軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線的研制

湯曉水，龍香林，賴維東，羅至勇

（江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096）

1 引言

隨著漆包線市場競爭的日趨激烈，目前常規(guī)的漆包線品種由于工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定，漆包線行業(yè)利潤已進入微利時代，而企業(yè)為了生存和發(fā)展，必須要加大新產(chǎn)品的研發(fā)力度，尤其是要對新能源汽車、5G、軍工、軌道交通等目前國內(nèi)新興領(lǐng)域用特種漆包線新產(chǎn)品的研發(fā)，以提升產(chǎn)品的技術(shù)水平與行業(yè)市場競爭力。我國在加大水電、火電、核電等發(fā)電站建設(shè)的同時，也引進了西門子、阿爾斯通、三菱重工等國外一些大型發(fā)電機組的制造加工技術(shù)。而漆包線產(chǎn)品屬于制造發(fā)電機組的核心部件，大多數(shù)是采購進口的漆包線，導(dǎo)致發(fā)電機組的制造加工成本大幅增加。因此，國內(nèi)的一些大型的發(fā)電機制造廠商，例如東方電機、上海氣發(fā)、哈爾濱電氣等開始進行漆包線國產(chǎn)化的研究，尤其是國內(nèi)的一些制造發(fā)電機組的軍工企業(yè)，為突破國外技術(shù)的封鎖以及原材料的采購限制，進一步加快了對制造發(fā)電機組用特種漆包線國產(chǎn)化的研究進程。所以也催生了一大批大型發(fā)電機用特種漆包線的制造生產(chǎn)廠家。我公司面對國內(nèi)的生產(chǎn)需求，與國內(nèi)一家生產(chǎn)軍工船舶發(fā)電機的知名企業(yè)合作，研制出軍工船舶發(fā)電機用耐熱等級為200級、Φ2.00mm以上大規(guī)格、具有零針孔、高柔韌性、高附著性和高耐浸漬漆等性能要求的特種漆包線，使產(chǎn)品進入軍工船舶發(fā)電機行業(yè)中漆包線產(chǎn)品的高端市場，從而擴大了公司漆包線新品種與技術(shù)儲備，提升公司的技術(shù)創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品研發(fā)能力。

2 特種漆包線的性能要求

適用于新型軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線產(chǎn)品必須滿足惡劣的工作環(huán)境需要，除了需長期承受高溫、高濕、高鹽霧、粉塵、煙霧、油霧等侵蝕破壞和設(shè)備震動、沖擊等機械作用破壞外，還要耐受特殊情況下發(fā)電機受水噴濺或者短暫浸泡，從而加劇了發(fā)電機絕緣材料的老化，導(dǎo)致發(fā)電機繞組用漆包線容易發(fā)生龜裂。因此必須對發(fā)電機繞組按照濕熱電機的要求經(jīng)過特殊的浸漆處理，使其良好的防潮、煙霧和防鹽霧等性能。該系列軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線產(chǎn)品必須滿足180℃高溫烘烤后反復(fù)二次真空壓力浸漆的特殊要求，并且在耐熱等級200℃的絕緣系統(tǒng)中長期穩(wěn)定運行，因而當(dāng)特種漆包線產(chǎn)品繞制成電機繞組后浸漆，能夠滿足不同的浸漬漆對漆膜附著性要求［4］。由于軍工船舶發(fā)電機功率較大，要求相應(yīng)用的漆包線規(guī)格也較大（Φ2.00mm以上），而生產(chǎn)漆包線規(guī)格越大，伴隨其柔韌性和附著性的下降。以上條件決定了軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線產(chǎn)品在工藝技術(shù)和產(chǎn)品的功能上必須具有創(chuàng)新性，耐高溫、零針孔、良好的柔韌性、高附著性和高耐浸漬漆等性能是該系列規(guī)格產(chǎn)品的特性亮點。

研制軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線系列產(chǎn)品的型號為Q(ZY/XY)-2/200 ，以該系列規(guī)格中的Φ2.24mm為例，其性能指標(biāo)應(yīng)在完全符合GB/T6109.20-2008標(biāo)準(zhǔn)外，還必須滿足客戶的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而根據(jù)該規(guī)格產(chǎn)品的性能指標(biāo)要求制定產(chǎn)品的內(nèi)控檢驗標(biāo)準(zhǔn)［2-3］，其性能指標(biāo)對比如表1所示。

表1 特種漆包線性能指標(biāo)對比

從表1數(shù)據(jù)分析可知，軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線系列產(chǎn)品對質(zhì)量要求很苛刻。其導(dǎo)體不圓度、漆膜偏心度、柔韌性、附著性、熱沖擊 、耐溶劑、耐油性、擊穿電壓、鹽水針孔、靜摩擦系數(shù)、高耐浸漬漆性能等性能指標(biāo)均高于GB/T6109.20-2008標(biāo)準(zhǔn)。

3 特種漆包線關(guān)鍵技術(shù)與主要研究內(nèi)容

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

樣品品質(zhì)考核：漆包線產(chǎn)品是否符合客戶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。即研制的漆包線樣品應(yīng)通過客戶進行的各種性能檢測，來驗證漆包線的機械性能、化學(xué)性能、電性能、熱性能等各項性能指標(biāo)與客戶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的符合性。

繞線使用性能：漆包線是否適用繞組繞制工程。即研制的漆包線靜摩擦系數(shù)小，表面潤滑性能好，確保嵌線性能優(yōu)良，槽滿率低，繞制成電機繞組后漆包線漆膜完好無破損，絕緣抗擊穿性能良好［6］，漆包線符合客戶的使用性能要求。

耐浸漬漆工藝性能：漆包線是否適合軍工船舶發(fā)電機的高耐浸漬漆要求。即研制的漆包線經(jīng)繞制成發(fā)電機繞組后浸漆，能夠滿足不同的浸漬漆以及180℃高溫烘烤后反復(fù)二次真空壓力浸漆對漆包線漆膜附著性的特殊要求。

船舶發(fā)電機整機可靠性：漆包線是否能滿足軍工船舶發(fā)電機使用要求。即組裝后的船舶發(fā)電機必須通過中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)《軍用裝備實驗室環(huán)境實驗方法》（GJB150A）的“三防試驗”（防濕熱、防鹽霧、防霉菌）及振動、沖擊、傾斜、水噴濺試驗［1］。

3.2 主要研究內(nèi)容

3.2.1 特種漆包線漆膜絕緣材料的選擇

通過對軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線使用不同的絕緣材料涂層進行附著性、耐浸漬漆試驗、熱沖擊 、耐溶劑、耐油性、表面滑性等性能進行對比分析以及繞制成繞組時的張力控制進行研究，確定適合該性能特性的特種漆包線使用的絕緣材料，使漆包線漆膜的柔韌性大于漆膜與裸銅線之間的附著力，滿足漆包線高附著性和高耐浸漬漆等性能要求。不同的絕緣材料涂層的性能對比如表2所示。

表2 不同的絕緣材料涂層的性能對比

從表2分析可知，船舶發(fā)電機用特種漆包線使用的絕緣材料確定為賽克改性高溫聚酯+聚酰胺酰亞胺+自潤滑漆（PE+AI+AI自潤滑）這三種絕緣油漆的組合。即底涂采用耐熱指數(shù)200級賽克改性高溫聚酯，中涂采用耐熱指數(shù)220級聚酰胺酰亞胺，面涂采用耐熱指數(shù)220級聚酰胺酰亞胺自潤滑漆，其產(chǎn)品的柔韌性、附著性和耐浸漬漆性能以及繞制性能是最優(yōu)的。

3.2.2 特種漆包線產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化

目前我公司生產(chǎn)Φ1.00mm以下規(guī)格的耐冷媒漆包線采用聚酯亞胺復(fù)合聚酰胺酰亞胺產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完全滿足客戶的需求。但眾所周知，生產(chǎn)漆包線規(guī)格越大，柔韌性和附著性則越差。因而需要對Φ2.24mm大規(guī)格漆包線產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重新設(shè)計優(yōu)化，由于聚酯亞胺漆膜彈性較差，將耐冷媒漆包線的絕緣結(jié)構(gòu)由聚酯亞胺+聚酰胺酰亞胺改為賽克改性高溫聚酯+聚酰胺酰亞胺+自潤滑漆，利用賽克改性高溫聚酯漆膜的高附著性、聚酰胺酰亞胺漆膜的高柔韌性和漆膜的零針孔性，以滿足客戶的特殊性能要求［5］。

根據(jù)以上確定特種漆包線使用的絕緣材料，對不同絕緣涂層比例涂覆后的特種漆包線進行附著性、耐浸漬漆試驗、熱沖擊、耐溶劑等性能測試對比，如表3 所示。根據(jù)測試對比結(jié)果并結(jié)合生產(chǎn)成本控制情況，確定最終的涂層比例為底涂層∶中涂層∶面涂層=60%∶30%∶10%，這樣不僅能滿足漆包線高附著性和高耐浸漬漆等加工要求，而且具有良好的機械、化學(xué)、絕緣性能。

表3 不同絕緣涂層比例的性能測試對比

4 特種漆包線研制的生產(chǎn)工藝技術(shù)

根據(jù)軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線的特殊性能要求，結(jié)合加工事業(yè)部漆包線廠現(xiàn)有的工藝裝備和多年來的技術(shù)儲備以及生產(chǎn)工藝路線，在此基礎(chǔ)上確定其生產(chǎn)設(shè)備、主要原材料、最佳涂漆、退火和烘烤工藝控制，從而制定最佳的工藝方案，確保產(chǎn)品研制成功。

4.1 生產(chǎn)工藝流程圖

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

4.2 特種漆包線Q（ZY/XY）-2/200 Φ2.24mm研制的生產(chǎn)工藝

4.2.1 主工藝設(shè)備的選擇

生產(chǎn)設(shè)備可以使用奧地利MAG公司生產(chǎn)的MOZART V6/4-4/20D 立式連拉連包高速漆包機。裸銅線進線規(guī)格Ф1.0-Ф3.5mm；生產(chǎn)規(guī)格為Ф0.50-2.00 mm（經(jīng)改造目前最大可生產(chǎn)Ф2.50mm）；收線機械速度最高352m/min；模具涂漆道次24道；最大烘烤溫度700℃，最大退火溫度700℃，最大風(fēng)機轉(zhuǎn)速4500rpm等。

4.2.2 主要原材料選擇

（1）立式漆包機裸銅線進線采用由SCR工藝生產(chǎn)的型號規(guī)格為TR Ф2.60 mm的低氧銅桿；

（2）絕緣涂料選用艾倫塔斯公司生產(chǎn)的涂料組合：賽克改性高溫聚酯PE（966/40HVS）+聚酰胺酰亞胺PAI(595/36MB)+自潤滑漆PAI(595/36MBA)；

（3）特種漆包線產(chǎn)品表面潤滑油采用1.0%濃度的合成石蠟(848/330)溶液。以改善漆包線表面滑性，降低靜摩擦系數(shù)。

4.2.3 研制的生產(chǎn)工藝

（1）拉絲、涂漆工藝。根據(jù)客戶對漆包線的導(dǎo)體徑、漆膜厚度等性能要求及上述所確定的各涂層比例，確定拉絲、涂漆工藝如下。

拉絲模具排列：2.261（±0.001）-2.512mm。

涂漆模具排（11+5+1）：

2.295-2.300-2.305-2.310-2.315-2.320-2.325-2.330-2.335-2.340-2.345mm（PE）+2.350-2.355-2.360-2.360-2.365mm（PAI）+2.365mm（ 自 潤 滑PAI）。

（2）退火和烘烤工藝。

通過漆膜介質(zhì)損耗（tgδ）來驗證漆包線漆膜的交聯(lián)固化反應(yīng)程度以及柔軟度，從而確定漆包機的退火溫度、烘爐固化溫度、線速度，循環(huán)、排廢風(fēng)機轉(zhuǎn)速等工藝技術(shù)參數(shù)如下：退火溫度：590℃（一區(qū)）+580℃（二區(qū)）；烘烤溫度：烘爐固化溫度580℃；線速度：35.0m/min；風(fēng)機轉(zhuǎn)速：循環(huán)風(fēng)機轉(zhuǎn)速：4200rpm，排廢風(fēng)機轉(zhuǎn)速：2200rpm。

4.2.4 過程質(zhì)量控制要求

漆包線是連續(xù)作業(yè)的生產(chǎn)模式，為研制出性能穩(wěn)定、均一性高以及加工性能優(yōu)良的漆包線，必須對其制造過程嚴(yán)加控制，要嚴(yán)格按漆包線生產(chǎn)過程質(zhì)量控制流程圖作業(yè)。漆包線生產(chǎn)線上安裝在線粒子針孔檢測儀（HVC），對其產(chǎn)品質(zhì)量進行持續(xù)監(jiān)控，杜絕漆包線表面粒子及針孔，保證漆膜的連續(xù)性；通過對漆膜剖面的光學(xué)分析及偏心比度的測試，對產(chǎn)品漆膜涂覆的均一性進行控制，保證漆膜的一致性；加強工藝衛(wèi)生、工藝紀(jì)律的執(zhí)行以及關(guān)鍵質(zhì)量控制點的檢查。

5 性能考核

5.1 特種漆包線漆膜介質(zhì)損耗測試曲線

圖2 特種漆包線漆膜介質(zhì)損耗測試曲線

5.2 特種漆包線常規(guī)性能及耐浸漬漆性能考核

性能考核產(chǎn)品為型號規(guī)格Q（ZY1XY）-21200Ф2.24mm，研制樣品方法為GB/74074-2008，檢驗日期2018年9月2日。

表4 特種漆包線常規(guī)性能及耐浸漬漆性能檢測數(shù)據(jù)

5.3 特種漆包線繞制成船舶發(fā)電機整機可靠性考核

表5 軍工船舶發(fā)電機整機可靠性實驗結(jié)果

通過對研制的特種漆包線的漆膜介質(zhì)損耗測試曲線可知，比對分析漆膜固化程度，其漆膜交聯(lián)固化程度處于最佳狀態(tài)；通過對研制的特種漆包線常規(guī)性能及耐浸漬漆性能檢測數(shù)據(jù)分析可知，特種漆包線的品質(zhì)考核、繞線使用性能、耐浸漬漆工藝性能等各項指標(biāo)完全滿足客戶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；通過對研制的特種漆包線繞制成船舶發(fā)電機整機可靠性實驗結(jié)果分析可知，組裝后船舶發(fā)電機的“三防試驗”及振動、沖擊、傾斜、水噴濺試驗全部通過國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB150A的檢驗。

6 結(jié)語

江西銅業(yè)加工事業(yè)部漆包線廠與知名軍工企業(yè)合作成功開發(fā)研制出軍工船舶發(fā)電機用特種漆包線產(chǎn)品，產(chǎn)品滿足客戶的各項技術(shù)要求，其中附著性、高耐浸漬漆性能和整機可靠性等指標(biāo)明顯優(yōu)于國內(nèi)外其他漆包線生產(chǎn)廠家，2019年3月份開始進入批量生產(chǎn)并供貨。該產(chǎn)品成為公司漆包線產(chǎn)品中的高端產(chǎn)品，為挖掘和搶占中漆包線高端產(chǎn)品市場奠定基礎(chǔ)，從而擴大了公司漆包線新品種與技術(shù)儲備，提升了科研創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)能力。