CN101245212A - 一种原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法 - Google Patents

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一种原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法，将制作耐电晕漆包线漆的表面改性纳米粒子在N－甲基吡咯烷酮、N，N－二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，按照纳米粒子与有机溶剂的重量份数比为1∶5～16比例均匀分散，然后在20℃～150℃下使常规合成漆包线漆的单体在上述悬浮液中聚合，形成耐电晕漆包线漆。所述的纳米粒子是一种采用有机物改性材料与无机物混合的有机－无机复合填料；所述的无机物为氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化锌中的一种或几种的任意混合物；所述的有机物改性材料为碳链长度范围12～20个C的材料，约占纳米填料总重量的5％～10％。纳米粒子的平均粒度小于100nm，填充量为树脂量的1％～50％。

Description

一种原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法
技术领域
本发明涉及一种耐电晕漆包线漆的制备工艺，特别适用于制备变频电机用耐电晕漆包线的生产，属于电线电缆领域。
背景技术
交流变频电机具有节能、良好的调速性能、可以实现无级调速和快速制动等优点，使交流变频电机在家电、电梯、铁路、冶金等行业得到广泛的应用。但由于变频电源的使用也造成了变频电机绝缘系统的过早破坏问题。国内外学者针对变频电机绝缘的过早破坏现象进行过广泛而深入地研究，表明变频电机使用的脉宽调制电源输出的脉冲方波使电动机定子绕组首匝处承受的电压是平均匝间电压10倍以上，而由脉冲过电压引起的电、热、机械以及环境等因素的共同作用则是造成定子绕组匝绝缘材料快速老化并发生击穿的直接原因。因此提高电机绝缘系统，尤其是提高电磁线的耐电晕性能和耐温等级，是延长变频电机的使用寿命主要途径。目前耐电晕电磁线绝缘均采用复合涂层，其中中间层(三层复合)或外层(两层复合)为耐高温聚合物与纳米材料的复合物，厚度约为整体绝缘厚的40％～60％。
使用对局部放电、电晕腐蚀具有良好抵抗能力的耐电晕材料，是延长变频电机寿命的关键技术之一。其中，耐电晕漆包线漆即为重要的耐电晕材料类型之一，其制备方法就是向传统绝缘材料中填充一定量的无机纳米材料，如SiO2、TiO2、Al2O3、云母等。PhelpsDodge公司生产的具有三层漆膜耐电晕漆包线，中间层采用纳米TiO2与耐高温聚合物的复合材料使耐电晕性能提高了100倍。专利CN1211445C和CN1546586A分别介绍了纳米改性耐电晕漆包线漆的制备方法，这两种漆包线漆属于机械共混法。目前，国内外大都采用共混法将无机纳米粒子分散于传统的漆包线漆中，其缺点是纳米粒子的比表面积和表面能大，粒子之间存在较强的相互作用，易产生团聚，失去纳米粒子的特殊性质；而聚合物本身粘度又较高，纳米粒子与聚合物很难达到理想的纳米尺度复合。因此，采用共混法制备的耐电晕漆包线漆具有贮存稳定性差，易出现沉淀，产品的性能分散性大等缺点。
纳米材料由于尺寸在某个方向上减小所导致的高比表面积和高表面能，使其在黏度较大的聚合物中不易分散而成为共混法生产耐电晕材料所面临的技术难题。如何将纳米材料均匀分散到聚合物中，并保持相当的稳定性成为制备耐电晕材料的关键技术。开发一种新型的耐电晕漆包线漆的制备工艺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对目前耐电晕漆包线漆的制备工艺中贮存稳定性差，易出现沉淀，产品的性能分散性大等不足，而提出的一种稳定性更好，易分散的耐电晕漆包线漆制备方法。
本发明所述的方法是：采用原位聚合法制备耐电晕漆包线漆，将制作耐电晕漆包线漆的表面改性的纳米粒子在N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，按照纳米粒子与有机溶剂的重量份数比为1∶5～16比例均匀分散，然后在20℃～150℃下使常规合成漆包线漆的单体在上述悬浮液中聚合，形成耐电晕漆包线漆。所说的表面改性纳米粒子是一种有机无机复合填料，无机部分为氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化锌中的一种或几种的任意混合物，有机部分为碳链长度范围12～20个C的纳米材料，约占表面改性纳米粒子填料总重量的5％～10％。表面改性纳米粒子的平均粒度小于100nm，填充量为树脂量的1％～50％。
所述的耐电晕漆包线漆的具体制备方法可以是：将制作耐电晕漆包线漆的表面改性的纳米粒子分散于N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，在20～60℃条件下搅拌12小时。然后升温到65～85℃保温3～4小时，接着升温到110～135℃保温1～3小时，升温和保温过程中保持搅拌。当溶液的粘度达到115～120s(4号杯，20℃)时，加入封闭剂，并迅速降温到80～90℃并保温1～2小时，然后加入20.4份溶剂，在50～60℃条件下搅拌2～3小时，得到不透明耐电晕漆包线漆溶液。
本发明的优点在于：由于合成聚合物的单体分子量较小，粘度低，无机纳米粒子经表面改性后易于在其中分散，用这一方法制备的复合材料的填充粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损，同时在位填充过程中之经过一次聚合成形，不需要热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基体各种性能的稳定。由于漆包线涂层所用的高分子一般为有溶剂漆，纳米粒子在黏度较小的溶剂中易于分散均匀，聚合物在溶液中形成以后，就会包覆于纳米粒子周围，形成空间位阻效应，从而保持了纳米粒子在聚合物溶液中的稳定性。该方法不仅克服了共混法黏度大，不易达到纳米化分散的缺点，而且还有易于工业化生产的优点。
具体实施方式
下面将接合具体实施例对本发明作进一步的说明。
比较例1
将13.6份偏苯三酸酐(TMA)和18份4，4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)溶于48份N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，60℃条件下搅拌2小时。然后升温到75～85℃保温3小时，接着升温到110～135℃保温1～3小时，升温和保温过程中保持搅拌。当溶液的粘度达到120s(4号杯，20℃)时，加入封闭剂，并迅速降温到80～90℃并保温1小时，然后加入20.4份NMP，在60℃条件下搅拌2小时，得到深棕色透明溶液。将2.9份有机无机复合纳米材料用高速搅拌直接分散于得到的漆中，得到不透明溶液。
实施一
将由氧化钛或氧化铝或氧化硅、氧化锆或氧化锌中的一种或几种，与有机纳米材料(有机纳米材料为碳链长度范围12～20个C的纳米材料，约占改性纳米材料总重量的5％～10％)任意组配制作成的改性纳米材料2.9份(改性纳米材料的平均粒度小于100nm，填充量为树脂量的1％～50％)，用高速搅拌分散于46.6份的N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种任意配比的有机溶剂的混合物中，再向该悬浮液中加入13.2份常规合成漆包线漆的单体TMA和17.5份MDI，60℃条件下搅拌2小时。然后升温到75～85℃保温3小时，接着升温到110～135℃保温1～3小时，升温和保温过程中保持搅拌。当溶液的粘度达到120s(4号杯，20℃)时，加入常规的封闭剂，并迅速降温到80～90℃并保温1小时，然后加入19.8份N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物，在60℃条件下搅拌2小时，得到深棕色不透明溶液。
实施例二
将由氧化钛或氧化铝或氧化硅、氧化锆或氧化锌中的一种或几种，与有机纳米材料(有机纳米材料为碳链长度范围12～20个C的纳米材料，约占改性纳米材料总重量的5％～10％)任意组配制作成的改性纳米材料5.6份(改性纳米材料的平均粒度小于100nm，填充量为树脂量的1％～50％)，用高速搅拌分散于45.3份的N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，再向该悬浮液中加入12.8份TMA和17份MDI，60℃条件下搅拌2小时。然后升温到75～85℃保温3小时，接着升温到110～135℃保温1～3小时，升温和保温过程中保持搅拌。当溶液的粘度达到120s(4号杯，20℃)时，加入封闭剂，并迅速降温到80～90℃并保温1小时，然后加入19.3份N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物，在60℃条件下搅拌2小时，得到深棕色不透明溶液。
实施例三
将由氧化钛或氧化铝或氧化硅、氧化锆或氧化锌中的一种或几种，与有机纳米材料(有机纳米材料为碳链长度范围12～20个C的纳米材料，约占改性纳米材料总重量的5％～10％)任意组配制作成的改性纳米材料8.7份(改性纳米材料的平均粒度小于100nm，填充量为树脂量的1％～50％)，用高速搅拌分散于46.6份的N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，再向该悬浮液中加入13.2份TMA和17.5份MDI，60℃条件下搅拌2小时。然后升温到75～85℃保温3小时，接着升温到110～135℃保温1～3小时，升温和保温过程中保持搅拌。当溶液的粘度达到120s(4号杯，20℃)时，加入封闭剂，并迅速降温到80～90℃并保温1小时，然后加入14份N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物，在60℃条件下搅拌2小时，得到深棕色不透明溶液。
耐电晕电磁线的涂制
涂线设备：立式漆包机
漆样种类：底漆采用1753聚酯亚胺漆包线漆，耐电晕漆分别采用比较例1和实施例1～3得到的漆液，面漆采用铜陵西瓦产595漆。
炉温：500～600℃
车速：30～40m/min
涂漆方式：模具法
线径：Φ1.00mm
涂漆道数：底漆7道，耐电晕漆4道，面漆2道。
                表1各种耐电晕电磁线的性能比较
项目名称 比较例1 实施例一 实施例二 实施例三
漆样外观 分层 不分层 不分层 不分层
样线绝缘结构 3层 3层 3层 3层
外观 有颗粒 良 良 良
回弹角 38  37.5  39  37.5
扭绞试验 合格 合格 合格 合格
圆棒卷绕 1D开裂 1D  1D  1D
急拉断 合格 合格 合格 合格
热冲220℃ 30min 漆膜开裂 合格 合格 漆膜开裂
软化击穿 不合格 合格 合格 不合格
单项刮漆 平均 16.5 19 17.8 17
最小 9.8 14 13.8 11.5
击穿电压kV 9.8 12 11.5 13
漆膜连续性30m 2 0 0 0
耐电晕寿命/小时 20 50 70 68

Claims (5)

1.一种原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法，采用原位聚合法制备耐电晕漆包线漆，其特征在于：将制作耐电晕漆包线漆的表面改性纳米粒子在N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，按照表面改性纳米粒子与有机溶剂的重量份数比为1∶5～16比例均匀分散，然后在20℃～150℃下使合成漆包线漆的单体在上述悬浮液中聚合，形成耐电晕漆包线漆。
2.一种原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法，采用原位聚合法制备耐电晕漆包线漆，其特征在于：所述的耐电晕漆包线漆的制备方法是将制作耐电晕漆包线漆的表面改性纳米粒子分散于N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的一种或任意几种有机溶剂的混合物中，在20～60℃条件下搅拌12小时；然后升温到65～85℃保温3～4小时，接着升温到110～135℃保温1～3小时，升温和保温过程中保持搅拌；当溶液的粘度达到115～120s时，加入封闭剂，并迅速降温到80～90℃并保温1～2小时，然后加入20.4份溶剂，在50～60℃条件下搅拌2～3小时，得到不透明耐电晕漆包线漆溶液。
3.如权利要求1或2所述的原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法，其特征在于：所述的表面改性纳米粒子是一种采用有机物改性材料与无机物混合的有机-无机复合材料。
4.如权利要求3所述的原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法，其特征在于：所述的无机物为氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化锌中的一种或几种的任意混合物；所述的有机物改性材料为碳链长度范围12～20个C的材料，占表面改性纳米粒子填料总重量的5％～10％。
5.如权利要求3所述的原位聚合法制备耐电晕漆包线漆的方法，其特征在于：所说的表面改性纳米粒子的平均粒度小于100nm，填充量为树脂量的1％～50％。
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