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      電磁線用純環氧型絕緣粉末涂料的研制

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      -->>電磁線用純環氧型絕緣粉末涂料的研制

      電磁線用純環氧型絕緣粉末涂料的研制
      胡百九1,彭浩民2,高慶福2,楊璠2,張捷2,史中平2,鄧劍輝2,程雷2,顧宇盺1
      ( 1. 中國電器科學研究院有限公司,廣州510300; 2. 廣州擎天實業有限公司,廣州510860)

      在電機產品中,絕緣材料的質量是決定電機產品質量的關鍵因素。為了保障設備的正常運行,必須有高性能的絕緣材料來提高設備的工作環境適應性、使用壽命。在一個電機零部件中,主要需要絕緣涂裝的部分是轉子、定子和纏繞在轉子上的磁線。磁線以往一般采用漆包線,即用涂料涂裝線的表面達到絕緣的目的,而溶劑型涂料對環境的影響很大,造成嚴重的資源浪費與環境污染。隨著環保的要求越來越高,人們不斷地在尋求可以替代的涂裝方式。粉末涂料在電子、電機用絕緣材料中占據了越來越重要的地位,產品廣泛應用于電機、電子、高壓電器、汽車工業、航空機械等各個領域。但絕緣粉末涂料在電磁線涂裝領域仍然處于起步階段,表現為產品品種不多、整體性能上與以聚酰亞胺為代表的溶劑型涂料差距很大,這在很大程度上制約著絕緣粉末涂料在該領域的推廣與應用。為此,目前多家單位在該領域展開研究,如廣州擎天實業有限公司、江蘇蘭陵化工集團、揚州三川實業有限公司、河南許昌華元電工器材有限公司等,并申請了相關專利,其中環氧/聚酯型電磁線用絕緣粉末涂料產品已經開始應用在電磁線涂裝領域,并取得了良好的效果。本研究主要針對目前應用于電機領域的電磁線( 鋁線) 涂裝用絕緣粉末涂料展開研究,制得了純環氧型絕緣粉末涂料產品,軟化擊穿溫度能夠達到150 ℃以上,可實現對溶劑型絕緣涂料的部分替代。
       
      1 試驗部分
      1. 1 原材料
      雙酚A 型環氧樹脂( E - 12) 、鄰甲酚醛型環氧樹脂A( A) : 工業級,二步法,南亞樹脂有限公司; 鄰甲酚醛型環氧樹脂B( B) : 工業級,一步法,大慶慶魯精細化工有限公司; 微粉化雙氰胺: 工業級,德固賽公司; 酚類固化劑: 工業級,陶氏化學公司; 改性酚醛類固化劑: 工業級,大慶慶魯精細化工有限公司; 癸二酸酐: 工業級,西安長城樹脂膠黏劑有限公司; 二甲基咪唑( 2MI) : 工業級,陜西金辰化工有限公司; 金紅石型二氧化鈦: 工業級,杜邦公司; 硫酸鋇: 工業級,欣美化工有限公司;硅微粉: 工業級,重慶錦藝硅材料開發有限公司; 云母粉: 工業級,滁州格銳礦業有限責任公司; 粉末涂料通用顏料: 工業級,汽巴( Ciba) 公司; 粉末涂料通用助劑( 流平劑、脫氣劑、安息香等) : 工業級,寧波南;瘜W有限公司。
      1. 2 主要設備
      Φ30 型雙螺桿擠出機、高溫烘箱、萬能中藥粉碎機、ACM磨粉系統、小型靜電噴涂設備、電磁線電壓檢測儀、激光粒度分布儀等涂料及涂層性能檢測設備。
      1. 3 粉末涂料及涂層制備
      按設計配方稱取各組分,用萬能中藥粉碎機充分預混合完畢后通過雙螺桿擠出機在設定溫度下進行熔融擠出,擠出片料經冷卻、粉碎、過篩、靜電噴涂、熱固化成膜,最后對涂膜進行性能測試。
       
      2 結果與討論
      2. 1 環氧樹脂的選擇
      純環氧粉末涂料具有優異的絕緣與防腐性能,這與環氧樹脂的分子鏈結構是密切相關的。環氧樹脂中的羥基具有高度極性,可以與金屬表面形成化學鍵,提高附著力; 分子結構中醚鍵提供了優良的耐化學性能及耐腐蝕性,其彎曲性也很好; 丙烷基和苯環賦予環氧樹脂耐熱性和機械剛性; 其中環氧基和羥基具有的反應性,與特定化合物反應可交聯成網狀結構。
      目前市場上通用的粉末涂料用環氧樹脂主要有雙酚A 型和鄰甲酚醛型2 大類,雙酚A 型環氧樹脂尤其是E - 12 型的雙酚A 型環氧樹脂在粉末涂料領域應用更為廣泛,綜合性能優異,但雙酚A 型環氧樹脂分子鏈中的環氧官能團一般為2個,與固化劑交聯反應后形成的交聯密度有限,而鄰甲酚醛型環氧樹脂具有多個環氧官能團,參與反應后可以形成較大的交聯密度,從而提高涂膜的耐熱性能,同時也在一定程度上損害了涂層的韌性。電磁線用絕緣粉末涂料不同于電機定子、轉子用粉末涂料,它要求涂膜在具有絕緣性能( 電性能和熱性能) 的同時還必須具備優異的柔韌性。試驗過程中采用環氧當量700 ~ 900 的雙酚A 型環氧樹脂、環氧當量在200 ~ 300 的鄰甲酚醛型環氧樹脂A 以及環氧當量在800 ~ 900 的鄰甲酚醛型環氧樹脂B,以微粉化雙氰胺為固化劑,2- 甲基- 咪唑( 2MI) 為固化促進劑,選用通用型流平劑、安息香、除氣劑和顏料,不添加填料,對比了不同類型環氧樹脂對涂膜性能的影響,結果如表1 所示。
      環氧樹脂類型對粉末涂料性能的影響
      注: 1—本試驗中噴涂基材如無特殊說明,均為直徑2 mm 的裸露鋁線,噴涂厚度100 ~ 130 μm,下同; 2—上述配方中,其余配方成分的用量為通用型流平劑2 份,安息香2 份,顏料適量; 3—本試驗中所提及的配方用量均為質量份,下同; 4—固化條件: 200 ℃ /10 min。
      表1 數據表明,鄰甲酚醛型環氧樹脂A 的剛性太強,且與雙酚A 型環氧樹脂的兼容性差,它雖然能夠較大幅度地提升涂層的耐熱性能( 軟化擊穿溫度) ,但同時也嚴重損害了涂層的柔韌性,因此不宜用作電磁線這類對韌性性有高要求的絕緣粉末涂料配方中。環氧樹脂B 為三官能度的鄰甲酚醛型環氧樹脂,其剛性相對環氧樹脂A 要小,但韌性有所增加,隨著其添加量的降低,涂層韌性增加、軟化擊穿溫度有所降低,雙酚A 型環氧樹脂與環氧樹脂B 質量比為150∶ 50,能夠滿足涂膜的韌性要求,此時軟化擊穿溫度上升到了142 ℃。
      2. 2 固化體系的選擇
      目前粉末涂料行業中用于純環氧體系的固化劑包括雙氰胺、酰肼、酚類、改性酚醛和酸酐等。雙氰胺的熔點為210 ℃,常規粉末涂料的固化溫度區間為180 ~ 200 ℃,目前一般通過微粉化工藝降低雙氰胺的粉體粒徑以提高其活性,從而實現200 ℃固化。試驗過程中以E - 12 和環氧樹脂B 搭配m( E -12) ∶ m( 環氧樹脂B) = 150∶ 50 作為樹脂體系,選用通用型二氧化鈦、流平劑、安息香、除氣劑和顏料,對比了雙氰胺、酰肼、酚類( 酚羥基樹脂) 、改性酚醛和酸酐5 種固化劑對涂膜性能的影響,結果如表2 所示。表中E - 12 用量為150 份、環氧樹脂B 用量為50 份、二氧化鈦20 份、通用型流平劑2. 4 份、安息香2 份、顏料適量、涂膜厚度100 ~ 130 μm。
      固化劑類型對涂膜性能的影響
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