介质损耗测试技术在漆包线生产的应用探讨

介质损耗测试技术在漆包线工业的应用探讨

作者：叶贤忠

(上海迪安电工器材有限公司，上海，201201)

摘要：本文综述了国内漆包线行业的发展趋势，论述了漆包线介质损耗原理以及介质损耗测试系统在科研、生产和应用过程中的应用与发展。

关键词：漆包线介质损耗介质损耗谱图介质损耗测试谱图仪

一、前言

自上个世纪末以来，地球上发生最大的事件毫无疑问是互联网的飞速发展。它改变了人们的思维方式，行为方式甚至会改变人的价值观。特别以苹果公司，微软公司，阿里巴巴公司，百度公司，腾讯公司为代表的IT新军的崛起，已经让所有人类传统交往方式，行为方式进入了一个崭新的时代。而作为典型传统制造业范畴的全球漆包线制造业，也悄悄的进行着一场所谓地理重心的东移，不经意间，中国的漆包线年用量和产量均已经超过150万吨，占全球份额的60%以上，也就是说中国的漆包线行业已经承载着大半个地球的电器运转的责任，这是对世界极大的贡献。作为漆包线行业的每个从业人员都应该为此感到骄傲。目前中国已经有3-5家具有国际领先水平的漆包线制造集团，中国已经进入了漆包线生产大国和准强国阶段。中国漆包线行业也应该更加自信面对未来的挑战和机会。

而欧美人对漆包线的研究也随着漆包线重心的东移以及本国经济的衰退而丧失了激情和信心。以往以欧美人制定漆包线标准，而由上海电缆研究所翻译成国家标准的方式已经不能适应中国作为漆包线生产大国的的需要了。欧美人也制定了一套标准来设计制造漆包线测试仪器，中国人拼命模仿的所谓“老八样”测试仪器（电压，软化击穿，耐刮等）也显然不适合中国向漆包线生产强国迈进的雄心壮志。2004年上海迪安电工器材有限公司在国内首次研制成功的介质损耗测试仪、耐电晕测试仪，预示着中国已经开始有能力研究高端的漆包线测试仪器。随后国产激光测径仪器，在线粒子测试仪的研发成功彻底摆脱国产仪器以“老八样”打天下的局面。以往对漆包线的检测是“中医把脉”凭经验，现如今有了介质损耗测试仪，就相当于漆包线诊所有了“心电图”，有了“B超”。将来还应该引入“CT机”有“核磁共振”。以往的行业论文对漆包线的固化与介质损耗谱图的关系有诸多论述，本文将不多重复，而着重对“介质损耗测试图谱仪”在漆包线领域的应用做拓展性的探讨。

二、漆包线的介质损耗机理

1、漆包线漆膜介质分子结构特性

漆包线是在铜、铝导体上涂覆绝缘漆后固化成膜后的典型绝缘电线结构，其核心性能除了导体以外，主要是绝缘漆固化后所表征的性能。这其中有电性能，机械性能，化学性能等。这些性能都是可以从传统的“老八样”测试仪器进行检测和评估。

漆包线漆作为高分子合成绝缘材料，其微观的介质物理和化学特性是影响其绝缘性能的理论基础，漆包线漆膜作为热固性材料成膜，相当于无数个具有线性结构的分子中的活性基团在一定的条件下（如高温下），相结合成为高分子网状结构。由于活性基团之间的结合度并不是100%的发生，势必会有剩余的活性基团一端链接在分子链上，另一端还游离在分子间，这些活性官能团往往是带极性的，是（+）或（- ），这些带电的官能团就会在高分子内形成有极基团。或者叫偶极子。

2、漆膜内部偶极子极化及热损耗

这些“单身”未配对的极性基团是高分子内部活跃分子，一方面它们是漆膜固化交联的生力军，但一旦漆膜成膜后部分未参与反应的极性基团就成为了分子间的偶极子。

A) 将漆膜至于交变电场下，这些偶极子因为带有电荷也随着电压的正负极性变化做趋

向改变，就相当于在电极之间做折返跑，这种趋向节奏往往会由于分子间的阻力而滞后于电场的变化，实际上是一种阻尼运动，就会有损耗并发热，从而就形成了介质损耗。其实这种极化都是在分子间游离极性基团之间发生的，是相对稳定的。介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下:

如果把被测漆膜看做是一对并联的电容和电阻，而加在其两极的电压为，产生的电流为，则可以得到如下向量图：

图1.介质损耗角向量图

其中有功功率为P=UI R，而无功功率为Q=UI C，则介质损耗因数tgδ=I R/I C。所以我们通过测量δ就能得到介质损耗因数。

B) 如果除了施加以上交变电场，另外再对样品加热升温，在介质内部就有少量的

极性低分子物质随着温度的升高，活性增强，参与到极化过程，使介质损耗值产生波动甚至增加。在一定的温区内，这种变化是可以观察的到，但并不剧烈。随着温度的持续升高到某一临界点，高分子内部运动发生质的变化，从初始的分子间运动上升到分子内部链段的运动，也就是，分子链段开始极化，这种极化一旦发生，是剧烈的，是雪崩式的，会使介质损耗值急剧上升，直至材料击穿。

三、漆包线介质损耗测试仪

1、高频(1MHZ)漆包线介质损耗测试仪

在IEC60317标准中对应用在高频线圈中的聚氨酯漆包线以及聚氨酯复合尼龙的产品中都规定了其在1Mhz频率下的介质损耗值必须小于300×10-4, 仪器的目标是需要在室温条件下读取漆包线的静态介质损耗值。并在实际生产中加以控制。本文不详细展开。

2、介质损耗--温度谱图测试仪（低频1KHZ）

在IEC60851-5中对1KHZ下测量漆包线介质损耗—温度曲线有详细要求。

A）设计原理

为了模拟测量漆包线漆膜的介质损耗变化过程，我们将漆包线外表涂覆一层导电石墨，作为一电极，使之与漆包线导体之间形成一电容和电阻的组合体（图2）。

图2.待测试漆包线样品结构原理图

我们设计一电桥，用该电桥向漆包线样品施加一电压值为1.0 伏，频率为1kHZ的交变电场，然后将样品置于特殊设计的加热单元中。使之加热升温，用电桥读取漆包线样品随温度上升过程中的瞬时介质损耗值的变化，将该种变化情况描绘成“介质损耗值——温度曲线”，以此研究分析漆包线的各种特性。

B)各品种漆包线介质损耗温度谱图

①聚氨酯漆包线(PU)的谱图

聚氨酯的化学结构中有大量的较低分子的异氰酸封闭物，一旦分子链段发生运动极化，就会有“散架式”的极化效应。这种化学结构也是保证聚氨酯有可焊性的必要条件。普遍的聚氨酯线的谱图特点是某一温度点急剧上升以后直至漆包线样品电容击穿（图3）。（一般聚氨酯漆包线升温至300度左右就会出现不可逆的击穿，在仪器的谱图中由于设定纵坐标0.1的上限，所以不可见，只做研究分析）。

也有少量的聚氨酯品种谱图（图4），曲线在0.1上下高点下凹，然后上升直至电容击穿，这是由于聚氨酯漆中混合的聚酯成份较多的特点。可焊性可能会稍差。

图3.聚氨酯漆包线介质损耗测试曲线