[發明專利]一種高導熱硅橡膠納米復合絕緣材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210535036.0
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103160126A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 杜伯學
• 申請（專利權）人: 天津學子電力設備科技有限公司
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K3/38;H01B3/46
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技術領域

本發明涉及一種高導熱硅橡膠納米復合絕緣材料的制備方法。

背景技術

納米BN顆粒對硅橡膠導熱能力的提高：純硅橡膠的導熱率約為0.20W/(m·k)，在復合絕緣子表面的放電所釋放的熱量，由于不能及時向外傳導，易使硅橡膠材料表面老化，從而影響其絕緣能力。導熱橡膠是一類具有導熱性能的功能橡膠材料，其導熱性能使其具有良好的散熱和熱傳導能力。研制適合制作絕緣子的高導熱硅橡膠，對提升電網穩定將有促進作用。

導熱硅橡膠的常用制備方法，是向其中添加導熱率高于硅橡膠的填料。通常使用的導熱絕緣填料主要有AIN、BN、Al₂O₃、Si₃N₄、SiC、B₄C、TiC等氮化物、碳化物以及金屬氧化物，這些無機填料具有良好的絕緣性和高熱導率，填充到聚合物基體中可以制備具有良好綜合性能的導熱絕緣材料。其中BN由于其高導熱率、低介電常數、高電阻率、低膨脹系數、高橫縱比等特點使其成為高導熱聚合物絕緣材料的理想填料。

添加納米顆粒的聚合物復合材料的導熱性能，取決基體、納米填料和其共同的界面。其中導熱填料是復合材料中的主要導熱載體，無論是顆粒狀，還是纖維狀，其自身的導熱性能都遠大于基體材料的導熱性。當填充量比較小時，填料雖然均勻的分散到體系中，然而在填料之間沒有形成直接的相互接觸和相互作用，此時這些填料對提高整個體系的導熱性能貢獻不大，其耐高溫能力的提升主要是依據填料本身對熱量吸收能力；當填料用量足夠大時，填料之間易有直接接觸，在混合體系中形成鏈狀或網絡結構，稱為導熱網鏈。當導熱網鏈連接方向與熱流方向平行時，就可以在很大程度上提高混合體系的導熱性。

發明內容

本發明通過直流斜面實驗，研究了添加高導熱納米BN顆粒對硅橡膠耐侵蝕能力的影響及表面放電對硅橡膠的侵蝕作用，主要是其釋放大量的熱的作用。因此，提高硅橡膠的導熱性能，可以提高其耐侵蝕能力。并且添加的高導熱納米BN顆粒對硅橡膠表面的憎水性、表面電阻和閃絡電壓影響很小。

附圖說明

圖1添加不同的質量分數的納米BN顆粒的硅橡膠試樣進行直流斜面實驗不同時間的熱成像圖

圖2不同的質量分數納米BN顆粒的硅橡膠試樣進行直流斜面實驗結果

圖3不同的質量分數納米BN顆粒的硅橡膠試樣侵蝕深度

圖4不同的質量分數納米BN顆粒的硅橡膠試樣侵蝕失重

圖5不同熱傳導能力試樣熱量傳遞示意圖

圖6不同的質量分數納米BN顆粒的硅橡膠試樣表面電阻率

具體實施方式

1.2.1納米BN顆粒含量對硅橡膠表面的溫度分布

如圖1所示，為添加不同的質量分數的納米BN顆粒的硅橡膠試樣進行直流斜面實驗不同時間的熱成像圖。從圖中可以觀察到，由上至下，在相同的實驗時間下，添加不同的納米顆粒質量分數的試樣表面高溫區域分布等呈現一定的規律。

添加BN納米顆粒使硅橡膠混合材料對熱量的傳導能力得到了提高。如圖所示，在10min時，試樣上獲取的熱成像圖間區分不大，溫度相近；隨著實驗的進行，可見圖中代表高溫的亮色，在納米顆粒含量較高的混合材料試樣表面分布面積更大，而顏色較納米顆粒含量低的混合材料試樣表面相比，其表面的最高溫度較低。

當實驗進行到60min時，從試樣表面獲得的熱成像圖已經有了很明顯的區別。可以從圖中觀察到，不含有納米顆粒硅橡膠材料，在實驗進行60min時試樣的邊緣部分區域溫度仍然低于40℃，熱源周圍的溫度高于140℃，且面積很小而集中；含有納米顆粒的質量分數5.0wt％的材料，同一時刻下試樣表面溫度普遍高于60℃，熱源周圍很大一部分面積的溫度為120℃。

當實驗進行到240min時，含有5.0wt％納米顆粒的混合材料試樣，其表面溫度均已經達到90℃；而同一時刻下，純的硅橡膠材料試樣表面仍然有部分溫度低于70℃。

1.2.2?納米BN顆粒含量對硅橡膠表面侵蝕深度的影響

如圖2所示，是含有不同納米顆粒質量分數的材料，經過直流斜面實驗后的碳痕跡和侵蝕痕跡照片。從圖中可以觀察到：與含有5.0wt％納米顆粒的材料試樣表面痕跡相比，不含納米顆粒和納米顆粒含量為2.5wt％的試樣表面，碳痕跡的寬度更小，但是侵蝕深度更深，對材料表面破壞更加嚴重。而含有納米顆粒質量分數為5.0wt％的材料表面，幾乎沒有侵蝕痕跡，而是主要表現為析出黑色的碳或白色的硅的粉末。