本发明涉及一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂及其制备方法。
背景技术：
电力复合脂(conductivepaste)是由高分子材料添加导电填料、抗氧剂、抗腐蚀油性添加剂制备而成，用以改善电接触性能，亦称为导电膏。此类产品市面种类较多，性能参差不齐，部分产品存在长时间应用后会出现油份与填料分离流失的问题，且现有产品运行温度升高后均会出现电阻增大，根据焦耳定律，会进一步激化接触部位发热，加速电力复合脂中高分子材料老化，促使电力复合脂性能继续下降，运行安全性下降，增加能耗，诱发电网事故。现有技术中电力复合脂相关有专利包括：cn108624226a一种石墨烯电力复合脂及其制备方法、cn201710820988.x一种耐辐照高效电力复合脂及其制备方法、cn108129985a一种高分子电力复合脂及其制备工艺和cn107033607a一种防腐耐高温高分子电力复合脂组合物及其制备方法等，其中cn108624226a一种石墨烯电力复合脂及其制备方法，其中采用改性石墨烯及改性金属粉体配置了新型电力复合脂；其它发明专利均采用导电填料与润滑基础油配合实现导电，未出现采用膨胀型填料、导电填料与石墨烯协同配合，利用热膨胀效应强化导电能力的相关记载。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效避免淅油、结构体系更加稳定的热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，本发明的另一个目的是提供上述电力复合脂的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，以质量份数计，原料配比为：硅油60-120份，γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.1-3份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.1-1份，石墨烯0.1-10份，二氧化硅5-20份，导电填料20-80份，高分子热膨胀型微球料0.5-10份，抗氧剂0.1-5份，封端剂1-5份。
进一步的，所述硅油为甲基硅油与羟基硅油的混合物，混合比例优选为1:1，所述硅油混合物的黏度为5000cst-50000mps；采用具有活性反应结构的改性型硅油(zy-l)为连续相，其具有优异的耐老化性、憎水性，同时可与石墨烯、金属粉体表面残存的羟基、环氧基等反应，解决了石墨烯在通用型硅油中无法均匀稳定分散及长期运行后电力复合脂淅油的问题，最大限度发挥石墨烯的导电性。
进一步的，所述的石墨烯的片层数小于10，片径为5-80um。
进一步的，所述的二氧化硅为气象法二氧化硅，粒径为5-20nm。
进一步的，所述导电填料为银粉、铜粉、镍粉、锌粉中的一种或几种复合，导电填料的粒径优选为纳米级。
进一步的，所述热膨胀型填料为初始粒径在10-100μm范围内的高分子膨胀型微球，所述热膨胀型填料温升后粒径增大至原粒径的1-5倍；引入的高分子热膨胀型微球及热膨胀系最大的金属锌，在温升条件下强化石墨烯/纳米金属搭建的导电通路，其常态下接触电阻变化系数为0.85，综合性能满足dl/t373《电力复合脂技术条件》中的指标要求，与传统导电膏温升后接触电阻出现上升导致负载增加不同，本发明提供的热膨胀填料/石墨烯型电力复合脂温升后接触电阻变化系数可降低至0.75-0.8，进一步提高运行稳定性，降低能源损耗。
一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，包含以下步骤：
(1)粉体烘干：按照配方比例称取导电填料及二氧化硅置于真空烘箱中进行真空干燥；
(2)改性硅油的制备：取硅油、γ―氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷置于行星搅拌器中，分散均匀；
(3)行星搅拌：将导电填料、二氧化硅、石墨烯、热膨胀型填料、改性硅油、抗氧剂以及封端剂按配方比例加入行星搅拌器，分散混合均匀；
(4)三辊研磨：采用三辊研磨机对步骤(3)得到的初混产物进行研磨；
(5)灌装。
进一步的，步骤(1)中所述粉体烘干包括：将导电填料及二氧化硅分别放入真空烘箱，加入适量五氧化二磷作为干燥剂，设置温度为100-150℃，真空度为-0.06--0.09mpa，维持1-5h，封闭条件下降温至常温。
进一步的，步骤(2)中所述的改性硅油的制备包括：取硅油至于行星搅拌器中,加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh560)，干燥氮气保护，常温下分散2～5h，静置2天后使用。
进一步的，步骤(3)中所述行星搅拌包括：首先先加入改性硅油、抗氧剂搅拌均匀，接着加入电填料、二氧化硅、石墨烯，升温至100～150℃，真空度-0.05--0.08mpa，搅拌0.5～5h，降温至80℃以下后加入热膨胀型填料，继续搅拌0.5～3h。
进一步的，步骤(4)中三辊研磨1-3遍，设定辊距为5-10um。
有益效果：本发明采用石墨烯、导电填料等分散于改性硅油中形成稳定的体系，不同形貌的填料搭接成导电通路，利用隧道效应实现导电，利用热膨胀效应强化恶劣温升条件下的导电能力，与传统电力复合脂相比更安全节能。其中硅油具有反应活性，可与石墨烯、导电粉体、热膨胀型填料构成化学链接点，最终形成的结构体系更加稳定，可有效避免淅油，此结构类似于交联网络结构，但通过工艺控制使其仍为便于施工的膏体形态。
附图说明
图1本发明中硅油分子链段与石墨烯、膨胀填料、导电填料的化学链接示意图；
图2温升前导电搭接通路示意图；
图3温升后导电搭接通路示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，以质量份数计，原料配比为：甲基硅油45份，羟基硅油45份，γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.8份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5份，石墨烯5份，二氧化硅12份，导电填料50份，热膨胀型填料5.5份，抗氧剂(2，6二叔丁基-4-甲酚)2份，封端剂(六甲基二硅氮烷)2.5份；其中改性硅油的分子链同时含有氨基、乙氧基、甲氧基，黏度为20000mps；石墨烯为层数为5，片径为40um的石墨烯片；导电填料为纳米级银粉；二氧化硅为气象法二氧化硅，粒径为17nm；粒径为10μm高分子热膨胀型微球5份。
一种实施例1所述热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，包含以下步骤：
(1)粉体烘干：将导电填料及二氧化硅分别放入真空烘箱，加入适量五氧化二磷作为干燥剂，设置温度为125℃，真空度为-0.08mpa，维持3h，封闭条件下降温至常温；
(2)改性硅油的制备：取硅油至于行星搅拌器中,加入kh550及kh560，干燥氮气保护，常温下分散3h，密闭静置2天后使用。
(3)行星搅拌：首先先加入改性硅油、抗氧剂搅拌均匀，接着加入电填料、二氧化硅、石墨烯，升温至120℃，真空度-0.07mpa，搅拌2h，降温至80℃以下后加入热膨胀型填料，继续搅拌1.5h；
(4)三辊研磨：采用三辊研磨机对步骤(2)得到的初混产物进行研磨2遍，设定辊距为8um；
(5)灌装。
实施例2
本实施例所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，以质量份数计，原料配比为：甲基硅油30份，羟基硅油30份，γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.1份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.1份，石墨烯10份，二氧化硅20份，导电填料80份，热膨胀型填料10份，抗氧剂0.1份，封端剂0.1份；其中改性硅油的分子链同时含有氨基、乙氧基、甲氧基，黏度为5000cst；石墨烯为层数为10，片径为5um的石墨烯片；导电填料为纳米级铜粉；二氧化硅为气象法二氧化硅，粒径为5nm；粒径为100μm高分子热膨胀型微球0.5份。
一种实施例2所述热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，包含以下步骤：
(1)粉体烘干：将导电填料及二氧化硅分别放入真空烘箱，加入适量五氧化二磷作为干燥剂，设置温度为100℃，真空度为-0.09mpa，维持5h，封闭条件下降温至常温；
(2)改性硅油的制备：取硅油至于行星搅拌器中,加入kh550及kh560，干燥氮气保护，常温下分散5h，密闭静置2天后使用；
(3)行星搅拌：首先先加入改性硅油、抗氧剂搅拌均匀，接着加入电填料、二氧化硅、石墨烯，升温至100℃，真空度-0.08mpa，搅拌5h，降温至80℃以下后加入热膨胀型填料，继续搅拌3h；
(4)三辊研磨：采用三辊研磨机对步骤(2)得到的初混产物进行研磨1遍，设定辊距为10um；
(5)灌装。
实施例3
本实施例所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，以质量份数计，原料配比为：甲基硅油70份，羟基硅油50份，γ―氨丙基三乙氧基硅烷3份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份，石墨烯0.1份，二氧化硅5份，导电填料20份，热膨胀型填料0.5份，抗氧剂10份，封端剂10份；其中改性硅油的分子链同时含有氨基、乙氧基、甲氧基，黏度为50000mps；石墨烯为层数为1，片径为80um的石墨烯片；导电填料为纳米级铜粉；二氧化硅为气象法二氧化硅，粒径为20nm；粒径为50μm高分子热膨胀型微球料10份。
一种实施例3所述热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，包含以下步骤：
(1)粉体烘干：将导电填料及二氧化硅分别放入真空烘箱，加入适量五氧化二磷作为干燥剂，设置温度为150℃，真空度为-0.06mpa，维持1h，封闭条件下降温至常温；
(2)改性硅油的制备：取硅油至于行星搅拌器中,加入kh550及kh560，干燥氮气保护，常温下分散2h，密闭静置2天后使用；
(3)行星搅拌：首先先加入改性硅油、抗氧剂搅拌均匀，接着加入电填料、二氧化硅、石墨烯，升温至150℃，真空度-0.05mpa，搅拌0.5h，降温至80℃以下后加入热膨胀型填料，继续搅拌0.5h；
(4)三辊研磨：采用三辊研磨机对步骤(2)得到的初混产物进行研磨3遍，设定辊距为5um；
(5)灌装。
实施例1-3所述热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，如图1所示，改性硅油与石墨烯片2、导电填料3、热膨胀型填料1协同作用构建导电通路，其中硅油具有反应活性，可与石墨烯、导电填料、热膨胀型填料构成化学链接点，最终形成的结构体系更加稳定，可有效避免淅油，此结构类似于交联网络结构，但通过工艺控制使其仍为便于施工的膏体形态；图2和图3分别为电力复合脂在应用中温升前、后的导电搭接通路示意图，4表示电接触金具，可以看出升温后热膨胀型填料发生膨胀，导电填料接触更加紧密，导电通路增多，促使接触电阻降低，导电通路数量的增加在电路模型中，相当于并联连电路中并联电阻数量的增加会引起总电阻的降低，较升温前导电能力上升。产品的具体性能如表1.
表1：
1.一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，其特征在于，以质量份数计，原料配比为：硅油60-120份，γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.1-3份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.1-1份，石墨烯0.1-10份，二氧化硅5-20份，导电填料20-80份，热膨胀型填料0.5-10份，抗氧剂0.1-5份，封端剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，其特征在于，所述硅油为甲基硅油与羟基硅油的混合物，所述硅油混合物的黏度为5000cst-50000mps。
3.根据权利要求1所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，其特征在于，所述的石墨烯的片层数小于10，片径为5-80um。
4.根据权利要求1所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，其特征在于，所述的二氧化硅为气象法二氧化硅，粒径为5-20nm。
5.根据权利要求1所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，其特征在于，所述导电填料为银粉、铜粉、镍粉、锌粉中的一种或几种复合。
6.根据权利要求1所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂，其特征在于，所述热膨胀型填料为初始粒径在10-100μm范围内的高分子膨胀型微球，所述热膨胀型填料温升后粒径增大至原粒径的1-5倍。
7.权利要求1-6中任何一项权利要求所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)粉体烘干：按照配方比例称取导电填料及二氧化硅置于真空烘箱中进行真空干燥；
(2)制备改性硅油：取硅油、γ―氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷至于行星搅拌器中,分散均匀；
(3)行星搅拌：将导电填料、二氧化硅、石墨烯、高分子热膨胀型微球料、改性硅油、抗氧剂以及封端剂按配方比例加入行星搅拌器，分散混合均匀；
(4)三辊研磨：采用三辊研磨机对步骤(3)得到的初混产物进行研磨；
(5)灌装。
8.根据权利要求7所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述粉体烘干具体包括：将导电填料及二氧化硅分别放入真空烘箱，加入适量五氧化二磷作为干燥剂，设置温度为100-150℃，真空度为-0.06--0.09mpa，维持1-5h，封闭条件下降温至常温。
9.根据权利要求7中所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述制备改性硅油的具体包括：取硅油至于行星搅拌器中,加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，干燥氮气保护，常温下分散2～5h，静置2天后使用。
10.根据权利要求7所述的一种热膨胀型填料和石墨烯协同型电力复合脂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述行星搅拌具体包括：首先加入改性硅油、抗氧剂搅拌均匀，接着加入导电填料、二氧化硅、石墨烯，升温至100～150℃，真空度-0.05--0.08mpa，搅拌0.5～5h，降温至80℃以下后加入高分子热膨胀型微球料，继续搅拌0.5～3h。
技术总结