F級(jí)聚酯薄膜聚酯纖維復(fù)合紙的研制與應(yīng)用

徐冰 黃程偉 倪苗苗 李賢斌

【摘要】本文介紹了F級(jí)聚酯薄膜聚酯纖維復(fù)合紙的研制及其機(jī)械性能、介電性能、耐熱性能及柔軟性能。用F級(jí)聚酯薄膜聚酯纖維復(fù)合紙作為水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣材料，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全滿足水輪發(fā)電機(jī)的性能要求。聚酯薄膜聚酯纖維復(fù)合紙具有優(yōu)良的柔軟性，解決了轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣邊緣波浪度大的問(wèn)題，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)子磁極；極身絕緣；DMD復(fù)合紙

1、前言

哈電水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣結(jié)構(gòu)采用ALSTOM技術(shù)的聚芳酰胺纖維紙刷室溫固化膠包繞在磁極鐵心上，用模具夾緊使之與鐵心固化成一體。磁極線圈套入鐵心后，線圈與極身絕緣的間隙用浸漬滌綸氈夾環(huán)氧玻璃布板分段填充，加熱固化成整體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是整體性好，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后整個(gè)磁極絕緣體系不受機(jī)械、電磁振動(dòng)等影響而損傷絕緣。隨著對(duì)新型材料的研究，F(xiàn)級(jí)聚酯薄膜聚酯纖維復(fù)合紙（簡(jiǎn)稱DMD復(fù)合紙）具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、介電性能及耐熱性能，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)等同于聚芳酰胺纖維紙。DMD復(fù)合紙具有優(yōu)良的柔軟性，解決了磁極極身絕緣材料邊緣波浪度大的問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2、F級(jí)DMD復(fù)合紙

DMD復(fù)合紙就是把聚酯纖維非織布和聚酯薄膜通過(guò)膠粘劑復(fù)合在一起[1]。由于聚酯薄膜和聚酯纖維是聚酯體系，選擇的膠粘劑必須與它們相容性好，否則將影響粘接的均勻性以及復(fù)合紙的強(qiáng)度，在考慮相容性的同時(shí)還必須考慮在固化后復(fù)合紙要達(dá)到F級(jí)，因此膠粘劑的選擇是至關(guān)重要的。

2.1F級(jí)DMD復(fù)合紙研制過(guò)程。F級(jí)DMD復(fù)合紙開(kāi)發(fā)有兩種工藝路線[2]。一種方法是采用F級(jí)膠粘劑上膠復(fù)合而成，另一種是在原B級(jí)DMD復(fù)合紙的基礎(chǔ)上涂一層H級(jí)漆膜以保護(hù)聚酯材料。兩種工藝路線均是降低聚酯材料發(fā)生熱裂解及水解速度，從而提高其耐熱能力以達(dá)到提高耐熱等級(jí)目的。2.1.1用F級(jí)膠粘劑涂在聚酯薄膜上與聚酯纖維布復(fù)合，制成1#、2#、3#試樣，參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合法制備F級(jí)DMD復(fù)合紙工藝參數(shù)

膠液配比 膠液密度 膠液粘度 烘箱溫度

甲：乙=4：1 0.845 4#杯15s 75±2℃

烘干時(shí)間 復(fù)合壓力 熱壓時(shí)間 熱壓溫度

4min 10MPa 1h 120±5℃

2.1.2用普通B級(jí)DMD復(fù)合紙浸漬不同H級(jí)絕緣漆，制成4#和5#試樣，工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 涂膠法制備F級(jí)DMD復(fù)合紙工藝參數(shù)

H級(jí)膠液 干燥劑用量 干燥溫度 干燥時(shí)間

A 鉛0.5% 120℃ 13min

B 鉛0.5% 100℃ 10min

2.1.3用TPS方法對(duì)1#、2#、3#、4#、5#試樣進(jìn)行快速熱老化試驗(yàn)，其耐熱指數(shù)溫度均在155℃以上，如圖1所示。

2.2F級(jí)DMD復(fù)合紙性能指標(biāo)。F級(jí)DMD復(fù)合紙機(jī)械性能和介電性能均高于水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極身設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 F級(jí)DMD復(fù)合紙性能指標(biāo)

試驗(yàn)項(xiàng)目 單位 標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)果

標(biāo)稱厚度 mm 0.25 0.26

拉伸強(qiáng)度 N/10mm ≥150 217

伸長(zhǎng)率 % ≥12 35

擊穿電壓 kV ≥10 19.6

體積電阻率 MΩ.m ≥1.0×106 2.9×107

3、F級(jí)DMD復(fù)合紙工藝試驗(yàn)

3.1F級(jí)DMD復(fù)合紙耐濕熱老化試驗(yàn)。F級(jí)DMD復(fù)合紙是以吸濕性很小的聚酯薄膜和聚酯纖維紙為基材，具有良好耐濕性能，但聚酯纖維紙表面也存在較多空隙，復(fù)合紙表面也會(huì)吸濕，在電機(jī)應(yīng)用時(shí)復(fù)合紙雙面涂膠，表面吸濕率明顯降低，其耐濕性得到改善[3]。3.1.1試樣制備。一種為F級(jí)DMD復(fù)合紙表面沒(méi)有涂室溫固化膠，另一種F級(jí)DMD復(fù)合紙表面涂有室溫固化膠。3.1.2試驗(yàn)過(guò)程。將試樣放置在恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)中，溫度設(shè)定為50℃，濕度設(shè)定為90%，試驗(yàn)周期為6個(gè)周期，15天為1個(gè)周期，每1個(gè)周期將4種試樣取出，進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和介電強(qiáng)度試驗(yàn)。3.1.3濕熱老化試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 F級(jí)DMD復(fù)合紙耐潮濕試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)6個(gè)周期為期90天耐潮濕試驗(yàn)，F(xiàn)級(jí)DMD復(fù)合紙拉伸強(qiáng)度和介電強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果沒(méi)有變化，從試驗(yàn)結(jié)果看出，F(xiàn)級(jí)DMD復(fù)合紙具有優(yōu)良耐潮濕性能，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)潮濕環(huán)境的要求。

3.2F級(jí)DMD復(fù)合紙柔軟性試驗(yàn)。3.2.1試驗(yàn)室F級(jí)DMD復(fù)合紙柔軟性試驗(yàn)。將F級(jí)DMD復(fù)合紙纏繞在鐵塊上，邊刷室溫固化膠邊纏繞，纏繞層數(shù)為4層，放置在烘箱中，在155℃下歷時(shí)30天。經(jīng)檢查F級(jí)DMD復(fù)合紙纏繞后平整。3.2.2轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣用F級(jí)DMD復(fù)合紙柔軟性工藝試驗(yàn)。將F級(jí)DMD復(fù)合紙和Nomex紙纏繞在磁極鐵心上，邊刷室溫固化膠邊纏繞，纏繞層數(shù)為1層，經(jīng)檢查F級(jí)DMD復(fù)合紙平整無(wú)波浪度見(jiàn)圖3。從試驗(yàn)結(jié)果看出，DMD復(fù)合紙柔軟性能良好，解決了磁極極身絕緣波浪度問(wèn)題。

4、F級(jí)DMD復(fù)合紙應(yīng)用試驗(yàn)

F級(jí)DMD復(fù)合紙用于柳樹(shù)溝、長(zhǎng)甸等水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣上，工藝性好，波浪度小，柔軟性好。轉(zhuǎn)子磁極裝配后耐壓試驗(yàn)、交流阻抗試驗(yàn)等均滿足要求。

5、結(jié)論

1）F級(jí)DMD復(fù)合紙具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、介電性能、耐熱性能及柔軟性。完全滿足水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極身設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求2）F級(jí)DMD復(fù)合紙具有優(yōu)良柔軟性，解決了磁極極身絕緣邊緣波浪度大的問(wèn)題。3）F級(jí)DMD復(fù)合紙已應(yīng)用在廣西長(zhǎng)甸、蘇丹上阿特巴拉等發(fā)電機(jī)機(jī)組上，效果良好。

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