高壓電機絕緣云母帶用膠粘劑的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
 

　云母帶因可滿足高壓電機對絕緣的一些要求,所以應(yīng)用非常廣泛。隨著電機電壓等級的提高,容量的不斷提升及高性能的不斷發(fā)展,對電機絕緣的要求也在不斷地提高,相應(yīng)的絕緣材料的研究也在進行之中。
1 高壓電機絕緣用少膠云母帶
　　云母帶是一種復(fù)合絕緣材料,主要由三種材料組成:介電材料,補強材料,膠粘劑。按ＩＥＣ371的標準,云母帶可以以膠粘劑的含量多少分為兩種,即多膠帶和少膠帶。這兩種云母帶在高壓電機的絕緣中都有應(yīng)用。多膠帶是指膠粘劑含量在35%以上的云母帶,通過液壓或模壓工藝作為電機絕緣。少膠帶則是指膠粘劑含量在4%～8%的云母帶,經(jīng)真空壓力浸漬（ＶＰＩ）工藝成為電機絕緣的一部分。以多膠帶為主體的電機絕緣,其云母含量不高,電氣性能、整體性、熱態(tài)性能均較差;不能耐電熱老化,導(dǎo)熱較差,導(dǎo)致電機溫升較大,因而不能滿足電機在向高電壓等級、大容量發(fā)展過程中提出的要求。而以少膠云母帶作為主體的電機絕緣,結(jié)合真空壓力浸漬（ＶＰＩ）工藝,可以為電機提供良好的絕緣性能,作為新一代主絕緣材料已受到越來越多的重視。
1.1 少膠云母帶簡介
　　少膠云母帶,簡稱少膠帶,具有與多膠帶*不同的工藝體系,即真空壓力浸漬（ＶＰＩ）工藝。其大致過程是:在用少膠帶包繞線圈后,將線圈浸入浸漬樹脂中,經(jīng)過抽真空、輸漆、加壓、降壓、滴漆、烘焙固化幾個過程,得到成品。這是一種*絕緣工藝,具有云母含量高、電氣性能優(yōu)良,絕緣壽命長、整體性好、耐熱性及耐熱老化性能優(yōu)良,可減薄絕緣厚度、導(dǎo)熱性好,可有效降低電機溫升及工藝簡單,生產(chǎn)周期短等特點。
　　少膠云母帶中的介電材料主要采用的是大鱗片粉云母紙。補強材料一般采用電工用無堿玻璃布, 還有各種薄膜,如聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜等,且一般采用單面補強。使用補強材料主要是為了提高云母帶的機械強度,使其能夠承受包扎過程中較大的張力,避免云母帶受到大的損傷,同時它也成為固化后絕緣的骨架。目前有些公司也在部分采用價格便宜的聚酯無紡布作補強材料。
　　在少膠云母帶的3個組分中,膠粘劑是zui重要的組成部分。目前大都采用環(huán)氧樹脂作為膠粘劑的主體成份,主要是因為環(huán)氧樹脂固化后粘結(jié)性好,固化收縮率小,并且具有良好的電氣、機械性能和耐潮耐化學(xué)性。同時還有不飽和聚酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、有機硅樹脂、改性二苯醚樹脂等。
1.2 少膠云母帶中的膠粘劑
　　膠粘劑影響線圈絕緣性能的表現(xiàn)主要有二個方面,其一是膠粘劑含量,一般是越少越好。在包繞線圈后,經(jīng)ＶＰＩ工藝處理時,線圈內(nèi)部的空氣是否容易排出,與膠粘劑含量有直接的關(guān)系。另外,膠粘劑含量高則使浸漬樹脂的相容難度增大,同時使高溫（155℃）時的ｔａｎδ值也增大,這也說明了ＶＰＩ工藝必須采用少膠云母帶的原因。其二是膠粘劑本身性能問題,因為膠粘劑既要能夠滿足少膠云母帶的粘合性能,在高溫（155℃）時具有很低的ｔａｎδ值,又要同時與浸漬樹脂有很好的相容性。另要求制成的少膠帶應(yīng)具有足夠的柔軟性,以利于包繞線圈;具有良好的透氣度和滲透性,以利于在ＶＰＩ浸漬過程中絕緣層內(nèi)空氣與揮發(fā)物的抽出,以及樹脂的浸透。
　　對膠粘劑的三大性能要求為:（1）膠粘劑自身有良好的機械性能、電氣性能、耐熱性等;（2）膠粘劑要具有良好的工藝性,容易滲透;（3）膠粘劑要與浸漬樹脂有良好的相容性。
　　目前,在少膠云母帶中使用zui多的膠粘劑是雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂,其結(jié)構(gòu)具有如下特征]:①大分子鏈的兩端是反應(yīng)活性很強的環(huán)氧基;②分子主鏈上有許多極性醚鍵;③分子鏈上同時含有較多的羥基;④分子主鏈上還有大量的苯環(huán)、次甲基和異丙基;⑤-Ｃ-Ｏ-鍵的鍵能高;⑥長的分子鏈具有一定的柔順性。
　　這些結(jié)構(gòu)特征使得環(huán)氧樹脂具有如下一些特點:（1）固化物具有很高的機械強度和粘接強度;（2）固化物具有較高的耐腐蝕性;（3）固化物有良好的電氣性能。雙酚Ａ環(huán)氧樹脂既屬于此類物質(zhì),上述特點使雙酚Ａ環(huán)氧樹脂得到了大量應(yīng)用。另外,雙酚Ａ環(huán)氧的原材料易得,成本較低,產(chǎn)量較大,也是一個廣泛應(yīng)用的原因。
　　但是,雙酚Ａ環(huán)氧樹脂的耐熱指數(shù)基本上在130℃左右,而且柔韌性較差,不能滿足少膠帶的工藝以及使用要求。因此須對雙酚Ａ環(huán)氧樹脂進行改性,提高其耐熱性和柔軟性。改性的方法要不僅可以提高雙酚Ａ環(huán)氧樹脂的耐熱性和柔軟性,而且還不能降低其機械性能和電氣性能,以及耐腐蝕性等。作為膠粘劑對其使用的改性方法主要是使用耐熱不飽和聚酯改性。在提高耐熱性和柔軟性的同時,由于聚酯同樣有良好的電氣性能、耐腐蝕性,可以滿足少膠帶的要求。
　　其它有機硅和二苯醚類在固化時會有一些小分子放出,這些低分子會有一部分夾在已固化的絕緣層內(nèi),嚴重影響絕緣的常態(tài)和熱態(tài)介質(zhì)損耗。如果在ＶＰＩ浸漬時嚴格控制工藝參數(shù),得到的絕緣性能會有一定的改善。
2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
　　目前,電機在向著高電壓等級,高功率、大容量、高性能等方向發(fā)展,促使電機絕緣向如下幾個方向發(fā)展:（1）高耐熱等級:電機工作的電壓等級的提高、容量的增大,使得電機在工作時放出的熱量大幅度增加,因此必須提高絕緣材料的耐熱等級才能保證電機的正常使用;（2）高性能:包括電氣性能、機械性能、耐化學(xué)性、耐環(huán)境性等;（3）減薄絕緣厚度:由于電機放熱的增加,為保證電機的使用要求,必須要降低電機溫升,因此需要降低絕緣厚度;（4）低成本:包括使用低成本的原材料,以及低成本的工藝技術(shù)和質(zhì)量控制等方面。
2.1 國外少膠帶用膠粘劑的發(fā)展及現(xiàn)狀
　　20世紀40～50年代,國外先后研制成功多膠帶、少膠帶,并將其應(yīng)用于電機的生產(chǎn)中。當時使用的膠粘劑受材料所限,主要為瀝青、松香脂、蟲膠等天然樹脂,或是酚醛、醇酸等合成樹脂。耐熱等級主要是Ａ、Ｅ級。20世紀60～70年代環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂,以及有機硅樹脂得到了發(fā)展,并在少膠帶中獲得了應(yīng)用。并且隨著ＶＰＩ工藝的發(fā)展,這一時期的少膠帶的應(yīng)用開始逐步擴大。此時的少膠帶的耐熱等級上升到了Ｂ級,少數(shù)達到了Ｆ級。到了20世紀80、90年代,改性環(huán)氧樹脂、改性聚酯樹脂的發(fā)展,以及高性能薄膜作為補強材料的使用,使得云母帶的性能有了大幅提升。耐熱等級普遍達到了Ｆ、Ｈ級。并且在逐步向Ｃ級發(fā)展