一种变压器降噪壳体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及降噪材料领域，尤其涉及一种变压器降噪壳体材料及其制备方法。

背景技术

变压器是一种用于改变交流电电压的电力设备，电力变压器有以下三个主要构成部分：铁芯、绕组和冷却系统，这三个结构件是电力变压器产生振动噪声的主要来源点，电力变压器的铁芯、绕组和冷却装置等产生振动后，其振动或振动产生的噪声会通过变压器内部的包络介质如空气、变压器油等进行传播，也会通过变压器内的固体结构件进行传播，最终都传导至变压器外壳并向外辐射噪声。噪声频率有低、中、高频之分，但因为低频噪声不同于会随着距离增加和穿越障碍物而大幅度衰减的高频噪声，其递减的速度非常慢且声波长，能够远距离传播并且轻而易举地穿过墙壁等障碍物而直达人体耳骨，会使人体各方面功能形成慢性损伤，还可能引起精神损害以及器质性损害。

公告号为CN111234375B的中国专利公开了一种吸声降噪材料、其制备方法及应用，该发明通过向聚丙烯、聚乙烯或聚甲醛等高分子树脂中添加不同粒径的空心玻璃微珠形成了多级孔特性，孔隙大小可通过添加的空心玻璃微珠进行调节，控制空心玻璃微珠的添加量和尺寸可以调控复合材料的孔隙率，添加磷酸氢锆作为增强增韧剂，从而达到调节复合材料吸声降噪和力学性能的目的，但是由于变压器在运行时产生的噪声主要是低频噪声，并且噪声的影响是长期的、持续的，会对人体产生慢性损伤，并且低频噪声在波幅中的振幅最强，对人体的危害最为严重，而该发明中制备得到的吸声降噪材料在低频时的吸声系数较低，无法用作变压器的壳体材料当中。

张晓青等人在《同济大学学报》上公开了基于超构材料设计吸声降噪结构的研究进展，该文提出传统多孔材料由于其微孔结构可以将声能转换为热能而实现吸声，并且多孔材料的厚度在近似等于声波波长的1/4时能实现对应频率的吸声，因此在高频范围内有较好的吸声效果，但对于低于500Hz的声波，可以通过将材料厚度提高，便可在低频范围内有较好的吸声效果，并且变压器会在穿过绕组的铁心中产生变化的磁场，从而在铁芯中产生涡流，而涡流会在铁芯中产生功率损耗，因此变压器会容易发热，因此壳体材料太厚时不利于变压器散热，因此不适合用做变压器的壳体。

因此，针对上述相关技术，亟需研发一种新的变压器降噪壳体材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的变压器降噪壳体材料，以解决现有技术中部分用于变压器降噪的壳体材料无法同时兼顾低频吸声系数高和散热性好的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种变压器降噪壳体材料及其制备方法。

一种变压器降噪壳体材料，所述壳体材料由第一经线、第二经线、第一纬线和第二纬线交替混纺得到；

所述第一经线的原料为硫杂环聚合物纺丝液、所述第二经线的原料为改性硫杂环聚合物纺丝液、所述第一纬线的原料为PVDF纺丝液，所述第二纬线的原料为改性PVDF纺丝液；

所述改性硫杂环聚合物为无机导热填料改性的硫杂环聚合物；

所述改性PVDF为PVDF和软磁材料按照质量比1:1-1.2混合得到。

进一步的，所述改性硫杂环聚合物中无机导热填料和硫杂环聚合物的质量比为20:70-90。

进一步的，所述硫杂环聚合物为聚芳砜和聚苯硫醚中的任意一种。

进一步的，所述无机导热填料为BN、AlN和SiC纳米片中的一种或几种。

进一步的，所述软磁材料为FeSiAl和Al

进一步的，本发明还提供了一种变压器降噪壳体材料的制备方法，具体制备步骤如下：

S1.将硫杂环聚合物切片加入到DMF中，搅拌14-18h，得到硫杂环聚合物纺丝液；

S2.将硫杂环聚合物切片加入到DMF中，溶解后向其中加入无机导热填料，搅拌均匀，得到改性硫杂环聚合物纺丝液；

S3.将PVDF溶解在DMF中得到质量分数为15-25％的PVDF纺丝液；

S4.将PVDF溶解在DMF中，溶解后向其中加入软磁材料，搅拌均匀，得到改性PVDF纺丝液；

S5.硫杂环聚合物纺丝液、改性硫杂环聚合物纺丝液、PVDF纺丝液和改性PVDF纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S6.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

进一步的，步骤S1中所述硫杂环聚合物纺丝液中硫杂环聚合物的质量分数为15-25％。

进一步的，步骤S2中所述硫杂环聚合物切片和无机导热填料的质量比为80:18-22。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种变压器降噪壳体材料及其制备方法，通过混合静电纺丝技术得到网络结构的微纳米纤维材料，静电纺丝得到的纤维材料由于直径小、孔道曲折度高，可以提供更大的声波接触面积和摩擦概率，低频吸声系数较高，另外由于硫杂环聚合物纤维蓬松度好、具有良好弹性，在经过无机导热填料改性之后，一方面可以增大纤维内部的粗糙度，进一步增加声波接触面积和摩擦概率，使得低频吸声系数升高，另一方面无机导热填料的加入可以增加材料的力学性能和热导率，使得材料力学性能增强并且更加容易散热。

本发明提供了一种变压器降噪壳体材料及其制备方法，通过PVDF纤维和改性PVDF纤维穿插引入到纤维材料内部，由于PVDF具有优良的化学稳定性，并且PVDF纳米纤维具有较大声波接触面积，再向其中引入软磁材料，进一步增大了比表面积，使得材料低频吸声系数进一步提高，同时材料的热导率和热扩散系数升高，使得材料的低频吸声性能增加的同时力学性能和散热性也提高。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种变压器降噪壳体材料，具体制备步骤如下：

S1.将15份硫杂环聚合物切片加入到85份DMF中，搅拌14h，得到硫杂环聚合物纺丝液；

S2.将15份硫杂环聚合物切片加入到85份DMF中，溶解后向其中加入3.75份BN，搅拌均匀，得到改性硫杂环聚合物纺丝液；

S3.将15份PVDF溶解在85份DMF中得到PVDF纺丝液；

S4.将15份PVDF溶解在85份DMF中，溶解后向其中加入6份FeSiAl和9份Al

S5.将硫杂环聚合物纺丝液、改性硫杂环聚合物纺丝液、PVDF纺丝液和改性PVDF纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S6.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

实施例2

一种变压器降噪壳体材料，具体制备步骤如下：

S1.将20份硫杂环聚合物切片加入到80份DMF中，搅拌15h，得到硫杂环聚合物纺丝液；

S2.将20份硫杂环聚合物切片加入到80份DMF中，溶解后向其中加入5份AlN，搅拌均匀，得到改性硫杂环聚合物纺丝液；

S3.将20份PVDF溶解在80份DMF中得到PVDF纺丝液；

S4.将20份PVDF溶解在80份DMF中，溶解后向其中加入8份FeSiAl和12份Al

S5.将硫杂环聚合物纺丝液、改性硫杂环聚合物纺丝液、PVDF纺丝液和改性PVDF纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S6.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

实施例3

一种变压器降噪壳体材料，具体制备步骤如下：

S1.将25份硫杂环聚合物切片加入到75份DMF中，搅拌16h，得到硫杂环聚合物纺丝液；

S2.将25份硫杂环聚合物切片加入到75份DMF中，溶解后向其中加入8份AlN，搅拌均匀，得到改性硫杂环聚合物纺丝液；

S3.将25份PVDF溶解在75份DMF中得到PVDF纺丝液；

S4.将25份PVDF溶解在75份DMF中，溶解后向其中加入10份FeSiAl和15份Al

S5.将硫杂环聚合物纺丝液、改性硫杂环聚合物纺丝液、PVDF纺丝液和改性PVDF纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S6.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

对比例1

一种变压器降噪壳体材料，具体制备步骤如下：

S1.将15份硫杂环聚合物切片加入到85份DMF中，搅拌14h，得到硫杂环聚合物纺丝液；

S2.将15份PVDF溶解在85份DMF中得到PVDF纺丝液；

S3.将硫杂环聚合物纺丝液和PVDF纺丝液和改性PVDF纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S4.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

对比例2

一种变压器降噪壳体材料，具体制备步骤如下：

S1.将15份硫杂环聚合物切片加入到85份DMF中，搅拌14h，得到硫杂环聚合物纺丝液；

S2.将15份硫杂环聚合物切片加入到85份DMF中，溶解后向其中加入3.75份BN，搅拌均匀，得到改性硫杂环聚合物纺丝液；

S3.将硫杂环聚合物纺丝液和改性硫杂环聚合物纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S4.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

对比例3

一种变压器降噪壳体材料，具体制备步骤如下：

S1.将15份PVDF溶解在85份DMF中得到PVDF纺丝液；

S2.将15份PVDF溶解在85份DMF中，溶解后向其中加入6份FeSiAl和9份Al

S3.将硫杂环聚合物纺丝液、改性硫杂环聚合物纺丝液、PVDF纺丝液和改性PVDF纺丝液分别加入到不同的注射器中，在高压静电场下喷射下，然后交替落在收集板上，得到复合纤维材料；

S4.将复合纤维材料放入真空热压机内，热压成型，得到变压器降噪壳体材料。

性能测试

吸声系数：根据GB/T18696.1-2004《阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量》使用TD18696-1将实施例1-实施例3和对比例1-对比例3中制备的变压器降噪的壳体材料裁剪为直径为100mm的圆柱体，测试试样在200Hz、600Hz和1000Hz下的吸声系数，结果如表1所示：

表1吸声系数测试结果

力学性能：根据GB/Z38434-2019标准，用万能试验机(岛津万能试验机AGS-X型)测量实施例1-3和对比例1-3中制备的变压器降噪壳体材料的断裂强度和断裂伸长率，结果如下表2所示：

热导率：参照GB/T11205-2009标准，测量实施例1-实施例3以及对比例1-对比例3中的样品的热导率，热导率又称热导率，是指物体传导热量的能力，定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量，单位为瓦每米开尔文[W/(m·K)]，结果如下表2所示：

表2力学性能和热导率测试结果

数据分析：

从表1和表2可以看出，本发明制备的变压器降噪壳体材料，实施例1-实施例3中通过混合静电纺丝技术得到网络结构的微纳米纤维材料，静电纺丝得到的纤维材料由于直径小、孔道曲折度高，可以提供更大的声波接触面积和摩擦概率，低频吸声系数较高，另外由于硫杂环聚合物纤维蓬松度好、具有良好弹性，在经过无机导热填料改性之后，一方面可以增大纤维内部的粗糙度，进一步增加声波接触面积和摩擦概率，使得低频吸声系数升高，另一方面无机导热填料的加入可以增加材料的力学性能和热导率，使得材料力学性能增强并且更加容易散热。

另外通过PVDF纤维和改性PVDF纤维穿插引入到纤维材料内部，由于PVDF具有优良的化学稳定性，并且PVDF纳米纤维具有较大声波接触面积，再向其中引入软磁材料，进一步增大了比表面积，使得材料低频吸声系数进一步提高，同时材料的热导率和热扩散系数升高，使得材料的低频吸声性能增加的同时力学性能和散热性也提高。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。