环氧-酸酐体系绝缘漆的浸渍性能研究

环氧 -酸酐体系绝缘漆的浸渍性能研究

闫勇奇

中车永济电机有限公司 山西 永济 044502

摘 要：通过对某型无溶剂浸渍漆的组分以及固化反应原理分析，得出理论使用参数，制定相关的使用、储存措施。

关键词：环氧 酸酐体系绝缘漆 粘度 固化反应 介质损耗 储存

1前言

环氧树脂（Epoxy Resin, EP）是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。在一定温度下，环氧树脂上碳氧键断裂进行开环加成聚合，由于多官能团参与反应，可产生三维交联网状结构的不溶不熔的聚合物，因此属于一次性加工成型的热固性塑料。

目前所应用的环氧树脂体系是通过添加固化剂来实现三维网状交联。为了满足电器设备中线圈和变压器等元器件上的浸渍工艺要求，环氧树脂可以在某一温度下，通过选择不同固化剂的种类使整个体系呈液态，并保持较稳定的粘度。同时，固化后的环氧树脂材料耐酸碱、耐有机溶剂及多种介质，可在 -60℃~200℃的温度范围内使用，并且固化后的环氧树脂吸水率低，不具有活性基团和游离离子，因此具有优异的电绝缘性能，符合电机电器设备的绝缘处理要求。

2 背景及问题描述

某型环保型绝缘漆，体系中主要成分为环氧树脂、亚胺树脂以及酸酐，是典型的环氧-酸酐体系绝缘漆，该绝缘漆的应用使绝缘浸渍操作环境得到了极大改善，但其粘度不易控制和调节，保质期短。

在真空压力浸渍过程中，粘度是保证工件浸渍品质的关键参数。绝缘漆的粘度过大，渗透性不好，绝缘物质不能有效的填充到目的空隙中，很难达到理想浸渍效果，导致固化后的环氧树脂绝缘性能及其他综合性能下降。而绝缘漆的粘度偏小，绝缘处理后工件绝缘漆流失量大，有效成分漆基含量相对较低，固化后形成的绝缘介质较薄，同样达不到绝缘要求。在浸漆前后，由于绝缘材料的介电系数发生了变化，且C=ε,因此我们用浸漆前后的工件的电容比值来衡量绝缘的性能，对于浸渍质量不佳的工件，通常表现为泄压后的电容值与输漆前的电容比值偏小或异常偏大，比值偏小说明绝缘漆没有浸透，比值异常偏大，说明绝缘漆中极性电介质含量高。根据公司某型产品浸漆数据，泄压前电容值大于150nF时，介质损耗远大于泄压前电容值在130nF时介损。电介质损耗对电机的运行是非常有害的，因为它不仅会引起线路上的附加衰减，而且使绝缘材料发热，工作环境温度上升，以至于有可能破坏电机的正常工作，严重影响电机寿命。

电介质在外电场作用下，将一部分电能转变成热能的物理过程，称为电介质的损耗。电介质损耗的直接结果是：电介质本身发热，温度上升。所以，电介质的损耗与介质发热引起的温度的上升是同一物理过程的两个方面。介质损耗的产生：1、载流子的在电场作用下的定向漂移形成的电导损耗。2、电介质在交变电场作用下，往往只有建立较快的位移极化才能跟的上电场的变化。而另一类极化，包括热离子极化、转向极化、界面极化，由于极化建立过程相对于电场的滞后效应，引起一部分电能转化为热能。

3 原因及分析

在环氧树脂体系中，使用不同的固化剂可使环氧树脂在不同温度下进行固化，按固化温度可将固化剂分为低温固化剂、中温固化剂以及高温固化剂。例如，较为常见的多元胺，它属于应用较广一类的中温固化剂，使用量约占环氧树脂固化剂的70%。在环氧树脂应用体系中，固化剂的量与环氧当量有一定的配比关系，它引发并参与环氧树脂的聚合中，成为环氧树脂高分子链上的一部分，不同于化学反应中的催化剂。由此可知，固化剂的选择不仅影响着环氧树脂材料的工艺参数设定，同时还对环氧树脂材料固化后的绝缘性能、机械性能等诸多性能有影响，因此许多环氧树脂体系生产厂商把固化剂做为环氧树脂体系性能改善的重中之重。

在某型绝缘漆中，除环氧树脂外，其他两种主要成分酸酐以及亚胺树脂都可以作为环氧树脂固化剂来使用。其中，固化剂酸酐是单独存在于体系中的，属于较为温和的高温固化剂，即在高温下发生固化反应，主要原理是酸酐通过环氧树脂或亚胺树脂上的羟侧基的酯化反应，或与羟侧基形成羧酸后进攻碳氧键引发环氧树脂开环聚合，宏观表现为粘流态的环氧树脂交联成为固态的绝缘材料。

3.1粘度

酸酐可以作为稀释剂调节环氧-酸酐体系绝缘漆的粘度，如果绝缘漆粘度低，那么酸酐的含量必然是相应的增加，而酸酐属于极性分子，高达4～4.5。

极性分子在外电场作用下的极化就是偶极子在外电场作用下的运动， 偶极子受到的是力矩作用），正电荷受力，负电荷受力，F+=F- 方向相反，形成转动力矩M使偶极子转向——沿电场方向

在转动力矩作用下，如无他力作用时，偶极子将转到外电场方向；有其他作用存在时，例如周围其他偶极子作用，

将在合力作用下转动到新的平衡位置，其在电场方向的分量将增大，增大的分量即为极性分子极化的感应偶极矩。越大，极性分子在电场作用下转向就越明显，有功损耗就越大，相应的介质损耗越大^[1]。

近期发现，低粘度绝缘树脂浸渍过程中输漆前的电容值相比以前无明显变化，但是泄压后的电容值异常偏大，根据 (式1)，可知的值变大，介质损耗值实测偏大，此也可逆向推倒出极性分子酸酐含量偏高。

如果粘度偏高，使体系产生凝胶化，绝缘漆不易渗透，严重者可使工件报废。

3.2温湿度对绝缘漆的影响

由于酸酐固化剂在常温下易吸收空气中游离的醇、酸或水生成羧酸，导致环氧树脂易于在低于原有固化温度下发生聚合，使体系粘度增加，产生凝胶化。因此，工艺文件中规定在真空压力浸渍过程中，加压环节空气必须经过干燥处理。虽然浸渍过程中漆液理论上是无法与潮湿空气直接接触的，但在浸渍结束后回漆不完全会使少量环氧漆与空气接触，因此我们推测，绝缘漆粘度偏高的原因可能与固化剂吸水变质有关。

我们知道，一般液态流体的粘度随温度的增加而降低，但在预聚物体系中，温度还影响聚合程度，温度越高，粘度越大。浸渍树脂分别在40℃、50℃和60℃储存下粘度随时间的变化曲线，某型绝缘漆在40℃和50℃下的粘度在50天都保持一个较低的水平，在60℃下的粘度在较短的时间会发生陡增，不到15天粘度会达到使用极限。

3.3挂漆量

此外，关于出现挂漆量不足的问题，除浸漆工艺中存在的问题外，与被浸材料材质及表面性质有密切关系。通常来说，为提高环氧树脂对填料的浸润性时，填料需要进行表面处理，尤其是无机填料，例如目前所浸的材料为玻璃丝带，由于玻璃丝与环氧树脂的极性相差很大，需要用偶联剂或表面活性剂处理，通常这类处理剂的结构为双亲分子，即一端亲无机基团，另一端亲有机基团，通过物理或化学作用使填料与环氧树脂有很好的相容性，目前有很多理论解释并支持这一论点，例如化学键理论，表面吸附浸润理论以及变形层理论等^[2]。所以从客观上来说，如果存在表面未处理或未处理完全的玻璃丝缠绕的线圈，这必定影响后续浸漆的品质。

4 结论

1、依据现有工艺操作，酸酐的吸水变质和环氧-酸酐体系绝缘漆的温度过高是导致漆样粘度增大的根本原因。某型绝缘漆的粘度的升高原因也可能是由于体系中少量的亚胺树脂与酸酐反应造成，如果为此原因造成，分别对亚胺树脂或酸酐进行基团修饰，降低亚胺树脂与酸酐的反应活性，可以提高体系的稳定性。

2、根据现场实际情况来看，如果绝缘漆粘度过低的话，表现在浸漆时加压结束后电容异常偏大，那么介质损耗偏大的可能性很高。

参考文献

[1] 孙目珍.电介质物理基础, 2000.3;111-115

[2]曹晓珑,钟力生.电气绝缘技术2010.10；33-39

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