一、基體樹脂的選擇
目前國內(nèi)干變生產(chǎn)使用的基體樹脂以環(huán)氧-酸酐體系為主，這種樹脂固化物的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.18~0.19W/(m·K)，在環(huán)氧固化物中幾乎是最低的，不利于提高澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)�；w樹脂對復(fù)合物導(dǎo)熱系數(shù)的影響，可用宏觀熱傳導(dǎo)理論作簡單分析：以與實驗基本吻合的Nielsen熱傳導(dǎo)理論模型為例，該模型得到的復(fù)合物導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：λ=λ1·1+ABV1-BΨV；式中：B=λ2λ1-1λ2λ1-A；Ψ=1+V(1-V)mV 2m
其中：λ1、λ2、λ分別是基體樹脂、粉體、復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)；V是粉體在復(fù)合物中的體積分?jǐn)?shù)；Vm是粉體緊密堆積時的最大體積分?jǐn)?shù)；A是與粉體粒徑、形貌和取向方式有關(guān)的常數(shù)。對于無規(guī)則形狀、無規(guī)則堆積的粉體，A和Vm的建議取值分別是3和0.64。上式表明，復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)與基體樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)近似成倍率關(guān)系。也就是說，即使粉體種類和用量不變，如果基體樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)提高一倍，復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)約提高一倍。由此可見提高基體樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)非常關(guān)鍵。由于環(huán)氧-芳香胺固化物具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，因而嘗試將芳香胺固化劑應(yīng)用于環(huán)氧澆注料。在高電壓絕緣領(lǐng)域，環(huán)氧-芳香胺固化體系用于制造絕緣坯布、防暈涂層、電磁線涂層、層壓制品等產(chǎn)品已有數(shù)十年，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐電暈性和耐表面放電能力。通常芳香胺為高熔點的固體，需在較高溫度下才能與環(huán)氧混溶。有些芳香胺，如二氨基二苯基甲烷、間苯二胺，熔點雖較低且較容易與環(huán)氧混溶，但與環(huán)氧的反應(yīng)活性較高，混料過程中物料粘度增長過快，可操作的時間過短；有些芳香胺的反應(yīng)活性雖適中，但熔點過高，混膠溫度過高也會導(dǎo)致物料粘度過快增長，從而難以完成混料脫泡操作。為解決芳香胺與環(huán)氧樹脂的混溶問題，研制了一種反應(yīng)速度適中、室溫下為液態(tài)或熔點較低的芳香胺，使其可在較低的溫度下快速與環(huán)氧混溶，并有足夠長的混料脫泡操作時間。用自制的低熔點芳香胺作固化劑的環(huán)氧-芳香胺體系的性能如表1所示。
從表1可以看出，與環(huán)氧-酸酐體系相比，環(huán)氧-芳香胺固化體系具有以下優(yōu)點：①導(dǎo)熱系數(shù)是環(huán)氧
酸酐固化體系的1.2倍；②熱變形溫度比環(huán)氧酸酐固化體系高約40℃；③混膠溫度下物料的粘度較小，有利于引入更多的填料。該固化體系的不足之處是固化速度偏慢，固化溫度稍高，但總體來看符合制備環(huán)氧澆注料的條件，其中最重要的是該樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)較高，有利于提高澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)。
二、填料的選擇
目前國內(nèi)干變生產(chǎn)所用的填料主要是硅微粉(又稱石英粉或石英砂)，在需耐SF6的互感器、高壓開關(guān)或特種干式變壓器中才使用氧化鋁填料。氧化鋁填料在干變中應(yīng)用較少的主要原因是其密度較大且價格稍貴。但如果采用氧化鋁填料能夠有效降低變壓器線圈的運行溫度、大幅度提高澆注工件的抗開裂能力，稍增大澆注料的成本是值得的。此外，由于提高了干變的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能，完全可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計使整機制造成本得到合理的控制。徐旭等曾對環(huán)氧酸酐-硅微粉澆注料的配比和工藝進(jìn)行過優(yōu)化，結(jié)果表明在通常情況下，硅微粉的最大極限填充量在62%附近(物料粘度不超過4 000 mPa·s時)，此時固化物的導(dǎo)熱系數(shù)的最大值約為0.84 W/(m·K)。說明不改變基體樹脂和粉體種類，提高澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)是有限的。由于氧化鋁粉體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于硅微粉的導(dǎo)熱系數(shù)(見表2)，采用氧化鋁填料顯然更有利于提高環(huán)氧澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)。因此應(yīng)優(yōu)先考慮選用氧化鋁填料。
三、環(huán)氧芳香胺-氧化鋁澆注料的性能
采用氧化鋁填料并以低熔點芳香胺作固化劑，制備了適合于干變生產(chǎn)使用的澆注料。經(jīng)過配方和工藝優(yōu)化后，得到環(huán)氧芳香胺-氧化鋁澆注料，其基本性能與環(huán)氧酸酐-硅微粉澆注料對比情況如表3所示。由表3可知，其環(huán)氧芳香胺-氧化鋁固化物的導(dǎo)熱系數(shù)比環(huán)氧酸酐-硅微粉澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)提高0.7～1.2倍，螺栓螺母嵌件試樣經(jīng)-30～160℃冷熱沖擊10次，5個試樣均無開裂現(xiàn)象，而環(huán)氧酸酐-硅微粉澆注料經(jīng)冷熱沖擊1次后5個試樣均開裂。環(huán)氧芳香胺-氧化鋁固化物的熱變形溫度、彎曲強度、拉伸強度及沖擊強度均遠(yuǎn)高于環(huán)氧酸酐-硅微粉澆注料。
四、采用氧化鋁填料并以環(huán)氧-芳香胺為基體樹脂，制得的環(huán)氧芳香胺-氧化鋁澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)有較大提高，導(dǎo)熱系數(shù)為1.440 W/(m·K)，抗開裂能力優(yōu)良，其彎曲強度、拉伸強度及沖擊強度等力學(xué)性能及熱變形溫度也大幅提高，期望能夠引起干變制造業(yè)的重視并獲得推廣應(yīng)用。（本文來源：正航儀器）http://ggswu.com
