环氧真空压力浸渍树脂体系的研究

1前言

       真空压力浸渍(v．P．I)技术是目前世界上最先进、应用最广泛的绝缘处理技术，广泛应用
于发电机、电动机的线圈主绝缘处理。其中，真空压力浸渍树脂对绝缘性能起着决定性的作用。环氧树脂可以经酸酐类固化剂固化成型，形成交联结构，具有良好的绝缘性能、机械性能
和耐高温性能，是浸渍树脂的首选材料之一。但是，近年来电力设备技术的飞速发展对浸渍树脂提出了越来越高的要求。电力设备工作电压、工作温度及尺寸等不断增加，而电力设备的工作环境更加恶劣，这就要求浸渍树脂具有更优良的绝缘性能和机械性能以承受各种环境应力、机械应力和电应力等。环氧树脂本身粘度高，不能满足大型真空压力浸渍工艺的要求，需要添加稀释剂降低粘度，传统的苯乙烯类稀释剂由于其毒性已经不能满足环保的要求；此外，环氧树脂通常韧性差，质脆，需要对其进行增韧改性。对环氧树脂的增韧改性通常采用添加增韧改性剂如纳米粒子、反应性橡胶[8]、热塑性塑料、聚硅氧烷等方法。本文采用无毒环保的有机硅氧烷作为环氧真空压力浸渍树脂的稀释剂和增韧改性剂，研究了有机硅氧烷对体系粘度、绝缘性能和机械性能的影响。

2实验部分

2.1原料

    脂环族环氧树脂（UVR6105，陶氏化学）；甲基六氢邻苯二甲酸酐（MHHPA），上海理亿科技；环氧基硅烷（A187和W78，通用化学）；潜伏性促进剂（乙酰丙酮金属络合物，市售）

2.2实验仪器及测试方法

    简支梁无缺口冲击强度：Rayran冲击实验仪；GB/T2571 -1995，样条尺寸：80mm×10 mm
x 4 mm;弯曲强度：CMT503电子万能试验机（深圳新三思）；GB/T2570 -1995，样条尺寸：80mm×15 mm×4mm;

       介电性能随温度的变化：西林电桥（2801型，TETTEX AG Instrument．瑞士）；
       介电性能随频率的变化：阻抗仪(CONCEPT 40，Novocontrol，德国)
       体积电阻率：数显高阻计
       击穿强度：交流击穿强度测试仪(AHDZ，上海蓝波)
       粘度：旋转粘度计

2.3样品制备

      将潜伏性固化促进剂与环氧树脂混合，在约150℃下混合均匀后，抽真空除气半小时，降温至80℃，加入酸酐固化剂及稀释剂并混合均匀，抽真空除气半小时。然后在烘箱中固化。固化条件：135℃/3h+160℃/14h。

3结果与讨论

3.1硅氧烷对环氧树脂粘度的影晌        由于A187和W78是低分子化合物，其粘度很低，且分子结构中含有环氧基团，与环氧树脂具有良好的相容性，可在任何温度下互溶，是非常有效的环氧树脂稀释剂。从图l可以看出，在100份环氧树脂中加入10份A187或者W78，就可以使其初始粘度下降50%以上。

3.2环氧基硅烷对环氧树脂介电性能的影响

      介质损耗( tan8)、介电常数(￡)、体积电阻率(p，)和击穿强度是表征绝缘材料性能的重要
指标。本文研究了环氧基硅烷对环氧树脂绝缘性能的影响，结果如图2和表1。

       图2 (a)表示了在工频(50Hz)条件下，环氧树脂的介质损耗( tan6)和介电常数(￡)随温度的变化。可以看出，在低温条件下(155℃以下)，tan8和￡都随着温度的增加而变化不大；在高温条件下（155℃以上），tan8和￡都随着温度的增加而快速增加。这是由于在低温下，极性基团或侧基及离子等都被紧紧地束缚在环氧树脂的交联网络中，其活动困难，很难沿着电场方向旋转、取向或迁移，因而体系表现出比较低的tan8和￡值。而随着温度升高并接近其玻璃化转
变温度时，交联网络对极性基团或侧基及离子的束缚减弱，其活动能力增加，同时在高温下，部分弱联结解离增加，导致离子数目增多，因而体系tan8和￡值增加。此外，从图中可以看出在温度低于155℃的条件下，硅氧烷改性的环氧树脂表现出与纯环氧树脂类似的介电性能；而在温度高于155℃的情况下，硅氧烷改性的环氧树脂体系明显表现出比较高的tan8和￡值且随温度的增加而迅遽增加。这可能是由于本研究采用的两种硅氧烷都是单环氧基化合物，其加入导致体系的交联密度下降，故而玻璃化温度也降低，因此，随着温度升高至接近其玻璃化转变时，其tan6和￡值明显增加。而纯环氧树脂交联密度大，玻璃化温度高，在180℃之前其tan6和￡未出现明显的变化。

       图2 (b)表示了在常温下，环氧树脂的介电性能随频率的变化情况。从图中可以观察到明显的离子·界面极化松弛和B-松弛。同时，可以看出，在低频下，硅氧烷改性的环氧树脂表现出略高的tan8值；而在高频下，则表现出略低的tan8值。这说明硅氧烷改性的环氧树脂比纯环氧树脂具有比较低的偶极极化松弛，但其离子．界面极化松弛比较明显。表1列出了不同环氧树脂体系的击穿强度和体积电阻率，从中可以看出，硅氧烷稀释剂对体系的击穿强度没有不良影响；硅氧烷的加入可以提高常温下环氧树脂的体积电阻率；而155℃条件下的体积电阻率略有下降，这可能是由于硅氧烷的加入降低了环氧树脂的玻璃化转变温度而引起的。

3.3硅氧烷对环氧树脂机械性能的影响

       表2列出了环氧树脂的冲击强度、弯曲强度和弯曲模量。从表中可以看出，环氧基硅氧烷的加入对环氧树脂的弯曲强度和弯曲模量影响不大；但可以明显提高环氧树脂的冲击强度。这可能是由于所采用的硅氧烷中含有脂肪族单环氧基团，链比较长，柔顺性较好；此外，有机硅氧烷中的烷氧基可以水解交联形成-Si-O-Si-长链，具有良好的柔顺性，从而提高环氧树脂的冲击强度。
4结论

       经环氧基硅氧烷改性的环氧树脂具有优良的加工性、机械性能和绝缘性能。环氧基硅氧烷(A187)和(W78)可以作为环氧真空压力浸渍树脂的稀释剂和增韧改性剂。