非磁性引拔槽楔的樹脂優(yōu)化及試驗研究

李仁黑　薛長志　王粉婷　文敏

摘 要：本文從選用高耐熱等級和高強度的樹脂原材料出發(fā)，研究了亞胺改性前、后的乙烯基樹脂對非磁性引拔槽楔機械性能的影響。結(jié)果表明：利用亞胺改性后的乙烯基樹脂制造的非磁性引拔槽楔常、熱態(tài)機械性能均優(yōu)于乙烯基樹脂制造的非磁性引拔槽楔。

關(guān)鍵詞：非磁性引拔槽楔；改性樹脂；機械性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.032

1 引言

近年來風(fēng)電產(chǎn)品市場競爭激烈，風(fēng)電整機訂貨價格下降，倒逼發(fā)電機企業(yè)降本增效。為了節(jié)材降成本，提高槽楔機械性能可減少槽楔報廢數(shù)量從而達到降低成本目的，并且保證電機全壽命周期內(nèi)槽楔使用狀態(tài)的可靠性。

在電機中定子槽楔的主要作用是固定繞組線圈，防止定子槽內(nèi)繞組線圈松動。槽楔最重要的機械性能為常、熱態(tài)下的抗劈性能和抗彎性能。定子槽楔通常有兩種：磁性槽楔和非磁性槽楔。電機使用磁性槽楔雖然存在鐵耗小、電機效率高等優(yōu)點，但由于運行期間容易掉磁粉、脫落而引發(fā)電機故障，故一般電機制造廠都很謹慎的選用。非磁性槽楔與空氣或絕緣的磁導(dǎo)率相當，不產(chǎn)生磁拉力，只承受定子槽內(nèi)載流導(dǎo)體在槽內(nèi)漏磁場中所受安培電磁力傳導(dǎo)過來的分力。由于非磁性槽楔的高可靠性，我司現(xiàn)制造的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機全部采用非磁性槽楔。但是在電機制造和運行過程中，也偶爾出現(xiàn)槽楔開裂和鼓包的現(xiàn)象，使產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。

本文從工程實際問題出發(fā)，提出了一種使用高強度樹脂做原材料來提高非磁性引拔槽楔機械性能（主要指抗劈強度、抗彎強度兩個參數(shù)）的方法，有效的提高了槽楔的機械性能和制造裕度，進一步提升了電機非磁性引拔槽楔的使用溫度性和可靠性 。

2 槽楔用樹脂的選擇

2.1 樹脂的性能對比分析

一般通用性樹脂體系工藝性好，物理性能優(yōu)越，能滿足使用要求且成本較低。本文提到的用作非磁性槽楔膠粘劑的兩種樹脂均屬于固化收縮率低、高耐熱性能好、粘接性能優(yōu)越的環(huán)氧乙烯基樹脂，其理化性能和機械性能見表1和表2。

從表2中可以看出：

（1）常態(tài)乙烯基樹脂的粘接力為98.6N，熱態(tài)下為12.2N，熱態(tài)保持率為12.4%；常態(tài)下亞胺改性乙烯基樹脂的粘接力為153.8N，熱態(tài)下為34.2N，熱態(tài)保持率為22.2%；

（2）常態(tài)下乙烯基樹脂塊的抗劈力為2939N，熱態(tài)下為230N，熱態(tài)保持率很低；常態(tài)下亞胺改性乙烯基樹脂塊的抗劈力為3903N，熱態(tài)下為1961N，熱態(tài)抗劈力保持率接近了50%。

（3）常熱態(tài)下亞胺改性后乙烯基樹脂的粘接力高于改性前，樹脂塊抗劈性能也有所提高，且機械性能熱態(tài)保持率得到明顯改善。

2.2 合成樹脂中亞胺樹脂占比對槽楔抗劈性能的影響

通常情況下，為了提高槽楔中乙烯基樹脂的熱穩(wěn)定性，可以適當增加樹脂中的剛性耐熱結(jié)構(gòu)如亞胺基團、芳族基團等[1-3]。合成樹脂中亞胺樹脂含量的比例不同，合成樹脂的耐熱溫度也有所不同，從而導(dǎo)致用合成樹脂制造的槽楔機械性能（尤其熱態(tài)下）差別很大。試驗表明，亞胺樹脂含量在合成樹脂中占比達10%時，槽楔的機械性能也接近峰值，圖1為亞胺改性乙烯基樹脂中不同亞胺樹脂占比制得的槽楔的抗劈強度對比。

3 試驗部分

3.1 試驗?zāi)康?/p>

電機的槽楔大多采用兩種方式安裝，一是手動用榔頭敲進鐵心槽，二是使用器械將槽楔推進鐵心槽，兩種安裝方法槽楔受力均較大，槽楔端部受損和開裂、定子烘焙后槽楔鼓包的情況時有發(fā)生，產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，槽楔報廢率也較高。前期某型風(fēng)力發(fā)電機定子非磁性引拔槽楔A（以下簡稱槽楔A）采用樹脂基體是熱穩(wěn)定性較好的乙烯基樹脂，優(yōu)化后的非磁性引拔槽楔B（以下簡稱槽楔B）考慮采用熱穩(wěn)定性更好的亞胺改性乙烯基樹脂[4]，改性后采用該樹脂成型的槽楔制品機械性能尤其是熱穩(wěn)定性得到很大的改善，這無疑為提高電機槽楔機械性能和運行穩(wěn)定性提供了機遇。

3.2 引拔槽楔的制作工藝

非磁性引拔槽楔的制備工藝采用引拔成型[5]。引拔成型最重要的工藝參數(shù)包括溫度、壓力、引拔速度、牽引力和樹脂固化反應(yīng)。引拔成型的工作流程：

（1）合成樹脂、固化劑、脫模劑按照一定的比率混合，高速攪拌均勻，靜置約15～30min；

（2）在牽引力的拉力下，連續(xù)的碳纖維在樹脂基體中浸漬并進入預(yù)成型模（模具溫度為150～160℃），預(yù)成型排除多余的樹脂后并壓實排除氣泡，熱量傳遞至液態(tài)的樹脂/碳纖維復(fù)合體系，交聯(lián)反應(yīng)開始發(fā)生，樹脂從復(fù)合材料的周邊向中心固化，控制牽引速度在1～1.1m/min；

（3）樹脂固化后體積收縮，使得復(fù)合材料與模具分開，經(jīng)過脫模、在加熱爐中后固化（溫度為170～180℃）、冷卻等流程，最終下料切割成需要的長度。

3.3 制樣及試驗方法

3.3.1 試驗制樣

采用3.2中工藝流程，分別采用上述乙烯基樹脂和亞胺改性乙烯基樹脂制備出槽楔A和槽楔B。

抗劈試樣的制作：取全寬試樣，試樣長20mm±0.2mm，數(shù)量5個。

抗彎試樣的制作：取全寬試樣，長80±2mm，厚度4mm，支座跨距間的長度取64mm，數(shù)量5個。

3.3.2 試驗方法

（1）非磁性引拔槽楔抗劈強度試驗方法參照《GB/T 10508-2005 中小電機用槽楔技術(shù)條件》第6.7項進行抗劈性能試驗； 抗劈試驗時將試樣水平放置在試驗裝置中，壓頭刃口方向與試樣纖維方向相同，以2mm/min速度施加負荷，直至試樣劈裂。

（2）非磁性引拔槽楔抗彎強度試驗方法參照《GB/T 9341-2008 塑料 彎曲性能的測定》進行彎曲性能試驗。抗彎試驗時將試樣水平放置在支座上，支座跨距間的長度取64mm，中心夾頭以5mm/min垂直壓向槽楔中部，直至試樣破壞。

（3）若要求在熱態(tài)下試驗，則將試樣置于烘箱中加熱至穩(wěn)定的溫度20min后進行抗劈和抗彎試驗，試驗過程中烘箱門不得打開。

3.4 試驗儀器

50kN萬能電子式萬能拉力機 ，深圳萬測試驗設(shè)備有限公司；

高低溫箱，深圳萬測試驗設(shè)備有限公司；

DGF315P可程式試驗烘箱，重慶灝源環(huán)境試驗設(shè)備有限公司。

4 結(jié)果與討論

4.1 槽楔A和槽楔B的常、熱態(tài)機械性能對比分析

槽楔A和槽楔B的機械性能對比見表3和表4。

從表3和表4中可以看出：

（1）常態(tài)下槽楔A抗劈力為11923N，熱態(tài)下抗劈力為3698N，熱態(tài)保持率為31%；常態(tài)下槽楔B抗劈力為15540N，熱態(tài)下抗劈力為7661N，熱態(tài)保持率為49.3%；

（2）常態(tài)下槽楔A抗彎力為1123N，熱態(tài)下抗彎力為352N，熱態(tài)保持率為31.3%；常態(tài)下槽楔B抗彎力為1343N，熱態(tài)下抗彎力為980N，熱態(tài)保持率為72.8%；

（3）無論是常態(tài)還是熱態(tài)下，槽楔B的抗彎性能和抗劈性能均優(yōu)于槽楔A，且熱態(tài)保持率也相對較好。

4.2 槽楔機械強度的溫度特性

圖2和圖3分別是不同溫度下槽楔A和B的抗劈、抗彎性能對比。

5 結(jié)論

（1）采用亞胺改性乙烯基樹脂成型的槽楔在常態(tài)和熱態(tài)下的抗彎性能較改性前均有所提高；

（2）采用亞胺改性乙烯基樹脂成型的槽楔在常態(tài)和熱態(tài)下的抗劈性能較改性前均有所提高；

（3）相較于常態(tài)，亞胺改性后乙烯基樹脂成型的槽楔抗彎性能和抗劈性能熱態(tài)保持率大大提高；

（4）改性亞胺樹脂在合成樹脂中所占比例接近10%時，非磁性引拔槽楔的機械性能較好。

參考文獻：

[1]陳超，邢國華，陳磊等.聚酯亞胺無溶劑浸漬漆合成工藝的改進[J].絕緣材料，2011，44（01）：74-76.

[2]何恩廣，李強軍，周升等.聚酯亞胺體系浸漬樹脂的性能研究[J].絕緣材料，2011，44（02）：49-51，55.

[3]李強軍，姜其斌.H級不飽和聚酯亞胺無溶劑浸漬漆的研究[J].絕緣材料，2005，38（03）：11-13.

[4]姬亞寧，劉業(yè)強等.乙烯基酯樹脂改性聚酯亞胺無溶劑浸漬漆的性能研究[J].絕緣材料，2015，48（01）：30-33.

[5]王秋玲，何州文，張卓等.新型導(dǎo)線用碳纖維復(fù)合材料的引拔成型工藝技術(shù)研究[J].工程塑料應(yīng)用，2010，38（02）：33-34.