干式變壓器上環(huán)保漆的應(yīng)用范文

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摘要：介紹了采用低毒活性稀釋劑制備的環(huán)保型環(huán)氧改性聚酯浸漬漆，對比其與傳統(tǒng)環(huán)氧改性聚酯浸漬漆的常規(guī)性能、貯存穩(wěn)定性、環(huán)境耐久性等，并詳細(xì)闡述了環(huán)保浸漬漆在干式變壓器上的工程化應(yīng)用。結(jié)果表明：環(huán)保型環(huán)氧改性聚酯浸漬漆的固化揮發(fā)份低，貯存穩(wěn)定性、粘接強(qiáng)度及環(huán)境耐久性好，能滿足干式變壓器的應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞：環(huán)保浸漬漆；干式變壓器；環(huán)境耐久性；工程化應(yīng)用

引言

為了響應(yīng)國家發(fā)展綠色制造的環(huán)保政策和法規(guī)要求，實現(xiàn)電機(jī)設(shè)備的綠色制造，應(yīng)利用先進(jìn)技術(shù)將污染消滅在源頭、消化在制造過程中，建立涉及整個產(chǎn)品生命周期的“綠色生命周期體系”。在電機(jī)、變壓器制造過程中，浸漆絕緣處理是產(chǎn)生排放和環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié)，因此國內(nèi)外很多制造企業(yè)對絕緣漆提出了環(huán)保要求（如無溶劑、低揮發(fā)份等），并逐步使用低毒和無毒材料來替代原有毒性較大的成分，環(huán)保型浸漬漆成為主流發(fā)展趨勢[1-3]。目前，環(huán)保型的無溶劑浸漬漆主要有兩類，一類是環(huán)氧-酸酐類、有機(jī)硅類的純樹脂體系，但純樹脂體系普遍存在價格過高、常溫黏度高、需高溫浸漬等不足，限制了其推廣應(yīng)用；另一類是采用苯乙烯、乙烯基甲苯或丙烯酸酯類作為活性稀釋劑的聚酯類無溶劑浸漬漆，其中以苯乙烯和乙烯基甲苯作為稀釋劑的浸漬漆存在較大的VOC排放及較強(qiáng)的毒性，只能作為相對環(huán)保型浸漬漆[4-7]。本研究采用以低毒的高沸點丙烯酸酯為活性稀釋劑制備的環(huán)保型環(huán)氧改性聚酯浸漬漆（以下簡稱環(huán)保浸漬漆）為研究對象，對環(huán)保浸漬漆的性能及其在干式變壓器上的工程化應(yīng)用進(jìn)行研究，并與傳統(tǒng)的以苯乙烯為活性稀釋劑的環(huán)氧改性聚酯浸漬漆(以下簡稱傳統(tǒng)浸漬漆)進(jìn)行對比。

1實驗

1.1試樣制備

試驗用環(huán)保浸漬漆和傳統(tǒng)浸漬漆均由株洲時代電氣絕緣有限責(zé)任公司提供。粘接特性及環(huán)境耐久性試樣：參考GB/T7124—2008，分別以尺寸為25mm×150mm的硅鋼片和Nomex紙為基材，搭接面積為25mm×12.5mm。樣品固化工藝按生產(chǎn)廠家提供的條件進(jìn)行。

1.2測試方法

1.2.1常規(guī)性能按照GB/T15022.2—2007《電氣絕緣用樹脂基活性復(fù)合物第2部分》對浸漬漆進(jìn)行常規(guī)性能測試。

1.2.2敞口貯存穩(wěn)定性按照GB/T1981.2—2009《電氣絕緣用漆第2部分：試驗方法》，測試浸漬漆在高溫(50±2)℃及常溫(23±2)℃下的敞口貯存穩(wěn)定性。

1.2.3粘接特性按照GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定(剛性材料對剛性材料)》，分別測試以硅鋼片和Nomex紙為基材的搭接試樣在常態(tài)及熱態(tài)（180℃）下的粘接剪切破壞力。

1.2.4環(huán)境耐久性冷熱沖擊試驗：參考GB/T2423.22—2002《環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗N：溫度變化》進(jìn)行試驗，試驗條件按低溫-55℃/4h+高溫100℃/4h進(jìn)行周期循環(huán)試驗，共進(jìn)行12個周期。恒定濕熱試驗：參考GB/T2423.3—1999《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程試驗Ca：恒定濕熱試驗方法》進(jìn)行試驗，溫度為40℃，相對濕度為93%，共進(jìn)行14天的連續(xù)試驗。環(huán)境試驗前后檢測項：按照GB/T7124—2008檢測以硅鋼片和Nomex紙為基材的搭接試樣在常態(tài)下的粘接剪切破壞力。

2結(jié)果與討論

2.1常規(guī)性能

兩種浸漬漆的常規(guī)性能試驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，環(huán)保浸漬漆的螺旋線圈粘接強(qiáng)度以及其他主要性能優(yōu)于傳統(tǒng)浸漬漆或基本處于同一水平，這是因為丙烯酸酯稀釋劑和苯乙烯稀釋劑均含有不飽和雙鍵，都可以與不飽和聚酯分子鏈上的不飽和雙鍵在自由基引發(fā)劑條件下經(jīng)熱分解引發(fā)自由基共聚反應(yīng)，形成體型交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，最終成為不溶不熔的熱固性樹脂。作為不飽和聚酯樹脂的活性稀釋劑，丙烯酸酯稀釋劑與苯乙烯或乙烯基甲苯稀釋劑在浸漬漆的熱固化過程中，均按自由基反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行[8]，且兩種浸漬漆的主樹脂體系基本一致，所以制備的浸漬漆綜合性能相當(dāng)。由于丙烯酸酯稀釋劑具有高沸點、高閃點和低飽和蒸氣壓的特性，環(huán)保浸漬漆在固化揮發(fā)份和閃點方面更具優(yōu)勢，現(xiàn)場應(yīng)用的環(huán)保性和安全性大幅提高。

2.2貯存穩(wěn)定性

將兩種浸漬漆分別在高溫(50±2)℃及常溫(23±2)℃下敞口貯存，其常溫黏度變化見圖1、圖2。從圖1可以看出，傳統(tǒng)浸漬漆在高溫下敞口貯存4天(96h)后黏度增大明顯，而環(huán)保浸漬漆的黏度基本不變；從圖2可以看出，在常溫下敞口貯存50天后，傳統(tǒng)浸漬漆已經(jīng)凝膠，而環(huán)保浸漬漆的黏度基本不變，這是因為傳統(tǒng)浸漬漆中的活性稀釋劑苯乙烯極易揮發(fā)導(dǎo)致其黏度迅速升高。由此說明環(huán)保浸漬漆的敞口貯存穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)浸漬漆。同時結(jié)合表1的測試結(jié)果可以看出，環(huán)保浸漬漆的閉口貯存穩(wěn)定性也略優(yōu)于傳統(tǒng)浸漬漆，所以環(huán)保浸漬漆完全能滿足VPI絕緣處理對浸漬漆的貯存和使用穩(wěn)定性的特殊要求。

2.3粘接特性

浸漬漆用于浸漬電器線圈和零部件，填充絕緣系統(tǒng)中的間隙和微孔，在被浸漬物表面形成連續(xù)平整的漆膜，并使線圈粘接成一個結(jié)實的整體[9]，所以浸漬漆對變壓器用關(guān)鍵材料的粘接性極為關(guān)鍵。分別對以硅鋼片和Nomex紙為基材的搭接試樣進(jìn)行測試，得到兩種浸漬漆在常態(tài)及熱態(tài)(180±2)℃下的粘接剪切破壞力如表2所示。從表2可以看出，以Nomex紙為基材時，兩種浸漬漆的粘接剪切破壞力都較小，這是由于搭接試樣經(jīng)拉伸剪切試驗后皆是Nomex紙被破壞，說明兩種浸漬漆對Nomex紙的粘接強(qiáng)度都大于Nomex紙的本體強(qiáng)度，兩種浸漬漆對Nomex紙的粘接效果好；以硅鋼片為基材時，常態(tài)下傳統(tǒng)浸漬漆的粘結(jié)強(qiáng)度略優(yōu)于環(huán)保浸漬漆，熱態(tài)下環(huán)保浸漬漆的粘結(jié)強(qiáng)度略優(yōu)于傳統(tǒng)浸漬漆，但總體相差不大。綜上可知，環(huán)保浸漬漆對干式變壓器用關(guān)鍵材料(硅鋼片和Nomex紙)的粘接強(qiáng)度與傳統(tǒng)浸漬漆的水平相當(dāng)，在常態(tài)和熱態(tài)下都具有較好粘接性，VPI浸漆后產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)的整體性好。

2.4環(huán)境耐久性

模擬干式變壓器在極冷空氣環(huán)境下反復(fù)啟動的情況，對浸漬漆進(jìn)行冷熱沖擊環(huán)境試驗；模擬干式變壓器在正常通風(fēng)下濕熱環(huán)境的運(yùn)行工況，對浸漬漆進(jìn)行恒定濕熱試驗。兩種漆在模擬極端工況下的環(huán)境試驗后力學(xué)性能測試結(jié)果見表3。從表3可以看出，兩種浸漬漆在冷熱沖擊試驗后對硅鋼片和Nomex的粘接強(qiáng)度基本相當(dāng)，且保持率均高于80%，說明在該環(huán)境工況下，兩種浸漬漆的粘接性能都較為穩(wěn)定。兩種浸漬漆在恒定濕熱試驗后對硅鋼片和No-mex紙的粘接強(qiáng)度明顯衰減，環(huán)保浸漬漆的粘接強(qiáng)度衰減相對較多，但保持率仍高于60%，能滿足實際使用要求。分析濕熱工況對兩種浸漬漆性能影響相對較大的原因，可能是由于在恒定濕熱試驗箱中，為了保持濕度、溫度恒定，摻雜水汽的高溫氣流運(yùn)動頻繁，對漆膜沖刷作用明顯，導(dǎo)致其對浸漬漆粘接強(qiáng)度的影響相對較大[10]。綜上可知，兩種浸漬漆通過熱固化反應(yīng)，形成了體型的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，都具有較好的環(huán)境耐久性。

2.5環(huán)保浸漬漆的毒性

為研究環(huán)保浸漬漆的毒性，對環(huán)保浸漬漆進(jìn)行大鼠吸入急性毒性試驗，設(shè)置吸入劑量為1%，吸收2h后連續(xù)觀察兩周，大鼠無明顯異常。根據(jù)中華人民共和國衛(wèi)生部《化學(xué)品毒性鑒定技術(shù)規(guī)范》中工業(yè)毒物急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)，大鼠吸收2hLC50為0.5%～5%的毒物無影響時，毒性級別屬于低毒，由此可判定該環(huán)保浸漬漆為低毒。

3環(huán)保浸漬漆在干式變壓器上的工程化應(yīng)用

采用某軌道機(jī)車干式變壓器進(jìn)行浸漬漆的工程化應(yīng)用研究，該干式變壓器的技術(shù)要求如下：絕緣等級為H級；主絕緣為Nomex紙和浸漬漆；冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷；絕緣處理為VPI浸漆工藝。

3.1產(chǎn)品表觀狀態(tài)

變壓器產(chǎn)品浸漆后的外觀見圖3。從圖3可以看出，變壓器產(chǎn)品浸漬兩種漆后表面均呈淡黃色，基本保持了外包絕緣的本體色，但是傳統(tǒng)浸漬漆的漆膜色澤更加光亮透明，這是由于傳統(tǒng)浸漬漆的掛漆量稍高。

3.2掛漆量

掛漆量是最直觀表征浸漬漆滲透充分性的指標(biāo)。對浸漆前和固化后的產(chǎn)品進(jìn)行稱重，計算其掛漆量，結(jié)果見表4。從表4可以看出，環(huán)保浸漬漆的掛漆量略低于傳統(tǒng)浸漬漆，這是因為丙烯酸酯單體的共聚反應(yīng)活性比苯乙烯及乙烯基甲苯單體低，后續(xù)可通過高溫進(jìn)爐、進(jìn)爐后快速升溫、旋轉(zhuǎn)烘焙等工藝優(yōu)化手段來改善掛漆效果。

3.3浸水試驗

整體浸水絕緣電阻能很好地表征變壓器產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)浸漆整體性及漆膜致密性，對經(jīng)過VPI浸漆處理后的干式變壓器進(jìn)行整體浸水試驗，浸水時間為12h。結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用環(huán)保漆浸漬處理的變壓器產(chǎn)品浸水12h后絕緣電阻仍大于2GΩ，完全滿足浸水后絕緣電阻大于1MΩ的要求。說明干式變壓器經(jīng)環(huán)保浸漬漆處理后，浸漬漆填充效果好，具有較強(qiáng)的防水、抗潮能力。

4結(jié)論

（1）環(huán)保浸漬漆具有黏度低、貯存穩(wěn)定、粘接強(qiáng)度大、環(huán)境耐久性及抗潮濕能力強(qiáng)等優(yōu)點。（2）環(huán)保浸漬漆具有低毒、高閃點、低揮發(fā)、使用安全等特點，生產(chǎn)過程低排放及環(huán)境友好，浸漬的干式變壓器產(chǎn)品防水、抗潮能力強(qiáng)，能滿足工程化應(yīng)用要求。（3）環(huán)保浸漬漆的掛漆量相對偏低，應(yīng)用廠家可以在工藝上做進(jìn)一步提升優(yōu)化。

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作者：梁巧靈 陳紅生 梁西川 劉濟(jì)林 朱菲菲 單位：中車株洲電機(jī)有限公司