CN106811112A - 一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及漆包线漆制造技术，尤其涉及既具有耐高温性能，又有良好耐电晕性能和柔顺性能的漆包线漆的制备方法。所述方法包括⑴纳米级无机氧化物粒子预处理⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备⑶浆料制备⑷耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆制备四个步骤。首先用偶联剂将无机纳米氧化物粒子进行预处理，第二步制备出聚酰胺酰亚胺树脂溶液，第三步将经预处理的纳米级无机氧化物粒子与聚酰胺酰亚胺树脂溶液在研磨机械内，研磨分散制备浆料，最后将浆料与通用的聚酰胺酰亚胺漆包线漆搅拌均匀，制得电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆。与现有技术相比，用本发明生产的耐电晕漆包线漆不易沉淀分层，生产过程易于控制，润滑性和耐热性均衡。

Description

一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法

技术领域

本发明涉及漆包线漆制造技术，尤其涉及既具有耐高温性能，又有良好耐电晕性能和柔顺性能的漆包线漆的制备方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各类电磁线圈对漆包线的性能要求日趋严格。尤其是近年来快速发展的变频电动机，具有显著的节能效果。与传统的交流感应电机相比，除节能以外，变频电机还具有很多优点，例如变频调速电机的自动控制较容易，运行过程中故障率很低，维护方便。但是，对变频电机的绕组线圈而言，匝间绝缘材料承受到的电场强度可能增大为普通电机的若干倍。匝间绝缘材料成为低压变频电机整个绝缘系统的最为薄弱之处。与绕制普通三相电机绕组用的电磁线相比，除开要求有一定的绝缘强度、耐热性能和机械性能，还要求绕制变频电机绕组的电磁线要有耐高频脉冲电压的能力，或者是叫做耐电晕性能。近年来国内外针对变频电机绕组用绝缘材料，其主要的解决方法是通过纳米改性技术，利用纳米颗粒可以均化高频脉冲下的电场分布，防止电荷积聚、介质损耗增大、局部高温等来提高耐电晕性能。目前用于变频电机的漆包线，主要以高耐温等级的漆包线漆和加有纳米粒子的高耐温等级漆包线漆复合涂覆，一般为双涂层或三涂层结构。例如与铜线接触的底漆采用纳米粒子改性的聚酯亚胺漆，面漆采用聚酰胺酰亚胺漆，形成双涂层结构。也有采用以聚酯亚胺为底漆、纳米粒子改性的聚酰胺酰亚胺漆为中间层、普通的聚酰胺酰亚胺漆为面漆，形成三涂层结构。纳米粒子改性的聚酰胺酰亚胺或聚酯亚胺耐电晕漆，得到广泛应用。有多种以纳米粒子改性高耐温漆包线漆的方法，由于纳米材料在高频交变电场下有较好的介电性能，因此，在普通复合漆包线树脂中掺杂适量的某些无机纳米氧化物，其常规性能并未降低，绝缘树脂的耐热性还略有增加。但耐电晕性能大大提高。纳米材料掺杂入漆包线的绝缘树脂层，可减少空间电荷积累，防止局部电离，从而改善绝缘层的耐电晕能力。目前有多种无机纳米氧化物可用于改性漆包线漆，例如纳米级的γ型和α型的三氧化二铝、二氧化硅、球形氧化锌、二氧化钛、三氧化二铁、氧化镁、二氧化锆等。在以上众多种类纳米级粒子中，以二氧化钛、氧化锌、二氧化硅使用最为广泛。纳米材料掺杂入漆包线的绝缘树脂层，有若干方法，大略可分为分散聚合法，分散聚合法先使纳米粒子在单体中均匀分散，然后进行聚合反应。也有把基体树脂溶解予适当的溶剂中，然后加入纳米粉体予以分散、研磨。分散方法目前主要有机械分散法，例如置于球磨机、砂磨机、高速盘式分散机、高速撞击研磨机、三辊机、高速石磨、胶体磨、砂磨机和玻璃珠磨机等分散机械中，这些设备是利用机械摩擦力和剪切力以及撞击力将纳米粉体团聚体分散。CN1546586A公开了一种纳米改性耐电晕漆包线漆的制备方法，取部分无机氧化物加入到有机溶剂中，分散至均匀的纳米分散态，再加入有机硅、钛酸酯类改性剂，适当反应后得到纳米材料浆料，这种纳米材料浆料再与绝缘树脂反应3—6小时，制得纳米改性耐电晕漆包线漆。CN102627883 A公开了一种耐电晕漆包线漆的生产方法，其方法是先合成低聚合度的聚酯树脂，这种低聚合度树脂粘度适中，利于纳米材料分散，经研磨分散的纳米材料--树脂浆料再置于反应器内，在160--240℃反应至终点。该种方法的粒子悬浮分散状态较好，不易沉淀分层，但是以聚酯为漆包线漆的基础树脂，耐热性能还需改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法，尤其适用于涂覆变频电机用漆包线，而且适用于电磁线圈绕线工艺采用高速绕线机的工况。

一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法：含⑴纳米级无机氧化物粒子预处理；⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备；⑶浆料制备；⑷耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆制备。具体步骤为：

⑴纳米级无机氧化物粒子预处理；将400份水与乙醇的混合液装入带有搅拌装置的反应器内，逐步升温至60℃后投入100份无机纳米氧化物粒子、 2—4份偶联剂，搅拌反应2-3小时，并将PH值调到4-5.5后，将浆料经离心机脱水后再干燥至含水量小于0.01%的粉料；

其中水与乙醇的比例为1:1；无机纳米氧化物粒子为金红石型二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅、球形氧化锌中的一种或几种的任意混合，其粒径分布的要求是按重量比100nm以下应占90%以上。偶联剂为有机硅偶联剂、钛酸酯类偶联剂中的任意一种；

⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备；

合成聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂，其化学结构通式如下

在一定条件下异氰酸酯基可以和羧基、酐基作用, 分别生成酰胺基与酰亚胺基，二异氰酸酯路线法是以TMA（偏苯三甲酸酐）和二异氰酸酯为主要原料来制备PAI。即用等摩尔的TMA和二异氰酸酯为原料，甲基吡咯烷酮（NMP）为反应溶剂，并控制反应温度、时间，制备出较高聚合度的PAI。二异氰酸酯、偏苯三甲酸酐的摩尔比为1:0.98—1.02；

其具体步骤如下:在装有搅拌装置、回流冷凝装置的反应器中投入二苯基甲烷二异氰酸酯、偏苯三甲酸酐，其摩尔比为1:0.98—1.02，以上述二种树脂原料的质量为200份，加入600份的甲基吡咯烷酮（NMP）为反应溶剂，从室温升到70℃，开始有二氧化碳气泡逸出，再以每小时15--25℃的升温速度升温至190℃，保持1—2小时，体系逐渐变为透明，呈橙色。反应时间约为6--8小时。得到聚酰胺酰亚胺树脂溶液；

⑶浆料制备：取第一步制得的经预处理的纳米级无机氧化物粒子100份、第二步制备的聚酰胺酰亚胺树脂溶液500—700份，保持温度50--60℃条件下，在研磨机械内，研磨分散；

其中研磨机械采用球磨机、砂磨机、高速盘式分散机、高速撞击研磨机、三辊机、高速石磨、胶体磨、玻璃珠磨机中任意一种或几种联机作业；

⑷耐电晕漆包线漆制备：取第三步得到的浆料，与市售的通用的 聚酰胺酰亚胺漆包线漆在搅拌反应釜中，40--50℃条件下共混和1小时，共混和的加料比为无机纳米氧化物粒子占漆包线漆重量百分比1—3%。

与现有技术相比，用本发明生产的耐电晕漆包线漆不易沉淀分层，生产过程易于控制，以聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂为氧化物粒子的分散介质，润滑性和耐热性均衡，可用于180---200℃级别的绝缘漆，与聚酰胺酰亚胺漆包线漆的相容性也好。

具体实施方式

实施例1

⑴纳米级无机氧化物粒子预处理；将4000克水与乙醇的混合液（其中水2000克，乙醇2000克）装入带有搅拌装置的反应器内，逐步升温至60℃后投入1000克纳米级二氧化钛粉、20克γ―氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应2-3小时，并将PH值调到4-5.5后，将浆料经离心机脱水后再干燥至含水量小于0.01%的粉料；

⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备；在装有搅拌装置、回流冷凝装置,30升反应器中，投入二苯基甲烷二异氰酸酯2502克，偏苯三甲酸酐1902克，甲基吡咯烷酮13212克，从室温升到70℃，开始有二氧化碳气泡逸出，再以每小时15--25℃的升温速度升温至190℃，保持1—2小时，体系逐渐变为透明，呈橙色。反应时间约为6--8小时。得到聚酰胺酰亚胺树脂溶液；

⑶浆料制备：取第一步制得的经预处理的纳米级无机氧化物粒子1000克、第二步制备的聚酰胺酰亚胺树脂溶液5000克，保持温度50--60℃条件下，采用球磨机与砂磨机串联作业，以间歇方式操作，先在球磨机内研磨分散，再送入砂磨机作业；

⑷耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆制备：取第三步得到的浆料，1250克，与市售的通用的聚酰胺酰亚胺漆包线漆20kg，在搅拌反应釜中，40--50℃条件下共混和1小时后得到耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆。

实施例2

⑴纳米级无机氧化物粒子预处理；将4000克水与乙醇的混合液（其中水2000克，乙醇2000克）装入带有搅拌装置的反应器内，逐步升温至60℃后投入1000克纳米级二氧化硅粉、40克乙烯基三（甲氧基乙氧基）硅烷，搅拌反应2-3小时，并将PH值调到4-5.5后，将浆料经离心机脱水后再干燥至含水量小于0.01%的粉料；

⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备；在装有搅拌装置、回流冷凝装置,30升反应器中，投入二苯基甲烷二异氰酸酯2502克，偏苯三甲酸酐1960克，甲基吡咯烷酮13386克，从室温升到70℃，开始有二氧化碳气泡逸出，再以每小时15--25℃的升温速度升温至190℃，保持1—2小时，体系逐渐变为透明，呈橙色。反应时间约为6--8小时。得到聚酰胺酰亚胺树脂溶液；

⑶浆料制备：取第一步制得的经预处理的纳米级无机氧化物粒子1000克、第二步制备的聚酰胺酰亚胺树脂溶液7000克，保持温度50--60℃条件下，采用砂磨机与高速盘式分散机串联作业，以间歇方式操作，先在砂磨机内研磨分散，再送入高速盘式分散机作业；

⑷耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆制备：取第三步得到的浆料，5000克，与市售的通用的聚酰胺酰亚胺漆包线漆20kg，在搅拌反应釜中，40--50℃条件下共混和1小时后得到耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆。

实施例3

⑴纳米级无机氧化物粒子预处理；将4000克水与乙醇的混合液（其中水2000克，乙醇2000克）装入带有搅拌装置的反应器内，逐步升温至60℃后投入1000克纳米级三氧化二铝粉、30克异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，搅拌反应2-3小时，并将PH值调到4-5.5后，将浆料经离心机脱水后再干燥至含水量小于0.01%的粉料；

⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备；在装有搅拌装置、回流冷凝装置,30升反应器中，投入二苯基甲烷二异氰酸酯2502克，偏苯三甲酸酐1883克，甲基吡咯烷酮13155克，从室温升到70℃，开始有二氧化碳气泡逸出，再以每小时15--25℃的升温速度升温至190℃，保持1—2小时，体系逐渐变为透明，呈橙色。反应时间约为6--8小时。得到聚酰胺酰亚胺树脂溶液；

⑶浆料制备：取第一步制得的经预处理的纳米级无机氧化物粒子1000克、第二步制备的聚酰胺酰亚胺树脂溶液6000克，保持温度50--60℃条件下，采用砂磨机与高速盘式分散机串联作业，以间歇方式操作，先在砂磨机内研磨分散，再送入高速盘式分散机作业；

⑷耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆制备：取第三步得到的浆料，2900克，与市售的通用的聚酰胺酰亚胺漆包线漆20kg，在搅拌反应釜中，40--50℃条件下共混和1小时后得到耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆。

使用上述实施例1、2、3制作的耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆制造出Ф0.900mm耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线与目前通用的聚酰胺酰亚胺漆包线漆制造的普通同规格聚酰胺酰亚胺漆包线比较，其性能见下表，可见耐电晕性能有显著提高。

耐电晕寿命的试验方法为： 脉冲频率：20KHz；脉冲占空比：50%；脉冲波形：方波；脉冲极性：双极；电压（Vp-p）：3KV；温度：155±2℃；脉冲上升时间：100ns。

其他试验方法参照GB/T 4074。

Claims (5)

1.一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴纳米级无机氧化物粒子预处理；将400份水与乙醇的混合液装入带有搅拌装置的反应器内，逐步升温至60℃后投入100份无机纳米氧化物粒子、 2—4份偶联剂，搅拌反应2-3小时，并将PH值调到4-5.5后，将浆料经离心机脱水后再干燥至含水量小于0.01%的粉料；

⑵聚酰胺酰亚胺树脂溶液制备；在装有搅拌装置、回流冷凝装置的反应器中投入二苯基甲烷二异氰酸酯、偏苯三甲酸酐，其摩尔比为1:0.98—1.02，以上述二种树脂原料的质量为200份，加入600份的甲基吡咯烷酮（NMP）为反应溶剂，从室温升到70℃，开始有二氧化碳气泡逸出，再以每小时15--25℃的升温速度升温至190℃，保持1—2小时，体系逐渐变为透明，呈橙色，反应时间约为6--8小时，得到聚酰胺酰亚胺树脂溶液；

⑶浆料制备：取第一步制得的经预处理的纳米级无机氧化物粒子100份、第二步制备的聚酰胺酰亚胺树脂溶液500—700份，保持温度50--60℃条件下，在研磨机械内，研磨分散；

⑷耐电晕漆包线漆制备：取第三步得到的浆料，与市售的通用的聚酰胺酰亚胺漆包线漆在搅拌反应釜中，40--50℃条件下共混和1小时，共混和的加料比为无机纳米氧化物粒子占漆包线漆重量百分比1—3%。

2.根据权利要求1所述的一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述水与乙醇的混合液的配比为水与乙醇的比例为1:1。

3.根据权利要求1所述的一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述无机纳米氧化物粒子为金红石型二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅、球形氧化锌中的一种或几种的任意混合，其粒径分布的要求是按重量比100nm以下应占90%以上。

4.根据权利要求1所述的一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为有机硅偶联剂、钛酸酯类偶联剂中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种耐电晕聚酰胺酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述研磨机械采用球磨机、砂磨机、高速盘式分散机、高速撞击研磨机、三辊机、高速石磨、胶体磨、玻璃珠磨机中任意一种或几种联机作业。