我國環保型絕緣材料的現狀及發展方向

盧春蓮 周 鍵

（1.哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 150040; 2.桂林電器科學研究所，廣西 桂林 541004）

1 引言

隨著全球大工業化發展進程的加劇，以及人口數量增長速度的加快，對天然資源，尤其是能源需求的不斷擴大，使得人類賴以生存的自然環境不斷受到侵害，引發的水污染、空氣污染、大氣污染等自然災害連年不斷發生，已經到了嚴重威脅人類生存的地步，為我們敲響了警鐘。所以，人們從幾十年前就開始關注環境問題。進入20世紀人類提出了許多新理念，例如：循環經濟、低能耗產品、低碳工業及新能源產業等。這些新興產業都是可持續發展的經濟模式，必將推動新一輪科學技術的迅猛發展。

2 國內外絕緣材料在環保領域的發展狀況

以循環經濟、低能耗產品、低碳工業及新能源產業等為代表的環保工業體系，極大地改變和促進了世界機電行業的發展模式。同時也改變了絕緣材料的研發理念和產品結構。

與發達國家相比，我國的機電工業及其絕緣材料行業，還處于比較落后的水平。幾十年前從美國西屋公司30萬kW、60萬kW發電機組大規模引進的時候，奧地利Rembrandtin Lack公司的水溶性半無機硅鋼片漆、美國 GE公司的無溶劑多膠粉云母帶等環保型絕緣產品，并沒有引起我們的足夠重視。而 10年前哈爾濱電機廠從德國西門子引進的Micalastic絕緣系統，其中的環保產品就引起國內制造廠家的廣泛重視，例如：ET884無稀釋劑的環氧酸酐VPI浸漬樹脂、L611熱收縮絕緣保護帶等，對改善工藝性和減小環境污染起到了積極作用。目前，國內東電、哈電發電機定子線棒SVPI、風力發電機絕緣也都采無稀釋劑的環氧酸酐VPI浸漬樹脂。另外，經過幾年努力，國內部分企業的同樣產品也實現了工業化批量生產，成功地替代了國外進口產品。

2.1 EB5001G水溶性半無機硅鋼片漆

該產品是國外知名公司制造大型、超大型高壓電機指定的硅鋼片漆，銷售量占全世界硅鋼片漆產量的50%以上。近年來美國杜邦公司的 Voltatex E1151A水溶性半無機硅鋼片漆后來者居上。

表1 EB5001G水溶性半無機硅鋼片漆的技術指標

表2 E1151A水溶性半無機硅鋼片漆的技術指標

嘉興清河高力絕緣有限公司聯合浙江大學、哈爾濱理工大學及濟南發電設備廠經過幾年的努力，完成了國產水溶性半無機硅鋼片漆的開發。在哈爾濱電機廠交直流責任有限公司和濟南發電設備廠批量使用結果，表明可以替代進口產品。

表3 國產0151水溶性半無機硅鋼片漆的技術指標

2.2 無溶劑多膠粉云母帶

該產品多年來都是美國 GE公司的著名品牌，目前被瑞士Von Roll公司收購，F級無溶劑多膠粉云母帶現在的牌號為：Mica Mat 77984。特點是生產和使用過程中，沒有溶劑揮發，可實現無氣隙絕緣結構，并有利于保護環境，而且性能優異，儲存期較長，低溫快固化。

表4 Mica Mat 77984云母帶的技術指標

桂林電器科學研究所、上海同力絕緣材料廠、四平絕緣材料廠等單位也正在從事F級無溶劑多膠粉云母帶的開發研究。

2.3 ET884環氧酸酐VPI浸漬樹脂

ET884純環氧酸酐VPI浸漬樹脂作為德國西門子 Micalastic絕緣系統的重要組成部分，真正做到了低毒、無揮發、低溫快固化的環保型絕緣產品。

表5 ET884環氧酸酐VPI浸漬樹脂的技術指標

2.4 L611熱收縮絕緣保護帶

該產品具有單向透氣、高溫收縮的特征。在80℃下收縮率很小。浸漬過程中不影響浸漆效果（滲透性）。在烘焙過程中絕緣保護帶受熱后收縮，在繞組表面形成一個“殼體”，既保證繞組端部形狀和尺寸，又將內部的浸漬樹脂“包裹”住，有效地防止浸漆樹脂的流失。在提高整體性能的同時，減少了對環境的污染。

表6 L611熱收縮絕緣保護帶的技術指標

上海均達絕緣材料公司、上海新藝絕緣材料公司，已經完成熱收縮絕緣保護帶的國產化工作，并可以大批量生產和供貨。

2.5 東絕廠的無鹵阻燃材料

歐盟兩個環保指令公布實施后，引起國內相關企業的廣泛重視，并做到快速應對。東方絕緣材料廠自主開發的無鹵阻燃材料，成功應用于薄膜、層壓、塑料等制品，取得了良好的經濟效益和社會效益。

表7 三嗪阻燃材料的技術指標

與國外發達國家相比，我國絕緣材料行業大多數產品缺少環保技術的支撐，尤其在新產品研發初期就沒有建立環境保護的理念。產品、技術的落后，可以通過引進和自主開發而迎頭趕上，但是，對環境保護的認識和理念的缺乏和落后，卻將以國人慘痛的代價和幾代人的努力才能見到效果。可喜地是近年來國內絕緣材料生產制造廠，對國際上環保型新材料、新工藝、新技術的響應速度明顯加快。使用廠在對其選擇時，也將環保因素作為考慮的重點。

2.6 絕緣材料在環保領域的作用

絕緣材料作為有機及無機電用高分子聚合物或復合材料，在生產制造和使用過程中，不可避免要有有毒有害物質排出，損害人的健康和污染環境。所以要求絕緣材料的研究者、制造者和使用者們在最早期就力爭做到有毒有害物質排放最小化，以及選擇處理技術和回收再利用。

2.7 絕緣材料在循環經濟中的作用

循環經濟是要解決資源有限和需求無限的矛盾、經濟發展和環境保護的矛盾。循環經濟在很早以前就在絕緣材料領域得到應用，例如：在聚酰亞胺薄膜制造過程中，N、N—二甲基乙酰胺溶劑的回收再利用；在聚酯薄膜制造過程中，利用聚酯廢邊及廢品制造聚酯漆包線漆和聚酯浸漬漆；或重新造粒再生產聚酯薄膜；聚酯類漆包線生產過程中的三混甲酚溶劑循環燃燒裝置等。

2.8 絕緣材料在低能耗產品中的作用

在絕緣材料生產制造和使用過程中，盡可能降低反應溫度，縮短反應時間，即大力發展低能耗產品。例如：從1032醇酸樹脂漆到1038醇酸樹脂漆（快干型）的研制工作；從5440-1桐馬多膠粉云母帶到 5440-1K（快固化型）多膠粉云母帶的研制工作等。以及從普通沉浸工藝發展為滴浸工藝；近年來發展較快的低溫快固化技術等。

表8 5440-1K（快固化型）多膠粉云母帶的技術指標

2.9 絕緣材料在低碳工業中的作用

低碳經濟是要解決高能耗、高污染、高排放的問題。絕緣材料在低碳工業中的作用就是在生產制造和使用過程中，盡可能降低能源消耗，消除或減少有毒有害物質及溫室氣體的排放。

最有效的方法是采用低溫快固化工藝，及無溶劑技術和水溶性技術。例如：美國 GE公司的Micadur-Ⅱ絕緣系統；美國杜邦公司的 Voltatex E1151A水溶性半無機硅鋼片漆；德國西門子公司的Micalastic絕緣系統及日本TMEIC公司的絕緣系統等。

2.10 絕緣材料在新能源工業中的作用

新能源工業主要包括：大型核動力發電、風力發電機、光伏發電及潮汐發電等。它們對絕緣材料提出不同的要求，極大地促進了絕緣材料技術的發展，例如：

（1）哈爾濱電機廠交直流責任有限公司從美國引進的目前處于國際領先水平的核動力主泵電機（AP-1000）。其絕緣系統及組分材料全部依賴進口，性能指標都對我們保密。該絕緣系統要求耐高溫、耐輻照、變頻等性能，關鍵材料及技術是：①200級漆包扁線；②200級有機硅無溶劑VPI浸漬樹脂；③200級槽絕緣；④特種絕緣固定材料；⑤特種防護材料等，以上絕緣材料目前在國內尚屬空白。

（2）新型核動力驅動機構絕緣系統及組分材料的研究。

主要應用于新型核動力技術，即先進堆技術——將驅動機構從核反應堆外移至核反應堆內。

關鍵材料及技術是超耐高溫有機材料經過高溫處理轉化為無機材料。其中包括匝間絕緣、浸漬樹脂、槽絕緣和引線絕緣等。

（3）大功率風力發電機的絕緣系統及其組分材料的研究。

大功率風力發電機作為新能源工業的重要組成部分，近年來在我國發展速度驚人，但是其絕緣系統及其組分材料的使用較為混亂，有必要進行合理的規范和研究。

其中的關鍵技術是：①耐電暈聚酰亞胺薄膜少膠云母帶的研制；②H級VPI浸漬樹脂的研制；③絕緣防護材料的研制。以此解決該絕緣系統耐電暈、耐高溫及工作環境嚴酷等實際問題。

（4）混合動力汽車絕緣系統及組分材料的研究。

混合動力汽車是低碳工業及新能源技術的新興產品。其在絕緣系統和組分材料的關鍵技術是解決電機耐電暈、耐高溫和交變電壓等問題。需要①研制耐電暈、耐高溫的漆包導線；②研制耐電暈、耐高溫的浸漬樹脂；③電機端部高導熱環氧澆注材料的研制；④先進的絕緣固定技術的研究；⑤整機及絕緣防護技術的研究。

（5）太陽能發電專用絕緣系統及組分材料的研究。

主要應用于新能源領域。關鍵技術是：高純度特種聚酯薄膜的制造技術，其中主要包括高純度特種聚酯薄膜的制造工藝和生產設備的設計與制造。

（6）潮汐發電專用絕緣系統及組分材料的研究。

主要應用于新能源領域。關鍵技術是解決電機的耐鹽霧及防潮問題。研制耐鹽霧及防潮絕緣材料；研制絕緣防護材料及其絕緣防護結構的研究等。

3 在“十二五規劃”中環保型絕緣材料的研發方向

“十二五規劃”的宗旨和意義是：發展先進技術、替代進口產品、樹立環境保護意識等。

未來我國機電工業的發展趨勢為：超大型水輪發電機組、超大型核動力發電機組、大型風力發電機組、高壓電動機（電壓等級≥20kV）、超高壓直流輸配電、太陽能工程、混合動力汽車產業等節能環保工業。另外，大型火力發電機組的技術改造工程（環保及增容的要求，即減少碳硫排放及減薄絕緣的需要）也將成為研究重點。

因此，環保型絕緣材料的研發方向應為：

（1）無溶劑和水溶性環保型絕緣材料。

（2）低溫快固化的節能型絕緣材料。

（3）可循環使用的節約型絕緣材料。

（4）環保產業所需要的配套型絕緣材料。

（5）針對天然物質的替代型絕緣材料。

（6）對老產品進行的技改型絕緣材料等。

（7）絕緣材料環保評定方法的研究等。

4 結論

絕緣材料作為機電工業的基礎化工材料，理所當然應該淘汰落后的生產技術，大力發展先進的環保工業技術，為我國可持續發展的國民經濟作出新貢獻。“十二五規劃”中已經將循環經濟、低能耗產品、低碳工業及新能源產業，作為創新技術的發展目標。因此，我國相對落后的絕緣材料工業將面臨新的挑戰和新的機遇。

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