高介电常数-低介质损耗绝缘漆研制及性能研究-刘农强

高介电常数、诋介质损耗绝缘漆研制反性能研究ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｓｔａｎｔａｎｄＬｏｗＤｉｅＪｅｃｔｒｉｃＬｏｓｓＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＶａｒｎｉｓｈ２０１６（１）高介电常数、低介质损耗绝緣漆研制及性能研究刘农强，操婧婷（武汉埋工大学，湖北武汉４３００７０）摘要：概述介电常数和介质损耗对于电机性能的影响，从原材料着手硏制高介电常数、低介质损耗的无溶剂绝缘漆ＤＦ－２Ｑ１Ｘ。将其与进□产品和普通产品进行水平试验，验证其优异的电性能。最后以ＤＦ－２０１Ｘ为例，通过正交实验法，发现温度和配比对于绝缘漆固化后性能的重要性，得到最优配比和固化工艺。关键字：介电常数；介质损耗；无溶剂绝缘漆中图分类号：ＴＭ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—２７９６（２０１６）０１—０００１—０５ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｓｔａｎｔａｎｄＬｏｗＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＬｏｓｓＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＶａｒｎｉｓｈＬｉｕＮｏｎｇｑｉａｎｇ，ＣａｏＪｉｎｇｔｉｎｇ（ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｏｕｔｌｉｎｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓｆｏｒｍｏｔｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｔａｒｔｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｈｉｇｈｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｌｏｗｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｖａｒｎｉｓｈＤＦ－２０ＩＸ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｏｒｄｉｎａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｔｈｉｓｐｒｏｄｕｃｔｖｅｒｉｆｉｅｓｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｎｎａｎｃｅ．ＦｉｎａｌｌｙｔａｋｅＤＦ－２０ＩＸｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｆｉｎｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｆｏｒｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｐａｉｎｔａｆｔｅｒｃｕｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔ；Ｌｏｗｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓ；Ｓｏｌｖｅｎｔｌｅｓｓｖａｒｎｉｓｈｏ引言用。随着信息、电子和电力工业的快速发展和电机转子及定子的绝缘在电动机构造中起绝缘技术的成熟，密度小、介电常数高、损耗到了至关重要的作用，一般而言电机制造企业低的电介质材料已经成为当今的热点。本文从并不会对其介电常数及介质损耗进行检测，但配方及工艺上对现有产品进行改进，并研究配在一些特殊场合下，我们需要通过电机的绝缘方、工艺与介电常数和介质损耗之间的关系。处理使其具有高介电常数及低介质损耗。高介１概述电材料具有良好的储存电能和均匀电场的作用，电动机是一种旋转式电动机器，它将电能在电子、电机、电缆行业中都有非常重要的应转变为机械能，主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢２０１５－１２－０２或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下，定子［作者简介］刘农强Ｕ９８８—）’男，大学本科’工程师，绕组有效边中有电流通过并受磁场的作用而使主要从事绝缘漆及相关材料的开发与应用表且，双义十，咖ｍ汁又微細仆用ｒａ使工作。其转动，见图１。１０．１６６２９／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－２７９６．２０１６．０１．００１—１一高介电常数、诋介质损耗绝缘漆研制反性能研究２０１６（１）ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｓｔａｎｔａｎｄＬｏｗＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＬｏｓｓＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＶａｒｎｉｓｈ＂－种常态为气态的电介质；纯净水是一獅Ｉ￣丨＾■懸靈２．２脂环族环氧树脂Ｈ脂已经比较成熟。但是在脂环族环氧树脂的生产和使用方面，我国还落后很多，很多产品还是空白。脂环族环氧树脂一般应用范围比较窄，且因成本较高，尚没有应用在电机绝缘行业的先例。从结构上来看，脂环族环氧树脂分子结构中的环氧基不是来自环氧丙烷，而是环氧基＿电机定子和转子示意１：接连接在脂环上，所以，脂环族环氧树脂与＾双酚Ａ型环氧树脂相比较，具有以下特点：２（１）热稳定性良好。脂环族环氧树脂的环２．１电介质及介电常数氧基并不是连接在链状结构上，而是直接连接电介质与电导体不同，电导体中存在着大在脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化量可自由移动的带电粒子（如电子等），在外加后交联密度增大，因而热变形温度较高，可达电场的作用下，带电粒子的定向移动即形成电３００°Ｃ以上，是一种良好的热固型结构材料。流。理想的电介质中不存在可自由移动的带电（２）耐侯性好。脂环族环氧树脂的分子结粒子，在外加电场的作用下，电介质的表面会构中不含苯环，具有良好的耐侯性能和抗紫外形成一些束缚电荷，束缚电荷构建起的内建电辐射。双酚Ａ型环氧树脂的分子结构中含有苯场具有抵抗外加电场的作用。从物质材料的导环，故耐侯性与抗紫外辐射的性能较差。电性来说，有导体、半导体和绝缘体三类划分，（３）电绝缘性能优异。脂环族环氧树脂具但从严格的意义上来说，并没有哪一种物体是有良好的介电性能，无论是从比电阻还是从介质绝对不导电的，只是三类材料的导电机理与导损耗角正切值看，均比双酚Ａ型环氧树脂优秀。电性有比较大的差异而已。理想的电介质是不（４）工艺性能好。脂环族环氧树脂的粘度导电的，因而电介质也是电绝缘的。组成电介较小，只要与适当的固化剂混合后，在稍高于质的原子或分子中的正负电荷束缚得很紧，在室温下则成为水稀状或粘度较低的低共熔物。一般条件下不能相互分离，因此在电介质内部因此，在浇注和压制制件时作业较为方便，这能作自由运动的电荷（电子）极少。实际电介一点，尤其是对大部件的制件加工时，更显得质中存在的微弱导电性是由多种机理构成的，重要。另外，由于脂环族环氧树脂具有粘度小包括杂质缺陷、体内电导、表面电导等。的特点，还可以将它作为良好的环氧树脂活性有关电介质微弱导电性机理的详细研究是稀释剂。电介质物理学研究的范畴，应用中通常从宏观（５）安全性高。脂环族环氧树脂对有机酸上将其归结为电介质的漏电损耗。当外电场超和酸酐的反应活性比对胺类的反应活性大，因过某个极限值时，电介质会被击穿从而失去绝此，在酸性固化剂中便能充分固化。这样一来缘介电性能。一般来说，电介质的存在方式有就避免了使用毒性大、挥发性大的胺类固化剂，３种情况：固态、气态和液态。例如空气即是对操作人员而言较为安全。—２—１０．１６６２９／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－２７９６．２０１６．０１．００１高介电常数、诋介质损耗绝缘漆研制及性能研究ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｓｔａｎｔａｎｄＬｏｗＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＬｏｓｓＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＶａｒｎｉｓｈ２０１６（１）３实验表１设计ＤＦ－２０１Ｘ配方参数，Ａ■…Ｒ１３９Ｓ１８４０６Ｅ３．１主要试验材料Ａ组分—ＤＦ－２０１无溶剂绝缘漆，上海宝庆通用电甲基六氢苯酐促进剂Ｂ组分工有限公司；ＵＰ－８５０不饱和聚酯绝缘漆，上￣卯１１０１＾３海宝庆通用电工有限公司；ＤＦ－２０１Ｘ无溶剂３．４平行试验绝缘漆，上海宝庆通用电工有限公司；ＥＬＡＮＺ平行进行四组试验。Ａ：ＤＦ－２０１Ｘ（固３１３１无溶剂绝缘漆，ＥＬＡＮＴＡＳ艾伦塔斯；化工艺：１３０。（：，１ｈ；１５０。（：，２ｈ）；Ｂ：Ｒ１３９Ｓ环氧树脂，日本三井；０６Ｅ环氧树脂，ＥＬＡＮＺ３１３１无溶剂绝缘漆（固化工艺：上海锦瑞化工有限公司；１８４环氧树脂，上海１３０°Ｃ，１ｈ；１５０＊Ｃ，２ｈ）；Ｃ：ＤＦ－２０１无锦瑞化工有限公司；甲基六氢苯酐，嘉兴清洋溶剂绝缘漆（固化工艺：１３０Ｘ：，１ｈ；１５０°Ｃ，化工有限公司等。２ｈ）；Ｄ：ＵＰ－８５０不饱和聚酯绝缘漆（固３．２主要试验仪器化工艺：１３０°Ｃ，１ｈ；１５０ｒ，２ｈ）。依据示差扫描量热仪ＮＥＴＺＳＣＨＤＳＣ２００Ｆ３ＧＢ１４０９－２００６《测量电气绝缘材料在工频、音１台，耐驰科学仪器商贸有限公司；ＷＹ２８５２Ｄ频、高频（包括米波波长在内）下电容率和介Ｑ表１个，上海无仪电子设备有限公司；质损耗因数的推荐方法》，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分别ＷＹ９１６Ｄ－３８介质损耗测试装置１台，上海无固化出１０个试样并测试数据取平均值，测试结仪电子设备有限公司；２５０ｐＨ电感器１只，上果如表２所示：海无仪电子设备有限公司；烘箱１台；制样模表２四组样品数据对比具（自制）２套，见图２；搅拌器若千，７４２非懸＾ｍ／ｓｍｍＭ／ｓ＿＿ｒ＋ｎＭ－Ｈ＃＊，ｒ＊ｖＤＦ－２０１Ｘ２．８８５９２９．２４Ｅ－０３娃脱模剂等。。ｄｍＥＬＡＮＺ３１３１２．６３２２７９８．１１Ｅ－０３ＤＦ－２０１２．４２３７３１１．０５Ｒ－０２ＵＰ－８５０２．１５０６１６１．０２Ｅ－０２由表２可知，ＤＦ－２０１Ｘ介电常数比ＥＬＡＮＺ３１３１高，而介质损耗略高于３１３１，故其电性能基本与高介电常数绝缘漆３１３１相近，而且在介电常数方而还优ｆ３１３１。这是由于脂环族环氧树脂含有环己烷基团而不含双键，具有工艺性好耐热性高固化收缩小电性能图２测试介电常数模具仴丄乙丨土灯、丨山丄丨土门、ＵＪ、电丨土昍＾好等特点，且在合成工艺上与普通双酚Ａ型３．３配方ｉＳｉ十＾环氧树脂不同，其游离氯离子含量一般小于考虑到需求较高的介电常数及低介质损耗，１００ｐｐｍ，远远低于普通环氧树脂，因此提供因此设计使用脂环族环氧树脂〇６Ｅ＼１８４及低氯了优异的电性能。离子含量的双酚Ａ环氧树脂Ｒ１３９Ｓ组成Ａ组而普通产品ＤＦ－２０１以及ＵＰ－８５０相对于分；而甲基六氢苯酐及促进剂组成Ｂ组分。通ＤＦ－２０１Ｘ、３１３１而言介电常数低，损耗角大。过Ａ组分的环氧值计算酸酐的理论用量，每这是由于树脂中游离氯离子含量较大，从而导１００ｇＡ组份需配合酸酐固化剂约１００ｇ，故参致绝缘性能以及介电性能不佳。此外，由于考配方如表１所示：ＵＰ－８５０主要成分是不饱和聚酯，成分复杂且１０．１６６２９／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－２７９６．２０１６．０１．００１一３—高介电常数、诋介质损耗绝缘漆研制及性能研究２０１６（１）ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｓｔａｎｔａｎｄＬｏｗＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＬｏｓｓＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＶａｒｎｉｓｈ含有