JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂研制與性能研究

夏 宇，李翠翠，王 文(蘇州巨峰電氣絕緣系統(tǒng)股份有限公司，江蘇蘇州 215214)

0 引言

隨著電機電器工業(yè)的不斷發(fā)展，特別是核電、牽引、防爆、礦山、冶金、航空電動機等特種電機產(chǎn)品，其使用環(huán)境嚴酷、起動頻繁、繞組溫升高、易受機械振動破壞，要求電機超負荷能力強，小型輕量，運行可靠。這些特性要求決定了電機的絕緣材料應(yīng)具有高耐熱性，最好能達到C級絕緣要求，同時還要具有高的機械性能和良好的高溫電氣性能。

目前，高速列車的最高設(shè)計時速已經(jīng)達到350 km/h，并要求極高的運行可靠性，因此電機的絕緣等級都逐步要求達到C級。C級絕緣體系的浸漬樹脂包括聚酰亞胺樹脂、耐熱環(huán)氧樹脂和有機硅樹脂三類。其中聚酰亞胺樹脂為溶劑漆，不適合牽引電機對無氣隙絕緣的要求;而以德國H62C為代表的無溶劑有機硅絕緣體系和日本YE-90H的耐熱環(huán)氧體系在國外已被廣泛應(yīng)用，而國內(nèi)牽引電機也引進了相關(guān)絕緣體系，效果良好。但隨著我國高速列車的急速發(fā)展，對這類產(chǎn)品的國產(chǎn)化需求越來越迫切。國內(nèi)在無溶劑有機硅浸漬樹脂的研發(fā)方面已經(jīng)取得了一些突破，但是由于有機硅樹脂原材料及應(yīng)用工藝方面的問題，國產(chǎn)化實際應(yīng)用還有較長的路要走。雖然目前引進的耐熱環(huán)氧浸漬樹脂，一般采用兩個或兩個以上組份分別儲存，使用時按比例混合均勻，儲存和使用工藝都較為復雜［1］。但由于國內(nèi)耐熱環(huán)氧樹脂的原材料配套相對成熟，為其盡快國產(chǎn)化提供了可能。

因此，在國外耐熱環(huán)氧體系的基礎(chǔ)上研制了一種新型C級無溶劑浸漬樹脂(產(chǎn)品型號:JF-9960)。該浸漬樹脂除了滿足C級絕緣對耐熱性和高溫電氣性能的要求外，還具有粘度低、儲存穩(wěn)定性良好的特點;在固化過程中無小分子物質(zhì)釋放出來，滿足牽引電機無氣隙絕緣整體性和環(huán)保的要求。該樹脂完全適用于耐熱等級為200級的電機線圈和繞組的絕緣處理。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

特種環(huán)氧樹脂，聚酰亞胺樹脂，特種固化劑，助劑等。

1.2 合成工藝

按配方量將原料投入反應(yīng)釜中，在一定溫度下反應(yīng)至控制終點，加入固化劑、助劑，攪拌均勻，過濾，包裝。

1.3 試驗方法

樹脂性能測試按 GB/T15022.2—2007電氣絕緣無溶劑可聚合樹脂復合物試驗方法及GB/T1981.2—2003電氣絕緣用漆試驗方法進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的常規(guī)性能

JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的常規(guī)技術(shù)指標與檢測結(jié)果如表1所示。

表1 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的常規(guī)技術(shù)指標

2.2 JF－9960 C級無溶劑浸漬樹脂的粘度溫度曲線

圖1為JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的粘度溫度曲線。粘度是決定浸漬樹脂流動性和滲透性的主要因素，只有粘度適當才能實現(xiàn)對工件的充分浸漬，達到無氣隙絕緣。由圖1可知，浸漬樹脂的粘度隨溫度的升高迅速下降，具有很好的溫度特性，可以滿足電機電器線圈絕緣處理的工藝要求。

圖1 JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂的粘度溫度曲線

2.3 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂儲存穩(wěn)定性

圖2為JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂在60℃、50℃、40℃下的閉口貯存的粘度變化曲線。由圖2可知，浸漬樹脂在60℃下粘度增長很快，50℃和40℃下粘度增長緩慢，因此在浸漆時漆溫不要超過50℃。

圖2 JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂在不同溫度下儲存的粘度變化曲線

2.4 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的揮發(fā)份

揮發(fā)份測試方法為在45 mm×45 mm×20 mm的鋁盒中稱入10 g樹脂，然后放入150±1℃鼓風烘箱中，2 h后取出放入干燥器中冷卻后稱重，計算樹脂的揮發(fā)份。JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂與進口浸漬樹脂的揮發(fā)份檢測結(jié)果如表2所示。

表2 種浸漬樹脂的揮發(fā)份數(shù)據(jù)

從表2中可以看出，JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的揮發(fā)份均小于5%，低于進口同類型的浸漬樹脂，與傳統(tǒng)苯乙烯類浸漬樹脂30%左右的揮發(fā)份相比小很多，這樣在絕緣處理后的烘焙固化過程中不易產(chǎn)生微小氣隙，有利于提高絕緣結(jié)構(gòu)的整體性。

2.5 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的FT-IR分析

圖3為JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂和進口浸漬樹脂的FT-IR圖。由圖3可知，JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的FT-IR圖與進口浸漬樹脂的圖形基本相似，說明兩種浸漬樹脂的組成基本相同。

圖3 JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂和進口浸漬樹脂的FT-IR圖

2.6 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂介質(zhì)損耗因數(shù)與電壓的關(guān)系

表3為JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂與進口浸漬樹脂的介質(zhì)損耗因數(shù)隨電壓的變化。從表中可以看出，JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂與進口浸漬樹脂的介質(zhì)損耗因數(shù)的起始值及隨電壓的增量都很小。

表3 兩種浸漬樹脂的介質(zhì)損耗因數(shù)與電壓關(guān)系

2.7 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的耐水性

將JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂與進口浸漬樹脂的漆片放入沸水中，測試不同時間，體積電阻率的變化情況。測試結(jié)果如表4所示。從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，在沸水中煮4 h后，兩種樹脂的體積電阻率幾乎不下降，說明樹脂的耐水性良好。

2.8 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的耐熱性

熱失重曲線作為評價耐熱性的標準是有局限性的，已經(jīng)被材料常規(guī)老化所取代，但是它能快速比較材料的耐熱性。將JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂與進口浸漬樹脂的漆片在德國耐馳公司的209F3儀器上測試，測試條件為氮氣氣氛，升溫速率5℃/min，試驗溫度從室溫開始到800℃。熱失重曲線如圖4所示。

表4 兩種浸漬樹脂在沸水中的體積電阻率

圖4 兩種浸漬樹脂的熱失重曲線

從圖4可以看出，兩種浸漬樹脂的熱失重曲線基本相似，說明它們具有相同的耐熱性。

2.9 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂與少膠云母帶的配套相容性

模擬線圈采用SBEFMB-60/155-2N自粘性雙玻璃絲包一層云母帶一層亞胺薄膜繞包銅扁線壓制，尺寸為長52 cm，寬2.5 cm，高 0.5 cm。三層半迭包JF-5452-1HD聚酰亞胺薄膜單面補強少膠云母帶(0.075×20 mm)，再平包一層玻璃絲帶。模擬線圈的電性能測試結(jié)果如表5、表6所示。

表5和表6中的數(shù)據(jù)表明，JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂與JF-5452-1HD聚酰亞胺薄膜單面補強少膠云母帶相容性良好。常態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)的起始值與增量都很小，說明模擬線圈中的氣隙很少，絕緣結(jié)構(gòu)的整體性好。

表5 模擬線圈的介質(zhì)損耗因數(shù)

表6 模擬線圈的電氣強度

模擬線圈的浸水試驗結(jié)果如表7所示。測試電阻時水作為電極。從測試數(shù)據(jù)上看，在浸漬樹脂的作用下，電磁線和云母帶形成整體，水不能進入絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部使電阻降低。

表7 模擬線圈的浸水電阻數(shù)據(jù)

2.10 JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂的應(yīng)用

蘇州巨峰電氣絕緣系統(tǒng)股份有限公司與永濟新時速電機電器有限責任公司從2007年開始合作，開發(fā)C級無溶劑浸漬樹脂，經(jīng)過幾次試驗，目前已批量使用JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂。

JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂用在永濟新時速電機電器有限責任公司的動車大功率牽引電機定子VPI浸漬上，不僅要求有C級的耐熱性，而且要求常態(tài)3 kV時的介損小于1.5，更為苛刻的是要求整機浸在水中3 h后的絕緣電阻大于2 000 MΩ;經(jīng)JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂處理的定子可以滿足要求?，F(xiàn)在，永濟新時速電機股份有限公司已完全采用JF-9960C級無溶劑浸漬樹脂，實現(xiàn)生產(chǎn)用原材料國產(chǎn)化。

3 結(jié)語

以上試驗結(jié)果表明:JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂與進口浸漬樹脂的電氣性能相當，適用于大功率牽引電機線圈和繞組的絕緣處理。

JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂具有更低的粘度和更佳的使用工藝性，固化過程中具有較低的揮發(fā)份，有利于減少絕緣氣隙，提高絕緣結(jié)構(gòu)的整體致密性，保護環(huán)境。

JF-9960 C級無溶劑浸漬樹脂具有優(yōu)異的耐水性，模擬線圈浸水2 d，電阻基本不變，經(jīng)絕緣處理的電機整機浸水3 h后的絕緣電阻大于2 000 MΩ。

［1］陳紅生.C級3551有機硅無溶劑浸漬樹脂及其在牽引電機的應(yīng)用［J］.電力機車與城軌車輛，2006(5):38-40.