高再軟化溫度自粘性漆包線的開發(fā)與應(yīng)用

王克勝

(銅陵有色股份銅冠電工有限公司，安徽銅陵 244000)

1 引言

自粘性漆包線是一種有著粘結(jié)特性的特殊漆包線，它特別適用于異形線圈、形狀特殊的線圈和無骨架線圈的成型，而廣泛應(yīng)用于各個不同的領(lǐng)域。

國內(nèi)外漆包線行業(yè)知名企業(yè)一直致力提高自粘性漆包線的耐熱線，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，高再軟化溫度自粘性漆包線目前國內(nèi)外均沒有定型產(chǎn)品，日本、歐美在這方面的研究起步較早，并有了一些成果，在我國處于起步。

2 高再軟化溫度自粘性漆包線發(fā)展趨勢

隨著自粘性漆包線的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已包括音響線圈、小型電機、空心馬達、電動工具以及異型線圈和無骨架線圈等。自粘性漆包線所特有的粘結(jié)特性使線圈在成型過程中不再需要“骨架”，也省去了某些產(chǎn)品加工過程中的浸漬處理，這不僅可減小產(chǎn)品的體積、重量，而且可以大大簡化線圈的制造工藝，提高工效，降低成本，減輕環(huán)境污染，因此是其他品種漆包線所無法取代的。自粘線的耐熱性不僅決定于其絕緣層的熱級，也與粘結(jié)涂層的溫度特性密切相關(guān)，再軟化溫度的高低就是衡量自粘性漆包線耐熱性的一個重要指標(biāo)。

目前國內(nèi)能生產(chǎn)自粘性漆包線的企業(yè)為數(shù)不多，品種主要為180級以下的縮丁醛和脂肪族聚酰胺自粘性漆包線，這些產(chǎn)品的缺點是再軟化溫度低，一般在120℃以下，這就限制了在高溫和熱特性要求高的領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此高再軟化溫度自粘性漆包線已成為自粘線研究的又一個重點發(fā)展方向。

銅陵有色股份銅冠電工公司是安徽省高新技術(shù)企業(yè)，依靠銅陵有色集團公司國家級技術(shù)中心，不斷開發(fā)耐高溫自粘性漆包線新產(chǎn)品，我們攻關(guān)的重點是將自粘線的再軟化溫度提高到155℃以上，面向F級以上小型電機、電動工具、密封電機、空心馬達、大功率音響小型電機等領(lǐng)域。新產(chǎn)品可替代進口，其技術(shù)水平趕上并超過日本、歐美。

3 高再軟化溫度自粘性漆包線新產(chǎn)品研發(fā)內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)

高再軟化溫度自粘性漆包線新產(chǎn)品開發(fā)項目研究內(nèi)容主要包括以下五個方面:

3.1 新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的確定

由于高再軟化溫度自粘性漆包線為非定型產(chǎn)品，因此確立標(biāo)準(zhǔn)十分重要。新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定通過了大量的調(diào)研，綜合考慮不同用戶的要求，借鑒國外先進經(jīng)驗，并參照JIS、NEMA、IEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定了該產(chǎn)品主要性能指標(biāo)，制定了該產(chǎn)品的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1-3］。

目前該產(chǎn)品的主要性能及技術(shù)指標(biāo)如下:

(1)產(chǎn)品名稱:高再軟化溫度自粘性漆包線。

我公司重點研究產(chǎn)品型號為2EI/AI/SB-200，具體表述是200級自粘性聚酰胺酰亞胺復(fù)合聚酯亞胺厚漆膜漆包銅圓線。

型號的表述如下:

(2)研發(fā)規(guī)格范圍:0.10～0.80mm，根據(jù)其規(guī)格范圍確定研發(fā)的代表規(guī)格為0.50mm。

(3)產(chǎn)品的漆膜厚度等級:符合IEC 60317-0-1標(biāo)準(zhǔn)的2B 級［4］。

(4)主要性能指標(biāo)(以0.50代表規(guī)格):

①卷繞:急拉15%，1d卷繞 漆膜不開裂。

②熱沖:急拉20%3d卷繞，220℃ 漆膜不開裂。

③軟化擊穿:≥320℃。

④針孔:0個。

⑤擊穿電壓:≥10kV。

⑥粘結(jié)強度:≥2N。

⑦其他性能指標(biāo)符合IEC 60317-38標(biāo)準(zhǔn)要求［5］。

⑧再軟化溫度測定。

線圈的制備按IEC 60851-3第2次修訂(2003)標(biāo)準(zhǔn)試驗方法18中，螺旋線圈的熱粘合制樣的方法，其粘合溫度為230℃［6］。

將已粘合好的線圈試樣施以一定的負荷置于標(biāo)準(zhǔn)媒質(zhì)中，在施加下表規(guī)定的溫度條件下，除第一圈和最后一圈外，線圈被分開的圈數(shù)少于10。具體如表1所示。

表1 測量溫度條件表

3.2 工藝裝備的選擇

由于自粘線的生產(chǎn)工藝不同于其他品種漆包線，其絕緣涂層和粘結(jié)涂層固化特征的差異決定了對漆包設(shè)備的特殊要求:

(1)必須具有雙爐雙溫控制，單爐設(shè)備不能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)在線拉絲連續(xù)退火裝備合理。

(3)催化燃燒和熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)有利于控制固化程度和減少環(huán)境污染，節(jié)約能源。

(4)采用模具涂漆和加熱、過濾的供漆循環(huán)系統(tǒng)。

目前國內(nèi)外漆包工藝裝備差距很大，奧地利MAG公司的漆包機具有世界最高水平。銅冠電工萬噸特種漆包線項目全套引進該公司多條生產(chǎn)線，其中包括自粘線生產(chǎn)設(shè)備，完全具備了研制開發(fā)高性能新產(chǎn)品的前提條件。

本項目可使用的漆包工藝裝備有MAG公司HESF3/3-2、HESF4/3-2、HESF5/3-2 型漆包機，具體如表2所示。

表2 漆包工藝裝備一覽表

選擇研發(fā)代表規(guī)格(0.50 mm)最佳的適用機型為HESF5/3-2。裸銅線拉絲設(shè)備選用萬噸特種漆包線項目引進的德國NEHOFF公司的大、中拉機，使用具有連續(xù)退火等先進工藝技術(shù)的拉絲設(shè)備能確保為本項目提供優(yōu)質(zhì)的半成品裸銅線。

3.3 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

由于高再軟化溫度自粘性漆包線的涂層結(jié)構(gòu)包括絕緣層和粘結(jié)層，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上既要考慮絕緣層的耐熱性與粘結(jié)層的再軟化溫度相匹配，又要兼顧產(chǎn)品的綜合性能和粘結(jié)特性，所以結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計十分重要。

絕緣層的選擇是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要內(nèi)容，與單一涂層相比復(fù)合涂層的耐熱性、柔韌性和耐化學(xué)性能更為優(yōu)越，因而選擇復(fù)合涂層作為高再軟化溫度自粘性漆包線的絕緣涂層。

對于所選擇的粘結(jié)涂層則既要求有良好的粘結(jié)特性，又要求有相對高的再軟化溫度，才能滿足高再軟化溫度自粘性漆包線的要求。

綜上所述，高再軟化溫度自粘性漆包線采用三涂層的結(jié)構(gòu)，最為合理。

3.4 工藝材料的選擇

高再軟化溫度自粘性漆包線所涉及的工藝材料主要包括:

(1)銅桿。

漆包線的導(dǎo)體材料為銅材，由于高再軟化溫度自粘性漆包線應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，因此對銅材的要求更為嚴格。其導(dǎo)電率(20℃)≥100%(IACS)，同時銅桿的含氧量和雜質(zhì)含量均應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。另外由于產(chǎn)品的規(guī)格范圍一般為0.10～0.80mm，因此需經(jīng)大、中拉及在線拉絲多次拉伸，這對銅桿的機械性能、表面質(zhì)量要求也很高。因此選用以高純陰極銅經(jīng)連鑄連軋法生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)光亮銅桿，例如南京華新公司的SCR電工韌銅桿。

(2)絕緣涂層用漆。

高再軟化溫度自粘性漆包線不但要求絕緣層具有高耐熱性，同時還應(yīng)具備良好的綜合性能。當(dāng)今，200級聚酰胺酰亞胺復(fù)合聚酯亞胺漆包線已廣泛應(yīng)用于制冷壓縮機、密封電機以及其他耐高溫領(lǐng)域，表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。因此，選擇其作為高再軟化溫度自粘性漆包線的絕緣層，既能保證有高耐熱性，又有利于提高漆包線的綜合性能。

這種絕緣層的工藝材料主要為聚酰胺酰亞胺漆和聚酯亞胺漆。銅陵艾倫塔斯公司的聚酯亞胺漆355、MT533和聚酰胺酰亞胺漆595、L602均能滿足要求。

我們選擇355/595與MT533/L602兩種漆的組合在HESF5/3-2臥式漆包機進行工藝試驗(以0.50mm為代表規(guī)格)，結(jié)果比較如表3所示。

從上表可看出，在相同工藝條件下355/595與MT533/602兩種組合的主要性能指標(biāo)都能滿足高再軟化溫度自粘性漆包線絕緣層的要求，而選擇355/595作為高再軟化溫度自粘性漆包線的絕緣層更為經(jīng)濟合理。

(3)粘結(jié)涂層用漆。

粘結(jié)涂層材料的選擇是研究開發(fā)高再軟化溫度自粘性漆包線的關(guān)鍵，不同的粘結(jié)材料具有不同的粘結(jié)特性和再軟化溫度。由于芳香族聚酰胺粘結(jié)層的再軟化溫度明顯高于脂肪族聚酰胺，能達到155℃甚至更高，因此選擇芳香族聚酰胺自粘漆作為高再軟化溫度自粘性漆包線的粘結(jié)涂層，可大大提高自粘性漆包線的耐熱性。

經(jīng)過篩選，我們選用臺灣福保化學(xué)公司生產(chǎn)的PH 22芳香族聚酰胺自粘漆，作為高再軟化溫度自粘性漆包線的粘結(jié)涂層用漆。

3.5 工藝研究

研制開發(fā)高再軟化溫度自粘性漆包線不僅要有優(yōu)良的工藝裝備和工藝材料，更需要采用特殊的工藝技術(shù)。

其主要內(nèi)容有以下方面:

(1)實現(xiàn)絕緣涂層與粘結(jié)涂層的均勻性。

絕緣涂層與粘結(jié)涂層的均勻性常用“不圓度”與“同心度”來衡量，不圓度與同心度越小越好越好。

對于0.50mm代表規(guī)格的自粘性漆包線，確定導(dǎo)體、絕緣涂層和粘結(jié)涂層的不圓度均為0.004mm，同心度則1.5以下。

(2)確定絕緣涂層與粘結(jié)涂層的厚度比，實現(xiàn)產(chǎn)品粘結(jié)特性的控制。

衡量粘結(jié)特性的重要指標(biāo)是在特定條件下所表現(xiàn)出的粘合強度和再軟化溫度。通常粘結(jié)涂層的厚度越大，粘合強度也越大，但在漆膜總厚度不變的情況下，過分增大粘結(jié)涂層厚度勢必造成絕緣涂層厚度減小，從而影響自粘性漆包線的絕緣性能，降低其綜合性能。確定粘結(jié)涂層的厚度占漆膜總厚度的30%左右為最佳。

(3)相關(guān)工藝條件優(yōu)化。

工藝條件優(yōu)化包括:涂漆配模序列的選擇，絕緣涂層和粘結(jié)涂層固化溫度與相關(guān)參數(shù)的選擇，拉絲及退火工藝的確定等。

①涂漆配模序列的選擇。

涂漆配模序列決定漆膜厚度及比例，按照粘結(jié)涂層約占漆膜總厚度30%的比例，選擇最佳配模序列。

②雙爐雙溫工藝優(yōu)化。

絕緣涂層與粘結(jié)涂層固化特征的差異決定了高再軟化溫度自粘性漆包線的涂漆工藝需要雙爐雙溫。因此工藝優(yōu)化首先是根據(jù)0.50mm代表規(guī)格和355/595及PH22漆的固化特征，制定工藝方案如表4所示。

表4 高再軟化溫度自粘性漆包線工藝方案

工藝優(yōu)化的第二步是根據(jù)工藝方案優(yōu)化絕緣涂層工藝。方法是采用絕緣涂層爐溫600℃，以線速200m/min展開±10m/min的幅度，形成三種工藝條件，經(jīng)過對三個工藝試樣檢測結(jié)果和tanδ圖譜比較，選擇出絕緣涂層的最佳工藝條件。

工藝優(yōu)化的第三步是在確定了絕緣涂層工藝條件后，選擇粘結(jié)涂層工藝。以研究粘結(jié)涂層爐溫的試驗方法，以爐溫500℃展開±20℃的幅度，形成三種工藝條件，經(jīng)過對這三個工藝試樣檢測結(jié)果和tanδ圖譜比較，選擇出粘結(jié)涂層的最佳工藝條件。

通過以上三個步驟，最終確定的雙爐雙溫優(yōu)化工藝確保了高再軟化溫度自粘性漆包線的高絕緣性能和良好的粘結(jié)特性，從而滿足了產(chǎn)品綜合性能的要求。

③拉絲及退火工藝的確定。

拉絲及退火工藝的確定是上述雙爐雙溫工藝優(yōu)化的一部分，這里不在敘述。

(4)再軟化溫度的測定。

高再軟化溫度自粘性漆包線的再軟化溫度測定是按照IEC標(biāo)準(zhǔn)，采取熱粘合方法制樣，然后在規(guī)定的最小荷重下測試其失去粘結(jié)力的溫度，試驗結(jié)果表明再軟化溫度超過155℃。

綜上所述，歸納本項目的四項技術(shù)關(guān)鍵:絕緣涂層與粘結(jié)涂層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及其工藝材料選擇;絕緣涂層與粘結(jié)涂層厚度比的控制對粘結(jié)強度的影響;雙爐雙溫工藝條件優(yōu)化，保證產(chǎn)品的最佳綜合性能;高再軟化溫度自粘性漆包線的再軟化溫度測定。

4 結(jié)論

通過對以上四項技術(shù)關(guān)鍵的解決和控制，使高再軟化溫度自粘性漆包線產(chǎn)品的研制開發(fā)獲得了一次性成功。這不僅提高了銅陵有色股份銅冠電工有限公司產(chǎn)品的檔次，增強了產(chǎn)品的市場競爭力;更提高了企業(yè)的知名度，增強了企業(yè)發(fā)展的動力。隨著今后環(huán)保問題越來越重視，漆包線在加工過程中浸漬處理(二次絕緣)所帶來的環(huán)境污染問題，必將導(dǎo)致高再軟化溫度自粘性漆包線的廣泛應(yīng)用，這不僅可以大大簡化線圈的制造工藝，提高工效，更降低了線圈綜合成本，減輕了環(huán)境污染，因此高再軟化溫度自粘性漆包線是其他品種漆包線所無法取代的。

［1］陳惠民，邵武軍，等.GB/T 6109.1，漆包圓繞組線第1部分一般規(guī)定［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版，2008:5-14，20-21.

［2］章延勝，鄭啟榮，等.GB/T 6109.20，漆包圓繞組線第20部分200級聚酰胺酰亞胺復(fù)合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版，2008:1-3.

［3］李福，李冰，鄭守國，等.GB/T 4074.3，繞組線試驗方法第3部分 機械性能［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版，2008:6-7.

［4］國際電工委員會.IEC 60317-0-1，修改2(2005)特種繞組線產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 第0部分一般要求 第1節(jié) 漆包銅圓線［S］.張志昌.上海:電纜研究所信息中心出版，2005:6-7.

［5］國際電工委員會.IEC 60317-38，修改2(1999)特種繞組線產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 第38部分200級帶粘合層的聚酰胺酰亞胺復(fù)合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線［S］.張志昌.上海:電纜研究所信息中心出版，1999:246-252.

［6］國際電工委員會.IEC 60851-3，修改2(2003)繞組線試驗方法 第3部分 機械性能［S］.張志昌.上海:電纜研究所信息中心出版，2003:397-398.