環氧酸酐VPI浸漬樹脂發展及其熱分析測試研究

張大鵬（哈爾濱大電機研究所，黑龍江 哈爾濱 150040）

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環氧酸酐VPI浸漬樹脂發展及其熱分析測試研究

張大鵬
（哈爾濱大電機研究所，黑龍江 哈爾濱 150040）

摘 要：本文通過對環氧酸酐VPI浸漬樹脂性能發展的研究，對比了絕緣性能發現國內的材料已可以媲美國外的材料。此外，通過對環氧酸酐VPI浸漬樹脂進行非模型動力學的熱分析測試，計算出不同溫度下固化時間函數，為環氧酸酐VPI浸漬工藝的參數設定，提供了重要的依據。

關鍵詞：環氧酸酐；熱分析；非模型動力學

隨著VPI浸漬技術在國內的普遍認知，其電氣性能高，整體性良好，導熱系數高的特點，現在已經普遍地應用在高壓電機絕緣制造工藝中。但熱分析的測試技術也在VPI制造工藝上的應用，還鮮有研究。九十年代初，絕緣領域熱分析技術，測量出模壓樹脂物理性能與溫度的關系，反應出整個升溫過程，再利用n階動力學的計算，可以得到優化后熱固化工藝，這一技術普遍地應用在多膠模壓體系。熱分析測試手段的升級，研究出非模型熱動力學的熱分析技術。在不同工況條件中，即便同一反應，動力學參數也是不一樣的；在處理或獲取熱動力學的試驗數據，應遵循多次速率掃描的測試方法，從而反映出熱固性反應的復雜性和多變性。

1　環氧酸酐VPI浸漬樹脂發展現狀

環氧酸酐VPI浸漬樹脂為雙酚A環氧樹脂，甲基六氫苯酐組成。近些年，隨著國產雙酚A環氧樹脂的研發，提高了樹脂的貯存穩定性，其絕緣性能和國外雙酚A性能基本相同。此外，由于是采用無溶劑的浸漬漆，減少了在真空浸漬過程中產生“沫化”現象，沫化現象的產生不利于對繞組的浸透性，從而影響繞組的絕緣性能。通過大量性能試驗研究，目前國內外生產的雙酚A樹脂性能差別不大。甲基六氫苯酐在環氧酸酐VPI浸漬體系中，作為固化劑。其性能的好壞直接影響了環氧酸酐體系的熱固反應速率和反應程度。

圖1　環氧酸酐VPI浸漬固化反應熱焓值曲線

圖2　不同溫度下固化時間曲線

2　非模型動力學熱分析測試

在傳統熱分析動力學中，即n階動力學熱分析研究環氧酸酐VPI浸漬固化反應時，往往省去了樹脂的固化程度對整個體系的反應活化能、頻率因子等動力學參數的影響。但對于VPI浸漬樹脂的固化反應來說，是一個復雜的反應過程，可能涉及多個反應、擴散、揮發的過程，這就會導致反應活化能不是一程不變的。

只利用單一函數來建立模型來表征反應過程，會應函數選擇不當或假設不全面，而導致對整個固化反應溫度判斷失誤，固化反應時間的精準度有所下降，尤其在后期這種情況更加顯著。

針對于這種反應機理，Vyazovkin等提出了一種非模型動力學的熱分析測試研究方法。非模型動力學（model free kinetics）是一種多重掃描速率熱學積分法。其理論根據是在同一轉化率下，反應速率即是溫度的函數，故這種方法又稱為等轉化率法。

非模型動力學的固化反應方程式與n階動力學理論公式相同，都是由公式（1），

dα/dt=Aexp（-E/RT）f（α） （1）

公式中，dα/dt為反應速率，A為頻率因子，E為反應活化能，R為氣體常數，T為溫度，f（α）為反應模型。

進行積分處理，可以得到如下公式：

這時假定f（α）跟升溫速率無關，且固化度一定時，f（α）為常數，可以得到公式：

公式兩邊消去Aα，則得到：

將實驗數據帶入，并Eα的值取最小，則此刻的Eα即為相同固化度下的化學反應活能。通過這種數據理論處理，可以使Vyazovkin非模型動力學適用于各種溫度機制。利用非模型動力學研究環氧酸酐VPI浸漬體系固化反應時，應利用差示掃描儀進行三種不同速率5℃/min，10℃/min，20℃/min的掃描，得到三種熱焓值曲線，如圖1所示。再通過積分計算，得到不同升溫速率下，固化度與溫度的關系曲線，將相應的測試數據代入到公式（4）中，可以計算出，不同固化度下的環氧酸酐VPI浸漬體系固化反應的化學活化能，根據其化學活化能曲線，推導出等溫條件下，不同溫度固化反應所需要的時間，如圖2所示。

3　總結和展望

通過對于環氧酸酐VPI浸漬體系樹脂的環氧樹脂、固化劑相關性能測試的對比，發現國內的環氧酸酐VPI樹脂，其性能上已和國外同類型材料可以媲美。隨著其工藝性的不斷改進，在日后的裝備制造業，將陸續的使用國內的材料。另外，利用非模型動力學對于環氧酸酐VPI體系的熱固性進行測試研究，發現了其熱固反應的起止溫度，其固化率與反應溫度的關系，得到了不同溫度下的固化時間，這對于整個制造工藝以及工藝參數的選擇有著重要的影響.

參考文獻

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