高再軟化溫度自粘性漆包線的開發與應用

王克勝

(銅陵有色股份銅冠電工有限公司，安徽銅陵 244000)

1 引言

自粘性漆包線是一種有著粘結特性的特殊漆包線，它特別適用于異形線圈、形狀特殊的線圈和無骨架線圈的成型，而廣泛應用于各個不同的領域。

國內外漆包線行業知名企業一直致力提高自粘性漆包線的耐熱線，擴大應用領域，高再軟化溫度自粘性漆包線目前國內外均沒有定型產品，日本、歐美在這方面的研究起步較早，并有了一些成果，在我國處于起步。

2 高再軟化溫度自粘性漆包線發展趨勢

隨著自粘性漆包線的發展，其應用領域已包括音響線圈、小型電機、空心馬達、電動工具以及異型線圈和無骨架線圈等。自粘性漆包線所特有的粘結特性使線圈在成型過程中不再需要“骨架”，也省去了某些產品加工過程中的浸漬處理，這不僅可減小產品的體積、重量，而且可以大大簡化線圈的制造工藝，提高工效，降低成本，減輕環境污染，因此是其他品種漆包線所無法取代的。自粘線的耐熱性不僅決定于其絕緣層的熱級，也與粘結涂層的溫度特性密切相關，再軟化溫度的高低就是衡量自粘性漆包線耐熱性的一個重要指標。

目前國內能生產自粘性漆包線的企業為數不多，品種主要為180級以下的縮丁醛和脂肪族聚酰胺自粘性漆包線，這些產品的缺點是再軟化溫度低，一般在120℃以下，這就限制了在高溫和熱特性要求高的領域中的應用。因此高再軟化溫度自粘性漆包線已成為自粘線研究的又一個重點發展方向。

銅陵有色股份銅冠電工公司是安徽省高新技術企業，依靠銅陵有色集團公司國家級技術中心，不斷開發耐高溫自粘性漆包線新產品，我們攻關的重點是將自粘線的再軟化溫度提高到155℃以上，面向F級以上小型電機、電動工具、密封電機、空心馬達、大功率音響小型電機等領域。新產品可替代進口，其技術水平趕上并超過日本、歐美。

3 高再軟化溫度自粘性漆包線新產品研發內容和關鍵技術

高再軟化溫度自粘性漆包線新產品開發項目研究內容主要包括以下五個方面:

3.1 新產品標準的確定

由于高再軟化溫度自粘性漆包線為非定型產品，因此確立標準十分重要。新產品標準的制定通過了大量的調研，綜合考慮不同用戶的要求，借鑒國外先進經驗，并參照JIS、NEMA、IEC等相關標準，確定了該產品主要性能指標，制定了該產品的企業標準［1-3］。

目前該產品的主要性能及技術指標如下:

(1)產品名稱:高再軟化溫度自粘性漆包線。

我公司重點研究產品型號為2EI/AI/SB-200，具體表述是200級自粘性聚酰胺酰亞胺復合聚酯亞胺厚漆膜漆包銅圓線。

型號的表述如下:

(2)研發規格范圍:0.10～0.80mm，根據其規格范圍確定研發的代表規格為0.50mm。

(3)產品的漆膜厚度等級:符合IEC 60317-0-1標準的2B 級［4］。

(4)主要性能指標(以0.50代表規格):

①卷繞:急拉15%，1d卷繞 漆膜不開裂。

②熱沖:急拉20%3d卷繞，220℃ 漆膜不開裂。

③軟化擊穿:≥320℃。

④針孔:0個。

⑤擊穿電壓:≥10kV。

⑥粘結強度:≥2N。

⑦其他性能指標符合IEC 60317-38標準要求［5］。

⑧再軟化溫度測定。

線圈的制備按IEC 60851-3第2次修訂(2003)標準試驗方法18中，螺旋線圈的熱粘合制樣的方法，其粘合溫度為230℃［6］。

將已粘合好的線圈試樣施以一定的負荷置于標準媒質中，在施加下表規定的溫度條件下，除第一圈和最后一圈外，線圈被分開的圈數少于10。具體如表1所示。

表1 測量溫度條件表

3.2 工藝裝備的選擇

由于自粘線的生產工藝不同于其他品種漆包線，其絕緣涂層和粘結涂層固化特征的差異決定了對漆包設備的特殊要求:

(1)必須具有雙爐雙溫控制，單爐設備不能保證產品質量。

(2)在線拉絲連續退火裝備合理。

(3)催化燃燒和熱風循環系統有利于控制固化程度和減少環境污染，節約能源。

(4)采用模具涂漆和加熱、過濾的供漆循環系統。

目前國內外漆包工藝裝備差距很大，奧地利MAG公司的漆包機具有世界最高水平。銅冠電工萬噸特種漆包線項目全套引進該公司多條生產線，其中包括自粘線生產設備，完全具備了研制開發高性能新產品的前提條件。

本項目可使用的漆包工藝裝備有MAG公司HESF3/3-2、HESF4/3-2、HESF5/3-2 型漆包機，具體如表2所示。

表2 漆包工藝裝備一覽表

選擇研發代表規格(0.50 mm)最佳的適用機型為HESF5/3-2。裸銅線拉絲設備選用萬噸特種漆包線項目引進的德國NEHOFF公司的大、中拉機，使用具有連續退火等先進工藝技術的拉絲設備能確保為本項目提供優質的半成品裸銅線。

3.3 結構的優化設計

由于高再軟化溫度自粘性漆包線的涂層結構包括絕緣層和粘結層，因此在結構設計上既要考慮絕緣層的耐熱性與粘結層的再軟化溫度相匹配，又要兼顧產品的綜合性能和粘結特性，所以結構的優化設計十分重要。

絕緣層的選擇是結構優化設計的重要內容，與單一涂層相比復合涂層的耐熱性、柔韌性和耐化學性能更為優越，因而選擇復合涂層作為高再軟化溫度自粘性漆包線的絕緣涂層。

對于所選擇的粘結涂層則既要求有良好的粘結特性，又要求有相對高的再軟化溫度，才能滿足高再軟化溫度自粘性漆包線的要求。

綜上所述，高再軟化溫度自粘性漆包線采用三涂層的結構，最為合理。

3.4 工藝材料的選擇

高再軟化溫度自粘性漆包線所涉及的工藝材料主要包括:

(1)銅桿。

漆包線的導體材料為銅材，由于高再軟化溫度自粘性漆包線應用領域的特殊性，因此對銅材的要求更為嚴格。其導電率(20℃)≥100%(IACS)，同時銅桿的含氧量和雜質含量均應控制在標準范圍之內。另外由于產品的規格范圍一般為0.10～0.80mm，因此需經大、中拉及在線拉絲多次拉伸，這對銅桿的機械性能、表面質量要求也很高。因此選用以高純陰極銅經連鑄連軋法生產的優質光亮銅桿，例如南京華新公司的SCR電工韌銅桿。

(2)絕緣涂層用漆。

高再軟化溫度自粘性漆包線不但要求絕緣層具有高耐熱性，同時還應具備良好的綜合性能。當今，200級聚酰胺酰亞胺復合聚酯亞胺漆包線已廣泛應用于制冷壓縮機、密封電機以及其他耐高溫領域，表現出優異的綜合性能。因此，選擇其作為高再軟化溫度自粘性漆包線的絕緣層，既能保證有高耐熱性，又有利于提高漆包線的綜合性能。

這種絕緣層的工藝材料主要為聚酰胺酰亞胺漆和聚酯亞胺漆。銅陵艾倫塔斯公司的聚酯亞胺漆355、MT533和聚酰胺酰亞胺漆595、L602均能滿足要求。

我們選擇355/595與MT533/L602兩種漆的組合在HESF5/3-2臥式漆包機進行工藝試驗(以0.50mm為代表規格)，結果比較如表3所示。

從上表可看出，在相同工藝條件下355/595與MT533/602兩種組合的主要性能指標都能滿足高再軟化溫度自粘性漆包線絕緣層的要求，而選擇355/595作為高再軟化溫度自粘性漆包線的絕緣層更為經濟合理。

(3)粘結涂層用漆。

粘結涂層材料的選擇是研究開發高再軟化溫度自粘性漆包線的關鍵，不同的粘結材料具有不同的粘結特性和再軟化溫度。由于芳香族聚酰胺粘結層的再軟化溫度明顯高于脂肪族聚酰胺，能達到155℃甚至更高，因此選擇芳香族聚酰胺自粘漆作為高再軟化溫度自粘性漆包線的粘結涂層，可大大提高自粘性漆包線的耐熱性。

經過篩選，我們選用臺灣福保化學公司生產的PH 22芳香族聚酰胺自粘漆，作為高再軟化溫度自粘性漆包線的粘結涂層用漆。

3.5 工藝研究

研制開發高再軟化溫度自粘性漆包線不僅要有優良的工藝裝備和工藝材料，更需要采用特殊的工藝技術。

其主要內容有以下方面:

(1)實現絕緣涂層與粘結涂層的均勻性。

絕緣涂層與粘結涂層的均勻性常用“不圓度”與“同心度”來衡量，不圓度與同心度越小越好越好。

對于0.50mm代表規格的自粘性漆包線，確定導體、絕緣涂層和粘結涂層的不圓度均為0.004mm，同心度則1.5以下。

(2)確定絕緣涂層與粘結涂層的厚度比，實現產品粘結特性的控制。

衡量粘結特性的重要指標是在特定條件下所表現出的粘合強度和再軟化溫度。通常粘結涂層的厚度越大，粘合強度也越大，但在漆膜總厚度不變的情況下，過分增大粘結涂層厚度勢必造成絕緣涂層厚度減小，從而影響自粘性漆包線的絕緣性能，降低其綜合性能。確定粘結涂層的厚度占漆膜總厚度的30%左右為最佳。

(3)相關工藝條件優化。

工藝條件優化包括:涂漆配模序列的選擇，絕緣涂層和粘結涂層固化溫度與相關參數的選擇，拉絲及退火工藝的確定等。

①涂漆配模序列的選擇。

涂漆配模序列決定漆膜厚度及比例，按照粘結涂層約占漆膜總厚度30%的比例，選擇最佳配模序列。

②雙爐雙溫工藝優化。

絕緣涂層與粘結涂層固化特征的差異決定了高再軟化溫度自粘性漆包線的涂漆工藝需要雙爐雙溫。因此工藝優化首先是根據0.50mm代表規格和355/595及PH22漆的固化特征，制定工藝方案如表4所示。

表4 高再軟化溫度自粘性漆包線工藝方案

工藝優化的第二步是根據工藝方案優化絕緣涂層工藝。方法是采用絕緣涂層爐溫600℃，以線速200m/min展開±10m/min的幅度，形成三種工藝條件，經過對三個工藝試樣檢測結果和tanδ圖譜比較，選擇出絕緣涂層的最佳工藝條件。

工藝優化的第三步是在確定了絕緣涂層工藝條件后，選擇粘結涂層工藝。以研究粘結涂層爐溫的試驗方法，以爐溫500℃展開±20℃的幅度，形成三種工藝條件，經過對這三個工藝試樣檢測結果和tanδ圖譜比較，選擇出粘結涂層的最佳工藝條件。

通過以上三個步驟，最終確定的雙爐雙溫優化工藝確保了高再軟化溫度自粘性漆包線的高絕緣性能和良好的粘結特性，從而滿足了產品綜合性能的要求。

③拉絲及退火工藝的確定。

拉絲及退火工藝的確定是上述雙爐雙溫工藝優化的一部分，這里不在敘述。

(4)再軟化溫度的測定。

高再軟化溫度自粘性漆包線的再軟化溫度測定是按照IEC標準，采取熱粘合方法制樣，然后在規定的最小荷重下測試其失去粘結力的溫度，試驗結果表明再軟化溫度超過155℃。

綜上所述，歸納本項目的四項技術關鍵:絕緣涂層與粘結涂層結構的優化設計及其工藝材料選擇;絕緣涂層與粘結涂層厚度比的控制對粘結強度的影響;雙爐雙溫工藝條件優化，保證產品的最佳綜合性能;高再軟化溫度自粘性漆包線的再軟化溫度測定。

4 結論

通過對以上四項技術關鍵的解決和控制，使高再軟化溫度自粘性漆包線產品的研制開發獲得了一次性成功。這不僅提高了銅陵有色股份銅冠電工有限公司產品的檔次，增強了產品的市場競爭力;更提高了企業的知名度，增強了企業發展的動力。隨著今后環保問題越來越重視，漆包線在加工過程中浸漬處理(二次絕緣)所帶來的環境污染問題，必將導致高再軟化溫度自粘性漆包線的廣泛應用，這不僅可以大大簡化線圈的制造工藝，提高工效，更降低了線圈綜合成本，減輕了環境污染，因此高再軟化溫度自粘性漆包線是其他品種漆包線所無法取代的。

［1］陳惠民，邵武軍，等.GB/T 6109.1，漆包圓繞組線第1部分一般規定［S］.北京:中國標準出版社出版，2008:5-14，20-21.

［2］章延勝，鄭啟榮，等.GB/T 6109.20，漆包圓繞組線第20部分200級聚酰胺酰亞胺復合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線［S］.北京:中國標準出版社出版，2008:1-3.

［3］李福，李冰，鄭守國，等.GB/T 4074.3，繞組線試驗方法第3部分 機械性能［S］.北京:中國標準出版社出版，2008:6-7.

［4］國際電工委員會.IEC 60317-0-1，修改2(2005)特種繞組線產品標準 第0部分一般要求 第1節 漆包銅圓線［S］.張志昌.上海:電纜研究所信息中心出版，2005:6-7.

［5］國際電工委員會.IEC 60317-38，修改2(1999)特種繞組線產品標準 第38部分200級帶粘合層的聚酰胺酰亞胺復合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線［S］.張志昌.上海:電纜研究所信息中心出版，1999:246-252.

［6］國際電工委員會.IEC 60851-3，修改2(2003)繞組線試驗方法 第3部分 機械性能［S］.張志昌.上海:電纜研究所信息中心出版，2003:397-398.