CN105139927A - 一种核电机组用电磁线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电机组用电磁线，包括漆包铜圆线和包设在漆包线外周的绝缘层，所述漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；所述绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成。本发明解决了现有技术中存在的电磁线不能长期耐250℃以上高温、耐核辐射性能差以及耐高低温冷热冲击性能不良的缺陷，得到一种耐核辐射性能优良、耐冷热冲击性能优异、既具有常规电磁线优良的附着力、柔韧性等性能特性，又能长期耐250℃及以上高温的电磁线。这种电磁线可应用于军工、航空航天、核电电机等绝缘技术领域。
Description
技术领域
本发明属于电工用电磁线的技术领域，具体的涉及一种核电机组用电磁线及其制备方法。
背景技术
在国家节能减排、大力发展新能源的政策背景下，核电因其优质高效、技术成熟、持续供应能力强、经济性好、低碳环保成为重点发展的新能源之一。众所周知，核电机组要求长寿命、高可靠性，电磁线作为核电主泵电机绝缘结构的主要组成部分，起着异乎寻常的作用。核电机组用电磁线除要求具有优异的耐高温性能外，还要求具有优异的耐核辐射性能。
目前市场上现有的核电主泵电机用电磁线，耐核辐射性能、耐高低温冷热冲击性能有待提高、长期使用温度偏低，还存在成本高、工艺性差、可靠性不高等不足，制约着军工、航空航天、核电机组绝缘性能的提高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种核电机组用电磁线及其制备方法，该电磁线耐核辐射耐高温。
本发明的技术方案为：一种核电机组用电磁线，包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层；所述漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；所述绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成。
所述芳族耐高温聚酰亚胺漆包线的原料包括芳香族四元胺、芳香族二元胺和芳香族二元酐，合成高枝化聚酰胺酸，经亚胺化得到聚酰亚胺漆包线漆，按模具法涂线工艺涂制而得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；其中芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆的制备具体步骤如下：
(1)组分甲的合成：按摩尔比1:1:2的比例将4，4'-二氨基-4-羟基三苯甲烷、2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重4倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在0℃～5℃下搅拌反应2h，得到紫色粘稠透明的枝化聚酰胺酸溶液；
(2)组分乙的合成：按摩尔比1:1的比例将4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重2倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在15℃～20℃下搅拌反应5h，得到金色粘稠透明的聚酰胺酸溶液；
(3)将组分甲与组分乙按重量比2:1的比例混合，室温下搅拌均匀，用二甲基甲酰胺调整固体含量至20％，制得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆。
所述硼酸改性耐高温有机硅树脂为有机硅氧烷水解后与硼酸反应，经减压蒸馏得到的改性高耐热有机硅树脂；采用有机硅氧烷在混合溶剂存在下，于40℃～60℃下水解，其中混合溶剂由丙酮与甲苯按重量份比1:10混合而成；然后加入改性剂硼酸反应，减压蒸馏除去小分子物得到；具体步骤为：按有机硅氧烷重量2倍的比例称取蒸馏水加入反应釜中，滴加有机硅氧烷及混合溶剂，在40℃～60℃下进行水解反应1h，然后加入改性剂硼酸反应0.5～1.5h，其中改性剂硼酸用量为树脂质量的10％～15％；最后进行水洗至中性；于100Pa下真空减压浓缩30min而得。
所述有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。
所述有机硅氧烷中硅原子上有机基的取代程度R/Si＝1～1.7，苯基与有机基的摩尔比Ph/R＝0.1～0.5，其中R为有机基。
所述有机硅氧烷中硅原子上有机基的取代程度R/Si＝1.2～1.4，苯基与有机基的摩尔比Ph/R＝0.2～0.3，其中R为有机基。
一种所述核电机组用电磁线的制备方法，包括以下步骤：
(1)拉丝：首先将铜杆料在拉丝机上拉丝至直径1.00mm，再经退火炉在470～500℃下进行退火处理制得裸铜线；
(2)漆包铜圆线的制备：用模具涂漆法在步骤(1)所得裸铜线的表面涂覆芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆至线径达到1.10～1.15mm，得到漆包铜圆线；
(3)绝缘层的制备：将步骤(2)所得漆包铜圆线置于丝包线绕包机上绕包单或双层玻璃纤维，最后浸渍硼酸改性高耐热有机硅树脂经200℃烘烤而成，使得线径达到1.25～1.30mm，得到表面漆膜平整光滑的耐核辐照高温电磁线。
所述芳族耐高温聚酰亚胺漆包线的漆膜厚度为按国家标准GB/T6109.1-2008表1规定的2级或3级漆膜厚度。
本发明的有益效果为：本发明为了解决目前核电机组用电磁线成本高、工艺性差、可靠性不高等不足，采用如下技术改进：(1)合成芳族聚酰亚胺树脂涂制成耐高温聚酰亚胺漆包线；(2)表面绕包单玻璃丝或双玻璃丝；(3)浸涂硼酸改性高耐热有机硅树脂溶液，固化后得到耐250℃高温、耐核辐射性能优异的玻璃丝包漆包铜圆线。
根据本发明，所制作的耐核辐射高温电磁线，经1000KGy剂量的60Co-γ射线辐照试验，击穿电压保持率在95％以上。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：解决了现有技术中存在的电磁线不能长期耐250℃以上高温、耐核辐射性能差以及耐高低温冷热冲击性能不良的缺陷，得到一种耐核辐射性能优良、耐冷热冲击性能优异、既具有常规电磁线优良的附着力、柔韧性等特性，又能长期耐250℃及以上高温的电磁线。这种电磁线可应用于军工、航空航天、核电电机等绝缘技术领域。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进行详细的说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不是限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为常规实验中的条件。
以下的实施例中，电磁线耐核辐射试验方法为：采用60Co-γ射线进行静态辐照试验，由中科院上海原子核研究所辐射技术中心完成，辐照时间250h，辐照剂量1000KGy,按GB/T4074.5-2008标准对电磁线进行辐照前后的电性能检测。试验结束后，观察电磁线外观变化情况，检测击穿电压的变化情况。
实施例1
所述核电机组用电磁线，包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层；所述漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；所述绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成。其中，导体为直径1.00mm的电工纯铜线。所述漆包铜圆线的线径为1.10mm；所述玻璃丝包绝缘层的双边绝缘厚度为0.15mm。
所述核电机组用电磁线的制备方法如下：将铜杆料在拉丝机上拉丝至直径1.00mm，再经退火炉进行退火处理，用模具涂漆法在铜线表面首先涂覆芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆至线径达到1.10mm，再在丝包线绕包机上绕包双层玻璃纤维，最后浸渍硼酸改性高耐热有机硅树脂经高温烘烤而成，线径达到1.25mm，得到表面漆膜平整光滑的耐核辐照高温电磁线。电磁线经过耐1000KGy剂量的60Co-γ射线辐照试验，漆膜光滑、无脱落，颜色变化不大，击穿电压保持率达到95％。
实施例2
所述核电机组用电磁线，包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层；所述漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；所述绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成。其中，导体为直径1.00mm的电工纯铜线。所述漆包铜圆线的线径为1.12mm；所述玻璃丝包绝缘层的双边绝缘厚度为0.15mm。
所述核电机组用电磁线的制备方法如下：将铜杆料在拉丝机上拉丝至直径1.00mm，再经退火炉进行退火处理，用模具涂漆法在铜线表面首先涂覆芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆至线径达到1.12mm，再在丝包线绕包机上绕包单层玻璃纤维，最后浸渍硼酸改性高耐热有机硅树脂经高温烘烤而成，线径达到1.27mm，得到表面漆膜平整光滑的耐核辐照高温电磁线。电磁线经过耐1000KGy剂量的60Co-γ射线辐照试验，漆膜光滑、无脱落，颜色变化不大，击穿电压保持率达到97％。
实施例3
所述核电机组用电磁线，包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层；所述漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；所述绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成。其中，导体为直径1.00mm的电工纯铜线。所述漆包铜圆线的线径为1.12mm；所述玻璃丝包绝缘层的双边绝缘厚度为0.16mm。
所述核电机组用电磁线的制备方法如下：将铜杆料在拉丝机上拉丝至直径1.00mm，再经退火炉进行退火处理，用模具涂漆法在铜线表面首先涂覆芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆至线径达到1.12mm，再在丝包线绕包机上绕包双层玻璃纤维，最后浸渍硼酸改性高耐热有机硅树脂经高温烘烤而成，线径达到1.28mm，得到表面漆膜平整光滑的耐核辐照高温电磁线。电磁线经过耐1000KGy剂量的60Co-γ射线辐照试验，漆膜光滑、无脱落，颜色变化不大，击穿电压保持率达到99％。
采用上述实施例1、2、3所得到的核电机组用电磁线与市场上现有的耐核辐射电磁线相比，附着力、柔韧性大体相当，耐辐照性能略有提高，耐热性、耐冷热冲击性能提升较大，较好的满足了航空、航天、军工、核电机组对其电机绝缘性能的特殊要求。其关键技术性能指标对比如下表：
由此可见，本发明提供的电磁线，除具有常规电磁线的优良性能外，还具有优异的耐高温、耐高低温冲击、耐核辐射性能。用该电磁线制造的电机，能够满足航空、航天、军工、核电机组的特殊要求。
综上所述，本发明公开的耐核辐射高温电磁线可广泛应用于航空、航天、军工、核电机组等绝缘技术领域。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种核电机组用电磁线，其特征在于，包括漆包铜圆线和包设在漆包铜圆线外周的绝缘层；所述漆包铜圆线为芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；所述绝缘层由单或双玻璃丝包后外涂硼酸改性耐高温有机硅树脂构成。
2.根据权利要求1所述核电机组用电磁线，其特征在于：所述芳族耐高温聚酰亚胺漆包线的原料包括芳香族四元胺、芳香族二元胺和芳香族二元酐，合成高枝化聚酰胺酸，经亚胺化得到聚酰亚胺漆包线漆，按模具法涂线工艺涂制而得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线；其中芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆的制备具体步骤如下：
（1）组分甲的合成：按摩尔比1:1:2的比例将4，4'-二氨基-4-羟基三苯甲烷、2，2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷和3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重4倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在0℃～5℃下搅拌反应2h，得到紫色粘稠透明的枝化聚酰胺酸溶液；
（2）组分乙的合成：按摩尔比1:1的比例将4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐加入反应瓶中，加入上述单体总重2倍质量的二甲基甲酰胺溶剂，室温下搅拌使其溶解完全，在15℃～20℃下搅拌反应5h，得到金色粘稠透明的聚酰胺酸溶液；
（3）将组分甲与组分乙按重量比2:1的比例混合，室温下搅拌均匀，用二甲基甲酰胺调整固体含量至20%，制得芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆。
3.根据权利要求1所述核电机组用电磁线，其特征在于：所述硼酸改性耐高温有机硅树脂为有机硅氧烷水解后与硼酸反应，经减压蒸馏得到的改性高耐热有机硅树脂；采用有机硅氧烷在混合溶剂存在下，于40℃～60℃下水解，其中混合溶剂由丙酮与甲苯按重量份比1:10混合而成；然后加入改性剂硼酸反应，减压蒸馏除去小分子物得到；具体步骤为：按有机硅氧烷重量2倍的比例称取蒸馏水加入反应釜中，滴加有机硅氧烷及混合溶剂，在40℃～60℃下进行水解反应1h，然后加入改性剂硼酸反应0.5～1.5h，其中改性剂硼酸用量为树脂质量的10%～15%；最后进行水洗至中性；于100Pa下真空减压浓缩30min而得。
4.根据权利要求3所述核电机组用电磁线，其特征在于：所述有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求4所述核电机组用电磁线，其特征在于：所述有机硅氧烷中硅原子上有机基的取代程度R/Si=1～1.7，苯基与有机基的摩尔比Ph/R=0.1～0.5，其中R为有机基。
6.根据权利要求5所述核电机组用电磁线，其特征在于：所述有机硅氧烷中硅原子上有机基的取代程度R/Si=1.2～1.4，苯基与有机基的摩尔比Ph/R=0.2～0.3，其中R为有机基。
7.一种权利要求1所述核电机组用电磁线的制备方法，包括以下步骤：
（1）拉丝：首先将铜杆料在拉丝机上拉丝至直径1.00mm，再经退火炉在470～500℃下进行退火处理制得裸铜线；
（2）漆包铜圆线的制备：用模具涂漆法在步骤（1）所得裸铜线的表面涂覆芳族耐高温聚酰亚胺漆包线漆至线径达到1.10～1.15mm，得到漆包铜圆线；
（3）绝缘层的制备：将步骤（2）所得漆包铜圆线置于丝包线绕包机上绕包单或双层玻璃纤维，最后浸渍硼酸改性高耐热有机硅树脂经200℃烘烤而成，使得线径达到1.25～1.30mm，得到表面漆膜平整光滑的耐核辐照高温电磁线。
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