淺議環(huán)保型絕緣材料的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向

余紅英 方 蕾

浙江省開化七一電力器材有限責(zé)任公司

1 國內(nèi)外絕緣材料在環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r

以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低能耗產(chǎn)品、低碳工業(yè)及新能源產(chǎn)業(yè)等為代表的環(huán)保工業(yè)體系，極大地改變和促進(jìn)了世界機(jī)電行業(yè)的發(fā)展模式。同時也改變了絕緣材料的研發(fā)理念和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的機(jī)電工業(yè)及其絕緣材料行業(yè)，還處于比較落后的水平。幾十年前從美國西屋公司 30 萬 kW、60 萬 kW 發(fā)電機(jī)組大規(guī)模引進(jìn)的時候，奧地利 Rembrandtin Lack 公司的水溶性半無機(jī)硅鋼片漆、美國 GE 公司的無溶劑多膠粉云母帶等環(huán)保型絕緣產(chǎn)品，并沒有引起我們的足夠重視。而 10 年前哈爾濱電機(jī)廠從德國西門子引進(jìn)的Micalastic 絕緣系統(tǒng)，其中的環(huán)保產(chǎn)品就引起國內(nèi)制造廠家的廣泛重視，例如：ET884 無稀釋劑的環(huán)氧酸酐 VPI 浸漬樹脂、L611 熱收縮絕緣保護(hù)帶等，對改善工藝性和減小環(huán)境污染起到了積極作用。目前，國內(nèi)東電、哈電發(fā)電機(jī)定子線棒 SVPI、風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣也都采無稀釋劑的環(huán)氧酸酐 VPI 浸漬樹脂。另外，經(jīng)過幾年努力，國內(nèi)部分企業(yè)的同樣產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化批量生產(chǎn)，成功地替代了國外進(jìn)口產(chǎn)品。

2 絕緣材料在電機(jī)中的應(yīng)用

2.1 天然材料的選用

在電機(jī)行業(yè)最初幾年中，絕緣材料幾乎全部依靠天然材料[1]。那時絕緣系統(tǒng)所能得到的材料只有工業(yè)中作為其他用途的普通材料，如纖維素、絲、麻、棉、毛及石棉等纖維；從樹、植物、昆蟲和油田中得到木瀝青、蟲膠、松香、亞麻籽油和精煉石油、石蠟和瀝青等樹脂；由砂、云母、石棉、石英和其他材料碾碎或磨成粉作為填料。為適應(yīng)這些材料的局限性，當(dāng)初電機(jī)絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)只能用嘗試性實(shí)驗(yàn)去尋找滿足最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，運(yùn)行溫度及機(jī)械和電氣性能保持在低水平下。那個時期絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)對環(huán)境污染是很小的，或者是無污染的。

2.2 合成聚合物的應(yīng)用

合成聚合物研制之初多為其他用途的化學(xué)制品，后來被用于電機(jī)絕緣。自從1908 年 L.H.Baekeland 博士研發(fā)出苯酚-甲醛(酚醛)樹脂被應(yīng)用于電氣產(chǎn)品以后，1920 年代后期至 1950 年代大量的合成聚合物和樹脂的種類大大增加。這些聚合物廣泛用于電機(jī)中，提高了電機(jī)耐熱等級、電性能及安全性。這些合成聚合物在應(yīng)用時必須用可揮發(fā)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)(溶劑、稀釋劑等)溶解這些涂料和絕緣漆。這些有機(jī)化學(xué)物質(zhì)(VOC)都是有毒揮發(fā)物造成空氣污染，直接影響人身體健康。根據(jù)安全/環(huán)保的法律和法規(guī)精神，現(xiàn)在有許多有污染或危及人身安全的絕緣材料已被廢除、禁止使用。

3 絕緣材料在環(huán)保領(lǐng)域的作用

絕緣材料作為有機(jī)及無機(jī)電用高分子聚合物或復(fù)合材料，在生產(chǎn)制造和使用過程中，不可避免要有有毒有害物質(zhì)排出，損害人的健康和污染環(huán)境。所以要求絕緣材料的研究者、制造者和使用者們在最早期就力爭做到有毒有害物質(zhì)排放最小化，以及選擇處理技術(shù)和回收再利用。

4 電機(jī)用絕緣材料的發(fā)展

4.1 環(huán)保型絕緣材料的研發(fā)

從 1950 年代人們開始認(rèn)識到可揮發(fā)化學(xué)有機(jī)物質(zhì)(VOC)的危害，在絕緣產(chǎn)品上轉(zhuǎn)向研發(fā)、生產(chǎn)低揮發(fā)的材料和現(xiàn)代的無溶劑樹脂及水溶性樹脂。1949 年美國開始采用無溶劑聚酯浸漬樹脂，以苯乙烯作為稀釋劑，大量地減少揮發(fā)物的含量，毒性也較低。1960 年代初期，瑞士著手研發(fā) F 級雙酚 A 環(huán)氧無溶劑浸漬樹脂，稀釋劑為苯乙烯。于 1965 年在 BBC 公司得到應(yīng)用。我國在 1972 年采用自主研發(fā)的 B 級環(huán)氧無溶劑浸漬樹脂，1987 年我國自主研發(fā)的 F 級雙酚A 環(huán)氧無溶劑浸漬樹脂得以應(yīng)用。1970 年代末期環(huán)氧酸酐型無溶劑浸漬樹脂在歐洲得以應(yīng)用，此樹脂不含烯烴類活性稀釋劑(如苯乙烯等)也不含可揮發(fā)有機(jī)物質(zhì)(VOC)等，在浸漬和固化過程中不易揮發(fā)，毒性非常小，對環(huán)境污染極小。固化時收縮率低，固化物的機(jī)械、電氣性能高。早在 1980 年代中期國內(nèi)就開始采用，現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，成為 VPI 絕緣系統(tǒng)的最主要浸漬樹脂之一。1970 年代末期奧地利研發(fā)的水溶性半無機(jī)硅鋼片漆在歐洲及美國等電機(jī)制造業(yè)得以應(yīng)用，此漆用水來溶解和稀釋，不含可揮發(fā)化學(xué)有機(jī)物質(zhì)。但在最初的十幾年里，由于采用了水溶性酚醛樹脂，在涂制硅鋼片時烘焙過程中，含有少量的甲醛氣體排放，污染空氣，造成對人身的傷害。為此近年來淘汰了酚醛樹脂，采用可溶于水的醇酸樹脂和三聚氰胺樹脂作為基料，在涂制硅鋼片過程中無甲醛氣體排放，無味、無毒、無污染。烘焙時間短，漆膜光亮。清洗時直接用自來水即可。國內(nèi)的絕緣材料制造廠聯(lián)合高校經(jīng)過幾年的努力，完成了國產(chǎn)水溶性半無機(jī)硅鋼片漆的開發(fā)。批量使用結(jié)果表明可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。近年來，為減少電機(jī)制造的能量消耗，低能耗的絕緣材料產(chǎn)品也層出不窮，品種繁多，如快干型的漆、樹脂、膠、云母帶等，以及室溫固化的材料。

4.2 環(huán)保型絕緣材料的研究發(fā)展方向

未來我國機(jī)電工業(yè)的發(fā)展趨勢為：超大型水輪發(fā)電機(jī)組、超大型核動力發(fā)電機(jī)組、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、高壓電動機(jī)(電壓等級≥20kV)、超高壓直流輸配電、太陽能工程、混合動力汽車產(chǎn)業(yè)等節(jié)能環(huán)保工業(yè)。另外，大型火力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)改造工程(環(huán)保及增容的要求，即減少碳硫排放及減薄絕緣的需要)也將成為研究重點(diǎn)。因此環(huán)保型絕緣材料的研發(fā)方向應(yīng)為：(1)無溶劑和水溶性環(huán)保型絕緣材料；(2)低溫快固化的節(jié)能型絕緣材料；(3)可循環(huán)使用的節(jié)約型絕緣材料；(4)環(huán)保產(chǎn)業(yè)所需要的配套型絕緣材料；(5)針對天然物質(zhì)的替代型絕緣材料；(6)對老產(chǎn)品進(jìn)行的技改型絕緣材料等。

結(jié)束語

絕緣材料作為機(jī)電工業(yè)的基礎(chǔ)化工材料，理所當(dāng)然應(yīng)該淘汰落后的生產(chǎn)技術(shù)，大力發(fā)展先進(jìn)的環(huán)保工業(yè)技術(shù)，為我國可持續(xù)發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)作出新貢獻(xiàn)。

[1]皮如貴.發(fā)電設(shè)備的發(fā)展對絕緣技術(shù)的新要求[C].北京：第十屆全國絕緣材料與絕緣技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集，2008.

[2]龐宏力，劉立柱.水溶性無機(jī)硅鋼片漆的研制[C].北京：第十屆全國絕緣材料與絕緣技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集，2008.

[3]浦順興.最近國內(nèi)外大電機(jī)定子線圈主絕緣的發(fā)展[C].西安：第六屆全國絕緣材料與絕緣技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集，1996.

[4]祁世發(fā)等.武鋼 2250 熱連軋電機(jī)[C].哈爾濱：大電機(jī)研制?？?，2002.

[5]祁世發(fā).國產(chǎn)單向透氣絕緣保護(hù)帶[C].?？冢航^緣材料與絕緣技術(shù)交流會，2004.