大型散熱器內(nèi)壁用灌涂涂料的制備及性能研究

摘要：研制了一種變壓器內(nèi)壁用水性氨基灌涂涂料，討論了不同水性樹脂、消泡劑及用量、助溶劑用量對涂膜效果的影響。實驗結(jié)果表明，所制涂膜附著力優(yōu)異、耐油性好，能夠高溫烘烤，施工便捷，為變壓器用涂料市場增加了新的選擇。

關(guān)鍵詞：變壓器內(nèi)壁；水性涂料；灌涂；耐油性

中圖分類號：TQ630.7         文獻標(biāo)識碼：A           文章編號：1006-2556(2021)11-0028-04

DOI:10.13531/j.cnki.china.coatings.2021.11.006

0 前言

變壓器是電力行業(yè)中重要的組成部分，是電網(wǎng)配電的重要設(shè)備。我國用電量需要迅速增長，帶動整個電力行業(yè)迅猛發(fā)展，變壓器行業(yè)也面臨巨大機遇和挑戰(zhàn)。隨著各地環(huán)保政策日益收緊，變壓器行業(yè)相關(guān)企業(yè)受到諸多限制。傳統(tǒng)溶劑型涂料在施工中產(chǎn)生的環(huán)境污染受到環(huán)保監(jiān)察力度增加的影響，讓企業(yè)生產(chǎn)也遭遇諸多問題。環(huán)保問題促使著企業(yè)正加速尋找水性涂料等環(huán)境友好型涂料，以替代傳統(tǒng)溶劑型涂料。

變壓器種類繁多，大小、形狀不一，導(dǎo)致變壓器內(nèi)壁涂裝施工較為多變。以華北地區(qū)某電氣客戶為例，提出變壓器內(nèi)壁用水性涂料的需求。該客戶變壓器內(nèi)壁為灌涂施工工藝，涂裝完畢，變壓器靜默一段時間后進行烘烤，烘烤工藝為130℃、30min或200℃、10min，以便配合下道涂料的施工。

本實驗依托于客戶需求進行展開，通過對比實驗，從水性涂料、消泡劑及用量、助溶劑用量對涂膜效果進行了探究，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，研制了一種變壓器內(nèi)壁灌涂用的水性氨基烘烤涂料。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

水性樹是：1.廣東昊兆化工有限公司；2.肇慶浩城樹脂科技有限公司；3.自產(chǎn)樹脂。

分散劑、消泡劑1、消泡劑2，德國迪高；pH值調(diào)節(jié)劑、濟南世紀(jì)通達化工有限公司；醚類助溶劑；顏填料；氨基樹脂，江蘇三木集團有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

電熱鼓風(fēng)干燥箱，HC-8811型，吳江市浩宸烘箱制造廠；錐形磨，Q2M-1，天津市精科聯(lián)材料試驗機有限公司；多功能攪拌機，U450/80-220，上海微達工貿(mào)有限公司；電子天平，TC3K，常熟市雙杰測試儀器廠；鹽霧腐蝕試驗箱，BGD881，廣州標(biāo)格達實驗室儀器用品有限公司；膜厚儀，BYK；QFH涂膜劃格器，天津。

1.3 基礎(chǔ)配方（見表1）

表1 實驗基礎(chǔ)配方

1.4 制備工藝

按照配方，在合適的容器內(nèi)加入水性樹脂，低速攪拌，轉(zhuǎn)速600r/min，將分散劑和消泡劑均勻分散的助溶劑中后，緩慢地加入到樹脂里攪拌均勻，然后用pH值調(diào)節(jié)劑將清漆的pH值調(diào)節(jié)到8～8.5；將剩余粉料依次加入到清漆中，添加適量的去離子水?dāng)嚢杈鶆蚝?，用砂磨機研磨到細度≤35um；根據(jù)計算所得率，按比例加入剩余組分。.后調(diào)整到合適黏度，制得成品涂料。

1.5 檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)

涂料各項性能按HG/T 4770-2014《電力變壓器用防腐涂料》中，電力變壓器內(nèi)壁用涂料的技術(shù)要求進行測試。

2 結(jié)果與討論

本實驗主要從水性樹脂、消泡劑及助溶劑3個角度進行了對比實驗，配方中其他成分作為固定組分，不再進行討論。

2.1 水性樹脂的選取

本實驗考慮選擇一種能夠經(jīng)受高溫烘烤，且耐油性優(yōu)異的水性樹脂作為基料，搭配氨基樹脂制備水性氨基涂料。水性樹脂分為水乳型和水稀釋性樹脂。水乳型樹脂偏油性，需要表面活性劑，即乳化劑將其包裹才能分散在水中，貯存溫度范圍嚴(yán)格，且生產(chǎn)時易發(fā)生破乳。水稀釋性樹脂的分子鏈上含有較多親水基團，如羥基、羧基、氨基、酰胺基等，具備良好的混搭性，使用溫度范圍寬，耐熱和耐凍融性較好。水分散型樹脂則介于兩者之間，乳化劑加量少且親水基團不夠，需要高速分散。所以，本實驗選用水稀釋性樹脂作為基料，選取了3種水稀釋性樹脂進行測試對比。水性樹脂1為水性丙烯酸改性醇酸樹脂，附著力好，耐老化，穩(wěn)定性優(yōu)異，耐凍融。水性樹脂2為水性自干醇酸分散體，該樹脂干燥快，附著力好，耐水性好。水性樹脂3為油改性水稀釋性醇酸樹脂，該樹脂水稀釋性好，附著力優(yōu)異，耐老化，耐鹽霧，穩(wěn)定性好，耐凍融。結(jié)果如表2所示。

表2 3種水性樹脂性能對比

由表2可以看出：水性樹脂2在耐熱性和耐鹽霧性上有明顯差距，基本物理性能也低于其他兩款樹脂。水性樹脂1和水性樹脂3在物理性能上結(jié)果相同。但水性樹脂1在130℃、30min或200℃、10min烘烤后，涂膜有輕微變色，穩(wěn)定性較差，并且耐鹽霧也低于300h。水性樹脂3整體性能表現(xiàn)優(yōu)異，能夠經(jīng)受高溫烘烤，耐鹽霧可以達到300h。故本實驗.終選取樹脂3作為基料樹脂。

2.2 消泡劑的選擇

涂料在生產(chǎn)及施工中均會混入空氣，產(chǎn)生大量氣泡，選擇合適的消泡劑可以幫助涂料中的氣泡快速消除，同時也可以避免涂膜表面缺陷的產(chǎn)生。以該客戶施工工藝為例，涂料將變壓器注滿后，用隔膜泵將涂料緩緩抽到下一臺變壓器中，以此往復(fù)循環(huán)施工。施工時涂料會混合大量空氣，當(dāng)液面逐漸下降，變壓器內(nèi)壁上的涂膜需要盡快地破泡流平，以避免在烘烤時出現(xiàn)氣泡破裂，導(dǎo)致涂膜無法流平的現(xiàn)象發(fā)生。

實驗選用了迪高的兩款消泡劑搭配使用，消泡劑1、消泡劑2為聚醚改性有機硅消泡劑，此類消泡劑能夠快速消泡，并且抑泡時間長。消泡劑1對消除大泡效果良好，消泡劑2對消除微泡有顯著效果。實驗對兩種消泡劑不同比例下的消泡效果進行了分析對比，見表3、圖1。

表3 兩種消泡劑不同復(fù)配比例下的消泡效果

圖1 兩種消泡劑不同復(fù)配比例下的消泡效果

由表3和圖1可以看出，隨著消泡劑1所占比例的增大，涂膜逐漸出現(xiàn)針孔和火山口，涂膜狀態(tài)是逐漸變差的。針孔等現(xiàn)象是在烘烤狀態(tài)下，涂膜氣泡破裂未流平導(dǎo)致的。m(消泡劑1): m(消泡劑2)在3：7和4：6兩個比例下，涂膜狀態(tài)良好無弊病。涂料在滿足變壓器內(nèi)壁施工工藝的前提下，結(jié)合成本情況，選取了4：6的.佳比例。

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，變壓器內(nèi)壁灌涂施工后，建議將變壓器放在通風(fēng)良好的地方，靜置30min再進行烘烤作業(yè)。為避免烘烤后涂膜出現(xiàn)弊病，水性涂料需要快速干燥，涂膜表干無暗泡。由于水的表面張力大、揮發(fā)速度較慢，加入少量的有機溶劑可以降低涂料表面張力，提高涂膜的流平性以及揮發(fā)速度。實驗選用了在水性涂料中常用的助溶劑丙二醇丁醚。表4為助溶劑不同添加量下，對涂膜表干時間及涂膜效果的影響。

表4 助溶劑不同添加量下對涂膜表干時間及效果的影響

通過實驗發(fā)現(xiàn)：（1）在該上，隨著助溶劑加量的增大，涂膜表干時間逐漸降低，從40min降至20min。（2）隨著助溶劑加量的增大，涂膜烘烤后的板面效果也呈現(xiàn)逐漸變好的趨勢。（3）當(dāng)助溶劑質(zhì)量分數(shù)達到8%后，涂膜性能已滿足使用要求。

綜合實驗結(jié)果，添加丙二醇丁醚對于涂膜的表干時間及表面效果有明顯改善。綜合考慮現(xiàn)場施工和涂料配方，選擇加入8%醇醚類助劑，此時已可以大幅降低所需涂膜表干時間，并且涂膜效果良好。

2.4 實驗結(jié)果

根據(jù)實驗結(jié)果得出配方，制備涂料。由于本廠不具備相容性試驗的檢測能力，故由業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)華北地區(qū)某大型電氣設(shè)備公司代為檢測，檢測結(jié)果在業(yè)內(nèi)具有一定權(quán)威性，具體見表5、表6。

表5 檢測結(jié)果

注：比例：內(nèi)壁漆2片：I-10℃變壓器油=100cm²:500mL。

    處理條件：溫度，105℃；時間，168h。

表6 色譜分析結(jié)果

高壓電氣設(shè)備絕緣指標(biāo)考核中電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項重要指標(biāo)。高壓電氣設(shè)備中所采用的電介質(zhì)是絕緣材料，但任何絕緣材料在電壓作用下總會流過一定電流，產(chǎn)生能量損耗。把在電壓作用下電介質(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗，一般用tanδ表示。介質(zhì)損耗是客戶著重看重的一項指標(biāo)，如若介質(zhì)損耗過高，意味著該產(chǎn)品無法在此類變壓器中使用。DL/T596-2021《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求，介質(zhì)損耗≤4%，擊穿電壓≥45kV，酸值≤0.1mgKOH/g，總烴為150uL/L。通過與該公司溝通交通和理化試驗報告結(jié)果可以看出，我廠樣品的介質(zhì)損耗為0.46%，擊穿電壓為48.8kV，酸值為0.006mgKOH/g，總烴為2.81uL/L，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。并且涂膜耐變壓器油良好，不起泡、不起皺、不脆裂、不變色。綜合性能已可以滿足客戶的需求，達到了客戶滿意。

3 結(jié)語

實驗選取環(huán)境友好型的水性樹脂，通過實驗確定消泡劑和助溶劑的加量，制得了對金屬基材附著力強、耐油性好、介質(zhì)損耗低、能夠高溫烘烤的變壓器內(nèi)壁用水性氨基灌涂涂料。該水性涂料采用了少量的有機溶劑，改善了作業(yè)環(huán)境，在日益嚴(yán)格的環(huán)保監(jiān)察下，為企業(yè)的施工作業(yè)提供了有力支持，為變壓器用涂料市場增加了新的選擇項。

（1）水性樹脂使用溫度范圍較寬，可以滿足常溫和高溫烘烤的使用情況，制成的涂膜對油類物質(zhì)敏感度相對較低，耐油性好，附著力優(yōu)異。

（2）兩種聚醚改性有機硅消泡劑復(fù)配使用，對于涂膜中存在的大泡及微泡能夠做到快速破泡，極大地加快了破泡速率。

（3）丙二醇丁醚親水性較好，適量添加到水性涂料中，可以加快水性涂料的干燥速度，改善涂膜流平效果。