北美电磁线技术

1、北美电磁线技术 摘要：漆包线绝缘漆在过去50年已日趋成熟,可耐极高温,具有很高的电气和机械性能。本文介绍的就是北美电磁线行业的历史与现状。术语：电磁线亦称绕组线，是一种单股绝缘线，铜制或铝制，用于制造电机、发电机、变压器和其他采用电磁场的设施上的线圈。聚合物是一种高分子量的塑料或树脂材料。对电磁行业有意义的就是那些能够形成连续涂膜的聚合物。溶 剂是用溶解聚合物的化合物，其结果是使粘度变小，并让聚合物能涂成薄膜。电磁线漆也称绝缘漆，是涂在线表面经烘烤形成连续电绝缘膜的聚合物溶液。一、 北美市场1、 电磁线生产厂家我们今天所了解的北美电磁线产业起源于1912年，当时乔治.雅各布斯在印第安那州福德文

2、镇建立了他的小型电磁线公司杜迪罗制造公司（The Dudlo Manufacturing Company）。雅各布斯是最早开发合成弹性涂料替代棉纤维作线绝缘层的先驱之一。到1927年，杜迪罗公司使得福德文镇成为世界电磁线之都，1929年成立了Phelps Dodge公司当时称作英加制造公司（Inca Manufacturing Company）。1933年维克特里亚在同一城市建立了亚电磁线公司（Rea Magnet Wire Company）。1936年，杜迪罗公司将其总部迁往纽约州，但爱塞克斯电线公司(Essex)决定利用杜迪罗的部分旧厂房生产电磁线。美国当今四大电磁线生产厂家为：阿尔卡特（

3、Alcatel）电磁线公司（肯塔基、密苏里和加拿大安大略）爱塞克斯（Essex）集团（印第安那）菲尔普斯道奇（Phelpa Dodge）电磁线公司（印第安那、肯塔基、北卡罗来纳和得克萨斯）里亚(Rea)电磁线公司（印第安那和新墨西哥）其他主要生产厂家有：Elektrisola公司Femco电磁线公司（印第安那）通用电气公司Mahnetek公司住友电磁线美国公司（肯塔基）另有一些小型工厂：略其中许多公司专业生产微细线或特种用途线。Condumex 和Magnekon这两家公司将总部设在墨西哥。Elektrsola和Phelps Dodge在墨西哥也有厂房，Essex也准备在那儿建厂。另IUSA在

4、墨西哥也有厂。2、 电磁线绝缘漆生产厂家P.D.George公司，在美国和墨西哥建有生产设施，是目前北美最大的电磁线绝缘漆和被浸渍漆厂家。他的业务包括电工绝缘涂料、密封剂和拉罐化合物。公司成立于1996年阿尔塔纳集团收购，加入其他三家绝缘漆厂Dr.Wiedeking(德国)，Deatech-Siva(意大利)和Rembrandtin公司（奥地利）的行列。斯堪纳迪（Schenectady）国际公司，是一家专业生产烷基苯酚的全球化公司。尽管成立的时候为电工绝缘公司，但目前绝缘漆和浸渍漆的销量只占其销售的很小一部分。斯堪纳迪在加拿大和墨西哥建有工厂，最近还收购了Dr.Beck公司（德国和英国）。兰巴

5、（Ranbar）公司，即以前在宾夕法里亚的工厂。他们生产浸渍漆及部分特种绝缘漆。在浸渍漆方面与斯堪纳迪公司有生产和销售协议。Von Roll Isola公司是以前的通用电气绝缘材料分部。开始以IMI公司成在,但很快被瑞士的Von Roll Isola公司收购。在美国，有两家电磁线生产公司建有自己的绝缘漆厂。Phelps Dodge公司和Essex公司也有几家欧洲公司在北美建有小型绝缘漆生产设施；Herberts在墨西哥城北部建有工厂Sandolin是位于加拿大安大略的稀释工厂，稀释等公司的中间体。二. 生产制造1. 厂房地理选位美国依然在其本土范围内拥有很大的电磁线生产能力。过去数年，由于从经

6、 济方面和贸易方面的考虑，也促使墨西哥生产扩大。Elektrisola和Phelps Dodge在墨西哥的工厂分布在北部，可以供应以美国为基地的公司在边界两边 的需求。加拿大的电磁线生产能力相对小一些。2. 设备尽管老一点的设备在北美众多电磁线厂家仍具有一定代表性，但新近也添置了一些新设备，主要从意大利西格玛和奥地利MAG引进。AUMANN在北美也卖了不少漆包线设备。循环式漆包炉可以吸收从电磁线绝缘漆蒸发的溶剂，在催化板上将其燃烧，将其热量再利用。带线上拉丝是新式漆包炉的普遍特征。将铜杆线径拉到所需规格然后直接输入漆包线膛涂漆。涂线速度是检测单头电磁线生产能力的最终尺度。因为生产速度随线规而变

7、化，不过在比较时通常使用的参照术语是VD值或DV值，即线规(mm)X线速(m/min)。例如，0.05的线规在生产速度为90m/min时的VD值为45。老式漆包炉在高温期时的值只能在1020之间。新式漆包炉在相同漆时DV值可以超过150。在涂低温期（如聚氨酯）时甚至更高。漆包炉厂家现在能够做到是漆烘烤固化能力超过设备放线收线的能力。3、新技术紫外烘培聚合物主要的电磁线生产厂家一直在关注新技术，目前至少有三家已拥有小型设备利用紫外射线来烘烤绝缘漆涂料。紫外树脂(UV)不含蒸发性溶剂，其溶剂作用的化合物是液体，典型的有 烯酸和甲基丙烯酸，他们在紫外线的作用下转变成固体。其潜在的优点包括反应时间加快

8、，并能形成一层无针孔薄膜，而传统溶剂在蒸发 可能造成表面缺陷。其缺点有毒，程泵奥，热性能不太好。高固含量绝缘漆有报道说至少有一家北美厂家在用高固含(>50%)的热容器生产线。这种涂漆方式需要特种模具及能将其保持在高温状态（>65）因为溶剂被当作污染物排入大气时，人们则对高固含漆产生很大动力。溶剂的钱是花了，但却没有价值。更新型的漆包炉能回收溶剂散发的热量，因此熔剂的成本也就不太重要。电磁线生产厂家应按时刻记住，高固含漆在使用中需要更加仔细。简单地说，固含提高一倍，其漆涂覆的湿膜厚度必须减半，以便漆膜变干后仍然达到相同的厚度，使用中要保持同心，则必须要双倍的精确。挤压工程树脂一些昂贵

9、的工程树脂如聚在薄腹膜中具有卓越的机械和电器性能.AMOCO等厂家现在正极力推荐将这些树脂用在需要耐久化学性能的应用方面。三、电磁线生产1、电磁线漆聚合物化工历史用丝、棉或纸当电磁线绝缘层的应用可以追溯到1830年代晚期，一直朝着高机械性能、高热性能和高电性能的方向发展。备注：以下的热级评定是按照ASTMD-2309标准在耐热20000小时寿命点而为依据的。普通漆首先使用聚合物是油性树脂型，有干性油和天然树脂制成。后来使用合成酚醛树脂。油性树脂溶解于方N溶剂中，他们依靠金属催化剂催化，通过加热得到干燥和固化，机理类似于油基涂料。这些漆种现在除某些特殊领域外已基本停止使用。PVF漆（FORMVA

10、R）PVF树脂是最古老的合成涂漆之一，可追溯到1940年。地层树脂，通常品牌为 FORMVAR原Monsanto公司产、现Chisso产),是甲醛和水解的聚醋酸乙烯酯缩聚产物.其分子式结构包括乙烯甲醛乙烯醇和醋酸乙烯酯等单元.PVF树脂比较柔软,耐溶性能差.不过与酚醛树脂三聚氰胺甲醛树脂或多异氰酸酯树脂配合使用可以获得更佳的性能.但PVF漆的热级被限制在120。PVF漆的一个很大应用是在充油式的变压器线上，因为PVF漆抗油性非常好。PVF也一直是相对昂贵的聚合物。考虑这个原因，目前很多配方都加入成本低廉的树脂来改性。聚氨酯(pu)聚氨酯漆是40年代晚期在德国开发的。原来热级在105 130之间

11、，现在以改进到H级180级，且性能更高。聚氨酯漆实际上是两组系统构成的一种漆，这两各组分别为化学“分端”的多异氰酸酯树脂和聚酯或聚脂酰亚胺树脂。在炉膛加热时，异氰酸酯释放出“分端 ”剂（通常称为苯酚）后与聚脂反应形成热固聚氨酯涂层。聚氨酯的特色是漆具有直焊性,也就是说,涂层在熔化的焊料上可以分解.因此电磁现在不剥去涂层的情况下可以焊接起来.这对高速生产是一大优势.尽管工业标准规定直焊温度在360,不过很多厂家希望在320下直接数秒钟完成.。聚酰胺(尼龙)漆(PA)尼龙6.6在作底漆时受到限制,不过作面漆却广泛使用,它可以改进PVF,PU和PE漆的物理性能和机械性能.尼龙面漆可能作为简单的纤维或

12、破膜碎片聚合物的溶液.这种聚合物的分子量可以使溶液在固含较低的情况下粘度较高。尼龙6.6还可以与单有机酸反应解聚使粘度变低。这是可以加其它反应性聚合物在涂线时重建分子量。优点是高固含，成本效益比较好的漆。它自身的热级只有105，但其主要用途是在PE和PU的底漆上再形成保护面层。聚酯漆 （PE）最简单的聚酯漆是对苯而甲酸，甘油和乙二醇反应的产品。这是典型的155级聚酯漆的基本组成。（虽然这些漆的热寿命炒过180级，其他性能如热冲却更近似于155级，除非表面再涂上尼龙）。PU漆是在线上加聚进行反应，而PE漆则通过缩聚建立分子，即小分子结合形成大分子，同时释放水或乙二醇。大多数北美用户在很久以前改用

13、塞克改性聚酯。赛克改性聚缘酯（THEICPE）60年代起研究朝着比F更高的热稳定性发展。关键是寻找能替代三官能度甘油的物质，后来选择了三（2羟已基）异氰脲酸酯，它能生产200绝缘漆。塞克改性聚酯酰亚胺（THEIC PEI）德国的研究工作更加前进一步，雅安化学被加入赛科举之中。赛克改性聚酯酰亚胺将一种通常称为双亚胺双酸(DID)的结构变成聚酯主体。DID是两个分子和一个亚甲基二苯分子反应的产物。由于DID是双关能度的酸，他和容易并入聚酯漆的主体酰亚胺特性使的涂料热冲性能更加突出。典型的塞克聚酯酰亚胺是200级。另外在非塞克改性的聚酯酰绝缘漆还有小的分类。他们可以是155级或180级，有些直焊温度

14、在455。可以在需要较高热塑流动温度的情况下代替聚氨酯。聚酰胺酰亚氨漆PAI聚酰胺酰亚胺漆首先有AMOCO进行商业利用。他们可以简单的是等分子量的TMA(AMOCO特产)和亚甲基二苯胺的反应。聚酰胺酰亚胺漆比聚酯漆和聚酯酰亚胺漆更贵，因此，只有在需要特别性能的时候才使用。主要使用作赛克聚酯和聚酯酰亚胺漆的面漆，使耐温度更加，耐刮性更强，热冲更好。聚酰胺酰亚胺漆热级可以达到220。聚酰亚胺漆（PI）该漆在60年代有杜邦公司进行商业化利用，是最高温等级的有机涂料，聚酰亚胺是双酐和双胺的反应物质。不过这些聚合物在普通溶剂中是不溶的，因此很难用作涂线 。后来采取了半途中止酰亚胺反应才解决了这一难题，反

15、应一半的物质聚酰亚胺酸在NMP中是可溶的。当涂料覆在底层上加热后先亚胺化反应结束，形成一层不溶薄膜。聚酰亚胺线过去一直当作220C级产品销售，因为这是正式认定的最高级别。不过，UL已经认定，聚酰亚胺漆20000小时热寿命已超过240，因而最近为他列了240级自粘漆 (Bondcoats)上面所述的绝缘漆都是热固聚合物溶液,也就是,在热力的作用下,溶剂蒸发,树脂反应,建立分子量,形成不容易变形的薄膜.相反,自粘漆则是涂在以上任何漆种上的热塑聚合物.热塑聚合物由于受热而变形后重新组合.在实际应用中,热固底漆和自粘面漆在受热情况下将线粘结成特定形状.当然,不须注意选择软化温度高于线圈预计服务温度的自

16、拈漆,以使其在应用中不变形.。自粘漆可以有不同聚合物组成：环氧基苯氧基他们是基于双酚A和环氧氯丙烷反映物质的聚合物，类似于粘结剂中的环氧树脂，但分子量更高。聚酰胺很多种商用PA树脂可用作自粘涂料。做配方的人就是要对他们在过去不使用的领域的应用作出评估。 。不同树脂的混合物通常可获得特别的软化温度。聚酯线性聚脂是热塑的。另外，不同的商用树脂可供制定配方这作选择。自粘漆必须在线圈中得到可靠的粘结，但在成型收入线盘后又不能在因受热或受潮而粘结。他们的热性能也意味着，在同一个炉膛中，要向他们不粘导轮和其他接触点，他们通常不直接涂在底漆上。有时候，他们必须有单独的涂漆操作。3、 电磁线漆溶剂化工甲酚芳香

17、烃电磁线绝缘漆最常用的溶剂是加酚，它是加酚和其他相关化合物的混合物，级可以是合成的，也可以是通过石油产品蒸镏而的。聚酯、聚酯酰亚胺、聚氨酯、PFV和一些PA（尼龙），包括尼龙6.6，都可以在甲酚中溶解。甲酚跟普通的芳N如二甲苯相比价格要贵，所以它旨在要求溶解性能好和以涂线的情况下才使用。芳香N可以部分替代甲酚酸，比例可达50。不过烃不是真正的溶剂，只是能被其所容纳来降低成本。其详实作用的溶剂还包括苯酚、商用间对甲酚和三甲基苯酚。不含甲酚的溶剂北美工厂还定期地使用不含甲酚酸的溶剂体系，原因有：对环境损害降低这个问题现在对北美不是太重要，因为现在几乎所有的炉膛都有催化燃烧器或配循环系统，减少气体排

18、放。不含甲酚的溶剂体系基于甘醇乙醚及其衍生物。这些溶剂在高温状态下非常活跃，相互间的化学反应和聚合物可能导致绝缘物等级下降。在使用旧炉膛的工厂，由于有毒容器排到大气中，因此可以折衷使用这些漆。减少安全危险甲酚对皮肤有毒和腐蚀性。NMPNMP是一种强有力但又很贵的溶剂。几乎所有的电磁线聚合物都溶于NMP，由于成本原因，也只有完全需要时才使用。PAI和PI漆在甲酚酸中不会溶解，但在NMP中确是可溶的。另外也可以加一些芳香烃化合物以降低成本。其它与 NMP相近的溶剂有DMF和DMAC.3、 磁线绝缘漆_物理性能大多数用在立车模具涂覆的气固含量都在36-40%,在25时粘度在600-1000mpa同一

19、漆种在卧车毛毡涂漆时,粘度则须降低50100mpa,25北美由于其悠久的作线历史，不同的漆包机和涂线方式已造成很多漆种。因此给某些客户一种漆供五六个不同粘度的情况也屡见不鲜。固含量固含量测试方法的不同是造成国际市场混乱的主要原因。美国将测试标准定为2g-2h-200.而欧洲则是用另外一种测试方法，1g-1h-180,结果略有差异。相反，很多亚洲的方法，测试温度更低。表面测的值比较高，单核线上实际涂覆量却并不一致。粘度漆的粘度是指其流动阻力，对电磁线光滑漆膜的形成很关键，北美对粘度的检测通常是在25 。有几个客户在30检测，因为通常在室温情况下对样品加热要比降温容易。北美的粘度计量单位用cps

20、,欧洲的供应商对高粘度漆的粘度计量用cps或mpas，但对低粘度的漆则用DIN4#杯以妙计量。4、 电磁线绝缘漆最近发展挤压工程聚合物如前所述，目前对工程树脂的开发还处在研制阶段，主要工程树脂类型有聚砜和聚醚酰亚胺。高成本是目前将其推广的主要障碍。自润滑漆在过去几年内，多数大电磁线厂已经从传统漆转向了自润滑聚酰胺酰亚胺面漆，这样绕线摩擦系数降低了3050。提高润滑性可以通过加入聚乙烯或聚四佛乙烯的高聚合物粉末，或者直接对聚合物进行化学改性而达到的。大多数自润滑聚酰胺酰亚胺漆用户仍然继续涂一层润滑蜡，以便最大限度的降低线的摩擦系数。也可以使用自润滑尼龙面漆。抗脉冲漆控制电机速度的逆变器大大量出现

21、向电磁线产业提出一个新的挑战。这些装置可以产生带高压电峰的波形纹，上升极快。这些波峰或脉冲，能对漆造成不成熟损坏。PD乔治公司多年来一直在致力于开发一些特种漆,采用矿物填充剂来分散脉冲能量。这种漆就涂在传统漆的顶面，制成抗脉冲线。作为合作开发的产权项目的成果，PD乔治公司在特种现已获得专利的公司提供抗脉冲漆，但对这些专利的有效期并不负责，可以提供非专利漆工行业研究评估。尽管现在对抗脉冲漆都有广泛兴趣，但 PD乔治公司却认为,通过无溶剂聚酯漆对绕线继续妥善处理的线性能比用任何抗脉冲漆都要好.5、 磁线-制造与检测NEMA标准北美市场是按照NEMA标准和规格生产电磁线的.它是一家确立电线制造的范畴

22、,制定必须符合的性能标准的私营组织.电磁线 (MW)定义包括;外形_圆线或扁线线和涂线规格底漆和面漆的化学性能热等级：a.温度指数是按照ASTMD_2307的方法来确定的b.线的热冲性能性能测试包括以下内容：附着力和柔韧性拉伸性热冲性能回弹性能介电强度弯曲性连续性直焊性热塑流动性能可溶性（抗化学性）额定温度介电性能R22试验R22试验后保留介电性能耐刮试验室温粘结性能升温粘结性能这些要求在NEMA MW10001997出版物中皆有描述。UL认证尽管NEMA标准对电磁线制造和性能规格方面作出了规定，但他并不进行任何实际测试。也不检测产品是否满足其要求。另外一家私人机构UL试验是负责对电磁线厂家申

23、报的热寿命和热冲进行测试。热寿命试验由UL试验室或UL授权的实验室（PD乔治实验室经UL认可）进行。如果是在外面的实验室进行的测试。UL将不承认测试结果，除非经他们的附加测试确定。UL对生产的限制在热寿命，热冲和介质强度上检测是否达到NEMA标准，但对其它性能的检测则是电磁线生产厂家的义务。6、 电磁线绝缘漆DD应用聚酯线聚酯酰亚胺线北美主要生产的现实NEMA MW35（200 ），是用200赛克聚酯作底漆，聚酰胺酰亚胺作面漆制造的，当然也可以用赛克聚酯酰亚胺作底漆，成本更高些，欧洲和亚洲用得更普遍。需求量小一些的NEMA MW76线是用赛克聚酯底漆和尼龙面漆做成的。在北美，用聚酯和聚酯亚胺作

24、单层涂线并不普遍。聚氨酯线几乎所有北美生产的聚氨酯电磁线都是155级，多数用尼龙做面漆。这跟欧洲相反，欧洲几乎不用尼龙。在很多情况下，155级漆仍被用来生产130极线。北美市场上所有使用的聚氨酯大部分都是无针孔的。针孔试验起源于日本标准，是浸入水中 通电后的失败情况.这项指标对北美没有多大意义,除非客户依靠的是亚洲标准.。聚酰亚胺线PI聚酰亚胺线NEMA MW16常用在航空电机上。PVF线PVF 线在北美试验很广，特别是充油式变压器，而美国以外用MW30和MW35则比较多。高粘度，高改性的PVF漆即可以用于圆线，也可以用于扁线：剂可图在绿纤纱改革，也可图在铜线上。PVF漆的独特柔韧性可以使扁线

25、框高做到6：1，用于更集中压缩的绕线上。电磁线（绕组线）技术关于欧洲技术的补充介绍（P.D乔治公司技术经理约翰。C。姚迪斯摘要：欧洲和美国在电磁线技术渊源相同，但却发展不同。环保规定和劳工组织影响着绝缘漆和漆包线产品的发展。一、 西欧市场1、 电磁线生产厂家ACEBSA（西班牙）Alcatel（法国、德国、葡萄牙）Asta(奥地利)Belden（荷兰）Ederill(西班牙)Elektrisoal(德国、意大利、瑞士)Esses（英国）FD Sims(英国)Gerardo Becker(西班牙)Hellinic Cables希腊Industri Kapital德国瑞典Invex/Pirelli

26、意大利西班牙IRCE意大利Phelps Dodge奥地利SCET意大利Schwering und Hasse奥地利德国Smid Draad荷兰Tremasa西班牙Von Roll Isola法国、意大利、瑞士Zanussi意大利2、电磁线绝缘漆生产厂家ALTANA集团包括；Deatech-Siva意大利Dr.Wiedeking德国Rembrandtin奥地利P.D.George美国Schenectady-Beck 法国、英国IVA Alcatel法国Herberts(德国Syntel意大利二、 制造1、 厂房地理选择从上面介绍的情况看，欧洲的电磁线生产厂家并不集中在某一国家或地区，北美的厂家现

27、在纷纷在墨西哥建厂节约费用，而欧洲的厂家却不像其他国家迁移。西欧也有几家公司，如MKM和Prakab,因不能有效竞争而被迫关闭。2、 设备欧洲是世界主要漆包机生产厂家所在地，有西格玛（意大利）、MAG（奥地利）、DEATECH设备（意大利）、AUMANN德国和MPLANTI意大利。西格玛和MAG在欧洲和北美表现都非常突出，并且西格玛公司现在已与 DEATECH设备合并。SCET是西格玛集团的漆包线生产厂。三、 电磁线生产1、 线漆聚合物化工欧洲的化工与北美的不一样，它强调不同的线结构。参见“电磁线绝缘漆应用”一节。2、 电磁线漆溶剂化工甲酚芳香烃欧洲和北美在使用甲酚和芳香烃的溶剂化工方面相似，

28、但在欧洲可以获得天然甲酚往往对使用的绝缘漆产生不同气味。不含甲酚的溶剂东欧的客户经常要求用不含甲酚的绝缘漆。有些老式漆包炉对周围环境排放大量的溶剂。人们常认为，甲酚的替代物，如乙二醇乙醚或其衍生物，毒性要低一些，对周围环境造成的危害要小一些。3、 电磁线绝缘漆物理性能欧洲和北美的客户对绝缘漆提出相似的要求，即每种绝缘漆应配成多种成品，以适应不同漆包机和不同线规的涂线。固含量欧洲对固含量的测试几乎只在1g/1h/180.粘度欧洲漆供应商对高粘度漆以 cps或mpas计量,对低粘度成品用DIN4#杯计量,这是单位为秒.北美绝缘漆厂家通常在25时测量粘度,而亚洲则在30,欧洲可以使用20、2325或30。IEC标准规定是23。4、 电磁线制造与检测IEC标准北美的电磁线生产按照NEMA标准和规格生产的。而欧洲使用的则是IEC标准。IEC标准的定义包括：外圆线或扁线线和涂线规格底漆和面漆的化学性能按IEC-60172方法确定的热等级性能测试包括以下内容,大多数与NEMA标准相似；附着力和柔韧性拉伸性热冲性能回弹性能介电强度弯曲性连续性直焊性热塑流动性能可溶性（抗化学性）额定温度介电性能R22试验R22试验后保留介电性能耐刮试验室温粘结性能升温粘结性能IEC和NEMA正在商讨如何消除两种方法的差异。参见附件“IEC与