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高壓電機(jī)絕緣云母帶用膠粘劑的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
點(diǎn)擊次數(shù)：1994 發(fā)布時(shí)間：2013-3-12
高壓電機(jī)絕緣云母帶用膠粘劑的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
云母帶因可滿足高壓電機(jī)對(duì)絕緣的一些要求,所以應(yīng)用非常廣泛。隨著電機(jī)電壓等級(jí)的提高,容量的不斷提升及高性能的不斷發(fā)展,對(duì)電機(jī)絕緣的要求也在不斷地提高,相應(yīng)的絕緣材料的研究也在進(jìn)行之中。
1 高壓電機(jī)絕緣用少膠云母帶
云母帶是一種復(fù)合絕緣材料,主要由三種材料組成:介電材料,補(bǔ)強(qiáng)材料,膠粘劑。按ＩＥＣ371的標(biāo)準(zhǔn),云母帶可以以膠粘劑的含量多少分為兩種,即多膠帶和少膠帶。這兩種云母帶在高壓電機(jī)的絕緣中都有應(yīng)用。多膠帶是指膠粘劑含量在35%以上的云母帶,通過液壓或模壓工藝作為電機(jī)絕緣。少膠帶則是指膠粘劑含量在4%～8%的云母帶,經(jīng)真空壓力浸漬（ＶＰＩ）工藝成為電機(jī)絕緣的一部分。以多膠帶為主體的電機(jī)絕緣,其云母含量不高,電氣性能、整體性、熱態(tài)性能均較差;不能耐電熱老化,導(dǎo)熱較差,導(dǎo)致電機(jī)溫升較大,因而不能滿足電機(jī)在向高電壓等級(jí)、大容量發(fā)展過程中提出的要求。而以少膠云母帶作為主體的電機(jī)絕緣,結(jié)合真空壓力浸漬（ＶＰＩ）工藝,可以為電機(jī)提供良好的絕緣性能,作為新一代主絕緣材料已受到越來越多的重視。
1.1 少膠云母帶簡介
少膠云母帶,簡稱少膠帶,具有與多膠帶*不同的工藝體系,即真空壓力浸漬（ＶＰＩ）工藝。其大致過程是:在用少膠帶包繞線圈后,將線圈浸入浸漬樹脂中,經(jīng)過抽真空、輸漆、加壓、降壓、滴漆、烘焙固化幾個(gè)過程,得到成品。這是一種*絕緣工藝,具有云母含量高、電氣性能優(yōu)良,絕緣壽命長、整體性好、耐熱性及耐熱老化性能優(yōu)良,可減薄絕緣厚度、導(dǎo)熱性好,可有效降低電機(jī)溫升及工藝簡單,生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)。
少膠云母帶中的介電材料主要采用的是大鱗片粉云母紙。補(bǔ)強(qiáng)材料一般采用電工用無堿玻璃布, 還有各種薄膜,如聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜等,且一般采用單面補(bǔ)強(qiáng)。使用補(bǔ)強(qiáng)材料主要是為了提高云母帶的機(jī)械強(qiáng)度,使其能夠承受包扎過程中較大的張力,避免云母帶受到大的損傷,同時(shí)它也成為固化后絕緣的骨架。目前有些公司也在部分采用價(jià)格便宜的聚酯無紡布作補(bǔ)強(qiáng)材料。
在少膠云母帶的3個(gè)組分中,膠粘劑是zui重要的組成部分。目前大都采用環(huán)氧樹脂作為膠粘劑的主體成份,主要是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂固化后粘結(jié)性好,固化收縮率小,并且具有良好的電氣、機(jī)械性能和耐潮耐化學(xué)性。同時(shí)還有不飽和聚酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、有機(jī)硅樹脂、改性二苯醚樹脂等。
1.2 少膠云母帶中的膠粘劑
膠粘劑影響線圈絕緣性能的表現(xiàn)主要有二個(gè)方面,其一是膠粘劑含量,一般是越少越好。在包繞線圈后,經(jīng)ＶＰＩ工藝處理時(shí),線圈內(nèi)部的空氣是否容易排出,與膠粘劑含量有直接的關(guān)系。另外,膠粘劑含量高則使浸漬樹脂的相容難度增大,同時(shí)使高溫（155℃）時(shí)的ｔａｎδ值也增大,這也說明了ＶＰＩ工藝必須采用少膠云母帶的原因。其二是膠粘劑本身性能問題,因?yàn)槟z粘劑既要能夠滿足少膠云母帶的粘合性能,在高溫（155℃）時(shí)具有很低的ｔａｎδ值,又要同時(shí)與浸漬樹脂有很好的相容性。另要求制成的少膠帶應(yīng)具有足夠的柔軟性,以利于包繞線圈;具有良好的透氣度和滲透性,以利于在ＶＰＩ浸漬過程中絕緣層內(nèi)空氣與揮發(fā)物的抽出,以及樹脂的浸透。
對(duì)膠粘劑的三大性能要求為:（1）膠粘劑自身有良好的機(jī)械性能、電氣性能、耐熱性等;（2）膠粘劑要具有良好的工藝性,容易滲透;（3）膠粘劑要與浸漬樹脂有良好的相容性。
目前,在少膠云母帶中使用zui多的膠粘劑是雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂,其結(jié)構(gòu)具有如下特征]:①大分子鏈的兩端是反應(yīng)活性很強(qiáng)的環(huán)氧基;②分子主鏈上有許多極性醚鍵;③分子鏈上同時(shí)含有較多的羥基;④分子主鏈上還有大量的苯環(huán)、次甲基和異丙基;⑤-Ｃ-Ｏ-鍵的鍵能高;⑥長的分子鏈具有一定的柔順性。
這些結(jié)構(gòu)特征使得環(huán)氧樹脂具有如下一些特點(diǎn):（1）固化物具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度;（2）固化物具有較高的耐腐蝕性;（3）固化物有良好的電氣性能。雙酚Ａ環(huán)氧樹脂既屬于此類物質(zhì),上述特點(diǎn)使雙酚Ａ環(huán)氧樹脂得到了大量應(yīng)用。另外,雙酚Ａ環(huán)氧的原材料易得,成本較低,產(chǎn)量較大,也是一個(gè)廣泛應(yīng)用的原因。
但是,雙酚Ａ環(huán)氧樹脂的耐熱指數(shù)基本上在130℃左右,而且柔韌性較差,不能滿足少膠帶的工藝以及使用要求。因此須對(duì)雙酚Ａ環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性,提高其耐熱性和柔軟性。改性的方法要不僅可以提高雙酚Ａ環(huán)氧樹脂的耐熱性和柔軟性,而且還不能降低其機(jī)械性能和電氣性能,以及耐腐蝕性等。作為膠粘劑對(duì)其使用的改性方法主要是使用耐熱不飽和聚酯改性。在提高耐熱性和柔軟性的同時(shí),由于聚酯同樣有良好的電氣性能、耐腐蝕性,可以滿足少膠帶的要求。
其它有機(jī)硅和二苯醚類在固化時(shí)會(huì)有一些小分子放出,這些低分子會(huì)有一部分夾在已固化的絕緣層內(nèi),嚴(yán)重影響絕緣的常態(tài)和熱態(tài)介質(zhì)損耗。如果在ＶＰＩ浸漬時(shí)嚴(yán)格控制工藝參數(shù),得到的絕緣性能會(huì)有一定的改善。
2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
目前,電機(jī)在向著高電壓等級(jí),高功率、大容量、高性能等方向發(fā)展,促使電機(jī)絕緣向如下幾個(gè)方向發(fā)展:（1）高耐熱等級(jí):電機(jī)工作的電壓等級(jí)的提高、容量的增大,使得電機(jī)在工作時(shí)放出的熱量大幅度增加,因此必須提高絕緣材料的耐熱等級(jí)才能保證電機(jī)的正常使用;（2）高性能:包括電氣性能、機(jī)械性能、耐化學(xué)性、耐環(huán)境性等;（3）減薄絕緣厚度:由于電機(jī)放熱的增加,為保證電機(jī)的使用要求,必須要降低電機(jī)溫升,因此需要降低絕緣厚度;（4）低成本:包括使用低成本的原材料,以及低成本的工藝技術(shù)和質(zhì)量控制等方面。
2.1 國外少膠帶用膠粘劑的發(fā)展及現(xiàn)狀
20世紀(jì)40～50年代,國外先后研制成功多膠帶、少膠帶,并將其應(yīng)用于電機(jī)的生產(chǎn)中。當(dāng)時(shí)使用的膠粘劑受材料所限,主要為瀝青、松香脂、蟲膠等天然樹脂,或是酚醛、醇酸等合成樹脂。耐熱等級(jí)主要是Ａ、Ｅ級(jí)。20世紀(jì)60～70年代環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂,以及有機(jī)硅樹脂得到了發(fā)展,并在少膠帶中獲得了應(yīng)用。并且隨著ＶＰＩ工藝的發(fā)展,這一時(shí)期的少膠帶的應(yīng)用開始逐步擴(kuò)大。此時(shí)的少膠帶的耐熱等級(jí)上升到了Ｂ級(jí),少數(shù)達(dá)到了Ｆ級(jí)。到了20世紀(jì)80、90年代,改性環(huán)氧樹脂、改性聚酯樹脂的發(fā)展,以及高性能薄膜作為補(bǔ)強(qiáng)材料的使用,使得云母帶的性能有了大幅提升。耐熱等級(jí)普遍達(dá)到了Ｆ、Ｈ級(jí)。并且在逐步向Ｃ級(jí)發(fā)展