漆包线生产工艺及技术的新进展

2010-03-26凌春华

电线电缆 2010年2期

凌春华，李福

(上海电缆研究所，上海200093)

0 引言

近年来在漆包线行业中，除了变频电机用耐电晕漆包线正在兴起外，新品种出现并不多，其主要原因是目前没有开发出新型的高聚物材料。因此近40年来，漆包线漆的新品种开发也很少，大多在改性方面做些工作。另外一个原因是现有漆包线的品种(从 A 级、E 级、F级、H 级、200级、220级、240级等)基本上已能满足市场需求。因此，大多数漆包线生产厂家在质量提高及成本降低等方向展开了激烈竞争，主要表现在生产中采用先进的设备，提高工艺控制技术及控制污染等方面，使漆包线生产技术提高到一个新的台阶。

1 漆包线涂漆工艺及设备的改进

(1)拉丝—漆包联合作业普遍采用。国外漆包线生产厂普遍采用拉丝工艺与漆包涂漆工艺串联起来生产漆包线，其主要有以下优点:

①拉丝—漆包联合作业时，拉丝方向与涂漆方向相同，导线表面不会形成倒刺，有利于涂漆质量提高;

②拉丝—漆包要同步，拉丝速度比单拉时要低，这使铜线的延伸率获得了提高，改善了漆包线的柔软性;

③进线规格减少，从而减轻了拉丝工序的压力，降低了生产成本;

④进线规格大，放线容量大，减少了换盘次数，不但减轻了工人劳动强度，而且漆包线连续的长度可大幅度增加，从而提高了产品质量稳定性。

(2)漆包机向高速发展。漆包机的涂漆速度不断提高，例如MAG公司的HEX-5型卧式漆包机，DV(diameter velocity，即直径和速度的乘积)值高达250。漆包机的速度提高，不但产量提高了，而且单位产量的电能消耗降低了很多，最多时可降低电能40%左右。

图1为漆包线涂漆工艺的能耗和DV值关系。从图中可以看出，提高DV值可使能耗下降，这种影响对于小规格产品更为显著。

图1 DV值与能耗的关系

(3)大容量放线及收线。采用拉丝—漆包联合生产，裸铜线放线盘容量每盘可达1 500～2 000 kg，收线盘容量每轴(盘)可达400 kg(见表1)。这无论对漆包线的生产者和使用者都感到方便和满意，因为提高了生产效率，降低了耗损。

表1 漆包机大容量收线情况

(4)自动换盘收线。由于高速生产漆包线，收线时人工换盘已不可能，普遍采用了自动换盘系统，可达到定长、定重量收线，使漆包线每轴容量一致，便于用户使用。

(5)增加涂漆道数。为了高速度生产漆包线，采取了每次涂漆量少、挥发快、增加涂漆道数的方法，例如:HES-3漆包机可涂35道漆(DV=110);HESF-4漆包机可涂24道漆(DV=150);VET375漆包机可涂17道漆(DV=130)。增加涂漆道数可使漆包线的漆包层均匀性及击穿电压值提高，针孔数减少。

(6)采用模具涂漆。用模具法涂漆具有质量稳定、降耗、节能、增效等优点，因此，越来越多被广大漆包线企业所认同及采用。

(7)采用恒温、循环、过滤、自动补加溶剂及定量系统和管道供漆系统。漆的粘度随季节而变化，将影响涂漆质量，所以国外漆包机箱都有加热恒温系统。为了长期保持漆的纯净，在循环计量泵供漆时，回路中增加过滤装置及补加溶剂系统，使涂漆质量和上漆量始终保持恒定，从而保证了漆包线的漆膜质量的一致性。

采用密封的涂漆装置、管道供漆、废气回收利用等均可以减少车间气味，保护周围的环境。

(8)使漆包炉催化燃烧热风循环系统更加高效节能。漆包炉的设计获得了更加合理及进一步改进，使溶剂充分燃烧，热量充分利用，废气排放更加干净(含碳量小于10 mg/cm3)，从而使单位产量电能消耗大幅度降低，例如MAG公司在设计中增加了后续燃烧装置，在排废前再装一个催化器，进行二次催化燃烧，确保溶剂得到充分燃烧干净，排出的尾气热能进行再利用。

(9)复合涂层漆包线及其漆包机的应用日益发展。国外二涂层、三涂层的复合漆包线已获得普遍应用，国内复合漆包线也日益得到了发展。为此，复合涂层漆包机需求量也越来越大。它可以生产需要不同炉温烘焙的复合漆包线，例如自粘性漆包线、耐冷媒复合漆包线、变频电机用耐电晕漆包线和自润滑漆包线等。

(10)改进表面涂润滑剂的装置。虽然自润滑漆包线漆已研制成功，但应用很少，目前国内外绝大多数生产厂仍使用涂润滑剂的方法来润滑漆包线表面，润滑剂及涂覆装置也得到不断改进。国外MAG公司等开始采用模具或计量仪器来控制涂润滑剂，使漆包线表面润滑剂含量控制在合乎用户要求的范围内，而且均匀一致。

(11)采用电脑控制漆包机及生产车间的生产。国外漆包机发展趋势是用电脑控制各个工序参数，如退火炉及催化燃烧热风循环炉各部位温度、拉丝—漆包速度、漆层厚度、在线监测各种数据及各种报警装置等，开发的软件使生产线能按不同品种、不同工艺运转，并且通过电脑监控生产车间的所有漆包机，进行半自动化生产，从而减少生产人员，降低了成本，提高了生产效率。

(12)普遍采用在线监测装置。为了使漆包线生产过程中质量得到及时控制，国外漆包机上普遍装有在线监测装置。国内也有部分厂家增加了部分在线监测装置，主要有:

①外径在线检测，确保漆包线外径尺寸一致，例如用激光测径仪连续测量外径;

②粒子在线检测，确保涂漆均匀;

③高压和低压针孔(漆膜连续性)在线检测，以保证漆膜质量;

④其他如增加断线报警、裸线报警、超温报警、漆位报警等在线检测辅助装置。有的厂家在生产线上还装有电视监视系统，观察各关键部分的运行情况。

2 环保技术的进展

目前漆包线行业用漆中有三分之二是有毒溶剂，因此，必须进行改进。目前除了在催化燃烧、热风循环烘烤不断改进之外，还对其他无(少)公害漆包工艺技术进行研发并取得了如下的一些进展:

(1)高固体含量漆的应用。在漆包线制造行业，最终的目标是完全不用有毒溶剂，但在目前往往采取通过提高漆的固体含量和降低粘度，来达到节约部分溶剂的目的，即在制漆时减少有机溶剂甲酚及二甲苯的用量，也就是提高漆的固体含量。通过10多年的努力，目前可把原有漆的固体含量提高5% ～20%，达到35% ～50%。例如:日本生产的Dcrcoat E-230型聚酯漆固体含量到50%;而德国Dr.Beck公司生产的TerefecF60固体含量已达60%。高固体含量漆，因粘度提高了，通常要用模具法涂漆，以及漆槽采取加热保温等措施。高固体含量漆不仅节约溶剂，而且也可节约能源、减少涂漆毛毡消耗，目前已被各国普遍采用。

上海电缆研究所研制成功固体含量达到50%的聚酯漆，之后也相继研制成功高固体含量35%的改性聚酯漆、聚酯亚胺漆，也引进了国外高固体含量35%～40%的各种漆包线漆。但有很多厂家，因线规格多、批量小、穿模困难等原因未被采用。可喜的是，近年来采用模具涂漆工艺，高固体含量漆的应用已日益增多。

(2)低毒溶剂漆的应用。在现阶段另一种途径就是设法改进漆的制造配方及工艺，用低毒溶剂来代替甲酚及二甲苯等，常用的有乙二醇醚类(ROC2H4OH)、二乙二醇醚类(R-OC2H4OC2H4OH)、N-甲基吡咯烷酮等。由于这类溶剂不能很好地溶解目前现有的配方工艺制造的漆基树脂，因此必须重新设计配方及工艺，使其既能被溶解达到高固体含量，又具有不高的粘度，也不降低漆包线漆膜性能，这具有一定的技术难度。Dr.Beck公司已开发成功F级改性聚酯及H级聚酯亚胺等品种的低毒溶剂漆包线漆，已批量生产，不足之处是成本比用甲酚及二甲苯的漆高，但为了减少毒性对人体的侵害，这种投资是值得的。国内也试制成无甲酚聚酯漆包线漆，采用醇醚类溶剂，性能良好。

(3)水溶性漆的应用。因有机溶剂有毒性及易燃易爆性，为此设法用水做溶剂来制备漆包线漆。国内外开展了不少研究，很多化学家对水溶性树脂的合成工作进行深入的研究，主要的难度在于既要把溶解于甲酚及二甲苯的漆基树脂改成能溶解于水的高分子，又要使涂成的漆包线的机械性能、电性能、耐化学等性能保持原有指标。上海电缆研究所经过多年研究，克服种种难题，先后研制成功水溶性聚酯电泳漆、水散体聚酯漆及水溶性聚酯亚胺漆，取得良好社会效果。我国也引进了Dr.Beck公司的水溶性聚酯亚胺漆包线漆的制造技术，但因其在水溶性方面的高分子合成用原材料成本较高，使其造价也很高了;另一方面，水的汽化热比有机溶剂高，这使漆包线烘干时耗能也较高，出线速度慢，导致漆包线生产成本提高，因而难以推广，但随着人们对环境保护问题日益迫切需要解决，该方法将会为人们所重视。

(4)无溶剂漆的应用。为了彻底消除公害，最好不用溶剂，在这方面研究开发的方法有热熔树脂法、挤出树脂法、粉末硫化床涂敷法等新工艺:

①热熔树脂法的应用。制成的漆基树脂不加溶剂，常温下是固态，加热到180°C左右才能变为可以涂线的液态。由于树脂长期加热易固化，所以要解决树脂的配方问题，使之在180°C左右不固化，而在烘炉中高温下才固化。我国从德国Dr.Beck公司引进了这种产品制造技术(但该树脂中仍含有10%的有机助溶剂)。采用这种方法必须增加一套树脂熔融加热模具涂漆装置;其次，在品种上，主要是局限于聚酯亚胺等个别产品;另外，由于漆层均匀性控制难，只能涂制大规格的漆包线。

②挤出树脂法的应用。现有的漆包线传统制法都是“漆液—多道涂线—烘干固化”的工艺模式，主要是在漆层很薄的情况下进行，以保证漆层的均匀性及减少针孔。由此联想是否能用挤塑料线一样的方法制造漆包线呢?这样可不用有机溶剂，彻底解决溶剂的公害问题。瑞士Maillerfer公司与德国Dr.Beck公司合作研制出一套挤出流水线来制造漆包线，关键在解决挤出漆层要精密、要均匀，挤出料必须是热塑料性树脂。目前，这种方法只限于耐热性低的聚酯、聚氨酯等品种，并只能做大规格漆包线;其次，要工业化生产，还有很多质量上、技术上及经济上的困难要进一步克服。

③粉末涂敷法的应用。为了消除有机溶剂的公害，粉体涂料在涂料行业已有大量的应用，用在漆包线方面也进行了不少研究。这种方法需要把树脂制成很精细的粉末，并采用硫化床法或静电法将其涂敷在线上。目前该方法还只限于变压器中使用的大规格扁线上，主要技术问题是漆膜一次成形后的多孔性、漆层较厚、漆层的均匀性等难以控制，且耐电压低等还有待改善。

总之，为了减少或根除使用有毒溶剂漆制造漆包线的公害问题，改善人们的生产、生活环境，国内外制漆及漆包线行业都在大力开展无(低)公害漆包线漆的研究，尽管有技术上及经济上的各种困难，但未来总的趋势是向不用有机溶剂新的生产工艺方向发展。