ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ЗАЛИВОЧНЫЙ КОМПАУНД
ELECTRICAL EMBEDMENT COMPOUND

Изобретение относится к эпоксидным электроизоляционным заливочным компаундам горячего отверждения, предназначенным для электроизоляции и упрочнения узлов и блоков высоковольтных устройств, дросселей, металлонагруженных трансформаторов, для герметизации и защиты элементов радиоэлектронной аппаратуры от влаги и механических воздействий.
13
-6
Известен эпоксидный компаунд ЭПК-1 на основе эпоксиднодиановой смолы ЭД-20, малеинового ангидрида и ускорителя диметиланилина, применяемый для пропитки обмоток трансформаторов, дросселей (ОСТ 92-1006-77) с высокими электроизоляционными характеристиками при температуре 20°С: удельным объемным электрическим сопротивлением 1,9·10 Ом·м; тангенсом угла диэлектрических потерь 0,15; электрической прочностью не менее 18 кВ/мм, но с большим коэффициентом температурного линейного расширения (ТКЛР) (55-60)·101/град С. Компаунды с высокими значениями ТКЛР способны разрушаться под действием внутренних напряжений, возникающих вследствие ограничения жесткими конструкциями термических и усадочных деформаций компаунда под действием термоциклирования в процессе работы. Эти напряжения действуют в течение длительного времени на залитых изделиях не в момент изготовления, а в процессе эксплуатации [1, с.156].
-6
Следовательно, для электроизоляции высоковольтных блоков металлонагруженных трансформаторов для исключения напряжений из-за разных ТКЛР металлов и компаунда последний должен иметь минимальное температурное расширение. Для этого в состав компаундов вводят значительное количество минеральных наполнителей с небольшим значением ТКЛР. В частности, электроизоляционный материал, наиболее близкий к предлагаемому изобретению, по патенту России 2046413, кл. Н01В 3/16, опубл. 20.10.95, включающий эпоксидиановую смолу, отвердитель ангидридного типа и большое количество минерального наполнителя - окиси алюминия, имеет значение ТКЛР в интервале температур -40 ÷ +40°С=(25,8÷36)·10 1/град. Недостатками этого компаунда являются недостаточно низкое значение ТКЛР как в интервале температур -40 ÷ +40°С, так и в широком температурном интервале от -60 до +120°С, невысокие значения удельного объемного сопротивления, большое значение тангенса угла диэлектрических потерь. Снижение последнего показателя приводит к уменьшению потерь полезной энергии и, соответственно, к уменьшению перегрева конструкций и аппаратуры, залитых компаундом.
Задачей изобретения является создание электроизоляционного компаунда с высокими значениями удельного объемного электрического сопротивления, низкими показателями тангенса угла диэлектрических потерь и температурного коэффициента линейного расширения при температурах от -60 до +120°С.
Технический результат - существенное улучшение технологических свойств и улучшение условий труда.
Поставленная задача достигается тем, что электроизоляционный заливочный компаунд, включающий эпоксидиановую смолу, отвердитель ангидридного типа, олигоэфир, ускоритель и минеральный наполнитель, в качестве олигоэфира содержит два олигоэфира с эпоксидными группами: триглицидиловый эфир триметилолпропана и моноглицидиловый эфир алкилфенола, в качестве отвердителя содержит изометилтетрагидрофталевый ангидрид, в качестве ускорителя - 2,4,6 трис(диметиламинометилфенол, в качестве минерального наполнителя - кварц молотый, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
эпоксидная диановая смола
60-70
триглицидиловый эфир триметилолпропана
15-20
моноглицидиловый эфир алкилфенола
10-20
изометилтетрагидрофталевый ангидрид
90-95
2,4,6 трис(диметиламинометил)фенол
0,8-1,0
кварц молотый
400-500
Композиции для предлагаемого компаунда готовили следующим образом. В качестве эпоксидного связующего применяли смесь эпоксидной диановой смолы ЭД-20 или ЭД-22 (ГОСТ 10587-93), олигоэфирэпоксидов: марки Лапроксид ТМП - триглицидилового эфира триметилолпропана, и марки Лапроксид АФ - моноглицидилового эфира алкилфенола, выпускаемых ООО «НПП «Макромер» по техническим требованиям [2]. В качестве отвердителя использовали изометилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) марки А (ТУ 2418-399-05842324-2004) с добавкой ускорителя - 2,4,6 трис(диметиламинометил) фенола марки Алкофен МА по ТУ 6-22-362-96 или продукта УП-606/2 по ТУ У 6-00209817.035-96. Композицию наполняли порошками кварца молотого марки КП или маршаллита.
Для экспериментального определения характеристик предлагаемого компаунда готовили 4 состава (см. таблицу) по следующей технологии. В фарфоровой чашке смешивали навески эпоксидиановой смолы, Лапроксида ТМП, Лапроксида АФ, добавляли просушенный наполнитель кварц молотый марки КП или маршаллит, тщательно перемешивали, выдерживали при температуре 60°С в течение 20 минут, вакуумировали в термошкафу в течение 10 минут. Затем в горячую смесь добавляли навеску отвердителя изо-МТГФА и ускорителя - УП-606/2, все тщательно перемешивали в течение 10 минут, вакуумировали при остаточном давлении не более 20 мм рт.ст. в термошкафу в течение 10 минут, заливали в формы, обработанные смазкой, для получения образцов для испытаний. Образцы в формах отверждали в термошкафу по следующему режиму: выдержка при 60°С 0,5 ч, 70°С 0,5 ч, 80°С 0,5 ч и при 120°С 6,5 ч. После окончания режима отверждения термошкаф отключали, накрывали асбестовым одеялом для обеспечения режима медленного сброса температуры. Образцы испытывали через сутки после их полного остывания в термошкафу.
v
На образцах-дисках из отвержденного заливочного компаунда определяли удельное объемное электрическое сопротивление (ρ) в соответствии с ГОСТ 6433.2-71.
6
Тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ) определяли по ГОСТ 22372-77 при частоте 10 Гц на тех же образцах-дисках.
Определение показателя коэффициента температурного линейного расширения (ТКЛР) проводили по ОСТ 3-2342-89 на брусках из отвержденного компаунда размерами 10×10×100 мм в диапазонах температур: -40÷+40°С; -60÷+20°С; 20÷120°С.
Составы и результаты испытаний 4 рецептур предлагаемого компаунда и прототипа представлены в таблице. Значение ТКЛР прототипа в интервале температур -60 ÷ +20°C оценивали расчетным путем.
Из данных, представленных в таблице, видно достижение положительного технического результата, так как предлагаемый компаунд:
- в 8-10 раз превосходит прототип по удельному объемному электрическому сопротивлению;
- имеет более чем в 2 раза меньшее значение тангенса угла диэлектрических потерь;
- имеет меньшие значения коэффициента температурного линейного расширения, чем прототип, в интервалах температур -40÷+40°С и -60÷+20°С.
Перечисленные преимущества компаунда по предлагаемому изобретению в сочетании с его высокой механической прочностью на растяжение (65,0-67,5 МПа) и на сжатие (до 120,0 МПа) позволяют рекомендовать его для электроизоляции путем заливки высоковольтных устройств, содержащих разнородные материалы: металлосодержащих трансформаторов, дросселей. Предлагаемый компаунд с небольшим значением ТКЛР в широком температурном интервале от -60 до +120°С целесообразно использовать для повышения стойкости высоковольтных устройств, содержащих пьезокерамику, к высокоимпульсным нагрузкам.
Литература
1. Потапочкина И.И., Короткова Н.П., Тарасов В.Н., Лебедев B.C. Модификаторы эпоксидных смол производства НПП «Макромер».//Клеи. Герметики. Технологии. - 2006 - №7. - С.14-17.
2. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. М.: Химия, 1982.
Составы и свойства предлагаемого компаунда и прототипа
Примеры
Состав, мас.ч.
Удельное объемное электрическое сопротивление ρ<sub>v</sub>, Ом·м, при (20÷5)°С
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10<sup>6</sup> Гц при (20÷5)°С
ТКЛР, 10<sup>-6</sup>, град<sup>-1 </sup>в интервале температур
-40 ÷ +40°С
- 60 ÷ +20°С
20 ÷ +120°С
1
ЭД-22-60; Лапроксид ТМП-20; Лапроксид АФ-20; изо-МТГФА-92; УП-606/2-1,0; кварц-500
5.0·10<sup>13</sup>
0.0059
24
26
47
2
ЭД-22-70; Лапроксид ТМП-18; Лапроксид АФ-12; изо-МТГФА-95; УП-606/2-0,9; кварц-450
6,0·10<sup>13</sup>
0,0075
25
27
25
3
ЭД-20-70; Лапроксид ТМП-20; Лапроксид АФ-10, изо-МТГФА-93; УП-606/2-1,0; кварц-400
3,0·10<sup>13</sup>
0,0080
24
26
38
4
ЭД-20-70; Лапроксид ТМП-15; Лапроксид АФ-15; изо-МТГФА-90; УП-606/2-0,8; кварц-500
8,0·10<sup>13</sup>
0,0070
23
25
37
Прото -тип
Эпоксидная диановая смола - 15,44÷18,60; Олигоэфиракрилат МГФ-9 - 5,15÷8,36; Ангидрид малеиновой кислоты - 7,25÷8,74; Диметиланилин - 0,15÷0,20; Оксид алюминия - остальное
(2÷5)·10<sup>12</sup>
0,16÷0,18
25,8÷36
По расчету 28÷39
-