一种高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法技术

本发明专利技术涉及一种高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，步骤为：S1：选择球形氮化硼复合环氧树脂体系并制备相应的高导热球形氮化硼复合环氧树脂；S2：通过固化度和固化反应热之间的线性函数关系，得到加入填料的动态固化特性关系；S3：通过加入不同含量的填料，通过加入填料的动态固化特性关系，获得固化动力学模型及参数，并得到变化趋势；S4：验证变化趋势的准确性，再根据变化趋势获得高导热球形氮化硼复合环氧树脂在不同填料含量中的最佳固化工艺。将复合环氧树脂的填料参数加入了固化工艺中，建立了不同填料含量球形氮化硼复合环氧树脂的非等温固化动力学模型，获得了不同填料含量的高导热球形氮化硼复合环氧树脂的优化固化工艺。固化工艺。固化工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法


[0001]本专利技术属于高电压与绝缘材料
，尤其是涉及一种高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法。

技术介绍

[0002]高导热环氧树脂复合绝缘材料是开发高电压、大容量干式电力设备的基础。填充六方氮化硼的复合环氧树脂具有介电常数低、击穿强度高等优点，但传统片状六方氮化硼复合环氧树脂存在浆料粘度高、导热性能不足等问题。球形氮化硼复合环氧树脂在保持了环氧树脂良好机械和绝缘性能的前提下，有效增强了其导热性能，在电力设备绝缘领域中有着广阔的应用前景。
[0003]环氧树脂复合材料的绝缘性能、机械特性与固化工艺参数密切相关。在固化过程中，环氧树脂释放大量的固化反应热形成自催化效应。因此，绝缘部件成型过程中会面临温度分布不均匀、内部固化程度不一致产生内应力，导致复合材料出现开裂等现象。深入分析多因素对复合材料固化过程的影响规律，选择合适的固化工艺参数，严格控制固化生产过程，对改善产品质量具有重要意义。
[0004]固化动力学模型参数包括表观活化能，指前因子和反应级数等，动力学模型分析也即是选择合适的反应模型与“动力学三因子”的求解的过程。表观活化能表示环氧树脂基团之间发生有效碰撞反应所需的能量，其数值大小反映了环氧树脂固化交联的难易程度。但只有选择合适的反应模型，进而才能准确的指导、预测环氧树脂的固化过程，且目前现有技术方案中没有考虑到加入填料的复合环氧树脂的固化工艺。
[0005]中国专利文献(CN 110197009 A)公开了一种树脂基复合材料固化反应的预测方法。本专利技术利用树脂基复合材料预浸料的动态差示扫描量热试验数据，对n级固化反应动力学模型和自催化固化反应动力学模型进行非线性拟合，得到树脂基复合材料固化反应动力学模型；再利用所得树脂基复合材料固化反应动力学模型对树脂基复合材料的固化过程进行预测。本专利技术提供的上述预测方法同时保留了n级固化反应动力学模型和自催化固化反应动力学模型的反应级数，使所得动力学模型能够准确的拟合树脂基复合材料的固化趋势。但该技术方案中没有考虑加入填料的复合环氧树脂的固化工艺的预测优化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，通过选择合适的反应模型，且加入了填料，考虑更全面，进而准确的指导、预测环氧树脂的固化过程，为高导热球形氮化硼复合环氧树脂的制备过程提供了优化固化工艺的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，该高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1：选择球形氮化硼复合环氧树脂体系并制备相应的高导热球形氮化硼复合环氧树脂；
[0009]S2：通过固化度和固化反应热之间的线性函数关系，得到加入填料的动态固化特性关系；
[0010]S3：通过加入不同含量的填料，通过加入填料的动态固化特性关系，获得固化动力学模型及参数，并得到变化趋势；
[0011]S4：验证变化趋势的准确性，再根据变化趋势获得高导热球形氮化硼复合环氧树脂在不同填料含量中的最佳固化工艺。
[0012]采用上述技术方案，将复合环氧树脂的填料参数加入了固化工艺中，阐述了在不同填料含量下的优化固化工艺方法，研究了不同填料含量球形氮化硼复合环氧树脂的固化工艺，建立了不同填料含量球形氮化硼复合环氧树脂的非等温固化动力学模型，获得了填料含量对环氧树脂固化行为的影响规律，获得了不同填料含量的高导热球形氮化硼复合环氧树脂的优化固化工艺，降低固化过程中的内应力，为改善球形氮化硼复合环氧树脂的质量提供全面理论指导。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤S1中的球形氮化硼复合环氧树脂体系选择双酚A型(CYD
‑
128)环氧树脂作为基体，脂环族树(CELLOXIDE 2021P)为活性稀释剂；甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，所述填料包括球形氮化硼和/或球形氧化铝；所述步骤S3中加入填料的含量为0～30vol％。球形氮化硼可有效降低浆料粘度，减少环氧树脂内部气泡和界面缺陷，多尺度球形填料可协同提升复合环氧树脂的导热性能，适量的小尺寸颗粒“桥接”大尺寸填料有助于形成导热网络。
[0014]作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤S2的具体步骤为：采用差示扫描量热仪对环氧
‑
酸酐体系进行动态DSC升温测试并进行监测，得到不同升温速率β下固化度随反应温度的变化规律；从而获得环氧树脂固化度和固化反应热存在线性关系，其关系表达式为：
[0015][0016]式中，α是t时刻环氧树脂的固化度，Q
tol
是该升温速率下环氧树脂总的放热量，Q
t
是t时刻固化反应的累积放热量。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤S3的具体步骤为：
[0018]S31：通过Ozawa
‑
Flynn
‑
Wall法求解固化过程中不同含量的填料的表观活化能；
[0019]S32：对不同含量的填料表观活化能利用Matlab的非线性最小二乘法拟合实验数据得到lnA，m和n，取其平均值，即可得到纯环氧树脂体系的固化动力学模型。
[0020]作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤S3采用中Ozawa
‑
Flynn
‑
Wall法求解固化过程中的表观活化能，其计算方法表示如式：
[0021][0022]式中，β
i
是升温速率，E
a
为表观活化能，R是普适气体常数(8.314J/mol/K)，T
a,i
是对应升温速率下固化a对应的绝对温度，C为常数。
[0023]作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤S3中的环氧
‑
酸酐体系属于自催化放热反应，固化动力学模型为自催化模型，形式为：
[0024][0025]式中，m为指前因子，n为反应指数，T为每个交点的温度；R为普适气体常数。
[0026]作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤S1中的加入的填料的含量为30vol％，脂环族树脂的添加量为67％，所述球形氮化硼复合环氧树脂体系的配方为：双酚A型环氧树脂/脂环族树脂/甲基六氢邻苯二甲酸酐＝33/67/95(质量比)。由于脂环族环氧树脂的分子链短，交联密度过高，固化产物脆，韧性差，因此，为保证环氧树脂整体具有良好的柔韧性，选择脂环族树脂的添加量为67％。由于确保环氧树脂与酸酐比例合适对固化产物的力学、电气等性能至关重要，通过对环氧
‑
酸酐体系的动态DSC升温测试，得到不同酸酐含量下的放热峰曲线，当固化反应放热量最大时，即是环氧基与酸酐完全发生交联反应。当固化剂份数为95phr时，固化反应放热量达到最大值。因此，最终确定树脂体系的配方组成为：CYD
‑
128树脂/CELLOXIDE 2021P树脂/甲基六氢邻苯二甲酸酐＝33/67/95(质量比)。
[0027]作为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：选择球形氮化硼复合环氧树脂体系并制备相应的高导热球形氮化硼复合环氧树脂；S2：通过固化度和固化反应热之间的线性函数关系，得到加入填料的动态固化特性关系；S3：通过加入不同含量的填料，通过加入填料的动态固化特性关系，获得固化动力学模型及参数，并得到变化趋势；S4：验证变化趋势的准确性，再根据变化趋势获得高导热球形氮化硼复合环氧树脂在不同填料含量中的最佳固化工艺。2.根据权利要求1所述的高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，其特征在于，所述步骤S1中的球形氮化硼复合环氧树脂体系选择双酚A型环氧树脂作为基体，脂环族树脂为活性稀释剂；甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，所述填料包括球形氮化硼和/或球形氧化铝；加入填料的含量为0～30vol％。3.根据权利要求2所述的高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：采用差示扫描量热仪对环氧
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酸酐体系进行动态DSC升温测试并进行监测，得到不同升温速率β下固化度随反应温度的变化规律；从而获得环氧树脂固化度和固化反应热存在线性关系，其关系表达式为：式中，α是t时刻环氧树脂的固化度，Q
tol
是该升温速率下环氧树脂总的放热量，Q
t
是t时刻固化反应的累积放热量。4.根据权利要求3所述的高导热球形氮化硼复合环氧树脂的固化方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：S31：通过Ozawa
‑
Flynn
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W...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄正勇，李剑，杨森元，陈晗，王飞鹏，陈伟根，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：