CN101824268A

CN101824268A - 一种漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法及高性能纳米复合漆包线

Info

Publication number: CN101824268A
Application number: CN 201010164974
Authority: CN
Inventors: 施昕昊; 陈宪宏; 郭玉林; 刘凤丹; 谢志强
Original assignee: JIANGSU BADA CABLE CO Ltd; Hunan University
Current assignee: JIANGSU BADA CABLE CO Ltd; Hunan University
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: CN101824268B

Abstract

本发明公开了一种漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法及高性能纳米复合漆包线，所述方法利用纳米粉体材料本身表面的活性基团对其进行化学改性，接着在超声波和高速剪切的共同作用下将改性好的纳米粉体材料加入到选定的漆包线用油漆中对油漆进行改性，获得即纳米复合改性油漆；高性能纳米复合漆包线采用三层复合漆膜，底层漆、中间层漆、面层漆分别占总漆膜厚度的20-25％、50-60％、20-25％，且复合涂装工艺中的最佳控制条件为：炉温和行线速度的设置以选用中间值为原则。本发明制得的纳米漆包线具有抗高频电脉冲性能和综合性能，可满足耐高温、耐高压、耐电晕等要求；工艺简单、易于控制、产品质量稳定，技术性能优良。

Description

一种漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法及高性能纳米复合漆包线

技术领域

本发明涉及制备高性能纳米复合漆包线油漆的方法，以及采用该纳米复合油漆制造的高性能漆包线，该漆包线可广泛应用于普通电机、电器、变压器作绕组线。

技术背景

随着高科技纳米复合材料技术的不断开发与应用，推动了金属材料、非金属材料及高分子材料工业的飞跃发展，引起了电机、电器、变压器产品的“高技术、高质量、高等级”竞争。当前国内外电机、电器、变压器及IT信息产业正朝着“高压、高频、高效、节能、紧凑型”的高技术产品发展，推动着电磁线行业由过去传统工艺生产的普通漆包线向“新技术、新工艺、新材料”的高性能特种漆包线发展。在这场高科技市场和高质量产品竞争中，漆包线的应用领域越来越广阔：①特种电机行业的变频调速技术应用广泛，其最大优点是实现软启动和快速制动，且结构简单体积小，安全节能又可靠；变频调速可使电机节电30％左右，国际上变频调速传动以每年若15％增长率发展，其交流变频调速逐步取代大部份直流调速传动的发展趋势不可挡；②变频技术的发展带来了家用电器的技术革新，采用变频调速技术来生产变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等等，可以达到数控，高效节能，低噪音和降低成本的目的；同时也为纳米高性能漆包线新产品拓展了新的应用市场；③变频调速在冶金、矿山、石油、化工、建材、机械和铁路、运输及电梯、家电等多个领域的广泛应用，将会促进高性能特种漆包线的需求量大幅地增加，市场前景广阔。

高科技的市场发展和下游产业对漆包线的高新技术要求，将带动漆包线的产品结构调整，升级换代和与之相配套的漆包线“新技术、新工艺、新材料”急待开发。

要满足上述高压变压器和交流变频电机的要求，关键是所使用的漆包线必须具备相应性能。因此研发这种具有“耐高温、耐高压、耐高频电脉冲”漆包线便成为当务之急，利用纳米材料优异特性来提高当前漆包线性能是一种行之有效的途径。

在提高绝缘漆性能方面，US.Pat.No.4,503,124中提出了在普通绝缘漆中加入氧化铝粉体(粒径要求小于0.1微米)来提高绝缘漆的耐电晕性能。由于氧化铝粒径较大，所制造的线的外观不能满足要求，为了改善外观和性能，US.Pat.No.4,537,804提出采用两步涂布法，第一层为聚酯，第二层为聚酰胺与氧化铝的复合物。紧接着US.Pat.No.4,546,041又提出用聚酯亚胺与氧化铝的复合物作为绝缘线的第二层涂层，加入聚酯亚胺漆固含量的15％的氧化铝。然而所加入的氧化铝粒子对涂漆设备有严重的磨损作用从而对生产的漆包线的圆度产生不利影响，进而影响了漆包线的使用性能。欧洲专利EP356929和US.Pat.4,935,302公开了配料中含有Cr₂O₃或Fe₂O₃的技术方案，由于这两种配料的密度较大，容易在油漆中产生分离而沉淀，导致在涂线过程中出现涂层分散不均匀现象而影响漆包线的性能。在无机填料方面，WO96/42089和US.Pat.5,654,095中还分别采用了TiO₂，Al₂O₃，SiO₂，ZnO，Fe₂O₃及多种粘土，或将几种金属氧化物混合使用来提高电机的使用寿命，但其应用性能仍是不能令人满意。在US.Pat.No.5,552,222和WO 98/33190中，提出采用三层复合的方法来制备电磁线，底层为不含无机粒子的纯有机物，中间层为含有填充物的复合层，外层也是含有填充物的复合层，或者是与底层同类的高温绝缘漆。这些方法虽然在提高漆包线耐电晕性能方面取得了一定的成效，然而由于直接将填料混入到高固含量和高粘度的绝缘油漆中，很难使填料达到分散均匀的目的，同时固化后制备的漆膜柔韧性与附着力不佳。在此基础上，中国专利CN1546586A提出了一种将无机纳米粒子分散在有机溶剂中，再用表面处理剂将粒子表面作进一步处理，采用原位复合法制备高性能耐电晕电磁线漆。所采用的无机氧化物粒子为Cr₂O₃、SiN、SiC、TiO₂、Al₂O₃、ZnO、SiO₂、CaCO₃，可以是一种或数种的任意比例组合；所采用的绝缘油漆包括聚酯树脂、三羟乙基三聚异氰酸酯改性聚酯树脂、聚酰亚胺、三羟乙基三聚异氰酸酯改性亚胺、聚氨酯、聚酰胺酰亚胺。CN1482626A公开了涉及一种适合变频电机用的电磁漆包线的制造方法，首先将纳米无机金属化合物(氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化锆、氧化镁)进行微波干燥，然后将其加入到绝缘聚合物树脂(聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯树脂)和有机溶剂(甲基吡咯烷酮、醋酸丁酯)，接着再加入分散剂，然后将这些混合物进行高速均质处理和高速砂磨，制得具有纳米金属氧化物颗粒的复合绝缘树脂漆，最后将在裸铜线上先涂上一层聚酯亚胺底漆，然后再涂上一层上述具有纳米金属氧化物颗粒的复合绝缘树脂面漆，最终制得电磁漆包线。

虽然上述方法使制备漆包线的耐电晕性能在一定程度上获得改善，尤其是在使纳米填料在绝缘漆中的分散均匀性和储存稳定性方面得到了明显提高，但是，是在牺牲纳米在绝缘树脂漆中含量为代价，因为要发挥纳米材料的纳米效应，其必须在绝缘树脂油漆中达到一定的含量才能达到或满足性能的要求。实际上，从目前生产漆包线的过程来分析，影响其综合性能有两个主要因素，其一是所使用绝缘油漆的性能，其二是生产工艺与条件的控制，二者的关系是密不可分的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为克服上述现有技术存在的不足，提出一种漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法及高性能纳米复合漆包线，以提升漆包线技术含量与质量等级，满足下游产品结构调整与升级换代对高性能漆包线的需要。

本发明的技术方案之一是，所述漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法包括以下步骤：

(1)纳米粉体材料的预处理：将粒径≤100nm的纳米二氧化硅粉体材料放入红外线快速干燥箱中进行干燥处理，干燥时间为1～3小时；

(2)纳米材料的表面改性：

a.将做为改性剂的有机硅类偶联剂加入到有机溶剂乙醇中，配制成重量比浓度为4％-6％的溶液，再加入草酸调节溶液PH值至3.5～4.5，获得改性液；

b.按纳米粉体材料与改性液的质量比为1∶5～10(即纳米粉体材料∶改性液＝1∶5～10)的比例，先将纳米粉体材料投入到微粉包覆改性机中，再加入纳米粉体材料质量的0.2％～1％的分散剂，启动该设备进行混合，接着将改性液在喷雾条件下加入到该体系中，改性液喷雾完毕后，将体系温度升至50℃～70℃下进行反应，时间为3～5小时；

c.接着将体系温度升高到80℃～100℃，进行烘干处理，时间为1～3小时，得改性后的纳米粉体材料。

所述有机硅类偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种；

所述分散剂为硬脂酸单甘油酯或纳米微粉分散剂NK1。

(3)纳米复合改性绝缘油漆的制备：按改性后的纳米粉体材料与漆包线用绝缘漆的质量比为1～10∶99～90(即改性后的纳米粉体材料∶漆包线用绝缘漆＝1～10∶99～90)进行混合，混合时间30分钟～60分钟，即得。

所述步骤(2)中的混合与反应在微粉包覆改性机中进行。微粉包覆改性机可选用市售产品(例如：WDG-100微粉断续改性机)。

所述步骤(3)的混合在超声波(例如：市售GCDTQ-3.5/7.2超声波)与高速剪切乳化机(例如：市售FA高剪切分散乳化机)的共同作用下进行。

所述漆包线用绝缘漆为现有聚酯漆、改性聚酯、聚酯亚胺漆或聚酰胺酰亚胺漆中的一种。

本发明的技术方案之二是，所述高性能纳米复合漆包线的构成为，它包括导电芯线，其特征是，所述芯线表面由内至外依次涂覆有底层漆、中间层漆、面层漆，所述底层漆为已有聚酯漆或改性聚酯漆，面层漆为已有聚酯亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆、聚酰亚胺热粘合漆或聚酰胺聚酯尼龙漆中的一种，所述中间层漆为按前述漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法制备的漆包线用纳米复合改性绝缘油漆，其中：

底层漆的漆膜厚度为总漆膜厚度的20％-25％；

中间层漆的漆膜厚度为总漆膜厚度的50％-60％；

面层漆的漆膜厚度为总漆膜厚度的20-25％；

所述总漆膜厚度是指底层漆、中间层漆、面层漆的漆膜厚度之和。

所述总漆膜厚度可采用现行国家标准(GB)中各种类型电磁线所规定的对应标准厚度。

本发明的漆包线采用三层漆膜复合涂装工艺，包括：

(1)底层漆采用普通聚酯漆或改性聚酯漆，涂漆3道(遍)，其漆膜厚度占总漆膜厚度的20-25％；该漆层的作用是保证高性能纳米复合漆包线制造过程中漆膜的附着性，同时又降低了制造成本；

(2)中间层采用纳米粉体材料改性的绝缘油漆，涂漆5道(遍)，漆膜厚度占总漆膜厚度的50-60％；该漆层的作用是保证纳米改性绝缘油漆在制造的漆包线上有足够的含量和分散的均匀性，从而能充分发挥纳米材料本身纳米效应，进而提高整体绝缘结构的量子屏蔽作用，使制造出来的漆包线具有耐电晕和抗高频电脉冲能力。

(3)选用相对高品位、高质量的绝缘漆作面漆，涂漆3道(遍)，漆膜厚度占总漆膜厚度的20-25％；该漆层的作用是克服单层纳米漆包线漆膜附着力不好和表面质量难以控制的技术瓶颈，保证了纳米漆包线综合性能的稳定与提高。

本发明的三层漆膜复合涂装工艺中，可选用以下最佳工艺条件：

采用Q8.0mm软铜线拉制Q2.6mm线(实施过程线退火)，接着再拉制Q1.0mm导体线芯，或直接采取Q2.6mm软铜线拉制Q1.0mm导体线芯(半成品)，然后对Q1.0mm导体线芯采用改性聚酯漆包线漆/纳米改性聚酯亚胺漆包线漆/聚酰胺酰亚胺漆包线漆之三层漆膜复合结构，制造成纳米复合高性能漆包线，其中以聚酯亚胺绝缘漆作为纳米改性的基体油漆作为中间层。

由于目前国内的漆包线生产厂商所使用的漆包线烘干设备是单炉膛烘炉，对于制造纳米复合高性能漆包线，通常是采用两种及其以上的不同性能的油漆，因油漆的种类不同，其性能不同，所采用的溶剂迥异，因此，生产实际过程如何在保证质量的前提下提高生产效率是必须解决的技术问题。从原理上分析，应采用中间值。在本发明生产试制过程中，其炉温和行线速度的设置以聚酯亚胺绝缘为基准，兼顾改性聚酯和聚酰胺酰亚胺油漆的理论挥发速度、交联速度和固化温度等参数的确定，选取中间值。同时结合现场实验与调整，总结制定纳米漆包线生产的最佳工艺参数。

本发明中，220级纳米复合层耐高温抗高频电脉冲漆包线的组成为：底层采用常规改性聚酯漆；中间层采用由本发明方法制备的以聚酯亚胺为基体油漆的纳米改性复合漆；表面层采用聚酰胺酰亚胺漆。

本发明中，220级纳米复合层耐高温抗高频、热粘合漆包线的组成为：底层采用常规聚酯亚胺漆；中间层采用由本发明方法制备的以聚酰胺酰亚胺为基体油漆的纳米改性复合漆，表面层采用聚酰亚胺热粘合漆。

本发明中，180级纳米复合层直焊性抗高频、表面润滑漆包线的组成为：底层采用常规聚酯漆；中间层采用由本发明方法制备的以直焊性改性聚酯为基体油漆的纳米改性复合漆；表面层采用聚酰胺聚酯尼龙漆。

由以上可知，本发明为漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法及高性能纳米复合漆包线，它提升了漆包线技术含量与质量等级，可满足下游产品结构调整与升级换代对高性能漆包线的需要。

附图说明

图1.是纳米二氧化硅改性前后在油漆中的分散情况的透射电镜照片，其中(a)改性前照片，(b)为改性后照片；

图2是纳米二氧化硅改性前后红外光谱；

图3(a)(b)是采用本发明工艺制造的纳米改性漆包线表面情况的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1：漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法，包括以下步骤：

(2)纳米材料的表面改性：

a.将做为改性剂的有机硅类偶联剂加入到有机溶剂乙醇中，配制成重量比浓度为5％的溶液，再加入草酸调节溶液PH值至4，获得改性液；

所述有机硅类偶联剂为有机硅类偶联剂KH-550、KH-560或KH-570中的一种；

所述分散剂为硬脂酸单甘油酯或纳米微粉分散剂NK1。

实施例2：220级纳米复合耐高温、抗高频电脉冲漆包线；

(1)产品结构：采用(改性聚酯/本发明聚酯亚胺纳米漆/聚酰胺酰亚胺)三层漆膜复合；

(2)涂漆道次：

底漆(改性聚酯漆)涂漆3道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的20-25％；

中间层(聚酯亚胺纳米漆)涂漆5道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的50-60％；

表面层(聚酰胺酰亚胺漆)涂漆3道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的20-25％；

(3)型号规格：nano：Q(ZY/XY)-2/220，Q1.000mm。

(4)技术标准：

①抗高频电脉冲性能符合GB/T21707-2008标准规定。

②其它全面性能指标完全符合并优于GB/T6109.11-90标准规定；

③耐热等级220级，相比200级Q(ZY/XY)漆包线提高了一个等级，主要得益于纳米粉体材料在基体油漆中的热分解作用。

实施例3：220级纳米复合层耐高温、抗高频，自热粘合漆包线；

(1)产品结构：采用(聚酯亚胺/本发明聚酰胺酰亚胺纳米漆/聚酰亚胺)三层漆膜复合。

(2)涂漆道次：

底漆(聚酯亚胺漆)涂漆4道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的30-35％；

中间层(本发明聚酰胺酰亚胺纳米漆)涂漆5道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的50-55％；

表面层(聚酰亚胺热粘合漆)涂漆2道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的10-20％。

(3)型号规格：nano：SQ(ZY/XY)-2/220；Q1.00mm；

(4)技术标准：

①抗高频电脉冲性能符合GB/T21707-2008标准规定；

②其它全面性能指标完全符合并优于GB/T6109.11-90标准规定，且具有热粘合性能；

实施例4：180级纳米复合层直焊性、抗高频、表面润滑漆包线；

(1)产品结构：采用(普通聚酯/本发明直焊性改性聚酯纳米漆/聚酰胺)三层漆膜复合；

(2)涂漆道次：

底漆(130级普通聚酯漆)涂漆4道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的30-35％；

中间层(155级直焊性改性聚酯纳米漆)涂漆5道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度50-55％；

表面层(聚酰胺聚酯尼龙漆)涂漆2道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度的10-20％；

(3)型号规格：nano：QZ(G)-2/180；Q1.00mm；

(4)技术标准：

①抗高频电脉冲性能符合GB/T21707-2008标准规定；

②其它全面性能指标完全符合并优于GB/T6109.2-90标准规定，且具有直焊性和表面润滑性；

③耐热等级180级，相比155级改性聚酯漆包线(QZ(G)-2/155)提高了一个等级，主要得益于纳米粉体材料在基体油漆中的热分解作用。

实施例5：本发明一种漆包线的生产工艺条件举例。

(1)产品名称：220级纳米复合层耐高温、抗高频电脉冲漆包线；

(2)产品结构：采用(耐热聚酯/本发明聚酯亚胺纳米漆/聚酰胺酰亚胺)三层漆膜复合；

(3)型号规格：nano：Q(ZY/XY)-2/220，Φ1.00mm；

(4)线芯控制：Φ8.00mm无氧铜杆～控制成Φ2.60mm过程线(退火)～控制成

导体线芯并采用超声波过油污、清洗防氧化；

(5)油漆粘度：4#杯，36m～45m(室温20℃)；

(6)涂漆道次：底漆(耐热聚酯)涂漆3道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度约20～25％；中间层(聚酯亚胺纳米漆)涂漆5道，涂漆膜厚度占总漆膜厚度约50～60％；面漆(聚酰胺酰亚胺)涂漆3道，涂膝膜厚度占总漆膜厚度约20～25％；合计涂漆11道。

(7)烘炉温度：蒸发1区280℃，蒸发2区350℃，固化1区450℃，固化2区470℃；

(8)退火炉温：入口炉温520℃，中部炉温500℃，出口炉温480℃，水盘炉温70～80℃。

(9)行线速度：15m/mm(最佳DV值＝14～16)。

Claims

1.一种漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法，包括以下步骤：

(2)纳米材料的表面改性：

b.按纳米粉体材料与改性液的质量比为1∶5～10的比例，先将纳米粉体材料投入到微粉包覆改性机中，再加入纳米粉体材料质量的0.2％～1％的分散剂，启动该设备进行混合，接着将改性液在喷雾条件下加入到该体系中，改性液喷雾完毕后，将体系温度升至50℃～70℃下进行反应，时间为3～5小时；

c.将温度升高到80～100℃，进行烘干处理，干燥时间为1～3小时，得改性后的纳米粉体材料；；

所述分散剂为硬脂酸单甘油酯或纳米微粉分散剂NK1；

(3)纳米复合改性绝缘油漆的制备：按改性后的纳米粉体材料与漆包线用绝缘漆的质量比为1～10∶99～90进行混合，混合时间30分钟～60分钟，即得。

2.根据权利要求1所述漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法，其特征是，所述步骤(2)中的混合与反应在微粉包覆改性机中进行。

3.根据权利要求1所述漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法，其特征是，所述步骤(3)的混合在超声波与高速剪切乳化机的共同作用下进行。

4.根据权利要求1所述漆包线用纳米复合改性绝缘油漆的制备方法，其特征是，所述漆包线用绝缘漆为聚脂漆、改性聚酯漆、聚酯亚胺漆或聚酰胺酰亚胺漆。

5.一种高性能纳米复合漆包线，包括导电芯线，其特征是，所述芯线表面由内至外依次涂覆有底层漆、中间层漆、面层漆，所述底层漆为聚酯漆或改性聚脂漆，面层漆为聚酯亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆、聚酰亚胺热粘合漆或聚酰胺聚酯尼龙漆，所述中间层漆为按权利要求1至4之一制备的漆包线用纳米复合改性绝缘油漆，且：

底层漆的漆膜厚度为总漆膜厚度的20％-25％；

中间层漆的漆膜厚度为总漆膜厚度的50％-60％；

面层漆的漆膜厚度为总漆膜厚度的20-25％；

6.根据权利要求5所述高性能纳米复合漆包线，其特征是，所述总漆膜厚度为现行国家标准中各种类型电磁线所规定的对应标准厚度。