快速法評定聚酰亞胺漆包線溫度指數研究

韓永進

（上海電纜研究所有限公司 中央研究院，特種電纜技術國家重點實驗室，上海200093）

0 引 言

聚酰亞胺具有優異的力學性能、耐老化性能、耐溶劑性能和絕緣性能，廣泛應用于H級和C級漆包線絕緣漆。隨著科技的進步，人們對漆包線的耐高溫和耐老化性能要求越來越高，因此，有必要對漆包線的溫度指數進行評定。目前，漆包線溫度指數的評定方法主要有常規法和快速法兩種。常規法準確可靠，但需要在3～5個恒定溫度下做老化試驗，試驗周期較長；快速法通過恒溫壽命試驗和動態熱重試驗測定漆包線的溫度指數，具有試樣少，周期較短的優點，因此被廣泛應用于漆包線溫度指數評定［1?3］。

GB／T 4074.8—2009［4］中規定的溫度指數評定方法適用于導體直徑為0.800～1.500 mm的漆包線，而對于導體直徑更小的的漆包線并未作出規定，因此開展相關研究十分必要［5］。本工作以小規格聚酰亞胺漆包線為研究對象，采用快速法對其進行溫度指數評定，探討快速法在小規格聚酰亞胺漆包線溫度指數評定中的適用性。

1 試驗部分

1.1 樣品制備

聚酰亞胺漆包線，導體直徑為0.20 mm和0.30 mm，二級漆膜，220級。對每個規格的漆包線，制備21個以上扭絞對試樣，備用。

1.2 試驗儀器

STPH?101型熱老化烘箱；JTGN?0.1 kVA／2 kV型漆包線工頻耐壓試驗儀；TG209F1型熱重分析儀；FA2004B型分析天平，可讀性0.1 mg。

1.3 試驗方法

1.3.1 恒溫壽命試驗

將絞線對試樣在125℃±5℃的烘箱中干燥2 h，冷卻后逐個稱取其質量。然后將絞線對置于310℃下進行恒溫老化試驗，每個周期的老化時間為24 h，每個周期老化后對試樣進行500 V，1 s的耐電壓試驗直至試樣全部失效。記錄每個絞線對的失效時間和質量，以及除去漆膜后裸導體的質量。

1.3.2 動態熱重試驗

制備漆包線的漆膜并在125℃±5℃的條件下烘干2 h，采用TG209F1型熱重分析儀（TGA）對漆膜進行熱重分析，升溫速率分別為2，4，6 K／min，空氣氣氛，空氣流量為50 mL／min。

1.3.3 計 算

漆包線絞線對恒溫老化失效后，按式（1）計算平均壽命，由式（2）計算試樣失重百分數。

式中：Lh為試樣平均壽命（h）；Li為第i個試樣失效時的老化總小時數減去12 h（h）；n為試樣個數。

式中：Cf為試樣失重百分數；ΣW0為試樣初始質量之和（mg）；ΣWn為失效試樣質量之和（mg）；ΣWc為試樣裸導體質量之和（mg）。

漆包線漆膜的活化能由式（3）得到，并由式（4）可得到漆包線在20 000 h下的溫度指數。

式中：Ef為活化能（cal／mol）；β為升溫速率（K／h）；θ為動態溫度（K）；a為常數。

式中：T20000為壽命20 000 h對應的溫度（℃）；Ef為活化能（cal／mol）；Lh為恒溫壽命試驗的平均老化時間（h）；Th為恒溫壽命試驗的老化溫度（K）。

2 結果與討論

2.1 恒溫壽命試驗

按照試驗方法將21個漆包線絞線對試樣在310℃下恒溫老化，直至全部絞線對耐壓失效。由式（1）和式（2）計算試樣的平均壽命和失重百分數，結果見表1。

表1 恒溫壽命試驗數據

由表1可知，經過310℃的老化后，0.20 mm和0.30 mm聚酰亞胺漆包線的的平均壽命分別為231.7，211.5 h，老化后失重百分數的平均值為16.4%和17.8%，0.5Cf的取值均為10%（以失重5%為進位單位）。

2.2 動態熱重試驗

試驗考察了漆包線漆膜在2，4，6 K／min等3個不同升溫速率下的熱重行為，不同升溫速率下漆膜的熱失重曲線見圖1。

圖1 聚酰亞胺漆膜在不同升溫速率下的熱失重曲線

由圖1可知：聚酰亞胺漆膜具有良好的耐熱性，起始失重溫度達到了400℃，只有一個失重臺階。由熱失重曲線可得到不同升溫速率下聚酰亞胺漆膜在失重0.5Cf時的溫度，結果見表2。

表2 不同升溫速率下漆膜失重0.5C f時的溫度

2.3 溫度指數

根據式（3），設Y＝lgβ，X＝1／θ，b＝－Ef／4.348，通過最小二乘法可計算得到聚酰亞胺漆膜活化能，結果見表3。

由表3可知：0.20 mm漆包線漆膜的活化能為30 469 cal／mol，0.30 mm漆包線漆膜的活化能為32 740 cal／mol。相關系數的絕對值接近于1，表明變量的線性相關性較高。

表3 不同規格聚酰亞胺漆包線膜活化能的計算

根據活化能以及漆包線恒溫壽命試驗的老化時間和老化溫度，由式（4）可得到聚酰亞胺漆包線在20 000 h下的溫度指數，結果見表4。

表4 聚酰亞胺漆包線的溫度指數

由表4可知：0.20，0.30 mm的聚酰亞胺漆包線的溫度指數分別為225，229，這與該漆包線的溫度指數等級一致。

3 結束語

參照GB／T 4074.8—2009對0.20，0.30 mm的聚酰亞胺漆包線進行了快速法溫度指數評定，其溫度指數與該聚酰亞胺漆包線的溫度指數等級相一致，說明快速法在小規格聚酰亞胺漆包線的溫度指數評定中具有較好的適用性。