大型散热器内壁用灌涂涂料的制备及性能研究

摘要：研制了一种变压器内壁用水性氨基灌涂涂料，讨论了不同水性树脂、消泡剂及用量、助溶剂用量对涂膜效果的影响。实验结果表明，所制涂膜附着力优异、耐油性好，能够高温烘烤，施工便捷，为变压器用涂料市场增加了新的选择。

关键词：变压器内壁；水性涂料；灌涂；耐油性

中图分类号：TQ630.7         文献标识码：A           文章编号：1006-2556(2021)11-0028-04

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

0 前言

变压器是电力行业中重要的组成部分，是电网配电的重要设备。我国用电量需要迅速增长，带动整个电力行业迅猛发展，变压器行业也面临巨大机遇和挑战。随着各地环保政策日益收紧，变压器行业相关企业受到诸多限制。传统溶剂型涂料在施工中产生的环境污染受到环保监察力度增加的影响，让企业生产也遭遇诸多问题。环保问题促使着企业正加速寻找水性涂料等环境友好型涂料，以替代传统溶剂型涂料。

变压器种类繁多，大小、形状不一，导致变压器内壁涂装施工较为多变。以华北地区某电气客户为例，提出变压器内壁用水性涂料的需求。该客户变压器内壁为灌涂施工工艺，涂装完毕，变压器静默一段时间后进行烘烤，烘烤工艺为130℃、30min或200℃、10min，以便配合下道涂料的施工。

本实验依托于客户需求进行展开，通过对比实验，从水性涂料、消泡剂及用量、助溶剂用量对涂膜效果进行了探究，按照相应标准进行检测，研制了一种变压器内壁灌涂用的水性氨基烘烤涂料。

1 实验部分

1.1 主要原材料

水性树是：1.广东昊兆化工有限公司；2.肇庆浩城树脂科技有限公司；3.自产树脂。

分散剂、消泡剂1、消泡剂2，德国迪高；pH值调节剂、济南世纪通达化工有限公司；醚类助溶剂；颜填料；氨基树脂，江苏三木集团有限公司。

1.2 仪器设备

电热鼓风干燥箱，HC-8811型，吴江市浩宸烘箱制造厂；锥形磨，Q2M-1，天津市精科联材料试验机有限公司；多功能搅拌机，U450/80-220，上海微达工贸有限公司；电子天平，TC3K，常熟市双杰测试仪器厂；盐雾腐蚀试验箱，BGD881，广州标格达实验室仪器用品有限公司；膜厚仪，BYK；QFH涂膜划格器，天津。

1.3 基础配方（见表1）

表1 实验基础配方

1.4 制备工艺

按照配方，在合适的容器内加入水性树脂，低速搅拌，转速600r/min，将分散剂和消泡剂均匀分散的助溶剂中后，缓慢地加入到树脂里搅拌均匀，然后用pH值调节剂将清漆的pH值调节到8～8.5；将剩余粉料依次加入到清漆中，添加适量的去离子水搅拌均匀后，用砂磨机研磨到细度≤35um；根据计算所得率，按比例加入剩余组分。.后调整到合适黏度，制得成品涂料。

1.5 检测方法及标准

涂料各项性能按HG/T 4770-2014《电力变压器用防腐涂料》中，电力变压器内壁用涂料的技术要求进行测试。

2 结果与讨论

本实验主要从水性树脂、消泡剂及助溶剂3个角度进行了对比实验，配方中其他成分作为固定组分，不再进行讨论。

2.1 水性树脂的选取

本实验考虑选择一种能够经受高温烘烤，且耐油性优异的水性树脂作为基料，搭配氨基树脂制备水性氨基涂料。水性树脂分为水乳型和水稀释性树脂。水乳型树脂偏油性，需要表面活性剂，即乳化剂将其包裹才能分散在水中，贮存温度范围严格，且生产时易发生破乳。水稀释性树脂的分子链上含有较多亲水基团，如羟基、羧基、氨基、酰胺基等，具备良好的混搭性，使用温度范围宽，耐热和耐冻融性较好。水分散型树脂则介于两者之间，乳化剂加量少且亲水基团不够，需要高速分散。所以，本实验选用水稀释性树脂作为基料，选取了3种水稀释性树脂进行测试对比。水性树脂1为水性丙烯酸改性醇酸树脂，附着力好，耐老化，稳定性优异，耐冻融。水性树脂2为水性自干醇酸分散体，该树脂干燥快，附着力好，耐水性好。水性树脂3为油改性水稀释性醇酸树脂，该树脂水稀释性好，附着力优异，耐老化，耐盐雾，稳定性好，耐冻融。结果如表2所示。

表2 3种水性树脂性能对比

由表2可以看出：水性树脂2在耐热性和耐盐雾性上有明显差距，基本物理性能也低于其他两款树脂。水性树脂1和水性树脂3在物理性能上结果相同。但水性树脂1在130℃、30min或200℃、10min烘烤后，涂膜有轻微变色，稳定性较差，并且耐盐雾也低于300h。水性树脂3整体性能表现优异，能够经受高温烘烤，耐盐雾可以达到300h。故本实验.终选取树脂3作为基料树脂。

2.2 消泡剂的选择

涂料在生产及施工中均会混入空气，产生大量气泡，选择合适的消泡剂可以帮助涂料中的气泡快速消除，同时也可以避免涂膜表面缺陷的产生。以该客户施工工艺为例，涂料将变压器注满后，用隔膜泵将涂料缓缓抽到下一台变压器中，以此往复循环施工。施工时涂料会混合大量空气，当液面逐渐下降，变压器内壁上的涂膜需要尽快地破泡流平，以避免在烘烤时出现气泡破裂，导致涂膜无法流平的现象发生。

实验选用了迪高的两款消泡剂搭配使用，消泡剂1、消泡剂2为聚醚改性有机硅消泡剂，此类消泡剂能够快速消泡，并且抑泡时间长。消泡剂1对消除大泡效果良好，消泡剂2对消除微泡有显著效果。实验对两种消泡剂不同比例下的消泡效果进行了分析对比，见表3、图1。

表3 两种消泡剂不同复配比例下的消泡效果

图1 两种消泡剂不同复配比例下的消泡效果

由表3和图1可以看出，随着消泡剂1所占比例的增大，涂膜逐渐出现针孔和火山口，涂膜状态是逐渐变差的。针孔等现象是在烘烤状态下，涂膜气泡破裂未流平导致的。m(消泡剂1): m(消泡剂2)在3：7和4：6两个比例下，涂膜状态良好无弊病。涂料在满足变压器内壁施工工艺的前提下，结合成本情况，选取了4：6的.佳比例。

根据现场施工条件，变压器内壁灌涂施工后，建议将变压器放在通风良好的地方，静置30min再进行烘烤作业。为避免烘烤后涂膜出现弊病，水性涂料需要快速干燥，涂膜表干无暗泡。由于水的表面张力大、挥发速度较慢，加入少量的有机溶剂可以降低涂料表面张力，提高涂膜的流平性以及挥发速度。实验选用了在水性涂料中常用的助溶剂丙二醇丁醚。表4为助溶剂不同添加量下，对涂膜表干时间及涂膜效果的影响。

表4 助溶剂不同添加量下对涂膜表干时间及效果的影响

通过实验发现：（1）在该上，随着助溶剂加量的增大，涂膜表干时间逐渐降低，从40min降至20min。（2）随着助溶剂加量的增大，涂膜烘烤后的板面效果也呈现逐渐变好的趋势。（3）当助溶剂质量分数达到8%后，涂膜性能已满足使用要求。

综合实验结果，添加丙二醇丁醚对于涂膜的表干时间及表面效果有明显改善。综合考虑现场施工和涂料配方，选择加入8%醇醚类助剂，此时已可以大幅降低所需涂膜表干时间，并且涂膜效果良好。

2.4 实验结果

根据实验结果得出配方，制备涂料。由于本厂不具备相容性试验的检测能力，故由业内龙头企业华北地区某大型电气设备公司代为检测，检测结果在业内具有一定权威性，具体见表5、表6。

表5 检测结果

注：比例：内壁漆2片：I-10℃变压器油=100cm²:500mL。

    处理条件：温度，105℃；时间，168h。

表6 色谱分析结果

高压电气设备绝缘指标考核中电介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标。高压电气设备中所采用的电介质是绝缘材料，但任何绝缘材料在电压作用下总会流过一定电流，产生能量损耗。把在电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗，一般用tanδ表示。介质损耗是客户着重看重的一项指标，如若介质损耗过高，意味着该产品无法在此类变压器中使用。DL/T596-2021《电力设备预防性试验规程》标准要求，介质损耗≤4%，击穿电压≥45kV，酸值≤0.1mgKOH/g，总烃为150uL/L。通过与该公司沟通交通和理化试验报告结果可以看出，我厂样品的介质损耗为0.46%，击穿电压为48.8kV，酸值为0.006mgKOH/g，总烃为2.81uL/L，均满足标准要求。并且涂膜耐变压器油良好，不起泡、不起皱、不脆裂、不变色。综合性能已可以满足客户的需求，达到了客户满意。

3 结语

实验选取环境友好型的水性树脂，通过实验确定消泡剂和助溶剂的加量，制得了对金属基材附着力强、耐油性好、介质损耗低、能够高温烘烤的变压器内壁用水性氨基灌涂涂料。该水性涂料采用了少量的有机溶剂，改善了作业环境，在日益严格的环保监察下，为企业的施工作业提供了有力支持，为变压器用涂料市场增加了新的选择项。

（1）水性树脂使用温度范围较宽，可以满足常温和高温烘烤的使用情况，制成的涂膜对油类物质敏感度相对较低，耐油性好，附着力优异。

（2）两种聚醚改性有机硅消泡剂复配使用，对于涂膜中存在的大泡及微泡能够做到快速破泡，极大地加快了破泡速率。

（3）丙二醇丁醚亲水性较好，适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。