F级高强度环氧玻璃布层压板的研制.doc

F级高强度环氧玻璃布层压板的研制刘 锋 许自贵 赵 成 李仕文 四川东材企业集团公司（621000）摘要 本文介绍了F级高强度环氧玻璃布层压板的研制情况，研究了环氧树脂胶粘剂的合成，玻璃布层压板的制备工艺，原材料的影响因素及层压板性能，并与国外同类产品进行了对比。结果表明，F级高强度环氧玻璃布层压板具有高温下强度保持率较高、浸水后绝缘电阻高等特点，可用作F级大型、高压电机、电器设备中作绝缘结构零部件，并可在潮湿环境中使用。关键词 环氧树脂 绝缘材料 玻璃布层压板前 言长期以来在我国电工绝缘材料中F级层压板均采用3240环氧酚醛玻璃布层压板，但3240板的热态（130）机械强度仅是常态的15%20% ，因此限制了其在大、特种电机、变压器行业的使用，这一矛盾近年来尤显突出。有鉴于此，自八十年代以来，不少绝缘材料厂采用环氧/DDS固化体系开发了F级高强度环氧玻璃布层压板，我公司也于一九九八年开始试制F级高强度环氧玻璃布层压板，由于DDS价格较高，该板虽能满足部分用户的要求，但价格偏高的问题，限制了其推广应用。为此我们合成了一种低成本的耐热树脂，该树脂可自身固化也可作为环氧树脂固化剂，将其加入到环氧/DDS固化体系中不仅可减少DDS的用量，而且还可提高环氧/DDS固化体系的性能，实现了在不降低产品性能的基础上降低产品的材料成本的目的。该产品综合性能达到了国际标准IEC893-3-2“电工用热固性树脂工业硬质层压板规范”中EPGC203（GB5129.5-85中所规定的EPGC3）的技术指标（相当于NEMA G-11），同时针对IEC893-3-2的要求，我们对该板的阻燃性也进行了研究，试制的阻燃板达到了上述标准中EPGC204的技术指标。目前该产品已大量用于F级大型、高压电机、电器设备中，取得了较好经济效益与社会效益。1 试验部分1.1 F级改性环氧树脂合成1.1.1 材料与配方E-44环氧树脂工业品1004，4二胺基二苯砜（DDS）工业品1060耐热树脂自 制1060甲苯酒精混合溶剂工业品适 量1.1.2 合成工艺按配方规定将E-44环氧树脂、DDS加入反应釜中，升温搅拌，于一定温度下反应一定时间后，加入耐热树脂，在规定温度下反应至胶化时间达到技术要求的规定值，加入甲苯酒精混合溶剂，冷却，过滤，包装，即得F级改性环氧树脂。1.1.3 树脂的性能a、F级改性环氧树脂溶液的常规性能指标见表1，表1 树脂溶液的性能项目指标外观棕红色透明液体粘度 （4#粘度计 232）20s40 s固体含量 （1302 0.5h）55%60%成型时间 （1602）2min6minb、F级改性环氧树脂溶液的贮存稳定性F级改性环氧树脂有一定的贮存稳定性，室温条件下贮存四个月后胶化时间由起始值的447/ 1602变化为206/ 1602。仍可满足预浸料制备、层压板压制的工艺要求。2.2 玻璃布预浸料的制备用F级改性环氧树脂溶液浸渍经偶联剂处理的无硷玻璃布，在双效立式上胶机上按如下工艺条件制备预浸料：车速1.0m/min8.0m/min， 塔温100150预浸料的性能指标见表2。表2 预浸料的性能 项目指标外 观黄褐色树脂含量（402）%可溶性树脂含量90%挥发物含量2%2.3 玻璃布层压板的制备将预浸料裁成所需尺寸，按工艺要求铺放，两面垫上涂有脱模剂的光滑不锈钢板，再垫上垫纸及铁板后送入压机，其压制工艺条件如表3所示。表3 层压板压制工艺 预 热 热 压 温 度（）压力（Mpa）时间（min）温 度（）压力（Mpa）时 间（min）8016017306018557120按上述工艺压制成型后冷却至50以下出模，即得F级高强度环氧玻璃布层压板。2 结果与讨论2.1 F级改性环氧树脂的耐热性F级环氧树脂粉末的快速热老化结果见表4。表4 快速热老化数据（升温速度5/min、空气中）失重率%5101520253035404550温度285311330352374394414432449466注：以上数据由核工业第九研究院提供由表4可知，树脂的表观分解温度为271.7，热分解温度为330，根据割线法计算的温度指数为172.4，由此可得出以下结论，F级环氧树脂的温度指数为172.4，F级高强度环氧玻璃布层压板可作为F级绝缘材料使用。2.2 F级高强度环氧玻璃布层压板的机电性能F级高强度环氧玻璃布层压板的机械电气性能如表5所示，表中的指标值均为IEC893-3-2“电工用热固性树脂工业硬质层压板规范”中EPGC203的技术指标。图1、图2列出了层压板的弯曲强度、体积电阻率随温度变化的曲线。从图中可看出F级高强度环氧玻璃布层压板具有较好的高温机电性能。表5 F级高强度环氧玻璃布层压板的机械电气性能序号指标名称单位指标值实测值1密度g/cm31.71.91.852垂直层向弯曲强度 (纵向)常 态MPa34062615521704523冲击强度 (纵向) 简支梁，缺口kJ/m233494粘合强度N87005拉伸强度MPa3004296平行层向剪切强度MPa3037.57吸水性（5mm板）mg25198平行层向绝缘电阻（浸水24h后）M5.01053.01069介质损耗因素 1MHZ0.050.02810介电常数 1MHZ5.54.811平行层向耐电压 90油中 1minkV354012垂直层向电气强度 90油中（2mm板）MV/m25.0 图1 弯曲强度随温度变化曲线 图2 体积电阻率随温度变化曲线2.3 耐热树脂的加入对层压板性能的影响我公司一九九八年即开始试制F级高强度环氧玻璃布层压板，由于DDS价格较高，该板虽能满足部分用户的要求，但价格偏高的问题，限制了其推广应用。有文献报道可通过加入部分酚醛树脂来改善环氧/DDS固化体系的固化工艺性和降低材料成本，但这一工艺路线会带来层压板性能尤其是热态机械性能的不稳定。为此我们合成了一种低成本的耐热树脂，该树脂可自身固化也可作为环氧树脂固化剂，由此可适当减少DDS的用量。采用酚醛树脂和采用自制耐热树脂对层压板性能的影响见表6表6不同树脂的加入对层压板性能的影响指标名称单位加入酚醛树脂加入耐热树脂垂直层向弯曲强度 (纵向)常 态MPa48968815522474242.4 玻璃布、压制工艺对层压板性能的影响要制造高性能的玻璃布层压板首先要有一个高性能的基体树脂，但是增强材料的性能也会对层压板的性能产生较大的影响。F级改性环氧树脂所具有的耐高温、粘合力强、固化时无小分子放出等特点，配以采用特殊处理剂处理的电工无硷玻璃布作为F级高强度环氧玻璃布层压板的增强材料，使层压板具有优异的致密性、粘合特性和机械电气性能，解决了长期以来绝缘行业没有解决的浸水后绝缘电阻下降幅度较大的问题。在压制工艺上结合我公司的设备和生产条件，摸索出了一套生产优质层压板的工艺路线，从0.5mm的薄板到130mm的超厚板均能保证质量的稳定。2.5 F级高强度环氧玻璃布层压板阻燃性的改进按照国际标准IEC893-3-2“电工用热固性树脂工业硬质层压板规范”中的要求，EPGC203所对应的阻燃型板为EPGC204，为此，我们通过加入部分少量的溴化环氧对F级高强度环氧玻璃布层压板的阻燃性进行了改进。由于我们所合成的耐热树脂本身具有一定的阻燃性，因此，在达到同样的阻燃等级条件下溴化环氧的加入量较之于普通环氧/DDS固化体系大为减少。所制得的层压板保持了EPGC203的性能，同时阻燃性大大提高。不同溴化环氧含量对层压板阻燃性的影响见表7。表7 溴化环氧含量对层压板阻燃性的影响溴化环氧加入量（%）101520氧指数（%）39.842.647.3垂直燃烧性（级）FV1FV0FV03 结束语F级高强度环氧玻璃布层压板具有高的热态机械强度和保持率，其热态机械强度保持率达50%以上，耐热等级达F级。适用于F级电机、电器设备中作绝缘结构零部件及机械零部件可以在潮湿环境中和变压器油中使用。层压板试验结果表明该产品综合性能达到了国际标准IEC893-3-2“电工用热固性树脂工业硬质层压板规范”中EPGC203（GB5129.5-85中所规定的EPGC3）的技术指标（相当于NEMA G-11）。并按照IEC893-3-2的要求，我们对该板的阻燃性也进行了研究，试制的阻燃板达到了上述标准中EPGC204的技术指标。目前该产品已大量用于F级大型、高压和特种电机、电器设备中，取得了较好经济效益与社会效益。参考文献（略）Preparation of Class F High Strength epoxyGlass Cloth Fabric Laminated Sheet Liu feng Xu zigui Zhao cheng Li shi wen ( postalcode:612000)Sichuan Dongfang insulating material CO., LTD.Abstract: The paper descriped the development of class F high Strength epoxy Glass Cloth Fabric Laminated Sheet. The synthesis of adhesive hased on epoxy resin, technique of making epoxy glass Cloth Fabric Laminated Sheet, effective factors of raw materials and the properties of the above sheet were investigated. The properties of the sheet are compared with that of the same kind of foreign product. The results showed that the retaining percent of the strength of the sheet is relatively high at high temperature, and its insulation resistance is high relatively of water, et