互感器用绝缘聚四氟乙烯薄膜的研制

周 飞 杨俊秋

(武汉船舶职业技术学院,湖北武汉 430050)

互感器用绝缘聚四氟乙烯薄膜的研制

周 飞 杨俊秋

(武汉船舶职业技术学院,湖北武汉 430050)

介绍了高性能绝缘用聚四氟乙烯薄膜的制备，该薄膜用于互感器层间及电磁线绕组的绝缘，也可用于高温即耐热环境要求高的绝缘场合,经测试薄膜的电气强度大于160kV/mm、拉伸强度大于60MPa、薄膜材料的分解温度为385℃,各项性能指标均能满足用户的要求。

互感器；聚四氟乙烯薄膜；绝缘材料

互感器常用于向电能计量、测量、控制、继电保护等提供电流电压信号方面，其精度及可靠性与电力系统的安全、稳定和经济运行密切相关，是电力系统中重要的高压设备之一。随着电力工业的发展，电力系统传输容量不断增大，电网运行电压等级越来越高，随着电压等级的不断提高,互感器在制造上面临着绝缘结构难于满足运行要求的难题[1～3]。

众所周知，聚四氟乙烯(PTFE)因其优异的电性能(属C类绝缘材料)，耐化学腐蚀性，耐候性，一定的力学性能和超乎寻常的热稳定性，超广的耐温性能(长期使用工作温度-150℃～+260℃)等，在电子电器、电线电缆、绝缘领域得到了越来越广泛的应用。PTFE薄膜能应用在互感器绕组铜箔之间,通过薄膜的绝缘和粘接,提高互感器的绝缘等级,减少了互感器的层间间隙并能增强互感器的机械强度，此外, PTFE薄膜亦可用于干式变压器、电容器、电器仪表等的层间衬垫绝缘和耐热电磁铁、安装线、耐热导线的绝缘，具有十分广阔的市场前景[4,5]。互感器绝缘用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的制备方法及性能研究也受到国内外众多科研工作者和加工企业的重视，本文通过试验并对实际生产运行获得的PTFE薄膜制备方法进行了研究。

1 PTFE薄膜的制备

1.1 树脂的选择

用于加工互感器绝缘的聚四氟乙烯薄膜树脂应选用分子质量分布均匀、结晶度高的悬浮树脂，结晶度一般选98%以上，分子质量在107～109，树脂颗粒粒径为30μm左右，采用此种规格的PTFE原料，制备的互感器绝缘用聚四氟乙烯薄膜才会有优良的物理性能和优异的电性能。通过试验筛选，山东东岳高分子材料有限公司生产的DF―16A和浙江巨圣氟化学有限公司生产的JF- 4TM的树脂适合加工互感器绝缘用聚四氟乙烯薄膜。

1.2 PTFE薄膜的生产工艺

互感器绝缘用聚四氟乙烯薄膜的生产工艺如图1所示。

图1 互感器绝缘用聚四氟乙烯薄膜的生产工艺流程图

(1)PTFE原料的预处理

将PTFE悬浮细料树脂放入20℃～23℃的恒温室中静至24小时进行预处理。

(2)捣料过筛

将预处理后的PTFE悬浮细料树脂经捣料机捣碎过筛，使树脂松散利于模压加工。

(3)模压

采用冷压工艺法，将10000gPTFE悬浮细料树脂加入到模具中，在100吨自动压力机上，按20MPpa的成型单压进行压胚，压制中注意排气，避免胚料炸裂。

(4)烧结

将压制好的制品胚件放入高温烧结炉，以50℃/h 的速率升温至330℃，保温3h，然后以30℃/h 的速率升温至380℃左右，保温10～14h， 再以30～40℃/h 的速率降温至320℃后，保温3～4h，最后以50℃/h 的速率降温至150℃后，关电自然冷却至室温，取出产品。

(5)旋切加工成薄膜

将烧结好的制品胚件用专用车床旋切加工成薄膜胚件。薄膜胚件为0.2mm×255mm×300m(厚度×宽度×长度)。

(6)压延定向

将旋切加工好的定向胚件，经热辊定向压延机加工(见图2)成为定向度为1.8～2.0，厚度为0.1mm的定向薄膜，热辊温度控制在150℃～180℃左右。

(7)分切

将厚度为0.1mm的定向薄膜用专用分切机加工成为0.1mm×35mm×450～500m(厚度×宽度×长度)的互感器绝缘用聚四氟乙烯薄膜。

(8)检验包装

加工好的互感器绝缘用聚四氟乙烯薄膜，抽样进行内在性能检验，同时对该薄膜进行外观和尺寸检验，将检验合格的产品，用PVC薄膜袋进行包装，附上检验合格证。

图2 热辊定向压延机加工PTFE薄膜

2 PTFE薄膜的性能检验

2.1 测试方法和测试设备

(1)拉伸强度、断裂伸长率按GB/T 13022-1991标准的测试方法，在深圳新三思计量技术有限公司生产的CMT 8502 型电子万能试验机上进行测试, 拉伸速度为100mm/min, 试验温度为(23℃±2℃), 每种材料至少取5个样，取平均值。

(2)直流击穿电压强度按GJB5344-2004标准的测试方法，在HZXC-Ⅱ全自动变压器上进行测试，试验电极用黄铜材料制造，上电极尺寸φ25mm×50 mm，下电极尺寸φ75mm×30 mm，试验时，电压从零开始，电压以1kV/s的速度平稳升高。共测10点，取其平均值。

(3)1MHz下介质损耗因素按GB/T 1409-2006标准的测试方法进行测试。

(4)1MHz下相对介电常数按GB/T 1409-2006标准的测试方法进行测试。

(5)体积电阻率按GB/T 1410-1989标准的测试方法进行测试。

2.2 PTFE薄膜的性能指标

本实验以不同定向度[6](定向度-材料的取向程度，其数值为加热前和加热后薄膜试样长度之比)的PTFE薄膜与标准指标相比，拉伸强度、断裂伸长率、直流击穿电压强度等性能如表1所示。

3 结果与讨论

相对于不定向的普通薄膜而言，互感器绝缘用PTFE薄膜(定向度为1.8～2.0)，有着如下突出特点：

(1)薄膜的力学性能，为了增强互感器的机械强度,对薄膜的物理机械性能也有一定的要求，测试结果如表1所示，由表1可见,薄膜的拉伸强度、断裂伸长率均优于标准值,显示出互感器绝缘用PTFE薄膜优良的物理机械性能。

(2)薄膜的电气性能，作为互感器的层间绝缘材料,指标要求绝缘层薄膜的直流击穿电压强度不得低于120kV/mm, 由测试结果表1可见,测得薄膜的强度达到166.6kV/mm，高于标准的要求，其他如介质损耗因素、相对介电常数、体积电阻率等各项也都符合标准要求。

表1 不同定向度的PTFE薄膜与标准指标性能对比

(3)薄膜的热性能，用于互感器绝缘的材料,薄膜的耐热性是个非常重要的指标。氟塑料有着超乎寻常的热稳定性，薄膜材料的分解温度为385℃,使得PTFE薄膜能适应150℃～260℃的高温环境，从而大大提高了该类绝缘材料的使用范围[7,8]。

4 结 语

互感器用绝缘PTFE薄膜(定向度为1.8～2.0)是一种新型的互感器层间绝缘膜,薄膜的电气强度大于160kV/mm，拉伸强度大于60MPa，薄膜材料的分解温度为385℃,各项性能指标均达到要求。此外,它亦可用于重要仪表仪器的绝缘，干式变压器、电器仪表、电容器等的层间衬垫绝缘和耐热电磁铁、耐热导线、安装线的绝缘。随着电力工业的发展，电力系统传输容量不断增大，必会迎来更加广阔的发展前景。

1 张建超，刘晓波，张飞，等.电子式高压电力互感器的发展现状及在电力系统中的应用[J].高压电器，2009(8):106-110.

2 陈月辉，王锦成,王继虎，等.互感器用绝缘复合膜的研制[J].上海工程技术大学学报，2004(6):114-116.

3 任晓，方春恩，李伟，等.35kV电子式电流互感器绝缘结构设计[J].电工电气，2012(4):21-24.

4 郭昱延，李卫国，杨鑫，等. 3种聚合物薄膜拉伸状态下的绝缘强度研究[J].绝缘材料，2012(4):53-59.

5 孙德，李冰冰，许振良.PTFE一PDMS/PET复合膜制备及其渗透汽化性能[J].膜科学与技术,2013(6):39-43.

6 李捷，王成，刘培杰，等.PTFE/玻纤膜结构材料拉伸性能研究[J].高科技纤维与应用，2013(2):48-52.

7 刘慈军，詹小军.聚四氟乙烯衬里工艺及其应用[J].化工装备技术，2012(10)61-63.

8 黄庆林，肖长发，胡晓宇，等.聚四氟乙烯膜的制备及性能[J].高分子材料科学与工程，2010(5):123-126.

(责任编辑：谭银元)

Development of Insulating PTFE Film Used on Transformers

ZHOU Fei，YANG Jun-qiu

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China)

This paper introduces the development of a high-performance insulating PTFE film, which is mainly used for the interlayer adhesion of transformer and the insulation of electromagnetic winding wires, and also exhibits excellent insulating properties with high temperature. TGA test shows that the electrical strength of the film is more than 160kV/mm and its tensile strength is greater than 60 MPa. The film’s heat decomposition temperature is 385℃. All properties of the new-type film can satisfy the requirements of users.

transformer; PTFE film; insulating materials

2016-10-11

周飞,男，讲师，主要从事材料科学与工程等方面的教学和科研工作。

TM55

A

1671-8100(2017)01-0025-03