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详细内容

有機硅玻璃布補強芳綸纖維云母帶的研究與應(yīng)用

文章選自“絕緣材料”



引  言



隨著我國鐵路交通向高速、重載方向不斷發(fā)展,牽引電機絕緣系統(tǒng)的耐熱等級要求日益提高。目前,耐熱等級最高的絕緣系統(tǒng)為有機硅絕緣系統(tǒng)。盡管國內(nèi)在有機硅浸漬樹脂方面已實現(xiàn)技術(shù)突破并投入使用,但用于更高速度牽引電機的有機硅玻璃布補強芳綸纖維云母帶仍依賴進口,制約了我國高速機車絕緣系統(tǒng)的自主化進程。

近年來,國內(nèi)多家企業(yè)與研究機構(gòu)開展了有機硅浸漬樹脂與云母帶的國產(chǎn)化研究,部分成果已在實際應(yīng)用中取得良好效果。然而,國產(chǎn)有機硅玻璃布補強芳綸纖維云母帶在工藝性、絕緣結(jié)構(gòu)性能及環(huán)境可靠性方面仍與進口產(chǎn)品存在一定差距。本文針對上述問題,重點研究云母帶中膠粘劑與浸漬樹脂的相容性,通過在膠粘劑中引入與浸漬樹脂反應(yīng)的活性基團,提升絕緣結(jié)構(gòu)的整體性與電氣性能,推動該材料的國產(chǎn)化應(yīng)用。


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該設(shè)備用于條形層壓木、層壓紙板、墊塊、木件半成品長度方向的四邊邊棱同時倒角工作。



試驗部分



本研究采用無堿玻璃纖維布和芳綸纖維云母紙作為主要原材料,分別使用自制有機硅膠粘劑與市售有機硅膠粘劑制備有機硅玻璃布補強芳綸纖維云母帶,并與某進口同類產(chǎn)品進行性能對比。
通過模擬線棒的制備,將三種云母帶在相同工藝條件下繞包、浸漬同一種進口有機硅浸漬樹脂,經(jīng)烘焙固化后,系統(tǒng)評估其電氣性能、固化率及環(huán)境可靠性。試驗內(nèi)容包括膠粘劑固化率、云母帶基本性能、常態(tài)與熱態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)、擊穿電壓、主絕緣層固化率以及多環(huán)境因子耐久性試驗。



結(jié)果與討論



2.1 膠粘劑固化率與相容性

市售有機硅膠粘劑與浸漬樹脂固化后出現(xiàn)黃白色絮狀物,固化率僅為63.2%,說明其相容性差。而自制膠粘劑固化后呈透明均一狀態(tài),固化率達77.1%,滿足≥75%的技術(shù)要求。分析認為,自制膠粘劑中引入的乙烯基和苯基結(jié)構(gòu),增強了與浸漬樹脂的反應(yīng)性與相容性,形成均相整體。

表1 有機硅膠粘劑與浸漬樹脂固化物外觀及固化率

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2.2 膠粘劑工藝性

研究通過正交試驗優(yōu)化膠粘劑配方,確定最佳工藝參數(shù)為:乙烯基含量5%、催化劑用量2%、反應(yīng)時間2小時。該條件下制備的云母帶粘結(jié)性、柔軟性優(yōu)良,無返粘現(xiàn)象,繞包工藝性好。


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圖1 繞包外觀驗證(a) 繞包線圈端部外觀;(b) 繞包引線外觀


2.3 云母帶基本性能

自制云母帶(B)與國內(nèi)某公司云母帶(A)在厚度、云母紙含量等指標(biāo)上與進口產(chǎn)品接近,但拉伸強度和挺度優(yōu)于進口產(chǎn)品,有利于繞包過程中不斷帶、包覆平整。
表2 有機硅玻璃布補強芳綸纖維云母帶的檢測結(jié)果

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2.4 電氣性能分析

常態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù):在3kV高電壓下,A云母帶線棒介質(zhì)損耗因數(shù)顯著上升,而B云母帶與進口產(chǎn)品性能相當(dāng),說明其絕緣整體性好、內(nèi)部氣隙少。
熱態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù):在200℃條件下,B云母帶線棒性能與進口產(chǎn)品相當(dāng),再次驗證其膠粘劑與樹脂的良好匹配性。
擊穿電壓:B云母帶線棒擊穿電壓與進口產(chǎn)品相當(dāng),高于A云母帶,表明其絕緣強度高、整體性優(yōu)。

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圖2 不同電壓下的(a)常態(tài)及(b)熱態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)

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圖3 線棒擊穿電壓


2.5 主絕緣層固化率

B云母帶絕緣層固化率為78.6%,接近進口產(chǎn)品的79.5%,且膠含量在25%~35%的理想范圍內(nèi),說明其固化程度高,結(jié)構(gòu)致密。

表3 主絕緣層膠含量與固化率

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2.6 環(huán)境可靠性試驗

通過電熱老化、機械振動、冷熱循環(huán)、濕熱、沙塵等多因子環(huán)境試驗,B云母帶與進口云母帶制作的試驗?zāi)P驮?個周期后均未失效,表現(xiàn)出良好的環(huán)境適應(yīng)性與耐久性。



結(jié)  論



通過系統(tǒng)研究自制有機硅玻璃布補強芳綸纖維云母帶的繞包工藝性、電氣性能及環(huán)境可靠性,得出以下結(jié)論:
(1) 自制云母帶所用膠粘劑與浸漬樹脂相容性良好,固化率滿足技術(shù)要求;
(2) 自制云母帶繞包工藝性優(yōu)良,拉伸強度與挺度優(yōu)于進口產(chǎn)品;
(3) 自制云母帶在常態(tài)與熱態(tài)介質(zhì)損耗因數(shù)、擊穿電壓等電氣性能方面與進口產(chǎn)品相當(dāng),環(huán)境可靠性良好,可替代進口產(chǎn)品用于高速牽引電機的絕緣處理。


      高密弘祥機電科技有限公司是一家致力于全球客戶,提供電力變壓器裝配制造;電工絕緣紙板、絕緣層壓木、絕緣件加工制造;EVA造型加工三大系列產(chǎn)品,并且支持人工智能化專機制造。是集研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、安裝、培訓(xùn)及售后服務(wù)為一體民營企業(yè)。產(chǎn)品暢銷國內(nèi)并遠銷東南亞、南美、印度、巴基斯坦、俄羅斯等國家和地區(qū)。

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