軍工船舶發電機用特種漆包線的研制

湯曉水，龍香林，賴維東，羅至勇

（江西銅業加工事業部，江西 南昌 330096）

1 引言

隨著漆包線市場競爭的日趨激烈，目前常規的漆包線品種由于工藝技術成熟、穩定，漆包線行業利潤已進入微利時代，而企業為了生存和發展，必須要加大新產品的研發力度，尤其是要對新能源汽車、5G、軍工、軌道交通等目前國內新興領域用特種漆包線新產品的研發，以提升產品的技術水平與行業市場競爭力。我國在加大水電、火電、核電等發電站建設的同時，也引進了西門子、阿爾斯通、三菱重工等國外一些大型發電機組的制造加工技術。而漆包線產品屬于制造發電機組的核心部件，大多數是采購進口的漆包線，導致發電機組的制造加工成本大幅增加。因此，國內的一些大型的發電機制造廠商，例如東方電機、上海氣發、哈爾濱電氣等開始進行漆包線國產化的研究，尤其是國內的一些制造發電機組的軍工企業，為突破國外技術的封鎖以及原材料的采購限制，進一步加快了對制造發電機組用特種漆包線國產化的研究進程。所以也催生了一大批大型發電機用特種漆包線的制造生產廠家。我公司面對國內的生產需求，與國內一家生產軍工船舶發電機的知名企業合作，研制出軍工船舶發電機用耐熱等級為200級、Φ2.00mm以上大規格、具有零針孔、高柔韌性、高附著性和高耐浸漬漆等性能要求的特種漆包線，使產品進入軍工船舶發電機行業中漆包線產品的高端市場，從而擴大了公司漆包線新品種與技術儲備，提升公司的技術創新能力和新產品研發能力。

2 特種漆包線的性能要求

適用于新型軍工船舶發電機用特種漆包線產品必須滿足惡劣的工作環境需要，除了需長期承受高溫、高濕、高鹽霧、粉塵、煙霧、油霧等侵蝕破壞和設備震動、沖擊等機械作用破壞外，還要耐受特殊情況下發電機受水噴濺或者短暫浸泡，從而加劇了發電機絕緣材料的老化，導致發電機繞組用漆包線容易發生龜裂。因此必須對發電機繞組按照濕熱電機的要求經過特殊的浸漆處理，使其良好的防潮、煙霧和防鹽霧等性能。該系列軍工船舶發電機用特種漆包線產品必須滿足180℃高溫烘烤后反復二次真空壓力浸漆的特殊要求，并且在耐熱等級200℃的絕緣系統中長期穩定運行，因而當特種漆包線產品繞制成電機繞組后浸漆，能夠滿足不同的浸漬漆對漆膜附著性要求［4］。由于軍工船舶發電機功率較大，要求相應用的漆包線規格也較大（Φ2.00mm以上），而生產漆包線規格越大，伴隨其柔韌性和附著性的下降。以上條件決定了軍工船舶發電機用特種漆包線產品在工藝技術和產品的功能上必須具有創新性，耐高溫、零針孔、良好的柔韌性、高附著性和高耐浸漬漆等性能是該系列規格產品的特性亮點。

研制軍工船舶發電機用特種漆包線系列產品的型號為Q(ZY/XY)-2/200 ，以該系列規格中的Φ2.24mm為例，其性能指標應在完全符合GB/T6109.20-2008標準外，還必須滿足客戶的產品技術標準要求，從而根據該規格產品的性能指標要求制定產品的內控檢驗標準［2-3］，其性能指標對比如表1所示。

表1 特種漆包線性能指標對比

從表1數據分析可知，軍工船舶發電機用特種漆包線系列產品對質量要求很苛刻。其導體不圓度、漆膜偏心度、柔韌性、附著性、熱沖擊 、耐溶劑、耐油性、擊穿電壓、鹽水針孔、靜摩擦系數、高耐浸漬漆性能等性能指標均高于GB/T6109.20-2008標準。

3 特種漆包線關鍵技術與主要研究內容

3.1 關鍵技術

樣品品質考核：漆包線產品是否符合客戶的技術標準要求。即研制的漆包線樣品應通過客戶進行的各種性能檢測，來驗證漆包線的機械性能、化學性能、電性能、熱性能等各項性能指標與客戶的技術標準的符合性。

繞線使用性能：漆包線是否適用繞組繞制工程。即研制的漆包線靜摩擦系數小，表面潤滑性能好，確保嵌線性能優良，槽滿率低，繞制成電機繞組后漆包線漆膜完好無破損，絕緣抗擊穿性能良好［6］，漆包線符合客戶的使用性能要求。

耐浸漬漆工藝性能：漆包線是否適合軍工船舶發電機的高耐浸漬漆要求。即研制的漆包線經繞制成發電機繞組后浸漆，能夠滿足不同的浸漬漆以及180℃高溫烘烤后反復二次真空壓力浸漆對漆包線漆膜附著性的特殊要求。

船舶發電機整機可靠性：漆包線是否能滿足軍工船舶發電機使用要求。即組裝后的船舶發電機必須通過中華人民共和國國家軍用標準《軍用裝備實驗室環境實驗方法》（GJB150A）的“三防試驗”（防濕熱、防鹽霧、防霉菌）及振動、沖擊、傾斜、水噴濺試驗［1］。

3.2 主要研究內容

3.2.1 特種漆包線漆膜絕緣材料的選擇

通過對軍工船舶發電機用特種漆包線使用不同的絕緣材料涂層進行附著性、耐浸漬漆試驗、熱沖擊 、耐溶劑、耐油性、表面滑性等性能進行對比分析以及繞制成繞組時的張力控制進行研究，確定適合該性能特性的特種漆包線使用的絕緣材料，使漆包線漆膜的柔韌性大于漆膜與裸銅線之間的附著力，滿足漆包線高附著性和高耐浸漬漆等性能要求。不同的絕緣材料涂層的性能對比如表2所示。

表2 不同的絕緣材料涂層的性能對比

從表2分析可知，船舶發電機用特種漆包線使用的絕緣材料確定為賽克改性高溫聚酯+聚酰胺酰亞胺+自潤滑漆（PE+AI+AI自潤滑）這三種絕緣油漆的組合。即底涂采用耐熱指數200級賽克改性高溫聚酯，中涂采用耐熱指數220級聚酰胺酰亞胺，面涂采用耐熱指數220級聚酰胺酰亞胺自潤滑漆，其產品的柔韌性、附著性和耐浸漬漆性能以及繞制性能是最優的。

3.2.2 特種漆包線產品結構的設計與優化

目前我公司生產Φ1.00mm以下規格的耐冷媒漆包線采用聚酯亞胺復合聚酰胺酰亞胺產品結構完全滿足客戶的需求。但眾所周知，生產漆包線規格越大，柔韌性和附著性則越差。因而需要對Φ2.24mm大規格漆包線產品結構重新設計優化，由于聚酯亞胺漆膜彈性較差，將耐冷媒漆包線的絕緣結構由聚酯亞胺+聚酰胺酰亞胺改為賽克改性高溫聚酯+聚酰胺酰亞胺+自潤滑漆，利用賽克改性高溫聚酯漆膜的高附著性、聚酰胺酰亞胺漆膜的高柔韌性和漆膜的零針孔性，以滿足客戶的特殊性能要求［5］。

根據以上確定特種漆包線使用的絕緣材料，對不同絕緣涂層比例涂覆后的特種漆包線進行附著性、耐浸漬漆試驗、熱沖擊、耐溶劑等性能測試對比，如表3 所示。根據測試對比結果并結合生產成本控制情況，確定最終的涂層比例為底涂層∶中涂層∶面涂層=60%∶30%∶10%，這樣不僅能滿足漆包線高附著性和高耐浸漬漆等加工要求，而且具有良好的機械、化學、絕緣性能。

表3 不同絕緣涂層比例的性能測試對比

4 特種漆包線研制的生產工藝技術

根據軍工船舶發電機用特種漆包線的特殊性能要求，結合加工事業部漆包線廠現有的工藝裝備和多年來的技術儲備以及生產工藝路線，在此基礎上確定其生產設備、主要原材料、最佳涂漆、退火和烘烤工藝控制，從而制定最佳的工藝方案，確保產品研制成功。

4.1 生產工藝流程圖

圖1 生產工藝流程圖

4.2 特種漆包線Q（ZY/XY）-2/200 Φ2.24mm研制的生產工藝

4.2.1 主工藝設備的選擇

生產設備可以使用奧地利MAG公司生產的MOZART V6/4-4/20D 立式連拉連包高速漆包機。裸銅線進線規格Ф1.0-Ф3.5mm；生產規格為Ф0.50-2.00 mm（經改造目前最大可生產Ф2.50mm）；收線機械速度最高352m/min；模具涂漆道次24道；最大烘烤溫度700℃，最大退火溫度700℃，最大風機轉速4500rpm等。

4.2.2 主要原材料選擇

（1）立式漆包機裸銅線進線采用由SCR工藝生產的型號規格為TR Ф2.60 mm的低氧銅桿；

（2）絕緣涂料選用艾倫塔斯公司生產的涂料組合：賽克改性高溫聚酯PE（966/40HVS）+聚酰胺酰亞胺PAI(595/36MB)+自潤滑漆PAI(595/36MBA)；

（3）特種漆包線產品表面潤滑油采用1.0%濃度的合成石蠟(848/330)溶液。以改善漆包線表面滑性，降低靜摩擦系數。

4.2.3 研制的生產工藝

（1）拉絲、涂漆工藝。根據客戶對漆包線的導體徑、漆膜厚度等性能要求及上述所確定的各涂層比例，確定拉絲、涂漆工藝如下。

拉絲模具排列：2.261（±0.001）-2.512mm。

涂漆模具排（11+5+1）：

2.295-2.300-2.305-2.310-2.315-2.320-2.325-2.330-2.335-2.340-2.345mm（PE）+2.350-2.355-2.360-2.360-2.365mm（PAI）+2.365mm（ 自 潤 滑PAI）。

（2）退火和烘烤工藝。

通過漆膜介質損耗（tgδ）來驗證漆包線漆膜的交聯固化反應程度以及柔軟度，從而確定漆包機的退火溫度、烘爐固化溫度、線速度，循環、排廢風機轉速等工藝技術參數如下：退火溫度：590℃（一區）+580℃（二區）；烘烤溫度：烘爐固化溫度580℃；線速度：35.0m/min；風機轉速：循環風機轉速：4200rpm，排廢風機轉速：2200rpm。

4.2.4 過程質量控制要求

漆包線是連續作業的生產模式，為研制出性能穩定、均一性高以及加工性能優良的漆包線，必須對其制造過程嚴加控制，要嚴格按漆包線生產過程質量控制流程圖作業。漆包線生產線上安裝在線粒子針孔檢測儀（HVC），對其產品質量進行持續監控，杜絕漆包線表面粒子及針孔，保證漆膜的連續性；通過對漆膜剖面的光學分析及偏心比度的測試，對產品漆膜涂覆的均一性進行控制，保證漆膜的一致性；加強工藝衛生、工藝紀律的執行以及關鍵質量控制點的檢查。

5 性能考核

5.1 特種漆包線漆膜介質損耗測試曲線

圖2 特種漆包線漆膜介質損耗測試曲線

5.2 特種漆包線常規性能及耐浸漬漆性能考核

性能考核產品為型號規格Q（ZY1XY）-21200Ф2.24mm，研制樣品方法為GB/74074-2008，檢驗日期2018年9月2日。

表4 特種漆包線常規性能及耐浸漬漆性能檢測數據

5.3 特種漆包線繞制成船舶發電機整機可靠性考核

表5 軍工船舶發電機整機可靠性實驗結果

通過對研制的特種漆包線的漆膜介質損耗測試曲線可知，比對分析漆膜固化程度，其漆膜交聯固化程度處于最佳狀態；通過對研制的特種漆包線常規性能及耐浸漬漆性能檢測數據分析可知，特種漆包線的品質考核、繞線使用性能、耐浸漬漆工藝性能等各項指標完全滿足客戶的技術標準；通過對研制的特種漆包線繞制成船舶發電機整機可靠性實驗結果分析可知，組裝后船舶發電機的“三防試驗”及振動、沖擊、傾斜、水噴濺試驗全部通過國家軍用標準GJB150A的檢驗。

6 結語

江西銅業加工事業部漆包線廠與知名軍工企業合作成功開發研制出軍工船舶發電機用特種漆包線產品，產品滿足客戶的各項技術要求，其中附著性、高耐浸漬漆性能和整機可靠性等指標明顯優于國內外其他漆包線生產廠家，2019年3月份開始進入批量生產并供貨。該產品成為公司漆包線產品中的高端產品，為挖掘和搶占中漆包線高端產品市場奠定基礎，從而擴大了公司漆包線新品種與技術儲備，提升了科研創新和新產品的研發能力。