2019高性能固体绝缘材料及其在变压器中的应用

高性能固体绝缘材料及其在变压器中的应用研究高导热绝缘材料的研究背景高导热绝缘材料的发展现状高导热干式变压器浇注料苏州巨峰股份变压器用绝缘材料目录2019年3月19日2/47电气电子设备的散热和热管理问题一、高导热绝缘材料的研究背景固体绝缘电力设备大容量、高压、高功率密度化发电机、电动机、变压器、电抗器、电缆2500kVA10kV/400V

SCB干式变压器。额定工况下总损耗21.32kW→发热→温升→导体电阻增大→损耗增大→发热加剧→温升…环氧树脂浇注干式变压器对流辐射传导

2019年3月19日3/47电气电子设备的散热和热管理问题一、高导热绝缘材料的研究背景电子设备的灌封与绝缘高度集成化、高速高频化、高功率密度化大功率LED、激光器、功率模块、电源高

导

热

金

属

基

覆

铜

板大功率LED输入功率中70%以上的电能转化为热能；当LED芯片温度从40℃上升到60℃，LED使用寿命减少1/2。0.35W/m·K2W/m·K亮度3W/m·K结温提高绝缘材料的导热能力是解决电气电子设备散热问题的根本途1W/径m·K

2019年3月19日4/47二、高导热绝缘材料的发展现状

2019年3月19日5/47二、高导热绝缘材料的发展现状本征型高导热绝缘材料-导热与绝缘可兼得，并不矛盾通过改变材料分子和链节结构获得具有高度结晶性或取向度的物理结构，减少声子散射以增大声子自由程和提高声子在树脂中的传输速度，从而提高其热导率。日立化成在环氧树脂中引人介晶(mesogen)基元形成类晶或液晶

结

构

，

热

导

率

可

达1W/(m·K)

，是普通环氧树脂的4倍多。

2019年3月19日6/47二、高导热绝缘材料的发展现状填充型高导热绝缘材料填充型高导热绝缘材料一般都是在树脂基体中加入大量高导热无机填料而制成复合材料，该方法加工容易、成本低、易于工业化生产，因而国内外研究较多，部分已被用作电气电子产品的灌封胶、胶黏剂、热界面材料。所用基体以环氧树脂、硅橡胶、塑料等为主。高导热复合材料导热性能的提高主要依赖于填料的含量、形状、尺寸、级配、热导率，填料在基体中的分布以及与基体的界面键合作用，复合材料的织态结构等。常用的导热填料形状有球状、片状、纤维、晶须等形状。一般填充量在60%以下时热导率提升不明显。填料的选择和处理

2019年3月19日7/47二、高导热绝缘材料的发展现状50301510010 7.56252015Al2O3(密度3.5g/cm3)20vol%-45wt%;40vol%-68wt%;50vol%-76wt%;60vol%-83wt%;

90vol%-97wt%BN/SiO2(密度2.25g/cm3)20vol%-34wt%;40vol%-58wt%;50vol%-67wt%;60vol%-75wt%;

90vol%-95wt%；当填料与基体的热导率之比大于

5

0

(

约λp>10)时，50vol%填充量以下，进一步增大填料热导率意义不大；当填料填充量大于50vol%时，复合材料热导率显著增加；2W/mK

2019年3月19日8/47二、高导热绝缘材料的发展现状环氧树脂的高导热微纳米复合材料高导热高填充低粘度矛盾！高粘度1W/m·K:

≥60wt%1.5W/m·K:≥

70wt%2W/m·K:≥

80wt%3W/m·K:≥

90wt%4W/m·K:≥

93wt%可流动难以流动难实现很难实现很难实现低热膨胀系数高击穿场强高粘结强度耐高温易固化环保等高导热环氧树脂核心技术高效导热网链结构高填充及降粘技术工艺工艺性很差树脂流变学理论

2019年3月19日9/47

10高性能功能填料的设计填料复配技术填料化学改性技术填料物理改性技术1232019年3月19日三、高导热干式变压器浇注料高导热填料改性处理降粘效果对比

(填料含量83wt%)改性后粘度只有原来的1/20改性后粘度只有原来的1/3三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日11/47高导热填料改性效果-SEM三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日12/47JFCR系列高导热电器绝缘浇注料

巨峰改性高导热电器绝缘浇注料(JFCR)通过在普通浇注树脂中加入改性复合功能填料(JFCP)复合而成，用于制造中高压电器设备设备及其绝缘部件。JFCR系列高导热电器绝缘浇注料的优点：热导率高(1~4W/m·K)。可大幅度提升电器设备的散热能力，显著降低设备温升，从而提升设备单位体积的功率和容量。电气绝缘性能优异。耐局部放电老化能力是普通浇注料的10-100倍以上，高温(100~180℃)绝缘电阻率和击穿场强分别是普通浇注料的10倍以上和2倍以上。抗开裂性能好。由于浇注料热导热率高和膨胀系数小，浇注及固化成型过程中浇注部件内部温度分布均匀，冷热收缩小，因而内应力小，固化及使用过程中抗开裂性能优异。工艺性能好。由于浇注料采用改性复合功能填料(JFCP)而粘度较小，防止浇注过程中可引发局部放电的气隙缺陷的形成，并提高浇注效率。三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日13JFCR-02高导热干式变压器浇注料使用工艺浇注体处理：入模后105℃保温5-8小时，入浇注罐抽真空，

温度控制在80℃。原材料处理(仅处理树脂即可)：室温高于25℃时，所有材料不用预烘，低于25℃时将树脂和固化剂放入烘箱75℃保温3-5小时。混合料比例(重量比)：树脂100kg；固化剂80kg

；改性填料638.2kg。配胶：65℃下搅拌1.5小时左右，同时抽真空，真空抽到120-150帕脱泡后。浇注：浇注时浇注罐温度设定为80℃，模具温度为75℃，真空抽到100-200帕时投料浇注，浇注时间控制在45-60分钟之间。(6)

固化成型：80℃

6小时；升温到100℃，4小时；升温130℃，6-8小时。(7)

拆模：夏天拆模温度100℃左右，冬天拆模温度90℃左右。三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日14JFCR-02高导热干式变压器浇注料使用工艺三、高导热干式变压器浇注料亨斯曼浇注料粘度特性填料：未改性硅微粉

2019年3月19日150min6min3min9min先将1cm厚度试样在烘箱中加热到120℃。把试样放到厚度为3mm的钢板上。3)

用红外热像仪同时观测试样的温度。EP和EPN2最大温差可达20℃三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日16/47EP和EPN3最大温差可达40℃高导热环氧树脂EPN3/4(3/4W/m∙K)和普通环氧树脂EP散热能力比较实验：将纯环氧(EP)和纳米复合改性环氧样品(厚度1cm)加热到140℃，同时放到铁板上降温。EP和EPN4最大温差可达46℃三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日17/47EP和EPN3最大温差可达28℃高导热环氧树脂EPN3/4(3/4W/m∙K)和普通环氧树脂EP导热能力比较实验：将铁板加热到130℃，将纯环氧(EP)和纳米复合改性环氧样品(厚度1cm)同时放到铁板上升温。EP和EPN4最大温差可达36℃三、高导热干式变压器浇注料

2019年3月19日18/47三、高导热干式变压器浇注料浇

注

料

热

导

率

：JFCR-02为2W/m·K，普

通

环

氧

浇

注

料0.4WW/m·K

。导体损耗功率:

1

-4kW/m