專利名稱：一種納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐電暈漆包線漆的制備方法，尤其涉及由納米介孔粒子改性的耐電暈漆包線漆的制備方法。
背景技術(shù)：
由于交流變頻電機(jī)擁有的顯著特性，近幾年來(lái)，交流變頻電機(jī)得到了迅猛的發(fā)展，但直到現(xiàn)在，所有生產(chǎn)這種電機(jī)的廠家都遇到了一個(gè)突出的問(wèn)題，就是繞組絕緣性能過(guò)早失效。這是由于變頻電機(jī)調(diào)節(jié)器高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在電機(jī)繞組中產(chǎn)生過(guò)載電壓，此類定子中的電磁線會(huì)比在普通交流電作用下受的應(yīng)力更大，連接變頻器和電機(jī)輸入端的輸入電纜會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖。電壓過(guò)載的結(jié)果使在電機(jī)繞組中產(chǎn)生局部放電，特別是在變頻線圈不同相位間切向界面處。放電的結(jié)果使絕緣層分解，變得越來(lái)越薄，直至兩導(dǎo)體之間產(chǎn)生短路電流， 形成了絕緣的電老化，致使匝間絕緣失效，電機(jī)壽命縮短，最終導(dǎo)致電機(jī)損壞或燒毀。因此要求所用的繞組線具有較高的耐熱性及耐電暈性，以提高抵抗這種局部放電的能力。US4503124提出在普通絕緣漆中加入氧化鋁的粉體來(lái)提高絕緣漆的耐電暈性，絕緣漆包括聚酰亞胺，聚酯亞胺或聚酰胺酰亞胺，采用高速剪切攪拌的方法，加入1%_35%重量百分?jǐn)?shù)的氧化鋁粒子，氧化鋁粒子粒徑要求小于O. I μ m (最好在O. 05-0. 005 μ m)。為改善線的外觀和性能，US4537804提出采用兩步涂線法，第一層為聚酯，第二層為聚酰胺與氧化鋁的復(fù)合物。接著US4546041又提出用聚酯亞胺與氧化鋁的復(fù)合物作為絕緣線的第二層涂層，加入15%的氧化鋁，在650V/mil時(shí)，耐電暈時(shí)間是10000小時(shí)，而且表面和韌性都很好。但氧化鋁粒子對(duì)涂漆設(shè)備噴漆嘴的嚴(yán)重磨損作用對(duì)漆包線的圓度產(chǎn)生不利影響，從而影響漆包線的使用性能。CAl 168857和US4760296中的漆包線涂層同時(shí)含有Al2O3和SiO2。EP0768680和EP0768679認(rèn)為，在絕緣樹(shù)脂中含有SiO2填料，耐電暈性能良好，但耐熱性和機(jī)械性能不能滿足電磁線的需要。EP356929和US4935302公開(kāi)的配料中含有Cr2O3或Fe2O3,這兩種顏料比重大，容易沉降，導(dǎo)致涂線困難且涂層中顏料分散不均。W096/42089提出在普通的聚酯、聚芳砜、聚酰胺、聚酰亞胺、聚乙烯醋酸酯、聚氨酯、聚醚亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺酰亞胺、聚酯亞胺等絕緣材料中，分別加入TiO2, Al2O3,SiO2, ZnO, Fe2O3及各種粘土，或?qū)⑵渲袔追N金屬氧化物混合使用，可以提高電機(jī)的預(yù)期使用壽命。要求加入的填充物的粒徑在O. 01-0. 8 μ之間，表面積為9-250m2/g，用量占絕緣樹(shù)脂基體用量的1-65% (重量百分?jǐn)?shù))，但其應(yīng)用性能并不令人滿意。US5552222提出采用三涂來(lái)解決電磁線拉伸后性能下降的問(wèn)題，并且指出了每層的厚度范圍。底層是不含顆粒物的純有機(jī)物，中間層為含有15%填充物的復(fù)合層，厚度為100-1000微米，外層也是含有5%-25%的填充物的復(fù)合層，厚度為10-1000微米。US6100474提出采用底層為聚酯，面層為含有15%氣相法氧化硅和Cr2O3的聚酰胺酰亞胺復(fù)合物來(lái)解決電磁線漆膜的耐電暈問(wèn)題，所得到的電磁線平均破壞時(shí)間為245小時(shí)(460V下，紐絞對(duì)實(shí)驗(yàn))。要求氣相法氧化硅和Cr2O3的表面積為250-550m2/g。但是導(dǎo)線的外觀和韌性差問(wèn)題依然存在。W098/33190提出采用不同的三層復(fù)合的方法制備電磁線，底層為不含無(wú)機(jī)粒子的聚酯亞胺樹(shù)脂，也可為改性聚酯、聚酰胺酰亞胺，聚醚、聚酯酰亞胺、聚異氰酸酯、酚醛等耐高溫絕緣漆；中間層是以底層為基體樹(shù)脂，加入樹(shù)脂量的15-30%的Al2O3粒子，粒徑為5-250nm，以少量TiO2粒子作為染色劑，面層為與底層同類的高溫絕緣漆，特意提出了以不含無(wú)機(jī)粒子的聚酰胺酰亞胺絕緣漆作為面層，以該方法制備的電磁線，韌性良好，并且延長(zhǎng)了使用壽命。US6056995進(jìn)一步提出，底層由三羥乙基異氰脲酸聚酯、酚醛樹(shù)脂和聚異氰酸酯組成，底層和中間層的絕緣漆類型相同，面層和底層、中間層的絕緣漆類型不同。CN1482626A公開(kāi)一種適合變頻電機(jī)用的電磁漆包線的制造方法，在常規(guī)漆包線絕緣層中添加一層由納米無(wú)機(jī)金屬氧化物與有機(jī)絕緣材料組成的防護(hù)層，先對(duì)納米金屬氧化物填料進(jìn)行干燥預(yù)處理，然后加入到絕緣聚合物樹(shù)脂和有機(jī)溶劑的體系中，再加入一定的有機(jī)分散劑，將混合物進(jìn)行高速均質(zhì)和高速砂磨處理。CN1546586A公開(kāi)一種納米改性耐電暈漆包線漆的制備方法，取無(wú)機(jī)氧化物納米粒子，加入有機(jī)溶劑，在室溫下使無(wú)機(jī)氧化物 分散至呈均勻的納米分散態(tài)，再加改性劑反應(yīng)得到改性納米材料漿料，將絕緣樹(shù)脂加入改性納米材料漿料中反應(yīng)制備納米改性耐電暈漆包線漆。CN101245212A公開(kāi)一種原位聚合法制備耐電暈漆包線漆，將制作耐電暈漆包線漆的表面改性納米粒子在有機(jī)溶劑的混合物中均勻分散，然后使常規(guī)合成漆包線漆的單體在上述懸浮液中聚合，形成耐電暈漆包線漆。CN101604562A公開(kāi)一種含納米填料的漆包線，絕緣涂料層中含有納米填料，納米填料是為一改質(zhì)二氧化硅漿料且包含二氧化硅、有機(jī)溶劑以及有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑。CN101735716A公開(kāi)一種耐電暈漆包線漆，由納米漿料、成膜物質(zhì)、溶劑組成。雖然以上方法使漆包線的耐電暈性能都得到了一定的改善，但直接將填料粒子混入到高固含量、高粘度的絕緣樹(shù)脂中，高粘度體系很難使填充的無(wú)機(jī)粒子達(dá)到一級(jí)分散，且填料粒子表面的活性點(diǎn)可能與絕緣樹(shù)脂的活性基因發(fā)生反應(yīng)，使復(fù)合物固化前的穩(wěn)定性不好，沉降分層，固化后漆膜機(jī)械性能差，柔韌性和附著力不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種儲(chǔ)存穩(wěn)定，綜合性能優(yōu)良的耐電暈漆包線漆。本發(fā)明包括下列步驟
A.按重量比取I 20份無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子，加入3 100份有機(jī)溶劑，將無(wú)機(jī)氧化物分散至呈均勻的納米分散態(tài)；
B.再加入O.I I. O份改性劑，在50 140°C反應(yīng)I 3小時(shí)，得到改性納米介孔粒子漿料；
C.將60 100份重量含固量30 50%的絕緣樹(shù)脂加入到改性納米介孔粒子漿料中，在70 120°C反應(yīng)3 6小時(shí)，得到納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆。步驟A中，無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子重量?jī)?yōu)選為5 15份，有機(jī)溶劑重量?jī)?yōu)選為15 70份。步驟B中，改性劑重量?jī)?yōu)選為O. 5 O. 7份。步驟C中，絕緣樹(shù)脂重量?jī)?yōu)選為60 75份。步驟A中，無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子優(yōu)選的是Ti02、SiO2介孔粒子中的至少一種。
有機(jī)溶劑優(yōu)選是常溫下為液態(tài)的酚、常溫下為液態(tài)的醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、常溫下為液態(tài)的脂肪烴或常溫下為液態(tài)的芳香烴中的至少一種。更優(yōu)選是甲酚、二甲苯或乙醇中的至少一種。步驟B中，改性劑可以是含氨基、羥基、羧基的短鏈化合物，優(yōu)選的是3-氨丙基三乙基硅烷(KH550)、縮水甘油氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或鈦酸酯。
步驟C中，絕緣樹(shù)脂可以是聚酯樹(shù)脂、三羥乙基三聚異氰酸酯改性聚酯樹(shù)脂、聚酰亞胺、三羥乙基三聚異氰酸酯改性亞胺、聚氨酯、聚酰胺酰亞胺，優(yōu)選的是聚酯亞胺或者三羥乙基三聚異氰酸酯改性聚酯亞胺。本發(fā)明SiO2納米介孔材料可以由下述方法制備按重量比將37份正硅酸乙酯，60 100份乙醇，80 120份蒸餾水，15 20份氨水，4 8份十六烷基三甲基溴化銨混合攪拌，反應(yīng)I 3小時(shí)后，加熱到50 80°C，保持10 30小時(shí)，然后過(guò)濾，固體物水洗至中性，真空干燥，在500 600°C煅燒3 8小時(shí)，得到SiO2納米介孔粒子。本發(fā)明TiO2納米介孔材料可以由下述方法制備按重量比將33份鈦酸正丁酯溶于150 250份乙醇中，加熱到50 70°C，加入O. I I份濃鹽酸反應(yīng)2 5小時(shí)，然后冷卻至室溫，加入60 100份甘油，封閉反應(yīng)容器，靜置凝膠10 30天，真空干燥，研磨，在500 600°C煅燒3 8小時(shí)，得到TiO2納米介孔粒子。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和效果
(O改善了納米介孔材料在絕緣樹(shù)脂中的分散狀態(tài)及納米材料/絕緣樹(shù)脂復(fù)合物的穩(wěn)定性，按普通的方法將納米材料直接分散到絕緣樹(shù)脂中，雖經(jīng)充分分散，納米粒子仍然以團(tuán)聚的形式存在，且復(fù)合物可能分層析出，產(chǎn)生沉淀，由本發(fā)明制成的電磁線漆，納米粒子在絕緣樹(shù)脂中呈均勻的納米分散態(tài)，漆液儲(chǔ)存穩(wěn)定，不產(chǎn)生沉淀，其對(duì)比的SEM照片參見(jiàn)說(shuō)明書附 (2)改善了電磁線漆的柔韌性和附著力，更具有實(shí)際的使用意義，按本發(fā)明制備的耐電暈電磁線漆既可以用于涂制三涂層的耐電暈電磁線，也可以用于涂制雙涂層的耐電暈電磁線，而采用直接法制備電磁線漆，漆膜的機(jī)械性能變差，必須涂層外面加涂一層保護(hù)涂層；
(3)本發(fā)明方法制備高性能耐電暈電磁線漆，具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、耐電暈性、粘附性及高性能漆包線漆所具有的各項(xiàng)性能，涂制耐電暈漆包線時(shí)，以普通商業(yè)通用的漆包線漆為底漆，以本發(fā)明提供的耐電暈漆包線漆為面漆涂制雙層或三層復(fù)合的耐電暈漆包線，用作制造交流變頻電機(jī)，可以大大延長(zhǎng)其使用壽命；
(4)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。


圖I是對(duì)比例2得到的漆包線漆固化后的SEM照片。圖2是實(shí)施例4得到的漆包線漆固化后的SEM照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，SiO2納米介孔粒子的制備
按重量計(jì)，將79份乙醇，100份蒸餾水，18份氨水，6份十六烷基三甲基溴化銨，37份正硅酸乙酯，加到三口瓶中，室溫強(qiáng)烈攪拌I. 5小時(shí)后加熱到70°C，保持?jǐn)嚢?0小時(shí)，過(guò)濾，水洗至中性，真空干燥，在馬弗爐中550°C，煅燒5小時(shí)，得到SiO2納米介孔粒子。實(shí)施例2，TiO2納米介孔粒子的制備
按重量計(jì)，將33份鈦酸正丁酯溶于195份乙醇中，在60°C溫度下，加入O. 2份濃鹽酸催化水解3小時(shí)，然后冷卻至室溫，加入88份甘油作為模板劑，封閉反應(yīng)容器，靜置凝膠20天，真空干燥，研磨，在馬弗爐中550°C，煅燒5小時(shí)，得到1102納米介孔粒子。實(shí)施例3，TiO2納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備
按重量比，取14份實(shí)施例2得到的TiO2納米介孔粒子，加入70份由甲酚和無(wú)水乙醇按體積比=6 4組成有機(jī)溶劑，在室溫下采用超聲分散的方法使無(wú)機(jī)氧化物分散至呈均勻的納米分散態(tài)，再加入O. 6份改性劑KH550，在120°C反應(yīng)I. 5小時(shí)，得到改性納米介孔粒子漿料乳液；
將100份重量固體量40%的聚酯亞胺樹(shù)脂加入到上述乳液中，加熱到120°C，在120°C下保溫2小時(shí)；然后降溫到70°C，加入成膜添加劑，攪拌均勻即得到納米介孔改性耐電暈漆包線漆。實(shí)施例4, SiO2納米介孔粒子改性耐電暈漆包錢漆的制備
按重量比，取5份實(shí)施例I得到的SiO2納米介孔粒子，加入30份有機(jī)溶劑N-甲基吡咯烷酮，在室溫下采用超聲分散的方法使無(wú)機(jī)氧化物分散至呈均勻的納米分散態(tài)，再加入O. 3份改性劑KH550，在80°C反應(yīng)I. 5小時(shí)，得到改性納米介孔材料漿料乳液；
將80份固體量40wt%的三羥乙基三聚異氰酸酯改性亞胺加入到上述乳液中，加熱到 90°C，在90°C下攪拌保溫4小時(shí)，然后降溫到70°C，加入成膜添加劑，攪拌均勻即得到納米介孔改性耐電暈漆包線漆。比較例I :采用納米顆粒TiO2替換實(shí)施例3的納米介孔TiO2，其它工藝參數(shù)與實(shí)施例3相同，制得納米材料改性耐電暈漆包線漆。比較例2 :采用納米顆粒SiO2替換實(shí)施例4的納米介孔SiO2，其它工藝參數(shù)與實(shí)施例4相同，制得納米材料改性耐電暈漆包線漆。將實(shí)施例3、實(shí)施例4、比較例I和比較例2的漆包線漆涂制漆包線。技術(shù)參數(shù)如下
涂線設(shè)備意大利SICME SEL-SP臥式涂線試驗(yàn)機(jī)；
爐溫500°C 700°C ；
車速30-40m/min ；
涂漆道數(shù)底/中/面=4-6/3-5/2-3 ；
底漆商業(yè)通用的DF-127聚酯亞胺電磁線漆；
中間層漆實(shí)施例3、4、比較例1、2制成的漆；
面漆商業(yè)通用的DF-595聚酰胺酰亞胺電磁線漆；
涂漆方式模具或毛氈；
銅線直徑Φ0. 800mm。對(duì)上述漆包線進(jìn)行性能測(cè)試試驗(yàn)的主要設(shè)備是采用高頻方波脈沖試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)條件如下脈沖幅值±3000V (雙極性)，脈沖頻率 20kHz，占空比 50%，上升和下降時(shí)間(8個(gè)扭絞線試樣)=IOOns (電壓從負(fù)峰到正峰)，試樣箱溫度155°C。在以上條件下進(jìn)行電磁線扭絞線試樣的耐電暈性加速老化試驗(yàn)，一旦監(jiān)測(cè)到某一扭絞線試樣發(fā)生擊穿破壞，立即斷開(kāi)該路電源連線并取出試樣，記錄該試樣破壞的累積時(shí)間。每種試樣取三次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。測(cè)試結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征在于，包括下列步驟 A.按重量比取I 20份無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子，加入3 100份有機(jī)溶劑，將無(wú)機(jī)氧化物分散至呈均勻的納米分散態(tài)； B.再加入O. I I. O份改性劑，在50 140°C反應(yīng)I 3小時(shí)，得到改性納米介孔粒子漿料； C.將60 100份重量含固量30 50%的絕緣樹(shù)脂加入到改性納米介孔粒子漿料中，在70 120°C反應(yīng)3 6小時(shí)，得到納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆。
2.按權(quán)利要求I所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟A中，無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子重量為5 15份，有機(jī)溶劑重量為15 70份。
3.按權(quán)利要求I所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟B中，改性劑重量為O. 5 O. 7份。
4.按權(quán)利要求I所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟C中，絕緣樹(shù)脂重量為60 75份。
5.按權(quán)利要求I 4任一權(quán)利要求所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟A所述無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子是Ti02、SiO2納米介孔粒子中的至少一種。
6.按權(quán)利要求I 5任一權(quán)利要求所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟A所述有機(jī)溶劑是常溫下為液態(tài)的酚、常溫下為液態(tài)的醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、常溫下為液態(tài)的脂肪烴或常溫下為液態(tài)的芳香烴中的至少一種。
7.按權(quán)利要求6所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，所述有機(jī)溶劑是甲酚、二甲苯或乙醇中的至少一種。
8.按權(quán)利要求I 5任一權(quán)利要求所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟B所述改性劑為3-氨丙基三乙基硅烷、縮水甘油氧丙基三甲氧基硅烷或鈦酸酯。
9.按權(quán)利要求I 5任一權(quán)利要求所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，步驟C所述絕緣樹(shù)脂是聚酯樹(shù)脂、三羥乙基三聚異氰酸酯改性聚酯樹(shù)脂、聚酰亞胺、三羥乙基三聚異氰酸酯改性亞胺、聚氨酯或者聚酰胺酰亞胺。
10.按權(quán)利要求9所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，所述絕緣樹(shù)脂是聚酯亞胺或三羥乙基三聚異氰酸酯改性聚酯亞胺。
11.按權(quán)利要求5所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，所述SiO2納米介孔粒子由下述方法制備按重量比將37份正硅酸乙酯，60 100份乙醇，80 120份蒸餾水，15 20份氨水，4 8份十六烷基三甲基溴化銨混合攪拌，反應(yīng)I 3小時(shí)后，加熱到50 80°C，保持10 30小時(shí)，然后過(guò)濾，固體物水洗至中性，真空干燥，在500 600°C煅燒3 8小時(shí)，得到SiO2納米介孔粒子。
12.按權(quán)利要求5所述納米介孔粒子改性耐電暈漆包線漆的制備方法，其特征是，所述TiO2納米介孔粒子由下述方法制備按重量比將33份鈦酸正丁酯溶于150 250份乙醇中，加熱到50 70°C，加入O. I I份濃鹽酸反應(yīng)2 5小時(shí)，然后冷卻至室溫，加入60 100份甘油，封閉反應(yīng)容器，靜置凝膠10 30天，真空干燥，研磨，在500 600°C煅燒3 8小時(shí),得到TiO2納米介孔粒子。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種由納米介孔粒子改性的耐電暈漆包線漆的制備方法，取無(wú)機(jī)氧化物納米介孔粒子，加入有機(jī)溶劑，將使無(wú)機(jī)氧化物分散至呈均勻的納米分散態(tài)，再加入改性劑，反應(yīng)得到改性納米介孔粒子漿料，將絕緣樹(shù)脂加入到改性納米介孔粒子漿料中，反應(yīng)得到納米介孔粒子改性的耐電暈漆包線漆。本發(fā)明方法制備高性能耐電暈電磁線漆，具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、耐電暈性、粘附性及高性能漆包線漆所具有的各項(xiàng)性能。
文檔編號(hào)C09D5/25GK102732147SQ201210201568
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者吳春芝, 謝飛, 雷毅 申請(qǐng)人:廣東恒寶昌電工科技股份有限公司, 汕頭市天方達(dá)新材料科技有限公司