漆包线介电谱分析技术及其应用NEW讲解

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1、介电谱分析技术在漆包线生产上的应用体会杜邦集团中国有限公司Dupo nt Holdi ng Chi na Co.,Ltd段宗友Dua n Zong You摘要：本文主要阐述了介电谱分析技术的机理及介电谱分析技术在电磁线行业 的几个应用。关键词：介电谱分析；技术；电磁线；介质损耗；电介质；漆膜；热冲击Abstract:This article prese nt the prin ciple of medium loss chart an alyse tech no logy and the applicati on of medium loss chart an alyse in magnet

2、wire in dustry.Key words: medium loss chart an alyse ; tech no logy ; magnet wire; medium loss;electric medium ;en ameli ng coati ng ;heat shock一、前言电气绝缘是电机电器的最重要的组成部分，除了绝缘工艺和结构设计之外，电 气绝缘材料本身，包括漆包线的质量是直接影响电机电器可靠性和寿命的关键，而 采用介电分析方法可以分析、控制漆包线的内在质量，是促进国内产品跻生于国际 市场的重要途径。随着国际上介电分析技术的发展，介电谱分析技术得到越来越广泛的应用。在

3、电磁线行业，介电谱分析技术也得到一定的应用，一部分研究成果已从实验室走向 企业，如丹麦 DANSK SYSTEM ELEKTRONIK 公司生产的 TD300，TD9000 tg 3快 速测试仪及其分析技术，意大利 REGEON公司快速测试仪及其分析技术，上海迪安电工得到世界各国电磁线企业的认可。这里笔者联系工作实际，谈谈自己的应用 体会。二、介电谱分析技术的机理1 几个高分子的几个基本知识。为了更容易理解和掌握介电谱分析技术，我们来学习一下高分子的几个基本知 识。1.1高分子链：由单体（小分子）通过聚合反应连接而成的链状分子。请看 下图：下面分子链中侧面的分支是支链。1. 2高分子的三个不同

4、运动状态。随着温度有低到高的变化，高聚物可经历 三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态和黏流态，个反映不同的分子运动状态。1. 2. 1高聚物在玻璃态时，由于温度较低，只有侧基、链节、短支链等小运 动单元的运动及键长、键角的变化。这时高聚物是稳定的，对于绝缘材料来讲，它 有很好的绝缘性能。高聚物在玻璃化温度后，介质损耗角正切发生突变，这意味着 通过漆膜中的漏导电流突然增大，对漆包线来讲就是绝缘有功损耗增大，绝缘发 热，而这对于充当绝缘材料的漆膜来讲是不允许的，这就是我们要求漆包线要在玻 璃化温度下使用。1. 2. 2高聚物在高弹态时，或者高聚物从玻璃态转变到高弹态时，这时是链 段的运动，高分子链在

5、保持其质量重心不变的情况下，一部分链段通过单键内旋转 而相对于另一部分链段的运动。漆包线漆膜绝缘能力大大下降。1. 2. 3高聚物在黏流态时，是高分子链的整体运动，漆包线漆膜基本上没有 绝缘能力1. 3偶极子和极化偶极子：物质是由分子，原子构成的，当分子中电荷分布不均匀时，分子中某 一部分可能带正点，另一部分可能带负电，正电荷的平均中心与负电荷的平均中心 不相重合时，就形成一个偶极子。具有极性的分子或具有固有偶级矩的极性分子我 们也可以把它叫做偶极子。高分子链当中具有极性的支链、支链、侧基等就是偶极 子，偶极子在外电场作用下其电荷分布会发生变化。极化：高聚物在外电场作用下其内部分子和原子的电荷

6、分布发生变化，这种现 象称为极化。在电场作用下，非极性分子的正负电荷中心不再重合，会在沿电场方 向产生一电距，而极性分子本身原来就具有的偶极距就会在电场作用下随电场方向 偏转。2. 什么是介电谱分析介电谱是电介质的电导、损耗角正切（tg ）、电容、介电常数等介电参数随 温度、时间、电压、频率等变化的各种图谱，读谱和分析图谱就叫介电谱分析，一 般的情况下，我们分析介质损耗角正切（tg另在固定频率下随温度变化的图谱。 那么什么是介质损耗呢？我们知道，从电学理论上讲，高聚物材料作为电介质时， 施加交变电流后，有滞后于电压 90度的电流I C存在，这是由电容所引起的，电 容引起的电流I C与施加的电压

7、相位相差90度，因此不消耗任何功率。同时，高 聚物材料作为电介质时，虽然是绝缘体，但实际的电阻不可能为无穷大，总有一部 分漏导电流IR，这是由电阻所引起的，I R与施加电压相位完全相同，因此有电 功率损耗，则电介质的 品质”可以用IR与IC之比来表示，这就是介质损耗因子tg A I R /IC（S是损耗角）简称介质损耗角正切，如图1所示图1因此介质损耗角正切的物理意义是通过绝缘介质中电流的有功分量与无功分量 之比，同时也是能量的有功分量与无功分量之比，tg越大，损失于介质中的能量也越大。因此，消耗于绝缘介质中的有功功率称为介质损耗，简单来说，在交流电 压作用下，绝缘介质中发生部分电能转变为热能

8、的物理现象。介质损耗增大，引起 绝缘发热，它的变化是绝缘老化的标志之一。Ic=iCUIr=心CUC-电容量U=交流电压3=交流电压的角频率复介电系数的实数部分复介电系数的虚数部分2. 介质损耗分析漆膜固化度的机理2. 1从高分子物理理论上讲，介电损耗与高分子热力学状态有密切关系。高聚物具有三种热力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态，如图2所示：T g T f 温度C）非晶态高聚物温度-形变曲线T g -玻璃化温度T f 流动温度图2研究表明，极性高聚物加上正弦电场，其偶极子就会响应电场的变化而极化， 在高聚物玻璃态转变区，极性高聚物性质对温度十分敏感，在小范围温度内，即在 玻璃化温度范围内，几乎所

9、有性质都发生突变，包括介质损耗角正切。而高聚物玻璃化温度 （严格来说，玻璃化温度是一个温度范围）受交联作用、分子量的影响，当分子间 存在化学交联时，交联的密度愈高，玻璃化温度增加愈甚，再者，当分子量达到某 一临界值之前，玻璃化温度随分子量增加而增加。而漆包线漆膜成膜是一个高分子交联反应过程，它与反应程度有关，也即漆膜的固化度，在反应达到一定程度前， 漆膜的固化度在慢慢提高，漆膜交联点增加、分子量增加，玻璃化温度也增加，因 此，漆膜固化度与玻璃化温度有关。当漆膜受热时，在玻璃态转变区介质损耗tg S发生突变（变大），通过切线方法可以求出产生突变时对应的温度（即玻璃化温 度），所以，可以用tg和玻

10、璃化温度T g的关系，间接分析漆膜的固化程度，这 就是用介质损耗来分析漆膜固化度的机理。2. 2介质损耗仪的检测机理介质损耗检测原理示意图交流电3. 介质损耗仪的几个参数3. 1介质损耗的分辨率：0.0005/C100PF3. 2测试的频率：1KHZ3. 3温度范围：45-300C。3. 4温度分辨率：）.2C，电脑显示分辨率：C3. 5夹具的选择：标准圆线夹具：0.05-1.80mm超微线夹具：0.008-0.10mm大圆线夹具：1.80-4.5mm扁线夹具：4X4mm ,4X4mm三、介电谱分析技术的应用介电谱分析技术是利用高分子理论中的偶极子作为工具，把绝缘材料的微观分 子结构形态与宏观

11、的漆膜介电性能联系起来，从而构筑了从微观分子到宏观性能的 桥梁。介电谱分析技术在电磁线行业主要有以下几个应用：1.通过介电谱分析漆膜固化度，找出对应的最佳工艺参数我们在引进的SICME设备上，由于每条生产线可以单独调速，所以能很方便 地进行工艺幅度试验，因此，我们每换一个新的绝缘漆品种，都进行工艺幅度试 验，在漆包线综合性能（包括外观）都很好的情况下，可以找出对应的工艺参数， 这就是最佳工艺范围。图3是我们在同一条生产线在不同车速下得到聚氨酯 /聚酰 胺的tgS曲线，曲线1曲线4对应的漆包线性能合格，但裕度不大，曲线 2、曲线3 对应的漆包线性能最好，那么曲线 2、曲线3对应的工艺参数就是最佳

12、工艺范围。 工艺幅度的确定为我们在正常生产时提供了很多方便，例如在正常生产时，我们凭 直观的颜色（当然不能完全从颜色来判断性能）和快速测定的tg值，来快速判定车速是否在最佳工艺范围内，若不在，可即刻调整车速，以免减少不符合性能要求 的废线产生。2.用介电谱验证漆包线的性能和固化度之间的关系，有效地指导生产。当我们找出最佳工艺范围后，把性能优良的漆包线介质损耗曲线当作标准曲线（如图4）,在生产过程中，只要发觉线的颜色异常、性能异常，都可以做介质损 耗曲线，与同品种标准曲线相比较，看看漆膜固化度是否恰当，因为在相同的条件 下，在漆膜中损耗的能量是一样的。例如：图 5是漆膜烘焙不够的聚氨酯漆包线，

13、急拉断后漆皮脱落，图6是同品种性能优良的聚氨酯标准曲线，从拐点上看，图5拐点明显偏低，温度不高时tg值就发生突变，因而漆膜固化不足。我们还可以通 过实验进一步证明这一结论，把图 5固化不足的漆包线在热冲击温度下烘焙 7-10 分钟，发现急拉断合格，漆膜不脱落，性能合格，介质损耗曲线如图7,说明漆膜固化不足，再次烘焙后漆膜固化度提高。从以上分析看，介电谱分析的确构筑了从微观分子到宏观性能的桥梁，可以验 证漆包线性能和固化度之间的关系，从而可以作为保证产品质量的一种手段。除上述应用外，介电谱分析技术还有很多其他方面的应用，如辨明漆包线耐热 等级，判定漆包线的稳定性等，这些还有待我们进一步去分析研究

14、、运用。四几种异形tg 曲线的分析如图8，曲线5 tg值时大时小，是接触不良所致；曲线 6 tg值突然直线上 升，说明漆包线上有针孔；曲线 7在波峰出现tg值有小幅度上升，是漆包线含有 少量溶剂，漆膜没有固化充分所致STHTHTHTnTTTnmm五结束语 运用介电谱分析技术得到性能优良的漆包线介质损耗曲线，可以 指导漆包线生产，调整工艺，还可以作为保证产品质量的一种手段，因此，若能 进一步研究介电谱分析技 术，对电磁线行业将有深远的意义。杜邦中国集团有限公司段宗友参考文献：1高分子物理学赵华山，姜胶东，吴大诚，谭敏韶。1982年 10月第一版。P110-P116,北京，中国纺织工业出版社 2漆包线林复著，1994 年第一版，P305-P316,哈尔宾，黑龙 江科学技术出版社出版3.电磁线工艺学 张权力主编，1993年第一版，P222-P227,上海，电器工业教育研究会电线电缆分 会作者简介：段宗友：（1971-）工程师，祖籍湖北浠水县，现定居上海。