張大鵬，徐學強，黃程偉

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環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂的浸透性研究

張大鵬，徐學強，黃程偉

（水力發(fā)電設備國家重點實驗室（哈爾濱大電機研究所），哈爾濱150040）

浸漬樹脂的浸透性是保證VPI成品線圈質(zhì)量的重要工藝指標。本文對少膠云母帶進行電子顯微測試，分析環(huán)氧酸酐VPI浸漬特點及類型，并對標準鋁排線棒進行了浸透性試驗。試驗結果表明，改變浸漬工藝指標可以增加樹脂浸透性的能力。但是鑒于此法在經(jīng)濟性上不適于廣泛地應用，建議在生產(chǎn)過程中，應以降低浸漬樹脂的粘度作為增強浸透性的手段。

絕緣材料；環(huán)氧酸酐；浸漬樹脂；浸透性

0 前言

發(fā)電機定子主絕緣體系使用環(huán)氧粉云母絕緣后，就形成了二種工藝，即多膠模壓工藝和少膠浸漬工藝[1~3]。而環(huán)氧酸酐VPI浸漬體系則是國內(nèi)外三大主流浸漬體系之一[4]。因其固化過程揮發(fā)物少，對環(huán)境污染小，固化成型后熱收縮少，機械性能和電性能卓越而聞名[5~6]。

浸漬樹脂的浸透性是保證VPI成品線圈質(zhì)量的重要工藝指標。一般來說，環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂的粘度較低可以很快浸透線棒上的云母帶，但從其應用經(jīng)濟性考慮，浸漬樹脂都是反復使用。在浸漬的過程中，由于促進劑、溫度、固化劑等影響，會導致浸漬樹脂粘度的不斷增長，進而影響其浸透性[7~9]。因此研究浸漬樹脂的浸透性合理粘度，以及提高浸透性的工藝，就顯得尤為重要[10~12]。

1 實驗

1.1 原材料

環(huán)氧樹脂：雙酚A環(huán)氧樹脂（進口）

固化劑：甲基六氫苯酐（進口）

少膠云母帶：366.55-30（進口）

1.2 試樣制備

（1）少膠云母帶電子顯微測試試樣制備：取少量366.55-30少膠云母帶，保證表面無脫落、無折痕和褶皺的條件下，進行表面鍍金。

（2）少膠VPI浸透性試驗試樣制備：

（a）取1.6m長的鋁排，表面平整光滑無凹陷，固定在云母帶繞包機上。

（b）從鋁排中間1m處，開始繞包少膠云母帶，如圖1所示。

圖1 繞包少膠云母帶

（c）在繞包少膠云母帶的過程中，取中間部位放置代表云母層數(shù)的濾紙，以便考證該云母層是否可以浸透，如圖2所示。

圖2 放置濾紙

（d）繞包到規(guī)定的云母帶層數(shù)后，用透明膠帶封住鋁排兩端，并繞包上打孔聚四氟乙烯帶作為脫模材料，如圖3所示。

圖3 封口脫模

（e）按照以上方法，制備若干不同少膠云母帶層數(shù)的鋁排線棒備用。

（3）VPI浸漬樹脂粘度試樣制備：準備兩個干凈，干燥的燒杯各500ml，再每次浸透性試驗前常溫條件下，從浸漬罐中進行取樣，取樣時應先排除管道中的樹脂。

1.3 測試設備

電子顯微設備：Helios NanoLab 600i雙束電子顯微鏡。

浸透性設備：進口繞包機，VPI真空壓力浸漬系統(tǒng)。

粘度測試設備：HAKKE VT550 絕對旋轉(zhuǎn)粘度計。

2 結果與討論

2.1 環(huán)氧酸酐VPI工藝的浸漬特點及類型

環(huán)氧酸酐VPI浸漬工藝，是指因其云母帶含膠量少，約在8%~10%左右，需從外面注入膠來調(diào)節(jié)組分，填充空隙，以達到理想的云母與膠的最佳配比[13]。

圖4所示為少膠云母帶在電子顯微鏡下的實物圖。從圖中可以看出，為了達到預想注入膠量，并保證在各個方向滲透均勻，少膠帶廠家采用了片云母結構來解決浸透均勻性問題，而淘汰了浸透性和浸透均勻性較差的粉云母結構[14]。少膠云母帶廠家利用粘合或者壓制的工藝，來生產(chǎn)少膠云母帶。此外，圖中明亮部分為云母片之間的間隙，其主要作用就是給浸漬樹脂提供浸透的通道，其間隙尺寸一般為20μm~30μm。

VPI工藝的浸漬特點為：在云母片表面張力的作用下，每層間水平浸透比較容易，而垂直浸透則需要考察浸漬樹脂通過云母片之間的能力，如果浸漬樹脂的分子量比較大，即宏觀表現(xiàn)為粘度較大，則通過云母片之間間隙的能力低，從而浸透性低，反之，則通過云母片之間間隙的能力高，浸透性也高。

根據(jù)浸漬樹脂的浸漬方向，VPI工藝的浸漬類型基本可以分為兩類，平行浸漬類型和垂直浸漬類型。平行浸漬，是指平行于少膠云母帶的云母層方向浸漬，它與疊繞云母帶的前進方向在同一水平線上。而垂直浸漬，是指垂直于少膠云母帶的云母方向浸漬。平行浸漬，取決于繞包云母帶時的繞包張力，繞包張力越大，則云母層與層間的間距越小，平行浸漬能力越差，反之，則平行浸漬能力越強。而垂直浸漬，則與浸漬樹脂的粘度、浸漬抽真空壓力、保壓時間等工藝參數(shù)有著較為密切的關系。

2.2 繞包少膠帶層數(shù)對于浸透性的影響

制備了繞包13層少膠帶和繞包24層少膠帶的鋁排試樣，放入罐中進行浸漬，工藝指標按表1執(zhí)行。

浸透性主要工藝指標如表1所示。

表1 浸透性主要工藝指標

將試樣按以上工藝指標進行浸漬，拿出進行解剖，如圖5所示。發(fā)現(xiàn)樹脂完全浸透了13層少膠帶的鋁排線棒，而24層少膠帶的鋁排線棒只完全浸透了18層。得到試驗結論參見表2。

從該試驗結論可以看出，繞包少膠帶層的對于浸漬樹脂的浸透性影響。繞包的層數(shù)越多，越不容易浸透；反之，繞包的層數(shù)越少，越容易浸透。

圖5 鋁排試驗線棒解剖圖

表2 繞包少膠帶層數(shù)對于浸透性的影響

2.3 粘度對于浸透性的影響

制備若干繞包24層少膠帶鋁排試樣線棒，以同一種工藝指標分別用不同粘度的VPI樹脂進行浸漬。

將試樣按以上工藝指標進行浸漬，拿出進行解剖，如圖6所示。發(fā)現(xiàn)樹脂不能完全浸透鋁排線棒。

在不同樹脂進行粘度測試，得到試驗結論見表3。

圖6 鋁排試驗線棒解剖圖

表3 粘度對于浸透性的影響

從該試驗結論，可以看出浸漬樹脂的粘度對于浸漬樹脂的浸透性影響較大，樹脂的粘度越小，浸透的層數(shù)越多，浸透性越好；反之，樹脂的粘度越大，浸透的層數(shù)越少，則浸透性越差。

2.4 工藝指標對于浸透性的影響

制備若干24層少膠帶鋁排試樣線棒，改變浸漬工藝指標進行浸透性試驗。改變后工藝指標見表4。

表4 浸透性主要工藝指標

對于VPI真空壓力浸漬體系，改變加壓工序?qū)n產(chǎn)生的影響因素較多，會造成分析原因的復雜性，因此只在原有工藝指標上變更了保壓時間這一項工藝指標。

將試樣按不同工藝指標進行浸漬，拿出進行解剖。得到試驗結論見表5。

表5 不同浸漬工藝對于浸透性的影響

從該試驗結論可以看出，改變保壓時間可以增加樹脂浸透性的能力，但是從經(jīng)濟性上考慮，不適合大規(guī)模地應用在生產(chǎn)中。在現(xiàn)代工業(yè)中，還是以調(diào)漆作為增強浸漬樹脂浸透性的手段。

3 結論

通過對于VPI浸漬絕緣材料的研究和試驗，得到如下結論：

（1）平行浸漬取決于繞包云母帶時的繞包張力，而垂直浸漬則與浸漬樹脂的粘度、浸漬抽真空壓力、保壓時間等工藝參數(shù)有著較為密切的關系。

（2）繞包的層數(shù)越多，越不容易浸透。

（3）浸漬樹脂的粘度越小，浸透的層數(shù)越多，浸透性越好。

（4）改變保壓時間，可以增加樹脂浸透性的能力，從經(jīng)濟性上，不適合應用在生產(chǎn)中。

[1] 陳宗旻. 真空壓力浸漬樹脂現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 絕緣材料, 2003, 36(3): 37-39.

[2] 胡春秀，盧春蓮. 發(fā)電機單只定子線棒VPI絕緣系統(tǒng)研究[J]. 大電機技術, 2013(1): 1-3,21.

[3] 鄭偉，盧春蓮. 秘魯馬丘比丘水輪發(fā)電機VPI定子線棒研制[J]. 大電機技術, 2012(4): 6-8, 12.

[4] 付強，滿宇光，盧春蓮. 大型發(fā)電機定子線棒VPI用絕緣材料的國產(chǎn)化應用[J]. 大電機技術, 2016(2): 18-22.

[5] 胡春秀，盧春蓮. 發(fā)電機單只定子線棒VPI絕緣系統(tǒng)研究[J]. 大電機技術, 2013(1): 1-3,21.

[6] 石霄峰，祁世發(fā)，周傳芳. VPI電機用防暈材料的研究及應用[J]. 大電機技術, 1998(4): 38-41.

[7] 袁曉紅，王玉田. VPI與模壓的發(fā)電機定子線棒之性價比[J]. 大電機技術, 2011(1): 37-38, 64.

[8] 潘延明，陳陽. 高壓電機介質(zhì)損耗因數(shù)試驗的電極結構、原理及與內(nèi)屏蔽技術的關系分析[J]. 大電機技術, 2017(3): 32-36.

[9] 吳丹，虞鑫海，徐永芬. 國內(nèi)外真空壓力浸漬樹脂的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 絕緣材料，2008，41(5): 23-26.

[10] 韓在龍. 國外大電機絕緣發(fā)展情況[J], 大電機技術，1990(2): 12-16.

[11] 胡春秀，盧春蓮. 發(fā)電機單只定子線棒VPI定子線棒研制[J], 大電機技術，2013(1): 1-3, 21.

[12] 漆臨生，梁智明，何海洋. 國產(chǎn)環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂應用研究[C]//2011年中國電工技術學會學術年會論文集，北京，2011: 334-343.

[13] Alexander B. Flame Retarded Polymer Layered Silicate Nanocomposites: a Review of Commercial and Open Literature Systems[J]. Polymers for Advanced Technologies, 2006, 17: 206-217

[14] Mustapha EI G,Abderrahim EI B,Salah Eddine H, et al. Degradation of a Reactive Flame Retardant Basedon Cyclotriphosphazene and Its Blend with DGEBA Epoxy Resin[J].Polymer Degradation and Stability, 2009, 94: 2101-2106.

Impregnability of Epoxy/Anhydride VPI Impreganting Resin

ZHANG Dapeng, XU Xueqiang, HUANG Chengwei

(State Key Laboratory of Hydro-power Equipment(HILEM), Harbin 150040, China)

The impregnability of the impreganting resin is the major index which guaranteed the VPI ststor coils’ quality. The dry mica tape was tested by electronic microscopy, and the characteristic and types of the epoxy/anhydride VPI impreganting resin was analyzed; meanwhile the impregnability for the standard aluminum specimen was also tested. The result shows that changing impregnation technology can increase the impregnability of the resin. But because this method is not suitable for widely application in economic terms, the suggestion is that the means of enhancing the impregnability should be reducing the viscosity of the impreganting resin in the production process.

insulating material; epoxy/anhydride; impregnating resin; impregnability

TM215

A

1000-3983(2017)04-0034-04

2017-07-12

張大鵬（1982-），2006年7月畢業(yè)于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業(yè)，研究方向為高壓發(fā)電機真空壓力浸漬技術、復合材料、高電壓技術、新型絕緣材料及絕緣技術、新型防暈材料及技術，高級工程師。