CN108615576B - 一种半硬态绕组线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的半硬态绕组线从内到外依次为导体、第一绝缘层、第二绝缘层，第一绝缘层采用聚酰胺酰亚胺涂层，第二绝缘层采用聚酯纤维和玻璃纤维经过捻制形成的混合纤维绕包在第一绝缘层上，先预热，再烘焙使聚酯纤维熔化成液体，填充到玻璃纤维的孔隙与缝隙中，使混合纤维形成一个不松散的致密结构，很好的附着在聚酰胺酰亚胺涂层外部，从而使产品即使受到摩擦及敲击都不会影响产品的电气性能；产品绝缘层的厚度0.18mm～0.22mm，无机物含为22％～32％。按上述方法所得的半硬态绕组线，4a、4b弯曲绝缘不开裂，弯曲击穿电压≥1300V，直线击穿电压≥2500V；拉伸20％绝缘层不失去附着性；180℃的烘箱内加热30min，取出冷却至室温进行6a、6b弯曲，绝缘层不开裂；绝缘稳定性优异；电导率≥100％IACS。
Description
技术领域
本发明属于发电机附件技术领域，具体涉及一种半硬态绕组线及其制备方法。
背景技术
水轮发电机由转子和定子组成，定子在电机运转的时候不转动，而转子在工作状态下不停顿的旋转，通常水轮发电机的转速较低约为120转/分钟，但对于一些特殊的高转速的水轮发电机，即转速超过120转/分钟的水轮发电机，旋转时产生的离心力易使转子绕组产品变形，从而使电机产生故障，因此对转子绕组所使用的材料从强度上较通常转速上的转子绕组提出了新的要求。
现有技术中，一般采用退火软态纯铜(TU2)扁线作为导体材料，以线规2.00mm×4.50mm的退火软态纯铜(TU2)扁线为例，抗拉强度≤255N/mm2，断裂伸长率≥34％，体积电阻率≤0.017241Ω·mm2/m，线材柔软，在长时间高速离心旋转中，会产生变形，影响电机寿命。同时使用硬态纯铜(TU2)扁线作为导体材料，应用工艺性差，导电性能差。
现有技术一种半硬态组线(CN 206532620U)，绝缘结构采用玻璃纤维、环氧树脂、聚酯浸渍漆构成，产品电气性能差，击穿电压值≤600V。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种绝缘柔韧性及电气性能优良、绝缘附着性佳、热冲性能优、绝缘稳定性优异、导电性能佳的半硬态绕组线及其制备方法。
本发明的第一个目的是提供一种半硬态绕组线，包括导体、包覆在所述的导体上的绝缘层，所述的绝缘层包括涂覆在所述的导体上的第一绝缘层、包覆在所述的第一绝缘层上的第二绝缘层，所述的第一绝缘层的材质为聚酰胺酰亚胺，所述的第二绝缘层包括绕包在所述的第一绝缘层上的玻璃纤维、填充在所述的玻璃纤维之间的间隙以及玻璃纤维和所述的第一绝缘层之间的间隙中的聚酯。
具体地，所述的第一绝缘层的厚度为0.06～0.09mm。
具体地，所述的第二绝缘层的厚度为0.12～0.15mm。
具体地，所述的绝缘层的总厚度为0.18～0.22mm。
具体地，所述的第一绝缘层由聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂经多次涂覆烘干形成。
具体地，所述的聚酯由聚酯纤维熔化后固化形成。
优选地，所述的聚酯纤维的规格为33dex/15f。
具体地，所述的玻璃纤维的规格为360支。
具体地，所述的导体为四角呈圆弧形的矩形扁线，所述的导体的厚度为0.5mm～3.5mm，宽度为2mm～8mm，圆弧的半径为0.36mm～1.25mm。
具体地，所述的导体的材质为银铜合金，其中，银的质量为所述的铜的质量的0.08％～0.12％。
具体地，所述的绝缘层中无机物的含量为22％-32％。
本发明中，所述的绝缘层中无机物的含量是指第二绝缘层中玻璃纤维的质量占整个绝缘层总质量的百分比。
本发明的第二个目的在于提供如上所述的半硬态绕组线的制备方法，包括如下步骤：
(1)、制备所述的导体；
(2)、将聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂在所述的导体上，然后进行烘干；
(3)、将聚酯纤维和玻璃纤维捻制成混合纤维，将所述的混合纤维绕包在经步骤(2)处理后的中间产品的表面；
(4)、将经步骤(3)处理后的中间产品加热至170～180℃，然后烘焙至所述的聚酯纤维熔化成液态；
(5)、冷却制得所述的半硬态绕组线。
本发明中，步骤(2)采用刮漆模具来控制聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂的涂层厚度，从而使整个产品的绝缘层厚度及电气性能更加稳定可靠。
具体地，所述的步骤(2)重复进行多次，从而使第一绝缘层与导体的附着性更佳。
具体地，步骤(4)中，所述的混合纤维中所述的聚酯纤维和所述的玻璃纤维的根数比为1:1，使得绕包后混合纤维中聚酯纤维和玻璃纤维在产品上分布均匀。
具体地，所述的聚酯纤维的规格为33dex/15f，所述的玻璃纤维的规格为360支。
本发明中，步骤(4)采用高频感应加热将中间产品加热至170～180℃，然后采用烘箱辐射加热使聚酯纤维熔化呈液态。
进一步地，本发明中烘箱辐射加热的温度控制为使聚酯纤维能够熔化，而玻璃纤维不熔化的温度，优选为350～400℃。
具体地，所述的步骤(1)的具体实施方式为：向铜中加入占所述的铜的质量百分比为0.08％～0.12％的银进行熔炼，然后通过上引法制成软铜杆，轧制，拉拔至坯料尺寸，光亮无氧退火后，拉拔制得所述的导体。
优选地，所述的铜为纯度大于等于99.9％的紫铜。
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优势：
1.本发明的半硬态绕组线从内到外依次为导体、第一绝缘层、第二绝缘层，第一绝缘层采用聚酰胺酰亚胺涂层，第二绝缘层采用聚酯纤维和玻璃纤维经过捻制形成的混合纤维绕包在第一绝缘层上，然后先预热，再烘焙使聚酯纤维熔化成液体，填充到玻璃纤维的孔隙与缝隙之中，使混合纤维形成一个不松散的致密结构，很好的附着在聚酰胺酰亚胺涂层外部，对聚酰胺酰亚胺涂层起到很好的保护作用，从而使产品在应用过程中即使受到摩擦及敲击都不会影响产品的电气性能；
2.半硬态绕组线绝缘柔韧性及电气性能优良：4a、4b弯曲绝缘不开裂，弯曲击穿电压≥1300V，直线击穿电压≥2500V；
3.绝缘附着性佳：拉伸20％绝缘层不失去附着性；
4.热冲性能优：在180℃的烘箱内加热30min，取出冷却至室温后进行6a、6b弯曲，绝缘层不开裂；
5.绝缘稳定性优异：浸渍环氧树脂后，绝缘层玻璃丝热态、冷却均不移动，具有良好的耐溶剂性能；
6.导电性能佳：电导率>＝100％IACS。
附图说明
附图1为本发明半硬态绕组线的横截面剖视图；
附图2为本发明半硬态绕组线的纵截面剖视图；
其中：1、导体；2、第一绝缘层；3、第二绝缘层；31、聚酯；32、玻璃纤维。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
如附图1与2所示，一种半硬态绕组线，包括导体1和包覆在导体1上的绝缘层，绝缘层包括涂覆在导体1上的第一绝缘层2、包覆在第一绝缘层2上的第二绝缘层3，第一绝缘层2的材质为聚酰胺酰亚胺，第二绝缘层3包括绕包在第一绝缘层2上的360支玻璃纤维32、填充在360支玻璃纤维32之间的间隙以及360支玻璃纤维32和聚酰胺酰亚胺之间的间隙中的聚酯。
本实施例中，导体1为四角呈圆弧形的矩形扁线，可以防止导体1材料的四个角使用成型的过程中因弯曲、扭转、受压而对外层的绝缘层造成损伤，从而影响电气性能的稳定性；矩形扁线的厚度为0.5mm～3.5mm，宽度为2mm～8mm，圆弧的半径为0.36mm～1.25mm，矩形扁线的材质为银铜合金，为半硬状态，其中，银的质量为铜的质量的0.08％～0.12％，强拉强度≥250N/mm2，屈服强度RP0.2≥200N/mm2,断裂伸长率≥12％。
第一绝缘层2的厚度为0.06～0.09mm，第二绝缘层3的厚度为0.12～0.15mm，优选地，绝缘层的总厚度为0.18～0.22mm，绝缘层中无机物的含量为22％～32％；聚酯31由聚酯纤维熔化后固化形成，聚酯纤维的规格为33dex/15f，混合纤维中的聚酯纤维与玻璃纤维32的根数比例为1:1。
本发明的半硬态绕组线按照以下的步骤加工获得：
(1)、制备导体1：具体包括如下步骤：
a、在纯度为99.90％的紫铜中加入紫铜质量的0.08wt％～0.12wt％纯银进行熔炼，然后上引成软铜杆；
b、对上述软铜杆进行轧制；
c、模具物理拉拔至坯料尺寸；
d、铜线收卷；
e、对收卷的铜线进行光亮无氧退火处理；
f、模具物理拉拔至最终尺寸，得到矩形扁线裸导体1；
g、将得到的矩形扁线裸导体1利用超声波清洗吹干以备进行后续的绝缘层包覆工作；
(2)、形成第一绝缘层2：具体包括如下步骤：
h、采用刮漆模具将聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂覆在矩形扁线裸导体1上形成涂层；
i、烘炉辐射烘干；
h及i步骤重复进行10次，使得聚酰胺酰亚胺涂层的厚度达到0.06mm～0.09mm；
(3)、形成第二绝缘层3：具体包括如下步骤：
j、将33dex/15f聚酯纤维和360支玻璃纤维32按照根数比例1：1捻制成混合纤维，并将混合纤维包在经步骤(2)处理后的中间产品的表面；
k、采用高频感应加热装置加热至170～180℃，然后采用烘箱辐射烘焙至聚酯纤维熔化成液态，使得熔化的聚酯31填充到360支玻璃纤维32的孔隙与缝隙之中，使得聚酯31与玻璃纤维32形成的混合纤维形成一个不松散的致密结构；
(4)、利用彭风机冷却、收线制得半硬态绕组线。
本发明导体1材料柔软度适中，不会因过软而在长时间的旋转过程中变形，不会太硬而影响线材的加式成形特性。
合金铜导体1中含有0.08％～0.12％的银，使导体1材料在半硬的状态下还能够达到完全软态下的良好导电特性。
导体1的制造方式采用先模具物理拉制拔出坯料后光亮无氧退火后完全软态后再模具物理拉拔出最终导体1的方式，拉拔坏料与成品之间的在宽度尺寸及厚度尺寸上的压缩量控制在0.15mm～0.20mm之间，达到将软态体转变为半硬态导体1的目的，这样做较传统的只造调节退火温度和时间的方式来控制合金导体1的软硬度，工艺余度最大，操作过程可以更好的把控。
本发明的第一绝缘层2采用厚度为0.06mm～0.09mm聚酰胺酰亚胺涂层，为产品带来了优良的电气性能及耐温性能，可在200摄氏度的温度下长期稳定的工作，同时这种涂层适用刮漆模具来控制涂层的厚度，因此使整个产品的绝缘层厚度及电气性能更加稳定可靠，多次涂层与烘干的生产方式使聚酰胺酰亚胺涂层与合金铜导体1附着性佳。
本发明的第二绝缘层3采用聚酯纤维和玻璃纤维32形成的混合纤维绕包层对内部的聚酰胺酰亚胺涂层起到很好的保护作用，混合纤维采用1对1的捻制方式，使混合纤维中的聚酯纤维及玻璃纤维32在绕包后在产品上分布均匀，然后采用先高频感应加热的方式进行预热，再通过烘箱辐射加热的方式将聚酯纤维熔化成液体，填充到玻璃纤维32的孔隙与缝隙之中，使聚酯31与玻璃纤维32形成一个不松散的致密结构，很好的附着在聚酰胺酰亚胺涂层外部，对聚酰胺酰亚胺涂层起到很高好的保护作用，使产品在应用过程中即使受到摩擦及敲击都不会影响到产品的电气性能。
本发明的半硬态绕组线的绝缘柔韧性及电气性能优良：4a、4b弯曲绝缘不开裂，弯曲击穿电压≥1300V，直线击穿电压≥2500V；绝缘附着性佳：拉伸20％绝缘层不失去附着性；绝缘中无机物含为22％～32％；热冲性能优：在180℃的烘箱内加热30min，取出冷却至室温后进行6a、6b弯曲，绝缘层不开裂；绝缘稳定性优异：浸渍环氧树脂后，绝缘层玻璃丝热态、冷却均不移动，具有良好的耐溶剂性能；导电性能佳：电导率>＝100％IACS。
实施例1
a、在纯度为99.90％的紫铜中加入紫铜质量的0.08wt％的纯银进行熔炼，然后上引成软铜杆；
b、对上述软铜杆进行轧制；
c、模具物理拉拔至坯料尺寸；
d、铜线收卷；
e、对收卷的铜线进行光亮无氧退火处理；
f、模具物理拉拔至最终尺寸，得到矩形扁线裸导体1，导体1厚度为0.5mm，宽度为2mm，圆弧的半径为0.36mm；
g、将得到的矩形扁线裸导体1利用超声波清洗吹干以备进行后续的绝缘层包覆工作；
h、采用刮漆模具将聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂覆在矩形扁线裸导体1上形成涂层；
i、烘炉辐射烘干；
h及i步骤重复进行10次，使得聚酰胺酰亚胺涂层的厚度达到0.06mm；
j、将33dex/15f聚酯纤维和360支玻璃纤维32按照根数比例1：1捻制成混合纤维，并将混合纤维包在经上述步骤处理后的中间产品的表面；
k、采用高频感应加热装置加热至170℃，然后采用烘箱辐射烘焙至聚酯纤维熔化成液态，使得熔化的聚酯31填充到360支玻璃纤维32的孔隙与缝隙之中，使得聚酯31与玻璃纤维32形成的混合纤维形成一个不松散的致密结构，第二绝缘层的厚度为0.15mm；
l、利用彭风机冷却、收线制得所述的半硬态绕组线。
实施例2
a、在纯度为99.90％的紫铜中加入紫铜质量的0.10wt％的纯银进行熔炼，然后上引成软铜杆；
b、对上述软铜杆进行轧制；
c、模具物理拉拔至坯料尺寸；
d、铜线收卷；
e、对收卷的铜线进行光亮无氧退火处理；
f、模具物理拉拔至最终尺寸，得到矩形扁线裸导体1，导体1厚度为2.0mm，宽度为5mm，圆弧的半径为0.81mm；
g、将得到的矩形扁线裸导体1利用超声波清洗吹干以备进行后续的绝缘层包覆工作；
h、采用刮漆模具将聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂覆在矩形扁线裸导体1上形成涂层；
i、烘炉辐射烘干；
h及i步骤重复进行10次，使得聚酰胺酰亚胺涂层的厚度达到0.07mm；
j、将33dex/15f聚酯纤维和360支玻璃纤维32按照根数比例1：1捻制成混合纤维，并将混合纤维包在经上述步骤处理后的中间产品的表面；
k、采用高频感应加热装置加热至175℃，然后采用烘箱辐射烘焙至聚酯纤维熔化成液态，使得熔化的聚酯31填充到360支玻璃纤维32的孔隙与缝隙之中，使得聚酯31与玻璃纤维32形成的混合纤维形成一个不松散的致密结构，第二绝缘层的厚度为0.14mm；
l、利用彭风机冷却、收线制得所述的半硬态绕组线。
实施例3
a、在纯度为99.90％的紫铜中加入紫铜质量的0.12wt％的纯银进行熔炼，然后上引成软铜杆；
b、对上述软铜杆进行轧制；
c、模具物理拉拔至坯料尺寸；
d、铜线收卷；
e、对收卷的铜线进行光亮无氧退火处理；
f、模具物理拉拔至最终尺寸，得到矩形扁线裸导体1，导体1厚度为3.5mm，宽度为8mm，圆弧的半径为1.25mm；
g、将得到的矩形扁线裸导体1利用超声波清洗吹干以备进行后续的绝缘层包覆工作；
h、采用刮漆模具将聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂覆在矩形扁线裸导体1上形成涂层；
i、烘炉辐射烘干；
h及i步骤重复进行10次，使得聚酰胺酰亚胺涂层的厚度达到0.09mm；
j、将33dex/15f聚酯纤维和360支玻璃纤维32按照根数比例1：1捻制成混合纤维，并将混合纤维包在经上述步骤处理后的中间产品的表面；
k、采用高频感应加热装置加热至180℃，然后采用烘箱辐射烘焙至聚酯纤维熔化成液态，使得熔化的聚酯31填充到360支玻璃纤维32的孔隙与缝隙之中，使得聚酯31与玻璃纤维32形成的混合纤维形成一个不松散的致密结构，第二绝缘层的厚度为0.12mm；
l、利用彭风机冷却、收线制得所述的半硬态绕组线。
实施例1至3的性能数据见下表。
上表中的6a、6b弯曲的测试条件为：在180℃的烘箱内加热30min，取出冷却至室温，再进行6a、6b弯曲。绝缘稳定性的测试条件为：先浸渍环氧树脂后，再看绝缘层玻璃丝热态、冷却的是否移动。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半硬态绕组线，包括导体（1）、包覆在所述的导体（1）上的绝缘层，其特征在于：所述的绝缘层包括涂覆在所述的导体（1）上的第一绝缘层（2）、包覆在所述的第一绝缘层（2）上的第二绝缘层（3），所述的第一绝缘层（2）的材质为聚酰胺酰亚胺，所述的第二绝缘层（3）包括绕包在所述的第一绝缘层（2）上的玻璃纤维（32）、填充在所述的玻璃纤维（32）之间的间隙以及玻璃纤维（32）和所述的第一绝缘层（2）之间的间隙中的聚酯（31）；所述第二绝缘层（3）采用聚酯纤维和玻璃纤维（32）捻制成混合纤维绕包在所述第一绝缘层（2）上，然后先预热，再烘焙使所述的聚酯纤维熔化成液态，填充到所述玻璃纤维（32）的孔隙和缝隙之中，然后经冷却制得。
2.根据权利要求1所述的半硬态绕组线，其特征在于：所述的第一绝缘层（2）的厚度为0.06~0.09mm。
3.根据权利要求1所述的半硬态绕组线，其特征在于：所述的第二绝缘层（3）的厚度为0.12~0.15mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半硬态绕组线，其特征在于：所述的绝缘层的总厚度为0.18~0.22mm。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述的半硬态绕组线的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、制备所述的导体（1）；
（2）、将聚酰胺酰亚胺绝缘漆涂在所述的导体（1）上，然后进行烘干；
（3）、将聚酯纤维和玻璃纤维（32）捻制成混合纤维，将所述的混合纤维绕包在经步骤（2）处理后的中间产品的表面；
（4）、将经步骤（3）处理后的中间产品加热至170~180℃，然后烘焙至所述的聚酯纤维熔化成液态；
（5）、冷却制得所述的半硬态绕组线。
6.根据权利要求5所述的半硬态绕组线的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）重复进行多次。
7.根据权利要求5所述的半硬态绕组线的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的混合纤维中所述的聚酯纤维和所述的玻璃纤维（32）的根数比为1:1。
8.根据权利要求5所述的半硬态绕组线的制备方法，其特征在于：所述的聚酯纤维的规格为33dex/15f，所述的玻璃纤维（32）的规格为360支。
9.根据权利要求5所述的半硬态绕组线的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）的具体实施方式为：向铜中加入占所述的铜的质量百分比为0.08%~0.12%的银进行熔炼，然后通过上引法制成软铜杆，轧制，拉拔至坯料尺寸，光亮无氧退火后，拉拔制得所述的导体（1）。
10.根据权利要求9所述的半硬态绕组线的制备方法，其特征在于：所述的铜为纯度大于等于99.9%的紫铜。
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