CN106280232A - 一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳 - Google Patents

一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳，所述塑料电机壳的包括以下重量份的组分：热固性树脂40～75份；无碱玻璃纤维15～35份；碳纤维3～12份；纳米三氧化二铝2‑10份；分散剂1～5份；颜料0.5～1.5份；脱模剂0.5～3份；固化剂2.5～8份。本发明通过在原料中加入玻璃纤维、碳纤维和纳米三氧化二铝，使得电机壳体机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘性能优异，更具备优异的导热性能。

Description

一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳
技术领域
本发明涉及纤维增强塑料领域，尤其是涉及一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳。
背景技术
塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，可以自由改变成分及形体样式，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。
塑料的主要成分是树脂，树脂是由动植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，树脂是指尚未和各种添加剂混合的高分子化合物。树脂约占塑料总重量的40％～100％。塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或少含添加剂，如有机玻璃、聚苯乙烯等。
塑料具有价格低廉，力学性能优异，绝缘性能好，成型简便快捷的特点，广泛用于军工，电气部件，仪表，建筑等领域。但该类材料也存在着性脆，不易储存，耐热性能有限等缺陷。
工程塑料，一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求，而且加工更方便并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业，以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。通用工程塑料包括：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。
现有塑料电机壳的散热性能较差，导致电机过热，引起电机负载的不稳定，存在一定的安全隐患。
发明内容
为克服现有塑料电气强度较低的缺陷，本发明提出了一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳，通过在原料中加入玻璃纤维、碳纤维和纳米三氧化二铝，使得电机壳体机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘性能优异，更具备优异的导热性能。
为实现上述的目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳，包括以下重量份的组分：
本发明中，采用碱金属氧化物的含量小于0.8％的无碱玻璃纤维，能显著提高塑料的机械强度，具备优异的化学稳定性和电绝缘性能；进一步的，为提高塑料电机壳的电绝缘性能和导热性能，在原料中加入不超过10％的纳米三氧化二铝，电阻率高，具有良好的绝缘性能，使得塑料的电气强度维持在20MV/m以上，在高频下仍能保持良好介电性；更进一步的，结合加入导热系数高达1000～1300W/(m.K)的碳纤维，可显著提高制品的导热系数。
进一步的，所述的热固性树脂包括重量份为30～70％的酚醛树脂和重量份为5～25％的聚酰亚胺树脂。
本发明采用双组份树脂，酚醛树脂脆性大，颜色深，固化速度慢，加入的聚酰亚胺树脂，利用其优异的机械性能，与酚醛树脂结合后，可以降低酚醛树脂引起的脆性，提升塑料的弯曲、拉伸以及冲击强度；作为进一步优选的，所述聚酰亚胺树脂的重量份为5～15％；此处的重量份均以整个原料的重量计。
作为优选的，所述的无碱玻璃纤维包括长纤维和短纤维，其中长纤维的长度为3～12cm，短纤维的长度为2～15mm，且短纤维的加入量占整个无碱玻璃纤维重量的5～40％。
本发明采用长纤维和短纤维相结合的方式，长纤维的加入，玻璃纤维与树脂的界面面积增大，塑料在断裂时，玻璃纤维从树脂中抽出的阻力增大，提高塑料承受拉伸载荷的能力；加入的短纤维与长纤维在树脂中均匀混合，更容易分散在树脂中，具备更加优异的力学性能，也避免注塑成型过程中出现浮纤。
进一步优选的，所述长纤维的长度为3～6cm，短纤维的长度为6～12mm，短纤维的加入量为5～15％。
作为优选的，所述的长纤维在浓度为0.05～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡0.5～2H。
利用羧甲基纤维素钠溶液对玻璃纤维进行改性，便于长纤维过于硬挺，影响其在树脂中的分散均匀性。
本发明中，分散剂可以稳定所分散的颜料，提高着色力，以及氢氧化锂在原料混合过程中的分散度，优选的，所述的分散剂为硅酸盐类分散剂或碱金属磷酸盐类分散剂。
脱模剂有利于塑料成型后从模具内脱离，可使电机壳表面易于脱离、光滑及洁净；作为优选的，所述的脱模剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌中的一种或两者的混合物。
作为优选的，所述碳纤维的加入量为8～12份，经过实验表明，处于该区间内的碳纤维，能显著提升散热效果，且对绝缘性影响较小。
作为优选的，所述纳米三氧化二铝的加入量为2～5份，与适量的碳纤维结合，以增加散热效果。
本发明通过在原料中加入玻璃纤维、碳纤维和纳米三氧化二铝，使得电机壳体机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘性能优异，更具备优异的导热性能。
具体实施方式
实施例1
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂40份，其中包括酚醛树脂35份和聚酰亚胺树脂5份；
无碱玻璃纤维35份，其中包括长度为3cm的长玻璃纤维30份，长度为2mm的短玻璃纤维5份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.05～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡0.5小时；
纳米三氧化二铝5份；碳纤维10份；硅酸盐类分散剂2份；颜料0.5份，脱模剂2份和六次甲基四胺为固化剂5.5份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为30～35℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.72g/cm3，简支梁冲击强度11.6KJ/m2，弯曲强度77.4MPa，拉伸强度21.6MPa，耐电弧178s，绝缘电阻6.42×1012；
电气强度为18.3MV/m，样品厚度为2.00mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.786W/(m.K)。
实施例2
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂40份，其中包括酚醛树脂35份和聚酰亚胺树脂5份；
无碱玻璃纤维35份，其中包括长度为6cm的长玻璃纤维30份，长度为2mm的短玻璃纤维5份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.05～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡0.5小时；
纳米三氧化二铝8份；碳纤维10份；硅酸盐类分散剂2份；颜料0.5份，脱模剂2份和六次甲基四胺为固化剂2.5份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为30～35℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.75g/cm3，简支梁冲击强度12.5KJ/m2，弯曲强度78.6MPa，拉伸强度22.5MPa，耐电弧174s，绝缘电阻6.64×1012；
电气强度为23.2MV/m，样品厚度为1.90mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.836W/(m.K)。
实施例3
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂40份，其中包括酚醛树脂35份和聚酰亚胺树脂5份；
无碱玻璃纤维30份，其中包括长度为10cm的长玻璃纤维25份，长度为2mm的短玻璃纤维5份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.1～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡2小时；
纳米三氧化二铝10份；碳纤维12份；硅酸盐类分散剂2份；颜料0.5份，脱模剂2份和六次甲基四胺作为固化剂3.5份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为30～35℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.68g/cm3，简支梁冲击强度13.4KJ/m2，弯曲强度80.1MPa，拉伸强度24.5MPa，耐电弧178s，绝缘电阻6.6×1012；
电气强度为20.6MV/m，样品厚度为1.90mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.805W/(m.K)。
实施例4
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂50份，其中包括酚醛树脂40份和聚酰亚胺树脂10份；
无碱玻璃纤维20份，其中包括长度为6cm的长玻璃纤维15份，长度为6mm的短玻璃纤维5份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.05～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡1小时；
纳米三氧化二铝8份；碳纤维10份；碱金属磷酸盐类分散剂2份；颜料0.5份，脱模剂2.5份和六次甲基四胺用作固化剂2份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为35～40℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.80g/cm3，简支梁冲击强度14.3KJ/m2，弯曲强度78.3MPa，拉伸强度23.7MPa，耐电弧161s，绝缘电阻6.44×1012；
电气强度为22.6MV/m，样品厚度为1.90mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.815W/(m.K)。
实施例5
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂55份，其中包括酚醛树脂40份和聚酰亚胺树脂15份；
无碱玻璃纤维20份，其中包括长度为6cm的长玻璃纤维15份，长度为2mm的短玻璃纤维5份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.1～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡1小时；
纳米三氧化二铝8份；碳纤维10份；碱金属磷酸盐类分散剂1份；颜料0.5份，脱模剂1.5份和六次甲基四胺用作固化剂4份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为40～45℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.81g/cm3，简支梁冲击强度16.2KJ/m2，弯曲强度79.3MPa，拉伸强度24.7MPa，耐电弧165s，绝缘电阻6.57×1012；
电气强度为21.8MV/m，样品厚度为1.90mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.823W/(m.K)。
实施例6
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂50份，其中包括酚醛树脂40份和聚酰亚胺树脂10份；
无碱玻璃纤维30份，其中包括长度为5cm的长玻璃纤维20份，长度为8mm的短玻璃纤维10份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.05～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡1小时；
纳米三氧化二铝5份；碳纤维10份；碱金属磷酸盐类分散剂1份；颜料0.5份，脱模剂1.5份和六次甲基四胺作为固化剂2份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为40～45℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.84g/cm3，简支梁冲击强度17.2KJ/m2，弯曲强度85.3MPa，拉伸强度27.9MPa，耐电弧163s，绝缘电阻6.56×1012；
电气强度为24.3MV/m，样品厚度为1.90mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.842W/(m.K)。
实施例7
塑料电机壳成型原料按重量份计包括如下组分：
热固性树脂50份，其中包括酚醛树脂40份和聚酰亚胺树脂10份；
无碱玻璃纤维30份，其中包括长度为5cm的长玻璃纤维15份，长度为10mm的短玻璃纤维15份，且长玻璃纤维预先在浓度为0.1～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡2小时；
纳米三氧化二铝8份；碳纤维5份；碱金属磷酸盐类分散剂1份；颜料0.5份，脱模剂0.5份和六次甲基四胺作为固化剂5份。
按上述组分的成型工艺如下：
造粒：称取上述重量份的热固性树脂、无碱玻璃纤维、纳米三氧化二铝、碳纤维、分散剂、颜料、脱模剂和固化剂，在30～50℃温度下，混合30～60分钟得到均匀粉状料，然后进入造粒设备混炼制粒；
注塑成型：利用注塑机将塑料颗粒注入温度为40～45℃模具内成型。
对制得的样品进行性能检测(GB/T23641-2009)：
密度1.72g/cm3，简支梁冲击强度16.2KJ/m2，弯曲强度84.4MPa，拉伸强度27.7MPa，耐电弧162s，绝缘电阻6.52×1012；
电气强度为21.4MV/m，样品厚度为1.90mm，试验采用Φ20mm/Φ20mm球电极***，速快升压方式，在常态变压器油中进行；
在50℃下的导热系数为0.825W/(m.K)。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具备高导热系数的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述塑料电机壳的包括以下重量份的组分：
2.如权利要求1所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述的热固性树脂包括重量份为30～70％的酚醛树脂和重量份为5～25％的聚酰亚胺树脂。
3.如权利要求2所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述聚酰亚胺树脂的重量份为5～15％。
4.如权利要求1所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述的无碱玻璃纤维包括长纤维和短纤维，其中长纤维的长度为3～12cm，短纤维的长度为2～15mm，且短纤维的加入量占整个无碱玻璃纤维重量的5～40％。
5.如权利要求4所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述长纤维的长度为3～6cm，短纤维的长度为6～12mm，短纤维的加入量为5～15％。
6.如权利要求4所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述的长纤维在浓度为0.05～0.15％的羧甲基纤维素钠溶液内浸泡0.5～2H。
7.如权利要求1所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述的分散剂为硅酸盐类分散剂或碱金属磷酸盐类分散剂。
8.如权利要求1所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述的脱模剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌中的一种或两者的混合物。
9.如权利要求1所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述碳纤维的加入量为8～12份。
10.如权利要求1所述的纤维增强塑料电机壳，其特征在于，所述纳米三氧化二铝的加入量为2～5份。
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