JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂研制与性能研究

2011-06-02李翠翠苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司江苏苏州215214

电机与控制应用 2011年5期

夏宇，李翠翠，王文(苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司，江苏苏州 215214)

0 引言

随着电机电器工业的不断发展，特别是核电、牵引、防爆、矿山、冶金、航空电动机等特种电机产品，其使用环境严酷、起动频繁、绕组温升高、易受机械振动破坏，要求电机超负荷能力强，小型轻量，运行可靠。这些特性要求决定了电机的绝缘材料应具有高耐热性，最好能达到C级绝缘要求，同时还要具有高的机械性能和良好的高温电气性能。

目前，高速列车的最高设计时速已经达到350 km/h，并要求极高的运行可靠性，因此电机的绝缘等级都逐步要求达到C级。C级绝缘体系的浸渍树脂包括聚酰亚胺树脂、耐热环氧树脂和有机硅树脂三类。其中聚酰亚胺树脂为溶剂漆，不适合牵引电机对无气隙绝缘的要求;而以德国H62C为代表的无溶剂有机硅绝缘体系和日本YE-90H的耐热环氧体系在国外已被广泛应用，而国内牵引电机也引进了相关绝缘体系，效果良好。但随着我国高速列车的急速发展，对这类产品的国产化需求越来越迫切。国内在无溶剂有机硅浸渍树脂的研发方面已经取得了一些突破，但是由于有机硅树脂原材料及应用工艺方面的问题，国产化实际应用还有较长的路要走。虽然目前引进的耐热环氧浸渍树脂，一般采用两个或两个以上组份分别储存，使用时按比例混合均匀，储存和使用工艺都较为复杂［1］。但由于国内耐热环氧树脂的原材料配套相对成熟，为其尽快国产化提供了可能。

因此，在国外耐热环氧体系的基础上研制了一种新型C级无溶剂浸渍树脂(产品型号:JF-9960)。该浸渍树脂除了满足C级绝缘对耐热性和高温电气性能的要求外，还具有粘度低、储存稳定性良好的特点;在固化过程中无小分子物质释放出来，满足牵引电机无气隙绝缘整体性和环保的要求。该树脂完全适用于耐热等级为200级的电机线圈和绕组的绝缘处理。

1 试验部分

1.1 试验原料

特种环氧树脂，聚酰亚胺树脂，特种固化剂，助剂等。

1.2 合成工艺

按配方量将原料投入反应釜中，在一定温度下反应至控制终点，加入固化剂、助剂，搅拌均匀，过滤，包装。

1.3 试验方法

树脂性能测试按 GB/T15022.2—2007电气绝缘无溶剂可聚合树脂复合物试验方法及GB/T1981.2—2003电气绝缘用漆试验方法进行。

2 结果与讨论

2.1 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的常规性能

JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的常规技术指标与检测结果如表1所示。

表1 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的常规技术指标

2.2 JF－9960 C级无溶剂浸渍树脂的粘度温度曲线

图1为JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的粘度温度曲线。粘度是决定浸渍树脂流动性和渗透性的主要因素，只有粘度适当才能实现对工件的充分浸渍，达到无气隙绝缘。由图1可知，浸渍树脂的粘度随温度的升高迅速下降，具有很好的温度特性，可以满足电机电器线圈绝缘处理的工艺要求。

图1 JF-9960C级无溶剂浸渍树脂的粘度温度曲线

2.3 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂储存稳定性

图2为JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂在60℃、50℃、40℃下的闭口贮存的粘度变化曲线。由图2可知，浸渍树脂在60℃下粘度增长很快，50℃和40℃下粘度增长缓慢，因此在浸漆时漆温不要超过50℃。

图2 JF-9960C级无溶剂浸渍树脂在不同温度下储存的粘度变化曲线

2.4 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的挥发份

挥发份测试方法为在45 mm×45 mm×20 mm的铝盒中称入10 g树脂，然后放入150±1℃鼓风烘箱中，2 h后取出放入干燥器中冷却后称重，计算树脂的挥发份。JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂与进口浸渍树脂的挥发份检测结果如表2所示。

表2 种浸渍树脂的挥发份数据

从表2中可以看出，JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的挥发份均小于5%，低于进口同类型的浸渍树脂，与传统苯乙烯类浸渍树脂30%左右的挥发份相比小很多，这样在绝缘处理后的烘焙固化过程中不易产生微小气隙，有利于提高绝缘结构的整体性。

2.5 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的FT-IR分析

图3为JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂和进口浸渍树脂的FT-IR图。由图3可知，JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的FT-IR图与进口浸渍树脂的图形基本相似，说明两种浸渍树脂的组成基本相同。

图3 JF-9960C级无溶剂浸渍树脂和进口浸渍树脂的FT-IR图

2.6 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂介质损耗因数与电压的关系

表3为JF-9960C级无溶剂浸渍树脂与进口浸渍树脂的介质损耗因数随电压的变化。从表中可以看出，JF-9960C级无溶剂浸渍树脂与进口浸渍树脂的介质损耗因数的起始值及随电压的增量都很小。

表3 两种浸渍树脂的介质损耗因数与电压关系

2.7 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的耐水性

将JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂与进口浸渍树脂的漆片放入沸水中，测试不同时间，体积电阻率的变化情况。测试结果如表4所示。从表4中的数据可以看出，在沸水中煮4 h后，两种树脂的体积电阻率几乎不下降，说明树脂的耐水性良好。

2.8 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的耐热性

热失重曲线作为评价耐热性的标准是有局限性的，已经被材料常规老化所取代，但是它能快速比较材料的耐热性。将JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂与进口浸渍树脂的漆片在德国耐驰公司的209F3仪器上测试，测试条件为氮气气氛，升温速率5℃/min，试验温度从室温开始到800℃。热失重曲线如图4所示。

表4 两种浸渍树脂在沸水中的体积电阻率

图4 两种浸渍树脂的热失重曲线

从图4可以看出，两种浸渍树脂的热失重曲线基本相似，说明它们具有相同的耐热性。

2.9 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂与少胶云母带的配套相容性

模拟线圈采用SBEFMB-60/155-2N自粘性双玻璃丝包一层云母带一层亚胺薄膜绕包铜扁线压制，尺寸为长52 cm，宽2.5 cm，高 0.5 cm。三层半迭包JF-5452-1HD聚酰亚胺薄膜单面补强少胶云母带(0.075×20 mm)，再平包一层玻璃丝带。模拟线圈的电性能测试结果如表5、表6所示。

表5和表6中的数据表明，JF-9960C级无溶剂浸渍树脂与JF-5452-1HD聚酰亚胺薄膜单面补强少胶云母带相容性良好。常态介质损耗因数的起始值与增量都很小，说明模拟线圈中的气隙很少，绝缘结构的整体性好。

表5 模拟线圈的介质损耗因数

表6 模拟线圈的电气强度

模拟线圈的浸水试验结果如表7所示。测试电阻时水作为电极。从测试数据上看，在浸渍树脂的作用下，电磁线和云母带形成整体，水不能进入绝缘结构内部使电阻降低。

表7 模拟线圈的浸水电阻数据

2.10 JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂的应用

苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司与永济新时速电机电器有限责任公司从2007年开始合作，开发C级无溶剂浸渍树脂，经过几次试验，目前已批量使用JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂。

JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂用在永济新时速电机电器有限责任公司的动车大功率牵引电机定子VPI浸渍上，不仅要求有C级的耐热性，而且要求常态3 kV时的介损小于1.5，更为苛刻的是要求整机浸在水中3 h后的绝缘电阻大于2 000 MΩ;经JF-9960 C级无溶剂浸渍树脂处理的定子可以满足要求。现在，永济新时速电机股份有限公司已完全采用JF-9960C级无溶剂浸渍树脂，实现生产用原材料国产化。