./?,并且有較高的彎曲強度;方案二為與體積分數(shù)比為:,總摻雜量為%,分散轉速為/時,導熱系數(shù)為./?;研究了摻雜云母膠導熱系數(shù)適用模型,通過將實驗數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)對比,在模型的基礎

5、上進行修正,可以得到能與實際數(shù)據(jù)相接近的預測方法。關鍵詞氧化鋅晶須;云母帶;高導熱哈爾濱理工大學理學碩士學位論文. ,? , ,. .%. , ,.:%. ./?., , ./. . , , . ,. %, :,/. ./. %.?哈爾濱理工大學理學碩士學位論文 /,:, ./., ,. , ,哈爾濱理工大學理學碩士學位論文目錄摘要.第章緒論?.引言.云母帶簡介.云母帶.云母帶用粘合劑?.粘合劑改性.導熱填料簡介.高導熱云母帶粘合劑國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.國外研究現(xiàn)狀.國內(nèi)研究現(xiàn)狀.課題來源與主要研究內(nèi)容.課題來源?.主要研究內(nèi)容第章實驗部分?.?.高導熱云母帶粘合劑的制備?.云母膠合成方法?.高導熱

6、云母膠制備工藝?.粘合劑的固化及云母帶層壓板的制備?.測試試樣的制備?.導熱試樣的制備.電氣性能試樣的制備?.彎曲強度試樣的制備?.沖擊強度試樣的制備?.斷面掃描試樣的制備一.測試方法?.導熱系數(shù)測定?.相對介電常數(shù)和介質損耗因數(shù)測定?.哈爾濱理工大學理學碩士學位論文.體積電阻率測定.絕緣強度測定?.彎曲強度測試?.沖擊強度測試?.紅外光譜分析?.掃描電鏡分析?.本章小結?.第章實驗結果與分析?.桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂云母膠配方改進.酸酐用量對云母膠性能影響?.改變酸酐用量前后膠液紅外對比?. 的表面活化處理研究?.是否活化處理對云母膠導熱系數(shù)的影響. 的表面活化處理方法.單獨摻雜云母帶粘合劑的研

7、究.摻雜量對云母帶導熱系數(shù)的影響.摻雜量對云母帶機械性能的影響.摻雜量對云母帶絕緣性能的影響.與其它高導熱粉體二元復配摻雜云母膠的研究.與納米復配摻雜云母膠?.與微米復配摻雜云母膠?.氧化鋅晶須摻雜環(huán)氧樹脂適用導熱模型討論?.“海島.網(wǎng)絡”模型.逾滲理論模型?.導熱模型.本章小結?. 結論?.參考文獻攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文弱【射?.哈爾濱理工大學理學碩士學位論文第章緒論.引言當前,隨著對電機需求量增大,大型高壓電機也在不斷擴大容量及其耐壓程度,但是由于大型高壓電機運轉過程中產(chǎn)生大量熱量無法及時排出,導致電機溫度過高,線棒損耗過大,降低了主絕緣的使用壽命。因此,必需采取適當?shù)拇胧﹣斫档蜏?/p>

8、升,提高主絕緣的耐老化性,其中最有效的方法是采用高導熱的主絕緣結構【】。云母帶是高壓電機主絕緣材料的關鍵部分,是定子主絕緣的基礎,主絕緣能否正常工作,有效發(fā)揮絕緣作用,很大程度上取決于云母帶性能的優(yōu)劣】。目前,提高云母帶導熱系數(shù)的主要途徑是向粘合劑中加入導熱填剃。研究表明,向粉云母帶絕緣材料中加入適量的導熱填料,可以使絕緣材料導熱系數(shù)有效提高,而且不會對其絕緣性能產(chǎn)生不良影響【】。.云母帶簡介云母帶由三部分組成:云母紙、補強材料和粘合劑。云母紙通常采用粉云母;補強材料通常采用電工無堿玻璃布,而目前云母帶大都采用環(huán)氧樹脂體系作為粘合劑【】。.云母帶云母帶在常溫下具有柔軟性,有足夠的抗拉強度,以便

9、在卷繞時不致斷裂。云母帶主要用作電機線圈絕緣。其中用于高壓電機線圈絕緣的要求具有高的電氣強度和低的介電損耗【】。云母帶按其云母種類可分為:合成云母帶、金云母帶、白云母帶,粉云母帶等。合成云母帶除具有天然云母帶的特性以外,其主要特點是耐熱等級高,可達到級耐火水平.。金云母系列云母帶具有良好的耐火性、耐酸堿性和抗電暈、抗輻射的特性,且有很好柔軟性及拉伸強度,適合于高速纏繞。白云母礦藏量大,價格低廉,以其加工成的云母帶成本低,絕緣性好。粉云母帶是以粉云母紙為絕緣材料,加以補強,具有良好的絕緣性能和介電性能】。哈爾濱理工大學理學碩士學位論文.云母帶用粘合劑對于云母帶中粘合劑的要求除了良好的粘著性外,還

10、必須滿足以下性能要求:使組合成的復合絕緣具有與銅線接近的膨脹系數(shù),保證電機運行溫升時與導線膨脹的一致性,使導線與絕緣不致產(chǎn)生剝離;具有很高的電氣強度,保證運行安全可靠并能減薄絕緣厚度;提高起始電暈電壓;具有較高的常態(tài)體積電阻和熱態(tài)體積電阻,低的介質損耗和吸水性,好的熱穩(wěn)定性以及優(yōu)良的力學性能【。目前主絕緣用的粘合劑主要為環(huán)氧樹脂體系:.粘合劑改性粘合劑的改性方法通常有兩種,一種是以化學方法改變粘合劑基體的成分或結構,另一種方法是粘合劑基體添加導熱填料。為了提高填料的分散性和導熱性,通常要對填料進行表面活化處理,如通過硅烷偶聯(lián)劑進行表面處理等如圖.所示限。圖填充型導熱聚合物典型結構 .粘合劑基體

11、聚合物的導熱性能主要由兩個因素決定,即基體樹脂的結晶性和取向性,以及聚合物極性基團的含量和偶極化程度。一般認為,聲子散射通哈爾濱理工大學理學碩士學位論文常是由分子、晶格的非諧性振動,界面缺陷等引起的,如果分子排列規(guī)整性高,具有較大剛性,則熱量可沿分子方向迅速傳輸,減弱聲子散射的幾率【。對于向粘合劑中添加導熱填料的方法,其導熱性主要由兩個因素決定,一是導熱填料自身的性質,通常晶格缺陷越少,純度越高,熱導率越高,有利于基體的導熱性;二是樹脂和導熱填料間的復合情況,只有當填料用量增大到可以使導熱填料粒子間形成導熱網(wǎng)鏈的程度,才會加快熱量的傳導。如果導熱網(wǎng)鏈的取向和熱流方向相同,則材料導熱性將得到更大

12、的提升。.導熱填料簡介研究認為,用于高電壓絕緣系統(tǒng)的填料應滿足以下要求【】:高熱導率、高電絕緣性能、高耐局部放電性能、相容于粘合劑和浸漬樹脂、高化學穩(wěn)定性和低毒性、質量穩(wěn)定、成本低廉。傳統(tǒng)的導熱填料有氮化硼,二氧化硅,三氧化二鋁和氮化鋁等,本文采用新型無機填料氧化鋅晶須和兩種傳統(tǒng)填料進行實驗研究,以下為這三種填料簡介:氧化鋅晶須是晶須家族中唯一具有三維結構的單晶,其微結構包括個中心體和個針狀晶須,任意個針狀體之間的夾角約為。氧化鋅晶須獨特的結構使其具有導熱、壓電、吸波、吸聲、減振、防潮等特性,在改性高聚物時,不僅可以將從中心伸出的個針狀體直接插入聚合物內(nèi)部起到強化作用,而且可以改善基體的導熱、

13、減振等性能【。卯。晶須的熱傳導主要依靠晶格振動,導熱性能優(yōu)于高分子材料,當晶須填充的聚合物基體內(nèi)部,晶須在基體內(nèi)相互搭接,形成導熱通路,復合材料的熱導率將大幅度升高。李光吉用%氧化鋅晶須填充時,其熱導率比純提高了.%;他還將氧化鋅晶須與氧化鎂共同使用,填充,當用量為%時,不但能其到增韌作用,熱導率比純提高了%?】;用填充環(huán)氧樹脂可以實現(xiàn)低體積含量填充情況下有效改善復合材料的導熱性能,當添加量為%時,/復合材料的熱導率達到./?,相比純提高了倍【】。納米氧化鋁硬度高、尺寸穩(wěn)定性好,導熱系數(shù)高,可廣泛應用于各種塑料、橡膠、油墨、陶瓷、耐火材料等產(chǎn)品的補強增韌,各種橡膠導熱,特別是提高陶瓷的致密性、

14、光潔度、冷熱疲勞性、斷裂韌性、抗蠕變性能和高分子材料產(chǎn)品的耐磨性能尤為顯著。由于納米氧化鋁也是性能優(yōu)異的遠紅外發(fā)射材料,作為遠紅外發(fā)射和保溫材料被應用于化纖產(chǎn)品和高壓鈉燈中。此外,納米氧化鋁電阻率高,具有良好的絕緣性能。氧化鋁密度小,大量哈爾濱理工大學理學碩士學位論文填充時,粒子被彼此包圍,在體系中易形成有效導熱網(wǎng)路。在中加入適量的納米氧化鋁,可以提高其導熱系數(shù),在/的混料中適當加入石墨,導熱系數(shù)提高更多,適當?shù)难娱L熔融共混時間,分散性越好,導熱系數(shù)越高【。納米氧化鋁用作橡膠塑料的導熱填料,與金屬導熱填料相比其優(yōu)點在于,納米氧化鋁不僅可以提高導熱系數(shù),而且絕緣效果好,同時材料的機械性能也得到提

15、高。納米氧化鋁用于硅膠中導熱,不僅導熱性能好,不影響粘性,而且透明性好【。氮化硼的常見結構相為立方和六方,立方具有類似石墨的層狀結構,在高溫下可轉變?yōu)榻饎傂?它的密度也和金剛石相近,硬度和金剛石不相上下,而耐熱性比金剛石好,是新型耐高溫的超硬材料,用于制作鉆頭、磨具和切割等工具。六方氮化硼是陶瓷材料中導熱最大的材料之一,性能優(yōu)良,如熱膨脹系數(shù)低,導熱性高,電絕緣性良好,介電常數(shù)和介電損耗低等等,本實驗中采用微米粒徑的六方粉體。.高導熱云母帶粘合劑國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.國外研究現(xiàn)狀世紀一年代,國外成功研制出多膠和少膠云母帶,并將其應用關于電機的制造當中。但當時受原料所限,主要為瀝青、松香脂、蟲膠等,耐

16、熱等級不高【。直至.年代,聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等材料得到充分研究發(fā)展,并在云母帶中獲得了應用,使電機用云母帶那熱等級得到大幅提高引。世紀.年代,.等人對高導熱多膠粉云母帶的展開研究,并將其應用于電機領域。年代后,.和.等人研制了少膠粉云母帶,并將其發(fā)展至高導熱領域,應用于汽輪發(fā)電機【】。與此同時,高導熱絕緣復合材料的研究飛速發(fā)展,如,等制備了導熱系數(shù)為/?的導熱復合材料,他采用的是填充線性酚醛環(huán)氧樹脂,該材料不但導熱系數(shù)高,而且具有介電系數(shù)低,膨脹系數(shù)小的特點【。,.等以低密度聚乙烯為基材,以不同粒徑的混合物為填料,制備出./?的導熱復合材料。這些研究推動了高導熱云母帶的研究發(fā)展,如日本東芝及瑞

17、士公司均通過大量的實驗研究,使少膠高導熱云母帶的導熱系數(shù)調(diào)高至./?【】。瑞士伊索拉公司采用氮化硼以及為導熱填料,在低體積含量填充的情況下,云母帶導熱系數(shù)保持./.【。.正.哈爾濱理工大學理學碩士學位論文在導熱模型方面,用于預測聚合物熱導率的模型有很多,用于導熱填料為粒子形狀的主要有.】模型、】模型、模型、.】模型等。在粉狀填料填充聚合物體系時,當粒子聚集形成的導熱通路與聚合物在熱流方向平行時,聚合物的熱導率最高。模型通過石墨對聚乙烯、聚酯和聚苯乙烯導熱性能的影響實驗研究,發(fā)現(xiàn)實測數(shù)據(jù)與預測數(shù)據(jù)能較好吻合。.等對氧化鋅填充硅橡膠導熱性能進行研究時,利用和模型理論值與實測值進行對比發(fā)現(xiàn),在低添加

18、量時,理論值等與實測值較符合,添加量大時實測值與理論值不符剮。采用兩種不同粒徑的填充聚丙烯,研究其導熱性能的影響規(guī)律,并將實測數(shù)據(jù)與,模型對比,發(fā)現(xiàn)考慮了粒徑大小的模型更為準確】。.國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國云母帶制造技術最早從國外引進,也經(jīng)歷了從天然樹脂到合成樹脂,再到高性能合成樹脂的發(fā)展過程。上世紀年代初,我國研制了環(huán)氧粉云母帶,首次將環(huán)氧樹脂應用于高壓電機主絕緣】。世紀年代以后,環(huán)氧樹脂技術日趨成熟,開始應用于電機產(chǎn)品?】。隨著國內(nèi)學者對環(huán)氧樹脂的深入研究,環(huán)氧粉云母絕緣開始全面代替了瀝青片云母絕緣。年代到年代先后開發(fā)與研究了級絕緣材料,以及具有良好的電氣性、機械性和耐熱性的桐馬云母絕緣材料,并在

19、此基礎上,研制了新型高效的級云母帶【。在導熱機理和導熱模型方面,我國也取得了重大的研究進展,不斷認識聚合物導熱的本質規(guī)律,現(xiàn)階段普遍認同的是導熱通路理論,即填料填充聚合物材料,當填料添加量達到可以填料粒子間相互接觸,形成導熱網(wǎng)絡,此時復合材料熱導率最大【?；谶@一理論,我國學者進行了大量研究,如趙光輝等以填充環(huán)氧樹脂,使其熱導率提高到./?,是純環(huán)氧樹脂的四倍,并且絕緣性良好】。周文英等研制的高導熱鋁基覆銅板以多種導熱填料填充,熱導率為./?,且性能穩(wěn)定【。在導熱機理方面,我過大量學者對現(xiàn)有模型進行驗證探索,并將其發(fā)展,如王聰?shù)戎苽淞搜趸X/環(huán)氧樹脂導熱復合材料,通過將大量實驗數(shù)據(jù)與數(shù)學計算值

20、對比,認為模型不能準確預測填充量大時的熱導率,因為此模型沒有考慮粒子間的相互作用】。哈爾濱理工大學理學碩士學位論文.課題來源與主要研究內(nèi)容.課題來源本課題來源于國家科技支撐計劃項目子課題:/級 水輪發(fā)電機定子線棒用高導熱粘合劑研究。.主要研究內(nèi)容本課題研究的目標為:以氧化鋅晶須為主,其它導熱粉體為輔,開發(fā)出一種高導熱云母帶粘合劑,應用于多膠粉云母帶,在提高其導熱性能的基礎上,使其具備良好的絕緣性能和機械性能,以克服傳統(tǒng)高導熱云母帶單方面性能提高,其它性能下降的缺點。課題的主要研究內(nèi)容為:.表面活化處理有效方法研究:開展四針狀氧化鋅晶須表面改性研究,以不同的偶聯(lián)劑種類,不同偶聯(lián)劑用量、不同反應溫

21、度和時間對氧化鋅晶須進行表面改性。分析各因素對晶須表面改性效果的影響及其規(guī)律,獲得最佳的改性工藝,實現(xiàn)對氧化鋅晶須有效表面活化處理。.以為填料粘合劑的云母帶性能分析及優(yōu)化:在充分考慮各組分及層間化學、熱力學相容性的基礎上,從有機和無機組分的化學結構及相互作用的原理入手,分析粉體添加量及復配方法對導熱系數(shù)的影響;通過對云母膠和云母帶絕緣性能、機械性能研究,獲得粉體摻雜量與絕緣性能、機械性能變化規(guī)律;以云母帶各方面性能變化規(guī)律為指導,實現(xiàn)高導熱云母帶的制備與性能優(yōu)化。.摻雜環(huán)氧樹脂導熱系數(shù)模型的研究:通過對傳統(tǒng)模型的研究?總結實驗結果揭示的理化性能演化規(guī)律,探索摻雜量與導熱系數(shù)的關系,建立有效導熱

22、模型,預測摻雜對環(huán)氧樹脂導熱系數(shù)的影響變化趨勢。哈爾濱理工大學理學碩士學位論文第章實驗部分.高導熱云母帶粘合劑的制備.云母膠合成方法云母帶用粘合劑的制備方法為溶液共混法,基本可歸為三步:對導熱填料進行表面活化處理、合成桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂體系云母膠、均勻混合兩種體系。該法容易實現(xiàn),并能夠較好地控制粒子的形態(tài)和尺寸分布。實驗采用桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂體系型粘合劑,它的主要成分是以引入了耐熱性能優(yōu)異的雙馬來酰亞胺的桐油酸酐為固化劑,配合特殊的固化促進劑來使環(huán)氧樹脂固化,該粘合劑粘結力強,有優(yōu)異的介電性能、機械性能和良好的防潮性,最高耐熱等級可達級。通過物理方法和化學方法共同作用,使無機粒子的團聚體打開,

23、均勻與樹脂基體混合,并借助偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用,使導熱填料的表面由非極性轉化為極性,從而使導熱填料與樹脂基體通過化學反應發(fā)生鍵合。.高導熱云母膠制備工藝.桐馬酸酐。環(huán)氧樹脂云母膠的合成工藝合成桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂型膠粘劑所用實驗原料的名稱、分子式、性狀、生產(chǎn)廠家等詳細信息列于表.。表.合成桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂型膠粘劑所用實驗原料名稱 分子式 性狀 生產(chǎn)廠家天津升明土產(chǎn)桐油 淺黃色透明液體有限公司順丁烯二 天津中河化工白色結晶體:熔點為.。廠酸酐雙馬來酰 淺黃色的粉末,熔點為。.。,酸值不 洪湖恒基化工亞胺大于. 有限公司藍星新材料無環(huán)氧樹脂透明液體錫樹脂廠天津市天大化對苯二酚 白色針狀晶體學試劑廠哈爾

24、濱理工大學理學碩士學位論文本合成實驗所用的主要儀器有:三口瓶,攪拌器,冷凝管,加熱套,真空泵,天平,烘箱,上海普申型攪拌、分散、砂磨多用機。云母膠合成原料配比見表.,其中溶劑為甲苯與丙酮,制成的膠液固含量為%。表云母膠合成原料用量叭%原料 配比桐油順酐雙馬對苯二酚環(huán)氧.甲苯丙酮適量實驗中所用到導熱填料的基本信息列于表.中。表.實驗用填料相關信息.原料 生產(chǎn)廠家 分子式 晶型 性狀 粒徑氧化鋅晶須 山東晶宇科技有限公司 四針狀 白色粉末 微米級導熱氧化鋁 杭州萬景新材料有限公司 球狀 白色粉末 .淄博市新阜康特種材料有六方氮化硼 六方晶系 白色粉末.限公司用于導熱填料進行表面處理的偶聯(lián)劑列于表.

25、中。表填料活化處理用偶聯(lián)劑相關信息 原料 生產(chǎn)廠家分子式 性狀.湖北德邦新材料有限公司 低粘度液體.湖北德邦新材料有限公司低粘度液體?一.湖北德邦新材料有限公司低粘度液體桐馬酸酐一環(huán)氧樹脂體系云母膠的制備工藝如下:安裝減壓蒸餾裝置,將一定量桐油加入三口瓶中,升溫至。,在。溫度下抽真空,約分鐘哈爾濱理工大學理學碩士學位論文后液面氣泡除盡,然后冷卻至;改減壓蒸餾裝置為回流裝置,加入順酐,作好保溫措施,讓反應自行升溫,一般穩(wěn)定在左右,然后開加熱套升溫到,保溫小時;降溫至后加入雙馬來酰亞胺,保溫半小時,使雙馬完全溶解,直至液體呈透明狀;繼續(xù)降溫至,加入環(huán)氧樹脂及對苯二酚,保溫半小時;加入固化促進齊和甲

26、苯,降溫到,加入丙酮,充分混合;對膠液使用目濾網(wǎng)進行過濾,用保鮮膜封存。.導熱填料表面活化處理取一定質量的欲處理的填料及偶聯(lián)劑。首先使用適量純度為%的乙醇溶液將偶聯(lián)劑溶解,將填料加入三口瓶中,然后將溶有偶聯(lián)劑的乙醇溶液加入三口瓶,在超聲波清洗器中加熱至,進行超聲震蕩,同時開啟攪拌,持續(xù)小時。將處理過的填料與乙醇混合液放入的烘箱中,干燥小時取出,研磨后待使用。用活化指數(shù)表征活化處理效果【】,測定方法為:取處理后填料,在研缽中研磨細致,加入到蒸餾水中,充分攪拌后靜置小時,將沉降于底部的粉體過濾,抽干,干燥,用原樣品質量減去沉降于底部樣品的質量,得到漂浮粉體質量,除以樣品原質量后得到活化指數(shù),以百分

27、數(shù)表示見式.。未經(jīng)過表面活化處理的填料活化指數(shù)為?；罨笖?shù)日:登旦甚霉萼冀璧掣仟口口思厥里.溶液共混法制備高導熱云母膠采用沙磨分散機,將一定量的桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂膠粘劑置于分散罐體中,罐體外部用流動冷凝水進行冷卻,保證整個分散過程在低溫下進行,分批加入活化處理后填料一種或多種,每批加入量為欲加入總量的四分之一,時間間隔為.小時,加入填料過程中用金屬齒輪進行高速分散,然后加入甲苯和丙酮作為溶劑,溶劑質量占膠粘劑質量的%.%,甲苯和丙酮質量比為:,換用瑪瑙珠砂磨分散方式,分散.小時。過濾封存膠液。.粘合劑的固化及云母帶層壓板的制備為了對實驗制備粘合劑性能進行研究分析,本實驗測試樣主要分為兩個部分:

28、云母帶粘合劑固化測試樣的制備:需要將云母帶粘合劑固化后進行導熱系數(shù)、電氣性能、斷面掃描等方面的測試。云母帶層壓板測試樣的制備:模擬工廠生產(chǎn)實際,制備云母帶,按照國標要求將云母帶壓制成云母板,然后哈爾濱理工大學理學碩士學位論文進行導熱系數(shù)、電氣性能、機械強度等方面的測試。.粘合劑固化試樣的制備灌膠之前要將云母膠放入烘箱中預熱,目的是使膠受熱后降低粘度,方便灌膠。模具也需要預熱,避免由于模具與膠之間的冷熱接觸造成內(nèi)應力過大。為了避免膠成型后與模具粘連無法脫模,我們要涂脫模劑,脫模劑是一種硅脂。要將硅脂均勻的涂抹在模具中,尤其是模具邊角處,若涂抹不到,脫模過程中會造成膠與模具的粘連,由于成型過程試樣

29、會有收縮,這樣局部的粘連會造成試樣的斷裂。固化方法是:將云母膠適量灌入膠盤中,放入烘箱,將溫度升到,進行抽真空,由于抽真空過程中,云母膠會產(chǎn)生氣泡,要注意逐步提高真空度,否則會由于抽真空過快膠液發(fā)生外溢;在保溫小時,目的是將氣泡抽盡,并將膠液中的溶劑烘干,若保溫小時后還存在氣泡,可延長抽真空時間;保溫結束后放氣,開始向升溫,并在保溫小時;保溫結束后升溫到,在保溫小時,結束后關閉烘箱,讓試樣白行冷卻。由于試樣成型時產(chǎn)生內(nèi)應力,所以冷卻后上下兩個面的收縮率不同,會出現(xiàn)表面不平整,向上凸或向下凹的現(xiàn)象,所以要對試樣進行后處理。后處理需要兩塊玻璃板并將玻璃板都涂上硅脂,將玻璃放入烘箱中的調(diào)平的三腳架上

30、,試樣放在玻璃上,再將另一塊玻璃放在試樣上,把試樣夾在中間,然后將兩塊平板重物放到玻璃上,給試樣一個壓力,升溫烘箱到,在時保溫小時,使試樣在高溫受力,強行使它變平,保溫后退火。還可以用層壓機處理,在時,利用層壓機鋼板間的少許應力保持小時使試樣達到平整。.云母帶層壓板測試樣的制備將制備好的云母帶粘合劑用甲苯、丙酮以及無水乙醇溶劑稀釋,調(diào)節(jié)膠液固含量至%左右,模擬工廠生產(chǎn),按照玻璃布粉云母紙.玻璃布三層復合結構平鋪,手工上膠,使云母帶三層密實粘合,然后將上好膠的云母帶置于。烘箱中烘干約分鐘,取出,根據(jù)不同測試所需厚度疊層。云母帶層壓板的壓制方法:將疊層好的云母帶置于兩張鋼板正中間,將鋼板放置于壓機

31、中央,升起壓機壓板,使壓板上下層剛剛接觸,初始壓力為.。加熱壓機至,減小壓力至零,短時打開壓機放氣;在.的壓力下,加熱壓機至,減小壓力至零,短時打開壓機放氣;在.的壓力下,加熱壓機至,減小壓力至零,短時打開壓機放氣;待云母哈爾濱理工大學理學碩士學位論文帶內(nèi)膠液氣泡除凈,膠液流勻。在.的壓力下,將壓機梯度升溫至.,保持到樹脂開始膠化,一旦開始膠化,增大壓力至,保溫保壓小時。在保持壓力不變的情況下,將壓機溫度降至室溫,取出云母帶層壓板,待用。.測試試樣的制備.導熱試樣的制備云母帶粘合劑導熱試樣的制備方法:在尺寸為邊長.,厚度的正方形模具中固化膠液,固化前灌入膠液即可。云母帶層壓板導熱試樣的制備方法

32、:按照測試標準,壓制厚度為的云母帶層壓板,裁成正方形。.電氣性能試樣的制備云母帶粘合劑電氣性能試樣的制備方法:在尺寸為半徑,厚度的圓盤形模具中固化膠液,固化前灌入膠液且.。云母帶層壓板導熱試樣的制備方法:按照測試標準,壓制厚度為的云母帶層壓板,裁成正方形。.彎曲強度試樣的制備按照.所述方法制作云母帶,壓制厚度為.的云母帶層壓板試樣。沿著與層壓板試樣一個邊緣相平行及相垂直的方向各取五個試樣,每個試樣的長度應不小于被測試樣厚度的倍,試樣的寬度為.。.沖擊強度試樣的制備按照.所述方法制作云母帶,壓制厚度為.的云母帶層壓板試樣。沿著與樣品一個邊緣相平行及相垂直的方向各取五個試樣,每個試樣的長度約為,試

33、樣的寬度為。哈爾濱理工大學理學碩士學位論文.斷面掃描試樣的制備將固化后粘合試樣在液氮中浸泡.小時左右,然后脆斷,將斷裂后的試樣斷裂面向上用支架固定于樣品臺,放于. 型噴金儀中進行噴金。.測試方法性能測試包括導熱系數(shù)測定、電氣性能測試、機械性能測試以及斷面掃描分析等。.導熱系數(shù)測定依據(jù)塑料導熱系數(shù)試驗方法對試樣進行導熱系數(shù)測試,通過護熱平板法測得導熱系數(shù)。.相對介電常數(shù)和介質損耗因數(shù)測定依據(jù)/固體絕緣材料在工頻下相對介電常數(shù)和介質損耗因數(shù)的試驗方法進行相對介電常數(shù)和介質損耗因數(shù)測定。采用.型高壓電橋進行介電性能測試。.體積電阻率測定依據(jù)固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法進行體積電阻率和表

34、面電阻率測定。實驗儀器為型數(shù)字超高阻計、微電流測量儀。.絕緣強度測定依據(jù)/.固體絕緣材料電氣強度實驗方法,工頻下的試驗進行擊穿強度測定。實驗儀器為耐壓測試儀,以快速升壓方式,苯甲基硅油作為環(huán)境介質測定試樣的電擊穿場強。.彎曲強度測試按/塑料彎曲性能測試標準進行試驗,分別報告兩個方向的哈爾濱理工大學理學碩士學位論文彎曲強度,取五次測量中值。.沖擊強度測試.塑料懸臂梁沖擊強度的測定標準進行試驗,分別報告兩按/個方向的沖擊強度,取五次測量中值。.紅外光譜分析采用德國布魯克公司生產(chǎn)的型紅外光譜分析儀對膠液進行測試分析。.掃描電鏡分析采用.型掃描電鏡觀察固化后粘合劑斷面形貌。.本章小結本章介紹了高導熱云

35、母膠的制備過程,包括桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂云母膠的制備,填料的表面活化處理方法以及以及通過溶液共混法制備高導熱云母膠。同時,介紹了紅外、斷面掃描以及導熱系數(shù)、電氣性能和機械性能的分析測試方法。哈爾濱理工大學理學碩士學位論文第章實驗結果與分析.桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂云母膠配方改進傳統(tǒng)配方的桐馬酸酐一環(huán)氧樹脂云母膠具有儲存性好、耐熱性好等優(yōu)點,是多膠粉云母帶常用配方,但是本體導熱系數(shù)不高,合成云母帶的機械強度不足,本實驗中為了得到高導熱高強度云母帶粘合劑,需要對傳統(tǒng)配方進行改進。.酸酐用量對云母膠性能影響桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂云母帶粘合劑體系中,酸酐在體系中起到固化劑的作用。桐油酸酐是一種棕黃色透明粘稠液體,

36、與環(huán)氧樹脂相容性好,所得固化物具有良好的韌性,在較大的溫度范圍內(nèi)具有較好的介電性能,但是固化物剛性較差,熱變形溫度較低。在本實驗合成桐馬酸酐.環(huán)氧樹脂的反應中,除開環(huán)后的羧基與環(huán)氧基的反應,羥基與環(huán)氧基的醚化反應外,還存在羥基與羧基的酯化反應、產(chǎn)生的水分對酯基的水解反應,以及酸酐與水作用形成羧酸的反應。這些副反應都受反應條件及酸酐用量的影響,所以討論酸酐用量對反應后產(chǎn)物性能有重要意義。原配方中酸酐與環(huán)氧基的當量比為.:,現(xiàn)改變此比例進行實驗,實驗結果見.表.。表.酸酐與環(huán)氧基當量比對云母帶性能影響?沖擊強度,編 凝膠時間, 導熱系數(shù),酸酐與環(huán)氧基當 彎曲強度,/?號 量比縱向 橫向 縱向 橫向

37、.: . . . . .原 .: . . . .:. . . . .:. . . . .:. . . . .由表.知,從云母膠導熱系數(shù)來看,增大酸酐用量導熱系數(shù)呈現(xiàn)出先增哈爾濱理工大學理學碩士學位論文大后降低的趨勢,在酸酐與環(huán)氧基當量比為.:時達到最大,根據(jù)導熱機理,此時環(huán)氧樹脂固化交聯(lián)程度最大,分子量大,故導熱系數(shù)高;從機械強度看,隨酸酐用量加大,彎曲強度增強,說明體系交聯(lián)程度加大,同時,酸酐存在于體系中,固化作用得到增強,綜合這兩方面,配方改進為酸酐與環(huán)氧基當量比為.:。.改變酸酐用量前后膠液紅外對比改變酸酐用量后,云母膠無論是導熱性能還是機械性能均有所提高,為研究其體系內(nèi)部變化,將原配方

38、云母膠與改變用量后云母膠進行紅外測試后對比,結果如圖.。圖改變酸酐用量前后膠液紅外對比. 改進后配方的紅外譜圖與原配方譜圖大體相同,只有在兩個部分峰強度有所差別。改進后純膠在。及處吸收峰弱于原配方,而環(huán)氧基團對稱伸縮振動,在有強吸收峰及。中強度吸收峰,峰強度與基團濃度有關,說明經(jīng)過酸酐與環(huán)氧樹脂預反應,改進后配方環(huán)氧基團比原配方環(huán)氧基團要少,有更多的環(huán)氧基團打開。改進后純膠在處吸收峰強于原配方,飽和次級脂肪醇.在.處伸縮振動,也說明改進后配方有更多具有活性的.。從理論計算值來看,實際使用量一般也比理論計算的用量值高,主要有兩哈爾濱理工大學理學碩士學位論文個原因,一是在配制過程和操作過程中會有揮

39、發(fā)損失;二是酸酐不易與樹脂混合均勻。但是當硬化劑用量過大時,會造成樹脂鏈終止增長,降低硬化物的分子量,使固化后的樹脂發(fā)脆。綜上,加入酸酐量適量增大,有助于環(huán)氧樹脂的開環(huán),從而可以提高樹脂的固化程度,使導熱性能提高。.的表面活化處理研究.是否活化處理對云母膠導熱系數(shù)的影響在實驗初期,為了研究導熱填料是否經(jīng)過活化處理對云母膠導熱系數(shù)的影響,我們將一部分填料,以硅烷偶聯(lián)劑表面活化處理,另一部分填料不做處理,按照/的轉速下分散小時的工藝參數(shù),分別制備了兩種填料在不同添加量下的導熱試樣。圖.是是否活化處理對云母膠導熱系數(shù)的影響。譬籟浜最曲圖 是否活化處理對云母膠導熱系數(shù)的影響 .從圖.中可以明顯看出:云

40、母膠在添加了未經(jīng)表面活化處理的之后,其導熱系數(shù)均明顯低于純膠試樣,同時,隨著填料含量的增大,導熱系數(shù)幾乎趨于不變,這是由于導熱試樣底部均出現(xiàn)了分層現(xiàn)象,當填料未經(jīng)表面處理而直接加入云母膠后,無機相出現(xiàn)了嚴重的團聚現(xiàn)象,在體系內(nèi)部形成了熱哈爾濱理工大學理學碩士學位論文阻,使導熱系數(shù)降低;云母膠在添加了經(jīng)過表面活化處理的之后,其導熱系數(shù)均明顯高于純膠試樣,同時,隨著填料含量的增大,導熱系數(shù)逐漸增大,導熱試樣底部出現(xiàn)了點狀的粉體沉降,可見填料經(jīng)改性之后,其在云母膠中的分散性顯著提高,從而形成了一定的導熱通路,使體系導熱系數(shù)提高。圖.是表面活化處理前后圖,由圖知:未經(jīng)表面活化處理過的呈四角針狀,針腳.

41、不等,表面積較小,松散堆積;經(jīng)過表面活化處理的保持四角針狀,且表面積增大,整體粒徑集中。因此,表面活化處理后的晶須表面吸附能力增強,使其與基體間的浸潤更充分,有效提高了吸附界面的粘結強度。表面活化處理前 表面活化處理后圖.表面活化處理前后的圖.因此,要提高云母膠的導熱系數(shù),對進行表面活化處理是必要的。.的表面活化處理方法填料與有機基體間的結合狀況也是能否提高云母膠熱導率的一個關鍵因素。大量實驗及理論研究已經(jīng)證實,填料的表面活化處理是促進無機填料與有機基體良好結合的有效方式。本研究也采用相應偶聯(lián)劑進對行表面活化處理。通過進行大量的實驗研究,以活化指數(shù)表征活化處理效果,來確定偶聯(lián)劑的種類及最佳用量

42、。實驗選取三種硅烷偶聯(lián)劑:、進行比較,按照實驗部分所述方法,分別以不同用量對進行表面活化處理,并對處理后的進行活化指數(shù)測定。表.是三種偶聯(lián)劑不同用量下處理的活化指數(shù)。哈爾濱理工大學理學碩士學位論文表三種偶聯(lián)劑不同用量下處理的活化指數(shù) 、% % % %.% .% .% .%.% .% .% .%.% .% .% .%由表.結果知:偶聯(lián)劑采用用量為%活化處理效果最好,活化指數(shù)接近%。此時,表面幾乎全部由非極性轉化為極性,有利于在云母膠液中的分散。這是由于可以與無機物表面發(fā)生吸附水反應,形成牢固的結合,能夠在無機填料與樹脂基體之間形成一個界面層,從而提高無機填料與樹脂間的粘合強度,有利于改善聚合物基

43、體的性能。.單獨摻雜云母帶粘合劑的研究用表面處理后的摻雜云母帶粘合劑,以體積分數(shù)%,%,%,%,%,%為摻雜變量,制備云母帶測試樣,從導熱性能、介電性能、彎曲強度幾個方面分析晶須摻雜量的不同對性能的影響規(guī)律,最終確定最佳的摻雜量。.摻雜量對云母帶導熱系數(shù)的影響提高體系導熱系數(shù)的關鍵在于能否在體系內(nèi)最大程度的形成導熱網(wǎng)絡,而影響導熱網(wǎng)絡的形成最關鍵的因素有兩個,即填料與基體晃面間的復合程度,以及填料的摻雜量。以不同的體積分數(shù)摻雜云母膠,制備云母帶,對其導熱系數(shù)進行測試。圖.是不同摻量云母帶的導熱系數(shù)。由測試結果知:隨著摻雜量的增大,云母帶導熱系數(shù)呈上升趨勢,此時作為導熱率遠大于基體體系的粒子存在

44、于體系中,導熱粒子相互搭接、作用形成類似網(wǎng)狀或鏈狀的結構,即導熱網(wǎng)鏈,初步形成的導熱網(wǎng)鏈使熱量通過導熱粒子有效傳導,熱導率逐漸增大;當摻雜量達到%時,導熱系數(shù)達到最大,表明在該體積分數(shù)時在膠液體系中最大限度形成導熱網(wǎng)鏈,且導熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致,使導熱效率最高;繼續(xù)增大摻雜量,由于導熱網(wǎng)鏈已經(jīng)最大限度形成,過量的會與有機界面形成界面熱阻,使導哈爾濱理工大學理學碩士學位論文熱系數(shù)下降。因此,是導熱系數(shù)最大的摻雜量為%。遂妄糕謠冪爭靼卦的摻雜量,%圖 不同摻量云母帶的導熱系數(shù).摻雜量對云母帶機械性能的影響云母帶作為主絕緣材料,在電機運行過程中,會產(chǎn)生多種循環(huán)負荷作用于定子繞組上,例如由于運行

45、中產(chǎn)生熱量導致的熱膨脹現(xiàn)象,由于電磁力引起的機械振動,由于短路產(chǎn)生的瞬時電磁力作用于繞組而的扭曲應力等,這些負荷嚴重影響著絕緣結構的穩(wěn)定性。提高云母帶的機械強度,可以保證主絕緣結構運行的穩(wěn)定性,提高使用壽命。云母帶的機械強度主要受兩個因素影響,一方面是補強材料的性質,一方面是云母含量及粘合劑性能的影響,在保證云母含量的情況下,增韌云母帶粘合劑具有重要意義。具有規(guī)整的三維空間結構,其強度接近完整晶體理論值,摻雜于環(huán)氧樹脂中時,可以有效伸展四角針狀結構,形成機械骨架,增強復合材料強度。以不同的體積分數(shù)摻雜云母膠,制備云母帶,對彎曲強度進行測試。圖.為測試結果。圖?表明,云母帶兩個方向的彎曲強度呈相

46、同的變化趨勢,在的低體積分數(shù)摻雜下,云母帶的橫縱兩個方向的彎曲強度會隨著摻雜量的增大逐哈爾濱理工大學理學碩士學位論文漸增強,在的摻雜量為%時,云母帶橫縱向彎曲強度最大,約為純膠云母帶的.倍。這是由于特有四針狀結構,此時均勻分散在體系內(nèi),與基體樹脂形成界面結合力,起到機械骨架作用,即可有效地將負荷由基體樹脂傳遞給晶須,由晶須將負荷分散,又可以使裂紋尖端后部的開裂區(qū)能夠形成,從而使彎曲強度增大。當?shù)奶砑恿坷^續(xù)增大,過量的會發(fā)生團聚、結合等現(xiàn)象,使機械骨架破壞,使界面結合力過強或太弱,不能起到增韌作用,因此彎曲強度下降。曩至捌琶謄圖不同摻量云母帶彎曲強度.根據(jù) .玻璃布補強階環(huán)氧樹脂粘合云母帶標準中

47、要求,室溫下云母帶的彎曲強度縱向要求大于等于,橫向要求大于等于。本實驗中,當膠液中的摻雜量為%時,云母帶的縱向彎曲強度約為上述標準的.倍,橫向彎曲強度是上述標準的.倍,可見膠液中的摻雜使云母帶的機械強度大大提高。.摻雜量對云母帶絕緣性能的影響以不同的體積分數(shù)摻雜云母膠,制備云母帶,對云母帶體積電阻率進行測試,以快速升壓方式,苯甲基硅油作為環(huán)境介質測定試樣的電擊穿場強。測試結果如圖所示。由測試結果可知:摻雜后的云母帶體積電阻率和介電強度均呈下降趨勢,當?shù)膿诫s量小于等于%時,云母帶的介哈爾濱理工大學理學碩士學位論文電強度下降較小,體積電阻率略有升高,這是由于具有半導體特性,少量的摻雜對膠液的絕緣性

48、能影響較小;當?shù)膿诫s量繼續(xù)增大,相當于向絕緣膠液體系中引入導電性優(yōu)于膠液的導電粒子雜質,因此使云母帶的絕緣性大幅下降。罨寶簪一墨菩介暑奎海.暮/莓蘭“鴕柏鴝雛弘弛宕號孔盟約俘圖 不同摻量云母帶的體積電阻率和介電強度.圖.為不同摻雜量下云母帶的介電常數(shù)和損耗。圖 不同摻量云母帶的介電常數(shù)和損耗.由圖?知用改性后的云母帶介電常數(shù)在少量添加時相比純膠略有提高,這是因為的介電常數(shù)約為.,大于基體的介電常數(shù),在少量哈爾濱理工大學理學碩士學位論文添加時,使整體介電常數(shù)變大,但隨著添加量的增大,兩相材料界面結合變差,介電常數(shù)開始下降。的損耗因數(shù)與純膠接近,摻雜后的粘合劑介電損耗.玻璃布補強階環(huán)氧樹脂粘合云母

49、帶標準變化不大。根據(jù)中要求,室溫下云母帶的介電強度應大于/,所以,當?shù)膿诫s量小于等于 %時滿足標準要求。通過以上測試結果表明,向傳統(tǒng)云母帶用粘合劑中摻入,可以有效改善云母帶的導熱性及機械性能,其最佳的摻雜量為%,此時云母帶的性能指標為:導熱系數(shù)為./?,橫向彎曲強度為,縱向彎曲強度為,介電強度為./,體積電阻率為.?。.與其它高導熱粉體二元復配摻雜云母膠的研究由.研究結果知,采用單獨摻雜云母帶粘合劑后,云母帶的彎曲強度明顯改善,導熱系數(shù)有所提高,以與其他填料復配摻雜云母帶粘合劑,探索晶須與其他晶型填料相互作用對云母帶性能的影響.與納米舢復配摻雜云母膠根據(jù)實驗過程中膠粘劑性能的影響因素,利用正交

50、表設計三因素三水平正交試驗,其中各因素分別為:粉體總量,兩種粉體比例,分散轉速。每個因素取三個水平設計正交試驗表如表.所示。表摻雜云母膠正交設計 水平因素粉體總量,%: : :粉體體積比分散轉速,/根據(jù)表.所確定的因素及水平,以膠粘劑的導熱系數(shù)為考察指標,進行實驗,所得實驗結果如表,采用極差分析法,進行極差計算分析得如下結論:由極差知,各因素影響云母膠導熱系數(shù)主次關系:粉體總量粉體比例轉速。所以當采用復配粉體混合摻雜云母膠的方案中,粉體總量在膠液中的體積分數(shù)最為主要。其次是兩種粉體的比例,也很重要,而轉速此類工藝條件哈爾濱理工大學理學碩士學位論文對其影響不太重要。表正交試驗分析結果所在列因素 粉體,% 粉體比例 轉速,/ 熱導率,/ .實驗 .實驗 .實驗 .實驗 .實驗實驗 . .實驗 .實驗 .實驗. . .均值. . .均值. . .均值極差 . . .圖.是粉體總量對云母膠導熱系數(shù)的影響。薹;.爨婿霉參粉體總量.%圖.填料總量對導熱系數(shù)的影響.哈爾濱理工大學理學碩士學位論文%的過程由圖.知,對于粉體總量這個因素,水平從%至中導熱系數(shù)明顯提高,升幅較大,這是由于粉體填充形成的導熱網(wǎng)絡逐漸形成;而從%至 %過程中,呈下降趨勢,降幅較小,說明導熱網(wǎng)絡成形