2019-09-20
 
无机颜填料改性绝缘漆综合性能的研究,考察了不同无机颜填料对绝缘漆的改性效果, 筛选出改性效果最佳的颜填料, 研究了颜填料对绝缘漆力学性能、绝缘性能、耐热性、耐老化性能的影响
2019年09月20日  

1 前言
绝缘漆是一种具有优良电绝缘性的功能性涂料, 绝缘漆耐击穿性能的好坏, 对电工设备的经济技术指标和运行寿命有着关键的作用[1 - 3 ]。很多无机颜填料本身具备优异的绝缘性能, 通过物理方法将适量的无机粉末均匀分散到绝缘漆中, 使有机相和无机相复合, 可以提高绝缘漆的电气强度、耐热性、耐老化性以及力学性能等, 赋予绝缘漆更强、更广的应用性能, 越来越受到人们的关注[4 - 7 ]。


如孙致平[ 8]等将无机填料( 磷酸锌、磷酸铝、钛白粉等) 添加到丙烯酸树脂中, 制备了具有优异绝缘性能的半有机环保绝缘漆中国机械网okmao.com。马寒冰等[9 ]利用纳米TiO 2 为添加物研制出新型耐变频绝缘涂料, 使改性后的绝缘漆电气强度提高到52 MV/ m。


可见, 无机颜填料的利用为绝缘漆改性提供了新思路。首先考察不同种类颜填料对丙烯酸树脂漆的改性效果, 筛选出改性效果较好的填料, 进而探索出最佳的填料粒径和用量, 研究了该填料的加入对丙烯酸树脂漆热性能、耐老化性能的影响, 最后用筛选出的填料对不同种类市售绝缘漆进行改性, 评价了改性前后绝缘漆的力学性能和耐击穿性能。

2 实验
2. 1 原材料
钛白粉( 400 目) , 镇江钛白粉股份有限公司; 立德粉( 400 目) , 上海顺宜化工; 滑石粉( 400 目) , 南京硕峰装饰材料有限公司; 氮化铝( 400 目) , 上海龙津金属材料有限公司; 云母粉( 400 目、800 目、1250目) , 安徽滁州万桥绢云母厂; 纳米二氧化硅( 20~40 nm) , 淄博海纳高科材料有限公司; 纳米二氧化钛( 25 nm) , 南京海泰纳米材料有限公司; 纳米氮化铝( 25 nm) , 合肥开尔纳米能源科技股份有限公司;纳米氧化锌( 25 nm) , 淄博海顺锌业有限公司; 丙烯酸树脂漆、F31- 3 酚醛绝缘漆, 南京长江涂料有限公司; TH31- 5 三防聚氨酯绝缘漆、TH31- 4 三防环氧绝缘漆、T Z30- 14 聚酯烘干绝缘漆, 吴江市太湖绝缘材料厂; 氟碳漆, 大金氟涂料; FJN - 1153 有机硅烘干漆, 常州嘉诺有机硅有限公司。

2. 2 仪器设备
GFJ- 0. 4 型高速分散机, 上海现代环境工程技术有限公司; GWJ- 150KV 型计算机控制电压击穿试验仪, 长春市智能仪器设备有限公司; 101-2 型鼓风干燥箱, 上海市实验仪器总厂; FA2004 型分析天平, 上海衡平仪器厂; QCJ 漆膜冲击器、QHQ 涂膜铅笔划痕硬度仪、QFZ 漆膜附着力试验仪、QTX 漆膜柔韧性测定仪, 天津精科材料试验机厂; SH- 1B 型漆膜厚度测试仪, 东莞市永先电子仪器有限公司; KY KY - EM3200 型扫描电镜, 北京中科科仪有限公司; STA- 449C 型热分析仪, 德国耐驰公司; LU V- 2 型紫外加速老化试验箱, 上海普申化工机械有限公司。

2. 3 试验工艺
将绝缘清漆和颜填料按照配比量混合, 加入分散剂等助剂, 在高速分散机上低速( 800 r/ min) 搅拌均匀后, 提高转速至6 000 r/ min, 高速分散15 min 左右, 待颜料分散达到要求后, 过滤出料, 即得改性绝缘漆。将改性后的绝缘漆依据GB/ T 1736- 1989制成漆膜( 试样规格为10 cm * 10 cm) , 测定性能。

2. 4 性能测试
漆膜击穿性能测试在计算机控制电压击穿试验仪上进行, 电气强度依据HG / T 3330- 1985 测定; 漆膜附着力按照GB/ T 1720- 1989 测定; 漆膜耐冲击强度按照GB / T 1732- 1993 测定; 漆膜硬度按照GB / T 6739- 1996 测定; 漆膜柔韧性按照GB / T 1731- 1993 测定; 耐老化性能按照GB / T14522- 1993 测定, 评级方法参考GB / T 1766-1995。

3 结果与讨论
3. 1 颜填料种类对丙烯酸树脂漆性能的影响
不同种类无机颜填料改性丙烯酸树脂漆的性能比较见表1。
无机颜填料改性绝缘漆综合性能的研究,考察了不同无机颜填料对绝缘漆的改性效果, 筛选出改性效果最佳的颜填料, 研究了颜填料对绝缘漆力学性能、绝缘性能、耐热性、耐老化性能的影响 中国机械网,okmao.com
注: 附着力指标中1 级为最好, 7 级为最差。普通粒子粒径400 目, 颜基比为80%; 纳米粒子粒径25 nm, 加入量1%。
由表1 可知, 未改性丙烯酸树脂漆的电气强度仅为38. 04 MV/ m, 无法满足高电压环境下的使用要求, 而在颜基比为80% , 粒径相同的条件下, 加入云母粉、立德粉、滑石粉、氮化铝均可不同程度的提高漆膜电气强度, 其中以云母的改性效果最佳, 电气强度能提升到50. 31 MV/ m。从表中也可以看出添加质量分数为1%的不同纳米粒子均可小幅度的提高漆膜击穿性能, 影响效果大致相当。与非纳米无机粒子相比较, 纳米无机填料只需少量便可将电气强度提高至45MV / m 以上, 显示出一定的纳米效应, 同时漆膜仍能保持良好的外观和附着力。综合考虑原料成本等因素, 选择云母作为改性填料。

3. 2 云母粒径和颜基比对丙烯酸树脂漆电气强度的影响
不同粒径不同颜基比云母对丙烯酸树脂漆电气强度的影响见图1。由图1 可以看出, 在相同的颜基比下, 随着云母粉粒径的减小, 改性后的绝缘漆膜电气强度会逐渐提高, 这是因为随着非纳米填料粒径的减小, 伴随高速的机械剪切力作用, 它们在聚合物中的分散更加充分均匀。


随着颜基比的增大, 不同粒径云母粉改性绝缘漆膜的电气强度相应增大, 达到一个峰值后, 便随着颜基比的增大而减小, 其中1250 目干法云母在颜基比为60% 下改性的丙烯酸树脂绝缘漆膜的电气强度最大, 达到了91. 4MV /m。


这可能是因为随着无机填料填充量的增加, 粒子首先与聚合物分子结合并占据聚合物自由体积, 形成稳定致密的漆膜, 电场分布均化, 电气强度也逐步提高并达到一个最大值, 但是随着无机粒子添加量的继续增大, 聚合物无法完全对其包埋, 过多的无机粒子堆砌成团, 同时无机杂质也逐渐增多, 于是漆膜内部形成大量缺陷, 电气强度也随之逐渐变小。
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图1 不同粒径不同颜基比云母改性丙烯酸树脂漆的电气强度



3. 3 云母的添加对丙烯酸树脂漆耐热性的影响
1250 目干法云母对丙烯酸树脂漆耐热性的影响见图2。由图2 可以看出, 云母改性丙烯酸树脂漆前后的热失重曲线变化趋势完全相同, 均由两个热降解峰组成, 加入云母( 颜基比为60% ) 使漆膜的热分解温度往高温区移动, 初始降解温度提高约7度 , 因此云母的加入在一定程度上改善了丙烯酸树脂漆的耐热性。
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图2 丙烯酸树脂漆改性前后的TG 曲线

3. 4 云母的添加对丙烯酸树脂漆耐老化性能的影响
研究表明云母粉在防腐蚀涂料中的应用使涂膜呈现出了特殊功能, 硬度、附着力、柔韧性、耐冲击性均有一定程度的提高, 耐盐雾性能不变[ 10]。为考察云母改性丙烯酸树脂漆的耐老化性能( 颜基比为60%) , 在紫外老化试验箱内进行人工加速试验。1250 目干法云母对丙烯酸树脂漆耐老化性能的影响见表2。由表2 中数据可知, 丙烯酸树脂漆经云母改性后, 无裂纹、起泡、粉化等现象, 失光率较低, 老化程度较小, 所以云母的加入, 可以提升丙烯酸树脂漆的耐老化性。
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注: 表中评定方法参照GB/ T 1766- 1995 进行, 其中数字0 到5 表示由好到坏。

3. 5 云母的添加对市售绝缘漆力学性能和绝缘性能的影响
1250 目干法云母改性不同市售绝缘漆后的力学性能和绝缘性能见表3 和图3。由表3 和图3 中的数据对比可知, 1250 目干法云母改性不同种类绝缘漆后的电气强度均有不同程度的提高, 其中三防聚氨酯漆和三防环氧漆的改性效果最明显, 电气强度分别达到了98. 25 MV / m 和99. 61M V/ m, 提高幅度均超过40%以上, 并且力学性能仍然十分优异。
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注: 柔韧性指标中1 级为最差, 7 级为最好。

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图3 1250 目干法云母改性不同绝缘漆前后的电气强度(颜基比: 60%)

4 结论
不同颜填料改性绝缘漆后, 漆膜的电气强度均有所提高, 其中无机纳米填料尽管添加量很少, 但改性绝缘漆的电气强度增加幅度有限, 而1250 目干法云母在颜基比为60% 时不仅可以使绝缘漆的耐热性和耐老化性得到一定程度改善, 同时经其改性的各种绝缘漆的电气强度也有明显提高, 尤其对三防聚氨酯漆和三防环氧漆的改性效果最明显, 电气强度分别达到了98. 25 MV / m 和99. 61 MV/ m,提高幅度均超过40%以上, 力学性能依然保持优异, 掺入价格便宜的云母也降低了绝缘漆的成本, 具有较强的现实意义。

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