CN101343435A - 一种耐高温绝缘漆及耐高温无磁性漆包线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温绝缘漆，其通过将现有原料组分经过升华或蒸馏提纯处理后合成制得。本发明还公开了一种采用该耐高温绝缘漆的耐高温无磁性漆包线及其制备方法和专用的漆包机。该漆包线具有耐高温性(180～240℃)，无磁性——比重磁化率X_D的范围在0～(－10)×10^－6C.G.S.M.，对感应磁场不起干扰作用，可作为高灵敏度、高精密度的仪器、仪表的线圈使用。

Description

一种耐高温绝缘漆及耐高温无磁性漆包线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐温等级高、无磁性的绝缘漆，以及采用该绝缘漆的耐高温无磁性漆包线及其制备方法和专用的漆包机。

背景技术

随着航天技术的飞速发展，对高灵敏度、高精密度的仪器仪表性能的要求越来越高。高精度力矩器是航天高精度惯性仪表中的关键部件，而其线圈所用的耐高温无磁性漆包线是高精度力矩器的关键材料。无磁性漆包线对感应磁场不起干扰作用，其性能的稳定性直接决定着力矩器的性能及稳定性。因此，为了满足这一需要就必须采用无磁性的材料制作高灵敏度、高精密度的仪器仪表的线圈。

现有的耐高温漆包线包括内层的金属导体线及包在外层的耐温等级为180～240℃的绝缘漆层。其中，金属导体如铜材等含有的杂质，如铁、钴、镍等磁化率高；而耐高温绝缘层主要采用聚酯亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆和聚酰亚胺漆等漆包线漆，而现有这些耐高温绝缘漆也含有磁性杂质。因此，目前的漆包线及其制成的线圈为顺磁性，即比重磁化率X_D大于0C.G.S.M.，影响了线圈的无磁特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题即是克服现有技术的缺陷，提供一种耐温等级高、无磁性的绝缘漆，以及采用该绝缘漆的耐高温无磁性漆包线及其制备方法。

为使漆包线无磁化，本发明人经过研究发现，首先需保证金属导体材质及绝缘层的无磁性要求，即需要控制金属导体材质如铜材及耐高温绝缘漆中磁性杂质的含量。其中，金属导体的纯度≥99.99％基本可达到要求；而耐高温绝缘漆则需通过原料组分和生产工艺进行无磁化处理以达到无磁性的要求。本发明耐高温绝缘漆的组分配方同现有技术，主要是对原料组分进行提纯以尽可能去除磁性杂质，而生产工艺条件(如温度、时间等)可同现有技术，但提纯、制漆设备，包括运输和储存漆的设备均需采用非磁性材料，一般将上述现有设备中含磁性物质，如铁的材料制成的部件替换成不锈钢、玻璃、陶瓷等非磁性材料。除这些组成漆包线的原材料外，在利用漆包机进行漆包生产的过程中也需注意避免接触磁性物质，同理，本发明漆包生产可采用目前国内现有的漆包机，但必须对现有漆包机做部分改造，即需要对漆包在生产过程中，与导体和耐高温绝缘漆等接触的漆包机的器件进行无磁化改造，如漆缸、漆辊和导轮采用不锈钢、玻璃和/或陶瓷材料。

因此，本发明通过下列技术方案来解决上述技术问题。首先，本发明的耐高温绝缘漆，是通过将现有原料组分经过升华或精馏提纯处理后合成制得的耐温等级为180～240℃的绝缘漆。

根据本发明，所述的耐高温绝缘漆同现有技术，选自聚酯亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆和聚酰亚胺漆中的一种或几种，其中聚酯亚胺漆的原料组分包括对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、甘油、偏苯三酸甲酐、4，4’-二氨基二苯醚及正钛酸丁酯，聚酰胺酰亚胺漆的原料组分包括偏苯三甲酸酐酰氯、4，4’-二氨基二苯醚、环氧丙烷及二甲基乙酰胺，聚酰亚胺漆的原料组分包括均苯四甲酸二酐、4，4’-二氨基二苯醚及二甲基乙酰胺。

根据上述各原料组分不同的理化性质，对其固态的进行升华或液态的进行精馏方式提纯处理，其中，对苯二甲酸二甲酯、偏苯三酸单酐、偏苯三甲酸酐酰氯、均苯四甲酸二酐及4，4’-二氨基二苯醚等可以采用升华方式提纯，而乙二醇、甘油、正钛酸丁酯、环氧丙烷及二甲基乙酰胺等可以采用精馏方式提纯。

至于提纯和制漆设备，如容器、回流装置、冷凝装置和搅拌器等，可选用常规设备，提纯和制漆工艺步骤和条件也采用现有技术，但为了使耐高温绝缘漆达到更佳的无磁化要求，所述的提纯和制漆设备采用不含铁的材料，如不锈钢、玻璃和/或陶瓷等。

而本发明的耐高温无磁性漆包线，其包括内层的金属导体线及包在外层的耐温等级为180～240℃的绝缘漆层，其中所述的金属导体的纯度至少为99.99％，所述的耐高温绝缘漆层选用上述的耐高温绝缘漆。

根据本发明，所说的金属导体的纯度根据目前技术，一般为99.99％～99.9999％；所采用的材料，除常用的铜(如高纯铜、单晶铜等)外，还可以是金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)等。

根据本发明，所说的无磁性漆包线是指比重磁化率X_D≤0C.G.S.M.的漆包线；较佳地，本发明漆包线的范围在0～-10×10^-6C.G.S.M.，通常在-0.1×10^-6～-0.2×10^-6C.G.S.M.。

另外，本发明提供了上述耐高温无磁性漆包线的制备方法，其包括通过漆包机在金属导体线外层包覆本发明耐高温绝缘漆，其中漆包机与导体和耐高温绝缘漆接触的部件采用不含铁的材料，例如漆缸、漆辊和导轮采用不锈钢、玻璃和/或陶瓷材料。

由此，本发明还提供实施上述制备方法而专门设计的漆包机，其包括漆缸、漆辊和导轮等部件，其中所述的漆缸、漆辊和导轮采用不锈钢、玻璃和/或陶瓷材料。

本发明的耐高温无磁性漆包线耐温等级高，导线无磁性，对感应磁场不起干扰作用，属于一种新型电工材料，可用于高灵敏度、高精密度的仪器、仪表的线圈中。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

实施例1聚酯亚胺漆的制备

聚酯亚胺绝缘漆是在聚酯树脂中引入亚胺基团而成为聚酯亚胺漆，在制漆过程中首先提纯原材料，然后进行合成。组分配方及制备工艺条件同现有技术(天津市漆包线厂编.《漆包线生产》.机械工业出版社出版，1985年出版)，合成工艺如下：

(1)熔融：先将规定量的甘油、乙二醇抽入反应釜，再加入对苯二甲酸二甲酯，4小时内逐渐升温至150℃，对苯二甲酸二甲酯全部溶解，开动搅拌器，并开冷凝装置冷却水，通过取样口慢慢加入催化剂正钛酸丁酯。

(2)酯交换：采用160、180、200、220℃的升温阶梯进行升温，此时有低分子物馏出。当馏出的低分子物极少，认为酯交换结束。交换时间一般为5～10小时。

(3)降温至140℃，加入第一份4，4’-二氨基二苯醚溶解后，加入第一份偏苯三酸甲酐，保温1小时，再升温到220℃，使反应物透明；如此反复三次直至加完。

(4)在210℃、750毫米汞柱的真空度下进行缩聚，中间加甲酚进行降解，继续抽真空，反应物表面出现大量泡沫时，立即停止抽真空，缩聚到达终点。同时加入甲酚，在200℃保温1小时进行热降解。然后再加入甲酚搅拌1小时后加入二甲苯和正钛酸丁酯稀释，过滤出炉。

原料组分配方：

原料(经过提纯)	克分子比
		对苯二甲酸二甲酯乙二醇甘油偏苯三酸甲酐4，4’-二氨基二苯醚正钛酸丁酯	1.003.100.520.770.3850.027

其中，对苯二甲酸二甲酯、偏苯三酸甲酐及4，4’-二氨基二苯醚采用热升华方式提纯，乙二醇、甘油及正钛酸丁酯采用精馏方式提纯。

实施例2聚酰胺酰亚胺漆的制备

聚酰胺酰亚胺漆是把偏苯三甲酸酐酰氯和4，4’-二氨基二苯醚在强极性溶剂中发生缩聚反应而制得，组分配方及制备工艺条件同现有技术(张权力主编.《电磁线工艺学》.电器工业职工教育研究会电线电缆分会，1993年出版)。具体合成工艺如下：将4，4，-二氨基二苯醚溶解于二甲基乙酰胺和环氧丙烷的混合液中，在冷却和搅拌的条件下，分批加入偏苯三甲酸酐酰氯，反应控制在25～35℃之间，加完后搅拌1小时既成。

原料组分配方：

原料(经过提纯)	克分子比
		偏苯三甲酸酐酰氯4，4’-二氨基二苯醚环氧丙烷二甲基乙酰胺	0.9951.0002.000适量

其中，偏苯三甲酸酐酰氯及4，4’-二氨基二苯醚采用热升华方式提纯，环氧丙烷及二甲基乙酰胺采用精馏方式提纯。

实施例3聚酰亚胺漆的制备

聚酰亚胺漆是由均苯四甲酸二酐和44’-二氨基二苯醚在强极性溶剂中进行缩聚反应而制成的。组分配方及制备工艺条件同现有技术(张权力主编.《电磁线工艺学》.电器工业职工教育研究会电线电缆分会，1993年出版)。具体合成工艺如下：

(1)先将二甲基乙酰胺溶解4，4’-二氨基二苯醚形成组分A。

(2)在反应釜中加入均苯四甲酸二酐和二甲基乙酰胺，搅拌，升温至85℃保持15分钟，使其溶解。溶解后急速冷却投入蒸馏水，在冷却的条件下加入A，控制温度不超过40℃。A加完后搅拌2小时后，升温至60℃下搅拌降解6小时后出料。

原料组分配方：

原料(经过提纯)	克分子比
		均苯四甲酸二酐4，4’-二氨基二苯醚二甲基乙酰胺	1.0001.000适量

其中，均苯四甲酸二酐及4，4’-二氨基二苯醚采用热升华方式提纯，二甲基乙酰胺采用精馏方式提纯。

上述实施例中所说的适量均是作为溶剂的用量，能溶解相应原料即可。

上述实施例中升华设备、精馏设备以及制漆设备中的容器、回流装置、冷凝装置、搅拌器采用不锈钢、玻璃和/或陶瓷材料。

对苯二甲酸二甲酯、偏苯三酸单酐、偏苯三甲酸酐酰氯、均苯四甲酸二酐及4，4’-二氨基二苯醚、乙二醇、甘油、正钛酸丁酯、环氧丙烷及二甲基乙酰胺都为常规市售化学纯。

实施例4温度指数180聚酯亚胺无磁性漆包铜圆线的制备

导体采用高纯铜，纯度为99.99％；漆包线漆采用实施例1的聚酯亚胺绝缘漆。

采用本发明经改造后的漆包机生产，工艺步骤和条件同现有技术(天津市漆包线厂编.《漆包线生产》.机械工业出版社出版，1985年出版)。其工艺主要是导体经400℃退火后，经过放有聚酯亚胺漆的漆缸涂漆后，在450℃下烘培，共反复8次后，收线。其原理是经涂线、烘焙后，聚酯树脂中游离的羟基间发生交联作用，形成体型结构的坚硬漆膜。

本发明温度指数180聚酯亚胺无磁性漆包铜圆线性能完全满足IEC60317-22《180级聚酰胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线》的要求，本发明漆包线比重磁化率X_D为-0.167×10^-6C.G.S.M.。

实施例5温度指数200级聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺无磁性复合漆包铜圆线

导体采用单晶铜，纯度为99.99％。该漆包线绝缘层分底漆和面漆，底漆为实施例1的聚酯亚胺漆，面漆为实施例2的聚酰胺酰亚胺漆。

采用本发明经改造后的漆包机生产，工艺步骤和条件同现有技术(参考文献同实施例4)其工艺主要是导体经400℃退火后，经过放有聚酯亚胺漆的漆缸涂漆后，在450℃下烘培，共反复4次后，再经放有聚酰胺酰亚胺漆的漆缸涂漆后并在450℃下烘培，共反复8次后，收线。其原理是先进行底漆涂敷，经烘焙后，聚酯树脂中游离的羟基间发生交联作用，形成体型结构的坚硬底漆漆膜。再进行面漆涂敷，经高温烘培后，聚酰胺酰亚胺漆发生脱水，闭环作用，形成聚酰胺酰亚胺面漆漆膜。

温度指数200级聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺无磁性复合漆包铜圆线性能完全满足IEC60317-13《200级聚酰胺酰亚复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线》，比重磁化率XD为-0.158×10^-6C.G.S.M.。

实施例6温度指数220级聚酰亚胺无磁性漆包铜圆线

导体采用高纯铜，纯度为99.99％。漆包线漆采用实施例3的聚酰亚胺绝缘漆。

采用本发明经改造后的漆包机生产，工艺步骤和条件同现有技术(参考文献同实施例4)。其工艺主要是导体经400℃退火后，经过放有聚酯亚胺漆的漆缸涂漆后，在400℃下烘培，共反复18次后，收线。其原理是涂敷后，经高温烘培使溶剂挥发并完成亚胺化反应而成为聚酰亚胺漆膜。

温度指数220级聚酰亚胺无磁性漆包铜圆线性能完全满足IEC60317-7《220级聚酰亚胺漆包铜圆线》，比重磁化率X_D为-0.177×10^-6C.G.S.M.。

上述实施例4-6中所用的本发明的漆包机是将现有漆包机(KHEIIID型卧式双烘炉微细漆包线机)的漆缸和漆辊采用不锈钢材料，导轮采用陶瓷材料改造而成。

比重磁化率X_D用古埃(Gouy)法测定。

Claims (9)

1、一种耐高温绝缘漆，其是通过将现有原料组分经过升华或精馏提纯处理后合成制得，制得的耐温等级为180～240℃的耐高温绝缘漆。

2、如权利要求1所述的耐高温绝缘漆，其特征在于所述的耐高温绝缘漆选自聚酯亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆和聚酰亚胺漆中的一种或几种，其中聚酯亚胺漆的原料组分包括对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、甘油、偏苯三酸甲酐、4，4’-二氨基二苯醚及正钛酸丁酯，聚酰胺酰亚胺漆的原料组分包括偏苯三甲酸酐酰氯、4，4’-二氨基二苯醚、环氧丙烷及二甲基乙酰胺，聚酰亚胺漆的原料组分包括均苯四甲酸二酐、4，4’-二氨基二苯醚及二甲基乙酰胺。

3、如权利要求2所述的耐高温绝缘漆，其特征在于所述的原料组分对苯二甲酸二甲酯、偏苯三酸单酐、偏苯三甲酸酐酰氯、均苯四甲酸二酐及4，4’-二氨基二苯醚采用升华方式提纯，乙二醇、甘油、正钛酸丁酯、环氧丙烷及二甲基乙酰胺采用精馏方式提纯。

4、如权利要求1所述的耐高温绝缘漆，其特征在于所述的提纯和制漆设备采用不含铁的装置。

5、如权利要求4所述的耐高温绝缘漆，其特征在于所述的不含铁的装置包括不锈钢、玻璃和/或陶瓷的容器、回流装置、冷凝装置和搅拌器。

6、一种耐高温无磁性漆包线，其包括内层的金属导体线及包在外层的耐温等级为180～240℃的绝缘漆层，其特征在于所述的金属导体的纯度至少为99.99％，所述的耐高温绝缘漆层选用权利要求1-5任一项所述的耐高温绝缘漆。

7、如权利要求6所述的耐高温无磁性漆包线，其特征在于所述的漆包线的比重磁化率X_D的范围在0～-10×10^-6C.G.S.M.。

8、一种如权利要求6所述的耐高温无磁性漆包线的制备方法，其包括通过漆包机在金属导体线外层包覆耐高温绝缘漆，其中漆包机与导体和耐高温绝缘漆接触的部件采用不含铁的材料。

9、一种实施如权利要求8所述的制备方法而专门设计的漆包机，其包括漆缸、漆辊和导轮，其特征在于所述的漆缸、漆辊和导轮采用不锈钢、玻璃和/或陶瓷材料。