CN112071476A - 耐atf油、耐水解绝缘层及电磁线与制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了耐ATF油、耐水解绝缘层及电磁线与制备方法，本发明耐ATF油、耐水解电磁线，由内到外依次为金属导体、第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层。本发明具有耐ATF油、耐水解、耐电压击穿和抗高频脉冲局部放电性能优异的电动汽车油冷电机用电磁线及其制备方法，为一种高性能漆包线。

Description

耐ATF油、耐水解绝缘层及电磁线与制备方法
技术领域
本发明属于电工材料技术领域，具体涉及一种电动汽车油冷电机用耐ATF油、耐水解电磁线及其制备方法。
背景技术
随着电动汽车对电机功率密度要求越来越高，工信部和发改委提出规划在2025年乘用车电机的功率密度要达到＞4KW/kg，商用车转矩密度要达到＞19N·m/kg，在高功率密度和高转矩密度的指标下，电机温升是最难攻克的环节，水冷技术是目前主流的散热方式，但无法直接冷却热源，散热效率更高的油冷技术成为研究热点。而油冷是直接将ATF油喷淋在电机绕组端部散热，绝缘材料与ATF油直接接触而ATF油中还会含有少量的水份（一般水份的含量在5OOOPPM以下），现有绝缘材料由于耐油性较差，长期经受ATF油腐蚀和水解，性能明显下降，严重影响了油冷电机的可靠性。
目前国内油冷电机使用的电磁线都要依赖进口产品，进口电磁线价格非常昂贵，而进口电磁线在密封管的99.5vol%ATF油+0.5vol%纯水的油水混合物中（ “油水混合物”液面高度为容器深度的75%），试样全部浸渍在“油水混合物”中(155℃/40h～-45℃/8h)循环，切换时间小于 5min（两箱法，箱外转换样品），高低温循环8周期后，漆膜的进行1d卷绕时会脱落，耐电晕寿命下降非常严重，保持率在5％左右，因此，将其用于直接喷淋技术的电动汽车油冷电机时，漆膜的1d卷绕和耐电晕寿命性能仍然有待提高。所以急需研制一种成本低、具有优异耐ATF油、耐水解、耐电晕性优异的电磁线来满足电动汽车油冷电机的发展和应用技术需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有耐ATF油、耐水解、耐电压击穿和抗高频脉冲局部放电性能优异的电动汽车油冷电机用电磁线及其制备方法，为一种高性能漆包线。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
耐ATF油、耐水解绝缘层，由内到外依次为第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层。
耐ATF油、耐水解电磁线，由内到外依次为金属导体、第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层。
耐ATF油、耐水解绝缘层的制备方法为，在第一聚酰亚胺层表面依次制备第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层，得到耐ATF油、耐水解绝缘层。
耐ATF油、耐水解电磁线的制备方法为，在金属导体表面依次制备第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层，得到耐ATF油、耐水解电磁线。
本发明中，金属导体为铜导体，与铜导体外壁的绝缘层组成电磁线，绝缘层为七层结构，由内到外依次为第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层；第一聚酰亚胺层与金属导体接触。本发明绝缘层或者电磁线在含水ATF油中，高低温循环8周期后，进行1d卷绕10圈漆膜不脱落、不开裂，耐电晕性≥12h。
本发明中，所有聚酰亚胺层材质一致；聚酰亚胺层由市购聚酰亚胺漆涂覆形成。优选的，聚酰亚胺漆的粘度为1500～3000mPa.s/30℃，采用JB/T 7599.1-1994标准的方法测试。
本发明中，所有聚酰胺酰亚胺层材质一致；聚酰胺酰亚胺层由含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆涂覆而成；纳米无机填料为纳米二氧化硅和/或纳米氧化铝；优选的，聚酰胺酰亚胺漆的粘度为2000～3000mPa.s/25℃，采用JB/T 7599.1-1994标准的方法测试，为市购产品。
优选的，以绝缘层厚度为100%：第一聚酰亚胺层的厚度为10～15%，第二聚酰胺酰亚胺层的厚度为20～25%；第三聚酰亚胺层的厚度为5～10%；第四聚酰胺酰亚胺层的厚度为20～25%；第五聚酰亚胺层的厚度为5～10%；第六聚酰胺酰亚胺层的厚度为20～25%；第七聚酰亚胺层的厚度为10～15%。进一步优选的，聚酰亚胺层的总厚度为30%～40%。
本发明铜导体由Φ2.0mm圆铜线拉丝制得，Φ2.0mm圆铜线的电阻率≤0.017241Ω·mm2/m，伸长率≥25％，为市售产品，其经聚晶拉丝模具在线拉丝后，进入退火炉进行退火软化，控制退火的温度为480℃/510℃、线速度：DV值63，制得铜导体。
本发明中，通过涂覆制备聚酰胺酰亚胺层或者聚酰亚胺层，具体涂覆方法为现有技术，与常规漆包线一致。
以耐ATF油、耐水解电磁线为例，其制备方法包括如下步骤：
采用硬质合金或聚晶材质的涂漆模具在铜导体外表面涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第一聚酰亚胺层，占总厚度的比例为10％-15％；然后涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第二聚酰胺酰亚胺层，占总厚度的比例为20％-25％；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第三聚酰亚胺层，占总厚度的比例为5％-10％；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第四聚酰胺酰亚胺层，占总厚度的比例为20％-25％；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第五聚酰亚胺层，占总厚度的比例为5％-10％；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第六聚酰胺酰亚胺层，占总厚度的比例为20％-25％；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成所述的第七聚酰亚胺层，占总厚度的比例为10％-15％。
优选的，所述聚酰亚胺层的总厚度占绝缘层厚度的比例为30％-40％；烘干固化时，烘炉固化区的温度570℃，线速度：DV值63（DV值=D标称直径mm*V速度m/min）。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明由铜导体与所述绝缘层组成的电磁线具有在密封管的99.5vol%ATF油+0.5vol%纯水的油水混合物中（“油水混合物”液面高度为容器深度的75%），试样全部浸渍在“油水混合物”中(155℃/40h～-45℃/8h)循环，切换时间小于 5min（两箱法，箱外转换样品），高低温循环8周期后击穿电压保持率达到85％以上，耐电晕寿命大于12小时，泡“油水混合物”8周期后1 d卷绕漆膜不开裂。另外，本发明的电磁线具有优异的耐电热性能，可以长期在220℃下使用，优良的力学性能，优良的耐化学性能，优异的耐水解性能，优良的耐磨擦和耐磨损性能，韧性好，可以用于电动汽车油冷电机。
附图说明
图1为本发明耐ATF油、耐水解电磁线结构示意图；
其中，金属导体0、第一聚酰亚胺层1、第二聚酰胺酰亚胺层2、第三聚酰亚胺层3、第四聚酰胺酰亚胺层4、第五聚酰亚胺层5、第六聚酰胺酰亚胺层6、第七聚酰亚胺层7；
图2为实施例1的电磁线泡ATF油8周期后1d卷绕结果，未开裂；
图3为对比例7的电磁线泡ATF油8周期后1d卷绕结果，开裂。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。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。
本发明涉及的原料都为市售产品，符合漆包线要求即可，具体操作方法以及测试方法为常规技术，本发明的创造性在于七层结构以及限定厚度，得到的电磁线耐水性优异。如图1所示，本发明耐ATF油、耐水解电磁线，由内到外依次为金属导体0、第一聚酰亚胺层1、第二聚酰胺酰亚胺层2、第三聚酰亚胺层3、第四聚酰胺酰亚胺层4、第五聚酰亚胺层5、第六聚酰胺酰亚胺层6、第七聚酰亚胺层7；其中第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层组成耐ATF油、耐水解绝缘层。
将Φ2.0mm圆铜线经进口聚晶拉丝模具在线拉丝制得铜导体，Φ2.0mm圆铜线的电阻率≤0.017241 Ω·mm2/m，伸长率≥25％，为市售产品；Φ2.0mm圆铜线经进口聚晶拉丝模具在线拉丝制得铜导体后，进入退火炉进行退火软化，控制退火的温度为480℃/510℃；用于以下电磁线的制备。
聚酰亚胺漆购自住井化学Ulmide-D28WH，调节粘度为2000mPa.s/30℃。将10Kg二氧化硅（粒径10～50纳米）加入150Kg聚酰胺酰亚胺漆（Tritherm A 981-H、粘度2800mPa.s/25℃）中，5000rpm均质分散2小时后研磨3小时，然后用3000目滤袋常规高压过滤得到含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆。分别用于制备聚酰亚胺层、聚酰胺酰亚胺层。
耐ATF油、耐水解电磁线及其制备方法，包括如下步骤：
采用硬质合金（WC+Co）材质的涂漆模具在退火后的铜导体外表面涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第一聚酰亚胺层；然后涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第二聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第三聚酰亚胺层；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第四聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第五聚酰亚胺层；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第六聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第七聚酰亚胺层；控制烘干固化时，烘炉固化区的温度570℃，线速度：DV值63（DV值=D标称直径mm*V速度m/min）。耐ATF油、耐水解电磁线，由内到外依次为铜导体和绝缘层；绝缘层由第一聚酰亚胺层（与铜导体接触）、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层组成，其中铜导体的直径为0.70，绝缘层的厚度为0.078mm；绝缘层中各层的厚度比例见表1。
Figure 462780DEST_PATH_IMAGE001
对比例4
采用硬质合金（WC+Co）材质的涂漆模具在退火后的铜导体外表面涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第一聚酰亚胺层；然后涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第二聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第三聚酰亚胺层；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第四聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第五聚酰亚胺层；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第六聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第七聚酰亚胺层；再涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第八聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第九聚酰亚胺层；绝缘层中，由第一层至第九层厚度百分比分别为10%、15%、5%、15%、5%、15%、10%、15%、10%；控制烘干固化时，烘炉固化区的温度570℃，线速度：DV值63（DV值=D标称直径mm*V速度m/min）。
对比例5
与实施例1相比，每层厚度一致，但是聚酰亚胺层、聚酰胺酰亚胺层材质互换，比如第一聚酰亚胺层更换为同厚度的第一聚酰胺酰亚胺层。
对比例6
采用硬质合金（WC+Co）材质的涂漆模具在退火后的铜导体外表面涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第一聚酰亚胺层；然后涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第二聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第三聚酰亚胺层；然后涂覆含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆，烘干固化后形成第四聚酰胺酰亚胺层；再涂覆聚酰亚胺漆，烘干固化后形成第五聚酰亚胺层；绝缘层中，由第一层至第五层厚度百分比分别10%、30%、15%、30%、15%；控制烘干固化时，烘炉固化区的温度570℃，线速度：DV值63（DV值=D标称直径mm*V速度m/min）。
对比例7
市售进口用于电动汽车油冷电机的电磁线，绝缘层厚度与实施例一致。
对比例8
根据CN111508639A实施例1制备的漆包线，铜导体与实施例一致，绝缘层厚度与实施例一致。
将各实施例和对比例制得的电磁线分别按注1耐ATF油的方法泡油8周期后和注2的耐水解测试方法1000小时后，按照GB/T 4074.2-2008、GB/T 4074.3-2008、GB/T 4074.5-2008和GB/T 21707-2018方法进行击穿电压、耐水解性、1d卷绕、耐刮、耐电晕寿命性能的测试。
注1：耐ATF油试验方法为：在密封管的99.5vol%ATF油+0.5vol%纯水的油水混合物中，“油水混合物”液面高度为容器深度的75%，试样全部浸渍在“油水混合物”中25℃---(155℃/t1=40h～-45℃/t2=8h)*4/8 循环--25℃。实验开始时，由 25℃加热至 155℃升降温速率为 2℃/min，实验过程中 155℃与-45℃采用温冲直接切换，切换时间 t2小于 5min（两箱法，箱外转换样品）。
注2：耐水解测试方法为：在内容积500mL的耐热玻璃管中加入2.5mL的纯水，将电磁线样品制做成绞线对后放入耐热玻璃管中密闭起来，在150℃的恒温烘箱中将密闭好的玻璃管处理1000小时后取出，测试击穿电压，计算出与未处理试样击穿电压对比的保持率。
测试结果如表2所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
聚酰亚胺(PI)复合绝缘绕包导线具有体积小、重量轻、耐高低温、耐电强度高、电气绝缘性能稳定等特点，但是其耐水解性较聚苯基喹嗯啉差，阻碍其在电机电磁线领域的应用，相比其他类的绝缘线缆，聚酰亚胺性能优势已经相当明显，但随着电机漆包线对轻质、耐油、耐水解等综合性能的提出，工程师在设计时特别关注线缆在耐水解和耐油等方面的性能；本发明从材料、结构及工艺方面对PI复合绝缘漆包线进行了改进，改进后的新型电磁线在满足现有导线性能的基础上，提高了耐水解性能。
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 (10)

1.耐ATF油、耐水解绝缘层，由内到外依次为第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层。
2.根据权利要求1所述耐ATF油、耐水解绝缘层，其特征在于，金属导体为铜导体；所有聚酰亚胺层材质一致；所有聚酰胺酰亚胺层材质一致。
3.根据权利要求2所述耐ATF油、耐水解绝缘层，其特征在于，聚酰亚胺层由聚酰亚胺漆涂覆形成；聚酰胺酰亚胺层由含有纳米无机填料的聚酰胺酰亚胺漆涂覆而成。
4.耐ATF油、耐水解电磁线，由内到外依次为金属导体、第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层。
5.根据权利要求1所述耐ATF油、耐水解电磁线，其特征在于，以绝缘层厚度为100%：第一聚酰亚胺层的厚度为10～15%，第二聚酰胺酰亚胺层的厚度为20～25%；第三聚酰亚胺层的厚度为5～10%；第四聚酰胺酰亚胺层的厚度为20～25%；第五聚酰亚胺层的厚度为5～10%；第六聚酰胺酰亚胺层的厚度为20～25%；第七聚酰亚胺层的厚度为10～15%。
6.根据权利要求5所述耐ATF油、耐水解电磁线，其特征在于，聚酰亚胺层的总厚度为30%～40%。
7.权利要求1所述耐ATF油、耐水解绝缘层的制备方法为，在第一聚酰亚胺层表面依次制备第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层，得到耐ATF油、耐水解绝缘层。
8.权利要求2所述耐ATF油、耐水解电磁线的制备方法为，在金属导体表面依次制备第一聚酰亚胺层、第二聚酰胺酰亚胺层、第三聚酰亚胺层、第四聚酰胺酰亚胺层、第五聚酰亚胺层、第六聚酰胺酰亚胺层、第七聚酰亚胺层，得到耐ATF油、耐水解电磁线。
9.根据权利要求7或者8所述的制备方法，其特征在于，通过涂覆制备聚酰胺酰亚胺层或者聚酰亚胺层。
10.权利要求1所述耐ATF油、耐水解绝缘层在制备权利要求2所述耐ATF油、耐水解电磁线中的应用；权利要求2所述耐ATF油、耐水解电磁线在制备电动汽车油冷电机中的应用。
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