間位芳綸樹脂對牽引電機(jī)用耐高溫絕緣漆的改性研究

陶超

摘? 要：使用間位芳綸樹脂對聚酯亞胺絕緣漆進(jìn)行改性，制作出牽引電機(jī)用耐高溫絕緣漆，從而研究樹脂對絕緣層附著力、 電氣性能、阻燃性能等的影響。

關(guān)鍵詞：間位芳綸;牽引電機(jī);耐高溫;絕緣;改性

牽引電機(jī)的性能質(zhì)量直接關(guān)系到整個車輛運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)階段高鐵和動車組運(yùn)動對牽引電機(jī)性能有更高的要求。實際運(yùn)行中大工作電流會讓電機(jī)損耗率增加，大工作電流會讓牽引電機(jī)溫度升高，溫度甚至?xí)^200℃以上，這對牽引電機(jī)的絕緣性提出了更高的要求。牽引電機(jī)絕緣漆是牽引電機(jī)發(fā)揮絕緣性能的重要組成部分，有極好的耐高溫性能、阻燃性能和優(yōu)良的電氣絕緣性能。

1.絕緣漆基料研究

傳統(tǒng)表面的絕緣漆基料樹脂多為環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧酸酐等，這一類絕緣漆具的有很強(qiáng)的絕緣性能，因此該設(shè)備被廣泛使用在電氣絕緣的多個領(lǐng)域內(nèi)。但是傳統(tǒng)的表面絕緣磁漆耐熱性能一般，只適合使用B級、F級、H級速表面絕緣漆。牽引電機(jī)由于本身工作的特殊需要，需要表面絕緣漆長期耐熱性能達(dá)到200℃以上，至少應(yīng)達(dá)到C級絕緣材料要求上。B級耐熱為130℃，F(xiàn)類為155℃，H級耐熱為180℃。芳綸材料是一種性能優(yōu)良的絕緣性新型材料，具備極好的阻燃性、熱穩(wěn)定性、電氣絕緣性能等。本文主要是研究間位芳綸樹脂對聚酯亞胺樹脂基表面絕緣漆進(jìn)行改性，主要目標(biāo)是提高牽引電機(jī)的性能，提高耐熱性、阻燃性，從而滿足現(xiàn)階段車輛運(yùn)行的需要[1]。

2.試驗

2.1 原材料

選取工業(yè)級聚酯亞胺樹脂，混合溶劑間位芳綸樹脂混合溶劑、氧化鐵紅、云母粉、復(fù)合磷酸鋅;分散劑，化學(xué)純;防沉劑;MDI固化劑。

2.2 制備表面絕緣漆

按照配方量稱取聚酯亞胺樹脂、分散劑和混合溶劑，將其混合均勻后在加入填料和助劑，之后將其高速分散20min，研磨至≤μm，之后繼續(xù)加入間位芳綸樹脂制作得到漆料的組分，之后加入適當(dāng)混合溶劑調(diào)整漆料組分黏度為100～140s，將制作得到的組分與固化劑按照6：1質(zhì)量比配合， 制作成絕緣漆。

2.3 性能測試

將材料噴涂在試板上，按照GB/T 1981.2-2009來測試電氣絕緣性能，根據(jù)GB/T 2406.2-2009來測試設(shè)備的阻燃性能，準(zhǔn)備220℃的試驗溫度，進(jìn)行500h絕緣漆耐熱性能的測試;根據(jù)GB/T 5210-2006來測試材料的漆膜附著力[2]。

3.討論分析

3.1樹脂用量對絕緣漆性能的影響

間位芳綸具備非常優(yōu)良的阻燃性能，極限氧的指數(shù)大于28，在火焰下，不延燃和不助燃，離開火焰后即可熄滅。間位芳綸樹脂用量對絕緣漆阻燃性能和附著力的影響體現(xiàn)在：

由上表可知，隨著間位芳綸樹脂用量不斷增大，絕緣漆的氧指數(shù)也呈現(xiàn)出上升的趨勢，即絕緣性阻燃性能良好。主要原因是由于間位芳綸分子結(jié)構(gòu)中的酰胺基團(tuán)以間位方式與亞苯環(huán)基相連接，屬于分子內(nèi)相互作用下最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)作用下分子內(nèi)氫鍵作用，這些分子結(jié)構(gòu)特征賦予更多的耐熱性能、阻燃性能。但是隨著間位芳綸適樹脂用量進(jìn)一步增加，期末的附著力也會在一定程度上下降，間位芳綸樹脂用量為15%的時候，聚酯亞胺樹脂絕緣漆具備優(yōu)良的阻燃性、附著力，此時得到的性能如表1。

3.2 加入15%間位芳綸樹脂的性能

間位芳綸材料具備極為優(yōu)良的電氣絕緣性能，現(xiàn)階段廣泛運(yùn)用在電氣設(shè)備中，根據(jù)表1 的性能來看，加入量為15% ，絕緣漆加入間位芳綸樹脂改性后性能大幅度提升，具備極強(qiáng)的耐熱性能和絕緣性能，實際附著力也不斷下降。這是因為間位芳綸樹脂可提供附著力的活性基團(tuán)極少，間位芳綸樹脂分子量大不能潤濕底材的表面，因此附著力顯著下降，但是性能仍舊在所要求的范圍之內(nèi)。間位芳綸分子結(jié)構(gòu)中氫鍵在兩個平面內(nèi)排列成三維結(jié)構(gòu)，由于氫鍵的存在，讓其與化學(xué)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、穩(wěn)固。間位芳綸的分子結(jié)構(gòu)是排列規(guī)整的鋸齒形大分子結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了該材料的耐高溫性能，玻璃化轉(zhuǎn)化溫度為270℃，同時間位芳綸介電常數(shù)也會顯著降低。絕緣漆中，通過加入間位芳綸實現(xiàn)改性后，絕緣性、耐熱性能都得到了大幅度的提升，因此在實際使用中具備極好的效果，同時也是作為絕緣漆主要材料。

3.3 耐熱性能

聚酯亞胺樹脂改性后的絕緣漆在220℃下，經(jīng)過500h的高溫試驗后，漆膜外觀出現(xiàn)以下變化：未改性的絕緣漆在200℃下和500h高溫的試驗后，漆膜嚴(yán)重變色，漆膜有開裂、脫落的現(xiàn)象。經(jīng)過15% 間位芳綸樹脂改性后，再次在220℃下經(jīng)過500h高溫試驗后，表面的漆膜仍舊完整， 漆膜僅僅是輕微的變色，并沒有脫落、開裂的現(xiàn)象。通過獲取芳綸樹脂改性絕緣漆SEM圖，試驗看出耐高溫試驗之前，未改性的漆膜表面呈多孔狀，顏料顆粒之間的排列接觸緊密，而經(jīng)過改性后的絕緣漆材料加入填充漆膜孔隙后，漆膜的致密性、耐熱性能、電氣性能等均顯著提升。在經(jīng)過耐高溫試驗后未改性的絕緣漆膜表面呈疏松孔狀，顏料顆粒凸出。這是因為聚酯亞胺樹脂分子鏈經(jīng)過高溫的破壞粉化，改性后的樹脂在經(jīng)過高溫烘烤之后有輕微的變化，經(jīng)過間位芳綸樹脂改性后，絕緣漆的耐熱性能也大大提升，滿足耐高溫絕緣漆使用的要求[3]。

3.4 熱穩(wěn)定性的研究

根據(jù)實際研究來看，加入間位芳綸樹脂改性后的絕緣漆比未改性的聚酯亞胺樹脂在起始分解溫度、最大失重速率等均有不同程度的提升。宏觀上來看間位芳綸樹脂的耐高溫性能優(yōu)于聚酯亞胺樹脂，改性后的芳綸樹脂改性后絕緣漆熱穩(wěn)定性顯著提高。微觀上來看，改性后的分子結(jié)構(gòu)相互纏繞，形成IPN結(jié)構(gòu)，分子與分子之間的作用力增加，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，從而改善了絕緣漆的熱穩(wěn)定性。

結(jié)語：

綜上，根據(jù)試驗驗證結(jié)果，得到了相關(guān)參數(shù)，證明在得出的參數(shù)可以滿足牽引電機(jī)的使用要求，牽引電機(jī)作為鐵路車輛編組的驅(qū)動單元，實際性能能夠直接影響到整個車輛運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)階段我國設(shè)備處于高速發(fā)展的重要階段，高鐵和動車組發(fā)展更快，對牽引電機(jī)的功率和可靠性提出了更高的要求，對其進(jìn)行研究，對新時期我國的發(fā)展有積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦盼亮， 吉永紅， 劉嬿，等. 牽引電機(jī)用國產(chǎn)與進(jìn)口間位芳綸紙的性能對比研究[J]. 絕緣材料， 2022， 55（2）：5-5.

[2]徐振， 由久浩， 沈逍安，等. 闊葉木漿/間位芳綸沉析纖維復(fù)合紙的制備及其性能研究[J]. 中國造紙， 2021， 40（8）：7-7.

[3]烏云其其格 1 ， 廖子龍 1 ， 雷娜 1 ， 馬連勇 2 ， 李峰 2. 纏繞成型用中溫固化增韌環(huán)氧樹脂芳綸纖維復(fù)合材料研究[J]. 化工新型材料， 2022， 50（1）：4-4.