一种新能源变压器散热涂层及其制备方法

1.本发明涉及一种新能源变压器散热涂层及其制备方法，属于变压器散热技术领域。


背景技术：

2.新能源变压器在运行时铁芯、绕组及金属结构件会产生损耗，随之转化成热量，使变压器温度升高。变压器温度过高一方面使变压器损耗增加，电网运行经济性降低；另一方面加速变压器内部的绝缘材料尤其是线圈绕组绝缘老化，变压器使用寿命降低。随着变压器的容量逐渐增加，变压器线圈绕组的温升愈加突出，绕组热点问题已成为制约变压器稳定运行和使用寿命的关键。新能源变电站及变压器作为风力、光伏发电，热电协同等新能源输配电的重要组成部分，长期服役于各种大气腐蚀环境，如海洋高湿热盐雾环境和沙漠高酷热环境。同时变压器的工作温度长时间超过60℃，高峰期能达到80℃，复杂外部环境和长期高温下运行都会影响变压器的工作效率和寿命。这对其表面防护涂料提出了苛刻要求，既要具备良好的防腐蚀性能，又需兼具优异的导热性能。油浸式变压器的片式散热器承担变压器散热的主要任务，干式变压器主要通过隔离层的气道，环氧浇注体的外表面辅助强制空气对流实现导热，但是隔离气道的导热系数低、表面积有限，环氧浇注体的散热系数低，因此变压器的散热效果不佳。如何在不增大体积的情况下提高其散热能力，降低变压器线圈绕组的温升是亟待解决的问题。
3.石墨烯具有极高导热系数，常用作导热片和导热涂层，但是为了达到好的导热性能，导热片和导热涂层一般采用cvd制备的石墨烯膜，其制备成本高、效率低，不利于新能源变压器浇注体的大面积和规模化使用。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种新能源变压器散热涂层及其制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用的一种新能源变压器散热涂层，所述散热涂层涂覆在新能源变压器部件的表面，由内至外依次包括底层、中间层和面层；
6.按质量份计，散热涂层的底层包括以下原料：环氧树脂45～55份、硅粉90～110份、锌粉2～20份、邻苯二甲酸酐固化剂45～55份；
7.所述中间层包括以下原料：石墨烯及其衍生物0.009～0.11份、氧化物0.1～1份、丙烯酸树脂45～55份、异氰酸酯固化剂45～55份；
8.所述面层包括以下原料：石墨烯及其衍生物0.009～0.11份、氟碳树脂45～55份、异氰酸酯固化剂45～55份。
9.作为改进，所述底层的中值厚度为10μm～50μm，中间层的中值厚度为1μm～5μm，面层的中值厚度为1μm～5μm。
10.作为改进，所述中间层和面层的石墨烯及其衍生物选用氧化石墨烯、还原石墨烯、
氟化石墨烯、氢化石墨烯、氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、巯基化石墨烯中的至少一种。
11.作为改进，所述中间层的氧化物选用二氧化硅、二氧化钛、氧化镍、四氧化三铁中的至少一种。
12.另外，本发明还提供了一种所述新能源变压器散热涂层的制备方法，包括以下步骤：
13.s1：对变压器部件进行表面预处理；
14.s2：在变压器部件表面喷涂涂料1并固化，制备得到涂层底层；
15.s3：在底层上喷涂涂料2并固化，制备得到涂层中间层；
16.s4：在中间层上喷涂涂料3并固化，制备得到涂层面层。
17.作为改进，所述步骤s1的表面预处理选用喷砂、喷丸、碱洗、压力气体吹、溶剂清洗中的至少一种。
18.作为改进，所述步骤s2中的涂料1喷涂后在100℃～150℃的温度下干燥5h～36h，涂料1包括以下原料：环氧树脂45～55份、硅粉90～110份、锌粉2～20份、邻苯二甲酸酐固化剂45～55份。
19.作为改进，所述步骤s3中涂料2喷涂后在100℃～150℃的温度下干燥5h～36h，涂料2包括以下原料：石墨烯及其衍生物0.009～0.11份、氧化物0.1～1份、丙烯酸树脂45～55份、异氰酸酯固化剂45～55份。
20.作为改进，所步骤s4中涂料3喷涂后在100℃～150℃的温度下干燥5h～36h，涂料3包括以下原料：石墨烯及其衍生物0.009～0.11份、氟碳树脂45～55份、异氰酸酯固化剂45～55份。
21.与现有技术相比，本发明的散热涂层用于油浸式新能源变压器的散热片表面或干式新能源变压器的浇注体表面，可以提高新能源变压器的导热性及耐腐蚀性，延长新能源变压器的可靠性及使用寿命。
22.与其他涂层相比，本发明散热涂层的导热性、耐腐蚀性、疏水绝缘、附着力综合性能良好。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
24.如无特别说明，本发明实施例中的原料均通过商业途径购买。环氧树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、硅烷偶联剂及各固化剂均购买自道康宁公司，石墨烯及其衍生物、二氧化硅、二氧化钛等氧化物购买上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
25.实施例1
26.一种新能源变压器散热涂层的制备方法，包括以下步骤：
27.s1：对油浸式变压器的散热片表面进行喷砂，除去表面氧化膜；
28.s2：在散热片表面喷涂涂料1，并在130℃固化6h，制备得到10μm涂层底层；按质量份计，涂料1包括环氧树脂50份、硅粉100份、锌粉10份、邻苯二甲酸酐50份；
29.s3：在底层上喷涂涂料2，并在130℃固化6h，制备得到5μm涂层中间层；按质量份
计，所述涂料2包括氨基化石墨烯0.009份、二氧化硅1份、丙烯酸树脂50份、异氰酸酯50份；石墨烯是纳米级片层结构，因发生片层间的堆叠而不易分散，导致石墨烯涂料不均匀和沉降，本发明在石墨烯片层之间生长二氧化硅、二氧化钛等氧化物颗粒(本实施例1选用二氧化硅)，一方面防止石墨烯片层间的堆叠，提高了石墨烯涂料的分散性和稳定性，另一方面氧化物具有良好的抗老化性，也可以提高涂层体系的抗老化特性；
30.s4：在中间层上喷涂涂料3，并在130℃固化6h，制备得到5μm涂层面层；按质量份计，所述涂料3包括氟化石墨烯0.01份、氟碳树脂50份、异氰酸酯50份。涂层面层采用氟碳树脂，具有疏水性，与氟化石墨烯兼容性高，提高了界面键合力和涂层致密性。
31.实施例2-5
32.除了涂层中间层的厚度分别为4μm、3μm、2μm、1μm，其余与实施例1相同。
33.实施例6-10
34.除了涂料2的氨基化石墨烯分别替换为还原石墨烯、氟化石墨烯、羧基化石墨烯、巯基化石墨烯、氧化石墨烯，其余与实施例1相同。
35.实施例11-15
36.除了涂料2中氨基化石墨烯的质量份分别替换为0.02份、0.04份、0.06份、0.08份、0.10份。其余与实施例1相同。
37.实施例16-18
38.除了涂料2中二氧化硅分别替换为二氧化钛、四氧化三铁、氧化镍之外，其余与实施例1相同。
39.对比例1
40.对油浸式变压器的散热片表面进行喷砂，除去表面氧化膜；
41.在散热片表面喷涂涂料1，并在130℃固化6h，制备得到50μm常规涂层，常规涂层的耐腐蚀性差，一般厚度需要达到50μm以上才能满足基本使用要求；按质量份计，涂料1包括环氧树脂50份、硅粉100份、锌粉10份、邻苯二甲酸酐50份。
42.性能测试
43.对实施例1～18的新能源变压器的散热涂层和对比例1的常规涂层，以西安夏溪电子科技有限公司的tc3000e导热系数仪测试涂层的导热系数，按照国标gb/t 10125进行乙酸盐雾试验(ass)，以外观4级判定耐盐雾时间；按照gb/t 9286测试涂层的附着力，1mm间距，10n/25mm测试后，按照划格边缘剥落的比例评定：0级最佳，5级最差。测试结果如下表1所示。
44.表1各实施例涂层的性能
45.[0046][0047]
以上实施例1-18的新能源变压器涂层的导热系数、耐酸性盐雾试验、附着力均优于对比例1，尤其是实施例11-13，当石墨烯及其衍生物含量为0.02wt％～0.06wt％时，涂层体系的综合性能最佳。
[0048]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。