漆包圓繞組線的耐冷凍劑試驗及影響因素探討

沈麗敏

（廣東產品質量監督檢驗研究院，廣州 510330）

制冷系統用漆包線，也叫耐氟利昂漆包線，顧名思義就是能夠耐得住以氟利昂為冷凍劑的一種漆包線，一般用于制冷系統中的壓縮機，是冰箱、空調壓縮機的關鍵部件。耐氟利昂漆包線與壓縮機共同密封于制冷循環系統中，在電機運行過程中，絕緣材料直接承受制冷劑、壓縮機一冷一熱的溫差作用。對于普通漆包線，就會在壓縮機冷熱的工作狀態下，被冷凍劑漲破，使漆膜遭到破壞，失去絕緣性。因此，通過進行耐冷凍劑試驗，可以判斷絕緣材料品質的好壞以及可以發現生產工藝是否存在缺陷。文章主要論述了耐冷凍劑試驗的試驗原理、方法和規定要求，在試驗的基礎上分析了耐冷凍劑試驗不合格的原因及產生的影響。

1 耐冷凍劑試驗定義及原理

1.1 定義

耐冷凍劑性能用置于冷凍劑中的漆包線漆膜的萃取物數量和擊穿電壓表示。

1.2 試驗原理

1.2.1 萃取

將盛有漆包線試樣的虹吸杯置于壓力釜中，然后將一定量的制冷劑注入已抽過真空的試驗壓力釜里面，再給壓力釜底部加溫，在達到制冷劑的臨界溫度前，試驗壓力釜里面的壓力隨著溫度的增加而增加。此時，試驗壓力釜里面除有制冷劑的液體外，還將有制冷劑的氣體存在。當制冷劑的氣體遇到溫度較低的物體時，就會冷凝成液體滴入虹吸杯，當虹吸杯的液體液面超過虹吸管的高度時，虹吸杯的液體就會流入到試驗壓力釜的底部。制冷劑則在虹吸杯里周而復始地進行“液-氣-液”的變化。試驗結果測量置于高溫和壓力作用下的冷凍劑中的漆包線試樣的萃取物。

1.2.2 擊穿電壓

將試樣置于壓力釜中，測量置于高溫和壓力作用下的冷凍劑中的漆包線試樣的擊穿電壓。

2 耐冷凍劑試驗依據

耐冷凍劑試驗的主要方法有GB/T 4074.4—2008/IEC 60851-4：2005《繞組線試驗方法第4 部分：化學性能》、IEC 60851-4：2016《繞組線試驗方法 第4 部分：化學性能》。

本文主要測試的樣品名稱及型號規格為200 級聚酰胺酰亞胺復合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線，Q（ZY/XY）-2/2001.0500 mm，執行的判定依據產品標準為GB/T 6109.20—2008/IEC 60317-13：1997《漆包圓繞組線第20部分：200級聚酰胺酰亞胺復合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線》，試驗方法依據標準為GB/T 4074.4—2008/IEC 60851-4：2005《繞組線試驗方法第4部分：化學性能》。

3 測量設備及試驗方法

3.1 測量設備

檢測制冷系統用漆包線的主要儀器包括容器、加熱裝置、虹吸杯和冷凝裝置，如圖1 所示。

圖1 耐冷媒試驗裝置

3.2 試驗方法

本試驗使用一氯二氟甲烷（冷凍劑R22）作為冷凍劑，三氯三氟乙烷（R113）作為淋洗液。

3.3 萃取

3.3.1 試樣的制備

1）取8 個試樣，每個試樣含有（0.6+0.1）g 漆膜，分別卷繞成70 圈的線圈。

2）將試樣在（150+3）℃的強迫通風烘箱中處理15min。

3）冷卻30 min 后，稱重8 個試樣，精確至0.000 1 g，記錄初始總質量M1。

3.3.2 試驗程序

1）將8 個試樣置于虹吸杯中，虹吸杯懸掛在壓力釜頂蓋的冷凝器下面，裝好壓力釜，在壓力釜中注入（700+25）g 的冷凍劑。

2）壓力釜加熱至（75+5）℃，調節冷凝器水流量，使虹吸杯的回流次數保持在每小時20～25 次。萃取時間為6 h。

3）萃取結束后，冷卻壓力釜。可用冷凍劑壓縮機和回收系統等方法從壓力釜中回收冷凍劑，然后排氣并打開壓力釜。

4）用約定的淋洗液（三氯三氟乙烷-R113）淋洗試樣和虹吸杯，每次100 mL，沖洗2 次。蒸發淋洗液直至壓力釜底部剩余（5+1）mm。

5）將上述萃取液倒入預先干燥并稱重的鋁質稱量皿中；再用15 mL 淋洗液沖洗壓力釜，并倒入鋁質稱量皿中。

6）在（150+3）℃溫度下干燥蒸發60～65 min，放置于干燥器中冷卻至室溫。

7）稱重盛有殘留萃取物的稱量皿，精確到0.000 1 g，稱得的質量減去同一只稱量皿的最初質量，其差值即為8 個試樣的萃取物總質量M2。

8）用適當的化學方法除去線圈試樣上的絕緣。將裸導體在（150+3）℃溫度下干燥（15+1）min，然后在干燥器中冷卻至室溫。稱重并精確至0.000 1 g，8 個導體總質量為M3。

3.3.3 試驗結果

通過表1 結果可以得出，該漆包線樣品的萃取物含量為0.2%，試驗結果符合標準要求。

表1 Q（ZY/XY）-2/2001.0500 mm 萃取試驗結果

3.4 擊穿電壓

3.4.1 試樣的制備

將制備好的試樣（圖2）放在壓力釜中，測量置于高溫和壓力作用下的冷凍劑中的試樣的擊穿電壓。

圖2 擊穿電壓試樣

3.4.2 試驗程序

1）將試樣放在（150+3）℃烘箱中處理4 h，然后置于注入（1 400+50）g 冷凍劑的壓力釜中。將壓力釜加熱至（75+5）℃，保持（72+1）h。

2）試驗結束后，冷卻壓力釜并排氣。當壓力釜內壓力小于0.2 MPa 絕對值時，打開壓力釜并在25～30 s 內將試樣轉移至（150+3）℃烘箱中，加熱（10+1）min，從烘箱中取出試樣冷卻至室溫。

3）按標準規定要求制備試樣，測量擊穿電壓。

3.4.3 試驗結果

通過表2 結果可以得出，該漆包線樣品的5 個擊穿電壓值分別為9 875、10 250、9 480、11 230、9 110 V，試驗結果符合標準要求。

表2 Q（ZY/XY）-2/2001.0500 mm 擊穿電壓試驗結果

4 3 種萃取試驗的試樣制備

三氯乙烯、甲醇和一氯二氟甲烷萃取的試驗當中，為確保漆包線的試樣線圈漆膜重量能夠達到國家的相關標準，有足夠重量，比如，如果后絕緣漆包線分別為0.5 mm 和1 mm，那么試樣線圈重量分別不應低于80 g與100 g。此試樣容量較大，若是使用圓棒，不以其他措施作為保障進行繞制試樣的話，那么其外形尺寸難以達到國際標準，并且試樣線圈也不容易從圓棒上取下。基于此，設計了2 個鋁制芯，將其固定在繞線機圓周上，繞制試樣線圈，這樣就能夠有效解決上述問題。為避免試樣線圈內漆包線表面雜質粘附會導致最終的試驗數據有誤差，工作人員進行繞制線圈期間，就可以在口罩紗布上噴灑酒精，然后用來對線樣表面進行擦拭，試樣線圈繞制完成之后，再使用正庚烷進行浸泡和清洗。

4.1 三氯乙烯萃取試驗

三氯乙烯萃取試驗裝置的主要構成零件為脂肪抽出筒，其上面為球蛇形冷凝管，下面則為平底燒瓶，本套裝置采用的為甘油浴加熱控制系統。

按照國家的相關規定和要求，脂肪抽出筒中的三氯乙烯最多15 min 需要虹吸一次，時間為4 h。通常而言，甘油溫度如果能夠始終控制在130~140℃的話，是能夠達到該標準的。若虹吸之間間隔的時間低于10 min，工作人員就可根據需求降低甘油溫度。若虹吸之間相距時間大于15 min，那么就可借助玻璃纖維布類織品，把脂肪抽出筒的中間部位進行包裹，避免繼續用高溫甘油。如果溫度較高，超過了規定的要求，那么三氯乙烯溶液就可能從冷凝管當中沖出，形成安全事故，嚴重則會威脅人身安全。

萃取結束之后，工作人員就要取出試樣，繼續保持相應溫度要求，對燒瓶進行加熱，把三氯乙烯蒸餾虹吸到另外一個干凈的燒瓶之中，以待下次試驗的時候使用。蒸餾即將結束的時候，工作人員務必要將燒瓶內的溶液蒸干，不可留下溶液，否則會粘附于燒瓶內，后續不好提取，而且也會影響到試驗數據的真實性。

為有效規避玷污導致的試驗數據誤差，筆者認為試驗人員可以使用鑷子，也可以戴上比較干凈的汗布手套，對已經完成稱重試樣與存放萃取物的燒杯進行處理。這里需要注意的是，帶有萃取物的燒杯在干燥之前，需要蓋上培養皿，也可以是同類型的其他蓋子，以防電熱鼓風箱中的雜物落入瓶內，影響后續的試驗。

4.2 一氯二氟甲烷萃取試驗

一氯二氟甲烷萃取試驗過程中，需要借助玻璃裝置，并且所需的充氣節門是需要另外添加的。其中在高壓鋼瓶中的一氯二氟甲烷氣體在通過節門進入玻璃容器的過程中，能夠與含有干冰的玻璃容器接觸面發生反應，進而立即冷凝成液體，通過冷凝處理能夠切實提高一氯二氟甲烷的純度和精度，進而能夠實現試驗優化，與此同時，還能夠降低一氯二氟甲烷的損失，降低操作難度，方便實驗人員操作和上手，最終能夠取得預期的試驗效果。

其中需要注意的是，帶冷指型的冷凝器上玻璃容器內需要不斷加入干冰，以此來保證干冰是附著在玻璃容器表面的。為進一步優化冷卻效果，需要在干冰中融入一定比例的甲醇。但是由于甲醇具有一定的毒性，會危害到試驗人員的身體健康，此時，便可以利用無毒的酒精來替代原來的甲醇，進而能夠在避免傷害試驗人身體健康的同時，取得同樣的試驗效果。一般情況下，在試驗過程中需要約6 kg 的干冰，以此來保證試驗效果。

在完成萃取裝置安裝之后，需要在充入一氯二氟甲烷之前在玻璃容器內部加滿干冰和100 mL 的無毒酒精，并且需要將裝置充氣節門以下部位移入干冰中預冷30 min，之后再沖入200 mL 的一氯二氟甲烷，在完成以上內容之后才能夠將整個裝置移出，并置于酒精液體中。

其中為保證一氯二氟甲烷能夠在間隔15 min 進行一次虹吸，需要用酒精加溫。在玻璃容器中有部分冰霜凝結后，需要用酒精噴霧器進行噴霧來融化掉凝結的冰霜，避免因為冰霜凝結而影響虹吸效果。在進行6 h 萃取之后，可以將玻璃融入放置于水中，其目的在于盡快揮發掉一氯二氟甲烷，在剩下30 mL 之后，需要將其迅速導入鋁坩堝或是玻璃燒杯中，其中需要注意的是以上應經過專門的處理，避免試樣和萃取物受到玷污的處理方法與上述的三氯乙烯萃取方法相同。

4.3 一氯二氟甲烷溶劑法及發泡法試驗

一氯二氟甲烷溶劑法與發泡法試驗需要1.3 L 的氧氣鋼瓶，并且需要在鋼瓶中充入3/4 的一氯二氟甲烷，若是瓶中含有少量一氯二氟甲烷會增加操作難度。其中可以先將掛有試樣的鋼瓶密封抽真空，之后，再將其置于干冰中冷卻，最后再沖入一氯二氟甲烷。

依據國際規定標準可知，試樣從冷凍劑中取出最后需要在30 s 內完成溶劑法鉛筆硬度試驗，并且還需要25~30 s 時間內將其移動放置到電熱鼓風烘干箱中完成發泡法試驗。在此過程中，會因為瓶口口徑過小而無法順利取出鋼瓶，進而耽誤試驗時間。除此之外，若是在常溫狀態下打開之后，則會使得一氯二氟甲烷立即揮發掉，進而影響試驗結果，由此可知，若是完全依據國際標準規定的時間是很難順利完成試驗的。

可以將試驗鋼瓶放置于干冰中，再打開瓶蓋進行實驗。在開展本次實驗時，可以利用以上2 個試驗中使用過的一氯二氟甲烷繼續使用。除此之外，鋼瓶需要密封保存，方便下次開展相關試驗使用。為優化實驗步驟與過程，實驗人員可以嘗試同時開展一氯二氟甲烷萃取法、溶劑法、發泡法這3 個試驗，這樣，能夠有效節約資源和節省時間。

5 影響耐冷凍劑試驗的因素

5.1 絕緣漆材料本身的質量原因

生產中使用不符合規定要求的絕緣漆，使漆膜的強度難以耐抗冷凍劑和電機冷熱交換的作用，從而引起漆膜起泡、脫落或開裂。材料本身存在的質量問題也是導致耐冷凍劑試驗不合格的重要原因之一。

5.2 生產工藝存在缺陷

在生產制造的過程中，由于操作不當造成漆膜固化過度或固化不足，從而會導致漆膜彈性不好，使漆包線在壓縮機一冷一熱的溫差作用后，漆膜容易發泡導致不合格。

5.3 測量結果造成偏差

實踐表明，一切試驗測量結果均具有誤差。因此作為從事檢測工作的專業技術人員有必要了解誤差的種類，分析這些誤差產生的原因及影響因素，以便在工作過程中采取針對性的措施，最大限度地以減少和消除誤差。

1）儀器誤差。耐冷媒試驗裝置應定期進行設備維護保養、校準，以確保設備狀態運行有效。

2）人為誤差。由于試驗人員操作不當、不規范所引起的的誤差。例如，樣品制備不符合標準規定要求，稱重時天平操作不當導致讀數不準確等，都會引起測量結果誤差。

3）試驗方法誤差。試驗人員應掌握正確的檢測方法，掌握儀器設備操作的正確性，關注檢測結果的準確性和判定依據的正確性，提升檢測能力，以減少和消除因選擇方法不當而造成的測量結果誤差。

6 結論

總而言之，嚴格按照耐冷凍劑試驗的測量方法，排除或減小各種與耐冷凍劑試驗有關的影響因素進行準確的測量，可以發現耐氟利昂漆包線絕緣漆材料的優劣和生產工藝中的缺陷，保證出廠和投入使用的產品質量，以避免由于產品的原因導致絕緣性能受破壞而出現短路，甚至導致電機燒毀，保障電器的使用安全和財產安全。綜上所述，準確測量耐冷凍劑試驗研究在整個電器使用過程中占據重要地位，為此，需要在分析耐冷凍劑試驗定義及原理、耐冷凍劑試驗依據的基礎上，分析影響耐冷凍劑試驗的因素，并積極開展3 種萃取試驗，從而能夠為后漆包線絕緣漆材料的生產提供理論依據。