c级无溶剂有机硅浸渍漆产业化技术文件.doc

1 C 级级无溶无溶剂剂有机硅浸有机硅浸渍渍漆漆产业产业化化项项目目 可行性技可行性技术术分析分析 2 1.2 设计设计依据依据 1.2.1 研究研究报报告的依据告的依据 1国内外目前 C 级无溶剂有机硅浸渍漆的需求及发展趋势； 2C 级无溶剂有机硅浸渍漆项目设计和开发建议书。 3C 级无溶剂有机硅浸渍漆开发及其产业化小试与中试评审报 告； 4项目所属学科领域：化学科学、高分子化学、高分子合成、催化 剂科学、聚合反应及相关科学所涉及的专业基础知识和工程设计知 识； 5项目领域的环境保护、职业安全、卫生、消防及节能所涉及并 包括的法律法规； 1.2.2 设计设计指指导导思想思想 (1) 贯彻公司十二五发展规划，实施品牌战略，以高新产品的不 断推出和公司规模的不断壮大为标志，使公司成为行业的知名企业， 不断做强做大，逐步成为行业内一流企业。 (2) 根据市场需求和产品的发展方向，抢占市场制高点，重点发 展高技术科技含量的绝缘材料产品，调整产品结构，开发 C 级无溶剂 有机硅环保型浸渍漆及其配套产品有机硅云母带，并应用到大功率交 流变频牵引电机中。 (3) 技术改造突出重点，坚持技术进步，提高劳动生产率，减轻员 工劳动强度，改善生产环境，确保和提高产品产量和质量。 (4) 突出公司战略发展规划的核心技术之一：树脂合成技术，逐 3 步形成公司的核心竞争力，重点投入绝缘材料产品，实现技术和市场 的全面突破。 (5) 加强检测和试验手段建设，增强产品检测和分析能力，确保 产品质量，同时为新产品的开发创造有利条件。 依据公司五年发展战略规划，年产 200 吨 C 级无溶剂有机硅浸 渍漆的开发及其产业化项目将成为提升公司整体水平的一个重大项 目，也是公司在第二步重点发展的高新技术含量绝缘材料的项目之一。 1.3 项项目的背景、必要性及社会、目的背景、必要性及社会、经济经济意意义义 铁路是国家重要的基础设施，是国民经济的大动脉，是现代交通 领域大众化的交通工具，在综合交通运输体系中处于主导地位。 十一 五期间，国家将大力发展高速铁路，总线路长将达到 9800 公里，这 给高速列车及其牵引技术提供了良好的发展机遇。为适应当前铁路高 速、重载发展的需要，实现机车牵引电机大功率化、小型轻量化和提 高电机运行可靠性已成为引进、消化、吸收、再创新的重要研究课题。 交流变频牵引电机是牵引动力的心脏，其绝缘结构的设计与优化成为 保障牵引电机可靠运行的关键因素之一。国外著名牵引电机制造商对 于干线高速机车牵引电机已普遍采用了 H 级以上绝缘，并陆续采用 C 级绝缘系统。如日本三菱公司的动车组使用的是 200 级的环氧树脂 体系的绝缘结构；德国西门子公司采用的是 200 级以上的有机硅树脂 体系的绝缘结构。 绝缘材料是一切电机电器设备中必不可少的材料，而且电机等电 4 气设备的体积、质量及使用寿命在很大程度上取决于所用的绝缘材料。 随着科技的不断进步，人们不断使电机电器等设备朝着大容量、小型 化、高效性及耐压、耐热性能和智能化方向发展，而输变电产品向高 电压、大容量及远距离传输方面发展。因此，对电气绝缘材料的质量 及可靠性提出了越来越高的要求，研究和发展各种性能优良的绝缘材 料是目前电气绝缘材料发展的趋势。 虽然在 H 级以上绝缘体系中，聚酯亚胺绝缘漆、聚酰亚胺绝缘 漆、二苯醚改性聚酯树脂等已在电机绝缘中得到了广泛应用，高耐热、 完全无溶剂化的 VPI 浸渍树脂是实现牵引电机高性能、高可靠性绝 缘系统的关键，也是发展方向。但在国内能适应实际批量应用的高性 能 VPI 树脂的研发方面基本无进展，导致国产化与实际应用需求严 重脱节。国内目前以 200 级二苯醚型改性的耐热聚酯 VPI 树脂虽在 交流传动变频牵引电机上取得了一些成功和成熟的运用经验，但由 于体系具有耐水性能和介质损耗较高等缺陷而限制了其应用领域， 无大的发展和应用空间。我国牵引电机绝缘的发展状况见表 1-1，国 内外牵引电机 C 级绝缘结构见表 1-2。 表 1-1 我国牵引电机绝缘发展状况 时 间耐热 等级 主绝缘结构槽满率电机功率 （kw） 60 年代B双面玻璃布补强粉云母带41.7630 70 年代中期F聚酰亚胺薄膜与粉云母带混合结构50.55720 聚酰亚胺薄膜/80 年代末及 90 年代后期 H 聚酰亚胺薄膜与粉云母带复合带/900 表 1-2 国内外牵引电机 C 级绝缘结构 5 国家 结构 法国日本中国 导体绝缘聚酰亚胺薄膜导线双玻璃丝包导线薄膜双玻璃丝导线电枢 线圈对地绝缘单面补强少胶粉 云母带 聚酰亚胺薄膜与粉云 母纸复合带，聚四氟 乙烯钠化带 聚酰亚胺薄膜与粉云 母纸复合带，聚四氟 乙烯钠化带 匝间绝缘有机硅玻璃胚布NHN 复合箔主极 线圈对地绝缘单面玻璃补强少胶粉 云母带 单面玻璃布补强中胶 粉云母带 双面玻璃布补强中胶 粉云母带 匝间绝缘有机硅玻璃胚布半固化陶瓷纸半固化陶瓷纸附级 线圈对地绝缘单面补强少胶粉 云母带 单面玻璃布补强中胶 粉云母带 双面玻璃布补强中胶 粉云母带 浸渍漆硅酮树脂耐热环氧树脂耐热聚酯改性二苯醚 树脂 持续功率1000KW800KW1000KW 在国内，为满足变频牵引电机绝缘系统高耐热性和高可靠性需 求，公司从 Isola 公司引进了一套全新的 C 级有机硅绝缘系统，其主 绝缘为 Kapton-CR 耐电晕聚酰亚胺薄膜与云母的复合带，采用未经 催化的有机硅树脂作云母带胶粘剂，浸渍树脂为 3551 无溶剂有机硅 树脂。该绝缘系统已成功应用在出口哈萨克斯坦的 KZ4A 型交流传 动机车牵引电机上。从西门子引进的 DJ4 机车牵引电机，也采用了 以德国 Wacker 公司的 H62A/B 双组份无溶剂有机硅树脂和有机硅 玻璃云母复合带为主的 C 级绝缘体系。通过南车集团的几次技术引 进，我们认为 C 级无溶剂有机硅浸渍树脂将是重载机车交流变频牵 引电机和高速动车变频牵引电机 C 级绝缘系统的首选方向。 有机硅树脂材料是一类以硅氧键为主链结构、以有机基团为侧 基的高分子材料。它具有卓越的热氧化稳定性和绝缘性能，它的使用 温度可达到 200220，经过改性后耐热甚至可达到 250300。同时它的分子结构接近于硅酸盐的结构，是一种半无 6 机高分子，所以具有优良的绝缘性能，介电强度 50MV/m，体积电阻 率 10131015cm，介电常数 3 左右，介质损耗角正切值在 103左 右，完全达到了 C 级电机所需绝缘材料的要求。除以上特点之外，C 级无溶剂有机硅浸渍漆还具有如下四个方面的优点：具有阻燃性， 这是其它有机绝缘材料所不具备的；具有防水防潮性，在浸水之后 的绝缘性能基本保持不变，其在潮湿状况下的优异的绝缘性是任何 有机树脂不可比拟的；具有比普通有机树脂材料更好的耐电晕性 能；属于无公害绿色环保绝缘材料，所以 C 级无溶剂有机硅浸渍 漆是一种很有发展前景的新型绝缘品种，研究开发这种新型 C 级绝 缘材料具有极其重要的意义。 在“十二五”期间，铁道部将开发生产 3500 台六轴高速列车，也 就是说需求 12000 台大功率交流变频牵引电机，绝缘系统将全部采 用上述 C 级绝缘系统，预计每台电机将使用 25kg 复合云母带以及 15kg 以上无溶剂有机硅浸渍漆，此外还在高速列车的辅助变压器上 使用此类 C 级绝缘系统。高速列车的发展需求市场前景非常广阔， 但截至到目前，此种绝缘系统使用的绝缘材料未能自给，依赖于进口， 不仅价格高昂，如：ISONLA 公司的 3551 无溶剂有机硅浸渍漆 700 元/Kg；Walker 公司的 H62A/B 双组份无溶剂有机硅浸渍漆 420 元 /Kg，而且其核心技术受制于国外公司。为了改变这种被动局面，我 们有必要自主开发该类产品，打破外国公司在这一领域对国内的垄 断。该绝缘系统的开发将为我国铁路牵引电机高速化、重载化发展提 供条件，而且为绝缘行业以及相关行业如电机制造业与国际接轨打 7 下坚实的基础。所以我国目前的重点任务是开发电力机车、航空电机 和其它特种电机用新型 H-C 级无污染绝缘漆，C 级无溶剂有机硅浸 渍漆是国内目前开发的重点。 在市场需求方面，我们从国内目前主要做牵引电机的公司来看， 在未来 23 年内，主要集中在三家比较有名的电机厂中进行 C 级别 以上绝缘材料的推广和使用。列表如下： 表 1-3 国内牵引电机使用 C 级别无溶剂有机硅浸渍漆的需求量 单位 需求量：吨/年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年 株洲南车电机股份有限公司608096120 永济北车电机股份公司50658295 上海电机厂20304560 云南赛格迈变压器有限公司231018 由于对国内 C 级别以上绝缘材料的使用会有一个比较长的试验 和验证时期，我们在 2007 年和 2008 年上半年的推广与应用会有一 些阻力，但是，随着国家对大功率牵引电机的引进、消化、吸收和再 创新的力度的加大，我们的产品只要满足要求，就一定能够得到推广 和使用。 一些发达国家早在 80 年代中期已大批量生产 C 级变频电机，耐 热等级 200240。而国内牵引电机到 90 年代初才完成 H 级绝缘 结构的配套。C 级无溶剂有机硅浸渍漆的开发与产业化不仅可以提 高牵引电机的制造水平，也将推动我国 C 级绝缘材料的开发及应用， 缩小与国外的差距。然而从目前市场了解的 C 级无溶剂有机硅浸渍 8 漆的进展来看，虽然株洲南车电机股份有限公司生产的 DJ4 使用的 大功率交流变频牵引电机与和西门子公司合作生产的 200KM 动车 组的牵引电机都是使用的 C 级无溶剂有机硅浸渍漆及其结构，也明 确提出了国产化的研究，但是由于属于高速铁路引进、消化吸收、再 创新项目，在 2007 年株洲南车电机的配套电机的交车计划是到 121 台，包含前期已经提供的 40 台，总计是 1216721 台大功率交流变 频牵引电机，前期，株洲南车电机并没有计划在牵引电机上使用国产 的无溶剂有机硅浸渍漆。我们还必须经过铁道部装备部与南车集团 公司和西门子公司的技术认可，才有可能在核心设备上得到应用。否 则，只能是在辅助设备，如变压器上得到应用，并不具备说服力。目 前我们申报的这种关键绝缘材料在大功率牵引电机上应用的国产化 研究开发工作已经得到了南车集团公司 2007 年科技计划的支持，这 为我们顺利完成该项目打下了坚实的基础。 1.4 国内外研究国内外研究现现状状 鉴于有机硅绝缘漆的几大特有的优点，世界各国都相继投入大量 的人力和物力去开发这种新型材料。起初以有溶剂的有机硅绝缘漆为 主，美国道康宁公司的 DC-997、DC-996，日本信越化学的 KR- 203、KR-253、KR-282 被广泛应用。 进入 20 世纪 60 年代末国外就开始研发无溶剂 C 级无溶剂有机 硅浸渍漆，并在电机和其他电器装置制造业中获得了广泛应用。已经 形成规模化生产的有：欧洲发展了高速机车牵引电机用新型 200 级有 机硅绝缘漆（以瑞士 Isola 公司的“VPI RESIN 3551”为代表）；德国 9 Wacker 公司的 H62A/B 无溶剂有机硅浸渍漆；法国阿尔斯通的 16633 浸渍漆；1975 年由美国道康宁公司研制出的改进型双组份无溶剂有 机硅浸渍漆 QR-4-3157；俄罗斯的系列有机硅树脂中 KO-08。 有机硅有溶剂体系的绝缘漆与无溶剂体系的绝缘漆的固化机理 以及应用工艺有着很大的差别：其主要差别如下： 表 1-1 有溶剂有机硅绝缘漆与无溶剂有机硅绝缘漆的比较 有机硅体系 差异 有溶剂体系无溶剂体系 1以甲苯或二甲苯为溶剂，污染环境不以任何有机溶剂为介质，绿色环保 2缩合反应，固化时有低分子物如水脱 出，影响电气性能 加成反应，固化时无低分子物脱出， 不影响电气性能 3不适合于真空压力浸渍绝缘处理，得 不到无气隙整体体系 适合于真空压力浸渍绝缘处理，可得 到无气隙整体体系 具体的反应机理示意图如下： （1）有溶剂有机硅体系 m (CH3)2SiCl2 + n (C6H5)SiCl (CH3)2Si(OH)2m (C6H5)Si(OH)3n 3 (CH3)2SiOm (C6H5)SiO1.5n + H2O （2）无溶剂有机硅体系 SiCC + HSi Si CHCSi n 而在新一代的耐热绝缘材料方面，国内差距较大。目前国内还没 有科研工作者在 C 级无溶剂有机硅浸渍漆的研究开发方面取得显著 进展，事实上国内在有机硅绝缘材料方面也进行了不少的研究，从 6070 年代有机硅在绝缘行业的应用技术传入我国，产生了有溶剂 有机硅浸渍漆，具有代表性的研究机构有武大有机硅研究中心、晨光 10 化工研究院、上海合成树脂厂等，生产单位也有不少，不少品种都已 经工业化并投入应用，其中主要有国产的 W31-4、化工部晨光化工研 究院开发的 GTS-101、1053 有机硅漆和金陵涂料有限公司的 WBA 型有机硅树脂的综合性能较好。在有机硅树脂合成方面国内有“西有 晨光化工研究院，东有常州市嘉诺有机硅有限公司”之说，但由于技 术原因以及有溶剂体系不适用于 VPI 浸漆，因此使用受到限制。目前， 在国内还基本上停留在有溶剂体系以及用环氧、丙烯酸、聚酯、聚氨 酯等树脂改性有机硅方面的研究，C 级无溶剂有机硅浸渍漆的研发国 内尚属空白。与此同时，在国内对无溶剂有机硅绝缘漆的需求量随着 国内发展高速机车、航空航天器等的发展不断扩大。长期以来依赖进 口的局面将直接导致该领域产品毫无国际竞争力，同时制约国内电机 行业特别是高端领域所用电机的发展。 从目前市场了解的 C 级无溶剂有机硅浸渍漆的进展来看，虽然 株洲南车电机股份有限公司生产的 DJ4 使用的大功率交流变频牵引 电机与和西门子公司合作生产的 200KM 动车组的牵引电机都是使 用的 C 级无溶剂有机硅浸渍漆及其结构，也明确提出了国产化的研 究，但是由于属于高速铁路引进、消化吸收、再创新项目，在 2007 年 株洲南车电机的配套电机的交车计划是到 121 台，包含前期已经提 供的 40 台，总计是 1216721 台大功率交流变频牵引电机，前期， 株洲南车电机并没有计划在牵引电机上使用国产的无溶剂有机硅浸 渍漆。我们还必须经过铁道部装备部和西门子公司的技术认可，才有 可能在核心设备上得到应用。否则，只能是在辅助设备，如变压器上 11 得到应用，并不具备说服力。 1.5 设计设计任任务务 从 2004 年开始 C 级无溶剂有机硅浸渍漆产品的研发工作。目前 已成功研发了 TJ1173 C 级无溶剂有机硅浸渍漆，经检测产品质量已 达到国外同类产品水平，完全能满足高速牵引电机。VPI 工艺需求， 达到无气隙绝缘。为加快该项目的进程，将科研成果产业化，依据公 司的年产 200 吨 C 级无溶剂有机硅浸渍漆的开发及产业化可行性研 究报告，拟新增一套年产 200 吨 C 级无溶剂有机硅浸渍漆生产装量， 扩大生产能力，完善测试设备，保证产品质量和满足市场对 C 级绝缘 材料的需求。具体任务如下： (1)扩建有机硅树脂车间，建筑面积 852 平方米，包括工艺、土建、 公用、消防、职业卫生环保等设计任务。 (2)新建有机硅车间给排水系统，冷却系统。包括有机硅生产线低 温冷冻循环系统、纯水制水系统、导热油常温冷却系统、真空系统、电 气控制系统、动力控制系统、循环水系统、废水处理系统设计任务。 (3)扩建有机硅树脂反应釜安装平台、冷却真空系统操作室、污水 处理室、纯水制水室、配电室及公用配套工程设计。 1.6 项项目概况目概况 目前公司已成功开发出 C 级无溶剂有机硅浸渍漆，由于原浸渍 漆生产厂房，设备满足不了无溶剂有机硅浸渍漆生产特殊要求，迫切 需要进行扩建，尽快将其产业化，达到年产 200 吨生产规模，抢占市 12 场先机，为我国电力机车牵引电机的发展及耐电晕特种电机发展作出 贡献。调整公司现有产品结构，提高营运能力，为适应国内外市场的 需要，对现有生产装置进行技术改造，提高工艺装备水平，完善检测 条件，以建成具有一定生产能力的科学管理的企业。 第三章第三章 市市场场分析及分析及拟拟建建规规模模 3.1 项项目的市目的市场场前景分析前景分析预测预测 无溶剂浸渍漆广泛用于高压电机、高速牵引电机、航天器发动机 等高端领域电机用线圈的 VPI 绝缘处理，而有机硅材料则具有耐高 温、耐电晕的优点，更适合于上述领域的绝缘处理。随着我国高速铁 路、地铁、轻轨、磁悬浮技术的不断发展，具有更高更优异性能的绝缘 材料获得广泛应用，所以无溶剂有机硅浸渍漆的市场前景将被看好， 销售潜力巨大。下面列举近几年来世界几个主要有机硅公司的年销售 额。表 3-1 为 20012003 年世界有机硅主要生产商的销售额。 表 3-1 20002003 年世界有机硅主要生产商的销售额 销售额/亿美元 序 号 公司 2000 年2001 年20022003 年 1Dow Corning27.524.4（-11）26.1（7.0）28.7（10.0） 2GE14/1417.5（25） 3信越化学10.910.17（6.7）11.02（8.4）11.98（8.7） 4Wacker9.09.89（2）9.92（0.3）9.94（0.2） 5Rhodia4.0/4.06/ 6Degussa79/4.214.09（-4） 13 7Comption4.84.32（11）/ 8合计777948.7869.3172.21 注：（1）括号内数据为比上年增减率，%；（2）统计时间为上年的 4 至下年的 3 月 31 日。 在国内有机硅的使用量也是逐年增加，1996 年全国有机硅单体 总产量不足 1kt，远远满足不了国内日益增长的需求，只有靠大量进 口。据海关统计，1996 年我国初级聚硅氧烷进口量累计达 18416t，比 1995 年增加 22%，是国内产量的 4 倍多。1997 年 16 月我国初级聚 硅氧烷进口量累计 13268t，比 1996 年同期增长了 56%。预计全年进 口量可突破 20000t。1999 年是我国有机硅工业飞速发展的一年，其单 体产量比 1998 年增长了 50%;也是我国有机硅市场迅速扩大的一年， 大陆的聚硅氧烷的进口量比 1998 年增加了 40%，达 43435t，换句话 说，1999 年我国大陆有机硅的消费量已超过 60kt/a，增长率超过了 40%， 而同年台湾省的硅氧烷进口量仅增长 4%，为 23970t/a，2000 年 16 月聚硅氧烷的进口量为 24158t，比 1999 年同期增加了 24%，由此可 见，我国的有机硅市场继续保持强劲的增长势头，如表 3-2。 表 3-2 近 5 年来我国初级形态聚硅氧烷的进出口情况 时间/年进口量/t出口量/t净出口量/t 2005154 772(7.6)27 045(29.8)127 677(3.9) 2004143 762(41.3)20 838(94.1)122 924(35.1) 2003101 710(24.4)10 737(22.0)90 973(24.7) 200281 732(30.5)8 801(62.0)72 931(27.6) 200162610543257178 注：括号内数据为增长率，% 目前，在国外电机上所用的无溶剂浸渍漆主要有环氧无溶剂浸渍 14 漆、聚酯亚胺无溶剂浸渍漆和无溶剂有机硅浸渍漆。生产厂家主要在 日本、欧洲和美国。现在仅德国 Wacker 公司就在中国每年销售有机 硅树脂 700800 吨，主要应用领域在耐高温涂料、电子绝缘材料、云 母带和云母板用胶粘剂、绝缘浸渍漆等几方面。在欧洲铁路牵引电机 主要以有机硅浸渍漆为主，在中国由于无溶剂有机硅浸渍漆（有机硅 树脂）的合成技术没有取得突破，有机硅浸渍漆以有溶剂为主。有溶 剂有机硅漆因其干燥时间长、不适用于真空压力浸渍处理而没被铁路 牵引电机行业使用，同时它也不适用于 VPI 浸漆工艺。国内铁路牵引 电机现在采用的是改性二苯醚系列无溶剂浸渍漆，全年各铁路新造和 维修电机共用改性二苯醚无溶剂浸渍漆约 300 吨左右。电机所用云母 带、云母板也是用改性二苯醚浸渍漆作胶粘剂与之配套。随着交流传 动机车的引进消化和国产化的推进，改性二苯醚无溶剂浸渍漆将被淘 汰，无溶剂有机硅浸渍漆将得到推广使用，牵引电机用云母带胶粘剂 也随之改为有机硅树脂胶粘剂。目前率先使用无溶剂有机硅浸渍漆的 铁路牵引电机厂有株洲南车电机公司和山西永济电机厂，两家年总用 漆量将达 100 吨左右，上海南洋电机公司每年 10 吨左右，另外在发 电机行业有上海电机厂引进使用了无溶剂有机硅浸渍漆，云南赛格迈 变压器有限公司要求使用无溶剂有机硅漆和胶。现在 H 级缠绕式干 变要求阻燃、防潮，同时要求缠绕式干变用浸渍漆具有阻燃、防潮、韧 性和附着性好。目前国内使用的环氧聚酯无溶剂浸渍漆很难满足要求， 现在云南赛格迈变压器有限公司在干变上开始使用有机硅树脂，应用 效果良好，在变压器行业赢得好的声誉，因此有机硅漆和胶在 H 级缠 15 绕式干变行业有很好的推广应用前景。现在 H 级缠绕式干变每年用 H 级无溶剂浸渍漆约 150 吨左右。有机硅树脂还在防火云母带上普遍 使用，每年用于防火云母带的有机硅树脂约有 60 吨左右，此外，有机 硅树脂在耐高温涂料、道路防水涂料、电子线路板的保护涂层上广泛 使用。现在国内还没有厂家能规模化生产无溶剂有机硅浸渍漆，国内 用户全从国外进口，从国外进口无溶剂有机硅浸渍漆价格昂贵，订货 时间长，难以及时地满足生产要求，纷纷寻求国产化。因此，无溶剂有 机硅浸渍漆在国内具有很好的推广应用前景。 3.2 目前已目前已经进经进行市行市场调场调研的研的项项目目 目前已经进行市场调研的项目主要内容包括：国内生产有机 硅树脂的原材料及各种单体的生产使用情况，国内主要生产有机 硅树脂的生产单位和使用单位情况；国内生产有机硅绝缘漆及其 应用的单位情况；国外主要的无溶剂有机硅浸渍漆生产企业的产 品以及其在国内使用的情况，重点了解了南车电机使用无溶剂有机硅 浸渍漆的情况，以及进口 ISONA 公司 3551 硅漆和德国 Wacker 公司 的 H62A/B 双组分无溶剂有机硅浸渍漆的价格和工艺参数及性能指 标等应用情况；国内研究及开发此类无溶剂有机硅浸渍漆的现状； 详细调查国内目前有机硅树脂的生产设备及使用情况；我公司 目前对该产品进行的小试、中试及其性能检测、线棒实验的研究情况， 并收集了 ISONA 公司的产品 3551 漆样和德国 Wacker 公司 H62A/B 漆样的性能，数据如表 3-3。 表 3-3 国外与我公司无溶剂有机硅浸渍漆的主要性能指标 16 结果 序 号 检验项目单位ISOLA 样品 3551 Wacker 样品 H62A/B 时代绝缘 TJ1753 1外观/ 无色，透明粘 稠液体 粘稠液体， yellowish， cloudy 无色，半透明粘稠液体 2 粘度 （232，旋转粘度计） mpas12001250648 3 胶凝时间 （试管法） Min3.0(180)24(200)12.8(1802) 4 挂漆量 （螺线管法，160 1h1804h） %2.7/2.85 5固化条件/200 8h200 20h200 12h 或 220 8h 6 固化挥发份 （1002h130 1h1804h） %0.920 天不凝胶室温下 9 个月粘度增长 0.02 倍 （注：第一、第二列数据为自己实验室检测数据；第三列我公司产品 TJ1753 试验数据） 国内企业最早开始于 20 世纪 60 年代开始从事有机硅的研究和 生产，相对来说起步较晚，而且到目前主要是集中在有机硅有溶剂漆 等产品的研究和生产上。主要科研和生产厂家包括武汉大学有机硅材 料、晨光化工研究院、上海合成树脂厂、佛山有机硅材料厂、无锡晟大 科技、浙江海门宇华合成树脂厂等。其中晨光院已经成功生产出双组 份无溶剂有机硅浸渍漆，商品名号为 GWS-1、GWS-2；浙江海门宇华 合成树脂厂于 2000 年在上海电机厂有限公司协助下开始研制无溶剂 有机硅树脂，该厂于 2000 年元月、5 月、10 月份分别向上海电机厂提 17 供了三批树脂做实验，总的情况良好，但存在许多不足，特别是在工 艺性方面没有得到解决而未能获得推广应用；上海合成树脂厂也被报 道从事了无溶剂有机硅浸渍漆方面的研究，但其样品经检测的数据未 能达到真正的无溶剂化，其固化挥发份为 18%左右，而且其漆样的贮 存存在着问题，没有形成真正的生产。因此，我公司无溶剂有机硅浸 渍漆的产业化是急市场之所需的项目。 3.4 产产品品产产量、量、销销售量售量预测预测及及拟拟建建规规模模 C 级无溶剂有机硅浸渍漆广泛应用于高压电机、大功率牵引电机、 航天器发动机线圈 VPI 绝缘处理。因其产品性能稳定，科技含量高， 具有广阔的市场发展潜力。 市场销售量预测见下表： 20072008200920102011 市场容量（吨） 2060120160195 可获销量（吨） 0.51.51015407080100100135 我公司目前对拟建规模进行了深入的调研和比较,具体如下: 根据目前国内的高速铁路及变压器的发展态势，市场需求量逐年增加 并将接近于 200 吨,预计 2011 年后将超过 200 吨；从设备的组成、 安装和调试费用来看,由于加热、冷却、真空等配套工程是必须的，而 且其费用比反应釜的费用高得多，约占了 80%，按此计算年产 100 吨 的总投资为 265 万元，而年产 200 吨的总投资约为 290 万元，无明显 的差异；公司还希望利用此套设备拓展到有机硅系列产品，用于生 18 产其它有机硅产品。根据以上依据拟定年生产无溶剂有机硅浸渍漆工 程投入 200 吨/年。生产产量具体见表 3-4。 表 3-4 无溶剂有机硅浸渍漆预计年生产产量 时间 2007 年2008 年2009 年2010 年 2011 产量1.5 吨15 吨70 吨100 吨 135 吨 根据 2007 年的市场调研情况，仅株洲南车电机公司在大功率交 流变频电机上的用量大约 12 吨，但必须经过铁道部装备部、南车集 团公司和西门子公司的技术认可。才能实现关键绝缘材料的国产化。 第四章第四章 产产品品实实施方案施方案 4.1 产产品制品制备备原理原理 C 级无溶剂有机硅浸渍漆产品的合成分成五个部分：含乙烯基的 硅树脂（Polymer I）的合成、含硅氢的硅树脂（Polymer II）的合成、有机 硅活性稀释剂的合成、催化剂体系的合成、抑制剂体系的合成。具体 设计输入如下： 含乙烯基硅树脂（Polymer I）的合成:利用甲基氯硅烷、苯基氯硅 烷等来源广、价格相对低廉的有机硅单体经过共水解缩合而成聚甲基 苯基硅氧烷支链型预聚物，含有一定量的可反应的乙烯基活性基团。 其反应式示意如下： 19 Cl Cl ClClClClClClClCl CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 SiSiSi Si Si SiSi Si CH2CH acid/H2O,toluene mn f g h OO OOO CH3 CH3 CH3 CH2 CH3 H3C HC m SiSiSi n f OH g CH3 CH3 polymer I 含硅氢的硅树脂（Polymer II）的合成：利用甲基氯硅烷、苯基氯硅 烷等来源广、价格相对低廉的有机硅单体经过共水解缩合而成聚甲基 苯基硅氧烷线型预聚物，含有一定量的与含乙烯基硅树脂对应的可反 应的硅氢活性基团。其反应式示意如下： ClClClSi O SiSi CH3 CH3CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Cl H H3C H3C mn h acid/H2O,toluene SiSiSiSi CH3CH3 CH3CH3 CH3 CH3 O H m O n Polymer II 有机硅活性稀释剂的合成：根据合成树脂的粘度需要进行合成， 进行 C 级无溶剂有机硅浸渍漆复配时适量加入。 催化剂体系的合成：合成能够起到加成聚合催化作用的铂催化剂。 抑制剂体系的合成：合成具有在贮存温度条件下抑制交联反应， 高温下解除抑制效果的可与催化剂体系形成络合体系的聚合物体系。 将上述两种预聚体按照配比混合，加入抑制剂，最后加入催化剂 促使它们和有机硅活性稀释剂在常温下能够稳定贮存、在高温下通过 硅氢与乙烯基的加成反应固化成膜。 工艺特点是：该产品是通过选择先期预聚，而后加成聚合并交联 20 固化的一种耐热等级高、阻燃、无溶剂环保型绝缘漆。固化成膜时无 低分子物脱出，不影响电气性能，无污染。 4.2 产产品技品技术术指指标标 表 4-1 产品技术指标 序号检验项目单位指标值检测标准 1外观/ 无色至浅黄色，透明粘稠 液体漆膜平整光亮 GB/T15023-1994 4 条 2 粘度 （232，旋转粘度计） mPas5001000GB/T15023-1994 6 条 3 胶凝时间 （1802，试管法） Min315GB/T15023-1994 7 条 4 挂漆量 （螺线管法，1601h2008h） %2.5GB/T15023-1994 23 条 5 粘结力 （螺线管法，1601h2008h） 1802，N5 5 5GB/T15023-1994 37 条 6 厚层固化性能 （1001h1402h2004h） /不差于 S1、U1、I3.1均匀GB/T15023-1994 20 条 7表面干燥性（180）h2GB/T15023-1994 18 条 8 固化挥发份 （1001h1402h2004h） %3GB/T15023-1994 11 条 9 与铜反应 （1601h1804h） /无铜蚀GB/T1981-89 2.8 条 常态 22 18020 20018 22016 10电气强度 浸水（24h） MV/m 20 GB/T15023-1994 44 条 （常态）1.01013 1801.01010 2001.0109 2201.0109 11体积电阻率 浸水（24h） m 1.01013 GB/T15023-1994 43 条 常态 1.0 1802.0 200 3.0 12介质损耗因数 220 % 5.0 GB/T15023-1994 45 条 4d0.5 倍 13 贮存稳定性 （闭口法，602，粘度增长倍数） 20d不凝胶 GB/T15023-1994 10 条 14 吸水性 （1001h1402h2004h） 0.1GB/T15023-1994 30 条 15耐热指数/220GB/T11026.1-2003 21 4.3 产产品工品工艺艺路路线线示意示意图图 图 4-1 产品工艺路线示意图 4. 项项目目实实施方案施方案 图 4-2 无溶剂有机硅浸渍漆项目实施方案 4. 物料供物料供应应及及贮贮存条件存条件 C 级无溶剂有机硅浸渍漆生产原材料主要甲基和苯基氯硅烷等 22 单体，具体的主要原材料有乙醇、甲苯、二苯基二氯硅烷、三甲基氯硅 烷、二甲基二氯硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、一苯基三氯硅烷、四 乙烯基四甲基环四硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷等。此外还含有催化 剂、抑制剂所需的原料。由于催化剂与抑制剂的加入量是在万分之几 的范围，所用的原材料以及合成在实验室就可以完成；硅烷单体目前 主要生产厂家有：晨光化工研究院、中国蓝星集团星火化工厂、浙江 新安化工集团等单位。产品质量能够达到工艺要求，并且供应稳定。 特别注意: 所用的硅烷单体属危险品，具有相当的可燃性、爆炸性和 危险性，必须严格按照操作规程操作。 4. 产产品成品包装及品成品包装及贮贮运条件运条件 产品成品用 18Kg 或 200Kg 的铁桶包装，应密封。在贮存时，不 得带进水分、油污、溶剂及电解质；产品的贮存和使用场地严禁烟火， 保持通风良好，不得靠近火源、热源和受日光的直射；产品在 25以 下，避光，阴凉、通风处贮存，其保质期其为 6 个月。 4. 车间车间平面及立面布置平面及立面布置图图 反应釜按五层排布，大致布置图如下: 图 4-3 反应釜框架示意图 23 4. 物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡算 4. .1 物料衡算物料衡算 计算依据: 基础树脂按 1400Kg/釜，90 小时/釜，10 釜/月，10 个月/年计算； 交联剂按 700Kg/釜，80 小时/釜，10 釜/月，10 个月/年计算。 (1) 基础树脂物料衡算（半成品） 图 4-4 基础树脂合成示意图 表 4-2 基础树脂物料衡算 序号 物料投入(Kg)产出(Kg)备注 1甲苯1578155028 2水500105395 3 基础树脂 3098.41500-1598.4 合计 5176.43155-2021.4 (2) 交联剂物料衡算（半成品） 24 图 4-5 交联剂树脂合成示意图 表 4-3 交联剂物料衡算 序号 物料投入(Kg)产出(Kg)备注 1甲苯4504428 2水24080160 3 交联剂 1550980570 合计 22401502-738 (3) 无溶剂有机硅浸渍漆物料衡算（成品） 图 4-6 无溶剂有机硅浸渍漆掺合示意图 表 4-4 C 级无溶剂浸渍漆物料衡算 序号 物料投入(Kg)产出(Kg) 25 1 基础树脂 700700 2 交联剂 350350 3 稀释剂/ 4 催化剂 5 抑制剂 忽略不计 忽略不计 合计 10501050 4. .2 能量衡算能量衡算 工业水：Q10m3/h P0.3MPa 间断使用 循环水：Q10m3/h P0.3MPa 间断使用 装机容量：N=580KW 间断使用 热油：Q1T/h P1MPa 间断使用 冷油：Q3T/h P1MPa 间断使用 真空泵：Q200m3/h P=-10MPa 间断使用 4.8.3 技技术术方案及工方案及工艺设计说艺设计说明明 无溶剂有机硅浸渍漆是采取有机硅单体先期预聚，分别形成 A、B 两种预聚物，然后将 A、B 两种预聚物按照配比混合，并加入催 化和抑制剂促使其在常温下能稳定贮存，而后含乙烯基的预聚体和含 活性氢的预聚物在一定温度条件下加成聚合并交联固化。树脂制备分 为三个步骤，具体工艺路线说明如下： A（基础树脂制备） 配料水解水洗精馏过滤 26 B（交联剂制备） 配料水解水洗精馏过滤 C （漆配制） 掺合过滤检测包装入库 具体详见有机硅树脂工艺流程图。 4.8.4 工程工程设备设备 根据市场需求及未来发展情况，拟建立一个开展年产 200 吨浸渍 漆的规模，所需要的主要设备如表 4-。 表 4-有机硅树脂车间新增主要设备明细表 设备价格（万元） 序 号 设备名称 型号、 规格 技术要求 数量 （台/ 套） 单台合计 备注 1. 搪瓷真空计量 罐 200L 配套 DN20PPR 聚丙烯液 位计、球阀 50.854.25 2.搪瓷反应釜500L 更换密封件、搅拌轴、减 速机，另配搪瓷温度计套 管，转速 60-120r/min 22.55.0 设备 改造 3. 电加热搪瓷反 应釜 500L 设计温度：-20-200，转 速：60 r/min，电机功率： 4KW，加热功率： 9436KW，配防暴电机、 摆线针、轮减速机、卧式 搅拌、2 支温度计套管、 立式冷凝器等。 2612 4.冷冻机组 DLSB- 18C 温度范围：0-45，电机功 率：100KW，制冷量： 75KW，配套冷冻机、冷 却塔、导热油箱、导热油 泵、冷凝器等。 13535 5. 有机硅废水处 理装置 日处理废水量 2m3/d，处 理后水质达到 GB8978- 1996污水综合排放标准 ，CODCr(mg/L) 100，BOD5(mg/L) 20，PH:6-9。 12929 6.反渗透纯水设设计产水量：2M3/H，设计11515 27 备产水水质：电导 10us/cm，达到我国电 子级水的技术指标 7.冷油储罐 18002 6006 11.31.3 8.热油泵 WRY6 5-50- 170 流量：29m3/h，杨程：32 米， 转速：2900 r/min，功率： 4KW。 40.451.8 9.盐酸储罐 3000L ，1350 2600(3 m3) 聚乙烯10.60.6 10.废水储罐 13502 100(2m 3) 聚乙烯10.40.4 11.甲苯储罐 13502 100(2m 3) 搪瓷卧式12.852.85 12.废气处理装置155 13. 环保水冷通风 机 11.51.5 14. 500L 反应釜控 制系统 16.06.0 15. 冷热循环试验 箱 144 16.动力控制系统11515 17.电子磅称200kg20.250.5 18.往复式真空泵W4-1 抽速：370m3/h，功率： 11KW 21.42.8 19.真空缓冲罐 80016 00 10.50.5 20. 真空尾气吸收 塔 60016 00 20.40.8 21. 搪瓷真空计量 罐 1000L 配液位计， PPR 法兰，球 阀，玻璃管视镜 11.81.8 22. 搪瓷真空计量 罐 500L 配液位计， PPR 法兰，球 阀，玻璃管视镜 11.151.15 23. 搪瓷真空计量 罐 300L 配液位计， PPR 法兰，球 阀，玻璃管 11.051.05 24. 搪瓷搅拌釜（92 国标） K300L 配防爆电机，框式搅拌， 摆线针轮减速机，转速： 60 r/min，电机功率：3KW 20.91.8 25. 搪瓷反应釜（电 加热）（92 国标） K3500 L 配防爆电机，框式搅拌， 摆线针轮减速机，设计温 14.94.9 28 度：-20-200，转速： 120r/min，加热功率： 60KW。 26. 搪瓷反应釜（电 加热）（92 国标） K1500 L 电机功率：5.5KW，加热 功率：48KW，其余要求同 上。 13.63.6 27. 搪瓷反应釜（电 加热）（92 国标） K3000 L 电机功率：11KW，转速 60 r/min，加热功率： 60KW，其余要求同上， 另配搪瓷立式回流柱。 110.610.6 28. 搪瓷反应釜（电 加热）（92 国标