漆包線行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展

凌春華， 李 福， 索晉玄

(上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

隨著電氣工業(yè)的迅速發(fā)展，所用漆包線的品種及產(chǎn)量快速增長。尤其是我國漆包線的產(chǎn)量近十年增長了四倍左右，2010年將達到124萬噸，漆包線漆的用量接近20萬噸，成為世界上第一漆包線制造大國。國內(nèi)近10年的漆包線產(chǎn)量和用漆量如表1所示。

表1 1999～2010年漆包線產(chǎn)量和漆的需求量(單位:萬噸)

目前使用的漆包線漆的品種主要有聚氨酯、聚酯、聚酯亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺等。在生產(chǎn)漆包線時根據(jù)規(guī)格不同，涂漆時漆的固體含量在10%～30%不等，也就是說溶劑的比例為70%～90%。目前國內(nèi)外生產(chǎn)漆包線幾乎都是用有機溶劑漆，絕大部分用的是甲苯酚、二甲苯等。這些含苯環(huán)的有機溶劑對含苯環(huán)的耐熱高分子溶解性好，涂漆工藝性、性價比等綜合性好，但毒性較大。毒性級別分為一級和二級(見表2)。

表2 漆包線漆常用溶劑的毒性

以每噸漆用有毒溶劑為70%計算，加上生產(chǎn)中揮發(fā)及清洗用溶劑，我國漆包線行業(yè)每年要用掉甲苯酚、二甲苯等有毒溶劑約14萬噸，對人體健康及環(huán)境造成很大危害。隨著控制大氣污染法律越來越嚴(yán)格，為了改善漆包線行業(yè)這種狀況，國內(nèi)外近年來大力開展節(jié)能減排技術(shù)的研究。主要在以下兩個方面:無(低)公害漆包線漆及涂線工藝技術(shù)研究;漆包爐、退火爐等生產(chǎn)設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)研究。

1 無(低)公害漆包線漆及涂線工藝

無(低)公害漆包線制造及固化方式見表3。

表3 無(低)公害漆包線制造工藝

1.1 高固體含量漆

在漆包線制造行業(yè)，最終的目標(biāo)是完全不用有毒溶劑，但在目前通過提高漆的固體含量和降低粘度，也能簡單地實現(xiàn)節(jié)約部分溶劑。在制漆時減少有機溶劑甲酚及二甲苯的用量，即提高漆的固體含量。通過多年的努力，目前可把原有漆的固體含量提高5%～20%，達到35%～50%。有的公司固體含量60%的高固體含量漆，因粘度提高了，通常要用模具法涂漆，漆槽采取加熱保溫等措施。高固體含量漆不僅節(jié)約溶劑，而且也可節(jié)約烘干能源、減少涂漆毛氈消耗，目前已被各國普遍采用。

上海電纜研究所研制成功固體含量達到50%的聚酯漆，之后又相繼研制成功其他高固體含量35%的改性聚酯漆、聚酯亞胺漆，也引進了國外高固體含量35%～50%的各種漆包線漆。但有很多廠家，因線規(guī)格多、批量小、穿模困難等原因未用高固體含量漆，近年來隨著模具涂漆的擴大應(yīng)用，高固體含量漆的應(yīng)用也日益增多，節(jié)約溶劑效果良好。若以我國每年消耗20萬噸漆包線漆來計算，采用高固體含量漆可節(jié)省大量溶劑(見表4)。

表4 漆包線漆常用溶劑的毒性

1.2 低毒溶劑漆

在現(xiàn)階段另一種途徑就是設(shè)法改進漆的制造配方及工藝，用低毒溶劑來代替甲酚及二甲苯等，常用的有:乙二醇醚類(R－OC6H4OH)、二乙二醇醚類(R－OC2H4－OC2H4OH)、N－甲基吡咯烷酮等。因為這類溶劑不能很好地溶解現(xiàn)在配方工藝制造的漆基樹脂，必須重新設(shè)計配方及工藝，使其既能被溶解，達到高固體含量，并具有不高的粘度，又不降低漆包線漆膜性能，這具有一定的技術(shù)難度。Dr.Beck公司已開發(fā)成功F級改性聚酯及H級聚酯亞胺等品種的低毒溶劑漆包線漆，且已批量生產(chǎn)，不足之處是成本比用甲酚及二甲苯的漆高。但為了減少毒性對人體的侵害，這種投資是值得的。國內(nèi)也試制成無甲酚聚酯漆包線漆，采用醇醚類溶劑，性能良好，但因價格高而未能得到生產(chǎn)應(yīng)用。

1.3 水溶性漆

因為有機溶劑有毒性及易燃易爆性，所以設(shè)法用水做溶劑來制備漆包線漆。國內(nèi)外開展了不少研究，很多化學(xué)家對水溶性樹脂的合成工作進行深入的研究。主要的難度在于，既要把溶解于甲酚及二甲苯的漆基樹脂改成能溶解于水的高分子，又要使涂成的漆包線的機械性能、電性能、耐化學(xué)等性能保持原有指標(biāo)。上海電纜研究所經(jīng)過多年研究，克服種種難題先后研制成功，水溶性聚酯電泳漆、水散體聚酯漆及水溶性聚酯亞胺漆，取得良好社會效果。我國也引進了Dr.Beck公司的水溶性聚酯亞胺漆包線漆的制造技術(shù)，但因其在水溶性方面的高分子合成用原料方面成本較高，使其漆的價格也提高了。另一方面，水的汽化熱比有機溶劑高，使漆包線烘干時耗能也較高，出線速度慢，使漆包線生產(chǎn)成本提高，而難以推廣。隨著人們對環(huán)境保護問題的日益關(guān)切，該方法將會為人們所重視。

1.4 無溶劑漆

為了徹底消除公害，最好不用溶劑。在這方面研究開發(fā)的方法有，熱熔樹脂法、擠出樹脂法、粉末硫化床涂敷法等新工藝。

1.4.1 熱熔樹脂法

制成的漆基樹脂不加溶劑，常溫下是固態(tài)，必須加熱到180℃左右才能變?yōu)榭梢酝烤€的液態(tài)。由于長期加熱，樹脂易固化，所以要解決樹脂的配方問題，使之在180℃左右不固化。至于在烘爐中高溫下固化的技術(shù)問題，我國從德國Dr.Beck公司已引進了這種產(chǎn)品制造技術(shù)(但該樹脂中仍含有10%的有機助溶劑)，采用這種方法必須增加一套樹脂熔融加熱模具涂漆裝置。在品種上，主要還局限于聚酯亞胺等個別產(chǎn)品，漆層均勻性控制難，而且只能涂制大規(guī)格的漆包線。

1.4.2 擠出樹脂法

現(xiàn)有的漆包線傳統(tǒng)制法都是“漆液－多道涂線－烘干固化”的工藝模式，主要是在漆層很薄的情況下，保證漆層的均勻性及減少針孔。是否能用擠塑料線一樣的方法制造漆包線呢?這樣可不用有機溶劑，徹底解決溶劑的公害問題。瑞士Maillefer公司與德國Dr.Beck公司合作研制出一套擠出流水線來制造漆包線，關(guān)鍵在于解決擠出漆層精密、均勻。擠出料必須是熱塑性樹脂。目前只限于耐熱性低的聚酯、聚氨酯等品種，并只能做大規(guī)格漆包線。要工業(yè)化生產(chǎn)，還有很多質(zhì)量上、技術(shù)上及經(jīng)濟上的困難要進一步克服。

1.4.3 粉末涂敷法

為了消除有機溶劑的公害，粉體涂料在涂料行業(yè)有大量的應(yīng)用，用在漆包線方面也進行了不少研究。需要把樹脂制成很精細(xì)的粉末，采用硫化床法或靜電法涂敷在線上。目前還只限于變壓器用的大規(guī)格扁線上，主要難點是漆膜一次成形后的多孔性，且漆層較厚、漆層的均勻性難以控制，耐電壓低等問題。國內(nèi)已有廠家投入生產(chǎn)，效果良好。

2 漆包線生產(chǎn)設(shè)備及工藝節(jié)能減排技術(shù)

2.1 漆包烘爐采用催化燃燒熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)

目前漆包線生產(chǎn)中，仍都采用有機溶劑漆包線漆，盡管部分采用高固體含量的漆包線漆，但有機溶劑仍占三分之二左右，為此開發(fā)了催化燃燒的漆包機，將涂漆過程中的溶劑催化燃燒掉，使溶劑不直接排放到大氣中。目前國外均采用催化燃燒熱風(fēng)循環(huán)漆包機，即把有機溶劑燃燒再產(chǎn)生的熱空氣，通過循環(huán)系統(tǒng)再用于漆包爐中，用于線的烘干。這樣既能阻止溶劑直接排放大氣中，又利用溶劑催化燃燒產(chǎn)生的熱能，即將溶劑作為第二能源。國內(nèi)外在漆包爐的設(shè)計上不斷改進，加裝二次催化燃燒裝置，使涂漆中揮發(fā)的溶劑充分燃燒，燃?xì)鉄崃砍浞掷?，廢氣排放更加干凈(含碳量小于10 mg/Nm3)，從而使漆包線生產(chǎn)的單位產(chǎn)量、電能消耗大幅度降低。這既降低了成本，又減少了對環(huán)境的污染。國外漆包線生產(chǎn)均采用這種高效節(jié)能、污染少的漆包機，國內(nèi)大部分漆包線生產(chǎn)廠也已采用，但有不少廠還在用老式漆包機，仍把溶劑直接排到大氣中，需要盡快更新設(shè)備，節(jié)約電能，保護環(huán)境。

2.2 退火爐采用退火管電阻加熱技術(shù)

通常漆包機中的退火爐采用電熱管間接加熱退火管，熱能損耗大?，F(xiàn)在改為在退火管上直接通電發(fā)熱，熱量損耗少，可節(jié)約用電40%左右。

2.3 高速漆包機

新開發(fā)的漆包機的速度不斷提高，例如MAG公司的HEX-5型臥式漆包機，DV值高達250。漆包機的速度提高，不但產(chǎn)量提高了，而且單位產(chǎn)量的電能消耗降低了很多，最多時可降低電能40%左右。

圖1為漆包線涂漆工藝的能耗和DV值關(guān)系。從圖1中可以看出，提高DV值可使能耗下降，這種影響對于小規(guī)格產(chǎn)品更為顯著。

圖1 DV值與能耗的關(guān)系

2.4 用模具法代替毛氈法涂漆

傳統(tǒng)用羊毛氈涂漆，用一段時間后毛氈就會毛細(xì)孔堵塞及彈性降低，需要經(jīng)常更換，毛氈用量很大。金屬模具涂漆，模具使用壽命長，可節(jié)約大量毛氈。

2.5 其他節(jié)能減排技術(shù)

2.5.1 拉絲-漆包一體化工藝

國外漆包線生產(chǎn)廠普遍采用拉絲與漆包聯(lián)合，串聯(lián)起來生產(chǎn)漆包線，主要有以下優(yōu)點。

(1)拉絲-漆包聯(lián)合作業(yè)時，拉絲方向與涂漆方向相同，導(dǎo)線表面不會形成倒刺，有利于涂漆質(zhì)量提高;

(2)拉絲－漆包要同步，拉絲速度比單拉時速率低，提高了銅線的延伸率，改善了漆包線的柔軟性;

(3)進線規(guī)格減少，從而減輕了拉絲工序的壓力，降低了生產(chǎn)成本;

(4)進線規(guī)格大，放線容量大，減少了換盤次數(shù)，不但減輕了工人勞動強度，而且漆包線的長度可大幅度加長，從而提高了質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.5.2 大容量收線及放線

拉絲-漆包聯(lián)合生產(chǎn)，裸銅線放線盤容量可達1 500～2 000 kg，收線盤每軸可達400 kg。這無論對漆包線的生產(chǎn)者還是對使用者都感到方便和滿意，因為提高了生產(chǎn)效率，降低了單位產(chǎn)品損耗。

2.5.3 采用密閉涂漆裝置

漆的粘度隨季節(jié)而變化，將影響涂漆質(zhì)量，所以國外漆包機箱都有加熱恒溫系統(tǒng)。為了長期保持漆的純凈，在循環(huán)計量泵供漆時，在回路中增加過濾裝置及補加溶劑系統(tǒng)，使涂漆質(zhì)量和上漆量始終保持恒定，從而保證漆包線的漆膜質(zhì)量一致。采用涂漆裝置密封、管道供漆、廢氣回收利用，以減少車間氣味。

除以上節(jié)能減排技術(shù)外，各漆包線生產(chǎn)廠還根據(jù)自身的條件提出了多種節(jié)能減排方法，如采用車間管道供漆系統(tǒng)、車間廢氣回收系統(tǒng)、車間余熱回收再利用系統(tǒng)等。

3 結(jié)束語

漆包線行業(yè)的能耗及污染非常嚴(yán)重，通過近年來的不懈努力，開發(fā)了高固體含量漆、無溶劑漆、水溶性漆、低毒溶劑漆等，在新產(chǎn)品及新工藝上取得了一定的進展。同時在催化燃燒、熱風(fēng)循環(huán)漆包機等方面也取得了很大成功，把暫時不能取代的有毒溶劑作為二次能源催化燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能，用于固化漆包線漆，減少了溶劑的直接排放。今后需更加努力提高漆包線生產(chǎn)節(jié)能減排的技術(shù)水平，在行業(yè)里大力推廣已成熟的節(jié)能減排技術(shù)，進一步降低能耗，減少對環(huán)境的污染。

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