填料改性绝缘漆导热性研究

张凯 唐阳 朱宏 王晓梅

（中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉430064）

1 前言

绝缘材料大多是绝热的，其导热系数一般在O.2 w／m·k左右，这使得绝缘材料在绝缘的同时，在一定程度上阻碍了电机由于高速旋转和电冲击造成的热量的散失，热量的聚集又会加快绝缘的老化速度，从而缩短电机的寿命。因此，在保持甚至提高绝缘材料机、电、耐热性能的同时提高其导热性是一个值得研究的课题[1]。

提高绝缘层的导热性是改进电机绝缘重要措施之一，提高绝缘导热性之关键，首先是选择热导率较高的绝缘材料，其次是选择最佳的绝缘工艺，以消除空隙，提高绝缘层的密实性（整体性），绝缘层内的空气隙，除能发生局部放电，加速绝缘的电老化外，还能降低绝缘层的导热性。本文主要研究使用填料改性绝缘漆的导热性[2,3]。

2 试验部分

2.1 材料

7122-5 树脂 湖北长海绝缘化工有限公司

硅烷偶联剂Z-603 润湿分散剂：912

2.2 测试方法

粘度 按GB/T 1981-1989中附条13规定，采用4号杯进行

导热系数采用美国生产EKO HC-074导热系数测定仪，测试的65℃的导热系数。

2.3 填料分散

2.3.1 硅粉的表面处理

取纯硅粉重量的0.5%～1.0%的硅烷偶联剂，用2～5倍的丙酮稀释，调节PH值为7～9，用超声波充分分散30 min，加入纯硅粉充分搅拌，然后将温度升至100～120℃，在高速分散机上分散20 min，烘干待用。

2.3.2 填料改性绝缘漆制备方法

在搅拌状态下把经烘干脱水的硅粉加入到溶有偶联剂和分散剂的7122-5树脂中，再在高速均质分散机上分散2 h。

3 结果与讨论

3.1 树脂基体的影响

图1 不同基体树脂导热率

聚合物的热传递则主要依靠分子或者原子做热振动来传递，显然，这样的热传递过程的最终结果就是低的热导率。我们在环氧树脂中分别引入不饱和聚酯树脂和亚胺基团，图1是三种物质的导热率对比，由图中可见通过改变分子结构的办法来提高树脂导热性是有限的[4]。

3.2 填料种类的影响

表1 非金属填料导热率

通过查询相关资料，得知表1中常用无机填料的导热率。为较大幅度地提高树脂导热性，我们通过试验探索了在有机高分子树脂体系中加入导热性好的纳米无机填料的可行性。

表 2是几种填料经过表面处理后在含量为30%的导热率，由此可以说明我们在绝缘漆中加入无机填料对提高绝缘漆的导热率是可行的[5]。

表2 不同填料7122-5绝缘漆导热率

3.3 填料表面处理的影响

图2 填料分散TEM图

图2为硅粉含量在25%时的TEM分析图。由图2中可以看出，图2(A)中填料在树脂基体中出现了团聚现象，图 2(B) 填料改性后的分散性有很大程度的提高，原因是硅粉表面和硅烷偶联剂发生了反应，填料表面在改性后由亲水性变为亲油性，表面能大大降低，在改性后比改性前更容易分散在有机介质中，表现出在树脂基体中具有良好的分散[6]。

3.4 填料含量的影响

图3中数据采用7122-5树脂。 由图中可以看出，由于填料出现团聚现象，未经处理的填料对粘度影响较大。固液悬浮体的粘度与颗粒表面和液体润湿亲和作用有关，一般温度条件下，若固液间亲和作用强，则粘度低；若亲和作用弱，则粘度高。

图3 填料对树脂粘度的影响

图4 填料含量对导热率的影响

表面改性的方式有：偶联剂的表面处理和填料表面共聚接枝等。与华中科技大学已经开展了纳米填料改性以及分散工艺的合作。目前我们采用较易实现的硅烷偶联剂的表面改性方式。因为硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物。在它的分子中，同时具有能与无机材料结合的反应性基团和与有机材料 ( 如合成树脂等 )结合的反应性基团。所以经过表面改性后的填料亲油性较强，加入树脂中，树脂粘度变化很缓慢。在填充量为30%时，粘度为65 s，仍能满足使用工艺要求。关于填料表面共聚接枝的改性方法、填料分散工艺，以及如何降低更大添加量下的粘度有待进一步研究。填料的添加量与填料表面的改性有很大关系，能否在更大的添加量下不改变树脂的粘度有待进一步的研究[7]。

由图4中可以看出，经过表面改性的填料含量从20%开始，导热率有显著提高，这说明在填料含量为20%时，已经形成了导热网络结构，热流可以快速传播，当填料含量为30%时，导热率可达到0.35 W/(m·K)。由于未经处理的填料在树脂中不能均匀分散，有的颗粒可能被树脂包覆，不能形成互穿网络结构，所以导热率变化不明显。填料的添加量与填料表面的改性有很大关系，能否在更大的添加量下不改变树脂的粘度有待进一步的研究。

4 结论

在7122-5树脂中，添加改性硅粉30%（质量比）时，导热率从 0.18 W/(m·K)增加至 0.35 W/(m·K)，而粘度为65 s，仍能满足使用工艺要求。

[1] 周健, 黄祖洪. 高导热绝缘材料在高压电机上的应用意义及前景[J]. 绝缘材料通讯，1999, 6:3841.

[2] 陈宗旻. 真空压力浸渍树脂现状与发展[J]，绝缘材料，2003, (3): 37-39

[3] 王德中主编. 环氧树脂生产与应用[M]，北京：化学工业出版社, 2001.

[4] 储九荣, 张晓辉, 徐传镶. 导热高分子材料的研究与应用[J]. 高分子材料科学与工程. 2000，16(4):17-21.

[5] 张立群, 耿海平. 导热高分子材料的研究和开发进展[J].合成橡胶工业, 1998，21(1): 57-62.

[6] 何曼君, 陈维孝, 董西侠. 高分子物理[M]，修订版，上海: 复旦大学出版社，2000.

[7] 张颖. 纳米SiO2的表面改性及其分散性研究[D]. 太原: 太原理工大学材料科学与工程学院，2006.