CN1096693C - 制造电绝缘线圈的方法 - Google Patents

Abstract

在生产构成绝缘层的电绝缘线圈的过程中，将绝缘材料绕在电导体上构成绝缘衬底，然后通过将由热固树脂组成的浸渍清漆施加到绝缘衬底上并使其固化。在该电绝缘线圈的生产方法中，浸渍清漆由包括潜在性促凝剂的酸酐凝固环氧树脂成分组成，这些促凝剂在存储于25℃时，需要30天以上的时间将其初始粘度增大到3倍，当绝缘衬底用清漆浸渍后，在某个温度加热衬底，该温度使得绝缘衬底表面上的浸渍清漆在不到30分钟的时间内失去其流动性，以便预凝清漆，接着在比预凝温度至少低10℃的温度下凝固清漆，从而得到具有高可靠性的电绝缘线圈。

Description

说明书 制造电绝缘线圈的方法

本发明涉及旋转电机和变压器中使用的电绝缘线圈，特别是涉及对绝缘层重复使用浸渍清漆的电绝缘线圈。

与以往相比，车辆和通用工业应用中对较小和较轻旋转电机的需求越来越迫切，用于这种电机中的电绝缘线圈必须能够绝缘高电压，并且具有高耐热性。

这种类型的电绝缘线圈绝缘层是由无机或有机织物(如玻璃纤维或聚酰胺)构成的纺织或无纺纤维，和由云母、有机高分子膜和树脂粘合剂构成的绝缘带状材料。用这些材料将导体缠绕至特定的厚度，以构成覆盖层。接着具有低粘度的热固清漆(如不饱和聚酯树脂、环氧树脂或硅有机树脂)被真空或加压浸渍成为覆盖层，并且使其硬化。

环氧树脂通常用作浸渍清漆，因为它们各方面特性都很好。虽然环氧树脂有许多不同的凝固特性，但它们都有低粘度，很好的浸渍特性，并且易于处理。此外，由于被硬化的树脂的各种特性都很好，低粘度酸酐树脂和硬化树脂也通常被使用。

虽然酸酐固化环氧树脂的适用期长，但它们的凝固时间也长，因此要使用促凝剂。一般说来，当促凝剂直接被加到树脂中时，粘度增长速度加快，从而树脂能用于浸渍过程的时间(胶粘剂适用期)被缩短。因此，为了使得即使在促凝剂被加入后，浸渍清漆的适用期也能保持较长的时间，研制了具有高电势的各种性能的促凝剂。

例如，下面所述的促凝剂是众所周知的：咪唑化合物、三氟化硼-胺化合物、季磷化合物、叔胺和环氧加成反应化合物、四苯硼络合物、各种乙酰丙酮金属、环烷酸金属盐和辛酸金属盐。

所提议的另一种方法是将促凝剂放在器皿中，然后将这些器皿放在树脂中，当树脂被加热到一定温度时，这些器皿被熔化，从而促凝剂被溶化在树脂中。然而当树脂被搅动时，器皿会破裂，从而缩短了适用期，当存储时，它们也会沉到树脂的底部，从而促凝剂的效力被降低。由于这些不希望出现的特性，该方法不满足实际应用需要。

当具有高电势的促凝剂被加到浸渍清漆中时，由于促凝剂的低凝固特性，凝固时间较长，当这些促凝剂与常规的热凝固一起使用时，浸渍在绝缘层中的树脂会渗出。

例如，各种乙酰丙酮金属、环烷酸金属盐和辛酸金属盐具有很好的电势，但它们的凝固特性差。在上面所描述的热凝固中，浸渍在绝缘层中的树脂在硬化过程中渗出，从而使得绝缘层不能总是具有足够的性能。

由于这些原因，促凝剂通常被加到绝缘胶带侧，而不是加到浸渍清漆中，以下描述的三种方法，被用来取得这种″涂漆″效果。

(1)当制造绝缘胶带时，将促凝剂加到粘合剂树脂中。

(2)通过将胶带浸入促凝剂溶液中，来将促凝剂加到绝缘胶带中。

(3)当将绝缘胶带缠绕线圈导体之后，通过以促凝剂浸渍绝缘胶带层来将促凝剂加到绝缘胶带层中。

然而，当采用上述任何一种方法制造绝缘线圈时，促凝剂从线圈绝缘层的表面开始与清漆混合，因而促凝剂的量变小，结果绝缘层表面的清漆不能足够的凝固，并且在某些情况下，线圈表面由于带有没有凝固的清漆而有粘滞的感觉。此外，将要从绝缘层表面渗出的清漆量会增加，从而使绝缘线圈不具备足够的性能。

因此，为了适应带有浸渍清漆的电绝缘线圈的多样化、产量的增长以及合理性，很容易使用加入了促凝剂的浸渍清漆，而不是将促凝剂加到绝缘层中。

在前面提及的通过在绝缘层中浸渍清漆制造电绝缘线圈的常规方法中，将促凝剂适用到绝缘胶带中的方法，以及将高电势促凝剂，如各种乙酰丙酮金属、环烷酸金属盐和辛酸金属盐加入浸渍清漆中的方法都不能满足浸渍清漆适用期要求，以及硬化后的绝缘线圈性能要求。

本发明的目的是提供一种高度可靠的电绝缘线圈生产方法，该方法能保持较长的浸渍清漆适用期，并且减少从绝缘线圈渗出的浸渍清漆的数量，以及提供具有均匀绝缘层的绝缘线圈。

本发明达到上述目的的要点如下：

(1)在生产构成绝缘层的电绝缘线圈的过程中，将绝缘材料绕在电导体上，形成绝缘衬底，然后包括热固树脂的绝缘清漆被施加到绝缘衬底上，并使其硬化。

在这种电绝缘线圈生产方法中，绝缘清漆由包括惰性促凝剂的酸酐凝固环氧树脂成分组成，这些促凝剂当存储在25℃时，需要30天将其初始粘度增大到3倍。当绝缘衬底用清漆浸渍后，衬底被加热到某个温度，该温度使得绝缘衬底表面上的浸渍渍漆在不到30分钟的时间内失去其流动性，以便预凝清漆。接下来，清漆在比预凝温度至少低10℃的温度凝结。这就是该生产方法的特性。

(2)预凝温度从170℃到250℃的一种电绝缘线圈生产方法。

上述绝缘清漆是由加入了高惰性促凝剂的酸酐凝固还氧树脂成分组成的。此外绝缘层的表面在某个温度预凝。该温度使得绝缘清漆在施加后30分钟内失去其流动性，其余部分则在比预凝温度至少低10℃的一个温度下发生凝固，这就使得浸渍清漆具有长适用期，而且电绝缘线圈具有好的性能。

惰性促凝剂是从乙酰丙酮金属、苯甲酰丙酮金属、环烷酸金属盐和辛酸金属盐中选出的。在100份的浸渍清漆中加入0.05到2份(最好是0.1到0.5份)的惰性促凝剂。这种惰性促凝剂融化在热的酸酐中，然后与环氧树脂混合，从而提供清漆。用这种清漆浸渍电导体的绝缘材料，并且将其加热该预凝清漆，以使得绝缘层表面上的清漆在30分钟内失去流动性。在这个时间的加热温度是170～250℃，最好是180～230℃。

预凝之后，绝缘层被允许在比预凝温度至少低10℃的温度下固化。

在本发明中，浸渍清漆失去其流动性是因为预凝温度比凝固温度要高，这防止了浸渍在绝缘层中的清漆渗出，从而改进了绝缘层的性能，故而能够生产出高度可靠的电绝缘线圈。

此外，通过采用惰性促凝剂可以改进清漆的适用期。

本发明的特性将通过实施例来解释。用于实施例中的环氧树脂、硬化剂和促凝剂的简写式列出如下：

(环氧树脂)：

(1)YL-932(三菱石化/壳牌环氧产品名)：1，1，3-三甲烷[p-(2，3-环氧丙氧基)苯基](三功能的)：环氧当量161

(2)L-2832(三菱石化/壳牌还氧产品名)：三功能和二功能双酚A环氧化物的混合物：环氧当量180

(3)DER-332(陶氏化学产品名)：二功能双酚A环氧化物：环氧当量175

(4)EXA-4750(大日本油墨化工株式会社)：三功能萘环环氧化物：环氧当量187

(5)HP-4032(大日本油墨化工株式会社)：二功能萘环环氧化物：环氧当量151

(酸酐硬化剂)：

(1)MHAC-P(日立化学工业株式会社)：甲基hymic酸酐：酐当量178

(Malaymide)

(2)MY-2000X(三菱石化产品名)：多功能Malaymide

(促凝剂)：

(1)Co(III)AA(Aldrich)：乙酰丙酮钴(III)

(2)Mo(III)AA(和光纯药工业)：乙酰丙酮锰(III)

(3)MnNA(日本化学工业)：环烷酸锰

(4)ZnNA(日本化学工业)：环烷酸锌

(5)MnOC(日本化学工业)：辛酸锰

(6)2E4MZ(四国化成工业产品名)：2-乙基-4-甲基咪唑

(7)2PZ-CN(四国化成工业产品名)：1-氰卡基-2苯基咪唑

(8)TPP-K(东京Ohka工业)：四苯基膦、四本基硼酸盐

(9)BF3-MEA(桥本化学工业)：三氟化硼胺一乙酸

(1)生产绝缘胶带

生产绝缘胶带的粘合剂溶液是甲基乙基甲酮(MEK)和四氢呋喃(THF)溶液(混合比为∶重量比50∶50)，其中溶有YL-932和MP-2000X(混合比为∶重量比70∶30)，从而不挥发部分的密度占重量的20％。

粘合剂溶液被用来粘结未用火加热的软叠层云母片和玻璃布，并且允许溶剂挥发。制造底部为玻璃的云母胶带(绝缘材料)使得粘合剂的不挥发成分占重量的大约10％(以绝缘材料的总重量为基础)，切割这种绝缘材料制成25毫米宽的胶带。

(2)生产绝缘线圈浸渍清漆环氧树脂成分(A)

将各种促凝剂加到酸酐硬化剂中(MHAC-P)，使得它们与总树脂量相关的量(重量比例)如表1所示，然后将硬化剂加热并混合来将其溶化(未溶化的物质任其自然)。当硬化剂回复到室温后，L-2832与DER-332环氧树脂混合剂按30∶70的比例(重量比)混合。酸酐硬化剂(MHAC-P)与环氧树脂混合物的混合比是1.05∶1。

环氧树脂成分(B)

将各种促凝剂加到酸酐硬化剂中(MHAC-P)，使得它们与总树脂量相关的量(重量比例)如表1所示，然后将硬化剂加热并混合来将其溶化。当硬化剂回复到室温后，EXA-4750与HP-4032混合剂按20∶80的比例(重量比)混合。酸酐硬化剂(MHAC-P)与环氧树脂混合物的混合比是1.1∶1。

(a)测量浸渍清漆不再处于液态的时间：测量当放在恒温油槽中时试管中的清漆失去流动性的时间。

(b)浸渍清漆的条件和适用期：将80毫升浸渍清漆放在一个100亳升的有螺旋盖的瓶中，当存储在25℃恒温下时监控树脂的条件。如果促凝剂均匀分布并且不沉到底部，那么就认为是令人满意的。如果树脂要用30天以上的时间将其粘度增大到3倍，那么对适用期由下至上进行检查，如果不到30天，则对适用期由上至下进行检查。

(3)制造电绝缘线圈

将50毫米宽、10毫米粗、250毫米长的铜导体用上面(1)中的绝缘胶带缠绕5圈，然后在110℃预干5小时。接着在真空中用上面(2)中的浸渍清漆中浸渍胶带。这些浸渍线圈被宽面朝上和朝下放置在一个热凝固炉中，并使其适应表2～5中所示的凝固条件来制造模型线圈的绝缘层，通过将热电偶的端子固定到绝缘层的上表面来测量绝缘层表面的温度。

(实施例1～5，比较例1～5)

炉温被预置为210度，用清漆浸渍的绝缘线圈被放在炉中1小时，然后用30多分钟将温度降到180℃，接着在该温度允许绝缘线圈硬化15小时。

绝缘线圈的凝固条件、绝缘层的外形、以及顶部和底部的绝缘层的树脂含量比示于表2。

(实施例6～10，比较例6～10)

将绝缘线圈放在炉中，然后炉温在2个小时内从室温增加到230℃，并在该温度将绝缘线圈在炉中保持1小时，然后温度在30多分钟降到210℃，在该温度允许绝缘线圈硬化15小时。

绝缘线圈的凝固条件、绝缘层的外形、以及顶部和底部的绝缘层的树脂含量比示于表3。

(实施例11～15，比较例11～15)

将绝缘线圈放在炉中，然后炉温在1.5个小时内从室温增加到210℃，在该温度允许绝缘线圈硬化15小时。

绝缘线圈的凝固条件、绝缘层的外形、以及顶部和底部的绝缘层的树脂含量比示于表4。

(比较例16～25)

将绝缘线圈放在炉中，然后炉温在1个小时内从室温增加到130℃。当在130℃加热5个小时后，在30分钟内将该温度增加到150℃，将绝缘线圈在该温度加热5小时，然后在30分钟内将温度增加到180℃，在该温度允许绝缘线圈凝固15小时(常规的分层凝固)。固化之后，在所有情况下，炉子被允许在5个小时内冷却到室温。

绝缘线圈的凝固条件、绝缘层的外形、以及顶部和底部的绝缘层的树脂含量比示于表5。

(a)绝缘线圈中的树脂含量

当硬化后，绝缘层被剪下来放在罐中，然后在电炉中加热到700℃。从去母和玻璃布残渣中计算树脂含量，如果在上部绝缘层中的树脂含量超过下部绝缘层中的树脂含量的95％，那么该部分被通过，否则失败。

(b)绝缘层外观检测

当上面所述对脱色和打褶的处理过程之后，用肉眼对模型线圈绝缘层的表面进行检查，如果没有变黑、起泡和打褶，那么就通过检查。

向浸渍清漆加入乙酰丙酮金属、环烷酸金属盐和辛酸金属盐，并且采用本发明的固化方法，显然能够比常规技术产生性能更好的电绝缘线圈层，在静态热硬化时更是如此，这时在绝缘层的上部和下部中的树脂含量之间的差异比常规方法的差异要小。此外，处理特征在已被改进，因此外观也更好。

在这些测试中的模型线圈被静态硬化，但是如果它们在处理时被旋转，那么绝缘层中的树脂含量将更加均匀，因此这种方法是合乎需要的。

用于固化绝缘线圈的初始温度增加速度和最大温度取决于所采用的促凝剂的类型和数量，因此可以设定这些值，使得在30分钟内绝缘层中的浸渍清漆失去流动性。除上面列出的例子以外，可以采用红外灯在更短的时间内处理绝缘层的表面。

                           表1

		浸渍清漆成份号
														采用本发明的促凝剂的成份							采用常规方法的促凝剂的成份
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
														环氧树脂		(A)	(A)	(A)	(A)	(A)	(B)	(B)	(A)	(A)	(A)	(A)	(A)
促凝剂	Co(III)AA	0.5	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
														Mn(III)AA	-	-	-	-	-	0.5	-	-	-	-	-	-
	MnNA	-	-	0.5	-	-	-	0.5	-	-	-	-	-
														ZnNA	-	-	-	0.5	-	-	-	-	-	-	-	-
	MnOC	-	-	-	-	0.5	-	-	-	-	-	-	-
														2E4MZ	-	-	-	-	-	-	-	0.5	-	-	-	-
	2PZ-CN	-	-	-	-	-	-	-	-	0.5	-	-	-
														TPP-K	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0.5	-	-
	BF3-MEA	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0.5	-
														清漆停止流动所需时间(分)加热温度：170℃		23	30	25	22	32	25	20	5	6	8	20	＞500
清漆状态*		○	○	○	○	○	○	○	○	○	×	○	○
														清漆适用期**存储温度：25℃		○	○	○	○	○	○	○	×	×	×	×	○

*○：好                 ×：沉降物：错误分布

**○：30天或更长时间    ×：少于30天

                         表2

	实施例					比较例
											1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
	树脂成份号	1	2	3	4	5	8	9	10	11											12
顶部和底部绝缘层之间的树脂含量比*											○	○	○	○	○	○	○	○	○	×
	绝缘层的外形**	○	○	○	○	○	×	×	×	×											×
硬化条件											210℃/1h+(210-180℃)/0.5h+180℃/15h

*(上侧/下侧)×100

○：95％或更大  ×：小于95％

**○：好

×：绝缘层表面变黑、起泡、起衣翟

                     表3

	实施例					比较例
											6	7	8	9	10	6	7	8	9	10
	树脂成份号	1	2	3	4	5	8	9	10	11											12
顶部和底部绝缘层之间的树脂含量比*											○	○	○	○	○	○	○	○	○	×
	绝缘层的外形**	○	○	○	○	○	×	×	×	×											×
硬化条件											室温～230℃/2h+230℃/1h+(230-210℃)/0.5h+210℃/15h

                          表4

	实施例					比较例
											11	12	13	14	15	11	12	13	14	15
	树脂成份号	1	2	3	4	5	8	9	10	11											12
顶部和底部绝缘层之间的树脂含量比*											○	○	○	○	○	○	○	○	○	×
	绝缘层的外形**	○	○	○	○	○	×	×	×	×											×
硬化条件											室温～210℃/1.5h+(200℃)/1.5h

                                      表5

	实施例					比较例
											16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
	树脂成份号	1	2	3	4	5	8	9	10	11											12
顶部和底部绝缘层之间的树脂含量比*											×	×	×	×	×	○	○	○	×	×
	绝缘层的外形**	○	○	○	○	○	○	○	○	○											×
硬化条件											室温～130℃/1h+130℃/5h+(130-150℃)/0.5h+150℃/5h+(150-180℃)/0.5h+180℃/15h

总的来说，如果促凝剂的量小，则初始温度增长速度必须被加快并且最高温度升得更高，但是在酸酐凝固还氧树脂的情况下，低于250℃的最大硬化温度是合乎要求的。此外如果采用较少的促凝剂，适用期通常更长，但是凝固时间变得更长，凝固材料的各种特性会趋于恶化。

此外如果初始温度高于200℃，常规的促凝剂会使树脂变黑并起泡，本发明的惰性促凝剂则不会变黑或起泡，能够产生好的绝缘层。在本发明中，虽然这取决于初始硬化温度以及促凝剂的类型和数量，但当线圈表面的清漆的流动性失去时，固化在比初始温度至少低10℃的一个温度完成。

虽然有许多不同的酸酐凝固浸渍环氧树脂，但当考虑到它们将由高温快速固化时，需要树脂在固化时不会软化，因此需要具有高软化温度的树脂，如果酸酐混合物在常规的比例之内，那么它不受

实施例的限制。

尽管能够直接加入浸渍清漆中的促凝剂、乙酰丙酮金属、环烷酸金属盐和辛酸金属盐允许较长的树脂适用期和稳定的存储特性，但它们的固化特性差。然而当它们用于本发明时，它们也能被阻止从浸渍绝缘层中渗出，从而可以得到均匀的树脂层以及很好的绝缘线圈。

实施例中给出了促凝剂与绝缘清漆相混合的例子，然而将促凝剂加入绝缘材料中也能达到本发明的目的。

本发明能够制止清漆浸渍绝缘层的渗出，从而可以产生在上部分和下部分具有均匀树脂含量的绝缘线圈，以获得具有高可靠性的电绝缘线圈。

Claims (7)

1.一种生产构成绝缘层的电绝缘线圈的方法，将绝缘材料绕在电导体上构成绝缘衬底，然后将由热固树脂组成的浸渍清漆施加到绝缘衬底使其固化，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

在使得绝缘衬底表面上的浸渍清漆在不到30分钟的时间内失去其流动性而不发生滴落的温度下加热衬底，用清漆浸渍绝缘衬底，然后预凝固清漆，其中浸渍清漆由包括潜在性促凝剂的酸酐凝固环氧树脂成分组成，这些促凝剂在存储于25℃时需要30天以上将其初始粘度增大到3倍；

接着在比预凝温度至少低10℃的温度下凝固清漆。

2.根据权利要求1所述的电绝缘线圈生产方法，其特征在于预凝温度是从170℃到250℃。

3.根据权利要求1或2所述的电绝缘线圈生产方法，其特征在于浸渍清漆中的潜在性促凝剂至少是丙酮金属盐、环烷酸金属盐和辛酸金属盐中的一种。

4.根据权利要求3所述的电绝缘线圈生产方法，其特征在于浸渍清漆中的潜在性促凝剂至少由以下一种材料组成：乙酰丙酮钴(II)、乙酰丙酮钴(III)、苯甲酰丙酮钴(II)、乙酰丙酮锰(III)、乙酰丙酮铁(III)、乙酰丙酮锆(IV)。

5.根据权利要求1所述的电绝缘线圈生产方法，其特征在于浸渍清漆中的潜在性促凝剂基于环烷酸金属盐或辛酸金属盐，并且配位金属至少是以下一种：钴、锰、锌。

6.根据权利要求1所述的电绝缘线圈生产方法，其特征在于0.05至2份的潜在性促凝剂被加到100份浸渍清漆中。

7.根据权利要求1所述的电绝缘线圈生产方法，其特征在于绝缘材料是以粘合剂树脂为衬底的绝缘胶带。