[发明专利]高导热超耐高温灌封绝缘材料及其制备方法

说明书

一种高导热超耐高温灌封绝缘材料及其制备方法，属于高分子材料领域。该高导热超耐高温灌封绝缘材料，包括的原料及其质量份数为：高韧性双马来酰亚胺树脂：100份；导热填料：5～30份；补强剂：5～10份；活性稀释剂：5～20份；防老剂：0.5～3份；偶联剂：1～5份。其制备方法为：将所有原料加热至90～120℃中，持续真空下，搅拌20～60min；将得到的灌注树脂胶按照多阶段梯度升温程序固化，得到高导热超耐高温灌封绝缘材料；其导热系数0.5w/(m.K)，玻璃化转变温度300℃，初始热分解温度＞390℃，电击穿强度＞60kV/mm。该方法将传统电机绝缘材料耐热等级提高50℃以上，在下一代大功率、高集成度电气设备领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及到一种高导热超耐高温灌封绝缘材料及其制备方法。

背景技术

绝缘结构是电机的“心脏”，电机运行的可靠性、耐久性、使用温度很大程度上取决于电机绝缘材料的性能。随着牵引电机向高功率密度化、小型轻量化和高度集成化方向发展，电机的运行温度越来越高，将会加速绝缘材料老化失效，极大地降低电机运行的可靠性和使用寿命。研究表明，电机绝缘结构耐受温度每增加8～10℃，其预期寿命就会缩短一半。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是各类轨道机车牵引传动系统的核心部件，大功率IGBT模块在运行过程中会产生极高的温度；为保证IGBT芯片运行的可靠性，新一代大功率IGBT模块对封装材料的耐热性提出了更高的要求。因此，提高绝缘材料的耐热性和导热性是现代电气绝缘技术发展亟待解决的关键问题之一。

传统电机的绝缘结构主要由漆包线或绕包线、槽绝缘、浸渍树脂等组成；浸渍树脂为连续相，将槽绝缘和漆包/绕包电磁线包裹在一起。研究表明在一定范围内绝缘结构的导热系数几乎正比于连续相的导热系数，提升连续相导热性能能够最大限度地提高整体绝缘结构的导热性能；然而，由于包含大量的溶剂，浸渍树脂不能密实地填充绝缘结构。采用高导热耐高温树脂对电机定子进行整体灌封，能够消除电机绝缘内部的空隙，提高绝缘结构的整体性和导热性，有效改变电机热场的温度分布和散热能力；同时，电机绕组的整体灌封能够显著抵御低气压、潮气、盐雾、尘埃等外部环境不利因素对电机绝缘的影响，增强绝缘安全可靠性并延长使用寿命。环氧树脂体系和有机硅树脂体系是两种目前应用最广泛的电机灌注胶，然而环氧树脂固化物在200℃以上高温环境下会快速发生热氧老化反应；有机硅树脂的最高使用温度也低于200℃。因此，研制更高耐热等级的绝缘材料是电气行业关注的热点问题。

双马来酰亚胺树脂(BMI)是一种加成型聚酰亚胺齐聚物，具有类似环氧树脂的工艺性、力学性能和缩聚型聚酰亚胺类似的优良的耐热性和耐热氧老化性等。由于固化网络化学结构的差异，BMI固化物的热分解温度比环氧树脂高50℃以上，在250℃高温下不会发生类似于环氧树脂的热氧烧蚀碳化和脆化膨胀等问题；因此，BMI树脂是能够在250℃高温下使用的性价比最高的绝缘材料。但是，常规双马树脂存在固化物脆性大、韧性欠佳、热导率低以及固化过程收缩率大以及与漆包线或绕包线PI绝缘层的界面粘结性能不佳、与电机内部各种元器件热膨胀系数适配导致热应力开裂等问题，因此，不能满足电机灌注树脂胶的使用要求。

发明内容

针对现有技术中对耐高温高导热绝缘材料的需求，本发明提供了一种高导热超耐高温灌封绝缘材料及其制备方法，其以高韧性双马来酰亚胺树脂为基料，加入导热填料、补强剂、活性稀释剂和偶联剂进行改性，同步提升导热性能、力学性能、工艺性能。同时，提供了一种高导热超耐高温灌封绝缘材料的制备方法。本发明采用的高韧性BMI树脂在克服传统同类树脂软化点高、熔体粘度大、固化物韧性差等问题的同时，与导热填料、补强剂等复合制备的高导热超耐高温灌封绝缘材料玻璃化转变温度大于300℃，将传统电机绝缘材料耐热等级提高50℃以上，在下一代大功率、高集成度电气设备领域具有广泛应用前景。

本发明的一种高导热超耐高温灌封绝缘材料，包括的原料及各个原料的质量份数为：

高韧性双马来酰亚胺树脂：100份；导热填料：5～30份；补强剂：5～10份；活性稀释剂：5～20份；防老剂：0.5～3份；偶联剂：1～5份。