[發明專利]超導磁體用高導熱電絕緣材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310294369.3
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103408898A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 吳智雄;李靜文;李來風;黃傳軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L79/04;C08K9/12;C08K9/06;C08K7/00;C08K7/14;C08K3/28;C08K7/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及導熱電絕緣材料領域，具體涉及一種適用于超導磁體使用的高導熱電絕緣材料及其制備方法。

背景技術

在超導磁體中，通常采用玻璃纖維增強樹脂基復合材料作為絕緣層，為保證超導磁體絕緣系統的運行安全，其絕緣材料需采用真空壓力浸漬（VPI）工藝制備。VPI工藝是當今世界上最先進的絕緣處理技術，其工藝原理為液態基體在真空產生的壓力差作用下被引入模具內，完全浸漬纖維后，經固化得到絕緣復合材料。通過VPI處理不但能使增強材料被基體樹脂完全浸潤，而且能減少絕緣結構中的氣泡含量，從而使絕緣結構的性能提高。真空壓力浸漬工藝要求浸漬樹脂具有低粘度，長的適用期，良好的浸潤性，以便利于樹脂完全浸潤玻璃纖維，特別是對于大型超導磁體，為了保證整個超導磁體浸漬完全，通常要求樹脂粘度低于200cP，并且適用期超過60h。

絕緣材料在超導磁體中主要起著絕緣隔離、機械支撐和保護導體的作用。在超導磁體運行過程中，超導磁體受到強大的電磁場力，使磁體線圈變形，易造成絕緣材料與磁體的相對運動，摩擦產生熱量；絕緣材料與超導磁體中其他構件的熱收縮系數不同，在兩者界面易產生熱應力，導致絕緣材料力學性能下降，甚至引起絕緣材料發生斷裂，產生斷裂能，使磁體局部受到熱干擾。這些局部的熱干擾將影響到整個磁體的穩定性，可能導致磁體過早的失超。因此，絕緣材料的導熱性是不容忽視的，即要求電絕緣材料具有良好的導熱性，易于傳輸熱量，以便于磁體冷卻，從而保證磁體穩定運行。

目前國內外多采用粒子填充法改善樹脂基體材料的導熱性，即在樹脂基體中添加導熱性較高的無機粉末填料，如氮化鋁、碳化硅、氧化鋁等。這種方法可以較大程度地提高樹脂基體的導熱性能，并且保證材料的電絕緣性。而針對提高玻璃纖維增強絕緣材料的導熱性的研究較少。常規的制備高導熱玻璃纖維增強樹脂基絕緣材料的方法主要是通過在樹脂里直接加入導熱填料，預混合后，再對玻璃纖維進行浸漬灌封，固化成型。然而，隨著導熱粒子在樹脂基體中含量的增加，樹脂粘度也隨之增大，尤其在高含量時體系粘度太大并且顆粒團聚嚴重，將導致樹脂的流動性以及與纖維之間的浸潤性變差，導熱粒子進入層間的困難增加，直接影響絕緣材料層間的熱性能和力學強度，因此，這種傳統的方法無疑不適用于大型超導磁體絕緣材料的制備。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明的目的是提供了一種適合于超導磁體使用的高導熱電絕緣材料及制備方法，該絕緣材料在低溫環境下具有高導熱率，高層間強度，高絕緣性，并且該制備方法具有良好工藝操作性，適合于在大型超導磁體中使用。

（二）技術方案

為解決上述問題，本發明提供一種超導磁體用高導熱電絕緣材料，包括：基體樹脂以及負載氮化鋁導熱介質的玻璃纖維布，所述玻璃纖維布所占體積比為45%-55%，所述負載氮化鋁導熱介質的玻璃纖維布中氮化鋁導熱介質所占重量比為1%-20%。

優選地，所述基體樹脂為在40-60℃時具有低粘度的液態環氧樹脂以及液態氰酸酯樹脂中的一種或兩種混合物。

優選地，所述基體樹脂在40-60℃時粘度低于200cP，適用期長于60h。

優選地，所述氮化鋁導熱介質為納米氮化鋁顆粒、亞微米氮化鋁顆粒以及氮化鋁晶須中的一種或至少任意兩種的混合物。

優選地，所述納米氮化鋁顆粒的粒徑為30-80nm，所述亞微米氮化鋁顆粒的粒徑為400-800nm。

優選地，所述氮化鋁導熱介質經過硅烷偶聯劑表面處理或等離子體聚合表面處理。

優選地，所述玻璃纖維布為E型、S型或RW型玻璃纖維布。

優選地，所述玻璃纖維布編織方式為平紋、斜紋和/或緞紋，所述玻璃纖維布表面經硅烷偶聯劑處理。

本發明還提供一種超導磁體用高導熱電絕緣材料的制備方法，包括：（1）將經過硅烷偶聯劑表面處理或等離子體聚合表面處理的氮化鋁導熱介質分散于無水乙醇中，經超聲分散后，配制成氮化鋁分散液，分散液中氮化鋁含量為3g/L-120g/L；（2）將玻璃纖維布浸漬于上述步驟（1）制備的分散液中，經多次浸漬提拉和真空干燥后制得負載氮化鋁導熱介質的玻璃纖維布；（3）將步驟（2）制備的負載氮化鋁導熱介質的玻璃纖維布鋪層在模具中，進行40-60℃預熱處理，基體樹脂在40-60℃攪拌真空除氣后，利用真空負壓將基體樹脂灌注到模具中，待完全浸漬后，經高溫固化成型，制備得到高導熱電絕緣材料。

優選地，步驟(2)中單次浸漬時間為2-10分鐘，真空干燥溫度為70-75℃，處理時間為15-30分鐘。

（三）有益效果