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干式变压器上环保漆的应用

2019/09/19 阅读:

摘要:介绍了采用低毒活性稀释剂制备的环保型环氧改性聚酯浸渍漆,对比其与传统环氧改性聚酯浸渍漆的常规性能、贮存稳定性、环境耐久性等,并详细阐述了环保浸渍漆在干式变压器上的工程化应用。结果表明:环保型环氧改性聚酯浸渍漆的固化挥发份低,贮存稳定性、粘接强度及环境耐久性好,能满足干式变压器的应用要求。

关键词:环保浸渍漆;干式变压器;环境耐久性;工程化应用

引言

为了响应国家发展绿色制造的环保政策和法规要求,实现电机设备的绿色制造,应利用先进技术将污染消灭在源头、消化在制造过程中,建立涉及整个产品生命周期的“绿色生命周期体系”。在电机、变压器制造过程中,浸漆绝缘处理是产生排放和环境污染的重要环节,因此国内外很多制造企业对绝缘漆提出了环保要求(如无溶剂、低挥发份等),并逐步使用低毒和无毒材料来替代原有毒性较大的成分,环保型浸渍漆成为主流发展趋势[1-3]。目前,环保型的无溶剂浸渍漆主要有两类,一类是环氧-酸酐类、有机硅类的纯树脂体系,但纯树脂体系普遍存在价格过高、常温黏度高、需高温浸渍等不足,限制了其推广应用;另一类是采用苯乙烯、乙烯基甲苯或丙烯酸酯类作为活性稀释剂的聚酯类无溶剂浸渍漆,其中以苯乙烯和乙烯基甲苯作为稀释剂的浸渍漆存在较大的VOC排放及较强的毒性,只能作为相对环保型浸渍漆[4-7]。本研究采用以低毒的高沸点丙烯酸酯为活性稀释剂制备的环保型环氧改性聚酯浸渍漆(以下简称环保浸渍漆)为研究对象,对环保浸渍漆的性能及其在干式变压器上的工程化应用进行研究,并与传统的以苯乙烯为活性稀释剂的环氧改性聚酯浸渍漆(以下简称传统浸渍漆)进行对比。

1实验

1.1试样制备

试验用环保浸渍漆和传统浸渍漆均由株洲时代电气绝缘有限责任公司提供。粘接特性及环境耐久性试样:参考GB/T7124—2008,分别以尺寸为25mm×150mm的硅钢片和Nomex纸为基材,搭接面积为25mm×12.5mm。样品固化工艺按生产厂家提供的条件进行。

1.2测试方法

1.2.1常规性能按照GB/T15022.2—2007《电气绝缘用树脂基活性复合物第2部分》对浸渍漆进行常规性能测试。

1.2.2敞口贮存稳定性按照GB/T1981.2—2009《电气绝缘用漆第2部分:试验方法》,测试浸渍漆在高温(50±2)℃及常温(23±2)℃下的敞口贮存稳定性。

1.2.3粘接特性按照GB/T7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)》,分别测试以硅钢片和Nomex纸为基材的搭接试样在常态及热态(180℃)下的粘接剪切破坏力。

1.2.4环境耐久性冷热冲击试验:参考GB/T2423.22—2002《环境试验第2部分:试验方法试验N:温度变化》进行试验,试验条件按低温-55℃/4h+高温100℃/4h进行周期循环试验,共进行12个周期。恒定湿热试验:参考GB/T2423.3—1999《电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法》进行试验,温度为40℃,相对湿度为93%,共进行14天的连续试验。环境试验前后检测项:按照GB/T7124—2008检测以硅钢片和Nomex纸为基材的搭接试样在常态下的粘接剪切破坏力。

2结果与讨论

2.1常规性能

两种浸渍漆的常规性能试验结果见表1。从表1可以看出,环保浸渍漆的螺旋线圈粘接强度以及其他主要性能优于传统浸渍漆或基本处于同一水平,这是因为丙烯酸酯稀释剂和苯乙烯稀释剂均含有不饱和双键,都可以与不饱和聚酯分子链上的不饱和双键在自由基引发剂条件下经热分解引发自由基共聚反应,形成体型交联网络,最终成为不溶不熔的热固性树脂。作为不饱和聚酯树脂的活性稀释剂,丙烯酸酯稀释剂与苯乙烯或乙烯基甲苯稀释剂在浸渍漆的热固化过程中,均按自由基反应机理进行[8],且两种浸渍漆的主树脂体系基本一致,所以制备的浸渍漆综合性能相当。由于丙烯酸酯稀释剂具有高沸点、高闪点和低饱和蒸气压的特性,环保浸渍漆在固化挥发份和闪点方面更具优势,现场应用的环保性和安全性大幅提高。

2.2贮存稳定性

将两种浸渍漆分别在高温(50±2)℃及常温(23±2)℃下敞口贮存,其常温黏度变化见图1、图2。从图1可以看出,传统浸渍漆在高温下敞口贮存4天(96h)后黏度增大明显,而环保浸渍漆的黏度基本不变;从图2可以看出,在常温下敞口贮存50天后,传统浸渍漆已经凝胶,而环保浸渍漆的黏度基本不变,这是因为传统浸渍漆中的活性稀释剂苯乙烯极易挥发导致其黏度迅速升高。由此说明环保浸渍漆的敞口贮存稳定性远优于传统浸渍漆。同时结合表1的测试结果可以看出,环保浸渍漆的闭口贮存稳定性也略优于传统浸渍漆,所以环保浸渍漆完全能满足VPI绝缘处理对浸渍漆的贮存和使用稳定性的特殊要求。

2.3粘接特性

浸渍漆用于浸渍电器线圈和零部件,填充绝缘系统中的间隙和微孔,在被浸渍物表面形成连续平整的漆膜,并使线圈粘接成一个结实的整体[9],所以浸渍漆对变压器用关键材料的粘接性极为关键。分别对以硅钢片和Nomex纸为基材的搭接试样进行测试,得到两种浸渍漆在常态及热态(180±2)℃下的粘接剪切破坏力如表2所示。从表2可以看出,以Nomex纸为基材时,两种浸渍漆的粘接剪切破坏力都较小,这是由于搭接试样经拉伸剪切试验后皆是Nomex纸被破坏,说明两种浸渍漆对Nomex纸的粘接强度都大于Nomex纸的本体强度,两种浸渍漆对Nomex纸的粘接效果好;以硅钢片为基材时,常态下传统浸渍漆的粘结强度略优于环保浸渍漆,热态下环保浸渍漆的粘结强度略优于传统浸渍漆,但总体相差不大。综上可知,环保浸渍漆对干式变压器用关键材料(硅钢片和Nomex纸)的粘接强度与传统浸渍漆的水平相当,在常态和热态下都具有较好粘接性,VPI浸漆后产品绝缘结构的整体性好。

2.4环境耐久性

模拟干式变压器在极冷空气环境下反复启动的情况,对浸渍漆进行冷热冲击环境试验;模拟干式变压器在正常通风下湿热环境的运行工况,对浸渍漆进行恒定湿热试验。两种漆在模拟极端工况下的环境试验后力学性能测试结果见表3。从表3可以看出,两种浸渍漆在冷热冲击试验后对硅钢片和Nomex的粘接强度基本相当,且保持率均高于80%,说明在该环境工况下,两种浸渍漆的粘接性能都较为稳定。两种浸渍漆在恒定湿热试验后对硅钢片和No-mex纸的粘接强度明显衰减,环保浸渍漆的粘接强度衰减相对较多,但保持率仍高于60%,能满足实际使用要求。分析湿热工况对两种浸渍漆性能影响相对较大的原因,可能是由于在恒定湿热试验箱中,为了保持湿度、温度恒定,掺杂水汽的高温气流运动频繁,对漆膜冲刷作用明显,导致其对浸渍漆粘接强度的影响相对较大[10]。综上可知,两种浸渍漆通过热固化反应,形成了体型的交联网络结构,都具有较好的环境耐久性。

2.5环保浸渍漆的毒性

为研究环保浸渍漆的毒性,对环保浸渍漆进行大鼠吸入急性毒性试验,设置吸入剂量为1%,吸收2h后连续观察两周,大鼠无明显异常。根据中华人民共和国卫生部《化学品毒性鉴定技术规范》中工业毒物急性毒性分级标准,大鼠吸收2hLC50为0.5%~5%的毒物无影响时,毒性级别属于低毒,由此可判定该环保浸渍漆为低毒。

3环保浸渍漆在干式变压器上的工程化应用

采用某轨道机车干式变压器进行浸渍漆的工程化应用研究,该干式变压器的技术要求如下:绝缘等级为H级;主绝缘为Nomex纸和浸渍漆;冷却方式为强迫风冷;绝缘处理为VPI浸漆工艺。

3.1产品表观状态

变压器产品浸漆后的外观见图3。从图3可以看出,变压器产品浸渍两种漆后表面均呈淡黄色,基本保持了外包绝缘的本体色,但是传统浸渍漆的漆膜色泽更加光亮透明,这是由于传统浸渍漆的挂漆量稍高。

3.2挂漆量

挂漆量是最直观表征浸渍漆渗透充分性的指标。对浸漆前和固化后的产品进行称重,计算其挂漆量,结果见表4。从表4可以看出,环保浸渍漆的挂漆量略低于传统浸渍漆,这是因为丙烯酸酯单体的共聚反应活性比苯乙烯及乙烯基甲苯单体低,后续可通过高温进炉、进炉后快速升温、旋转烘焙等工艺优化手段来改善挂漆效果。

3.3浸水试验

整体浸水绝缘电阻能很好地表征变压器产品绝缘结构浸漆整体性及漆膜致密性,对经过VPI浸漆处理后的干式变压器进行整体浸水试验,浸水时间为12h。结果发现采用环保漆浸渍处理的变压器产品浸水12h后绝缘电阻仍大于2GΩ,完全满足浸水后绝缘电阻大于1MΩ的要求。说明干式变压器经环保浸渍漆处理后,浸渍漆填充效果好,具有较强的防水、抗潮能力。

4结论

(1)环保浸渍漆具有黏度低、贮存稳定、粘接强度大、环境耐久性及抗潮湿能力强等优点。(2)环保浸渍漆具有低毒、高闪点、低挥发、使用安全等特点,生产过程低排放及环境友好,浸渍的干式变压器产品防水、抗潮能力强,能满足工程化应用要求。(3)环保浸渍漆的挂漆量相对偏低,应用厂家可以在工艺上做进一步提升优化。

参考文献:

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[4]邢国华,陈磊,李强军,等.低挥发聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂的研究[J].绝缘材料,2013,46(3):1-3.

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[8]潘祖仁.高分子化学[M].北京:化学工业出版社,2014.

[9]戴月平.变压器用高贮存稳定性浸渍漆:CN201510061838.6[P].2015-05-13.

[10]裴海帆,洪晓斌,李强军,等.特殊环境下环保型聚酯亚胺浸渍漆的测试评价[J].绝缘材料,2016,49(12):66-69.

作者:梁巧灵 陈红生 梁西川 刘济林 朱菲菲 单位:中车株洲电机有限公司

干式变压器上环保漆的应用

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