电工绝缘涂料的主要作用是控制电流在电气设备中的某一部分流过时,使导电部分与其他部分相互绝缘,保证不同电位的导电部分互相隔离和电机电器的可靠运行。绝缘涂料是电机、电器制造中必不可少的材料,其质量对于电工设备的技术经济指标和运行寿命起着关键作用,电工绝缘涂料是绝缘材料的重要组成部分。
一、绝缘涂料的分类及基本特性
1.分类
(1)按用途分类 绝缘涂料按其用途可分为浸渍绝缘涂料、漆包线绝缘涂料、覆盖绝缘涂料、硅钢片绝缘涂料、黏合绝缘涂料等。
(2)按固化方式分类绝缘涂料按其固化方式可分为自干型绝缘涂料、烘干型绝缘涂料、UV型绝缘涂料。
(3)按耐热等级分类绝缘材料的耐热等级见表7-96。
![]() 2.基本特性
(1)电气性能绝缘涂料形成涂膜的体积电阻系数(ρv)、介电强度(E)、介电常数(ε)、耐电弧性和介电损耗角正切(tgδ)等,都不应因受热、吸潮和老化而引起明显下降。
(2)耐热性 随着电气产品的发展要求,对绝缘涂料耐热性进一步提高的问题越发引起人们的重视,如绝缘涂料的耐热温度指数、热软化性、热冲击性、热老化性等性能的改进。
(3)耐化学药品性涂膜的耐水性、耐油性、耐酸碱性、耐溶剂性、“三防性”及耐蚀性等,也是绝缘涂料的特性指标。
(4)物理机械性涂膜的耐磨性、耐刮性、耐冲击性、附着力等物理机械性是绝缘涂料应具备的特性。有时,根据使用条件,还要求绝缘涂料有耐放射性、耐候性和稳定性。
(5)相容性在由两种或两种以上的绝缘材料组成的绝缘结构中,材料之间发生物理、化学或两者兼有的作用时,如果电压保持率>50%的,称为相容。
(6)阻燃性随着电子工业和家用电器的迅速发展,绝缘涂料除具有上述特性外,还要求其具有阻燃或难燃特性,以避免在使用时电器发生起火、发生火灾事故等。阻燃型绝缘涂料对提升产品质量、保证安全可靠性等起着相当重要作用。
二、绝缘涂料的组成
绝缘涂料由基料、填充料、固化剂、助剂和溶剂等组成。
1.基料用于绝缘涂料的基料品种有环氧树脂、环氧酯、环氧有机硅树脂及其他合成树脂(如有机硅树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、阻燃性树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、烃丙基树脂、聚联苯醚和聚砜等)。
(1)环氧树脂及环氧酯 双酚A型环氧树脂及其环氧酯是绝缘涂料常用的基料品种,由Novolac酚醛树脂制造的环氧树脂。可增加涂膜的有效交联密度,改进膜的耐热性、耐酸性。脂环族环氧树脂有良好的耐候性和电性能,它与线型酚醛环氧树脂配合使用时,会增加涂膜的柔韧性。
采用环氧树脂作基料制备的无溶剂型环氧绝缘浸清漆已获广泛应用。两种配方组成的无溶剂型环氧绝缘清漆组成和性能列于表7-97。
![]() 采用环氧酯作绝缘涂料的基料时,可制成白干型绝缘涂料和烘干型绝缘涂料。两种涂料已在电气绝缘方面应用。
(2)环氧有机硅树脂 环氧有机硅树脂是通过硅烷中间物的烷氧基或羟基与环氧树脂的仲羟基进行缩聚反应而制得。通常采用含有适量羟基和环氧基的环氧树脂与硅中间物反应。若制得的环氧有机硅树脂分子中保留了环氧基,可使用环氧树脂固化剂将其固化。
①HW系列环氧有机硅树脂含乙氧基硅中间物与E-20环氧树脂反应得到HW28和HW73环氧有机硅树脂;含乙氧基和羟基的硅中间物与E-20环氧树脂反应得到HW65环氧有机硅树脂;含羟基的中间物与E-20环氧树脂反应得到HW766环氧有机硅树脂。HW系列环氧有机硅树脂清漆的性能见表7-98。
![]() ②665#环氧有机硅树脂665#环氧有机硅树脂有较好的电气性能、良好的工艺性及其他性能。该树脂结构是以硅氧键为主链,具有聚硅氧烷的耐热、防水和电气性能;同时在分子的一端和侧链上连接环氧基,给树脂带来良好的黏结性和机械强度,而且能与胺类固化剂实现低温固化反应。
665#环氧有机硅树脂产品技术指标如下:
外观 淡黄色至黄色均匀液体
固体含量/% ≥50
环氧值/(eq/100g) 0.01~0.03
黏度(涂,4杯,25℃)/s ≤30
665#环氧有机硅树脂清漆配方及固化工艺见表7-99,性能见表7-100。
![]() ![]() (3)其他合成树脂
①有机硅树脂有机硅树脂在电气绝缘涂料中占有相当重要地位,它有耐热性高、电性能优异及耐湿、耐辐射、抗氧化等优良性能。其缺点是黏结性、机械强度差并需高温固化成膜,可采用环氧树脂等对其进行改性。
采用铁、钴、锰和锌的辛酸盐或环烷酸盐作固化促进剂时,可有效地降低有机硅树脂的固化温度,其结果见表7-101。
![]() 有机硅树脂用于电气绝缘方面的品种较多,其中棉子油.松香.甘油.苯二甲酸树脂与有机硅树脂共聚,得到一种优良绝缘性的清漆,其性能如下:
清漆外观 黄色到棕红色透明液体
固体分/% >40
固化条件(℃/h) 200/1.5
介电强度/(kV/mm)
浸水前 112.5
RH95%,20h 53
体积电阻率/(Ω·cm)
浸水前 4.15×1016
RH95%,24h 4.8×1015
耐热性(250℃)/5h 优
国内几种有机硅树脂清漆组成及用途见表7-102。
![]() 从表7-102知,有机硅树脂清漆R/Si=1.5,Ph/Me=0.66时,具有较好的耐热性和耐热绝缘性;R/Si=1.6时,具有较好的弹性及耐热性,可用于耐热绝缘玻璃布漆;聚酯改性有机硅树脂漆W30- 3、W31-1和W31-2提高了有机硅树脂的强度,常用作耐热绝缘漆及耐热磁漆;R/Si小的清漆是硬树脂涂料,具有较强的黏结力。
②聚氨酯树脂聚氨酯是以封闭型树脂作为电气绝缘涂料基料的,它在常温下贮存稳定,在受热时解封放出异氰根(-NCO),与体系中的羟基(-OH)等基团进行反应。这种基料的显著优点是自焊性突出。常用的封闭剂品种及封闭物解封温度见表7-103。
![]() 当采用苯酚作封闭剂时,加入羧酸钙、羧酸镁和羧酸锶等金属盐类,可降低封闭物的解封温度。国内采用聚酯一聚氨酯制造漆包线漆,取得良好的应用效果。
③聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂分子中有大量苯核并呈现面对称性,有极优的耐热性(耐热温度达220℃)、耐辐射性、耐化学药品性和优良的电气绝缘性。其缺点是加工性差。聚酰亚胺树脂是目前耐热等级最高的有机聚合物之一,有广阔发展前景。国外已大量用作导线绝缘涂料,国内也在电气绝缘方面有所应用。
另外,阻燃性树脂、聚乙烯醇缩醛类、烯烃树脂和酚醛树脂等也可作绝缘涂料的基料。
2.固化剂及助剂 当采用环氧树脂、环氧有机硅树脂作基料时,应选择环氧固化剂;采用脂肪酸环氧酯作基料时,应选择催干剂。可供选用的固化剂有脂肪胺、胺加成物、液态酸酐、酸酐衍生物、聚酰胺及合成树脂等。可供选用的催干剂有环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸铅、环烷酸锌等。
助剂是绝缘涂料制造、贮存、施工及改进性能等不可缺少的组分。按其作用机理,主要有固化促进剂、表面活性剂、流变调节剂、稳定剂和防老化剂等。
常用的固化促进剂有路易斯酸、路易斯碱、羧酸盐等。流变调节剂有纤维素类、白炭黑、蓖麻油衍生物等触变剂和金属皂类、脂肪硫酸酯等防沉降剂。另外,有时加入贮存稳定剂、防老化剂、表面活性剂、偶联剂等助剂。
环氧有机硅树脂常用固化剂及助剂的特性列于表7-104。
![]() 3.填充料绝缘涂料中的填充料包括颜填料和阻燃剂。填充料应有利于涂料贮存、施工和固化性能,尤其是应保证涂膜的电气性能等应用指标。
取液态环氧树脂、填料、颜料、阻燃剂和助剂制成主剂;取液态酸酐、固化促进剂、填料、阻燃剂和助剂制成固化剂。主剂:固化剂=100:100(质量)组成涂料的固化条件80℃/3h、固化物的弯曲强度39.2MPa、热变形温度>100℃、体积电阻率>1.0×1014Ω·cm、阻燃性UL94V-0级、热传导率1.13W/(m·K)、吸水率<0.05%。
4.溶剂 以环氧树脂、脂肪酸环氧酯、环氧有机硅树脂为绝缘涂料的基料时,经常选用的溶剂为芳烃类、醇类、溶纤剂、酯类等混合溶剂。合理地调整各类有机溶剂配比,会减少涂膜弊病、保证涂膜性能。
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