快速法评定聚酰亚胺漆包线温度指数研究

韩永进

（上海电缆研究所有限公司 中央研究院，特种电缆技术国家重点实验室，上海200093）

0 引 言

聚酰亚胺具有优异的力学性能、耐老化性能、耐溶剂性能和绝缘性能，广泛应用于H级和C级漆包线绝缘漆。随着科技的进步，人们对漆包线的耐高温和耐老化性能要求越来越高，因此，有必要对漆包线的温度指数进行评定。目前，漆包线温度指数的评定方法主要有常规法和快速法两种。常规法准确可靠，但需要在3～5个恒定温度下做老化试验，试验周期较长；快速法通过恒温寿命试验和动态热重试验测定漆包线的温度指数，具有试样少，周期较短的优点，因此被广泛应用于漆包线温度指数评定［1⁃3］。

GB／T 4074.8—2009［4］中规定的温度指数评定方法适用于导体直径为0.800～1.500 mm的漆包线，而对于导体直径更小的的漆包线并未作出规定，因此开展相关研究十分必要［5］。本工作以小规格聚酰亚胺漆包线为研究对象，采用快速法对其进行温度指数评定，探讨快速法在小规格聚酰亚胺漆包线温度指数评定中的适用性。

1 试验部分

1.1 样品制备

聚酰亚胺漆包线，导体直径为0.20 mm和0.30 mm，二级漆膜，220级。对每个规格的漆包线，制备21个以上扭绞对试样，备用。

1.2 试验仪器

STPH⁃101型热老化烘箱；JTGN⁃0.1 kVA／2 kV型漆包线工频耐压试验仪；TG209F1型热重分析仪；FA2004B型分析天平，可读性0.1 mg。

1.3 试验方法

1.3.1 恒温寿命试验

将绞线对试样在125℃±5℃的烘箱中干燥2 h，冷却后逐个称取其质量。然后将绞线对置于310℃下进行恒温老化试验，每个周期的老化时间为24 h，每个周期老化后对试样进行500 V，1 s的耐电压试验直至试样全部失效。记录每个绞线对的失效时间和质量，以及除去漆膜后裸导体的质量。

1.3.2 动态热重试验

制备漆包线的漆膜并在125℃±5℃的条件下烘干2 h，采用TG209F1型热重分析仪（TGA）对漆膜进行热重分析，升温速率分别为2，4，6 K／min，空气气氛，空气流量为50 mL／min。

1.3.3 计 算

漆包线绞线对恒温老化失效后，按式（1）计算平均寿命，由式（2）计算试样失重百分数。

式中：Lh为试样平均寿命（h）；Li为第i个试样失效时的老化总小时数减去12 h（h）；n为试样个数。

式中：Cf为试样失重百分数；ΣW0为试样初始质量之和（mg）；ΣWn为失效试样质量之和（mg）；ΣWc为试样裸导体质量之和（mg）。

漆包线漆膜的活化能由式（3）得到，并由式（4）可得到漆包线在20 000 h下的温度指数。

式中：Ef为活化能（cal／mol）；β为升温速率（K／h）；θ为动态温度（K）；a为常数。

式中：T20000为寿命20 000 h对应的温度（℃）；Ef为活化能（cal／mol）；Lh为恒温寿命试验的平均老化时间（h）；Th为恒温寿命试验的老化温度（K）。

2 结果与讨论

2.1 恒温寿命试验

按照试验方法将21个漆包线绞线对试样在310℃下恒温老化，直至全部绞线对耐压失效。由式（1）和式（2）计算试样的平均寿命和失重百分数，结果见表1。

表1 恒温寿命试验数据

由表1可知，经过310℃的老化后，0.20 mm和0.30 mm聚酰亚胺漆包线的的平均寿命分别为231.7，211.5 h，老化后失重百分数的平均值为16.4%和17.8%，0.5Cf的取值均为10%（以失重5%为进位单位）。

2.2 动态热重试验

试验考察了漆包线漆膜在2，4，6 K／min等3个不同升温速率下的热重行为，不同升温速率下漆膜的热失重曲线见图1。

图1 聚酰亚胺漆膜在不同升温速率下的热失重曲线

由图1可知：聚酰亚胺漆膜具有良好的耐热性，起始失重温度达到了400℃，只有一个失重台阶。由热失重曲线可得到不同升温速率下聚酰亚胺漆膜在失重0.5Cf时的温度，结果见表2。

表2 不同升温速率下漆膜失重0.5C f时的温度

2.3 温度指数

根据式（3），设Y＝lgβ，X＝1／θ，b＝－Ef／4.348，通过最小二乘法可计算得到聚酰亚胺漆膜活化能，结果见表3。

由表3可知：0.20 mm漆包线漆膜的活化能为30 469 cal／mol，0.30 mm漆包线漆膜的活化能为32 740 cal／mol。相关系数的绝对值接近于1，表明变量的线性相关性较高。

表3 不同规格聚酰亚胺漆包线膜活化能的计算

根据活化能以及漆包线恒温寿命试验的老化时间和老化温度，由式（4）可得到聚酰亚胺漆包线在20 000 h下的温度指数，结果见表4。

表4 聚酰亚胺漆包线的温度指数

由表4可知：0.20，0.30 mm的聚酰亚胺漆包线的温度指数分别为225，229，这与该漆包线的温度指数等级一致。

3 结束语

参照GB／T 4074.8—2009对0.20，0.30 mm的聚酰亚胺漆包线进行了快速法温度指数评定，其温度指数与该聚酰亚胺漆包线的温度指数等级相一致，说明快速法在小规格聚酰亚胺漆包线的温度指数评定中具有较好的适用性。