高压电机绝缘云母带用胶粘剂的发展现状及趋势

1、高压电机绝缘云母带用胶粘剂的发展现状及趋势云母带因可满足高压电机对绝缘的一些要求,所以应用非常广泛。随着电机电压等级的提高,容量的不断提升及高性能的不断发展,对电机绝缘的要求也在不断地提高,相应的绝缘材料的研究也在进行之中。1 高压电机绝缘用少胶云母带云母带是一种复合绝缘材料, 主要由三种材料组成: 介电材料, 补强材料, 胶粘剂。按I EC 371的标准，云母带可以以胶粘剂的含量多少分为两种，即多胶带和少胶带。这两种云母带在高压电机的绝缘中都有应用。多胶带是指胶粘剂含量在35% 以上的云母带，通过液压或模压工艺作为电机绝缘。少胶带则是指胶粘剂含量在4%8%的云母带，经真空压力浸渍（VPI ）

2、工艺成为电机绝缘的一部分。以多胶带为主体的电机绝缘 ,其云母含量不高,电气性能、整体性、热态性能均较差; 不能耐电热老化, 导热较差 , 导致电机温升较大, 因而不能满足电机在向高电压等级、大容量发展过程中提出的要求。而以少胶云母带作为主体的电机绝缘，结合真空压力浸渍（VP I ）工艺，可以为电机提供良好的绝缘性能, 作为新一代主绝缘材料已受到越来越多的重视。1.1 少胶云母带简介少胶云母带，简称少胶带，具有与多胶带完全不同的工艺体系 ，即真空压力浸渍（V P I ）工艺。其大致过程是：在用少胶带包绕线圈后，将线圈浸入浸渍树脂中，经过抽真 空、输漆、加压、降压、滴漆、烘焙固化几个过程, 得到成

3、品。这是一种先进的绝缘工艺 , 具有云母含量高、电气性能优良, 绝缘寿命长、整体性好、耐热性及耐热老化性能优良, 可减薄绝缘厚度、导热性好, 可有效降低电机温升及工艺简单, 生产周期短等特点。少胶云母带中的介电材料主要采用的是大鳞片粉云母纸。补强材料一般采用电工用无碱玻璃布, 还有各种薄膜, 如聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等, 且一般采用单面补强。使用补强材料主要是为了提高云母带的机械强度, 使其能够承受包扎过程中较大的张力,避免云母带受到大的损伤, 同时它也成为固化后绝缘的骨架。目前有些公司也在部分采用价格便宜的聚酯无纺布作补强材料。在少胶云母带的3 个组分中, 胶粘剂是最重要的组成部分。目前大都

4、采用环氧树脂作为胶粘剂的主体成份, 主要是因为环氧树脂固化后粘结性好, 固化收缩率小, 并且具有良好的电气、机械性能和耐潮耐化学性。同时还有不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、改性二苯醚树脂等。1.2 少胶云母带中的胶粘剂胶粘剂影响线圈绝缘性能的表现主要有二个方面, 其一是胶粘剂含量, 一般是越少越好。在包绕线圈后，经VPI工艺处理时，线圈内部的空气是否容易排出，与胶粘剂含量有直接的关系。另外, 胶粘剂含量高则使浸渍树脂的相容难度增大, 同时使高温(155)时的七a n 8值也增大，这也说明了VP I工艺必须采用少胶云母带的原因。其二是胶粘剂本身性能问题, 因为胶粘剂既要能够满足少胶云母

5、带的粘合性能, 在高温 (155 C)时具有很低的t a n 8值，又要同时与浸渍树脂有很好的相容性。另要求制成的少胶带应具有足够的柔软性，以利于包绕线圈；具有良好的透气度和渗透性 ，以利于在VP I浸渍过程中绝缘层内空气与挥发物的抽出，以及树脂的浸透。对胶粘剂的三大性能要求为:(1) 胶粘剂自身有良好的机械性能、电气性能、耐热性等 ;(2) 胶粘剂要具有良好的工艺性,容易渗透;(3) 胶粘剂要与浸渍树脂有良好的相容性。目前，在少胶云母带中使用最多的胶木剂是双酚A型环氧树脂，其结构具有如下特征 : 大分子链的两端是反应活性很强的环氧基; 分子主链上有许多极性醚键; 分子链上同时含有较多的羟基；

6、分子主链上还有大量的苯环、次甲基和异丙基 ；-C -O -键的键能高；长的分子链具有一定的柔顺性。这些结构特征使得环氧树脂具有如下一些特点:(1) 固化物具有很高的机械强度和粘接强度；(2)固化物具有较高的耐腐蚀性；(3)固化物有良好的电气性能。双酚A环氧树脂既属于此类物质，上述特点使双酚A环氧树脂得到了大量应用。另外，双酚A环氧的原材料易得, 成本较低,产量较大,也是一个广泛应用的原因。但是,双酚A环氧树脂的耐热指数基本上在130 c左右，而且柔韧性较差，不能满足少胶带的工艺以及使用要求。因此须对双酚A环氧树脂进行改性，提高其耐热性和柔软性。改性的方法要不仅可以提高双酚A环氧树脂的耐热性和柔

7、软性，而且还不能降低其机械性能和电气性能, 以及耐腐蚀性等。作为胶粘剂对其使用的改性方法主要是使用耐热不饱和聚酯改性。在提高耐热性和柔软性的同时, 由于聚酯同样有良好的电气性能、耐腐蚀性, 可以满足少胶带的要求。其它有机硅和二苯醚类在固化时会有一些小分子放出,这些低分子会有一部分夹在已固化的绝缘层内，严重影响绝缘的常态和热态介质损耗。如果在V P I浸渍时严格控制工艺参数, 得到的绝缘性能会有一定的改善。2 国内外发展现状及趋势目前 ,电机在向着高电压等级, 高功率、大容量、高性能等方向发展,促使电机绝缘向如下几个方向发展:(1) 高耐热等级: 电机工作的电压等级的提高、容量的增大,使得电机在

8、工作时放出的热量大幅度增加,因此必须提高绝缘材料的耐热等级才能保证电机的正常使用;(2) 高性能 : 包括电气性能、机械性能、耐化学性、耐环境性等;(3) 减薄绝缘厚度: 由于电机放热的增加, 为保证电机的使用要求, 必须要降低电机温升, 因此需要降低绝缘厚度;(4) 低成本 : 包括使用低成本的原材料,以及低成本的工艺技术和质量控制等方面。2.1 国外少胶带用胶粘剂的发展及现状20世纪4050年代，国外先后研制成功多胶带、少胶带，并将其应用于电机的生产中。当时使用的胶粘剂受材料所限, 主要为沥青、松香脂、虫胶等天然树脂, 或是酚醛、醇酸等合成树脂。耐热等级主要是A、E级。 20世纪6070年

9、代环氧树脂、聚酯树脂，以及有机硅树脂得到了发展，并在少胶带中获得了应用。并且随着VP IX艺的发展,这一时期的少胶带的应用开始逐步扩大。此时的少胶带的耐热等级上升到了B级，少数达到了 F级。到了 20世纪80、90年代，改性环氧树脂、改性聚酯树脂的发展 , 以及高性能薄膜作为补强材料的使用, 使得云母带的性能有了大幅提升。耐热等级普遍达到了 F、H级。并且在逐步向C级发展 8。大致可以将国外的少胶带划分为表1中所示四种。从表1可看出，少胶带所使用的胶粘剂是各种经过改性的环氧树脂，主要是双酚A环氧树脂。表1中所列的各种少胶带，其所使用的胶粘剂中都未含有固化剂，有的甚至连促进剂也没有。这主要是为了

10、使少胶带能有较长的储存期限。但出现了经VP I工艺浸渍后烘焙固化时，如何使少胶带中的胶粘剂固化问题。因此在浸渍树脂的配方设计中，应考虑加入过量固化剂，以与少胶带中的胶粘剂配合固化 ，最终形成一个整体。表1国外少版带用腋粘剂主要组成项II通用不少胜常逋用刑啻促进利少粒带舟牛地山胶带示例1|工UL A莪后.5*细成网的a环依树府装的性能适用广任何种受浸精甥脂ISOX HI. 1 A以防.4环他树脂.聚儆业进剂 适用rflEM-炎没就朝而西门子”荽嵬陆A环利树脂一堂修招加促进副定的直滞丹麻双讷A环包期聒，肇第.三化二骷物粒梏第H等.性温同电机的温n既©从表1中也可看出，少胶带自身的性能是一

11、个重要的方面，它与浸渍树脂的相容性同样在整个V P I工艺中占据重要的位置。少胶带在包绕线圈后，通过V P I工艺过程与浸渍树脂混合在一起，再经过固化处理，而得到成品。成品绝缘效果的好坏 ，取决于少 胶带与浸渍树脂的相容性。通用型、通用型含促进剂少胶带可以适用于任何浸渍树脂，而且通用型含促进剂少胶带在用于环氧酸酎苯乙烯浸渍树脂时，有特别优异的高温t a n 8值。含特种促进剂少胶带则只适用于特定的浸渍树脂，在其它浸渍树脂中使用得不到良好的电气性能。高导热少胶带主要是为满足空冷汽轮发电机的需要而开发的，它通过添加具有高导热系数的填料，使得少胶带的导热系数提高，可达通用型少胶带的17倍，从而降低电

12、机温 升。2.2 国内少胶带用胶粘剂的发展及现状国内发展云母带是从国外引进的技术，与国外的发展过程基本上一致，也是经历了从天然树脂到合成树脂，再到高性能合成树脂的主要发展过程，同时耐温等级及各种性 能不断提升。但是在发展少胶带的过程中，走了一些弯路。20世纪80年代，从国外进口的电机上认识了VPI工艺后 ，我们引进了先进的VPI绝缘工艺以及少胶带。但由于当时少胶带的生产困难太多 ，于是采取了折中的办法，用中胶带代替少胶带用于V P I工艺。经过一段时间的使用 ，发现中胶带虽然能够用于V P I工艺，但是由于胶粘剂含量较大，在浸渍时产生一系列的问题，于是又回过头来开发少胶带。到了 20世纪90年

13、代，由于改性环氧树脂、 改性聚酯树脂的发展，基本上解决了少 胶带在制造工艺上的困难。 国内有几家单位相继开发成功少胶带，主要有桂林电器科学研究所、上海云母厂、嘉兴绝缘材料厂。国内的少胶带技术是从国外引进的 ，使用的胶 粘剂也主要是环氧树脂体系，同时还有改性二苯醛带、 有机硅带等。国内主要将研发重 点面向浸渍树脂，开发了多种不同体系的浸渍树脂。因而对少胶带的关注较少，目前使用的胶粘剂基本上与国外相同。表2列出了国内外一些少胶带的组成与性能，以供比较。表2国内外一些少胶带组成及性能项目桂-林.1;正兴LsdaLLC少收带少校带少胶带少我帝标液厚度/ n nU J 63u J 5U .1 33i I

14、 4 D .111 "o je云阳含量/拓79 .2XI .45$5 .7H2 .7KU .5补强含量iUy 49 .210冉1 2 A1 I .5依含我%1 1 A93 45 .2a O挥发阶F%U Jo ,1 20 J 1u USU ,5电"小度1 MV/ n)i 5 i1 3 .216 .41 5 .才«拉.伸心里 X c m )皿LD2 462 JLU2 4A地从表2中可以看出，少胶粉云母带的云母含量在 80%左右，远远高于多胶粉云母 带。桂林少胶带的综合性能较好 ，但是存在偏硬和稍有掉粉的现象 ；上云少胶带是用干 法制成的，但包绕工艺性较差；嘉兴少胶带存

15、在反粘现象，性能较好。瑞士Is。la公 司生产的I s o 1 a少胶带 （即表1中的通用型少胶带）不仅性能良好，而且包绕工艺 性较好，基本无掉粉、回粘等问题。图1是I s。1 a少胶带与国产少胶带分别包绕线棒，并经VP I浸渍，国产浸渍树脂后固化样品对其电气性能的比较。在该试验中，除了使用的少胶带不同，其余材料及结构完全相同。从图1可看出，在室温下两种带子的绝缘介质损耗差别不大，高温下Isol a带子则明显优于国产带子。由此可见，国内少胶带与国外的差距主要表现在工艺性及热态性能上。目前国产少胶带的问题主要是热态损耗增量较大；在应用工艺性能上存在少胶带柔软性差，包带时飞粉严重，机包时损伤大，透

16、气度较小等问题。而且与 浸渍树脂的相容性较差。10 r一 IS5 七 屋-一l£ 6 7 一 I“一I,55T« 4 " ,+ 23 凳a UZI_I _1. J_J_1Hl_I_f2 4 6 S 10 1214 16 IK 20电压/kV图I不同温度下线棒电压制幅2.3少胶带用胶粘剂的发展趋势从以上可看出，当前电机不断向着高电压、大容量、高性能等方向的发展对电机绝缘提出了新的要求，少胶带用胶粘剂同样面临着新的挑战，新的发展趋势。主要表现在(1) 通过引入耐热性基团, 开发一种具有高耐热性的树脂。电机的工作电压在不断提高，容量也在增大，电机工作时产生的热量也随之变

17、大，传统的F级少胶带已经不能满足绝缘要求，限制了电机的发展。因此要在F、H级的基础上，逐步向C级发展。(2) 提高胶粘剂的介电性能, 使得少胶带具有优良的电气性能。电机在使用时偶尔产生的短时过电压,可能会使绝缘发生击穿等问题, 造成破坏; 同时长期的使用,绝缘会产生疲劳,从而发生绝缘破坏。而绝缘破坏的主要原因是由于胶粘剂的电气性能较差,击穿电压较低, 耐电晕性较弱, 因此需要提高胶粘剂的电气性能(3) 为保证电机能在各种环境下使用, 需要胶粘剂具有良好的机械性能、耐腐蚀性和耐环境性。(4) 少胶带是否有良好的工艺性,是否容易绕包,主要取决于胶粘剂在凝胶后的性能。因此胶粘剂要有一定的柔软性。(5

18、) 胶粘剂要粘度较低, 渗透性良好, 适合于少胶带的生产。(6) 与浸渍树脂有良好的相容性。最好是既可以用作胶粘剂,又可以作为浸渍树脂使用。3 国内发展建议目前我国电机绝缘用少胶带与国外相比差距主要表现在: 产品性能不够稳定, 产品云母含量低等问题。尤其是高档次的、高新技术含量的产品不能满足使用要求, 仍然依靠进口 ; 少胶带产品质量尚欠缺, 产品规格少、系列化程度不高; 生产规模较小,原材料消耗以及成本居高不下, 造成企业效益不好; 缺乏相应的新产品研发能力, 产品的技术进步较慢9 。差距形成的主要原因是工艺装备水平落后, 设备技术改造、产品技术改造滞后; 政府的科研投入减少,企业和科研单位自我投入乏力, 制约了产品开发和改性提高;原材料品种少,不配套,质量不稳定, 也是制约因素;另外 ,企业间缺乏协作精神或是企业缺乏整套产品开发思路也是制约因素。例如, 生产少胶带往往不生产浸渍漆, 或生产浸渍漆而不生产少胶带，使两产品间的相容性配套性难以解决，即使有能力的企业也无法把少胶带、浸渍漆、防电晕材料作为一整套来开发。因此，我们建议在发展少胶带的时候 ，要明确少胶带的生产是一个系统工程 ，需要 从粉云母纸的制造、补强材料的生产、胶粘剂的开发，以及浸渍树脂的开发等角度来整 体考虑，尤其应把浸渍