CN102732147A

CN102732147A - 一种纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法

Info

Publication number: CN102732147A
Application number: CN2012102015680A
Authority: CN
Inventors: 谢飞; 雷毅; 吴春芝
Original assignee: Guangdong Hengbaochang Electrical Technology Co Ltd; SHANTOU TIANFANGDA NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Guangdong Hengbaochang Electrical Technology Co Ltd; SHANTOU TIANFANGDA NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开一种由纳米介孔粒子改性的耐电晕漆包线漆的制备方法，取无机氧化物纳米介孔粒子，加入有机溶剂，将使无机氧化物分散至呈均匀的纳米分散态，再加入改性剂，反应得到改性纳米介孔粒子浆料，将绝缘树脂加入到改性纳米介孔粒子浆料中，反应得到纳米介孔粒子改性的耐电晕漆包线漆。本发明方法制备高性能耐电晕电磁线漆，具有良好的储存稳定性、耐电晕性、粘附性及高性能漆包线漆所具有的各项性能。

Description

一种纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法

技术领域

本发明涉及耐电晕漆包线漆的制备方法，尤其涉及由纳米介孔粒子改性的耐电晕漆包线漆的制备方法。

背景技术

由于交流变频电机拥有的显著特性，近几年来，交流变频电机得到了迅猛的发展，但直到现在，所有生产这种电机的厂家都遇到了一个突出的问题，就是绕组绝缘性能过早失效。这是由于变频电机调节器高速旋转时会在电机绕组中产生过载电压，此类定子中的电磁线会比在普通交流电作用下受的应力更大，连接变频器和电机输入端的输入电缆会产生瞬时脉冲。电压过载的结果使在电机绕组中产生局部放电，特别是在变频线圈不同相位间切向界面处。放电的结果使绝缘层分解，变得越来越薄，直至两导体之间产生短路电流，形成了绝缘的电老化，致使匝间绝缘失效，电机寿命缩短，最终导致电机损坏或烧毁。因此要求所用的绕组线具有较高的耐热性及耐电晕性，以提高抵抗这种局部放电的能力。

US4503124提出在普通绝缘漆中加入氧化铝的粉体来提高绝缘漆的耐电晕性，绝缘漆包括聚酰亚胺，聚酯亚胺或聚酰胺酰亚胺，采用高速剪切搅拌的方法，加入1%-35%重量百分数的氧化铝粒子，氧化铝粒子粒径要求小于0.1μm (最好在0.05-0.005μm)。为改善线的外观和性能，US4537804提出采用两步涂线法，第一层为聚酯，第二层为聚酰胺与氧化铝的复合物。接着US4546041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15%的氧化铝，在650V/mil时，耐电晕时间是10000小时，而且表面和韧性都很好。但氧化铝粒子对涂漆设备喷漆嘴的严重磨损作用对漆包线的圆度产生不利影响，从而影响漆包线的使用性能。

CA1168857和US4760296中的漆包线涂层同时含有Al₂O₃和SiO₂。

EP0768680 和EP0768679认为，在绝缘树脂中含有SiO₂填料，耐电晕性能良好，但耐热性和机械性能不能满足电磁线的需要。

EP356929和US4935302公开的配料中含有Cr₂O₃或Fe₂O₃，这两种颜料比重大，容易沉降，导致涂线困难且涂层中颜料分散不均。

WO96/42089提出在普通的聚酯、聚芳砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯醋酸酯、聚氨酯、聚醚亚胺、环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯亚胺等绝缘材料中，分别加入TiO₂，Al₂O₃，SiO₂，ZnO，Fe₂O₃及各种粘土，或将其中几种金属氧化物混合使用，可以提高电机的预期使用寿命。要求加入的填充物的粒径在0.01-0.8μ之间，表面积为9-250m²/g，用量占绝缘树脂基体用量的l-65% (重量百分数)，但其应用性能并不令人满意。

US5552222提出采用三涂来解决电磁线拉伸后性能下降的问题，并且指出了每层的厚度范围。底层是不含颗粒物的纯有机物，中间层为含有15%填充物的复合层，厚度为100-1000微米，外层也是含有5%-25%的填充物的复合层，厚度为10-1000微米。

US6100474提出采用底层为聚酯，面层为含有15%气相法氧化硅和Cr₂O₃的聚酰胺酰亚胺复合物来解决电磁线漆膜的耐电晕问题，所得到的电磁线平均破坏时间为245小时(460V下，纽绞对实验)。要求气相法氧化硅和Cr₂O₃的表面积为250-550m²/g。但是导线的外观和韧性差问题依然存在。

W098/33190提出采用不同的三层复合的方法制备电磁线，底层为不含无机粒子的聚酯亚胺树脂，也可为改性聚酯、聚酰胺酰亚胺，聚醚、聚酯酰亚胺、聚异氰酸酯、酚醛等耐高温绝缘漆；中间层是以底层为基体树脂，加入树脂量的15-30% 的Al₂O₃粒子，粒径为5-250nm，以少量TiO₂粒子作为染色剂，面层为与底层同类的高温绝缘漆，特意提出了以不含无机粒子的聚酰胺酰亚胺绝缘漆作为面层，以该方法制备的电磁线，韧性良好，并且延长了使用寿命。US6056995进一步提出，底层由三羟乙基异氰脲酸聚酯、酚醛树脂和聚异氰酸酯组成，底层和中间层的绝缘漆类型相同，面层和底层、中间层的绝缘漆类型不同。

CN1482626A公开一种适合变频电机用的电磁漆包线的制造方法，在常规漆包线绝缘层中添加一层由纳米无机金属氧化物与有机绝缘材料组成的防护层，先对纳米金属氧化物填料进行干燥预处理，然后加入到绝缘聚合物树脂和有机溶剂的体系中，再加入一定的有机分散剂，将混合物进行高速均质和高速砂磨处理。CN1546586A公开一种纳米改性耐电晕漆包线漆的制备方法，取无机氧化物纳米粒子，加入有机溶剂，在室温下使无机氧化物分散至呈均匀的纳米分散态，再加改性剂反应得到改性纳米材料浆料，将绝缘树脂加入改性纳米材料浆料中反应制备纳米改性耐电晕漆包线漆。CN101245212A公开一种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纳米粒子在有机溶剂的混合物中均匀分散，然后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。CN101604562A公开一种含纳米填料的漆包线，绝缘涂料层中含有纳米填料，纳米填料是为一改质二氧化硅浆料且包含二氧化硅、有机溶剂以及有机硅烷偶联剂。CN101735716A公开一种耐电晕漆包线漆，由纳米浆料、成膜物质、溶剂组成。

虽然以上方法使漆包线的耐电晕性能都得到了一定的改善，但直接将填料粒子混入到高固含量、高粘度的绝缘树脂中，高粘度体系很难使填充的无机粒子达到一级分散，且填料粒子表面的活性点可能与绝缘树脂的活性基因发生反应，使复合物固化前的稳定性不好，沉降分层，固化后漆膜机械性能差，柔韧性和附着力不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储存稳定，综合性能优良的耐电晕漆包线漆。

本发明包括下列步骤：

A．按重量比取1～20份无机氧化物纳米介孔粒子，加入3～100份有机溶剂，将无机氧化物分散至呈均匀的纳米分散态；

B．再加入0.1～1.0份改性剂，在50～140℃反应1～3小时，得到改性纳米介孔粒子浆料；

C．将60～100份重量含固量30～50%的绝缘树脂加入到改性纳米介孔粒子浆料中，在70～120℃反应3～6小时，得到纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆。

步骤A中，无机氧化物纳米介孔粒子重量优选为5～15份，有机溶剂重量优选为15～70份。步骤B中，改性剂重量优选为0.5～0.7份。步骤C中，绝缘树脂重量优选为60～75份。

步骤A中，无机氧化物纳米介孔粒子优选的是TiO₂、SiO₂介孔粒子中的至少一种。

有机溶剂优选是常温下为液态的酚、常温下为液态的醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、常温下为液态的脂肪烃或常温下为液态的芳香烃中的至少一种。更优选是甲酚、二甲苯或乙醇中的至少一种。

步骤B中，改性剂可以是含氨基、羟基、羧基的短链化合物，优选的是3-氨丙基三乙基硅烷（KH550）、缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）或钛酸酯。

步骤C中，绝缘树脂可以是聚酯树脂、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，优选的是聚酯亚胺或者三羟乙基三聚异氰酸酯改性聚酯亚胺。

本发明SiO₂纳米介孔材料可以由下述方法制备：按重量比将37份正硅酸乙酯，60～100份乙醇，80～120份蒸馏水，15～20份氨水，4～8份十六烷基三甲基溴化铵混合搅拌，反应1～3小时后，加热到50～80℃，保持10～30小时，然后过滤，固体物水洗至中性，真空干燥，在500～600℃煅烧3～8小时，得到SiO₂纳米介孔粒子。

本发明TiO₂纳米介孔材料可以由下述方法制备：按重量比将33份钛酸正丁酯溶于150～250份乙醇中，加热到50～70℃，加入0.1～1份浓盐酸反应2～5小时，然后冷却至室温，加入60～100份甘油，封闭反应容器，静置凝胶10～30天，真空干燥，研磨，在500～600℃煅烧3～8小时，得到TiO₂纳米介孔粒子。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和效果：

（1）改善了纳米介孔材料在绝缘树脂中的分散状态及纳米材料/绝缘树脂复合物的稳定性，按普通的方法将纳米材料直接分散到绝缘树脂中，虽经充分分散，纳米粒子仍然以团聚的形式存在，且复合物可能分层析出，产生沉淀，由本发明制成的电磁线漆，纳米粒子在绝缘树脂中呈均匀的纳米分散态，漆液储存稳定，不产生沉淀，其对比的SEM照片参见说明书附图；

（2）改善了电磁线漆的柔韧性和附着力，更具有实际的使用意义，按本发明制备的耐电晕电磁线漆既可以用于涂制三涂层的耐电晕电磁线，也可以用于涂制双涂层的耐电晕电磁线，而采用直接法制备电磁线漆，漆膜的机械性能变差，必须涂层外面加涂一层保护涂层；

（3）本发明方法制备高性能耐电晕电磁线漆，具有良好的储存稳定性、耐电晕性、粘附性及高性能漆包线漆所具有的各项性能，涂制耐电晕漆包线时，以普通商业通用的漆包线漆为底漆，以本发明提供的耐电晕漆包线漆为面漆涂制双层或三层复合的耐电晕漆包线，用作制造交流变频电机，可以大大延长其使用寿命；

（4）生产工艺简单，实用性强。

附图说明

图1是对比例2得到的漆包线漆固化后的SEM照片。

图2是实施例4得到的漆包线漆固化后的SEM照片。

具体实施方式

实施例1，SiO₂纳米介孔粒子的制备：

按重量计，将79份乙醇，100份蒸馏水，18份氨水，6份十六烷基三甲基溴化铵，37份正硅酸乙酯，加到三口瓶中，室温强烈搅拌1.5小时后加热到70℃，保持搅拌20小时，过滤，水洗至中性，真空干燥，在马弗炉中550℃，煅烧5小时，得到SiO₂纳米介孔粒子。

实施例2，TiO₂纳米介孔粒子的制备：

按重量计，将33份钛酸正丁酯溶于195份乙醇中，在60℃温度下，加入0.2份浓盐酸催化水解3小时，然后冷却至室温，加入88份甘油作为模板剂，封闭反应容器，静置凝胶20天，真空干燥，研磨，在马弗炉中550℃，煅烧5小时，得到TiO₂纳米介孔粒子。

实施例3，TiO₂纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备：

按重量比，取14份实施例2得到的TiO₂纳米介孔粒子，加入70份由甲酚和无水乙醇按体积比=6︰4组成有机溶剂，在室温下采用超声分散的方法使无机氧化物分散至呈均匀的纳米分散态，再加入0.6份改性剂KH550，在120℃反应1.5小时，得到改性纳米介孔粒子浆料乳液；

将100份重量固体量40%的聚酯亚胺树脂加入到上述乳液中，加热到120℃，在120℃下保温2小时；然后降温到70℃，加入成膜添加剂，搅拌均匀即得到纳米介孔改性耐电晕漆包线漆。

实施例4，SiO₂纳米介孔粒子改性耐电晕漆包钱漆的制备：

按重量比，取5份实施例1得到的SiO₂纳米介孔粒子，加入30份有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在室温下采用超声分散的方法使无机氧化物分散至呈均匀的纳米分散态，再加入0.3份改性剂KH550，在80℃反应1.5小时，得到改性纳米介孔材料浆料乳液；

将80份固体量40wt%的三羟乙基三聚异氰酸酯改性亚胺加入到上述乳液中，加热到90℃，在90℃下搅拌保温4小时，然后降温到70℃，加入成膜添加剂，搅拌均匀即得到纳米介孔改性耐电晕漆包线漆。

比较例1：采用纳米颗粒TiO₂替换实施例3的纳米介孔TiO₂，其它工艺参数与实施例3相同，制得纳米材料改性耐电晕漆包线漆。

比较例2：采用纳米颗粒SiO₂替换实施例4的纳米介孔SiO₂，其它工艺参数与实施例4相同，制得纳米材料改性耐电晕漆包线漆。

将实施例3、实施例4、比较例1和比较例2的漆包线漆涂制漆包线。技术参数如下：

涂线设备：意大利SICME SEL-SP 卧式涂线试验机；

炉温：500℃～700℃；

车速： 30-40m/min；

涂漆道数：底/中/面=4-6/3-5/2-3；

底漆：商业通用的DF-127聚酯亚胺电磁线漆；

中间层漆：实施例3、4、比较例1、2制成的漆；

面漆：商业通用的DF-595聚酰胺酰亚胺电磁线漆；

涂漆方式：模具或毛毡；

铜线直径：φ0.800mm。

对上述漆包线进行性能测试：试验的主要设备是采用高频方波脉冲试验装置，试验条件如下：脉冲幅值：±3000V（双极性），脉冲频率：～20kHz，占空比：～50%，上升和下降时间（8个扭绞线试样）：100ns（电压从负峰到正峰），试样箱温度：155℃。

在以上条件下进行电磁线扭绞线试样的耐电晕性加速老化试验，一旦监测到某一扭绞线试样发生击穿破坏，立即断开该路电源连线并取出试样，记录该试样破坏的累积时间。每种试样取三次试验结果的算术平均值。测试结果如下：

Claims

1.一种纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.按权利要求1所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤A中，无机氧化物纳米介孔粒子重量为5～15份，有机溶剂重量为15～70份。

3.按权利要求1所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤B中，改性剂重量为0.5～0.7份。

4.按权利要求1所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤C中，绝缘树脂重量为60～75份。

5.按权利要求1～4任一权利要求所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤A所述无机氧化物纳米介孔粒子是TiO₂、SiO₂纳米介孔粒子中的至少一种。

6.按权利要求1～5任一权利要求所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤A所述有机溶剂是常温下为液态的酚、常温下为液态的醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、常温下为液态的脂肪烃或常温下为液态的芳香烃中的至少一种。

7.按权利要求6所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，所述有机溶剂是甲酚、二甲苯或乙醇中的至少一种。

8.按权利要求1～5任一权利要求所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤B所述改性剂为3-氨丙基三乙基硅烷、缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷或钛酸酯。

9.按权利要求1～5任一权利要求所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，步骤C所述绝缘树脂是聚酯树脂、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、聚氨酯或者聚酰胺酰亚胺。

10.按权利要求9所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，所述绝缘树脂是聚酯亚胺或三羟乙基三聚异氰酸酯改性聚酯亚胺。

11.按权利要求5所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，所述SiO₂纳米介孔粒子由下述方法制备：按重量比将37份正硅酸乙酯，60～100份乙醇，80～120份蒸馏水，15～20份氨水，4～8份十六烷基三甲基溴化铵混合搅拌，反应1～3小时后，加热到50～80℃，保持10～30小时，然后过滤，固体物水洗至中性，真空干燥，在500～600℃煅烧3～8小时，得到SiO₂纳米介孔粒子。

12.按权利要求5所述纳米介孔粒子改性耐电晕漆包线漆的制备方法，其特征是，所述TiO₂纳米介孔粒子由下述方法制备：按重量比将33份钛酸正丁酯溶于150～250份乙醇中，加热到50～70℃，加入0.1～1份浓盐酸反应2～5小时，然后冷却至室温，加入60～100份甘油，封闭反应容器，静置凝胶10～30天，真空干燥，研磨，在500～600℃煅烧3～8小时，得到TiO₂纳米介孔粒子。