電氣絕緣浸漬漆和漆布快速熱老化試驗(yàn)方法-熱重點(diǎn)斜法簡介

備案信息

備案號：49846-2015

備案公告： 2015年第6號(總第186號)

正文

耐熱等級表示絕緣的最高允許工作溫度。絕緣材料在此溫度下工作，能在預(yù)定使用期內(nèi)保持其性能不超出允許的范圍。

絕緣耐熱等級 　絕緣材料的耐熱等級和對應(yīng)的工作溫度如表?！∧蜔岬燃壱话愀鶕?jù)常規(guī)熱老化試驗(yàn)確定。常規(guī)熱老化試驗(yàn)方法是通過提高溫度使絕緣加速老化，通常在三個(gè)或四個(gè)溫度下求取絕緣的壽命,并作出熱壽命曲線。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合理論指導(dǎo)，可以從阿倫尼烏斯方程導(dǎo)出絕緣壽命的對數(shù)與其熱力學(xué)溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系式中L為絕緣壽命(小時(shí)),T為熱力學(xué)溫度(K)，A、B為常數(shù)。眾熱壽命線外推到工作溫度可求出絕緣的壽命，也可以外推到規(guī)定的壽命值以求出耐熱等級。

熱老化試驗(yàn) 　絕緣的熱老化試驗(yàn)有以下兩種。①絕緣結(jié)構(gòu)的熱老化試驗(yàn)：用模擬樣品（如模型線圈）或?qū)崢?如小電機(jī))作試樣。除提高運(yùn)行溫度外，常增加熱沖擊、機(jī)械振動、受潮等組成老化周期，如以升溫→熱暴露→降溫→機(jī)械振動→受潮試驗(yàn)為一個(gè)循環(huán)。為使熱以外的因素保持恒定，不同老化溫度下的循環(huán)數(shù)應(yīng)相等或接近相等。一般根據(jù)材料的主要用途采用試樣在試驗(yàn)中某一關(guān)鍵功能參數(shù)(例如絕緣被擊穿)來標(biāo)志壽終。②絕緣材料的熱老化試驗(yàn)：用單一材料（如薄膜）或材料的簡單組合（如漆包線）作試樣。在恒溫下老化，選用絕緣材料在使用中所承擔(dān)的主要功能參數(shù)作為壽終的判據(jù)。當(dāng)所選評定壽命的參數(shù)下降到規(guī)定值時(shí)，試驗(yàn)所經(jīng)歷的時(shí)間即為該溫度下的壽命。材料的壽命試驗(yàn)一般只能求取相對壽命。只有用已知耐熱等級的材料與之同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)并進(jìn)行對比才能求得其耐熱等級。例如，用耐熱等級為B級(130℃)的材料K與被測材料M同時(shí)進(jìn)行熱老化試驗(yàn)，得出熱壽命圖。圖中L為材料的工作溫度下的壽命。由圖知，材料M的耐熱等級為180℃，即H級。

各種絕緣結(jié)構(gòu)與絕緣材料的熱老化試驗(yàn)的試樣、試驗(yàn)條件和評定壽命的參數(shù)等均按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

長期耐熱性參數(shù) 　由于電工設(shè)備中不同部位的絕緣并不都在最高設(shè)計(jì)溫度下運(yùn)行，所以應(yīng)根據(jù)各部位的實(shí)際工作溫度選擇相應(yīng)耐熱等級的絕緣材料組成絕緣系統(tǒng)，以提高經(jīng)濟(jì)合理性。為區(qū)分絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的長期耐熱性，又提出了以下幾種評定材料長期耐熱性的參數(shù)。①溫度指數(shù)(TI):這是指熱壽命圖上對應(yīng)于一定壽命(通常取20000小時(shí))的溫度值。②相對溫度指數(shù)(RTI):當(dāng)被測材料與溫度指數(shù)已知的參考材料承受相同的老化程序和診斷手段的比較試驗(yàn)時(shí)，從已知TI所對應(yīng)的時(shí)間獲得。K是參考材料，其TI為130℃,則被測材料M的相對溫度指數(shù)為180℃。③半壽命溫差(HIC)：在熱壽命圖上對應(yīng)于TI(或RTI)的壽命與半壽命的溫度之差

HIC=TI-(TI)┡

式中(TI)┡為對應(yīng)于半壽命的溫度。HIC與壽命線的斜率有關(guān)，這一斜率與材料的活化能有關(guān)。

進(jìn)展 　以上諸參數(shù)也都通過常規(guī)熱老化試驗(yàn)確定。由于常規(guī)試驗(yàn)費(fèi)時(shí)太長（約1年）,又研究、開發(fā)了一些新的加速熱老化試驗(yàn)方法,其中較為成熟的是熱重法,其依據(jù)是材料熱老化過程中因化學(xué)或物理變化會引起重量或熱量變化。熱重法中的點(diǎn)斜法系利用熱分析技術(shù)求得熱老化反應(yīng)的活化能，由此可求得壽命線的斜率，同時(shí)選一高溫點(diǎn)做一功能性壽命，即可做出熱壽命圖；或配合一常規(guī)試驗(yàn)可求出材料的溫度指數(shù)。此法所需試驗(yàn)時(shí)間短（約需一個(gè)月），但可靠性不如常規(guī)法。

此外，絕緣的熱行為（包括機(jī)械的、電氣的和化學(xué)的）在低溫或超溫下常有很大變化。隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，以超導(dǎo)工作溫度為參考點(diǎn)的低溫電工絕緣的熱性能試驗(yàn)也越來越受到重視。2100433B

空壓熱老化是一種加速的空氣熱老化，它可以快速判斷橡膠的耐熱氧老化性能和各種抗氧劑的單用效能與協(xié)同效能，也可用來研究橡膠的熱氧老化機(jī)理 。2100433B

耐高溫浸漬漆按溶劑類型分有溶劑型和無溶劑型兩大類 , 基于環(huán)境要求及 VPI 浸漬工藝的發(fā)展 , 近年來無溶劑型浸漬漆的發(fā)展較迅速 。國內(nèi)現(xiàn)已廣泛生產(chǎn)的高溫浸漬漆有二苯醚改性浸漬漆 ; 耐熱環(huán)氧型浸漬漆 , 其型號有 H 1162 、JF -1159H 等 ; 耐熱聚酯類浸漬漆 , 其型號有 1153 、 1154 、 1156 、 0840KB 、Q0840 -AH 等 ;不飽和聚酯亞胺類浸漬漆 , 其型號有 H 9150 等 。近年來國內(nèi)不少研究者仍致力于新型耐高溫浸漬漆的研究 , 研究較多的有聚二苯醚改性類 、聚酯亞胺類 、環(huán)氧改性耐熱聚酯類 、有機(jī)硅類和耐熱不飽和聚酯類 。

聚二苯醚改性浸漬漆

聚二苯醚漆早在 60 年代開始開發(fā) ,其樹脂結(jié)構(gòu)在基本分子環(huán)上連有能形成橫鏈的官能團(tuán) , 但由于此類二苯醚衍生物采用的制造工藝 , 催化劑不均勻性及固化溫度高且固化速度太慢而未得到推廣 。經(jīng)過多年研究 , 華東化工學(xué)院找到了收率高 、消耗低 、 三廢易于處理的制造聚二苯醚衍生物的方法 , 成功研制了聚二苯醚衍生物耐高溫絕緣浸漬漆DPO -F -2 ,該漆具有耐高溫 、粘合強(qiáng)度高 、電性能好 、抗?jié)駸?、防霉等優(yōu)點(diǎn) , 且浸漬工藝簡單 , 能在中溫固化 , 浸烘固化期短 , 能滿足多種溫度等級電機(jī)浸漬工藝 。

國內(nèi)現(xiàn)已廣泛生產(chǎn)的耐高溫二苯醚改性浸漬漆有不少 , 如 1150 二苯醚無溶劑浸漬漆是由二苯醚類樹脂與耐熱不飽和聚酯樹脂改性而成 , 耐熱等級為 H 級 。該漆具有固化速度快 、貯存穩(wěn)定性好 , 固化物機(jī)械強(qiáng)度高 、線圈粘結(jié)牢固 , 電氣強(qiáng)度常態(tài) ≥22 M V/ m , 絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn) , 適用于各類耐高溫電機(jī) 、電器線圈的浸漬絕緣處理 。如西安西電 、鎮(zhèn)江麥斯等生產(chǎn)的 1154H 是由二苯醚合成的耐高溫不飽和聚酯作為主體樹脂與各種助劑 、 稀釋劑復(fù)合而成的 , 除具備上述優(yōu)點(diǎn)外 , 高溫電氣強(qiáng)度 ≥18MV / m , 溫度 指數(shù)大于 180 。 其它主要型號還有T 1150 -1 、ZD1158H 、1160 、1161 、JF -1158H 等 。

聚酯亞胺浸漬漆

為使聚酯樹脂獲得較高的耐熱性 , 用亞胺基團(tuán)改性聚酯 , 即得到不飽和聚酯亞胺樹脂 。亞胺改性的不飽和聚酯 ,由于亞胺環(huán)的存在 ,增加了分子間的作用力 ,減少了弱鍵 ,起到了降低分子自由度和增加分子的降解活化能的作用 , 使聚合物的熱穩(wěn)定性大大提高。聚酯亞胺樹脂不僅保留了聚酯價(jià)格低 、工藝性良好的優(yōu)點(diǎn) , 同時(shí)還具備良好的耐熱性 、 耐水性 、耐冷媒性 ,熱態(tài)電氣 、力學(xué)性能得以提高 ,且成本比聚酰亞胺低得多 , 是國內(nèi)外頗受歡迎的一種絕緣材料 。

聚酯亞胺浸漬漆一般以聚酯亞胺樹脂為主體 ,添加混合酚 、 乙二醇單乙基醚溶劑及含鈦類催化劑經(jīng)化學(xué)反應(yīng)合成,其粘度低 、儲存期長 、使用方便 ,并且具有優(yōu)良的耐化學(xué)性 、耐潮性 、電氣性能及耐熱性能 。該絕緣漆不僅適用于 H 級鑲嵌繞組電機(jī)的絕緣處理 , 還能滿足中型高壓 H 級少膠 VPI 絕緣結(jié)構(gòu)的要求 ,屬于高低壓通用的 H 級浸漬漆 。邢國華等]制備了以乙烯基甲苯為活性稀釋劑 , 加入改性不飽和樹脂及 195 樹脂 、催化劑 、對苯二酚及阻聚劑等助劑制得新型低毒 H 級聚酯亞胺無溶劑浸漬漆 ,該漆具有優(yōu)良的電性能 、熱態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度及耐高低溫濕熱性 , 有較好的溫度凝膠時(shí)間特性 ,滲透性好 , 掛漆量高 , 有較好的工藝適應(yīng)性 , 與不同的絕緣結(jié)構(gòu)有良好的相容性 , 能滿足 F 、 H 級少膠VPI 絕緣處理要求 。

薛長志等介紹了一種乙烯基甲苯作為活性稀釋劑的 TJ 13 -3 不飽和聚酯亞胺無溶劑浸漬漆 ,耐熱等級為 H 級 。由于乙烯基甲苯具有高沸點(diǎn) 、高閃點(diǎn) 、低揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn) ,同時(shí)還具有優(yōu)良的電氣絕緣性能 、力學(xué)性能 , 固化后熱態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度高 、介質(zhì)損耗因數(shù)低 、 貯存期長以及環(huán)境污染少等特點(diǎn) , 因此賦予TJ 13 -3 漆較好的粘度溫度特性 , 凝膠時(shí)間短 , 在145 ℃時(shí)凝膠時(shí)間為 3 . 5 min , 高溫烘焙時(shí) , 樹脂流失量小 , 用 TJ 13 -3 浸漬漆處理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有較強(qiáng)的防水 、抗潮能力 。

環(huán)氧改性耐熱聚酯漆

環(huán)氧樹脂具有較高的介電性能 、 耐表面漏電性和耐電弧性 ,其分子鏈中有極性羥基的存在 ,對各種金屬基材有很高的粘附力 , 且固化收縮率低 ,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小 , 抗開裂能力強(qiáng) , 特別適合于由漆包線 、硅鋼片 、軸 、絕緣紙 、換向器等多種金屬和非金屬組成的復(fù)雜多相結(jié)構(gòu)的整體粘結(jié) 。采用高性能環(huán)氧樹脂改性不飽和聚酯樹脂 , 可以制得綜合性能優(yōu)異的環(huán)氧改性耐熱聚酯漆 。

俞翔霄等將耐熱聚酯樹脂在觸媒存在的條件下先與耐熱二元醇反應(yīng)使之活化 , 然后逐步加入不飽和酸酐和耐熱二元酸 、 阻聚劑和環(huán)氧樹脂 、 苯乙烯 、 引發(fā)劑 、 促進(jìn)劑等制得環(huán)氧改性耐熱聚酯無溶劑漆即 118 漆 , 該漆在 180 ℃下電氣絕緣性能達(dá)到相當(dāng)高水平 , 電氣強(qiáng)度為 20 M V/ m , 體積電阻率為3 . 4 ×1010 Ψ·m , 掛漆量高 , 在烘焙過程中固化快 ,溫度指數(shù)為 191( 超過 H 級絕緣的溫度指數(shù) 180 的要求) 。118 漆還有較好的常溫儲存 、運(yùn)輸穩(wěn)定性 ,用于 H 級微電機(jī) 、中小型低壓電機(jī) 、煤礦電機(jī)等時(shí) , 具有絕緣性能高 , 電機(jī)繞組溫升低 , 耐濕熱交變性能好 , 熱態(tài)電阻高的特點(diǎn) , 提高了電機(jī)的運(yùn)行可靠性 ,并延長了漆的使用壽命 。王曉梅等采用分子設(shè)計(jì)方法 , 將不飽和雙鍵引入環(huán)氧樹脂中合成了不飽和環(huán)氧樹脂 , 并以苯乙烯為稀釋劑制備了無溶劑型絕緣漆 , 結(jié)果發(fā)現(xiàn) , 該漆保留了環(huán)氧樹脂的良好絕緣性能 , 有效地延長了儲存期 , 比同類型的環(huán)氧樹脂 -酸酐型的粘結(jié)性及耐熱性能均有提高 , 其起始分解溫度為 362 . 5 ℃,比環(huán)氧酸酐體系高出了 50 ℃。黃進(jìn)等以苯并惡嗪樹脂為基體 , 用環(huán)氧酯進(jìn)行改性 , 制備適用于沉浸及 VPI 工藝的新型無溶劑絕緣浸漬漆 , 該無溶劑漆具有良好的介電性能 、 力學(xué)性能及耐熱性能 ,溫度指數(shù)達(dá) 195 。溫靜衛(wèi)等選用不同類型的環(huán)氧樹脂作為基體樹脂 , 添加酸酐類環(huán)氧固化劑 , 分別制備了無溶劑 、高固體份及溶劑型快固化環(huán)氧絕緣浸漬漆 。張防等制得了耐熱 、增強(qiáng)改性的 DF -201C環(huán)氧無溶劑絕緣漆 , 該漆的抗開裂性好 、 熱態(tài)力學(xué)性能高 , 適用期長 , 兼顧了環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯的優(yōu)點(diǎn) 。

張凱等 在環(huán)氧不飽和樹脂漆中引入亞胺基團(tuán) , 使得絕緣漆的耐熱性大幅度提高 , 同時(shí)又保留了環(huán)氧樹脂優(yōu)異的粘結(jié)性 , 該漆采用乙烯基甲苯作為交聯(lián)劑后 , 絕緣漆的揮發(fā)份大幅度降低 , 加入改性硅粉 , 絕緣漆的粘度仍能滿足 VPI 工藝需求 , 導(dǎo)熱率有極大提高 , 雖然介質(zhì)損耗有所增加 , 但 180 ℃仍能保持在 5 %以內(nèi) , 可用于中高壓大功率變頻調(diào)速電機(jī)絕緣浸漬處理 。

有機(jī)硅浸漬漆

有機(jī)硅高分子是分子結(jié)構(gòu)中含有元素硅 、 且硅原子上連接有機(jī)基的聚合物 。通常分子中硅原子上含有 3 個(gè)及以上可水解官能團(tuán)的有機(jī)硅高分子材料稱為有機(jī)硅樹脂 。有機(jī)硅浸漬漆則是以有機(jī)硅樹脂為漆基的具有高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固性聚硅氧烷體系 。硅樹脂的介電性能優(yōu)異 ,在較高的溫度 、濕度及頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定 ,還具有優(yōu)良的耐氧化 、耐化學(xué)品 、電絕緣 、耐輻射 、耐氣候 、憎水 、阻燃 、耐鹽霧 、防霉菌等特性 ,因此 ,硅烷樹脂作為有機(jī)硅浸漬漆的漆基賦予浸漬漆優(yōu)異的性能 。隨著國內(nèi)高速機(jī)車 、 航空航天器的發(fā)展 , 對無溶劑有機(jī)硅絕緣漆的需求量將越來越大。衷敬和等以甲基苯基硅烷單體和特種硅烷單體制備了有機(jī)硅氧烷預(yù)聚物出發(fā) , 合成了一種有機(jī)硅浸漬樹脂 ,該浸漬樹脂不含任何有機(jī)溶劑 ,常態(tài)下接近“零” 揮發(fā) , 為低粘度流動液體 。用該樹脂制備了 C 級無溶劑有機(jī)硅浸漬漆 TJ1173 , 該漆采用鉑絡(luò)合催化體系 ,耐高低溫性能優(yōu)異 , 具有低溫活性差 、高溫活性顯著增強(qiáng)的特點(diǎn) ,且高溫快固化是該浸漬漆的顯著特點(diǎn) 。該漆電氣強(qiáng)度常態(tài)為 22 . 2M V/ m , 浸水 24 h 仍有 20 . 2 M V/ m ,漆膜吸水性非常低 , 只有 0 . 04 %, 浸水 24 h 后體積電阻率仍保持為 10 14 Ψ·m , 220 ℃工頻介質(zhì)損耗因數(shù)為 0 . 018 1 。 該漆的反復(fù)使用穩(wěn)定性好 , 經(jīng)歷 20 周期冷 ( 20 ℃ )熱( 45 ℃ )循環(huán)過程后 , 雖然常態(tài)和熱態(tài)的粘度都有所增長 , 但依然保持在正常使用粘度范圍 。該漆耐熱性高 , 能滿足 C 級絕緣要求 , 浸漬和固化應(yīng)用工藝簡單 , 適用于電機(jī)的真空壓力浸漬絕緣處理 ,并獲得無氣隙的整體絕緣結(jié)構(gòu) 。適用于高端領(lǐng)域如高速牽引電機(jī) 、航空電機(jī)等線圈的真空壓力浸漬絕緣處理 。周光紅等將國產(chǎn) TJ1173 漆與國外瓦克公司的 H 62C 無溶劑有機(jī)硅浸漬漆進(jìn)行比較 , 結(jié)果表明TJ1173 漆與 H62C 漆的組成基本一致 , 物理性能和電性能上無明顯差別 , T J1173 漆的儲存穩(wěn)定性 、工藝應(yīng)用性以及耐熱性等均大大超出同類產(chǎn)品的同等水平 , 為我國鐵路機(jī)車絕緣材料的國產(chǎn)化提供了有力保障 。

耐熱不飽和聚酯類

耐熱不飽和聚酯漆的優(yōu)點(diǎn)是粘度低 ,貯存期長 ,浸漬工藝簡單 , 固化后的耐化學(xué)性 、耐潮濕性 、電氣絕緣性以及耐熱性優(yōu)良 。不飽和聚酯亞胺類型前幾年已經(jīng)在國外廣泛應(yīng)用 , 文獻(xiàn)報(bào)道采用 N , N '-4 , 4' -二苯甲烷雙馬來酰亞胺 ( BM D)對不飽和聚酯樹脂進(jìn)行改性 , 可以提高不飽和聚酯樹脂的耐熱性 , 故前幾年不飽和聚酯亞胺類浸漬漆已成為耐高溫?zé)o溶劑漆的主要發(fā)展方向 , 近幾年我國對此類浸漬漆的改性研究進(jìn)展也較快 。

蘇東明用自制的 198 樹脂及 210 樹脂 , 在催化劑作用下反應(yīng)至終點(diǎn) , 然后降溫加入對苯二酚 、三聚氰酸三烯丙酯 、 苯乙烯及其他助劑等研制出 H級不飽和聚酯亞胺無溶劑浸漬樹脂 , 該樹脂的室溫粘度低 , 在 60 ℃附近具有良好的粘度溫度特性 ; 具有良好的凝膠時(shí)間溫度特性 , 140 ℃時(shí)凝膠時(shí)間為 6min , 因此高溫烘焙時(shí)樹脂流失量小 , 浸漬線圈掛漆量高 ; 耐輻照良好 ,輻照積累劑量達(dá) 5 ×105G Y 時(shí)的電氣性能與輻照前相比基本無變化 , 彎曲強(qiáng)度還有所增加 ;具有良好的貯存穩(wěn)定性 , 常態(tài)與熱態(tài)下的介電性能及粘結(jié)強(qiáng)度均處于良好水平 ;其溫度指數(shù)大于 180 ,耐熱性良好 。綜合性能良好的新型無溶劑浸漬漆不僅適用于 H 級嵌繞組電機(jī)的絕緣處理 , 還能滿足中型高壓 H 級少膠 VPI 絕緣結(jié)構(gòu)的要求 。

張建等]制備了一種以聚苯并嗪和不飽和聚酯來改性甲氧基二苯醚樹脂合成了 RH -2H 級無溶劑浸漬漆 , 該漆的貯存穩(wěn)定性好 , 145 ℃時(shí) 8min 可凝膠 ,耐熱性能優(yōu)良 ,用割線法計(jì)算漆耐熱指數(shù)為 187 . 7 , 且在 180 ℃的粘結(jié)性能也非常優(yōu)良 。盧軍彩等為克服傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂的高溫粘結(jié)力較低的缺點(diǎn) , 在其基礎(chǔ)上引入耐熱基團(tuán)亞胺結(jié)構(gòu)的同時(shí) , 用部分三元酸( 或醇)代替二元酸( 或醇) , 通過引入三官能團(tuán)單體增加交聯(lián)密度 , 用該法制得的新型 H 級不飽和聚酯亞胺無溶劑漆不僅保留了原聚酯亞胺的特點(diǎn) , 而且其高溫( 180 ℃ )粘結(jié)力大大提高 , 粘結(jié)力達(dá) 55 N , 溫度指數(shù)大于180 , 耐熱性能良好 , 低溫固化快 , 貯存穩(wěn)定性好 , 且成本較低 , 生產(chǎn)工藝及質(zhì)量穩(wěn)定 , 該漆屬于 F 、H 級通用的無溶劑浸漬漆 。

李強(qiáng)軍等在不飽和耐熱聚酯樹脂的基礎(chǔ)上 ,引入亞胺基團(tuán)封端技術(shù) , 減少活性基團(tuán) , 優(yōu)化主鏈結(jié)構(gòu)而制得 H 級不飽和聚酯亞胺無溶劑浸漬漆 。該漆的耐熱性能良好 , 貯存穩(wěn)定性好 , 介質(zhì)損耗因數(shù)在常溫下很小 , 180 ℃下為 0 . 037 ,能夠滿足高壓電機(jī)對 VPI 無溶劑浸漬漆的要求 。