一种电气设备无动力高效散热外壳及其制备方法与流程

本发明属于电力设备结构加工，涉及一种电气设备无动力高效散热外壳及其制备方法；不仅适用于户外配电装置，也适用于户内配电装置。

背景技术：

1、现有电气设备如jp综合配电箱、一二次融合成套环网箱、‌箱式变电站和柱上断路器的外壳‌主流均为金属材质，金属材质的外壳导热效果好，对电气设备内部具有一定的无动力散热效果；

2、但是金属材质的外壳防腐性能差，一般需要在外壳表面涂覆功能涂层；功能涂层的主要成分为树脂等高分子聚合物，导热系数低，导热性能差，涂层无法与基体建立有效的导热通道；这会导致热量在涂层与基体的界面处大量积聚，形成“闷热”效应，严重降低整体散热效率；同时，“闷热”效应导致涂层容易剥离、开裂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供了一种电气设备无动力高效散热外壳及其制备方法，解决了现有电气设备金属外壳基体与外壳表面功能涂层之间无法形成有效的导热通道，容易导致涂层结构破坏及整体散热效率的问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种电气设备无动力高效散热外壳，包括基体、内层涂层、外层涂层，内层涂层附着于基体内表面，外层涂层附着于基体外表面；基体的厚度为4~6mm，内层涂层的厚度为60~70μm，外层涂层的厚度为80~100μm；

4、基体由碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备得到；

5、所述内层涂层包括以下重量份数的组分：40~45份腰果酚-糠胺型苯并噁嗪/丙烯酸酯ipn树脂前驱体、20~25份苯硼酸/多巴胺复合修饰的巯基化氮化硼/乙烯基化碳化硅复合物、10~13份氨基化氧化铝、5~10份腰果酚缩水甘油醚、30~40份丙二醇甲醚醋酸酯、0.5~0.6份有机锡类催化剂、0.3~0.5份过氧化苯甲酰引发剂；

6、所述外层涂层包括以下重量份数的组分：45~50份环碳酸酯化聚硅氧烷、15~20份甲基丙烯酸缩水甘油酯/全氟己基乙基甲基丙烯酸酯/衣康酸三元共聚物、5~8份多胺固化剂、25~28份胺基改性的碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物、0.5~1份dbu/tu双组分催化剂及30~40份混合溶剂；混合溶剂为体积比1：1的丙二醇甲醚醋酸酯与乙酸丁酯。

7、进一步地，所述碳纤维掺杂zif-8衍生物为zif-8@pvp复合物与木质素基碳纤维在610℃下的煅烧物。

8、进一步地，所述腰果酚-糠胺型苯并噁嗪/丙烯酸酯ipn树脂前驱体为腰果酚-糠胺型苯并噁嗪单体、丙烯酸酯预聚物与交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯按照质量比4：5：1混合均匀，得到的腰果酚-糠胺型苯并噁嗪/丙烯酸酯ipn树脂前驱体。

9、进一步地，所述苯硼酸/多巴胺复合修饰的巯基化氮化硼/乙烯基化碳化硅复合物通过以下方法制备得到：将巯基化氮化硼与乙烯基化碳化硅按照质量比2：1分散于n,n-二甲基甲酰胺中，加入巯基化氮化硼与乙烯基化碳化硅总质量3%的光引发剂2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，在紫外光照射下反应2h~4h；随后加入苯硼酸/多巴胺复合物，苯硼酸/多巴胺复合物用量为巯基化氮化硼与乙烯基化碳化硅总质量的6%，继续搅拌反应2h~4h，离心洗涤干燥，得到苯硼酸/多巴胺复合修饰的巯基化氮化硼/乙烯基化碳化硅复合物。

10、进一步地，所述氨基化氧化铝为将30nm的α-氧化铝纳米颗粒分散于甲苯中，加入占α-氧化铝纳米颗粒质量5%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在110℃下回流反应6-8小时；反应完成后离心分离，洗涤，60℃真空干燥12小时，得到氨基化氧化铝。

11、进一步地，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯/全氟己基乙基甲基丙烯酸酯/衣康酸三元共聚物通过以下方法制备得到：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯与衣康酸按照摩尔比3：2：1混合溶解于乙酸丁酯中，加入单体总质量1%的偶氮二异丁腈引发剂，在氮气保护下升温至70℃，搅拌反应12h，沉淀于乙醚中，真空干燥，得到三元共聚物。

12、进一步地，所述胺基改性的碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物通过以下方法制备得到：将六水合硝酸锌与2-甲基咪唑按质量比1：2.5分别溶于甲醇中，在搅拌下将2-甲基咪唑溶液缓慢加入硝酸锌溶液中；随后加入占硝酸锌质量20%的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌反应2-4小时；反应结束后，离心分离，洗涤，60℃干燥12小时，得到zif-8@pvp复合物；

13、将木质素纯度为70％的碱木质素通过静电纺丝制备得到的直径为100nm～200nm，长径比为150的木质素基碳纤维分散于无水乙醇中，超声处理30分钟，得到悬浮液；在悬浮液中加入zif-8@pvp复合物，zif-8@pvp与木质素基碳纤维的质量比为3.5：1，搅拌混合2小时后离心分离，60℃干燥，得到zif-8@pvp/木质素基碳纤维复合前驱体；

14、zif-8@pvp/木质素基碳纤维复合前驱体置于管式炉中，在氩气保护下，以3℃/min的升温速率升至610℃，保温煅烧2-4小时；自然冷却至室温，得到碳纤维掺杂zif-8衍生物；

15、将氧化石墨烯、纳米氮化铝与碳纤维掺杂zif-8衍生物按照质量比1：2：10分散于n,n-二甲基甲酰胺中，超声分散1h~2h，转移至水热反应釜中，在150℃下反应18h，冷却洗涤干燥，得到碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物；

16、将碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物分散于无水甲苯中，加入碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物质量10%的（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷，升温至80℃~110℃，回流反应10h~12h，离心洗涤干燥，得到胺基改性的碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物。

17、进一步地，有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡。

18、进一步地，多胺固化剂为三乙烯四胺；dbu/tu双组分催化剂中dbu与tu的质量比为2：1。

19、所述的一种电气设备无动力高效散热外壳的制备方法，包括以下步骤：

20、s1、基体的制备：将粒径10~50μm的碳化硅颗粒置于空气气氛中，在500℃下预氧化3小时，得到预氧化碳化硅颗粒；将所述预氧化碳化硅颗粒与6061铝合金粉末按体积比45：55混合，再加入占混合粉总质量2%的镁粉，球磨混粉1.5小时，烘干过筛，得到混合粉；将所得混合粉在50mpa压力下冷压成型，得到冷压坯体；将所述冷压坯体置于热压炉中，在惰性气体保护下，先升温至580℃，在35mpa压力下保温15分钟，再升温至620℃，在30mpa压力下保温3小时，随炉冷却至室温得到基板，基体的厚度为4~6mm；对基体内外表面进行喷砂粗化处理，然后依次用丙酮、乙醇超声清洗15分钟，60℃干燥，得到表面处理的基体，备用；

21、s2、内层涂层：将40~45份腰果酚-糠胺型苯并噁嗪/丙烯酸酯ipn树脂前驱体、20~25份苯硼酸/多巴胺复合修饰的巯基化氮化硼/乙烯基化碳化硅复合物、10~13份氨基化氧化铝、5~10份腰果酚缩水甘油醚、30~40份丙二醇甲醚醋酸酯、0.5~0.6份有机锡类催化剂、0.3~0.5份过氧化苯甲酰引发剂依次加入分散釜中，以800r/min~1500r/min高速分散30min~60min，然后转移至砂磨机中研磨至细度≤20μm，得到内层涂料；采用空气喷涂将内层涂料均匀涂覆于基体内表面，在室温下流平10min~20min后，置于烘箱中进行阶梯升温固化，形成厚度为60μm~70μm的内层涂层；

22、s3、外层涂层：将45~50份环碳酸酯化聚硅氧烷、15~20份甲基丙烯酸缩水甘油酯/全氟己基乙基甲基丙烯酸酯/衣康酸三元共聚物、30~40份混合溶剂混合均匀后加入25~28份胺基改性的碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯衍生物/氮化铝复合物，以1000r/min~2000r/min高速分散30min~60min，研磨至细度≤20μm；在涂覆前加入5~8份多胺固化剂和0.5~1份dbu/tu双组分催化剂，搅拌均匀，熟化10min~20min，得到外层涂料；采用空气喷涂将外层涂料均匀涂覆于基体外表面；在室温下流平15min~30min后，于100℃固化4h，形成厚度为80μm~100μm的外层涂层；

23、s4、基体内表面和外表面涂覆完成后自然冷却至室温，得到电气设备无动力高效散热外壳壳材。

24、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

25、1.本发明一种电气设备无动力高效散热外壳中内层涂层以腰果酚-糠胺型苯并噁嗪/丙烯酸酯ipn树脂为基体，以苯硼酸/多巴胺复合修饰的巯基化氮化硼/乙烯基化碳化硅复合物为核心导热填料，通过“巯基-烯”点击化学形成bn—sic共价键连接，通过苯硼酸形成动态硼酸酯键，构建内层导热网络；外层涂层以环碳酸酯化聚硅氧烷和含氟丙烯酸酯三元共聚物为基体，以胺基改性的碳纤维掺杂zif-8衍生物负载石墨烯/氮化铝复合物为核心导热填料，构建外层导热网络；内层导热网络、基体、外层导热网络形成了从内至外的导热通道，具有好的散热效果，在电气设备不出现内部异常高温等情况时，能够维持日常的正常无动力散热；

26、2.本发明内层涂层和外层涂层在起到基础防腐蚀效果的情况下，通过核心导热填料建立了与基体之间的有效导热通道，避免涂层与基体之间形成“闷热”效应，有助于提升外壳整体的导热效率，进而提升了散热效果。