CN114334289A - 一种绝缘电线制备方法、绝缘电线和电子/电气设备 - Google Patents

一种绝缘电线制备方法、绝缘电线和电子/电气设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绝缘电线制备方法、绝缘电线和电子/电气设备。本发明方法制备的绝缘线圈，通过在导体裸线与聚醚醚酮树脂绝缘层之间设置包含聚醚醚酮纳米粉末的粘合层，形成该粘合层的粘合剂包含混合的有机溶剂、聚酰胺酰亚胺树脂以及聚醚醚酮纳米粉末材料，该粘合层既能够很好地与导体裸线材料粘合，也能够很好地与聚醚醚酮树脂绝缘层粘合，使得所生产的绝缘电线线材具有良好的粘合性，在应用时线材不会发生开裂、脱管现象。

Description

一种绝缘电线制备方法、绝缘电线和电子/电气设备
技术领域
本发明涉及电线电缆生产技术领域，具体涉及一种耐高频高压的绝缘电线制备方法，该方法制备得到的绝缘电线、和电子/电气设备。
背景技术
导体被覆有绝缘覆膜而成的绝缘电线被用于组装到各种电气/电子设备中的线圈中。线圈特别常用于以马达、变压器为代表的电气/电子设备中。聚酰胺酰亚胺(PAI)具有优越的机械性能，其拉伸强度超过172MPa，在1.8MPa负荷下热变形温度为274℃，采用PAI树脂对铜导体裸线进行包覆后所形成的聚酰胺酰亚胺漆包铜线(AIW)具有优秀的绝缘性能、耐热性能和机械性能。
随着绝缘电线在耐高频高压方面要求的提升，目前也采用在漆包线外侧包裹一层聚醚醚酮(PEEK)，从而大大提升漆包线的耐温性能和防辐射性能。
传统PEEK绝缘电线的生产工艺通常是在铜导体裸线外围直接包覆PEEK树脂绝缘层或在具有PAI涂层的AIW线材外围包覆PEEK树脂绝缘层而形成PEEK绝缘电线。其中，PEEK为单成分材料，经过加热后会形成润滑型表层，与其它材料的粘结力很弱，而PAI涂层经烘烤交联后也会形成较光滑的表层；AIW与PEEK两者各自发生反应后均形成了较光滑的表层，两者较难粘合贴紧；因此在应用时传统PEEK绝缘电线经常会发生开裂、脱管现象，导致线材绝缘性能缺失。
发明内容
有鉴于此，本发明期望提供一种绝缘电线的制备方法，通过该方法制备得到的绝缘电线，以及使用该绝缘电线的电气/电子设备，使得绝缘层间粘着力优异，能有效解决产品的拉伸脱管和绕线开裂等问题。
为达到上述目的，本发明的第一方面提供了一种绝缘电线制备方法，包括：步骤1、在导体表面涂覆粘合剂，形成包覆导体的粘合层，得到芯线；步骤2、将PEEK树脂材料在芯线的粘合层外侧挤出形成PEEK树脂绝缘层，得到绝缘电线。
优选的，在所述步骤2之前还包括：对所述芯线进行预热，预热温度达到400℃以上。
优选的，所述步骤2进一步包括：将PEEK树脂材料加热达到熔融状态；通过螺杆挤出机螺杆的转动，使PEEK树脂材料在所述芯线表面均匀的进行包裹；冷却结晶后形成PEEK树脂绝缘层。
优选的，所述步骤1中，所述粘合剂通过如下方式制备得到：将聚酰胺酰亚胺树脂溶于有机溶剂中，加热搅拌溶解；加入PEEK纳米粉末材料，搅拌溶解，得到所述粘合剂。
优选的，在所述加入PEEK纳米粉末材料，搅拌溶解的步骤之后，还包括：再次加入有机溶剂，优选的，再次加入N-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合液进行调整固含和粘度；
优选的，加入分散剂；
优选的，所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚环氧乙烷缩合物乳化剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
优选的，所述粘合剂的固含量为20-40％，30℃温度下的粘度为2500-3500cp，优选为3000cp。
优选的，按重量份数计，所述有机溶剂50-80份、所述聚酰胺酰亚胺树脂20-30份，所述PEEK纳米粉末材料2-8份。
优选的，所述有机溶剂为含氮极性溶剂、醚基溶剂、二甲苯或其混合；优选的，所述含氮极性溶剂具体选自：N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四甲基脲以及二甲基乙烯脲中的一种或二种以上的溶剂；优选的，所述醚基溶剂具体选自：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇以及三乙二醇中的一种或二种以上的溶剂。
优选的，所述聚酰胺酰亚胺树脂为玻璃化转变温度为200℃以上300℃以下的非晶性树脂；优选的，所述聚酰胺酰亚胺树脂的弹性模量为100MPa-1000MPa，优选为300-800MPa。
优选的，所述PEEK树脂材料玻璃化转变温度在320-360℃，400℃下的融化粘度为120-140pa.s，优选为130pa.s。
优选的，所述PEEK树脂材料加热到380-410℃的温度以达到熔融状态后，挤出形成PEEK树脂绝缘层。
优选的，所述PEEK绝缘树脂层厚度在10-1000μm，优选在25-750μm之间，特别优选在30-500μm之间，尤其是在50-250μm之间。
优选的，所述粘合层的厚度为5μm以上30μm以下；进一步优选为10μm以上20μm以下。
优选的，所述步骤1包括：在导体裸线表面涂覆粘合剂，形成包覆导体裸线的粘合层，得到芯线。
可选的，所述步骤1包括：在导体裸线上形成PAI底漆层；在所述PAI底漆层上涂覆粘合剂，形成包覆导体的粘合层，得到芯线。
可选的，所述导体裸线横截面是圆形、矩形，或矩形角部具有圆弧的矩形；优选的，所述导体裸线的材质为铜、铝及其合金形成的导体裸线。
根据本发明的另一方面，提供了一种绝缘电线，包含上述绝缘电线制备方法所得到的绝缘电线。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子/电气设备，包含上述绝缘电线制备方法所得到的绝缘电线。
本发明有益效果如下：
本发明提供的绝缘电线制备方法，通过在导体裸线与PEEK树脂绝缘层之间设置包含PEEK纳米粉末的粘合层，形成该粘合层的粘合剂包含混合的有机溶剂、聚酰胺酰亚胺树脂以及PEEK纳米粉末材料，该粘合层既能够很好地与导体裸线材料粘合，也能够很好地与PEEK树脂绝缘层粘合，使得所生产的绝缘电线线材具有良好的粘合性；同时，当粘合层粘结固化后，该粘合层主要为PAI树脂，能够起到现有技术中普遍的层间绝缘作用，因此无需在导体裸线表层烘烤形成单独的PAI底漆层。
附图说明
图1为本发明绝缘电线的剖面结构示意图；
图2为本发明绝缘电线的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例和对比例的绝缘电线进行U型弯曲测试的示意图；
图4为本发明实施例和对比例的绝缘电线进行绕线测试的示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
如图1-2所示，本发明的绝缘电线，其制备方法具体包括如下步骤：
步骤1、使用漆包机在导体裸线1外侧涂覆粘合剂，涂覆过程中，粘合剂中的有机溶剂挥发，粘合剂固化形成包覆导体裸线1的粘合层2，得到芯线，然后在进入螺杆挤出机机头前，对芯线进行预热，预热温度要达到400℃以上，在此过程中粘合剂中的有机溶剂会进一步挥发。
其中，所述粘合剂的具体制作过程为：将聚酰胺酰亚胺树脂溶于有机溶剂中，加热搅拌溶解后，加入PEEK纳米粉末材料，充分搅拌溶解后，再次加入有机溶剂以调整固含和粘度，得到粘合剂。
步骤2、将PEEK树脂材料加入螺杆挤出机料筒中，在380-410℃温度下，将PEEK树脂材料加热达到熔融状态，然后通过螺杆挤出机螺杆的转动，使PEEK树脂材料在料筒内均匀流动，将预热后的芯线放置于螺杆挤出机机头前，机头处通过不同规格模具使PEEK树脂材料在芯线表面均匀的进行包裹，冷却结晶后形成PEEK树脂绝缘层3，得到如图1所示结构的绝缘电线。
[导体裸线]
本发明中的导体裸线1横截面可以是圆形、矩形，也包括矩形角部具有圆弧的情形，材质为铜、铝及其合金形成的导体裸线，出于焊接的考虑，优选含氧量为30ppm以下的低氧铜或无氧铜的导体。
[粘合层]
本发明中的粘合层2可以直接涂覆在导体裸线1上，可以先在导体裸线1上设置一层PAI底漆层，其通过在导体上涂覆PAI清漆，然后进行烘烤所得；但出于成本的考虑，更优选地，粘合层直接涂覆在导体表面，而无需单独设置PAI底漆层；且粘合层主要为PAI树脂，能够起到现有技术中普遍层间绝缘作用，因此无需在导体裸线表层烘烤形成单独的PAI底漆层。
粘合剂的组分包括有机溶剂、聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂以及PEEK纳米粉末材料；其中按重量份数计，有机溶剂50-80份、聚酰胺酰亚胺树脂20-30份以及PEEK纳米粉末材料2-8份；
对于有机溶剂的选择，考虑能够溶解PAI树脂，也能够使PEEK纳米粉末在PAI树脂基体中良好分散的种类，包括含氮极性溶剂、醚基溶剂、二甲苯或其混合，其中含氮极性溶剂具体选自：N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四甲基脲以及二甲基乙烯脲中的一种或二种以上的溶剂，醚基溶剂具体选自：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇以及三乙二醇中的一种或二种以上的溶剂；
为了使得PEEK纳米粉末材料在有机溶剂中具有较好的分散性，也可以添加分散剂，分散剂为本领域常用的表面活性剂，进一步优选为：十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚环氧乙烷缩合物乳化剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
对于PAI树脂的选择，出于粘合层替代底漆层的考虑，同时兼具良好的拉伸弯折性能，优选PAI为玻璃化转变温度为200℃以上300℃以下的非晶性树脂。若玻璃化转变温度过低，在耐热性试验中电学特性有可能降低。另一方面，若玻璃化转变温度过高，在焊接时有可能未完全熔融而残存，从而焊接性变差，弹性模量为100MPa-1000MPa，优选为300-800MPa，在此范围中兼具较好的机械强度和弯曲性能。
粘接层2的厚度为5μm以上30μm以下；进一步优选为10μm以上20μm以下。若粘接层2的厚度过薄，其对于导体裸线和PEEK绝缘层的粘结性不足。若粘接层2的厚度过厚，则在对电线进行弯曲加工时会难以弯曲。
本发明的PEEK纳米粉末可以通过现有技术常见的深冷粉碎法，溶胶凝胶法，溶解沉降法等方法进行制备，PEEK纳米粉末平均粒径为50-100nm，本发明使用的PEEK纳米粉末为市售产品。
[PEEK绝缘树脂层]
基于绝缘性以及挤出性能的考虑，PEEK树脂材料玻璃化转变温度在320-360℃，400℃下的融化粘度为120-140pa.s，优选为130pa.s，在该融化粘度范围的PEEK树脂材料具有良好的熔融挤出效果，具有平衡的机械性能和可加工性能，可以通过调控分子量，以及对树脂体系进行改性，得到满足不同条件的玻璃化转变温度和熔融指数的PEEK绝缘树脂层。PEEK绝缘树脂层厚度在10-1000μm，优选在25-750μm之间，特别优选在30-500μm之间，尤其是在50-250μm之间。
以下通过具体实施例来阐明本申请的实施过程，并充分评价实施效果。除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1：制备绝缘电线
制备粘合剂
将25g改性聚酰胺酰亚胺树脂溶于50mlN-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲苯的混合液(V/V：1/1)中，加热搅拌溶解后，加入5gPEEK纳米粉末材料，平均粒径为；充分搅拌溶解后，再次加入25mlN-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合液进行调整固含和粘度。
涂覆粘合层
将粘合剂使用漆包机在扁平型铜导体裸线上进行涂敷，涂敷厚度为15μm，涂敷过程中，粘合剂中的有机溶剂挥发，粘合剂固化形成粘合层，得到芯线，然后对芯线预热到400℃。
挤出形成PEEK树脂绝缘层
提供玻璃化转变温度为340℃的PEEK树脂材料，将PEEK树脂材料加入螺杆挤出机料筒中，并加热达到380℃的熔融状态，然后通过螺杆挤出机螺杆的转动，使PEEK树脂材料在料筒内均匀流动，将预热后的芯线放置于螺杆挤出机机头前，机头处通过模具使PEEK树脂材料在芯线表面均匀的进行包裹，冷却结晶后形成厚度为100μm的PEEK树脂绝缘层，得到扁平型的绝缘电线。
实施例2：制备绝缘电线
与实施例1相比，在涂覆形成粘合层之前，在铜导体裸线上形成了10μm的PAI底漆层，其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3：制备绝缘电线
与实施例1相比，所制备的粘合剂中还加入了5g的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4：制备绝缘电线
与实施例1相比，粘合层的涂敷厚度为25μm，其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例5：制备绝缘电线
与实施例1相比，PEEK树脂绝缘层的厚度为200μm，其他技术特征均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例1
通过熔融挤出的方法在铜导体裸线直接包覆100μm厚度的PEEK树脂绝缘层，得到对比线材。
表征及测试实验例：
1.粘合性测试
分别取实施例1-5以及对比例1得到的绝缘电线300mm作为试样，将试样放置于两夹具之间，试样与夹具放置在同一轴线上，夹住两端，以300mm/min的速率拉伸20％，检查试样漆膜失去附着性的长度。本测试方法中，漆膜失去附着性的长度小于2mm则代表漆膜的附着性优异。
2.弯曲加工性测试
对实施例1-5以及对比例1的绝缘电线分别按照如下方法进行U型弯曲测试和绕线测试。
U型弯曲测试：如图3所示，取两条长500mm直线的绝缘电线，将该两条绝缘电线分别绕着一个抛光的试验轴芯弯曲180±2°，一条进行平绕(轴芯直径＝线厚2倍)，另一条进行立绕(轴芯直径＝线宽2倍)。图3中，“B”和“D”分别代表绝缘电线的线宽和线厚。
本试验中，平绕和立绕后，将产品表面光洁无开裂的情况记为“合格”；将表面开裂的情况记为“不合格”。
绕线测试：如图4所示，取两条长500mm直线的绝缘电线绕着一个抛光的试验轴芯绕线圈，绕线圈数为6圈，一条进行平绕(轴芯直径＝线厚2倍)，另一个是立绕(轴芯直径＝线宽2倍)，且单个线圈应缠绕紧密互相接触，最大间隙≤2mm。
本试验中，平绕和立绕后，将产品表面光洁无开裂的情况记为“合格”；将表面开裂的情况记为“不合格”。
表1绝缘电线性能测试表
Figure BDA0003436312450000091
根据以上实施例以及检测结果可以表明，本发明的绝缘电线，具有良好的加工性能，且绝缘层间粘着力优异，能有效解决产品的拉伸脱管和绕线开裂等问题。
本发明虽已藉由上述实施例加以详细说明，但以上所述仅为使熟悉本技术者能更易于了解本发明，并非限定本发明的实施范围，故凡依本发明权利要求所述的形状构造特征及精神所为的均等变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (18)

1.一种绝缘电线制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、在导体表面涂覆粘合剂，形成包覆导体的粘合层，得到芯线；
步骤2、将PEEK树脂材料在芯线的粘合层外侧挤出形成PEEK树脂绝缘层，得到绝缘电线。
2.根据权利要求1所述的绝缘电线制备方法，在所述步骤2之前还包括：
对所述芯线进行预热，预热温度达到400℃以上。
3.根据权利要求1所述的绝缘电线制备方法，所述步骤2进一步包括：
将PEEK树脂材料加热达到熔融状态；
通过螺杆挤出机螺杆的转动，使PEEK树脂材料在所述芯线表面均匀的进行包裹；
冷却结晶后形成PEEK树脂绝缘层。
4.根据权利要求1所述的绝缘电线制备方法，所述步骤1中，所述粘合剂通过如下方式制备得到：
将聚酰胺酰亚胺树脂溶于有机溶剂中，加热搅拌溶解；
加入PEEK纳米粉末材料，搅拌溶解，得到所述粘合剂。
5.根据权利要求4所述的绝缘电线制备方法，在所述加入PEEK纳米粉末材料，搅拌溶解的步骤之后，还包括：
再次加入有机溶剂，优选的，再次加入N-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合液进行调整固含和粘度；
优选的，加入分散剂；
优选的，所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚环氧乙烷缩合物乳化剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的绝缘电线制备方法，其中，
所述粘合剂的固含量为20-40％，30℃温度下的粘度为2500-3500cp，优选为3000cp。
7.根据权利要求4或5所述的绝缘电线制备方法，其中，按重量份数计，所述有机溶剂50-80份、所述聚酰胺酰亚胺树脂20-30份，所述PEEK纳米粉末材料2-8份。
8.根据权利要求4、5或7中任一项所述的绝缘电线制备方法，其中，所述有机溶剂为含氮极性溶剂、醚基溶剂、二甲苯或其混合；
优选的，所述含氮极性溶剂具体选自：N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四甲基脲以及二甲基乙烯脲中的一种或二种以上的溶剂；
优选的，所述醚基溶剂具体选自：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇以及三乙二醇中的一种或二种以上的溶剂。
9.根据权利要求4、5或7中任一项所述的绝缘电线制备方法，
所述聚酰胺酰亚胺树脂为玻璃化转变温度为200℃以上300℃以下的非晶性树脂；
优选的，所述聚酰胺酰亚胺树脂的弹性模量为100MPa-1000MPa，优选为300-800MPa。
10.根据权利要求1或3所述的绝缘电线制备方法，其中，
所述PEEK树脂材料玻璃化转变温度在320-360℃，400℃下的融化粘度为120-140pa.s，优选为130pa.s。
11.根据权利要求1、3或10所述的绝缘电线制备方法，其中，
所述PEEK树脂材料加热到380-410℃的温度以达到熔融状态后，挤出形成PEEK树脂绝缘层。
12.根据权利要求1或3所述的绝缘电线制备方法，其中，
所述PEEK绝缘树脂层厚度在10-1000μm，优选在25-750μm之间，特别优选在30-500μm之间，尤其是在50-250μm之间。
13.根据前述权利要求任一项所述的绝缘电线制备方法，
所述粘合层的厚度为5μm以上30μm以下；进一步优选为10μm以上20μm以下。
14.根据前述权利要求任一项所述的绝缘电线制备方法，所述步骤1包括：
在导体裸线表面涂覆粘合剂，形成包覆导体裸线的粘合层，得到芯线。
15.根据前述权利要求1-13中任一项所述的绝缘电线制备方法，所述步骤1包括：
在导体裸线上形成PAI底漆层；
在所述PAI底漆层上涂覆粘合剂，形成包覆导体的粘合层，得到芯线。
16.根据前述权利要求任一项所述的绝缘电线制备方法，
所述导体裸线横截面是圆形、矩形，或矩形角部具有圆弧的矩形；
优选的，所述导体裸线的材质为铜、铝及其合金形成的导体裸线。
17.一种绝缘电线，包含如权利要求1-16任一所述的绝缘电线制备方法所得到的绝缘电线。
18.一种电子/电气设备，其特征在于，包含如权利要求17所述的绝缘电线。
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