一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油及其制备方法与流程

本发明涉及变压器用导热油技术领域，具体涉及一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油及其制备方法。

背景技术：

变压器是一种常见的电器设备，具有升降电压、匹配阻抗、安全隔离的功能，在整个电网系统中有着举足轻重的作用。但变压器的铁芯和绕组在工作过程中会产生大量的热量，而热量如不及时散出，会影响变压器的稳态输入和输出，甚至导致变压器由于过热而烧毁，进而影响整个电路输送系统。基于此，为便于散热，油浸式变压器内部设油箱，油箱内盛装导热油，通过导热油在油箱内部的流动带走热量，而油箱外部设导热率高的散热片，从而达到散热降温的目的。

通常导热油起着热量传递交换和电绝缘的双重作用，因此需要导热油的散热性能和绝缘性能良好，目前，变压器向高绝缘、大容量、小型化的方向发展，而现有的导热油通常导热率较低，基于此，通产采用增加散热面积的做法增强其散热性，而这不利于小型化发展。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油，同时提供其相应的制备方法是本发明的另一发明目的。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油，由以下重量份的原料组成：矿物基础油80-90份、植物油10-20份、防锈剂 1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、 抗结晶剂 0.2-0.5份、分散剂 0.5-1份、纳米钻石烯3-5份。

所述纳米钻石烯依次经过活化处理和表面改性处理，

活化处理的具体步骤为：a超声波碱洗：将纳米钻石烯加入浓度为10%-12%的氢氧化钠溶液中，于50-60℃下超声碱洗并搅拌；超声的频率35-45 KHz，搅拌的速度为35-40rpm，碱洗的时间为20-30min；b超声波清洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入去离子水中超声清洗，超声频率为30-40KHz，同时以10-20rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为15-20min，反复清洗直至上层清液pH=7；c酸洗活化：于25-30℃下，将清洗过的纳米钻石烯放入浓度为25% -30%的稀硝酸溶液中酸洗活化，同时以30-35rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为15～20min；d超声波水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯放入去离子水中以30～35 KHz的超声频率超声波水洗，并以10～20 rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为15～20min，反复清洗直至上层清液pH=7；e将超声波水洗后的纳米钻石烯于80-90℃下，真空烘干即可，烘干时间为2～3h。

表面改性处理的具体步骤为：将活化处理后的纳米钻石烯超声分散在无水乙醇中，纳米钻石烯与无水乙醇的用量比为1-2g:100ml，然后于搅拌条件下添加无水乙醇稀释过的钛酸酯偶联剂溶液，钛酸酯偶联剂的加入量为纳米钻石烯重量的8%，于80-90℃下，真空干燥、冷却，得表面改性的纳米钻石烯。

所述纳米钻石烯的粒径为50-100nm。

所述矿物基础油的运动粘度于40℃下为7-10mm²/s。

所述植物油选自大豆油、菜籽油、椰子油、棉籽油、葵花油、芝麻油中的一种或者两种以上的混合物；防锈剂为十二烯基丁二酸、十二烯基丁二酸酯中的一种或两种的混合物。

所述抗氧剂为2，6二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚中的一种或两种的混合物；所述抗结晶剂为T809A 酯型降凝剂、T809B酯型降凝剂中的一种或两种的混合物。

所述分散剂选自T154A聚异丁烯基丁二酰亚胺、T154B硼化聚异丁烯基丁二酰亚胺、T161A高分子量聚异丁烯基丁二酰亚胺的一种或者两种以上的混合物。

含有纳米钻石烯的变压器用导热油的制备方法，包括以下步骤：

1）于40-60℃下，将植物油过滤后，与矿物基础油混合，于搅拌条件下加入抗结晶剂，过滤后得混合基础油A；搅拌速度为1500-2000r/min；

2）搅拌条件下，向步骤1）混合基础油A中依次添加防锈剂、抗氧剂、分散剂 、纳米钻石烯，过滤、真空脱水即得变压器用导热油；搅拌速度为2500-3000r/min，搅拌时间为20-30min。

本发明的纳米钻石烯已在201510749250X公开，其为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为sp³轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp²杂化碳键连接；该纳米钻石烯的平均粒径为R，20 nm≤R≤500nm；该纳米钻石烯的C含量为99～100%。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

添加纳米钻石烯的导热油有以下优点：

纳米钻石烯形貌为多层片状结构，形貌可控、分散性好、导热率高、绝缘性好、比表面积大、硬度高、化学性质稳定等优点，大的、，容易分散，化学性质非常稳定等一系列优点，本发明将纳米钻石烯与抗结晶剂等原料混合制成的导热油，具有化学性质稳定、导热率高、绝缘强度高的优点，同时也利于变压器的稳定可靠运行。

相比其它的纳米粒子，纳米钻石烯具有易分散，不易团聚的优点，在一定的添加范围内，纳米变压器油不会由于纳米粒子的团聚、沉降作用，而导致其退化为普通变压器油。

2、纳米钻石烯具有很高的导热率，当油液温度升高时，会加快纳米钻石烯与周围液体介质的热交换，提高整体变压器油的导热率，有助于将变压器中铁芯和线圈绕组的热量快速传递到外界环境中，保证变压器运行的稳定性和可靠性。

3、 油液的绝缘性能也是变压器油的重要特性之一，电导率越高，其绝缘性就越差。纳米钻石烯是良好的绝缘体，将其作为纳米改性粒子添加到变压器油中，可以使变压器油的击穿性能得到一定强化，不但能够满足其规定要求，还能改善传统变压器油的绝缘性能。

附图说明

图1为纳米钻石烯的用量对导热油的导热系数的影响图；

图2为纳米钻石烯的用量对导热油的工频击穿电压的影响图。

具体实施方式

实施例1

一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油，由以下重量份的原料组成：矿物基础油85份、植物油（大豆油）15份、防锈剂 （十二烯基丁二酸）2份、抗氧剂（2，6二叔丁基对甲酚）0.3份、抗结晶剂（T809B酯型降凝剂） 0.3份、分散剂（T154A聚异丁烯基丁二酰亚胺） 0.5份、纳米钻石烯3份。

活化处理的具体步骤为：a超声波碱洗：将纳米钻石烯加入浓度为10%的氢氧化钠溶液中，于50℃下超声碱洗并搅拌；超声的频率35 KHz，搅拌的速度为35rpm，碱洗的时间为30min；b超声波清洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入去离子水中超声清洗，超声频率为30KHz，同时以10rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为20min，反复清洗直至上层清液pH=7；c酸洗活化：于25℃下，将清洗过的纳米钻石烯放入浓度为25%的稀硝酸溶液中酸洗活化，同时以30rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为20min；d超声波水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯放入去离子水中以35 KHz的超声频率超声波水洗，并以20 rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间15min，反复清洗直至上层清液pH=7；e将超声波水洗后的纳米钻石烯于80℃下，真空烘干即可，烘干时间为3h；

表面改性处理的具体步骤为：将活化处理后的纳米钻石烯超声分散在无水乙醇中，纳米钻石烯与无水乙醇的用量比为2g:100ml，然后于搅拌条件下添加无水乙醇稀释过的钛酸酯偶联剂溶液，钛酸酯偶联剂的加入量为纳米钻石烯重量的8%，于80℃下，真空干燥、冷却，得表面改性的纳米钻石烯。

含有纳米钻石烯的变压器用导热油的制备方法，包括以下步骤：

1）于40℃下，将植物油通过板框滤机过滤后，与矿物基础油混合，于搅拌条件下加入抗结晶剂，过滤后得混合基础油A；搅拌速度为1500r/min；

2）搅拌条件下，向步骤1）混合基础油A中依次添加防锈剂、抗氧剂、分散剂 、纳米钻石烯（改性后），通过板框滤机过滤、真空脱水（脱水温度50℃，真空度为-0.1MPa）即得变压器用导热油；搅拌速度为2500r/min，搅拌时间为30min。

实施例2

一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油，由以下重量份的原料组成：矿物基础油80份、植物油（菜籽油10份、棉籽油10份）20份、防锈剂 （十二烯基丁二酸酯）1份、抗氧剂（2，6二叔丁基对甲酚）0.1份、抗结晶剂（T809A 酯型降凝剂） 0.4份、分散剂（T161A高分子量聚异丁烯基丁二酰亚胺）0.8份、纳米钻石烯5份。

活化处理的具体步骤为：a超声波碱洗：将纳米钻石烯加入浓度为12%的氢氧化钠溶液中，于60℃下超声碱洗并搅拌；超声的频率45 KHz，搅拌的速度为40rpm，碱洗的时间为20min；b超声波清洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入去离子水中超声清洗，超声频率为40KHz，同时以20rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为15min，反复清洗直至上层清液pH=7；c酸洗活化：于30℃下，将清洗过的纳米钻石烯放入浓度为30%的稀硝酸溶液中酸洗活化，同时以35rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为15min；d超声波水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯放入去离子水中以30 KHz的超声频率超声波水洗，并以10 rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间20min，反复清洗直至上层清液pH=7；e将超声波水洗后的纳米钻石烯于90℃下，真空烘干即可，烘干时间为2h；

表面改性处理的具体步骤为：将活化处理后的纳米钻石烯超声分散在无水乙醇中，纳米钻石烯与无水乙醇的用量比为1g:100ml，然后于搅拌条件下添加无水乙醇稀释过的钛酸酯偶联剂溶液，钛酸酯偶联剂的加入量为纳米钻石烯重量的8%，于90℃下，真空干燥、冷却，得表面改性的纳米钻石烯。

含有纳米钻石烯的变压器用导热油的制备方法，包括以下步骤：

1）于60℃下，将植物油通过板框滤机过滤后，与矿物基础油混合，于搅拌条件下加入抗结晶剂，过滤后得混合基础油A；搅拌速度为2000r/min；

2）搅拌条件下，向步骤1）混合基础油A中依次添加防锈剂、抗氧剂、分散剂 、纳米钻石烯（改性后），通过板框滤机过滤、真空脱水（脱水温度60℃，真空度为0.08MPa）即得变压器用导热油；搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为20min。

实施例3

一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油，由以下重量份的原料组成：矿物基础油83份、植物油（椰子油）17份、防锈剂（十二烯基丁二酸1份、十二烯基丁二酸酯2份） 3份、抗氧剂（2，6二叔丁基对甲酚0.2份、2,6-二叔丁基苯酚0.3份）0.5份、抗结晶剂（T809B酯型降凝剂）0.2份、分散剂（T154B硼化聚异丁烯基丁二酰亚胺0.5份、T161A高分子量聚异丁烯基丁二酰亚胺0.5份）1份、纳米钻石烯4份。

纳米钻石烯的活化处理、表面改性及导热油的制备方法，参照实施例1。

实施例4

一种含有纳米钻石烯的变压器用导热油，由以下重量份的原料组成：矿物基础油90份、植物油（葵花油4份、芝麻油6份）10份、防锈剂（十二烯基丁二酸） 1.5份、抗氧剂（2,6-二叔丁基苯酚）0.2份、抗结晶剂（T809A 酯型降凝剂）0.5份、分散剂（T154B硼化聚异丁烯基丁二酰亚胺）0.6份、纳米钻石烯5份。

实施例1-4中的矿物基础油的运动粘度于40℃下为7-10mm²/s；纳米钻石烯依次经过活化处理和表面改性处理，纳米钻石烯的粒径为50-100nm。

纳米钻石烯的活化处理、表面改性及导热油的制备方法，参照实施例2。

实施例5 性能测试

5.1纳米钻石烯的用量对导热油的导热系数的影响

实施例1中以纳米钻石烯为变量，纳米钻石烯的含量（纳米钻石烯的质量与矿物基础油和植物油质量之和的比例，下同）分别为0、1%、2%、3%、4%、5%，其他组分的量不变，按上述制备方法制备出导热油，并分别对导热油的导热率进行测试，利用DECAGON KD2 便携式快速导热仪对导热油进行导热系数测试，测试结果如图1所示。

由图1可知，变压器油的导热系数随纳米钻石烯含量的增加而增加，当纳米钻石烯的含量为0时，导热油的导热系数为0.123 W/(m·K)，当纳米钻石烯的含量为4%时，导热油的导热系数为0.151，提高了22.8%，当纳米钻石烯的含量为矿物基础油和植物油质量之和的5%时，导热油的导热系数提高了27.6%。由此可得知，添加纳米钻石烯提高了导热油的导热率，进而提高导热油的热交换率，从而能够提高导热油的散热效率。

5.2在交流电压下对导热油进行击穿性能测试

实施例1中以纳米钻石烯为变量，纳米钻石烯的含量分别为0、1%、2%、3%、4%、5%，其他组分的量不变，按上述制备方法制备出导热油，并在交流电压下对导热油进行击穿性能测试，测试方法参照IEC60156液体绝缘材料的工频击穿电压的测试方法，测试结果如图2所示。

由图2可知，导热油的击穿电压随纳米钻石烯含量的增加而增大，纳米钻石烯含量为0时，击穿电压为63Kv，当纳米钻石烯的含量为3%时，其击穿电压为95kV，击穿电压提高了49.2%，但纳米钻石烯含量大于3%时，其击穿电压有减小趋势，原因可能在于，纳米钻石烯量增加时，会产生部分团聚体，导致其击穿电压有所下降。在导热油的原料中添加一定量的纳米钻石烯，可以提高导热油的导热系数和击穿电压，增强其导热散热能力和绝缘能力，从而保证变压器的安全稳定性，所以纳米钻石烯的含量在2-4%之间为宜。