CN100453299C - 一种换向器用加强环的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换向器用加强环的制造方法，采用酚醛树脂固化剂，代替现有加强环产品制造所普遍采用的酸酐类固化剂，因此与环氧树脂之间的固化反应能够更加完全，从而杜绝了换向器用加强环产品在高温下容易产生的“渗胶”缺陷，将产品的耐热温度提高到350℃以上。同时，通过采用鼓风干燥技术和预先绕制技术，大幅度提高了产品各项性能的稳定性，降低了产品的不合格率，使生产成本降低了10%～20%。

Description

一种换向器用加强环的制造方法

技术领域

本发明涉及电子电器绝缘材料制造领域，特别地，涉及一种换向器用加强环的制造方法，通过本方法制造的换向器用加强环，能够在350℃以上仍然维持对换向器的加固作用，杜绝换向器烧制过程中的“渗胶”现象和使用过程中的“飞片”现象。

背景技术

电机的换向器一般由换向片和云母片相间排列而成，其本身的结构比较疏松。为了使电机能在较高的转速下工作，必须要求换向器具有良好的机械强度，以承受电机在高速运转时所产生的巨大离心力。因此，必须使用合适的材料对换向器进行加固处理；否则，容易在使用过程中产生换向片爆裂的“飞片”现象，致使整个电机报废。

对换向器进行加固处理，通常的做法是在换向器的轴向内侧设置加强环。早先采用的是钢质材料加强环(中国发明专利申请号99103798.7)，机械强度虽好，但不绝缘，容易发生短路现象；随后又发明了绝缘环与金属环相配合的组合式加强环系统(中国发明专利申请号96180521.8)，机械强度和绝缘性能都很好，但该专利只提供了各加强环的结构，而无制造方法可供借鉴。中国发明专利申请号02112020.X和200410032030.7都采用环氧树脂复合玻璃纤维制造换向器用加强环，绝缘性能很好，机械强度和耐热性能也基本上可以满足要求；同时，针对采用“片子棒模具法”制造加强环所存在的工艺繁琐、不便操作和生产效率低下的缺陷，中国发明专利申请号200510023210.3又作了进一步的改进，采用“钢棒模具法”代替“片子棒模具法”，生产工艺简化了不少，产品性能也得到了一定的提高。从当前国内外的市场来看，这类采用环氧树脂复合玻璃纤维材料制造的加强环产品逐步成为了主导。

然而，换向器用加强环产品，除了机械强度和绝缘性要求之外，还必须同时要求具有耐热性能，以承受电机高速转动所产生的工作高温。目前，一些电机相关产品的工作转速越来越高，所产生的高温也随之不断攀升，这就要求所配套的换向器用加强环的耐热性能也随之相应提高。例如，现在市场上流行的吸尘器类产品，其电机的工作转速已从早先的20,000转/分钟提升至60,000转/分钟，换向器内所产生的工作高温也从早先的大约250℃提高到大约350℃。因此，为了保持与工作转速提高了的电机产品的相匹配，必须开发出具有更佳耐热性能的换向器用加强环产品。

与此同时，上述三个中国发明专利(申请号分别为02112020.X、200410032030.7和200510023210.3)技术，都采用了酸酐类固化剂304或504，作为环氧树脂F46或F51的固化剂。但众所周知，即使采用后固化处理或添加促进剂等手段，酸酐类固化剂与环氧树脂之间的固化反应也难以达到完全；同时由于酸酐类固化剂的吸湿性(特别是梅雨季节)而导致的原材料成分变化，致使采用了酸酐固化剂的加强环产品批次之间的性能差异很大，产品报废率时高时低。更加严重的是，在加入填充料高温(250～350℃)烧制换向器的时候，加强环产品中的未固化完全的酸酐类固化剂，还会与某些换向器的填充料如电木粉之间发生化学反应，产生所谓的“渗胶”现象，致使换向器甚至整个电机报废。事实上，由于主要使用的是酸酐类固化剂，换向器用加强环产品的耐热性能难以真正达到300～350℃，在温度超过300℃时很容易产生的“渗胶”现象。

发明内容

本发明的目的是针对现有换向器用加强环容易产生的“渗胶”现象和耐热性能不佳的缺陷，提供一种杜绝了“渗胶”现象的耐热性更佳的换向器用加强环的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种换向器用加强环的制造方法，包括如下步骤：

(1)将酚醛树脂固化剂溶解于有机溶剂之中，然后按照比例加入环氧树脂，混合均匀后制成树脂胶；所述酚醛树脂固化剂的分子量范围为500～1000道尔顿；所述有机溶剂加入的重量为酚醛树脂固化剂重量的0.5～2倍；

(2)将玻璃纤维预浸经过树脂胶，随后将其引入鼓风干燥器，在通过干燥器时将有机溶剂挥发除尽；

(3)将从鼓风干燥器出来的浸有树脂胶的玻璃纤维缠绕在线筒之上，制成复合筒纱；

(4)通过绕纱机将复合筒纱解开，重新缠绕在作为模具使用的金属棒上，放入烘箱内升温固化；

(5)使用磨床磨好外径之后将金属棒抽出，制得环氧树脂/玻璃纤维复合空心管；

(6)使用数控切割机将空心管逐片切下，进一步加热后固化处理，抛光后即制得换向器用加强环产品。

进一步地，所述步骤(1)中，所述加入的酚醛树脂固化剂重量为环氧树脂重量的25％～65％；所述有机溶剂是甲醇、乙醇或丙酮；所述步骤(2)中，所述鼓风干燥器的出风温度控制在80～150℃之间。

与现有的换向器用加强环产品的制造技术相比，通过本发明所提供的制造技术具有如下优点：1)配方更合理，由于改用酚醛树脂固化剂代替酸酐类固化剂，固化反应可以更加完全，提高了产品耐热性能，杜绝了产品在高温下的“渗胶”缺陷；2)工艺更先进，通过采用鼓风干燥技术和预先绕制技术，既保证了玻璃纤维对树脂胶的良好浸润，又及时、彻底地除去了有机溶剂，大幅度提高了产品各项性能的稳定性，从而降低了产品的不合格率；3)生产成本更低，酚醛树脂固化剂一般比酸酐类固化剂价格便宜，由此配制的树脂胶的适用期也更长，加之技术改进所减少的原料浪费，生产成本降低了10％～20％。

具体实施方式

本发明以酚醛树脂固化剂代替以前专利技术普遍使用的酸酐类固化剂，与环氧树脂配制成树脂胶，再与玻璃纤维复合、缠绕、固化、切割后制成换向器用加强环产品。由于酚醛树脂与环氧树脂之间的固化反应能够达到完全，因此可以杜绝换向器用加强环产品的“渗胶”现象，从而提高产品的耐热性能，同时不降低产品的机械强度和绝缘性能。

本发明的换向器用耐热加强环的制造方法包括如下步骤：(1)先将酚醛树脂固化剂溶解于有机溶剂之中，然后按照比例加入环氧树脂，混合均匀后制成树脂胶；(2)将玻璃纤维预浸经过树脂胶，随后将其引入鼓风干燥器，在通过干燥器时将有机溶剂挥发除尽；(3)将从鼓风干燥器出来的浸有树脂胶的玻璃纤维缠绕在线筒之上，制成复合筒纱；(4)通过绕纱机将复合筒纱解开，重新缠绕在作为模具使用的金属棒上，放入烘箱内升温固化；(5)使用磨床磨好外径之后将金属棒抽出，制得环氧树脂/玻璃纤维复合空心管；(6)使用数控切割机将空心管逐片切下，进一步加热、后固化处理，抛光后即制得换向器用加强环产品。

所采用的环氧树脂为普通的线型苯酚甲醛环氧树脂(简称为酚醛环氧树脂)或其改性产品，其环氧值宜控制在每100g树脂0.40～0.80摩尔环氧当量，最好控制在每100g树脂0.50～0.60摩尔环氧当量；可以考虑选用型号为F44、F46、F48、F51、F54或F76等工业牌号的环氧树脂，优先选用F51和F54环氧树脂。为了达到较佳的固化反应效果，所使用的环氧树脂与酚醛树脂固化剂的重量比应当控制在1∶0.25～1∶0.65之间，最好为1∶0.35～1∶0.45。

所采用的酚醛树脂固化剂，可以是热固性酚醛树脂，也可以是热塑性酚醛树脂(又称为线型酚醛树脂)；为了防止在加热脱除有机溶剂时引发环氧树脂与固化剂之间的固化反应，优先考虑选用热塑性酚醛树脂作固化剂。同时，为了增加固化剂在有机溶剂中的溶解度和降低树脂胶的粘度，所采用的酚醛树脂固化剂的分子量范围应为500～1000道尔顿，最好为500～700道尔顿。

酚醛树脂固化剂在常温下为固态，为了与环氧树脂混合均匀并降低混合物的粘度，应当使用合适的有机溶剂来溶解酚醛树脂固化剂。所使用的溶解酚醛树脂固化剂的有机溶剂的沸点不超过100℃(常压下)，最好在80℃以下；可以考虑选用甲醇、乙醇、丙酮等工业有机溶剂，优先考虑选用工业无水乙醇，来溶解酚醛树脂固化剂，但这些有机溶剂中的水分含量应该控制在1％以下，以防止溶液出现浑浊和固体不溶物。所选用的有机溶剂与酚醛树脂固化剂的重量比宜控制在1∶2～2∶1之间，最好为1∶1。如在常温下酚醛树脂固化剂不能够完全溶解于有机溶剂之中，可以加热至有机溶剂回流温度，并通过搅拌来促进酚醛树脂固化剂完全溶解。

为了保证树脂胶的流动性，以满足对玻璃纤维的浸润效果，玻璃纤维宜选用无捻玻璃纤维纱，所述的树脂胶的温度宜控制在35～75℃，最好为55～65℃。

所采用的鼓风干燥器的功率应当可以调节，以便实现对进风量和出风温度的精确控制。鼓风干燥器宜选用为管式结构，其有效干燥长度为2～6米，最好为4～5米；鼓风干燥器的出风温度宜控制在80～150℃之间，最好为100～120℃。所述的线筒通过控速马达来驱动，应当控制其转速，使预浸有树脂胶的玻璃纤维纱在鼓风干燥器内的停留时间不低于5秒。

所述的作为模具使用的金属棒，可以为不锈钢棒或铜棒，其外径与所制造的加强环产品的内径相同；而外表面固化了树脂胶/玻璃纤维复合物的金属棒，通过磨床将其外径精确磨至与加强环产品的外径相同。

所述的外表面缠绕有树脂胶/玻璃纤维复合物的金属棒的升温固化工艺，固化温度为120～250℃，固化时间为5～12小时；所述的通过切割机切下的加强环产品的后固化处理工艺，固化温度为200～350℃，固化时间为3～10小时。

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

实施例1：采用热塑性酚醛树脂固化剂

取分子量分布为500～700道尔顿的热塑性线型酚醛树脂1.8公斤，加入工业无水乙醇2.0公斤，加热至60℃左右，搅拌2小时，固体完全溶解；再加入预热过的F54环氧树脂4.0公斤，仍于60℃左右搅拌混合2小时，制得树脂胶；通过马达带动线筒运转，使无捻玻璃纤维纱依次经过盛有树脂胶的料槽和管式鼓风干燥器，并缠绕在线筒之上，预先绕制成复合筒纱；料槽的温度为60℃，线筒转动的线速度为0.6米/秒，干燥器的有效干燥长度为4.2米，干燥器的出风温度为140℃；所制得的复合筒纱在24小时之内使用，通过绕纱机将复合筒纱解开，重新缠绕在外直径为20.7毫米的磨光不锈钢棒上，不锈钢棒的长度为1.2米，其外表面事先涂布脱模剂；将缠绕复合筒纱的不锈钢棒放入烘箱内加热固化，140℃保温2小时，180℃保温6小时，220℃保温2小时；让钢棒在烘箱中自然冷却，取出后通过精密磨床将其外直径磨至24.7毫米，脱模后取出不锈钢棒，得到空心管，使用数控切割机将空心管逐片切下，每片的厚度为2.0毫米；将所得切片收集在一起，再次放入烘箱内加热、后固化处理，250℃保温4小时，280保温2小时，于烘箱内自然冷却后水洗抛光，即得规格为23.6×20.7×2毫米(外径×内径×宽度)的换向器用加强环产品。

产品与填充料一起置入换向器之中，350℃烧制10小时，同时试验200只加强环产品，没有发现“渗胶”现象。抗拉性能测试结果表明，产品的抗拉荷载为8500±500牛顿，算术平均抗拉荷载为约8400牛顿，具体测试结果如下表所示(测试温度为25℃)：

试样序号	抗拉荷载(牛顿)
		1	8230.72
2	8948.93
		3	8689.67
4	8034.65
		5	8068.42
6	8008.93
		7	8645.32
8	8356.74
		9	8879.61

对比实施例1：采用酸酐类固化剂

参照中国发明专利(申请号200410032030.7)所述加强环制造方法，称取预热过的F51环氧树脂4.0公斤，再加入504酸酐固化剂3.4公斤，45℃左右搅拌2小时，制得树脂胶；选用与上述实施例相同的无捻玻璃纤维纱，浸入加有树脂胶的绕环机的胶槽之中，马达驱动绕环机，将浸润有树脂胶的玻璃纤维纱绕制在片子棒之上；再将绕好的片子棒放入烘箱内加热固化，140℃保温2小时，180℃保温6小时，220℃保温2小时；让片子棒在烘箱中自然冷却，松开片子棒，脱模后得到加强环粗品，收集粗品，使用精密车床将其外直径车至24.7毫米；再次将经过车床加工过的粗品放入烘箱之中，升温后固化处理，240℃保温6小时，于烘箱内自然冷却后水洗抛光，即得规格为23.6×20.7×2毫米(外径×内径×宽度)的换向器用加强环产品，其外观与实施例所得产品无异。

产品与填充料一起置入换向器之中，300℃烧制10小时，同时试验200只加强环产品，发现13例“渗胶”现象；350℃烧制10小时，同时试验200只加强环产品，发现37例“渗胶”现象。抗拉性能测试结果表明，产品的抗拉荷载为7300±550牛顿，算术平均抗拉荷载为约7300牛顿，具体测试结果如下表所列(测试温度为25℃)：

试样序号	抗拉荷载(牛顿)
		1	7608.94
2	7137.89
		3	7543.21
4	7238.78
		5	6859.02
6	6754.68
		7	7834.67
8	7523.90
		9	7456.81
10	7102.49

上述实施例是用来解释和说明本发明的，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围之内，对本发明所作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种换向器用加强环的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将酚醛树脂固化剂溶解于有机溶剂之中，然后按照比例加入环氧树脂，混合均匀后制成树脂胶；所述酚醛树脂固化剂的分子量范围为500～1000道尔顿；所述有机溶剂加入的重量为酚醛树脂固化剂重量的0.5～2倍；

(2)将玻璃纤维预浸经过树脂胶，随后将其引入鼓风干燥器，在通过干燥器时将有机溶剂挥发除尽；

(3)将从鼓风干燥器出来的浸有树脂胶的玻璃纤维缠绕在线筒之上，制成复合筒纱；

(4)通过绕纱机将复合筒纱解开，重新缠绕在作为模具使用的金属棒上，放入烘箱内升温固化；

(5)使用磨床磨好外径之后将金属棒抽出，制得环氧树脂/玻璃纤维复合空心管；

(6)使用数控切割机将空心管逐片切下，进一步加热后固化处理，抛光后即制得换向器用加强环产品。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述加入的酚醛树脂固化剂重量为环氧树脂重量的25％～65％。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述有机溶剂是甲醇、乙醇或丙酮。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述鼓风干燥器的出风温度控制在80～150℃之间。