耐热少胶粉云母带的制备和老化性能研究

2022-10-20罗林杰杨丽君华继凡

船电技术 2022年10期

关键词：胶粉云母胶粘剂

王微，罗林杰，杨丽君，李洋，华继凡

应用研究

耐热少胶粉云母带的制备和老化性能研究

王微1, 2，罗林杰2，杨丽君2，李洋1, 2，华继凡1, 2

（1. 武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；2. 湖北长海新能源科技有限公司，湖北黄冈 438000）

本文采用自制不饱和聚酯亚胺粘剂将云母纸和无碱玻璃布通过云母带机复合制备出耐热少胶粉云母带。该云母带胶粘剂分布均匀，表面平整，无气泡，无粘连或分层现象。其胶含量介于6～8%之间，挥发份低于2%，击穿电压高于6 kV。将此自制云母带应用于定子线圈中，配套使用本公司自主研发的不饱和聚酯亚胺类绝缘树脂进行真空压力浸渍，通过高温固化制作模拟线圈，对模拟线圈的性能测试及电热老化测试研究表明，该云母带的电气绝缘性能优异，且耐电热老化性能优良，可作为优异的绝缘材料应用于高压电机定子线圈的绝缘结构中。

少胶粉云母带电热老化介电性能

0 引言

少胶粉云母带是通过胶粘剂将粉云母纸和各种纤维纸、聚酯薄膜等补强材料复合组成的云母电绝缘制品，主要是通过VPI技术处理应用于大中型高压电机定子线圈主绝缘系统中[1-2]。由于少胶粉云母带的整体性和相容性良好，云母含量和绝缘强度都较高，得到了广泛应用[3-4]。而随着发电机单机容量的不断增大，电机的额定电压不断提高，电机结构更加紧凑，导致电机在运行时产生更高的热量，电机线圈的绝缘结构温升过高，直接导致电机的功效降低，使用寿命大幅缩短[5-7]。因此绝缘材料行业内不仅对高压电机的耐热性能、运行可靠性提出了更高的要求，还要求其具有长期稳定运行的绝缘结构，这就要求少胶绝缘结构具有更加优良的电气绝缘性能和耐电热老化功能。

不饱和聚酯亚胺浸渍树脂由于其具有较高（H 级）的耐热等级、较低的热态介质损耗因数、较高的机械力学性能和耐环境性能，常被应用于H级以上绝缘结构中[7-10]。因此为满足高压电机行业对少胶粉云母带的性能要求，本文开展了自制不饱和聚酯亚胺胶粘剂及少胶粉云母带研究，研究内容包括胶粘剂的制备、少胶粉云母带的制造、胶粘剂和云母带的常规性能分析以及云母带在绝缘系统中的应用研究。

1 实验

1.1 原材料及制备工艺

自制胶粘剂原材料包括不饱和聚酯亚胺树脂基体、常规固化剂和潜伏性固化剂（占总质量的2.5%）、引发剂过氧化二异丙苯（占总质量的2%）和稳定剂对苯二酚（占总质量的0.01%），其中不饱和聚酯基体由不饱和二元酸、二元醇经过缩合反应后，并通过亚胺单元醇封端制备而成。耐热少胶粉云母带的原材料包括云母纸、自制胶粘剂和无碱玻璃布。以上原材料均为工业级。

胶粘剂的制备工艺为：将自制不饱和聚酯亚胺树脂基体加热至60～80℃，按特定配比加入稳定剂、稀释剂、引发剂、常规固化剂或潜伏性固化剂，充分搅拌15min，测量酸值，达到指标值视为反应终点。使用常规固化剂和潜伏性固化剂分别得到合适粘度的胶黏剂a和b。

耐热少胶粉云母带制备工艺为：在多功能云母带机上，将无碱玻璃布通过浸胶、预烘后与云母纸复合，经过80～120℃烘箱烘焙，最后收卷、分切成指定要求宽度的云母带。使用胶粘剂a和b粘合的云母带分别为云母带A和B。

1.2 实验设备和仪器

实验设备或仪器包括：QS37a高压电容电桥，上海培诚电子技术发展有限公司；IBVAD-150击穿电压测试系统，桂林电器科学研究院有限公司；MEVAC50Kv-5kVA高压老练台，西安兆福电子有限公司；高温试验箱，兴化市恒之友电热设备制造有限公司；电子万能试验机，；电热鼓风干燥箱，常温～300℃。

1.3 实验过程

1.3.1 常规性能测试

云母带的常规性能测试项目包括外观、胶粘剂含量、挥发份、击穿电压、开卷性、拉伸强度和断裂伸长率，测试方法参考标准GB/T 5019.2-2009《以云母为基的绝缘材料第2部分：试验方法》。

1.3.2 老化试验及性能测试

1）6 kV试样制作

采用半叠包法绕包线圈，绕包顺序为里层4层少胶粉云母带后，平包一层玻璃丝带，最外层平包一层聚四氟薄膜。将绕包后的线圈进行VPI浸漆，为保证胶粘剂的相容性，所使用的绝缘漆为公司自主研发的聚酯亚胺类绝缘树脂，将浸渍后的线圈放置于130℃烘箱烘焙4小时后二次浸漆，继续放置于130℃烘箱烘焙4小时后，升温至180℃后固化8小时，得到模拟线圈。

2）电老化试验

电热老化试验按照NB/T 42005-2013《高压交流电机定子线圈对地绝缘电热老化试验方法》中的试验方法进行。对老化前和老化后的模拟线圈进行介质损耗因数试验，包括常态介质损耗因数试验和热态介质损耗因数试验，试验电压为1kV，参考标准GB/T 34665-2017《电机线圈/绕组绝缘介质损耗因数测量办法》。对老化前和老化后的模拟线圈进行工频击穿电压试验，参考标准GB/T 1408.1-2016《绝缘材料电气强度试验方法第1部分：工频下试验》。

2 结果与讨论

2.1 固化剂种类对胶粘剂和少胶粉云母带的影响

为研究不同固化剂对胶粘剂的影响，对胶粘剂进行常规性能测试。使用不同固化剂的胶粘剂的常规性能如表1所示。

表1 胶粘剂性能指标

从表1可以看出，与常规固化剂相比，由潜伏性固化剂配制的胶黏剂b在135℃下的凝胶时间更短、储存期更长。测试结果表明，添加潜伏性固化剂可缩短胶粘剂的高温固化时间，提高胶粘剂的常温储存稳定性。

为研究不同固化剂对少胶粉云母带的影响，对云母带进行常规性能测试。云母带的常规性能如表2所示。

表2 少胶粉云母带常规性能

从表2可以看出，两种云母带的胶粘剂含量、云母含量、挥发份、抗拉强度等性能差异不明显，但添加了潜伏性固化剂的云母带击穿电压更高，这可能是由于潜伏性固化剂的高温快固化特性，使复合时胶粘剂能够固化更完全，降低小分子物含量，因此提高云母带的绝缘强度。

2.2 电热老化对绝缘结构的影响

为评估耐热少胶粉云母带的实际应用情况，我们将用其制作的模拟线圈放置在老化烘箱中进行电热老化试验，探索电热老化对介质损耗因数和电气强度的影响。由于使用潜伏性固化剂的胶粘剂制备出的云母带性能更优，我们考虑使用该云母带绕包的线圈进行老化试验。依照NB/T 42005-2013标准要求，试样的老化温度不超过120℃，计算得出6 kV结构试样的试验电压范围为13 kV～15.2 kV。此次试验老化温度取120 ℃，试验电压取15 kV，老化时间50 h。将模拟线圈分别放置于老化烘箱中，接好线后将烘箱温度升至120 ℃±2 ℃，待温度稳定后，对试样分别进行施加试验电压，经测试，测试中间无线圈失效。试验结果如表3、表4所示。

由表3测试结果可知，耐热少胶粉云母带制作的模拟线圈常温介质损耗因数极低，且高温下的介质损耗因数较低，均小于5%，经电热老化后，其常温介质损耗因数增量几乎为零，而其热态介质损耗增量均较低。由表4测试结果可知，耐热少胶粉云母带制作的模拟线圈工频击穿电压较高，表明线圈的电气性能优良，经电热老化后其工频击穿电压略有降低，但幅度较小。耐热少胶粉云母带的应用实验表明，耐热少胶粉云母带具有优良的工艺性、良好的电性能和可靠的耐热性能。