耐热聚酯漆包线漆制造与研究

1 前言
1. 1 耐热漆包线的现状
随着科学技术的发展, 电机电器用绝缘材料的改进和绝缘技术的提高越来越受到人们的重视, 漆包线漆在其中占据着重要的地位。目前, 电机、电器都在朝着小型化、轻量化、高性能化方向发展, 对绝缘材料的耐热等级要求也越来越高。在电机、电器朝着体积小、功率高的方向发展后, 漆包线要求做得越来越细, 加上铜原材料的短缺, 部分电器中以铝代铜, 导致了漆包线的热荷载增加。因此, 漆包线需要更好的耐热性能, 也就要求漆包线漆具有更好的耐热性, 或具有某一特别热性能, 然后通过涂制复合漆包线来达到要求。耐热性漆包线一般采用聚酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯亚胺、耐热聚酯等。前两种由于成本过高, 只用于一些特殊要求的场合。聚酰胺酰亚胺成本也很高, 一般用作复合漆包线的面漆。聚酯亚胺具有极好的综合性能, 可单独或作复合线的内涂层使用, 所以被大量采用。耐热聚酯具有比聚酯亚胺更高的软化击穿性, 将其作为复合漆包线的内涂层, 聚酰胺酰亚胺作为外涂层涂制的漆包线具有高软化击穿和热冲性, 同时聚酯类树脂易溶解, 工艺易控制, 生产的漆包线表面良好。
1. 2 耐热漆包线漆的结构特点
耐热聚酯漆包线漆与通常的聚酯漆不同, 因为使用了具有极好耐热性的材料􀀁 赛克。赛克的结构如图1 所示。
图1 赛克结构式
赛克分子中的三嗪环由三个N 原子提供三对孤对电子, 形成一个共轭环, 具有很好的热稳定性,极大地提高了聚酯分子的耐热性。但作为漆包线漆用耐热聚酯树脂, 单独由赛克改性还不够。这是因为采用赛克提高耐热性, 必须增加赛克的用量, 赛克是三元醇, 会增大分子的交联密度, 虽然漆膜的软化击穿性能得到较大的提高, 但漆膜的热冲性能却受到影响。软化击穿和热冲性能是考察漆包线漆膜热性能的两个主要指标, 在选择工艺路线时要兼顾考虑。为了使耐热聚酯在引入赛克后能有效提高耐热性的同时也能提高漆膜的软化击穿性, 保证漆膜的热冲性, 可以在分子中引入二官能团耐热结构, 使赛克三元醇在分子中的间距增大, 增大分子链环的活动性。通过在赛克改性聚酯大分子结构中引入二官能团的耐热结构来提高热冲性, 此结构是一种双官能团的直链分子, 结构如下:
2 试验
2. 1 原材料
对苯二甲酸, 优等品。乙二醇, 绦纶级。赛克, 工业品。环己烷二甲醇, 工业品。正钛酸丁酯, 工业品。甲酚, 工业品。二甲苯, 工业品。溶剂油, 工业品。
2. 2 配方
试验配方见表1。
表1 配方
2. 3 工艺
向反应器内投入对苯二甲酸、乙二醇、赛克、( 或添加环己烷二甲醇) 。升温, 当物料溶解后, 开动搅拌, 加入正钛酸丁酯催化剂。继续升温, 在160~220 ºC 进行反应, 不断有水蒸汽冒出。当酸值低于6mgKOH/ g 时, 在210~ 215 ºC 进行真空缩聚反应, 视反应釜内情况, 慢慢提高真空度, 直至达到最大( 真空度高于- 0. 09 MPa) 。观察物料粘度, 当粘度明显增大后, 取样测粘度。达到规定粘度后, 停止减压缩聚, 加入适量甲酚, 进行酚解。加入余下的溶剂、正钛酸丁酯交联剂和酚醛树脂。搅拌, 溶解均匀。检验, 并用溶剂调漆。合格后过滤, 包装。
 
3 结果与讨论
漆包线漆的理化指标如表2 所示, 涂制漆包线面漆为试验产品, 底漆为1760 聚酰胺酰亚胺漆包线漆,其工艺参数如表3 所示, 漆包线性能如表4 所示。
表2 漆包线漆的理化指标
表3 制漆包线工艺参数
从表4 看出配方A 的热冲性能最好, 配方A 中的环己烷二甲醇用量最大, 说明环已烷的使用有利于提高热冲击性能。耐热漆包线漆考核的主要指标有表面流平性、软化击穿性、热冲击性和温度指数,与材料结构的关系如表5 所示。

注: GB/ T 6109. 20- 2008《200 级聚酰胺酰亚胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线》最低热冲要求为2D/ 220 ºC 。
3. 1 表面流平性
由表5 可知, 耐热聚酯的表面流平性要比聚酯亚胺的好, 这是因为聚酯亚胺分子中含有亚胺环结构, 亚胺结构要比聚酯结构相对难溶解, 并且聚酯亚胺分子中存在有聚酯和亚胺2 种结构, 生产过程中很容易在分子中出现聚酯和亚胺含量不相同的结构, 易形成分子量分布不均匀的状态, 造成漆的流平性变差。而耐热聚酯分子中只有聚酯结构, 所以其流平性相对较好。
3. 2 软化击穿性
软化击穿温度反映漆膜在一定电场强度、压强和温度作用下, 发生热塑性变形而引起的电击穿。对于一般的漆包线来说, 高温电气强度是足够的, 所以软化击穿性能主要取决于漆膜的热态力学性能, 这与树脂的玻璃化温度有密切的关系。玻璃化温度的高低主要取决于分子结构, 分子链中有刚性结构, 链规整性好, 单键内旋转位阻效应大, 使得玻璃化温度提高, 漆膜的软化击穿温度就会较高。由表5 可知, 耐热聚酯结构中存在大量的三嗪环的刚性结构, 赛克用量越大, 耐热聚酯漆包线漆的软化击穿性能越高。而聚酯亚胺分子中存在有亚胺结构, 其赛克用量受到限制, 所以其软化击穿性能低于耐热聚酯。
3. 3 热冲击与温度指数
漆包线的热冲性能主要与漆膜的化学组成、分子结构和分子间作用力有关。漆膜在承受应力时, 分子内部的链环具有很大的活动性, 化学键所受张力小, 当受到热冲击时链环的热运动受限小,热振动引起的能量也低, 不易引起键的断裂, 热冲性能好, 相反, 则易引起断键, 热冲性差。聚酯亚胺结构中存在直链较长的亚胺链, 把分子中赛克三元醇结构大大地拉远, 且亚胺结构的耐热性也很高, 所以其热冲性较好, 优于耐热聚酯。在耐热聚酯中添加环己烷二甲醇的直链耐热结构, 可以把赛克的三元醇结构拉开, 热冲性能获得了提高,达到了220ºC ( 200 级要求) 。
 
4 结论
赛克分子中特有的三嗪环结构具有极好的耐热性, 可以提高聚酯的耐热性, 但作为漆包线漆, 单独用赛克改性, 热冲性能受到限制。在赛克改性的聚酯漆包线漆中引入了直链的耐热结构环己烷二甲醇, 漆包线漆的耐热性得到提高, 特别是热冲性能明显提高, 其综合性能好。与聚酰胺酰亚胺漆包线漆进行复涂的漆包线的耐热等级达到了200 级, 满足GB/T 6109. 20 – 2008《200 级聚酰胺酰亚胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线》的要求。
 

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