环氧酸酐VPI浸渍树脂的浸透性研究

张大鹏，徐学强，黄程伟



环氧酸酐VPI浸渍树脂的浸透性研究

张大鹏，徐学强，黄程伟

（水力发电设备国家重点实验室（哈尔滨大电机研究所），哈尔滨150040）

浸渍树脂的浸透性是保证VPI成品线圈质量的重要工艺指标。本文对少胶云母带进行电子显微测试，分析环氧酸酐VPI浸渍特点及类型，并对标准铝排线棒进行了浸透性试验。试验结果表明，改变浸渍工艺指标可以增加树脂浸透性的能力。但是鉴于此法在经济性上不适于广泛地应用，建议在生产过程中，应以降低浸渍树脂的粘度作为增强浸透性的手段。

绝缘材料；环氧酸酐；浸渍树脂；浸透性

0 前言

发电机定子主绝缘体系使用环氧粉云母绝缘后，就形成了二种工艺，即多胶模压工艺和少胶浸渍工艺[1~3]。而环氧酸酐VPI浸渍体系则是国内外三大主流浸渍体系之一[4]。因其固化过程挥发物少，对环境污染小，固化成型后热收缩少，机械性能和电性能卓越而闻名[5~6]。

浸渍树脂的浸透性是保证VPI成品线圈质量的重要工艺指标。一般来说，环氧酸酐VPI浸渍树脂的粘度较低可以很快浸透线棒上的云母带，但从其应用经济性考虑，浸渍树脂都是反复使用。在浸渍的过程中，由于促进剂、温度、固化剂等影响，会导致浸渍树脂粘度的不断增长，进而影响其浸透性[7~9]。因此研究浸渍树脂的浸透性合理粘度，以及提高浸透性的工艺，就显得尤为重要[10~12]。

1 实验

1.1 原材料

环氧树脂：双酚A环氧树脂（进口）

固化剂：甲基六氢苯酐（进口）

少胶云母带：366.55-30（进口）

1.2 试样制备

（1）少胶云母带电子显微测试试样制备：取少量366.55-30少胶云母带，保证表面无脱落、无折痕和褶皱的条件下，进行表面镀金。

（2）少胶VPI浸透性试验试样制备：

（a）取1.6m长的铝排，表面平整光滑无凹陷，固定在云母带绕包机上。

（b）从铝排中间1m处，开始绕包少胶云母带，如图1所示。

图1 绕包少胶云母带

（c）在绕包少胶云母带的过程中，取中间部位放置代表云母层数的滤纸，以便考证该云母层是否可以浸透，如图2所示。

图2 放置滤纸

（d）绕包到规定的云母带层数后，用透明胶带封住铝排两端，并绕包上打孔聚四氟乙烯带作为脱模材料，如图3所示。

图3 封口脱模

（e）按照以上方法，制备若干不同少胶云母带层数的铝排线棒备用。

（3）VPI浸渍树脂粘度试样制备：准备两个干净，干燥的烧杯各500ml，再每次浸透性试验前常温条件下，从浸渍罐中进行取样，取样时应先排除管道中的树脂。

1.3 测试设备

电子显微设备：Helios NanoLab 600i双束电子显微镜。

浸透性设备：进口绕包机，VPI真空压力浸渍系统。

粘度测试设备：HAKKE VT550 绝对旋转粘度计。

2 结果与讨论

2.1 环氧酸酐VPI工艺的浸渍特点及类型

环氧酸酐VPI浸渍工艺，是指因其云母带含胶量少，约在8%~10%左右，需从外面注入胶来调节组分，填充空隙，以达到理想的云母与胶的最佳配比[13]。

图4所示为少胶云母带在电子显微镜下的实物图。从图中可以看出，为了达到预想注入胶量，并保证在各个方向渗透均匀，少胶带厂家采用了片云母结构来解决浸透均匀性问题，而淘汰了浸透性和浸透均匀性较差的粉云母结构[14]。少胶云母带厂家利用粘合或者压制的工艺，来生产少胶云母带。此外，图中明亮部分为云母片之间的间隙，其主要作用就是给浸渍树脂提供浸透的通道，其间隙尺寸一般为20μm~30μm。

VPI工艺的浸渍特点为：在云母片表面张力的作用下，每层间水平浸透比较容易，而垂直浸透则需要考察浸渍树脂通过云母片之间的能力，如果浸渍树脂的分子量比较大，即宏观表现为粘度较大，则通过云母片之间间隙的能力低，从而浸透性低，反之，则通过云母片之间间隙的能力高，浸透性也高。

根据浸渍树脂的浸渍方向，VPI工艺的浸渍类型基本可以分为两类，平行浸渍类型和垂直浸渍类型。平行浸渍，是指平行于少胶云母带的云母层方向浸渍，它与叠绕云母带的前进方向在同一水平线上。而垂直浸渍，是指垂直于少胶云母带的云母方向浸渍。平行浸渍，取决于绕包云母带时的绕包张力，绕包张力越大，则云母层与层间的间距越小，平行浸渍能力越差，反之，则平行浸渍能力越强。而垂直浸渍，则与浸渍树脂的粘度、浸渍抽真空压力、保压时间等工艺参数有着较为密切的关系。

2.2 绕包少胶带层数对于浸透性的影响

制备了绕包13层少胶带和绕包24层少胶带的铝排试样，放入罐中进行浸渍，工艺指标按表1执行。

浸透性主要工艺指标如表1所示。

表1 浸透性主要工艺指标

将试样按以上工艺指标进行浸渍，拿出进行解剖，如图5所示。发现树脂完全浸透了13层少胶带的铝排线棒，而24层少胶带的铝排线棒只完全浸透了18层。得到试验结论参见表2。

从该试验结论可以看出，绕包少胶带层的对于浸渍树脂的浸透性影响。绕包的层数越多，越不容易浸透；反之，绕包的层数越少，越容易浸透。

图5 铝排试验线棒解剖图

表2 绕包少胶带层数对于浸透性的影响

2.3 粘度对于浸透性的影响

制备若干绕包24层少胶带铝排试样线棒，以同一种工艺指标分别用不同粘度的VPI树脂进行浸渍。

将试样按以上工艺指标进行浸渍，拿出进行解剖，如图6所示。发现树脂不能完全浸透铝排线棒。

在不同树脂进行粘度测试，得到试验结论见表3。

图6 铝排试验线棒解剖图

表3 粘度对于浸透性的影响

从该试验结论，可以看出浸渍树脂的粘度对于浸渍树脂的浸透性影响较大，树脂的粘度越小，浸透的层数越多，浸透性越好；反之，树脂的粘度越大，浸透的层数越少，则浸透性越差。

2.4 工艺指标对于浸透性的影响

制备若干24层少胶带铝排试样线棒，改变浸渍工艺指标进行浸透性试验。改变后工艺指标见表4。

表4 浸透性主要工艺指标

对于VPI真空压力浸渍体系，改变加压工序对浸渍产生的影响因素较多，会造成分析原因的复杂性，因此只在原有工艺指标上变更了保压时间这一项工艺指标。

将试样按不同工艺指标进行浸渍，拿出进行解剖。得到试验结论见表5。

表5 不同浸渍工艺对于浸透性的影响

从该试验结论可以看出，改变保压时间可以增加树脂浸透性的能力，但是从经济性上考虑，不适合大规模地应用在生产中。在现代工业中，还是以调漆作为增强浸渍树脂浸透性的手段。

3 结论

通过对于VPI浸渍绝缘材料的研究和试验，得到如下结论：

（1）平行浸渍取决于绕包云母带时的绕包张力，而垂直浸渍则与浸渍树脂的粘度、浸渍抽真空压力、保压时间等工艺参数有着较为密切的关系。

（2）绕包的层数越多，越不容易浸透。

（3）浸渍树脂的粘度越小，浸透的层数越多，浸透性越好。

（4）改变保压时间，可以增加树脂浸透性的能力，从经济性上，不适合应用在生产中。

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Impregnability of Epoxy/Anhydride VPI Impreganting Resin

ZHANG Dapeng, XU Xueqiang, HUANG Chengwei

(State Key Laboratory of Hydro-power Equipment(HILEM), Harbin 150040, China)

The impregnability of the impreganting resin is the major index which guaranteed the VPI ststor coils’ quality. The dry mica tape was tested by electronic microscopy, and the characteristic and types of the epoxy/anhydride VPI impreganting resin was analyzed; meanwhile the impregnability for the standard aluminum specimen was also tested. The result shows that changing impregnation technology can increase the impregnability of the resin. But because this method is not suitable for widely application in economic terms, the suggestion is that the means of enhancing the impregnability should be reducing the viscosity of the impreganting resin in the production process.

insulating material; epoxy/anhydride; impregnating resin; impregnability

TM215

A

1000-3983(2017)04-0034-04

2017-07-12

张大鹏（1982-），2006年7月毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，研究方向为高压发电机真空压力浸渍技术、复合材料、高电压技术、新型绝缘材料及绝缘技术、新型防晕材料及技术，高级工程师。