data-full-width-responsive="true"> 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。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。
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。
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
