绝缘粉末涂料的制备及性能研究

作     者：李泳贤 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭康贤;王震宇

授予年度：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：绝缘粉末涂料 防腐蚀 介电性能 环氧树脂 氮化硼 

摘      要：随着新能源汽车逐渐向长续航、高负载和高压快充方向发展,对动力电池组的容量和能量密度提出了更高的要求,这就促使电池组必须包含更多的电池、更大的模块和更高的运行电压,这对电池组和整车的绝缘性能提出了更高的要求,为了提高纯电动汽车的绝缘性能,研发工业级绝缘涂层已经迫在眉睫。环氧树脂粉末涂料凭借着出色的防腐蚀性能和耐化学性能,而被广泛应用于管道涂覆、电器防护和船舶表面防腐蚀的应用中,同时在电气防护领域中也能表现出较好的绝缘性能。在粉末涂料的制备工艺中,纯环氧树脂涂层内部往往会存在许多缺陷,限制了粉末涂料的应用。在粉末涂料配方中,可以通过添加无机填料的方式来改善环氧树脂的特性。在绝缘无机填料中,氮化硼由于具有极佳的绝缘性、耐蚀性和机械性能,常被用于提升复合材料的电气改性研究中,因此,在工业生产中氮化硼可以作为合适的填料用作绝缘粉末涂料的制备。本文采用了工业级粉末涂料生产工艺,采用氮化硼作为填料,制备了氮化硼/环氧树脂绝缘粉末涂料,并研究了氮化硼对环氧粉末涂层耐腐蚀性、介电击穿性能、介电性能和电阻绝缘性能的影响。 耐腐蚀性研究表明,氮化硼的添加能够在一定程度上改善环氧树脂的耐酸性,并且能保持较好的耐腐蚀性。纯环氧涂层和氮化硼/环氧树脂涂层在3.5 wt%Na Cl溶液中浸泡250天,两者的Rc值略有下降,但均能维持在1010Ω·cm2以上,表明氮化硼/环氧树脂涂层在高盐环境下具有较好的耐腐蚀性能。涂层在p H=5 HCl溶液中浸泡了115天,纯环氧涂层的Rc值从1012Ω·cm2下降至1010Ω·cm2,而氮化硼/环氧树脂涂层仍能维持在1011Ω·cm2以上,表明氮化硼的添加有利于提升环氧树脂的耐酸性能。 介电击穿性能研究表明,氮化硼的添加提高了环氧树脂的特征击穿场强,使复合材料内部结构更加均匀。纯环氧树脂、2.0～6.0 wt%氮化硼/环氧树脂复合材料特征击穿场强分别为143.70 k V/mm、170.11 k V/mm、164.39 k V/mm和165.85 k V/mm,相比纯树脂分别提高了18%、14%和15%,其中2wt%氮化硼氮/环氧树脂复合材料的尺度参数为14.87,比纯环氧（12.13）的大,表现为更好的均匀性。 介电性能研究表明,氮化硼的添加降低了复合材料的介电损耗,表现为较好的介电性能。纯环氧树脂、2.0～6.0 wt%氮化硼/环氧树脂复合材料在10～2Hz下的介电常数分别为6.990、8.197、7.064和6.866,在10～6Hz的介质损耗分别为0.039、0.030、0.040和0.038,氮化硼的添加使复合材料具有较高的介电常数和较低的介电损耗,复合材料表现出较好的介电性能。 电阻绝缘性能研究表明,氮化硼的添加增大了的复合材料的体积电阻率,降低了电导率和减小了泄露电流,改善了环氧树脂的绝缘性能。添加氮化硼的复合材料的体积电阻率比纯环氧树脂的提高了一个数量级,且电导率均比纯环氧降低一个数量级,纯环氧树脂、2.0～6.0 wt%氮化硼/环氧树脂复合材料在交流电下的泄露电流分别为2.38 m A、1.33 m A、1.58 m A和1.49 m A,表明添加氮化硼能使复合材料表现较好的绝缘性能。