间位芳纶树脂对牵引电机用耐高温绝缘漆的改性研究

陶超

摘  要：使用间位芳纶树脂对聚酯亚胺绝缘漆进行改性，制作出牵引电机用耐高温绝缘漆，从而研究树脂对绝缘层附着力、 电气性能、阻燃性能等的影响。

关键词：间位芳纶;牵引电机;耐高温;绝缘;改性

牵引电机的性能质量直接关系到整个车辆运行的安全与经济，现阶段高铁和动车组运动对牵引电机性能有更高的要求。实际运行中大工作电流会让电机损耗率增加，大工作电流会让牵引电机温度升高，温度甚至会超过200℃以上，这对牵引电机的绝缘性提出了更高的要求。牵引电机绝缘漆是牵引电机发挥绝缘性能的重要组成部分，有极好的耐高温性能、阻燃性能和优良的电气绝缘性能。

1.绝缘漆基料研究

传统表面的绝缘漆基料树脂多为环氧树脂、有机硅树脂、环氧酸酐等，这一类绝缘漆具的有很强的绝缘性能，因此该设备被广泛使用在电气绝缘的多个领域内。但是传统的表面绝缘磁漆耐热性能一般，只适合使用B级、F级、H级速表面绝缘漆。牵引电机由于本身工作的特殊需要，需要表面绝缘漆长期耐热性能达到200℃以上，至少應达到C级绝缘材料要求上。B级耐热为130℃，F类为155℃，H级耐热为180℃。芳纶材料是一种性能优良的绝缘性新型材料，具备极好的阻燃性、热稳定性、电气绝缘性能等。本文主要是研究间位芳纶树脂对聚酯亚胺树脂基表面绝缘漆进行改性，主要目标是提高牵引电机的性能，提高耐热性、阻燃性，从而满足现阶段车辆运行的需要[1]。

2.试验

2.1 原材料

选取工业级聚酯亚胺树脂，混合溶剂间位芳纶树脂混合溶剂、氧化铁红、云母粉、复合磷酸锌;分散剂，化学纯;防沉剂;MDI固化剂。

2.2 制备表面绝缘漆

按照配方量称取聚酯亚胺树脂、分散剂和混合溶剂，将其混合均匀后在加入填料和助剂，之后将其高速分散20min，研磨至≤μm，之后继续加入间位芳纶树脂制作得到漆料的组分，之后加入适当混合溶剂调整漆料组分黏度为100～140s，将制作得到的组分与固化剂按照6：1质量比配合， 制作成绝缘漆。

2.3 性能测试

将材料喷涂在试板上，按照GB/T 1981.2-2009来测试电气绝缘性能，根据GB/T 2406.2-2009来测试设备的阻燃性能，准备220℃的试验温度，进行500h绝缘漆耐热性能的测试;根据GB/T 5210-2006来测试材料的漆膜附着力[2]。

3.讨论分析

3.1树脂用量对绝缘漆性能的影响

间位芳纶具备非常优良的阻燃性能，极限氧的指数大于28，在火焰下，不延燃和不助燃，离开火焰后即可熄灭。间位芳纶树脂用量对绝缘漆阻燃性能和附着力的影响体现在：

由上表可知，随着间位芳纶树脂用量不断增大，绝缘漆的氧指数也呈现出上升的趋势，即绝缘性阻燃性能良好。主要原因是由于间位芳纶分子结构中的酰胺基团以间位方式与亚苯环基相连接，属于分子内相互作用下最稳定的结构，在这种结构作用下分子内氢键作用，这些分子结构特征赋予更多的耐热性能、阻燃性能。但是随着间位芳纶适树脂用量进一步增加，期末的附着力也会在一定程度上下降，间位芳纶树脂用量为15%的时候，聚酯亚胺树脂绝缘漆具备优良的阻燃性、附着力，此时得到的性能如表1。

3.2 加入15%间位芳纶树脂的性能

间位芳纶材料具备极为优良的电气绝缘性能，现阶段广泛运用在电气设备中，根据表1 的性能来看，加入量为15% ，绝缘漆加入间位芳纶树脂改性后性能大幅度提升，具备极强的耐热性能和绝缘性能，实际附着力也不断下降。这是因为间位芳纶树脂可提供附着力的活性基团极少，间位芳纶树脂分子量大不能润湿底材的表面，因此附着力显著下降，但是性能仍旧在所要求的范围之内。间位芳纶分子结构中氢键在两个平面内排列成三维结构，由于氢键的存在，让其与化学结构更稳定、稳固。间位芳纶的分子结构是排列规整的锯齿形大分子结构，这种结构增强了该材料的耐高温性能，玻璃化转化温度为270℃，同时间位芳纶介电常数也会显著降低。绝缘漆中，通过加入间位芳纶实现改性后，绝缘性、耐热性能都得到了大幅度的提升，因此在实际使用中具备极好的效果，同时也是作为绝缘漆主要材料。

3.3 耐热性能

聚酯亚胺树脂改性后的绝缘漆在220℃下，经过500h的高温试验后，漆膜外观出现以下变化：未改性的绝缘漆在200℃下和500h高温的试验后，漆膜严重变色，漆膜有开裂、脱落的现象。经过15% 间位芳纶树脂改性后，再次在220℃下经过500h高温试验后，表面的漆膜仍旧完整， 漆膜仅仅是轻微的变色，并没有脱落、开裂的现象。通过获取芳纶树脂改性绝缘漆SEM图，试验看出耐高温试验之前，未改性的漆膜表面呈多孔状，颜料颗粒之间的排列接触紧密，而经过改性后的绝缘漆材料加入填充漆膜孔隙后，漆膜的致密性、耐热性能、电气性能等均显著提升。在经过耐高温试验后未改性的绝缘漆膜表面呈疏松孔状，颜料颗粒凸出。这是因为聚酯亚胺树脂分子链经过高温的破坏粉化，改性后的树脂在经过高温烘烤之后有轻微的变化，经过间位芳纶树脂改性后，绝缘漆的耐热性能也大大提升，满足耐高温绝缘漆使用的要求[3]。

3.4 热稳定性的研究

根据实际研究来看，加入间位芳纶树脂改性后的绝缘漆比未改性的聚酯亚胺树脂在起始分解温度、最大失重速率等均有不同程度的提升。宏观上来看间位芳纶树脂的耐高温性能优于聚酯亚胺树脂，改性后的芳纶树脂改性后绝缘漆热稳定性显著提高。微观上来看，改性后的分子结构相互缠绕，形成IPN结构，分子与分子之间的作用力增加，增强了结构的热稳定性，从而改善了绝缘漆的热稳定性。

结语：

综上，根据试验验证结果，得到了相关参数，证明在得出的参数可以满足牵引电机的使用要求，牵引电机作为铁路车辆编组的驱动单元，实际性能能够直接影响到整个车辆运行的安全性和经济性。现阶段我国设备处于高速发展的重要阶段，高铁和动车组发展更快，对牵引电机的功率和可靠性提出了更高的要求，对其进行研究，对新时期我国的发展有积极的作用。

参考文献：

[1]秦盼亮， 吉永红， 刘嬿，等. 牵引电机用国产与进口间位芳纶纸的性能对比研究[J]. 绝缘材料， 2022， 55（2）：5-5.

[2]徐振， 由久浩， 沈逍安，等. 阔叶木浆/间位芳纶沉析纤维复合纸的制备及其性能研究[J]. 中国造纸， 2021， 40（8）：7-7.

[3]乌云其其格 1 ， 廖子龙 1 ， 雷娜 1 ， 马连勇 2 ， 李峰 2. 缠绕成型用中温固化增韧环氧树脂芳纶纤维复合材料研究[J]. 化工新型材料， 2022， 50（1）：4-4.