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Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆及其在通电加热沉浸工艺上的应用

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作者 : 邹家桂，陈金槟，王君，张杰元，徐冠军

更新时间 : 2020-10-27 14:50:19

摘要：介绍了一种由100%低粘度纯树脂和导热填料研制的Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆，并探索了其在汽车电机通电加热工艺中的应用，结果表明：Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆气味低、闪点高、烘烤过程不冒烟、挥发份极低，电气性能优异，具有很好的耐高低温冲击和耐湿热交变性能，适用于汽车电机通电加热工艺的绝缘处理。
关键词：纯树脂；绝缘漆；电机通电加热；汽车电机

引言
汽车是现代社会的重要组成部分，也是工业发展的伟大成就之一。它不仅是世界经济支柱，而且为人们日常生活所必需的快速流动做出了巨大的贡献。但是，以碳资源为动能的内燃机汽车不仅排放二氧化碳等污染物，造成全球的气候变暖，而且排放物中的小颗粒，也是雾霾的重要元凶。据中科院统计，大约有22.2％的PM2.5来源于汽车尾气。另外，地球的石油资源正在迅速减少，研究可替代能源也是当前科研人员和工业界等关注的重点。近十几年来，新能源汽车，包括纯电动汽车和混合动力汽车等，其中纯电动汽车由于今年来国家的大力补贴发展迅猛，其中电机及其驱动系统是电动汽车的心脏。电机的绝缘技术是保证动力电机可靠性的基石，定子绝缘寿命、可靠性直接影响动力电机的寿命。而绝缘漆是绝缘技术的核心材料^[1]。
目前汽车电机用的浸渍绝缘树脂主要有不饱和聚酯苯乙烯体系和不饱和聚酯甲基丙烯酸酯类的无挥发体系。其中不饱和聚酯苯乙烯体系的浸渍绝缘树脂挂漆量高、使用方便、应用成本低，但是稀释剂苯乙烯的沸点为146℃，挥发性高，存在环保和气味问题，这与新能源汽车推广初衷相悖；而且苯乙烯的闪点仅为34.4℃，存在使用安全性问题，不适用于电机通电加热浸渍工艺。不饱和聚酯甲基丙烯酸酯类的无挥发体系浸渍绝缘树脂已经成为了汽车电机应用的主流，这类绝缘漆用的稀释剂为高沸点和高闪点的甲基丙烯酸酯类，可以满足汽车电机气味、环保和浸渍安全性问题^[²^]，但是由于这类绝缘漆的挥发少，高温下漆粘度低、烘焙流失量大，电机挂漆量偏低，导热电机的导热性会比苯乙烯体系的差，而且甲基丙烯酸酯类稀释剂在高温烘烤过程中会产生大量的“烟雾”，这主要是由于高沸点的甲基丙烯酸酯的高温烘烤过程中汽化，汽化后的稀释剂飘散到空气中遇冷凝结成液珠，造成了大量冒烟的现象^[^3~4^]。为了解决甲基丙烯酸酯类环保绝缘漆存在的问题，我司开发出了一种由100%低粘度耐热纯树脂和导热填料组成的Better116HU高导热纯树脂绝缘漆，通过对Better116HU的基本性能和通电加热浸漆后汽车定子性能的测试，结果表明其可以满足汽车电机通电加热工艺要求。

1 试验部分

1.1 合成工艺
按配方量将原料投入反应釜中，在一定温度下反应至控制终点，得到低粘度耐热纯树脂，降温加入特种导热填料经超细分散，在加入固化剂、助剂，搅拌均匀，过滤，包装。

1.2 测试仪器及设备
HT-10/50电气击穿测试仪，桂林电器科学研究院；QS37a高压电容电桥，上海培诚电子技术发民有限公司；PC68型数字高阻计，上海精密科学仪器有限公司；万能拉力试验机，恒骏设备有限公司。

2 结果与讨论

2.1 常规性能测试
Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆性能测试按照GB/T 15022.2-2007 《电气绝缘用树脂基活性复合物第2部分试验方法》及GB/T1981.2-2003《电气绝缘用漆试验方法》进行。相关测试结果如表1所示。
表1. Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆的常规性能

序号	项目		单位	指标	典型值
1	外观		====	均匀液体，固化后漆膜平整、光滑	均匀液体，固化后漆膜平整、光滑
2	气味		====	无刺鼻性气味	无刺鼻性气味
3	旋转粘度（23±2℃）		mPas	1500~2500	2150
4	凝胶时间（试管法，120±2℃ ）		min	4~10	4.5
5	厚层固化能力 (120±1℃/1h + 150±2℃/2h)		====	不低于S1，U1，I2.1均匀	S1，U1，I2.1
6	表面干燥时间(120±2℃，1h)		====	不粘	不粘
7	贮存稳定性（60±2℃/48h）		%	≤50	18
8	电气强度（连续升压法）	⑴常态 ⑵浸水24h后	MV/m	≥22 ≥20	30.5 27.5
9	体积电阻率	⑴常态 ⑵浸水24h后	Ω·m	≥1.0×10¹³ ≥1.0×10¹²	3.2×10¹⁴ 2.3×10¹³
10	粘结强度 (螺旋线圈法)		N	≥100	210
11	阻燃等级（垂直燃烧）		=====	V-2	V-2
12	导热系数		W/(m·K）	≥ 0.3	0.32
13	闪点（闭口法）		℃	≥120	139

由表1可以看出，Better 116HU纯树脂绝缘挥发份极小，固化速度快，电绝缘性能良好，粘结强度，阻燃性能优异，而且Better 116HU的闪点高达139℃，可以满足通电加热工艺安全性要求。

2.2Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆的温度粘度曲线

图1. Better 116HU纯树脂绝缘漆的粘度-温度曲线
图1 为Better 116HU 纯树脂绝缘漆的粘度温度曲线。由图1 可以看出：Better 116HU 纯树脂绝缘漆的旋转粘度在25℃以下随温度升高迅速下降，当温度超过35℃后旋转粘度随温度升高下降相对较小， 40℃时Better 116HU的旋转粘度就下降到500mPas以内。

2.3 Better 116HU高导热纯树脂绝缘漆的凝胶时间

图2. Better 116HU的凝胶时间-温度曲线
图2 为Better 116U纯树脂绝缘漆的凝胶时间与温度的关系曲线。从图2可知，该浸渍树脂的凝胶时间随温度升高而大幅度缩短， 120℃是凝胶时间曲线的拐点，当高于此温度烘焙时，树脂固化速度大大加快。

2.4 Better 116HU纯树脂绝缘漆耐变速油性能测试
汽车电机在使用过程中需要与变速箱油接触，测试了Better 116HU与变速箱油的相容性。取Better 116HU漆片和螺旋线圈样品放在变速箱油中进行高低温循环试验，试验后测试样品的电性能和机械性能。测试的变速箱油中混入了0.5%体积的去离子水，高低温一个循环试验为155℃/40h + -45℃/8h，共 8 个循环。同时对比试验了未浸泡变速箱油样品的高低温循环试验，试验结果如表3和表4所示。
表3. Better 116HU与变速箱相容性测试结果

	项目	单位	试验条件	结果
1	常态介质损耗	%	初始	0.59
			浸油高低温循环	0.58
			未浸油高低温循环	0.61
2	介电常数	/	初始	3.8
			浸油高低温循环	3.8
			未浸油高低温循环	3.8
3	体积电阻率	Ω·m	初始	2.8×10¹⁴
			浸油高低温循环	4.2×10¹⁴
			未浸油高低温循环	3.9×10¹⁴
4	电气强度	MV/m	初始	30.5
			浸油高低温循环	31.8
			未浸油高低温循环	32.2
5	粘度强度	N	初始	213