高压电机绝缘云母带用胶粘剂的发展现状及趋势

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ＩＥＣ371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)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(ＶＰＩ)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(ＶＰＩ)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(15 5℃)时的ｔａｎδ值也增大,这也说明了ＶＰＩ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带的粘合性能,在高温(15 5℃)时具有很低的ｔａｎδ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ＶＰＩ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粘剂是双酚Ａ型环氧树脂,其结构具有如下特征]:①大分子链的两端是反应活性很强的环氧基;②分子主链上有许多极性醚键;③分子链上同时含有较多的羟基;④分子主链上还有大量的苯环、次甲基和异丙基;⑤-Ｃ-Ｏ-键的键能高;⑥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℃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ＶＰＩ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40～50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60～70年代环氧树脂、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ＶＰＩ工艺的发展,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