聚酰亚胺绝缘材料在电机中的应用

聚酰亚胺绝缘材料在电机中的应用聚酰亚胺绝缘材料在电机中的应用 第 期 合成材 化与应用 聚酰亚胺绝缘材 在电机中的应用 夏作勋 夏 湘潭大学职业技术学院 湖南湘潭 华南 工大学材 科学与工程学院 广东 广州 摘要对电机用绝缘材 的 化和破坏形式进 了探讨 分析了聚酰亚胺材 的性能特点 对聚酰亚 胺绝缘材 制品在电机中的应用作了综述 关键词聚酰亚胺电机绝缘 绝缘材 是电机中必 可少的重要组成部分 其电导率极低 是限制电机电流按一定途径流动的 材 还起着散热冷却 防潮防腐 防止辐照 机 械支撑 固定导体和保护导体等作用 聚酰亚胺材 具有优异的电绝缘性 体积电阻 率可达 聚酰亚胺耐低温和耐高温性 其他腐蚀性物质等的综合作用 可以说绝缘材 是 处于一种比较恶劣的工作环境之中的 因而绝缘材 必须具有很好的抗 化性能 在一定的时限内 一般要求 发生过度 化以保证电机 安全和稳定的运 这样才能保证电机的使用寿 命 减少维护维修成本 热 化 能优良 可在 温度下长时间使用 而在一 的液氮中也 会脆裂 聚酰亚胺材 还具有 良好的 学性能 化学稳定性 耐 化性能和尺寸 电机在反复启动和持续运转过程中 由电能转 化的热 和摩擦产生的热 使得绝缘材 处于长时 间受热的状态 长期受热使绝缘材 发生各种物 和化学变化而逐渐 化直至失效 受热过程中 绝 缘材 中的某些组分挥发 产生裂纹 龟裂甚至炭 化 绝缘结构也会由于热的作用反复热胀冷缩发生 机械变形而导致疲劳破坏 绝缘材 的热 化速度 稳定性 基于上述优点聚酰亚胺被广泛用作电机绝 缘材 近 来 随着对聚酰亚胺材 进一步的深 入研究 越来越多的新型聚酰亚胺材 断涌现 应用于电机绝缘结构中 电机用绝缘材 的 化与破坏 电机在运转过程中 绕组内持续通过电流 并 与受热温度成紧密相关 每超过最高使用温度 左右 化速度加快一倍 绝缘材 或绝缘结构 化的主要原因往往就是热 化 所以绝缘材 的耐 进 旋转机械运动 加上工作环境中灭尘 油污和 夏作勋等聚酰亚胺绝缘材 在电机中的应用 热性是选用绝缘材 的最关键因素之一 电 化 电机内部因电场的 均匀分布而产生局部放电 现象 在绝缘材 内部产生细微的腐蚀区 断的 放电造成腐蚀区逐渐扩大直至最终破坏绝缘材 有电位差的绝缘表面或者由于附着污物的存在使得 电流泄 而发热 在材 表面形成炭化电 破坏 绝缘 局部电场的高度集中还会产生电晕现象 腐 蚀绝缘 机械和环境 化 电机启动时 电流强度大 机内电磁 产生很 大的弯曲和挤压应 使绝缘材 疲劳 化 电机 运转及期间的负荷变化 摩擦绝缘而且放出热 加速 化进程 电机内部组件机械运动的热循环过 程使得绝缘和导体之间由于膨胀系数差异产生热应 导致二者分离出现空隙 加促使发热和局部 放电现象加剧 绝缘材 在电机工作环境中 断吸附灰尘油 污 无机盐类和水分等杂质 引起绝缘电阻的降低 和介电损耗增加 导致绝缘失效 电机使用时间越 长 化程度越重 环境因素就越来越显著 加速 绝缘的 化破坏 聚酰亚胺材 简述 聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合 物 其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要 聚酰亚胺大分子中没有亲水性基团 吸水率低 大 分子链中存在着大 酰亚胺基团闭合环 碳氮键处 在五节杂环的保护之下 稳定性好 所以其耐热耐 化和电性能均优于常用聚酯绝缘材 是现代绝 缘技术中所使用的综合性能较好的一种高分子材 酰亚胺环 酞酰亚胺结构 通过各种 同的途径可以合成种类繁多的满足 同使用要求的聚酰亚胺材 聚酰亚胺主要通过 二元酐和二元胺反应合成 采用 同的二元酐和二 元胺组合就可以制备 同性能的聚酰亚胺 聚酰亚 胺可以分为热塑性和热固性两大类 热塑性聚酰亚 胺是二元酐和二元胺在极性溶剂例如 等中先进 低温缩聚得到可溶性的聚酰胺酸 成型 后再高温加热脱水转变为 溶 熔聚酰亚胺材 所以热塑性聚酰亚胺材 的成型加工都必须在聚酰 胺酸的阶段完成 二元酐和二元胺在高沸点溶剂例 如酚类溶剂中加热缩聚可以一步得到粘度低而固含 较高的聚酰亚胺溶液 在一定加工温度下可以得 到低粘度的熔体 方 成型加工 这种方法被称为 法制备热固性聚酰亚胺材 一般合成聚酰 亚胺的反应过程中都 产生无机盐类副产物 这对 于制成电机绝缘材 十分有利 消除了反应副产物 污染并加速绝缘 化的可能 聚酰亚胺的耐高温性能优异 由联苯二酐和对 苯二胺反应合成的聚酰亚胺的分解温度可以达到 聚酰亚胺也可以承受极低的温度 显示出 其良好的耐候性 聚酰亚胺还具有很好的 学性能 和尺寸稳定性 采用 同的成形方法可以制成各种 同的高性能绝缘材 聚酰亚胺还具有很强的耐 辐射性能 经过高剂 的辐照后 材 的强度下降 多 聚酰亚胺也是一种自熄性的发烟率低的高分 子材 在极高的真空度下放气 也极少 综上所 述 这些特点使聚酰亚胺很适合用作电机中的绝缘 材 聚酰亚胺工业化产品出现的历史并 长 上世 纪 代初 杜邦公司才首先生产出聚酰亚胺薄 膜 和清漆 工业化产品 代出现了大 改善聚酰亚胺成型加工性能的新品 种 如聚酰胺一酰亚胺 聚醚酰亚胺等 到 代 透明聚酰亚胺 聚酰亚胺光学材 等功能材 断涌现 现在聚酰亚胺制品已经在包括树脂 薄 膜 纤维 涂 复合材 和胶粘剂等多种产品中 得到应用 聚酰亚胺绝缘材 在电机中的应用 聚酰亚胺薄膜 聚酰亚胺薄膜最重要的优点就是其厚度比一般 绝缘材 小得多时 也可以具有耐高温 高强度 柔性好和耐电 化的优良性能 这对电机设备的轻 型化和小型化十分有利 聚酰亚胺薄膜容 加工 可以在通用设备上进 操作 在电缆或绕组的导线 第 期 合成材 化与应用 上进 绕包 使用烘箱或热处 机械在 加热绝缘 就可以得到性能优异的整体绝缘和防护 层 公司最先推出以 为商标的聚酰亚胺薄膜产 品 其中以纯聚酰亚胺制成的 一薄膜被广泛用于 电机的 级 或 高绝缘级的绕包材 和 耐热绝缘衬垫 一薄膜的物 机械性能如表 所 聚酰亚胺薄膜的品种 多 生产厂家也较少 产 主要集中在美国和日本两国 其甲美国杜邦化 学公司的产 最大 约占全世界生产 的 而国内聚酰亚胺薄膜的生产还停留在实验室小试或 示 由表 可见 聚酰亚胺薄膜在高温下仍能保持 很高的机械 学性能 耐 化性能和电性能 在 下都可以保证常 稳定的使用 这是其他电 中试阶段 产 低 质 高 代初 杜邦 零 抗张强度 机用薄膜绝缘材 可比拟的 表 杜邦公司聚酰亚胺 一薄膜的物 及 学 断裂仲 长率 薄膜 名称 密度 强 度 冲 强 在空气中的使用期限 体积电阻系数 温 度 度 一薄膜 盘 月 天 儿 杜邦公司近几 还推出了改进的 高性能的聚 照下几乎没有劣化 保持其使用性能 聚酰亚胺漆包线可以用一般的浸渍设备生产 各种导体线和包覆了无机纤维的导线都可以通过浸 渍工艺涂复聚酰亚胺漆包线 聚酰亚胺漆包线在使 用性能上远优于目前所有的漆包线 选择良好的热 酰亚胺薄膜品种 耐电晕薄膜的可靠 寿命可以达到 高出标准 薄膜 倍 耐水薄膜绕包电缆后在热水中浸泡 天仍可保持 的介电强度 薄膜 则具有优异的耐电弧性能 聚酰亚胺漆 处 工艺对提高聚酰亚胺漆包线的质非常重要 为了进一步改善聚酰亚胺漆的性能 有很多关 于新型聚酰亚胺漆 涂 的研究报道 刘业强 合 成了改性的均苯型聚酰亚胺漆 改善了以前均苯型 聚酰亚胺漆粘度大固含 低 往往需要多次浸渍的 聚酰亚胺可用作电机绕组的绝缘浸渍漆和电机 内导线的绝缘面漆 还可用于高压大型电机的槽部 端部的防电晕漆 电机运转过程中 线圈发热 并 且绝缘漆还会受到瞬时电流和电压的冲击 容 化和破坏 聚酰亚胺绝缘漆耐高温性能优异 绝缘 性能 耐辐射能 和 学性能好 在 时 聚 酰亚胺漆包线的使用时间可以达到 小时以 上 加热到 时 强度和击穿电压都没有明显 降低 说明聚酰亚胺绝缘漆的稳定性良好 聚酰亚 缺点 提高了其固含 简化了浸渍工艺 刘立 柱 对双马来聚酰亚胺树脂进 改性 研制出了 耐热等级满足电机 级绝缘要求的无溶剂浸渍漆 而龚楚儒等 采用价廉的桐油作为改性剂 二甲 苯一甲苯一 为混合溶剂 同时加人添加剂 制得了达到 级绝缘要求的改性聚酰亚胺漆 由 表 可见 聚酰亚胺漆包线漆的耐热绝缘性能是很 胺绝缘漆还经常用作辐射条件下的耐高温漆包线 漆 聚酰亚胺漆包线在 的电子射线辐 好的 优于其他常见漆类 表 漆包线漆的绝缘耐热等级 漆包线漆名称 油性漆 缩醛漆 环氧漆 聚酯漆 白粘性漆 聚氨酯漆 聚酯亚胺漆 聚酰亚胺漆 绝缘耐热等级 注绝缘耐热等级相应的工作温度 以上 夏作勋等聚酰亚胺绝缘材 在电机中的应用 以产 一直 高 价格较贵 现在国内聚酰亚胺产 聚酰亚胺模塑 和复合材 聚酰亚胺模塑 在制备的过程中面临除去可溶 品产 极少 质 高 对聚酰亚胺产品长期依赖 性的聚酰胺酸溶液中大 水溶剂和加热亚胺化过程 进口 限制了聚酰亚胺发展和应用 如何降低聚酰 中生成的水的问题 这样就很难直接使聚酰胺酸溶 亚胺的生产成本 进一步改进现有产品的性能 加 液转化为固体状的聚酰亚胺塑 通常先把聚酰胺 快实现国产化已经成为现在聚酰亚胺重点研究方向 酸以一定方式如粉末状脱离溶液 再将其全部或部 和发展趋势 分亚胺化 得到聚酰亚胺模塑 可以用聚酰亚胺 模塑 直接成型制成电机绝缘构件 在聚酰亚胺塑 参考文献 适 添加硼 碳或玻璃纤维可以得到 学性能和 尺寸稳定性 好的模塑 中科院化学研究所的王晓春等 采用 型 热固性聚酰亚胺树脂溶液与纤维复合制得了十分容 成型的 纤维 颗粒增强聚酰亚胺复合材 可以使用通用的塑 加工成型方法制造各种零件 陈凤才等 则使用聚酰亚胺溶液浸渍高强无碱玻 璃布之后卷制模压制成了电机用的 级绝缘聚酰亚 胺模压槽楔 经过测试其常态和 一 的弯曲强 度完全达到并超过国家准要求 结语 聚酰亚胺由于其绝缘性能好 综合性能优异 很适合作为重要电机绝缘材 使用 电机是工业生 产中必 可少的重要基础设备 必须采用新型绝缘 材 提高电机的绝缘等级 延长电机使用寿命 降 低维护维修成本 保证其连续安全的运 聚酰亚 胺可以在处于高温 高压 高辐射环境工作的电机 中安全稳定的作为绝缘使用 采用 同形态的聚酰 亚胺制品 可以用于电机绝缘的 同部位 聚酰亚 胺产品自问世以来 由于其原 价格较高 制备过 程溶剂和能源消耗 较大 对工艺设备要求高 所 王安 内蒙古煤炭经济