CN109767876B - 一种直焊聚氨酯漆包线的生产工艺 - Google Patents
一种直焊聚氨酯漆包线的生产工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及漆包线生产工艺技术领域，具体是一种直焊聚氨酯漆包线的生产工艺。一方面，该生产工艺使用的漆包机内设水冷定速辊筒，并且通过水冷定速辊筒实现对漆膜的强制冷却，能够有效抑制漆膜中导致炸锡的副反应物的生成；另一方面，该工艺还对聚氨酯漆中有效成分的配比及具体含量进行了优化，不仅能够抑制漆膜交联固化过程中的副反应，还能有效控制焊锡烟雾。该工艺有助于控制聚氨酯漆包线在焊锡工序中的炸锡和焊锡烟雾，进而减少因锡珠造成的线圈失效短路和温升过高缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及漆包线生产工艺技术领域，具体是一种直焊聚氨酯漆包线的生产工艺。
背景技术
聚氨酯漆包线以其介电损耗小、易染色、涂布速率高、具有直焊性等优异性能，广泛应用于精密线圈、电机、仪表、家用电器等弱电电器产品中。聚氨酯漆包线的直焊性是指涂有聚氨酯漆(即聚氨基甲酸酯漆)的漆包线在搪锡槽中，一定温度下漆膜受热裂解成低相对分子质量的易挥发性物质,使漆膜破坏并具备在线圈上上锡的能力。这样当聚氨酯漆包线在需要接头时,不必事先除去涂层。聚氨酯漆包线的直焊性有助于简化线圈的生产工艺,提高生产效率。
目前，各类聚氨酯漆包线制作的线圈在电焊工序中都容易发生炸锡，产生的锡珠附着在线圈表面容易造成失效短路、温升过高的缺陷，因此减少锡珠数量对于提升微电机类产品的性能及市场竞争力都是极其有利的。电焊工序中炸锡的严重程度主要取决于聚氨酯漆包线的自身特性，生产环节影响这些特性的因素较为复杂，目前国内厂家和科研机构对这方面的研究比较匮乏。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种能够有效减少电焊过程中因炸锡产生的锡珠的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺。
为实现上述目的，本发明提供的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺包括以下步骤：
(1)将铜线坯经过压力加工拉制成所需规格的硬裸铜线；
(2)将硬裸铜线经放线、清洗后隔绝空气光亮退火成退火软铜线；
(3)将退火软铜线以400m/min至500m/min的行线速度送入漆包机经多次涂漆、多次烘烤固化处理和多次强制冷却处理后制成半成品漆包线，漆包机内设涂漆滚筒、烘炉和水冷定速辊筒，退火软铜线通过涂漆滚筒涂覆多道粘度为25mPa·s至55mPa·s的聚氨酯漆，退火软铜线每涂完一道聚氨酯漆便进行一次烘烤固化处理和一次强制冷却处理，烘烤固化处理在烘炉内完成，强制冷却处理通过线材与水冷定速辊筒间的接触来实现；
(4)在半成品漆包线表面涂覆表面润滑剂后平整有序地卷绕到收线盘上，即得到直焊聚氨酯漆包线成品。
现有漆包机通常采用常规的风冷手段对经过烘烤的漆膜进行冷却，漆包机内部需要设置专门的风道，因此会占用较大的内部空间，冷却效率相对较低。水冷辊筒目前在技术层面上已非常成熟，并且相较于一般的水冷装置体量更小，冷却水循环系统可独立设置于漆包机外部，因此完全可以将漆包机上的常规定速辊筒替换成水冷定速辊筒为半成品漆包线提供水冷散热，目前通过自行改装和工厂定制两种途径都可实现水冷定速辊筒在漆包机上的应用。
通过将退火软铜线进入漆包机的行线速度控制在合理范围，并限制聚氨酯漆的粘度范围以控制单次涂漆的漆膜厚度，以常规的冷却水循环控制条件就能保证水冷定速辊筒的冷却性能能够满足工艺要求。
水冷定速辊筒的冷却效率较高，依靠与线材表面的紧密贴合就能快速降低线材的整体温度，不仅能够提升漆膜的附着力，保证常规的漆膜工艺要求，还能有效抑制聚氨酯漆中的有效成分在漆膜交联固化过程中发生副反应，从而减少漆膜中导致炸锡的副反应物的生成。
进一步的方案是，步骤(3)中通过涂漆滚筒对退火软铜线涂覆9至20道聚氨酯漆。
采用薄漆多涂的涂漆模式有助于提高漆膜的整体质量，将涂漆道数控制在9至20能够在兼顾生产效率的同时较好地满足常规产品的漆膜厚度要求。
进一步的方案是，流经水冷定速辊筒内部的冷却水的温度为8℃至20℃。
将冷却水温度维持在上述范围能够保证水冷定速辊筒的冷却性能，同时也较为经济节能。
进一步的方案是，聚氨酯漆中异氰酸酯基与醇羟基的摩尔比为4：5。
直焊聚氨酯漆包线使用双组分聚氨酯漆，主剂有两类，即含异氰酸酯基团(-NCO)的物质和含醇羟基(-OH)的物质。由于异氰酸酯基的活化能较低，在烤漆过程中与羟基发生反应的同时还能发生多种副反应，如：异氰酸酯基与胺基反应，异氰酸酯基与氨基甲酸酯基反应，异氰酸酯基之间的二聚和三聚反应等。这些副反应会造成氨酯键在固化后的漆膜中含量下降，并且副反应物的活化能较高，难以分解。
炸锡主要是由漆膜在交联固化过程中的副反应物引起的，聚氨酯漆中异氰酸酯基相对醇羟基的比例过高会导致漆膜固化过程中支化反应增加，副反应物增多，造成漆膜交联密度过大，会影响漆包线的直焊性，但有利于漆膜的热性能、耐刮性能和针孔性能。反之，则漆膜的交联密度过低，漆膜的针孔性能无法满足实际使用要求，但对直焊性有利。
将聚氨酯漆中异氰酸酯基与醇羟基的摩尔比控制在上述范围能够促使漆膜达到理想的交联固化水平，抑制副反应的发生从而防止炸锡。
更进一步的方案是，聚氨酯漆含有28wt％的二异氰酸甲苯酯、5wt％的乙二醇以及7.4wt％的丙三醇。
电焊时漆膜中的聚氨基甲酸酯在高温下快速分解产生的小分子挥发物会形成焊锡烟雾，冷凝后的烟雾颗粒附着在线圈表面会造成与锡珠类似的危害，因此为保证产品质量还需要将焊锡烟雾控制在合理水平。以符合上述配比的几种成分作为聚氨酯漆的主剂能够将漆膜中的聚氨基甲酸酯的含量控制在合理范围，进而有效控制电焊工序中产生的焊锡烟雾量。
进一步的方案是，半成品漆包线的漆膜总厚度与铜芯半径的比值为0.23至0.26。
将漆膜总厚度与铜芯半径的比值控制在上述范围内可保证漆包线产品的绝缘性能并满足常规的聚氨酯漆包线产品规格要求。
由于步骤(2)的光亮退火过程，步骤(3)中漆包机内部各类辊筒的张拉以及烤漆过程对铜线直径的影响均可忽略不计，工业上通常将硬裸铜线与漆包线成品或半成品中的铜芯视作等径，故通常只测量硬裸铜线和半成品漆包线的线径，并基于这两种线径来计算各类产品参数。
进一步的方案是，铜线坯为低氧铜线坯。低氧铜线坯韧性较好，也较柔软，更易拉丝且拉丝防线时噪声较小。
具体实施方式
实施例一
本实施例的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺包括以下步骤：
(1)选用直径为8.000mm的低氧铜线坯，通过拉丝机经过大拉、中拉、小拉和细拉步骤拉制成直径为0.063mm的硬裸铜线，中拉、小拉过后还需对线材做适度的退火处理。
(2)将硬裸铜线经放线、清洗后，引入退火炉隔绝空气光亮退火并冷却后得到退火软铜线，退火温度控制在380±20℃。
(3)将退火软铜线以450m/min的行线速度送入漆包机经多次涂漆、多次烘烤固化处理和多次强制冷却处理后制成半成品漆包线，漆包机内设涂漆滚筒、烘炉和水冷定速辊筒。退火软铜线通过涂漆滚筒涂覆18道粘度为28mPa·s的聚氨酯漆，退火软铜线每涂完一道聚氨酯漆便进行一次烘烤固化处理和一次强制冷却处理。烘烤固化处理在烘炉内完成，烘烤温度控制在400±20℃，强制冷却处理通过线材与水冷定速辊筒间的接触来实现。聚氨酯漆含有28wt％的二异氰酸甲苯酯，5wt％的乙二醇，7.4wt％的丙三醇，34wt％的间对甲酚和24wt％芳烃溶剂，余量为各类助剂，流经水冷定速辊筒内部的冷却水的温度控制在15±5℃。
(4)在半成品漆包线表面通过涂蜡装置涂覆表面润滑剂后平整有序地卷绕到收线盘上，即得到直焊聚氨酯漆包线成品。
采用激光测径仪在线监测半成品漆包线的外径，测得半成品漆包线的外径为0.078mm至0.079mm，将硬裸铜线的直径视作半成品漆包线中铜芯的直径，计算得到漆膜总厚度(指多道聚氨酯漆膜经烘烤固化处理和强制冷却处理后所得漆膜的整体厚度，下同)与铜芯半径的比值为0.24至0.25。
实施例二
本实施例的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺包括以下步骤：
(1)选用直径为8.000mm的低氧铜线坯，通过拉丝机经过大拉、中拉、小拉和细拉步骤拉制成直径为0.054mm的硬裸铜线，中拉、小拉过后还需对线材做适度的退火处理。
(2)将硬裸铜线经放线、清洗后，引入退火炉隔绝空气光亮退火并冷却后得到退火软铜线，退火温度控制在360±20℃。
(3)将退火软铜线以500m/min的行线速度送入漆包机经多次涂漆、多次烘烤固化处理和多次强制冷却处理后制成半成品漆包线，漆包机内设涂漆滚筒、烘炉和水冷定速辊筒。退火软铜线通过涂漆滚筒涂覆20道粘度为25mPa·s的聚氨酯漆，退火软铜线每涂完一道聚氨酯漆便进行一次烘烤固化处理和一次强制冷却处理。烘烤固化处理在烘炉内完成，烘烤温度控制在360±20℃，强制冷却处理通过线材与水冷定速辊筒间的接触来实现。聚氨酯漆含有28wt％的二异氰酸甲苯酯，5wt％的乙二醇，7.4wt％的丙三醇，34wt％的间对甲酚和24wt％芳烃溶剂，余量为各类助剂，流经水冷定速辊筒内部的冷却水的温度控制在13±5℃。
(4)在半成品漆包线表面通过涂蜡装置涂覆表面润滑剂后平整有序地卷绕到收线盘上，即得到直焊聚氨酯漆包线成品。
采用激光测径仪在线监测半成品漆包线的外径，测得半成品漆包线的外径为0.067mm至0.068mm，将硬裸铜线的直径视作半成品漆包线中铜芯的直径，计算得到漆膜总厚度与铜芯半径的比值为0.24至0.26。
实施例三
本实施例的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺包括以下步骤：
(1)选用直径为8.000mm的低氧铜线坯，通过拉丝机经过大拉、中拉、小拉和细拉步骤拉制成直径为0.095mm的硬裸铜线，中拉、小拉过后还需对线材做适度的退火处理。
(2)将硬裸铜线经放线、清洗后，引入退火炉隔绝空气光亮退火并冷却后得到退火软铜线，退火温度控制在450±20℃。
(3)将退火软铜线以420m/min的行线速度送入漆包机经多次涂漆、多次烘烤固化处理和多次强制冷却处理后制成半成品漆包线，漆包机内设涂漆滚筒、烘炉和水冷定速辊筒。退火软铜线通过涂漆滚筒涂覆9道粘度为55mPa·s的聚氨酯漆，退火软铜线每涂完一道聚氨酯漆便进行一次烘烤固化处理和一次强制冷却处理。烘烤固化处理在烘炉内完成，烘烤温度控制在430±20℃，强制冷却处理通过线材与水冷定速辊筒间的接触来实现。聚氨酯漆含有28wt％的二异氰酸甲苯酯，5wt％的乙二醇，7.4wt％的丙三醇，34wt％的间对甲酚和24wt％芳烃溶剂，余量为各类助剂，流经水冷定速辊筒内部的冷却水的温度控制在14±5℃。
(4)在半成品漆包线表面通过涂蜡装置涂覆表面润滑剂后平整有序地卷绕到收线盘上，即得到直焊聚氨酯漆包线成品。
采用激光测径仪在线监测半成品漆包线的外径，测得半成品漆包线的外径为0.117mm至0.120mm，将硬裸铜线的直径视作半成品漆包线中铜芯的直径，计算得到漆膜总厚度与铜芯半径的比值为0.23至0.26。
实施例四
本实施例的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺包括以下步骤：
(1)选用直径为8.000mm的低氧铜线坯，通过拉丝机经过大拉、中拉、小拉和细拉步骤拉制成直径为0.070mm的硬裸铜线，中拉、小拉过后还需对线材做适度的退火处理。
(2)将硬裸铜线经放线、清洗后，引入退火炉隔绝空气光亮退火并冷却后得到退火软铜线，退火温度控制在400±20℃。
(3)将退火软铜线以400m/min的行线速度送入漆包机经多次涂漆、多次烘烤固化处理和多次强制冷却处理后制成半成品漆包线，漆包机内设涂漆滚筒、烘炉和水冷定速辊筒。退火软铜线通过涂漆滚筒涂覆15道粘度为33mPa·s的聚氨酯漆，退火软铜线每涂完一道聚氨酯漆便进行一次烘烤固化处理和一次强制冷却处理。烘烤固化处理在烘炉内完成，烘烤温度控制在420±20℃，强制冷却处理通过线材与水冷定速辊筒间的接触来实现。聚氨酯漆含有28wt％的二异氰酸甲苯酯，5wt％的乙二醇，7.4wt％的丙三醇，34wt％的间对甲酚和24wt％芳烃溶剂，余量为各类助剂，流经水冷定速辊筒内部的冷却水的温度控制在13±5℃。
(4)在半成品漆包线表面通过涂蜡装置涂覆表面润滑剂后平整有序地卷绕到收线盘上，即得到直焊聚氨酯漆包线成品。
采用激光测径仪在线监测半成品漆包线的外径，测得半成品漆包线的外径为0.087mm至0.088mm，将硬裸铜线的直径视作半成品漆包线中铜芯的直径，计算得到漆膜总厚度与铜芯半径的比值为0.24至0.26。
焊锡对比测试
取2根实施例一制得的直焊聚氨酯漆包线成品绞合在一起，再通过扭绞机扭绞30圈后得到的线圈作为实验例，再取2根采用常规工艺生产的市售同等规格聚氨酯漆包线(珠海蓉胜超微线材有限公司生产的G2UEW/155 0.063)按相同方法操作后作为对比例，取实验例和对比例同时做焊锡测试，测试30次之后比较实验例和对比例中线圈表面的锡珠数量。
分别通过直接肉眼观察和通过放大镜观察两种方式统计锡珠数量，将肉眼可见的锡珠视作炸锡产生的锡珠，将只能在放大镜下下观察到的锡珠视作焊锡烟雾的冷凝颗粒，实验例和对比例的锡珠对比情况见表1。
表1：第一组焊锡对比测试的锡珠数量对比
| 规格：0.063mm | 实验例 | 对比例 |
| 焊锡温度/℃ | 380 | 380 |
| 大颗锡珠(肉眼) | 2 | 13 |
| 小颗锡珠(放大镜) | 57 | 121 |
| 锡珠总数 | 59 | 134 |
再取2根实施例三制得的直焊聚氨酯漆包线成品与2根采用常规工艺生产的市售同等规格聚氨酯漆包线(珠海蓉胜超微线材有限公司生产的G2UEW/155 0.095)参照前述方法进行焊锡测试，之后比较实验例和对比例中线圈表面的锡珠数量，两者的锡珠数量对比情况见表2。
表2：第二组焊锡对比测试锡珠数量对比
| 规格：0.095mm | 实验例 | 对比例 |
| 焊锡温度/℃ | 420 | 420 |
| 大颗锡珠(肉眼) | 93 | 166 |
| 小颗锡珠(放大镜) | 3 | 15 |
| 锡珠总数 | 96 | 181 |
通过表1和表2可以看出，采用本发明提供的生产工艺制造的聚氨酯漆包线在焊锡工序中因炸锡和焊锡烟雾产生的锡珠数量明显少于常规工艺生产的聚氨酯漆包线。可见本发明提供的生产工艺在控制炸锡和焊锡烟雾方面明显优于常规的聚氨酯漆包线生产工艺。因而本发明提供的生产工艺有助于控制聚氨酯漆包线在焊锡工序中的炸锡和焊锡烟雾，进而减少因锡珠造成的线圈失效短路和温升过高缺陷。
Claims (6)
1.一种直焊聚氨酯漆包线的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铜线坯经过压力加工拉制成所需规格的硬裸铜线；
(2)将所述硬裸铜线经放线、清洗后隔绝空气光亮退火成退火软铜线；
(3)将所述退火软铜线以400m/min至500m/min的行线速度送入漆包机经多次涂漆、多次烘烤固化处理和多次强制冷却处理后制成半成品漆包线，所述漆包机内设涂漆滚筒、烘炉和水冷定速辊筒，所述退火软铜线通过所述涂漆滚筒涂覆多道粘度为25mPa·s至55mPa·s的聚氨酯漆，所述退火软铜线每涂完一道聚氨酯漆便进行一次烘烤固化处理和一次强制冷却处理，烘烤固化处理在所述烘炉内完成，强制冷却处理通过线材与所述水冷定速辊筒间的接触来实现，流经所述水冷定速辊筒内部的冷却水的温度为8℃至20℃；
(4)在所述半成品漆包线表面涂覆表面润滑剂后平整有序地卷绕到收线盘上，即得到直焊聚氨酯漆包线成品。
2.如权利要求1所述的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中通过所述涂漆滚筒对所述退火软铜线涂覆9至20道聚氨酯漆。
3.如权利要求1所述的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺，其特征在于，所述聚氨酯漆中异氰酸酯基与醇羟基的摩尔比为4：5。
4.如权利要求3所述的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺，其特征在于，所述聚氨酯漆含有28wt％的二异氰酸甲苯酯、5wt％的乙二醇以及7.4wt％的丙三醇。
5.如权利要求1所述的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺，其特征在于，所述半成品漆包线的漆膜总厚度与铜芯半径的比值为0.23至0.26。
6.如权利要求1所述的直焊聚氨酯漆包线的生产工艺，其特征在于，所述铜线坯为低氧铜线坯。
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