自粘性漆包线漆发展概况

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1、涂料综述Coatings Review自粘性漆包线漆发展概况Development of Self-bonding Wire Coating Enamel曹亚成，朱东(中海油常州涂料化工研究院，江苏常州 213016)年代我国研制了自粘直焊漆包线，阻燃自粘性漆包线和 F 级自粘线等。90 年代有醇溶性自粘线的开发。8090 年代， 自粘性漆包线已成功地应用于三相电动机、密封电机和变 压器中。至于家电(如吸尘器、微波炉等)、音响设备等各 个方面，更是自粘性漆包线的常用场合。同时自粘性漆的 材料也从聚乙烯醇缩丁醛、聚酯、环氧等发展到脂肪族聚 酰胺、聚酯亚胺和芳香族聚酰胺等品种上。自粘性漆从低耐热等

2、级发展到高耐热等级和具有直 焊性能的漆包线漆，同时一些具有特种性能的产品也不断 开发成功。0 引言漆包线在人们的日常生活中占据着非常重要的地位， 从小的电吹风到大型机器的偏转线圈，都离不开漆包线。 在 10 年前人们就已重视漆包线等绝缘材料及技术的发 展1。目前世界范围内的电器电机都朝着体积小、功率高， 形状特殊的方向发展，对绝缘漆的耐热等级及技术要求也 越来越苛刻。同时世界各国对环境保护的呼声也在不断提 高，相应出台了多部强制规定，所以开发高耐热等级和相 对环保的绝缘漆已经刻不容缓。1 自粘性漆包线漆发展历程漆包线的结构非常简单，只有裸导线和包覆在其外面 的绝缘漆膜两部分组成。市场上比较常用

3、的是聚酯、聚酯 亚胺、聚氨酯、聚酰胺酰亚胺等。而这些基本都是通过涂 线后绕成线圈再通过浸涂粘结树脂使各匝导线粘结在一 起。该工艺比较复杂、繁琐，而且对于环境来说也是一个 很大的污染。各国科研人员不断探索新型的绝缘漆，其中 之一就是具有自粘性能的漆包线漆。自粘性漆包线漆就是在适当的溶剂或者加热的条件 下，使各匝线圈相互粘合成型。据文献资料记载，1958 年美国成功研制出具有实用意义的自粘性漆包线漆，20 世 纪 60 年代中期我国也研制成功复合涂层的自粘性漆包线 漆。当时主要是出于制造黑白电视机偏转线圈的需要。702 自粘性漆包线漆的特点 2.1 与普通漆包线漆的相同点自粘性漆包线漆同其他普通的

4、漆包线漆一样，由绕制 性、成型性、嵌入性来衡量，都具有较好的可加工性。绕 制性即指在绕制线圈过程中，绕组线抗拒机械损坏和电气 损坏的能力，绕成的线圈最紧密最服贴。成型性即指能经 受弯曲和保持线圈形状的能力，成型性好时，形状不变， 从绕线机上取下后，线圈能保持各种角度，长方形线圈不 会鼓成桶形，单根线不会跳出。嵌入性是指嵌入线槽的能 力。2.2 与普通漆包线漆的不同点自粘性顾名思义即为具有非常简便的粘结工艺。通过 烘焙或线圈直接通电加热(或借助适当的溶剂)，使自粘性 涂层相互粘结，冷却后即能固定成型。自粘性漆的主要特点是能一次成型，无需通过预烘、 浸漆、滴干、烘干等工序，在简化工艺的同时还能够保

5、护 环境，减少大量有机溶剂的释放，节约能源。而且一些比 较特殊的工件结构用普通的漆包线漆涂覆的难度非常大， 有的甚至无法涂覆，所以自粘性漆包线漆的优势就非常明 显。3 自粘性漆包线漆的分类自粘性漆包线漆从开发成功，已经经历了多次的改进涂料技术与文摘 Coatings Technology & Abstracts13摘 要：漆包线漆的发展非常迅速，而由于环境污 染问题的限制， 具有自粘性的漆包线漆也随之开发 成功。 但是目前的自粘性漆包线漆的耐热等级比较 低，品种也比较少。电子行业的发展要求开发出具 有更高耐热等级的自粘性漆包线漆， 芳脂族聚酰胺 树脂由于其优异的物理性能和高耐热性， 使其可以

6、作为 H 级自粘性漆包线漆使用。 关键词：自粘性漆包线漆；高耐热性；芳脂族聚酰 胺树脂涂料综述Coatings Review来适应目前科技更新的需要。从使用的角度来看，主要有 5 个类型。3.1 用聚乙烯醇缩丁醛为外涂层的自粘性漆包线漆据美国电子设备的电线电缆及连接器手册介绍， 作为自粘性热塑性树脂，使用最为广泛的是聚乙烯醇缩丁 醛，它可以涂覆于聚氨酯或者聚乙烯醇缩甲醛等绝缘漆的 最外层，耐热等级为 E 级，可通过加热或使用溶剂进行粘 合。聚氨酯/缩丁醛复合漆包线漆具有直焊性，可以在密闭 的条件下使用，但是不适宜在严酷的热负荷条件下使用。 使用封闭异氰酸酯制得的聚氨酯为底漆，缩丁醛为外 粘结层

7、制成的复合漆包线漆体系往往会使漆包线漆的粘 合性能低下。美国 Monsanto 公司申请的专利 35168582介 绍，在 100 份缩丁醛中加入 0.5 质量份的胺类化合物(伯胺 或者仲胺)可以使这种复合体系结构的自粘性漆的粘合性能大大提高。3.2 聚酯自粘性漆包线漆聚酯树脂，为了保证既有自粘直焊性，又有一定的物 理、力学和电绝缘性能，在聚酯分子中引入醚链，使分子 链具有柔韧性，并控制树脂具有一定的羟基，以便交联固 化，可以使树脂的耐热等级相应地提高。但是聚酯漆的抗 热冲击性能较差，而且在密闭的油中，聚酯树脂很快老化、 分解，这些性能的缺陷限制了聚酯树脂的应用范围3。为 扩大聚酯树脂的使用范

8、围，所以出现了改性聚酯，其耐热 及其他性能得到较大的提高，如美国 Phelps Dodge 公司的 BDZ-M 及 APB 两种型号的漆包线4，其底漆绝缘层为三(2- 羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)改性聚酯，中间层为聚酰胺酰亚 胺，外层为自粘性聚酯。其底涂层 THEIC 改性聚酯具有高 的耐热性能、耐热塑性流动性能，以及优越的附着性和柔 韧性；中间涂层聚酰胺酰亚胺具有良好的耐热冲击、耐潮、 耐刮和耐化学性能；外涂层自粘改性聚酯使整个绕组匝与 匝之间牢固粘合，不需要用浸渍或加热的方法处理。3.3 聚氨酯自粘性漆包线漆自粘性聚氨酯漆包线，是以聚氨酯为基料的漆包线， 聚氨酯漆有以下特点：(1)直焊

9、性好，由于聚氨酯漆膜在高 温下会分解，并能起焊剂作用，因而无须预先除去漆膜便 可直接搪锡焊接。(2)高频性能好，在高频条件下介质损耗 角正切比较小。自粘性聚氨酯漆包线表面的涂层为自粘直焊漆，该种 漆包线既有自粘性，又有直焊性；用它绕制的线圈不仅可 用陪烘的方法在短时间内自行粘合成型，而且在焊接头时 不必预先除去漆膜，可直接搪锡、焊接。因此，大大简化了工艺，提高了生产效率。3.4 环氧树脂为外涂层的自粘性漆包线漆该体系的漆包线主要有下列复合体系：改性聚酯/环氧 复合自粘性漆包线；聚酯亚胺/环氧复合自粘性漆包线；聚 酯亚胺/聚酰胺酰亚胺/环氧复合自粘性漆包线；聚酰胺酰 亚胺/环氧复合漆包线。在这个

10、体系中，起绝缘性能的为底层树脂，而环氧主 要提供导线与导线之间的粘合性能，环氧树脂同底层及自 身都有非常好的附着力，但是环氧树脂的耐热等级比较 低，所以在需要高耐热等级的场所就无法正常工作。3.5 聚酰胺树脂为外涂层的自粘性漆包线漆聚酰胺包括芳香族、脂肪族聚酰胺以及脂肪芳香族混 合聚酰胺，由于尼龙树脂具有良好的绝缘性能，用其形成 的漆包线漆膜耐磨性高，柔韧性和附着力好，表面摩擦系 数小，具有自润滑作用，有利于高速绕线。在尼龙系列树 脂中，尼龙 11 和尼龙 12 由于其熔点高，动摩擦系数比其 他尼龙品种低，耐潮性较尼龙 6，尼龙 66 等要好，因此得 到广泛的应用。此外，两种或两种以上的尼龙单

11、体(或缩聚 体)经熔融共聚而形成的共聚尼龙在自粘性漆包线中的应 用相对普遍。共聚尼龙的熔点选择对自粘性漆包线的性能 有很大影响，因此选择熔点合适的共聚尼龙非常重要。作为自粘性漆包线漆，其粘结力是最为主要的性能， 表 1 为以上列举的各类作为外涂层自粘漆的主要性能参 数。表 1 自粘漆的基本耐热性能名称耐热等级/ 不粘温度/ 再软化温度/ 聚乙烯醇缩丁醛10012064105聚酯树脂13015585100聚氨酯树脂13015585100环氧树脂120180100125140160聚酰胺树脂(芳脂族)180200140160180200表 1 中，不粘温度表示漆膜在一定的温升速度下，漆 膜表面没有

12、粘结能力所能到达的最高温度。再软化温度表 示，漆膜到达某一温度后，粘结力减小到一个很低的值， 该值低于要求的最低粘结力，在该温度下，自粘层失去粘 结作用。4 自粘性漆包线漆的发展方向目前的电机都朝体积小的方向发展，线圈在使用过程 中将会产生非常大的热量，所以对绝缘材料的耐热等级要 求也在不断提高。虽然现在已经有多种自粘性漆包线漆的14涂料技术与文摘 Coatings Technology & Abstracts涂料综述Coatings Review在应用，但是高耐热等级(如 H 级)的自粘性漆还比较少， 许多研究者正在开发此类的绝缘漆。芳香族聚酰胺树脂的 熔融温度比较高，适合作为高耐热等级自粘

13、性绝缘漆使 用。这里所说的芳香族聚酰胺树脂，是指芳脂族聚酰胺树 脂，就是其主链中有比较长的脂肪链。根据美国专利，史 堪纳迪5公司对此做了比较详细的研究。对于完全的芳香 族聚酰胺树脂，其主链结构中没有可以粘结的单元，即使 是升温到 260 ，它也不会相互粘结成型。而全脂肪族的 聚酰胺树脂虽然有很好的粘结能力，可是其耐潮湿性能和 耐冷冻剂性能却很差，同时树脂本身的耐热性能也较低。 为了综合这两种树脂的优缺点，所以考虑在脂肪族聚 酰胺树脂中引入苯环来改善脂肪族树脂的缺点。一般所采 用的合成原料是二元酸，二异氰酸酯或者二胺，作者对此 也做了一系列的试验分析。所用的原料，脂肪族二元酸一般具有 630 个

14、碳的链长，比较理想的是 612 个碳原子。 目前配方中大多采用甲苯二异氰酸酯(TDI)和 4,4二苯甲烷 二异氰酸酯(MDI)，而二元酸较多采用对苯二甲酸和癸二酸 (或十二双酸)。二元酸中脂肪族的酸(癸二酸)用量比芳香族 (对苯二甲酸)用量要多一些，物质的量之比在 2.5/11.5/1 之间比较好，这样可以降低整个树脂的刚性，提升其物理 机械性能，降低结晶性。反应物中COOH/NCO 的物质的 量之比在 1/0.991/0.95 之间合成的树脂综合性能较为优 秀。作者采用上述配方比例，经过适当调整，合成了热塑 型芳脂族聚酰胺树脂(AAPA)，采用多层复合配套体系，外 层涂覆 AAPA 树脂，在

15、 180 下 30 min 使其粘结成型，然 后分别在 180 和 200 下测试其粘结程度，200 下 的粘结力降至 180 下的 1/3，是常温粘结力的 1/10，但 是其粘结力仍然满足使用要求。而且该树脂的耐潮湿性能 同尼龙-11 一样的优秀。另外还有一种热固性的芳脂族聚酰胺树脂，一般采用 封闭异氰酸酯进行后固化，就是必须要在树脂粘合成型 后，继续升温，解封闭异氰酸酯进行固化，这样可以使树 脂的交联度变高，也能相应提高耐热性能。但是这种树脂 市场上比较少见。在这里不作赘述。对于自粘性漆最主要的指标之一就是粘结力，这包括 两个方面，其一：再软化温度，即经过热粘合后，具有一定的粘结力，再升温

16、使其失去粘结力的温度，这个对确定 漆膜的耐热型是具有实际意义的数据；其二：高温区域的 粘结力，就是在使用温度下，长时间保持较高的粘结力， 不至于被破坏，而这个区域即为推荐使用温度。聚酰胺树 脂具有良好的粘结力，铜线涂漆绕线后在一定温度(180 200 )，一定时间(1030 min)下，给予其一定的压力， 使其自粘合成型。经测量，在 170200 的使用温度下， 聚酰胺漆包线漆仍能提供相当高的粘结力。现在漆包线线圈一般都采用高速自动绕线，在绕制线 圈的过程中，不可避免地会使导线受到冲击和摩擦，这样 就会对绝缘漆膜产生破坏，影响使用。为了快速绕线，以 前使用石蜡等润滑剂涂覆在漆膜表面来增加漆膜的润滑， 但是这样会影响导线固定，使相互粘结不牢固。而聚酰胺 树脂具有自润滑和高耐磨耗性能，在绕制过程中不会产生 上面所述的问题。芳脂族聚酰胺树脂由于主链中含有苯环结构，苯环对 树脂的低温性能有很大的影响，苯环在低温下的振动具有 次级转变，会增加树脂在低温下的柔韧性3。它的使用温 度可