耐高温漆包线漆的研究进展

引言

随着经济和人民生活水平的提高,漆包线漆在 和民生领域的需求都在迅速增长。作为一种电绝缘性能优良的涂料,漆包线漆是电工设备中必不可少的材料,其品质直接关系到电气设备的经济技术指标和运行寿命。由于电机电器朝体积小、功率大的趋势发展,而线圈在运行中会产生大的热量,因此对绝缘材料的耐热等级要求越来越高,而核动力和宇宙空间技术的发展对绕组线提出了更苛刻的耐高温要求,同时,绕组的机械化和高速化进程要求绕组线具有良好的表面性能。

 

漆包线漆概述

漆包线由裸导线和包覆在其外的绝缘漆膜两部分组成,通过涂线后绕成线圈再浸涂粘结树脂使各匝导线粘结在一起。漆包线漆性能的优劣、工艺裕度的大小和质量的稳定与否都会直接影响漆包线的性能。在漆包线生产加工过程和电机电器运行中会产生各种错综复杂的机械应力如摩擦、弯曲、拉伸、压缩、冲击应力等,所以漆膜应具有弹性和柔韧性。此外,漆膜还要能经受应力状态下的温度急变和热、电、机械应力的联合作用[1]

 

耐高温漆包线漆典型品种简介

漆包线漆属于电气绝缘漆,它的主要成分和关键因素是基体树脂,树脂的性能直接决定了漆的性能和适用范围[2]。根据使用温度可将漆包线漆分为不同的耐热等级,将耐温<180 的绝缘漆称为一般漆包线漆,耐温≥180 的漆称为耐高温漆包线漆。

2.1 聚酯亚胺漆包线漆

聚酯亚胺漆包线漆于20 世纪60 年代由德国BECK公司通过酰亚胺基团改性聚酯获得,在国际上是180 级漆的主要品种。该产品具有较好的电气性能和机械强度,且耐热冲击和耐软化击穿,在180级及以上复合涂层漆包线制造中作为底漆涂层的主要材料,在耐高温和耐氟利昂的电机电器中得到广泛应用。我国于80 年代从德国BECK和意大利SIVA引进聚酯亚胺漆制造技术,李强军等[3]基于高分子链适度交联理论,用二元酯、乙二醇和塞克通过酯交换得到两端含羟基的聚酯树脂,再进行亚胺化生成聚酯亚胺树脂,其结构如图所示。结果表明,塞克的使用提高了漆的耐热性能,增强了漆膜的强韧性;引入亚胺基团显著改善了漆膜的强度、弹性、耐热冲击和软化击穿性能。卢军彩等[4]通过将耐热的亚胺环氧引入到传统聚酯亚胺中,改性获得了一种H级不饱和聚酯亚胺无溶剂浸渍漆,提高了漆膜的高温粘结力。国产的不饱和聚酯亚胺无溶剂浸渍漆应用在风力发电机上其介质损耗低、电气强度高、抗潮湿防电晕效果好,绝缘状况稳定,发展前景良好[5]

 

2.2 聚酰胺酰亚胺漆包线漆

聚酰胺酰亚胺(PAI)主链结构中同时具有耐热的亚胺环和柔性的酰胺基团,于20 世纪60 年代中期首先由AMOCO公司研制成功,其耐热性高,可在210 下长期使用,除具有良好的介电性能、力学性能、耐化学腐蚀、耐冷冻剂性能外,还大幅提高了与导体的粘合性及可绕性,同时耐磨性也有所提高,是一种综合性能优良的级耐高温漆包线漆,大部分用于制造复合涂层耐热性漆包线的外涂层,在欧美国家已被视为一般用途的漆包线漆。与聚醚酰亚胺形成的复合漆包线是世界上耐高温漆包线的主要品种,广泛用于牵引电机、密封电机,特别是耐冷冻压缩机线圈的制造上。我国于20 世纪7080 年 始研发PAI漆,90年代引进欧洲制造技术,该漆包线的质量与国际水平持平。李楠等[6]将氟基团引入PAI聚合物中,提高了其溶解性和柔韧性,依靠氟原子的疏水性降低了PAI 的吸水率,同时有效提高了其介电性能、透光率和热氧化稳定性。用制得的自粘性耐高温电磁线漆与聚酰亚胺底漆复合涂制电磁线,绕制线圈,经过热熔可使线圈成一整体,提高了电机线圈的整体性、机械强度和表面光滑性。为满足高速绕线的要求,张俊等[7]发明了一种制备自润滑PAI绝缘漆的方法,通过在PAI树脂中添加润滑剂、有机硅等使摩擦系数显著降低,满足其在冰箱压缩机中的应用。

 

聚酰亚胺漆包线漆

3.1 聚酰亚胺漆包线漆的性能优势

聚酰亚胺是一种五元环链聚合物,聚酰亚胺大分子吸水率低,大量酰亚胺基团闭环,碳氮键处在五元杂环的保护之下,稳定性好[8],从20 世纪5060 年代起,迅速发展成为最有价值的耐高温材料之一。聚酰亚胺问世之初首先被用于制漆,19 世纪60年代Du Pont 公司公布了Pyre-ML 聚酰亚胺漆及其应用于电机上的试验结果。结果表明,聚酰亚胺漆用于耐高温电机电器、电子元件的线圈绕组,不仅漆膜硬度和非软化性很大,而且对导体粘合力较高,最先得到产业化,被用作电磁线的绝缘涂层和柔性印刷线路板用聚酰亚胺覆铜箔。现代集成技术要求介电材料的耐热温度在450 以上,同时还应有优良的力学性能以防止龟裂的产生和发展、低的缺陷密度、低吸水率和高环境稳定性。聚酰亚胺漆包线漆在使用性能上远远优于其他品种,大大延长了漆包线的高温使用期限。只有漆膜的耐磨性稍次于聚酯和聚乙烯醇缩醛涂层,但若改善聚酰亚胺漆包线的热处理条件或者将漆用于多层漆包线的底层,此性能就会得到改善[9]

3.2 聚酰亚胺漆包线漆的制备与应用研究

目前合成聚酰亚胺的途径有很多,包括熔融缩聚法、溶液缩聚法、界面缩聚法等,可以根据应用目的不同进行选择。其中溶液缩聚法是当前较为成熟的合成方法,它首先由二元胺和二元酐预聚得到聚酰胺酸溶液,然后在高温下亚胺化制得(包括热亚胺化、化学亚胺化、异酰亚胺化等),该法特别适合于合成芳香族聚酰亚胺。1959 Du Pont 公司首次报道了两步法合成聚酰亚胺的工艺,随后成为使用最广泛的合成路线[10-14]。通过二元酐和二元胺在高沸点溶剂如酚类溶剂中加热缩聚可以一步得到粘度低而固含量较高的聚酰亚胺溶液,在一定加工温度下得到低粘度的熔体,方便成型加工,这种方法被用于制备热固性聚酰亚胺材料。一般合成聚酰亚胺的过程中都不产生无机盐类副产物,这对于制成电机绝缘材料十分有利,消除了副产物污染所导致绝缘老化加速的影响。

漆包线漆必须具有合适的分子量和均匀的分子量分布,经过精细过滤,使得漆膜均匀,不产生缺陷。密封电机通常是在高速绕线设备上生产,在绕线时漆包线需承受一定的张力,因此要求漆包线表面具有良好的耐磨性和润滑性,解决的方法是在漆包线表面涂覆一层自润滑漆膜[15]。目前我国漆包线漆行业耐高温、高附加值的漆种产量规模较小,大部分依赖进口。随着时代的发展,漆包线用户在耐高温和其他特殊性能上提出越来越高的要求,各种耐电晕、耐冷媒、自粘性复合漆包线应运而生,并逐步取代单一漆包线。美国Phelps Dodge 公司在20世纪90 年代生产的复合漆包线达总产量的2/3,欧洲BECK 公司的耐高温和复合漆包线漆产品达90%以上。将聚酰亚胺漆包线漆应用到复合漆包线中,既能发挥其优越的耐高温特性,又能有效降低制造成本。

聚酰亚胺在基材上形成涂层膜用作半导体绝缘膜或者液晶定向膜,广泛用于电学和电子领域中的保护材料或绝缘材料。涂覆后溶液的流动性对成膜光滑起到重要作用,可以调匀涂膜表面的不规整,但聚酰亚胺的常用溶剂常因表面张力大而流动性差。MISHINA MAKOTO [16]将二胺溶于极性非质子溶剂中,再加入四羧酸二酸酐反应获得聚酰胺酸溶液,将其溶于5%60%重量的丙二醇衍生物(其结构如图所示)的有机溶剂中制得漆,涂覆于基材上,在120250 范围热亚胺化,最终在基材上形成均匀平整的聚酰亚胺漆涂层。

以均苯四甲酸二酐和4,4’-二氨基二苯醚合成绝缘漆,涂覆于玻璃片上烘烤制得薄膜,然后采取不同的亚胺化工艺制备聚酰亚胺漆膜。采用红外光谱图中725 cm-1特征波数计算了均苯型聚酰亚胺绝缘漆在不同亚胺化工艺下的亚胺化率,结果发现温度是控制均苯聚酰亚胺绝缘漆亚胺化的关键,300 可完成亚胺化,亚胺化程度越高其电气绝缘性能和机械性能越好,但其电气强度在300 亚胺化温度时开始出现下降的趋势。李同生等[20]根据有机无机纳米复合的理念,将粘土、固化润滑剂和聚酰胺酸的溶液喷涂在基材上,热处理形成增韧耐磨的聚酰亚胺漆涂层膜,它除了具有高机械强度、耐热耐腐蚀的性能外,还具有低摩擦、耐磨损的特性。有机无机纳米复合是新兴的提高分子材料综合性能的技术,整合了无机材料的耐热性、低热膨胀系数和有机聚合物的韧性、延展性及其可加工性,同时无机纳米微粒的尺寸效应大大增加了无机纳米微粒与高聚物之间的作用,提高了其强度、韧性、可塑性。徐伟红等[21]针对电机定子部件绕包线苛刻的技术要求,发明了一种包含多层绝缘层的铜扁线。使用聚酰亚胺薄膜提高了其耐电压击穿性能,云母提高了其耐电晕性,玻璃丝增加了绕包线的柔韧性,而自粘漆加热后对线圈起到定型作用。

 

3.3 聚酰亚胺漆包线漆的改性设计

聚酰亚胺规整的刚性链分子结构和结晶性使聚酰亚胺存在较强的分子间作用,使分子链紧密堆积,赋予了其突出的综合性能,但同时具有不溶不熔、难于加工;其薄膜硬而脆且强度不够;粘接性能不理想;固化温度高、合成工艺难等缺陷。例如在聚酰亚胺漆包线漆的生产中,漆液固含量低而粘度高是目前存在的主要问题,国内聚酰亚胺漆包线漆的固含量通常只有20%左右。漆包线漆多用甲酚、 作为溶剂,对人体和水质、大气会造成严重损害,因此,如何减少有害溶剂用量,改变溶剂体系等成为漆包线漆行业急需解决的问题。漆包线漆通过提高固含量和降低粘度就能简单的降低溶剂含量,不仅可以节约原料,也可以节约能源,减少涂漆毛毡损耗,降低涂漆难度[22-23]。为研制高固含量的耐高温漆包线漆,并且获得柔韧、综合性能良好的漆膜,需对聚酰亚胺的分子结构进行合理设计。为满足不同的需求现已研发出众多品种的聚酰亚胺,开发具有合成价值的单体对聚酰亚胺的发展非常有意义。虞鑫海等[24]利用对苯二酚、2,4-二硝基氯苯和碳酸钾在N,N-二甲基甲酰胺和甲苯的混合溶剂体系合成1,4-(2,4-二硝基苯氧基)苯;然后,在Pd/C-水合肼体系中合成了一种新型的四氨基芳香族化合物1,4-(2,4-二氨基苯氧基)苯,以其为支化单体,联用4,4'-二氨基二苯醚与均苯四甲酸二酐在强极性非质子有机溶剂中进行聚合反应,得到了粘稠状的支化型聚酰胺酸溶液,经涂膜、热亚胺化,得到了相应的支化型聚酰亚胺薄膜。接触角测试表明引入支化结构有利于提高聚酰亚胺的疏水性,降低吸水率。热失重分析显示此类聚酰亚胺的耐热性能优异,其起始热分解温度达到590.9 。这种独特的高支化聚酰亚胺分子结构在保证耐高温前提下为改善漆包线漆的柔韧性提供了新思路[25-28]。陈荆晓[29]采用两步法合成主链含氟的可溶性聚酰亚胺后,利用氯甲基作为活性基团,分别在主链成功引入单三苯甲基化1n-二醇刚性侧链或聚丙二醇单丁醚侧链,并且制备了具有不同接枝率的聚合物。结果表明,聚酰亚胺经侧链修饰,介电常数明显降低,溶解性能得到改善,为其在介电材料中的应用打下良好基础。

 

结束语

在机电、家电、电子产品消费激增的带动下,国内漆包线市场需求几年前已突破60 万吨,预测到2015 年将达到160 万吨。生产企业已经开始向科技型生产企业转型,开始生产用于继电器、微特电机、微型和高精密电子元器件领域的微细漆包线等。提高漆包线的耐热性是国内外漆包线行业一直积极努力的方向。聚酰亚胺可以对处于高温、高压、高辐射环境工作中的电机起到绝缘作用。如何降低聚酰亚胺漆包线漆的生产成本,进一步改进现有产品的性能,加快实现国产化已经成为目前重点研究方向和发展趋势。

 

北美电磁线技术

摘要:漆包线绝缘漆在过去50年已日趋成熟,可耐极高温,具有很高的电气和机械性能。本文介绍的就是北美电磁线行业的历史与现状。

术语:电磁线-亦称绕组线,是一种单股绝缘线,铜制或铝制,用于制造电机、发电机、变压器和其他采用电磁场的设施上的线圈。
聚合物-是一种高分子量的塑料或树脂材料。对电磁行业有意义的就是那些能够形成连续涂膜的聚合物。
溶 剂-是用溶解聚合物的化合物,其结果是使粘度变小,并让聚合物能涂成薄膜。
电磁线漆-也称绝缘漆,是涂在线表面经烘烤形成连续电绝缘膜的聚合物溶液。

一、 北美市场
1、 电磁线生产厂家
我们今天所了解的北美电磁线产业起源于1912年,当时乔治.雅各布斯在印第安那州福德文镇建立了他的小型电磁线公司-杜迪罗制造公司(The Dudlo Manufacturing Company)。雅各布斯是最早开发合成弹性涂料替代棉纤维作线绝缘层的先驱之一。
到1927年,杜迪罗公司使得福德文镇成为世界电磁线之都,1929年成立了Phelps Dodge公司-当时称作英加制造公司(Inca Manufacturing Company)。1933年维克特里亚在同一城市建立了亚电磁线公司(Rea Magnet Wire Company)。1936年,杜迪罗公司将其总部迁往纽约州,但爱塞克斯电线公司(Essex)决定利用杜迪罗的部分旧厂房生产电磁线。
美国当今四大电磁线生产厂家为:
阿尔卡特(Alcatel)电磁线公司(肯塔基、密苏里和加拿大安大略)
爱塞克斯(Essex)集团(印第安那)
菲尔普斯道奇(Phelpa Dodge)电磁线公司(印第安那、肯塔基、北卡罗来纳和得克萨斯)
里亚(Rea)电磁线公司(印第安那和新墨西哥)
其他主要生产厂家有:
Elektrisola公司
Femco电磁线公司(印第安那)
通用电气公司
Mahnetek公司
住友电磁线美国公司(肯塔基)
另有一些小型工厂:略

其中许多公司专业生产微细线或特种用途线。
Condumex 和Magnekon这两家公司将总部设在墨西哥。Elektrsola和Phelps Dodge在墨西哥也有厂房,Essex也准备在那儿建厂。另IUSA在墨西哥也有厂。

2、 电磁线绝缘漆生产厂家
P.D.George公司,在美国和墨西哥建有生产设施,是目前北美最大的电磁线绝缘漆和
被浸渍漆厂家。他的业务包括电工绝缘涂料、密封剂和拉罐化合物。公司成立于1996年阿尔塔纳集团收购,加入其他三家绝缘漆厂-Dr.Wiedeking(德国),Deatech-Siva(意大利)和Rembrandtin公司(奥地利)的行列。
斯堪纳迪(Schenectady)国际公司,是一家专业生产烷基苯酚的全球化公司。尽管成立的时候为电工绝缘公司,但目前绝缘漆和浸渍漆的销量只占其销售的很小一部分。斯堪纳迪在加拿大和墨西哥建有工厂,最近还收购了Dr.Beck公司(德国和英国)。
兰巴(Ranbar)公司,即以前在宾夕法里亚的工厂。他们生产浸渍漆及部分特种绝缘漆。在浸渍漆方面与斯堪纳迪公司有生产和销售协议。
Von Roll Isola公司是以前的通用电气绝缘材料分部。开始以IMI公司成在,但很快被瑞士的Von Roll Isola公司收购。
在美国,有两家电磁线生产公司建有自己的绝缘漆厂。
Phelps Dodge公司和Essex公司
也有几家欧洲公司在北美建有小型绝缘漆生产设施;
Herberts在墨西哥城北部建有工厂
Sandolin是位于加拿大安大略的稀释工厂,稀释等公司的中间体。
二. 生产制造
1. 厂房地理选位
美国依然在其本土范围内拥有很大的电磁线生产能力。过去数年,由于从经 济方面和贸易方面的考虑,也促使墨西哥生产扩大。
Elektrisola和Phelps Dodge在墨西哥的工厂分布在北部,可以供应以美国为基地的公司在边界两边 的需求。
加拿大的电磁线生产能力相对小一些。
2. 设备
尽管老一点的设备在北美众多电磁线厂家仍具有一定代表性,但新近也添置了一些新设备,主要从意大利西格玛和奥地利MAG引进。AUMANN在北美也卖了不少漆包线设备。
循环式漆包炉可以吸收从电磁线绝缘漆蒸发的溶剂,在催化板上将其燃烧,将其热量再利用。
带线上拉丝是新式漆包炉的普遍特征。将铜杆线径拉到所需规格然后直接输入漆包线膛涂漆。
涂线速度是检测单头电磁线生产能力的最终尺度。因为生产速度随线规而变化,不过在比较时通常使用的参照术语是VD值或DV值,即线规(mm)X线速(m/min)。例如,0.05的线规在生产速度为90m/min时的VD值为45。
老式漆包炉在高温期时的值只能在10~20之间。新式漆包炉在相同漆时DV值可以超过150。在涂低温期(如聚氨酯)时甚至更高。漆包炉厂家现在能够做到是漆烘烤固化能力超过设备放线收线的能力。
3、新技术
紫外烘培聚合物
主要的电磁线生产厂家一直在关注新技术,目前至少有三家已拥有小型设备利用紫外射线来烘烤绝缘漆涂料。
紫外树脂(UV)不含蒸发性溶剂,其溶剂作用的化合物是液体,典型的有
烯酸和甲基丙烯酸,他们在紫外线的作用下转变成固体。
其潜在的优点包括反应时间加快,并能形成一层无针孔薄膜,而传统溶剂在蒸发
可能造成表面缺陷。其缺点有毒,程泵奥,热性能不太好。
高固含量绝缘漆
有报道说至少有一家北美厂家在用高固含(>50%)的热容器生产线。这种涂漆方式需要特种模具及能将其保持在高温状态(>65℃)
因为溶剂被当作污染物排入大气时,人们则对高固含漆产生很大动力。溶剂的钱是花了,但却没有价值。
更新型的漆包炉能回收溶剂散发的热量,因此熔剂的成本也就不太重要。
电磁线生产厂家应按时刻记住,高固含漆在使用中需要更加仔细。简单地说,固含提高一倍,其漆涂覆的湿膜厚度必须减半,以便漆膜变干后仍然达到相同的厚度,使用中要保持同心,则必须要双倍的精确。
挤压工程树脂
一些昂贵的工程树脂如聚�^在薄腹膜中具有卓越的机械和电器性能.AMOCO等厂家现在正极力推荐将这些树脂用在需要耐久化学性能的应用方面。
三、电磁线生产
1、电磁线漆-聚合物化工
历史
用丝、棉或纸当电磁线绝缘层的应用可以追溯到1830年代晚期,一直朝着高机械性能、高热性能和高电性能的方向发展。
备注:以下的热级评定是按照ASTMD-2309标准在耐热20000小时寿命点而为依据的。

普通漆
首先使用聚合物是油性树脂型,有干性油和天然树脂制成。后来使用合成酚醛树脂。油性树脂溶解于方�N溶剂中,他们依靠金属催化剂催化,通过加热得到干燥和固化,机理类似于油基涂料。
这些漆种现在除某些特殊领域外已基本停止使用。

PVF漆(FORMVAR)
PVF树脂是最古老的合成涂漆之一,可追溯到1940年。地层树脂,通常品牌为 FORMVAR原Monsanto公司产、现Chisso产),是甲醛和水解的聚醋酸乙烯酯缩聚产物.其分子式结构包括乙烯甲醛\乙烯醇和醋酸乙烯酯等单元.
PVF树脂比较柔软,耐溶性能差.不过与酚醛树脂\三聚氰胺甲醛树脂或多异氰酸酯树脂配合使用可以获得更佳的性能.但PVF漆的热级被限制在120℃。
PVF漆的一个很大应用是在充油式的变压器线上,因为PVF漆抗油性非常好。
PVF也一直是相对昂贵的聚合物。考虑这个原因,目前很多配方都加入成本低廉的树脂来改性

聚氨酯(pu)
聚氨酯漆是40年代晚期在德国开发的。原来热级在105℃ ~130℃之间,现在以改进到
H级/180级℃,且性能更高。
聚氨酯漆实际上是两组系统构成的一种漆,这两各组分别为化学“分端”的多异氰酸酯树脂和聚酯或聚脂酰亚胺树脂。在炉膛加热时,异氰酸酯释放出“分端 ”剂(通常称为苯酚)后与聚脂反应形成热固聚氨酯涂层。
聚氨酯的特色是漆具有直焊性,也就是说,涂层在熔化的焊料上可以分解.因此电磁现在不剥去涂层的情况下可以焊接起来.这对高速生产是一大优势.尽管工业标准规定直焊温度在
360℃,不过很多厂家希望在320℃下直接数秒钟完成.

聚酰胺(尼龙)漆(PA)
尼龙6.6在作底漆时受到限制,不过作面漆却广泛使用,它可以改进PVF,PU和PE漆的物理性能和机械性能.
尼龙面漆可能作为简单的纤维或破膜碎片聚合物的溶液.这种聚合物的分子量可以使溶液在固含较低的情况下粘度较高。
尼龙6.6还可以与单有机酸反应解聚使粘度变低。这是可以加其它反应性聚合物在涂线时重建分子量。优点是高固含,成本效益比较好的漆。
它自身的热级只有105℃,但其主要用途是在PE和PU的底漆上再形成保护面层。

聚酯漆 (PE)
最简单的聚酯漆是对苯而甲酸,甘油和乙二醇反应的产品。这是典型的155℃级聚酯漆的基本组成。(虽然这些漆的热寿命炒过180级,其他性能如热冲却更近似于155℃级,除非表面再涂上尼龙)。
PU漆是在线上加聚进行反应,而PE漆则通过缩聚建立分子,即小分子结合形成大分子,同时释放水或乙二醇。
大多数北美用户在很久以前改用塞克改性聚酯。

赛克改性聚缘酯(THEICPE)
60年代起研究朝着比F更高的热稳定性发展。关键是寻找能替代三官能度甘油的物质,后来选择了三(2-羟已基)异氰脲酸酯,它能生产200℃绝缘漆。

塞克改性聚酯酰亚胺(THEIC PEI)
德国的研究工作更加前进一步,雅安化学被加入赛科举之中。赛克改性聚酯酰亚胺将一种通常称为双亚胺双酸(DID)的结构变成聚酯主体。DID是两个分子和一个亚甲基二苯分子反应的产物。
由于DID是双关能度的酸,他和容易并入聚酯漆的主体
酰亚胺特性使的涂料热冲性能更加突出。典型的塞克聚酯酰亚胺是200℃级。
另外在非塞克改性的聚酯酰绝缘漆还有小的分类。他们可以是155℃级或180℃级,有些直焊温度在455℃。可以在需要较高热塑流动温度的情况下代替聚氨酯。

聚酰胺酰亚氨漆PAI
聚酰胺酰亚胺漆首先有AMOCO进行商业利用。他们可以简单的是等分子量的TMA(AMOCO特产)和亚甲基二苯胺的反应。聚酰胺酰亚胺漆比聚酯漆和聚酯酰亚胺漆更贵,因此,只有在需要特别性能的时候才使用。主要使用作赛克聚酯和聚酯酰亚胺漆的面漆,使耐温度更加,耐刮性更强,热冲更好。
聚酰胺酰亚胺漆热级可以达到220℃。

聚酰亚胺漆(PI)
该漆在60年代有杜邦公司进行商业化利用,是最高温等级的有机涂料,聚酰亚胺是双酐和双胺的反应物质。不过这些聚合物在普通溶剂中是不溶的,因此很难用作涂线 。后来采取了半途中止酰亚胺反应才解决了这一难题,反应一半的物质聚酰亚胺酸在NMP中是可溶的。
当涂料覆在底层上加热后先亚胺化反应结束,形成一层不溶薄膜。
聚酰亚胺线过去一直当作220C级产品销售,因为这是正式认定的最高级别。不过,UL已经认定,聚酰亚胺漆20000小时热寿命已超过240℃,因而最近为他列了240℃级

自粘漆 (Bondcoats)
上面所述的绝缘漆都是热固聚合物溶液,也就是,在热力的作用下,溶剂蒸发,树脂反应,建立分子量,形成不容易变形的薄膜.
相反,自粘漆则是涂在以上任何漆种上的热塑聚合物.热塑聚合物由于受热而变形后重新组合..在实际应用中,热固底漆和自粘面漆在受热情况下将线粘结成特定形状.当然,不须注意选择软化温度高于线圈预计服务温度的自拈漆,,以使其在应用中不变形.。
自粘漆可以有不同聚合物组成:
环氧基/苯氧基-他们是基于双酚A和环氧氯丙烷反映物质的聚合物,类似于粘结剂中的环氧树脂,但分子量更高。
聚酰胺-很多种商用PA树脂可用作自粘涂料。做配方的人就是要对他们在过去不使用的领域的应用作出评估。 。不同树脂的混合物通常可获得特别的软化温度。
聚酯-线性聚脂是热塑的。另外,不同的商用树脂可供制定配方这作选择。
自粘漆必须在线圈中得到可靠的粘结,但在成型收入线盘后又不能在因受热或受潮而粘结。他们的热性能也意味着,在同一个炉膛中,要向他们不粘导轮和其他接触点,他们通常不直接涂在底漆上。有时候,他们必须有单独的涂漆操作。

3、 电磁线漆-溶剂化工
甲酚/芳香烃
电磁线绝缘漆最常用的溶剂是加酚,它是加酚和其他相关化合物的混合物,级可以是合成的,也可以是通过石油产品蒸镏而的。
聚酯、聚酯酰亚胺、聚氨酯、PFV和一些PA(尼龙),包括尼龙6.6,都可以在甲酚中溶解。
甲酚跟普通的芳�N如 相比价格要贵,所以它旨在要求溶解性能好和以涂线的情况下才使用。芳香�N可以部分替代甲酚酸,比例可达50%。不过烃不是真正的溶剂,只是能被其所容纳来降低成本。
其详实作用的溶剂还包括苯酚、商用间对甲酚和三甲基苯酚。

不含甲酚的溶剂
北美工厂还定期地使用不含甲酚酸的溶剂体系,原因有:
对环境损害降低
这个问题现在对北美不是太重要,因为现在几乎所有的炉膛都有催化燃烧器或配循环系统,减少气体排放。
不含甲酚的溶剂体系基于甘醇 及其衍生物。这些溶剂在高温状态下非常活跃,相互间的化学反应和聚合物可能导致绝缘物等级下降。在使用旧炉膛的工厂,由于有毒容器排到大气中,因此可以折衷使用这些漆。
减少安全危险
甲酚对皮肤有毒和腐蚀性。
NMP
NMP是一种强有力但又很贵的溶剂。几乎所有的电磁线聚合物都溶于NMP,由于成本原因,也只有完全需要时才使用。
PAI和PI漆在甲酚酸中不会溶解,但在NMP中确是可溶的。
另外也可以加一些芳香烃化合物以降低成本。
其它与 NMP相近的溶剂有DMF和DMAC.

3、 磁线绝缘漆_物理性能

大多数用在立车模具涂覆的气固含量都在36-40%,在25℃时粘度在600-1000mpa
同一漆种在卧车毛毡涂漆时,粘度则须降低50-100mpa,25℃
北美由于其悠久的作线历史,不同的漆包机和涂线方式已造成很多漆种。因此给某些客户一种漆供五六个不同粘度的情况也屡见不鲜。
固含量
固含量测试方法的不同是造成国际市场混乱的主要原因。美国将测试标准定为2g-2h-200℃.
而欧洲则是用另外一种测试方法,1g-1h-180℃,结果略有差异。
相反,很多亚洲的方法,测试温度更低。表面测的值比较高,单核线上实际涂覆量却并不一致。
粘度
漆的粘度是指其流动阻力,对电磁线光滑漆膜的形成很关键,北美对粘度的检测通常是在25 ℃。有几个客户在30℃检测,因为通常在室温情况下对样品加热要比降温容易。
北美的粘度计量单位用cps ,欧洲的供应商对高粘度漆的粘度计量用cps或mpas,但对低粘度的漆则用DIN4#杯以妙计量。

4、 电磁线绝缘漆-最近发展

挤压工程聚合物
如前所述,目前对工程树脂的开发还处在研制阶段,主要工程树脂类型有聚砜和聚醚酰亚胺。高成本是目前将其推广的主要障碍。
自润滑漆
在过去几年内,多数大电磁线厂已经从传统漆转向了自润滑聚酰胺酰亚胺面漆,这样绕线摩擦系数降低了30~50%。
提高润滑性可以通过加入聚乙烯或聚四佛乙烯的高聚合物粉末,或者直接对聚合物进行化学改性而达到的。
大多数自润滑聚酰胺酰亚胺漆用户仍然继续涂一层润滑蜡,以便最大限度的降低线的摩擦系数。也可以使用自润滑尼龙面漆。
抗脉冲漆
控制电机速度的逆变器大大量出现向电磁线产业提出一个新的挑战。这些装置可以产生带高压电峰的波形纹,上升极快。这些波峰或脉冲,能对漆造成不成熟损坏。
PD乔治公司多年来一直在致力于开发一些特种漆,采用矿物填充剂来分散脉冲能量。这种漆就涂在传统漆的顶面,制成抗脉冲线。
作为合作开发的产权项目的成果,PD乔治公司在特种现已获得专利的公司提供抗脉冲漆,但对这些专利的有效期并不负责,可以提供非专利漆工行业研究评估。
尽管现在对抗脉冲漆都有广泛兴趣,但 PD乔治公司却认为,通过无溶剂聚酯漆对绕线继续妥善处理的线性能比用任何抗脉冲漆都要好.

5、 磁线-制造与检测

NEMA标准
北美市场是按照NEMA标准和规格生产电磁线的.它是一家确立电线制造的范畴,制定必须符合的性能标准的私营组织.
电磁线 (MW)定义包括;
外形_圆线或扁线
线和涂线规格
底漆和面漆的化学性能
热等级:a.温度指数是按照ASTMD_2307的方法来确定的
b.线的热冲性能

性能测试包括以下内容:
附着力和柔韧性
拉伸性
热冲性能
回弹性能
介电强度
弯曲性
连续性
直焊性
热塑流动性能
可溶性(抗化学性)
额定温度介电性能
R22试验
R22试验后保留介电性能
耐刮试验
室温粘结性能
升温粘结性能
这些要求在NEMA MW1000―1997出版物中皆有描述。

UL认证
尽管NEMA标准对电磁线制造和性能规格方面作出了规定,但他并不进行任何实际测试。也不检测产品是否满足其要求。
另外一家私人机构UL试验是负责对电磁线厂家申报的热寿命和热冲进行测试。
热寿命试验由UL试验室或UL授权的实验室(PD乔治实验室经UL认可)进行。
如果是在外面的实验室进行的测试。UL将不承认测试结果,除非经他们的附加测试确定。
UL对生产的限制在热寿命,热冲和介质强度上检测是否达到NEMA标准,但对其它性能的检测则是电磁线生产厂家的义务。

6、 电磁线绝缘漆�D�D应用
聚酯线/聚酯酰亚胺线

北美主要生产的现实NEMA MW35(200 ℃),是用200℃赛克聚酯作底漆,聚酰胺酰亚胺作面漆制造的,当然也可以用赛克聚酯酰亚胺作底漆,成本更高些,欧洲和亚洲用得更普遍。
需求量小一些的NEMA MW76线是用赛克聚酯底漆和尼龙面漆做成的。
在北美,用聚酯和聚酯亚胺作单层涂线并不普遍。

聚氨酯线

几乎所有北美生产的聚氨酯电磁线都是155℃级,多数用尼龙做面漆。这跟欧洲相反,欧洲几乎不用尼龙。
在很多情况下,155级漆仍被用来生产130极线。
北美市场上所有使用的聚氨酯大部分都是无针孔的。针孔试验起源于日本标准,是浸入水中 通电后的失败情况.这项指标对北美没有多大意义,除非客户依靠的是亚洲标准.。

聚酰亚胺线PI

聚酰亚胺线NEMA MW16常用在航空电机上。

PVF线

PVF 线在北美试验很广,特别是充油式变压器,而美国以外用MW30和MW35则比较多。
高粘度,高改性的PVF漆即可以用于圆线,也可以用于扁线:
剂可图在绿纤纱改革,也可图在铜线上。PVF漆的独特柔韧性可以使
扁线框高做到6:1,用于更集中压缩的绕线上。



电磁线(绕组线)技术
关于欧洲技术的补充介绍
(P.D乔治公司技术经理约翰。C。姚迪斯
摘要:欧洲和美国在电磁线技术渊源相同,但却发展不同。环保规定和劳工组织影响着绝缘
漆和漆包线产品的发展。

一、 西欧市场
1、 电磁线生产厂家
ACEBSA(西班牙)
Alcatel(法国、德国、葡萄牙)
Asta(奥地利)
Belden(荷兰)
Ederill(西班牙)
Elektrisoal(德国、意大利、瑞士)
Esses(英国)
FD Sims(英国)
Gerardo Becker(西班牙)
Hellinic Cables希腊
Industri Kapital德国\瑞典
Invex/Pirelli意大利\西班牙
IRCE意大利
Phelps Dodge奥地利
SCET意大利
Schwering und Hasse奥地利\德国
Smid Draad荷兰
Tremasa西班牙
Von Roll Isola法国、意大利、瑞士
Zanussi意大利

2、电磁线绝缘漆生产厂家
ALTANA集团包括;
Deatech-Siva意大利
Dr.Wiedeking德国
Rembrandtin奥地利
P.D.George美国
Schenectady-Beck 法国、英国
IVA Alcatel法国
Herberts(德国
Syntel意大利
二、 制造
1、 厂房地理选择
从上面介绍的情况看,欧洲的电磁线生产厂家并不集中在某一国家或地区,北美的厂家现在纷纷在墨西哥建厂节约费用,而欧洲的厂家却不像其他国家迁移。
西欧也有几家公司,如MKM和Prakab,因不能有效竞争而被迫关闭。
2、 设备
欧洲是世界主要漆包机生产厂家所在地,有西格玛(意大利)、MAG(奥地利)、DEATECH设备(意大利)、AUMANN德国和MPLANTI意大利。
西格玛和MAG在欧洲和北美表现都非常突出,并且西格玛公司现在已与 DEATECH设备合并。
SCET是西格玛集团的漆包线生产厂。
三、 电磁线生产
1、 线漆-聚合物化工
欧洲的化工与北美的不一样,它强调不同的线结构。参见“电磁线绝缘漆-应用”一节。
2、 电磁线漆-溶剂化工

甲酚/芳香烃
欧洲和北美在使用甲酚和芳香烃的溶剂化工方面相似,但在欧洲可以获得天然甲酚往往对使用的绝缘漆产生不同气味。
不含甲酚的溶剂
东欧的客户经常要求用不含甲酚的绝缘漆。有些老式漆包炉对周围环境排放大量的溶剂。人们常认为,甲酚的替代物,如乙二醇 或其衍生物,毒性要低一些,对周围环境造成的危害要小一些。
3、 电磁线绝缘漆-物理性能

欧洲和北美的客户对绝缘漆提出相似的要求,即每种绝缘漆应配成多种成品,以适应不同漆包机和不同线规的涂线。
固含量
欧洲对固含量的测试几乎只在1g/1h/180℃.
粘度
欧洲漆供应商对高粘度漆以 cps或mpas计量,对低粘度成品用DIN4#杯计量,这是单位为秒.
北美绝缘漆厂家通常在25℃时测量粘度,而亚洲则在30℃,欧洲可以使用20℃、23℃
25℃或30℃。IEC标准规定是23℃。
4、 电磁线-制造与检测
IEC标准
北美的电磁线生产按照NEMA标准和规格生产的。而欧洲使用的则是IEC标准。
IEC标准的定义包括:
外圆线或扁线
线和涂线规格
底漆和面漆的化学性能
按IEC-60172方法确定的热等级
性能测试包括以下内容,大多数与NEMA标准相似;
附着力和柔韧性
拉伸性
热冲性能
回弹性能
介电强度
弯曲性
连续性
直焊性
热塑流动性能
可溶性(抗化学性)
额定温度介电性能
R22试验
R22试验后保留介电性能
耐刮试验
室温粘结性能
升温粘结性能
IEC和NEMA正在商讨如何消除两种方法的差异。参见附件“IEC与NEMA测试方法对照表”。
与北美一样,欧洲也不进行针孔试验。该实验是将一段线样浸入盐水中,带上电压,观察绝缘膜针孔数的变化,欧洲和北美客户很少对耐针孔性有规定,因此改性能在普通电磁线应用中并没有被看成是主要参数.

UL认证
UL认证机构对电器件和电气装置的认证易被看成是进入北美市场最基本的要求.因此,很多欧洲电磁线绝缘企业都经过了 UL认证.
UL在过去成功的基础上对建立客户安全全球化标准的信誉和能力充满自信.UL试验室正在扩大其在美国本土外的存在,覆盖美国进口渠道.他们也在努力向欧洲法规推荐UL认证.
5、 电磁线绝缘漆-应用
自粘漆

由于使用电磁线漆的工厂为数相对较少,而却又上千家工厂使用电线绕成电机或电压器。在电机或变压器中,几乎总是将绕组线粘在一起以防止在应用中受到腐蚀或变形。
由于年节绕组线的浸渍漆可能含有溶剂或其它对人体或环境造成潜在危害的物质。为了最大限度地减少浸渍漆的使用,欧洲制造商经常依靠带自粘层的电磁线达到同一目的。自粘漆虽然存在一些技术限制,欧洲在使用方面却先于北美。
聚酰胺漆(尼龙)

欧洲电磁线厂家与北美厂家相比较少地用尼龙作为聚氨酯漆的面漆。
尼龙面漆的使用可以增加热冲,但也可能造成一些问题,有些分子量较低的尼龙漆据说容易粘在导轮或新式高速漆包炉,实现表面质量较差。
聚酯线/聚酯酰亚胺线

欧洲的主导电磁线成品是IEC80317(200℃级),是用200℃赛克聚酯酰亚胺作底漆,聚酰胺酰亚胺作面漆,而北美却几乎只用赛克聚酯漆,用聚酯酰亚胺而不用聚酯只是理念上的差异,而不存在性能上的优劣。
大多数情况下,赛克聚酯或聚酯酰亚胺在应用上性能都有富裕,并各有优势。比如,赛克聚酯速度更快,更平滑,热速流动更高。(赛克聚酯因起好的柔韧性在欧洲常用大于2.0mm的线规)赛克聚酯酰亚胺热冲和抗针孔性能更好。
PVF线

与北美一样,欧洲也用PVF线来做大线或充油式变压器。当然,也有不少厂家用PEI/AI线作小变压器。不过这种漆的是用仍有些争议,因为PEI漆易于水解。不过用它做的变压器也 以用了一段时间。
绝缘漆厂家现在仍急予认证PEI/AI漆可以在这方面达到应用,但是提供这样的认证仍比较难。即使用户也不能同意仅凭试验室测试结果就能评定电磁线在各种变压器上的使用性能。尽管如此,PVF漆的卓越性能或几十年的成功应用都是毋庸置疑的。