加成型有機(jī)硅浸漬漆目錄

隨著人們對(duì)有機(jī)硅材料研究的不斷深入,其優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域被專家學(xué)者密切關(guān)注,得到了廣泛的認(rèn)可。熱固性有機(jī)硅樹(shù)脂是有機(jī)硅材料分類中一個(gè)重要的分支,它的主體骨架是聚硅氧烷結(jié)構(gòu)。硅氧鍵具有很高的鍵能(443.7kg/mol)和很高的離子化傾向(51%),具有突出的熱氧化穩(wěn)定性能 。

有機(jī)硅浸漬漆是以有機(jī)硅樹(shù)脂為漆基的絕緣材料,是高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固性聚硅氧烷體系,由含Si-CH=CH2和Si-H基團(tuán)的聚甲基苯基硅氧烷在鉑催化作用下發(fā)生加成反應(yīng)而交聯(lián)固化合成有機(jī)硅浸漬漆。該浸漬漆在VPI(真空壓力浸漬)工藝上有著很好的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)了一套全新的C級(jí)有機(jī)硅絕緣系統(tǒng),浸漬樹(shù)脂采用3551加成型無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂,通過(guò)幾次技術(shù)引進(jìn)和分析可以確認(rèn),C級(jí)無(wú)溶劑有機(jī)硅浸漬樹(shù)脂將是重載機(jī)車(chē)交流變頻牽引電機(jī)和高速動(dòng)車(chē)變頻牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)的首選方向。在應(yīng)用過(guò)程中研究含Si-CH=CH2與含Si-H的聚甲基苯基硅氧烷的合理加成配比及其對(duì)浸漬漆性能的影響是非常必要的 。

與縮合型液體有機(jī)硅浸漬漆相比,加成型有機(jī)硅浸漬漆具有漆樣自身不含有機(jī)溶劑不污染環(huán)境、在固化過(guò)程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物、收縮率小、能深層固化、生產(chǎn)周期短且效率高等優(yōu)點(diǎn)。此外,在應(yīng)用工藝上加成型有機(jī)硅浸漬漆還具有浸漬應(yīng)用工藝和后處理工序簡(jiǎn)便、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,并可節(jié)約能耗和勞動(dòng)力的優(yōu)勢(shì),能夠滿足目前電機(jī)制造過(guò)程中普遍采用的真空壓力浸漬(VPI)絕緣處理工藝的要求,并得到無(wú)氣隙的整體性能優(yōu)良的絕緣結(jié)構(gòu) 。

加成型有機(jī)硅浸漬漆通常由基礎(chǔ)樹(shù)脂(聚甲基苯基乙烯基硅氧烷)、交聯(lián)劑(聚甲基苯基氫硅氧烷)、活性黏度調(diào)節(jié)劑(其分子組成基本同基礎(chǔ)樹(shù)脂)、催化劑(過(guò)渡金屬如鉑、鎳、銠等的配合物)、抑制劑組成。其固化機(jī)理是交聯(lián)劑中的Si-H基和基礎(chǔ)樹(shù)脂中的Si-CHCH2基發(fā)生硅氫加成而固化成膜 。

基礎(chǔ)樹(shù)脂:聚甲基苯基乙烯基硅氧烷是加成型有機(jī)硅浸漬漆的基礎(chǔ)樹(shù)脂,它屬一類低分子的預(yù)聚物,摩爾質(zhì)量分布較窄,黏度較低,較適合于浸漬處理工藝。根據(jù)漆膜的性能要求,聚甲基苯基乙烯基硅氧烷中Si-CHCH2含量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。Si-CHCH2含量太低,交聯(lián)密度小,漆膜固化性能差,強(qiáng)度不夠;反之,則交聯(lián)密度過(guò)大,漆膜變脆,伸長(zhǎng)率變小、耐老化性能不好 。

交聯(lián)劑:聚甲基苯基氫硅氧烷是加成型有機(jī)硅浸漬漆的交聯(lián)劑,其分子中的Si-H在鉑催化劑作用下能與基礎(chǔ)樹(shù)脂中的Si-CHCH2進(jìn)行加成反應(yīng)而使浸漬漆固化成膜。在配制加成型有機(jī)硅浸漬漆時(shí),應(yīng)注意交聯(lián)劑中硅氫基與基礎(chǔ)樹(shù)脂中Si-CHCH2的量之比,只有使它們相匹配,才能得到性能最佳的浸漬漆?？紤]到乙烯基的充分利用和硅氫鍵的損耗,一般Si-H基稍過(guò)量為宜 。

活性黏度調(diào)節(jié)劑:活性黏度調(diào)節(jié)劑又名活性稀釋劑 , 是一類聚甲基苯基乙烯基硅氧烷 , 其作用是為了調(diào)節(jié)浸漬漆的黏度 。

催化劑:

元素周期表中第Ⅷ族過(guò)渡金屬的配合物對(duì)Si-H基和Si-CHCH2基的加成反應(yīng)幾乎都有催化效果,但在加成型有機(jī)硅浸漬漆中通常都采用各種形式的鉑及其化合物和配合物作催化劑 。

目前主要使用均相催化劑,這類催化劑是將氯鉑酸溶于異丙醇等溶劑中。其中使用較普遍的是氯鉑酸與鏈烯烴、環(huán)烷烴、醇、醛、醚等形成的配合物,因?yàn)檫@種催化劑比非均相催化劑具有更高的活性和選擇性;但大部分活性較高,使浸漬漆凝膠化過(guò)快,安全操作時(shí)間太短。若以鉑計(jì),鉑催化劑用量的最低限度應(yīng)為基礎(chǔ)樹(shù)脂與交聯(lián)劑總質(zhì)量的1.0×10-7;但考慮到因體系不純而使鉑中毒的可能性,實(shí)際用量一般為(1~20)×10-6。鉑催化劑用量過(guò)高,既不經(jīng)濟(jì),又增加抑制劑的用量。除了可溶性鉑外,在加成型有機(jī)硅浸漬漆催化劑中也有使用其它金屬催化劑的報(bào)道,如鈷、釘、銠等,這些催化劑尚處于研究階段,不一定適用于工業(yè)化生產(chǎn)。例如,銠的價(jià)格比鉑高10倍左右,盡管用量可能低,但仍不夠經(jīng)濟(jì)。由于催化劑在反應(yīng)中要經(jīng)歷數(shù)以萬(wàn)次的位置轉(zhuǎn)移,而且體系黏度會(huì)迅速增大,因此,催化劑在有機(jī)硅浸漬漆中的溶解度很重要;其次,催化劑的催化速度也要適當(dāng) 。

抑制劑:基礎(chǔ)樹(shù)脂、交聯(lián)劑和催化劑混合之后可以在室溫下發(fā)生加成反應(yīng)。為了使浸漬漆能夠在常溫下穩(wěn)定貯存并能重復(fù)使用。要求有機(jī)硅浸漬漆在一定溫度以下幾乎不反應(yīng),而達(dá)到一定溫度后再迅速反應(yīng)。抑制反應(yīng)的方法通常是加入抑制劑。抑制劑能與鉑催化劑形成如下平衡:催化劑+抑制劑催化劑·抑制劑當(dāng)溫度高時(shí),平衡趨向左方,有利于催化加成反應(yīng)。有效的抑制劑可以讓浸漬漆放置相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,只有加熱到一定溫度才失效。抑制劑分兩類,一類是作為添加劑加入膠料中,與鉑作用阻滯其活性;另一類是事先制成具有抑制性配合物(復(fù)合催化劑),從而抑制鉑的催化活性。使用較普遍的抑制劑是相容性好的炔醇類化合物、含氮化合物、有機(jī)過(guò)氧化物等,加入量一般為基礎(chǔ)膠質(zhì)量的1%~5% 。

有機(jī)硅浸漬漆是一類以硅氧鍵為主鏈結(jié)構(gòu)、以有機(jī)基團(tuán)為側(cè)基的高分子材料。它具有卓越的阻燃、防水、耐電暈、熱氧化穩(wěn)定性和絕緣性能。除具有上述普通縮合型有機(jī)硅浸漬漆特點(diǎn)之外,加成型有機(jī)硅浸漬漆還具有不含有機(jī)溶劑、固化過(guò)程中無(wú)低分子物放出的優(yōu)點(diǎn),是一種很有發(fā)展前景的新型絕緣品種。可用于交直流電機(jī)、浸漬型干式變壓器、電源變壓器等電氣設(shè)備的浸漬絕緣處理 。

在國(guó)外,著名牽引電機(jī)制造商對(duì)于干線高速機(jī)車(chē)牽引電機(jī)已普遍采用加成型無(wú)溶劑有機(jī)硅浸漬漆。早在20世紀(jì)70年代已研制出在200~220℃連續(xù)工作的無(wú)溶劑硅樹(shù)脂,90年代各國(guó)在車(chē)輛電機(jī)中大批量使用,最有代表性的是乙烯基-苯基-甲基有機(jī)硅樹(shù)脂。交流變頻牽引電機(jī)絕緣采用的是H62A/B雙組分加成型無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂體系的絕緣結(jié)構(gòu) 。

在國(guó)內(nèi),為適應(yīng)鐵路高速、重載發(fā)展的需要,著名的電力機(jī)車(chē)制造商之間展開(kāi)了廣泛的技術(shù)合作,并先后引進(jìn)了交-直電力機(jī)車(chē)、交傳機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。牽引電機(jī)及其絕緣系統(tǒng)作為機(jī)車(chē)的心臟部件與核心技術(shù),被納入核心技術(shù)引進(jìn)的重要范疇。其中采用最多的就是無(wú)溶劑有機(jī)硅浸漬漆。1987年,成功研制出國(guó)內(nèi)單機(jī)功率最大的8K型電力機(jī)車(chē)TAO649D型直流牽引電機(jī),其絕緣系統(tǒng)采用了220℃級(jí)有機(jī)硅絕緣體系,其浸漬漆為16633單組分無(wú)溶劑有機(jī)硅浸漬樹(shù)脂;2003年引進(jìn)了一套全新的C級(jí)有機(jī)硅絕緣系統(tǒng),浸漬樹(shù)脂就是3551加成型無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂,該絕緣系統(tǒng)已成功應(yīng)用在出口哈薩克斯坦的KZ4A型交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)牽引電機(jī)上;而2005年從西門(mén)子引進(jìn)的DJ4機(jī)車(chē)牽引電機(jī)是采用了H62A/B雙組分無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂為浸漬漆的C級(jí)絕緣體系;同年與龐巴迪公漬樹(shù)脂就是3551加成型無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂,該絕緣系統(tǒng)已成功應(yīng)用在出口哈薩克斯坦的KZ4A型交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)牽引電機(jī)上;而2005年從西門(mén)子引進(jìn)的DJ4機(jī)車(chē)牽引電機(jī)是采用H62A/B雙組分無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂為浸漬漆的C級(jí)絕緣體系;成功研制出用于低地板電車(chē)交流牽引電機(jī),也是采用220℃級(jí)有機(jī)硅絕緣體系,其浸漬漆為H62雙組分有機(jī)硅無(wú)溶劑浸漬樹(shù)脂。

通過(guò)南車(chē)集團(tuán)的幾次技術(shù)引進(jìn)可以認(rèn)為,C級(jí)無(wú)溶劑有機(jī)硅浸漬樹(shù)脂將是重載機(jī)車(chē)交流變頻牽引電機(jī)和高速動(dòng)車(chē)變頻牽引電機(jī)C級(jí)絕緣系統(tǒng)的首選方向 。

(1)通過(guò)氯硅烷的水解縮聚合成了加成型無(wú)溶劑有機(jī)硅樹(shù)脂,用FT-IR和GC-MS對(duì)其進(jìn)行表征,證明所合成的樹(shù)脂為含有Si-CH=CH2的甲基苯基有機(jī)硅樹(shù)脂 。

(2)對(duì)浸漬漆固化后進(jìn)行TG-DTG檢測(cè)并對(duì)硬度、吸水率和電性能的表征,證明含Si-CH=CH2和Si-H基團(tuán)的聚甲基苯基硅氧烷以質(zhì)量比為2.2∶1配制時(shí),有機(jī)硅浸漬漆的性能比較優(yōu)越 。