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CN118398283B - 绝缘电线及其制备方法、绕线组、电气设备 - Google Patents

绝缘电线及其制备方法、绕线组、电气设备 Download PDF

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CN118398283B CN202410859715.6A CN202410859715A CN118398283B CN 118398283 B CN118398283 B CN 118398283B CN 202410859715 A CN202410859715 A CN 202410859715A CN 118398283 B CN118398283 B CN 118398283B
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Abstract

本申请提供一种绝缘电线及其制备方法、绕组线、电气设备;涉及电化学元件的技术领域。该绝缘电线包括导线和包覆在导线上的绝缘层;所述绝缘层包括聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺,且所述绝缘层中聚醚醚酮的质量占比不超过20%;所述导线与所述绝缘层直接接触;且在挤出冷却24h之后,所述绝缘电线在环切拉伸15%的条件下,失去附着性的绝缘层的长度不大于1.9mm。本申请还提供一种上述绝缘电线的制备方法以及采用了上述绝缘电线的电气设备。本申请提供的绝缘电线改善了现有技术中绝缘层与导线的粘附力差的缺陷。

Description

绝缘电线及其制备方法、绕线组、电气设备
技术领域
本发明涉及电化学元件的技术领域,特别涉及一种绝缘电线及其制备方法、绕线组、电气设备。
背景技术
绝缘电线几乎在每一电气设备中均有应用,用以传导电流且不会引起会因接触非电绝缘导线而引起的短路;其结构通常包括金属或者合金所形成的导线以及包覆在导线上的绝缘层。其中,绝缘层通常采用热塑性树脂作为其主要的绝缘材料。
而由于导线通常为金属或合金材料、绝缘层通常采用热塑性树脂,二者的粘附力很差,导致绝缘导线的导线与绝缘层容易脱附。为此,现有技术中常在绝缘层和导线之间加入一增加粘附力的中间层,以增加绝缘层与导线的粘附力。但其制备工艺复杂、工序长,不利于推广利用。
发明内容
本申请的目的之一是提供一种绝缘电线,以改善了现有技术中绝缘层与导线的粘附力差的缺陷。
本申请的另一目的在于提供一种绝缘电线的制备方法。
本申请的再一目的在于提供一种绕线组。
本申请的再一目的在于提供一种电气设备。
第一方面,本申请公开了一种绝缘电线,包括导线和包覆在导线上的绝缘层;所述绝缘层包括聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺,且所述绝缘层中聚醚醚酮的质量占比不超过20%;
所述导线与所述绝缘层直接接触;且在挤出冷却24h之后,绝缘电线在环切拉伸15%的条件下,失去附着性的绝缘层的长度不大于1.9mm。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述导线表面粗糙度Ra大于0.5且小于1.6。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述聚醚醚酮在所述绝缘层中的质量占比不超过20%且不低于5%。
进一步地,在本申请的一些实施例中,100m的所述绝缘电线的表面绝缘层中直径大于30μm的气孔的数量不高于1个;
其中,所述气孔的直径为距离气孔最近的导线表面上的垂直投影的宽度最大值。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述热塑性聚酰亚胺的熔点不低于370℃;
所述聚醚醚酮的熔点低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点;且所述聚醚醚酮的熔点比所述热塑性聚酰亚胺的熔点低至少45℃。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述绝缘层通过挤出工艺形成在所述导线表面。
第二方面,本申请还提供一种绝缘电线的制备方法,包括预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺;
所述预热工艺包括,将导线预热至少320℃;
所述导线表面处理工艺包括:在保护气体环境下,使导线的表面粗化至表面粗糙度Ra大于0.5且小于1.6;
所述挤出工艺包括:利用挤出工艺在所述导线表面形成包括所述聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺的绝缘层;
其中,所述预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺中,所述导线的温度均保持在320℃以上。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述预热工艺与所述导线表面处理工艺之间的间隙,所述导线的温度维持在320℃以上;
所述导线表面处理工艺和所述挤出工艺之间的间隙,所述导线的温度维持在320℃以上。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述导线在预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺中的温度与热塑性聚酰亚胺的熔点之间的差值不大于80℃。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述导线离开预热工艺和所述导线进入所述导线表面处理工艺之间的间隔时间不超过10s;所述导线离开导线表面处理工艺和所述导线进入所述挤出工艺之间的间隔时间不超过10s。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述预热工艺中的加热方法为高频感应加热。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述导线表面处理工艺为等离子体表面处理工艺。
进一步地,在本申请的一些实施例中,在所述导线表面处理工艺中,所述导线的移动速度为8~15m/min;
所述等离子体工艺中所采用的气体为氩气、氮气中的至少一种;和/或
所述等离子体工艺中,等离子体束的喷射角度为60~90°;其中,等离子体束的喷射角度为所述等离子体束的喷射路径与所述导线的中心轴线的夹角;和/或
等离子体束的处理时间为0.1~0.4s,频率为45Hz~100Hz、脉冲电压为不低于220V,电流1A~15A。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述挤出工艺中依次设置有第一温区、第二温区、第三温区和第四温区;
所述第一温区中的温度低于所述聚醚醚酮的熔点;
所述第二温区中的温度不低于所述聚醚醚酮的熔点、低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点;
所述第三温区和第四温区中的温度不低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述第一温区的温度范围为220~260℃、所述第二温区的温度范围为320~380℃、所述第三温区的温度范围为370~400℃、所述第四温区的温度范围为370~430℃;和/或
所述聚醚醚酮和所述热塑性聚酰亚胺在所述第二温区的停留时间为10~45min。
进一步地,在本申请的一些实施例中,所述导线在预热工艺中温度与所述挤出工艺中的第四温区之间的温度的之间的差值均不大于80℃。
第三方面,本申请还提供一种绕线组,包括第一方面所述的绝缘电线或者第二方面所述的绝缘电线的制备方法制备得到的绝缘电线。
第四方面,本申请还提供一种电气设备,包括第一方面所述的绝缘电线或者第二方面所述的绝缘电线的制备方法制备得到的绝缘电线或第三方面所述的绕线组。
本申请的有益效果:
本申请提供了一种绝缘电线,在导线裸线表面直接挤出形成TPI为主要树脂的绝缘层,并在其中添加有少量的PEEK,限制TPI在挤出工序中分解/裂解/发生化学反应而产生的小分子气体在绝缘层中形成大直径的气孔,提高绝缘导线的击穿电压、耐热性能;同时本申请提供的绝缘电线不采用中间层依然能使绝缘层与导线之间的粘附力达到所需的要求,成本低、易于推广使用。
本申请中提供的绝缘电线的使用温度可以达到260℃、局部击穿电压在120μm以下的绝缘层即可达到12KV。本申请还提供一种绝缘电线的制备方法,该制备方法采用预热到接近挤出温度的导线经表面处理之后再进行挤出工艺形成绝缘层,使其形成的绝缘层与导线之间的粘附力优异,无需另外设置粘合层,节约了粘合层所需的工艺,同时减小了绝缘导线的厚度。
本申请提供的绝缘电线可以应用在800V的高压平台,以及可以用于在工作温度可以达到220℃的驱动电机、马达、变压器、等电气设备中。
附图说明
图1为本申请提供的绝缘电线的截面示意图;
图2为图1的局部A的放大图;
图3为本申请弯曲加工性测试的测试方法示意图;
具体实施方式
为了更好地解释本发明,参照本发明的实施方式详细地说明,并结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容,但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
现有技术中,绝缘电线上的绝缘层通常为热塑性树脂材料在导线表面一次性挤出成型得到。但现有的热塑性树脂通常与导线的粘附力弱,导致绝缘电线在绕线过程中容易脱附,进而影响其绝缘性能、耐热性能和耐电压性能;尤其是一次性挤出形成的绝缘层,其粘附力更低。对此,现有技术中通常是在绝缘层与导线之间通过多次涂覆固化形成一粘合层,通过多次涂覆固化的粘合层与导线之间的粘合力增加、绝缘层与粘合层之间的粘附力较强,使导线与绝缘层之间的粘附力增加,达到绝缘电线的绝缘层与导线粘附力增加的需求,但其工艺较为复杂且成本较高;而且粘合层因此通过多次涂覆固化形成导致其内层涂覆层多次加热,容易老化,影响绝缘电线的使用寿命。同时,部分现有技术中还提出了采用粗化导线表面的方式来起到一定的导线与绝缘层粘附力优化效果,但这样的优化方式对于绝缘层与导线的粘附力增强效果有限,且导线表面的粗糙度过高容易导致导线表面的凸起在绝缘电线使用过程中更易被击穿,影响其应用范围和安全性。
为了解决这一技术问题,申请人在研究过程中发现在导线粗化的过程中,保持较高的导线温度并保持导线的温度进入到挤出工序挤出形成绝缘层,其形成的绝缘层与导线之间的粘附力无需中间粘合层即可达到合格要求,甚至比合格要求更优。此外,TPI为主的绝缘层在挤出温度下容易出现大量气孔,影响绝缘层的耐击穿性能和耐热性能,其也可以通过加入少量的PEEK来得到改善。
本申请提出了一种绝缘电线:包括导线11和包覆在导线11上的绝缘层12;所述绝缘层包括聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺,且所述绝缘层中聚醚醚酮的质量占比不超过20%,优选为PEEK在绝缘层中的质量占比不超过15%;
所述导线与所述绝缘层直接接触;且在挤出冷却24h之后,所述绝缘电线在环切拉伸15%的条件下,绝缘层失去附着性的长度不大于1.9mm。优选为绝缘电线在环切拉伸15%的条件下,绝缘层的失去附着性的长度不大于导线厚度。
在本申请中,绝缘层直接附着在导线的表面,无需设置中间粘合层即可达到绝缘电线在环切拉伸15%的条件下,绝缘层失去附着性的长度不大于3mm的合格要求,设置可以达到更优。
需要说明的是,本申请中的导线的材料可以为金属,如铁、铜、铝、锌、银、镍等,以及合金,如铁镍、铁钴镍、铜镍、铜钴、铁硅铝等。
在一些实施例中,所述导线表面粗糙度Ra大于0.5且小于1.6,优选地,所述导线表面粗糙度Ra大于0.8且小于1.6,以提高绝缘层在导线表面的附着力。
在本申请中,所述绝缘层由热塑性聚酰亚胺(TPI)作为绝缘层的主树脂材料,聚醚醚酮(PEEK)在作为绝缘层的次树脂材料。
优选地,所述聚醚醚酮在所述绝缘层中的质量占比不超过20%且不低于5%;更进一步优选地,所述PEEK在绝缘层中的质量占比为5%~15%。
申请人发现,热塑性聚酰亚胺的耐热性、耐电压性能虽然更优,但是其在挤出过程中容易在绝缘层中形成一些气孔,其不仅会降低绝缘层的机械性能,更严重的是,会导致绝缘层的局部击穿电压明显下降(有气泡的地方更容易被击穿)。其可能为热塑性聚酰亚胺在挤出过程中存在有分解或者裂解,出现了小分子气体的逸散而导致的。这可能是现有技术中实际上热塑性聚酰亚胺难以单独应用在绝缘电线,尤其是利用挤出工艺形成的热塑性聚酰亚胺绝缘层在高耐热性、高电压下应用环境中的绝缘电线上应用难的关键原因之一。
对此,申请人在绝缘层中加入少量的PEEK,利用PEEK在挤出之前先包覆在热塑性聚酰亚胺颗粒表面,然后再熔炼,阻碍TPI与氧气接触,抑制热塑性聚酰亚胺分解或裂解产生小分子气体、或者抑制热塑性聚酰亚胺分解或裂解产生的小分子气体汇聚形成较大尺寸(如30μm以上)的气泡,改善了挤出形成的热塑性聚酰亚胺为主的绝缘层的机械性能和局部击穿电压。
需要说明的是,PEEK在绝缘层中的含量不宜过高,也不宜过低,过高的PEEK的含量会导致绝缘层的耐热性能和耐电压性能明显下降;而过低的PEEK含量则会导致其对于TPI在挤出过程中产生小分子气体的抑制作用不足,无法明显改善TPI绝缘层出现气孔的缺陷。
在一些实施例中,100m的绝缘电线的绝缘层12中直径大于30μm的气孔121的数量不高于1个。优选地,1000m的所述绝缘层的绝缘层中直径大于30μm的气孔的数量不高于1个。更进一步优选地,绝缘电线的截面在放大100倍的情况下,发现(目视)的气孔的数量不高于1个, 甚至不能发现(目视)气孔。
需要说明的是,本申请提供的绝缘导线的绝缘层中的气孔的直径为气孔在最接近于气孔的导体表面上的垂直投影的宽度最大值。此外,申请人发现,本申请提供的绝缘导线的绝缘层中的气孔,尤其是直径较大的气孔,如直径大于或者接近30μm的气孔通常都不是球形的,如图1和图2所示。这可能是因为在气孔的形成是在短时间内形成,而这一过程伴随着模口对于绝缘层的压力和树脂的冷却固化,其气孔在各个方向上的受力并不相同,难以形成球形的大气孔。这可能也是即便在有接近30μm的大气孔存在下,绝缘层依然能保持良好的抗击穿性能和耐热性能的原因。
在一些实施例中,所述热塑性聚酰亚胺的熔点不低于370℃;优选为不低于380℃,更进一步优选为不低于385℃。所述TPI的玻璃化转变温度的温度不低于220℃、优选为不低于230℃。
在一些实施例中,PEEK的玻璃化转变温度可以不高于150℃。 PEEK的熔点低于TPI的熔点,如其熔点可以为320~350℃、优选为不高于343℃。
所述聚醚醚酮的玻璃化转变温度低于所述热塑性聚酰亚胺的玻璃化转变温度;且所述聚醚醚酮的熔点比所述热塑性聚酰亚胺的熔点低至少45℃,使PEEK在与TPI混合、熔融的过程中,PEEK先熔融并附着在TPI颗粒的表面,形成包覆结构,抑制TPI在挤出过程中出现小分子气体溢出,避免其形成大量气孔;即便出现一些小分子气体溢出,也可以阻止小分子气体在挤出过程中汇聚成较大气泡,明显影响其机械性能和耐电压性能。
在一些实施例中,所述绝缘层通过挤出工艺形成在经过预热和表面处理的所述导线的表面。
第二方面,本申请还提供一种绝缘电线的制备方法,包括预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺;
所述预热工艺包括,将导线预热至至少320℃;
所述导线表面处理工艺包括:在保护气体环境下,使导线的表面粗化至表面粗糙度Ra大于0.5且小于1.6;
所述挤出工艺包括:利用挤出工艺在所述导线表面形成包括所述聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺的绝缘层。
其中,所述导线表面处理工艺为等离子体表面处理工艺。需要说明的是,在导线进入预热工艺之前,需对导线进行除油、清洁、干燥处理。所述导线的预热温度不低于320℃。
其中,在对导线进行预热时,其采用的预热温度与树脂的挤出温度相关,即其导线的预热温度接近树脂的挤出温度为佳,如当TPI和PEEK的挤出温度为410℃时,所述导线的预热温度可以在360~410℃的范围内选择;更优选为导线的预热温度与树脂的挤出温度相等或者接近于相等。且申请人发现在导线预热到树脂挤出的过程中,导线的温度保持在接近树脂的挤出温度更优,其获得的导线与绝缘层之间的粘附力更优。
在一些实施中,所述预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺中,所述导线的温度均保持在320℃以上。
优选地,所述导线在预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺中的温度与热塑性聚酰亚胺的熔点之间的差值均不大于80℃。
其中,所述预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺优选为在保护气体环境下进行,尤其是导线表面处理工艺和挤出工艺均需要在保护气体环境下进行,避免氧气或者其他活性气体对导线表面的氧化。其中保护气体可以为氮气和氦气、氩气等惰性气体。
在加工工艺中,导线在离开预热工艺后优选为尽快进入导线表面处理工艺进行导线表面处理,而导线经过表面处理之后优选为尽快进入挤出工艺中,在其表面挤出形成绝缘层。优选地,所述导线离开预热工艺和所述导线进入所述导线表面处理工艺之间的间隔时间不超过10s;所述导线离开导线表面处理工艺和所述导线进入所述挤出工艺之间的间隔时间不超过10s。
其中,所述预热工艺中的加热方法优选为高频感应加热,其可以实现从导线内部向表面的快速加热。其中,高频感应加热可以为市售的高频感应加热设备进行,其加热频率、电压和电流可以根据需要进行调整,如周波频率可以在1~20KHZ的范围内调整,其电压可以为380V,电流可以在65A以上。
优选地,在导体表面处理工艺中,所述导线的移动速度为8~15m/min;更进一步地,所述导线的移动速度为9~12 m/min。
所述等离子体工艺中所采用的气体为氩气、氮气中的至少一种。
所述等离子体束的喷射角度为60~90°;其中,所述等离子体束的喷射角度为所述等离子体的喷射路径与所述导线的中心轴线的夹角;和/或
等离子体束的处理时间为0.1~0.4s,频率为45Hz~100Hz、脉冲电压为不低于220V,电流1A~15A。
更进一步优选地,所述导线在预热工序、导线表面处理工序和挤出工序中的导线移动速度相同或者接近,以便于控制导线的温度,减少工艺调整,降低成本、提高效率。
在一些实施例中,所述挤出工艺中依次设置有第一温区、第二温区、第三温区和第四温区;
所述第一温区中的温度低于所述聚醚醚酮熔点;
所述第二温区中的温度不低于所述聚醚醚酮的熔点、低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点;
所述第三温区和第四温区中的温度不低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点。
在挤出工艺中,PEEK和TPI在第一温区内混合形成混合料,混合料进入第二温区,由于第二温区中的温度高于PEEK的熔点,且低于TPI的熔点,使PEEK熔融,并通过搅拌均匀的包覆在TPI颗粒表面,再进入第三温区;在第三温区进一步升温,TPI熔融,形成熔融料,并在第四温度包覆在导线表面,并通过挤出口得到所需厚度的绝缘层,冷却成型得到绝缘电线。
由此可见,绝缘层中的PEEK的含量不宜过高也不宜过低是必要的。
在一些实施例中,所述第一温区的温度范围为220~260℃、所述第二温区的温度范围为320~380℃、所述第三温区的温度范围为370~400℃、所述第四温区的温度范围为370~430℃。
在一些实施例中,所述聚醚醚酮和所述热塑性聚酰亚胺在所述第二温区的停留时间为10~45min,使PEEK完全熔融,并均匀的包覆在TPI颗粒的表面。
此外,所述聚醚醚酮和所述热塑性聚酰亚胺在所述第一温区的停留时间为10~45min,使PEEK与TPI分散均匀,有利于在第二温区的时候,PEEK均匀的包覆在TPI表面。
优选地,所述导线在预热工艺中温度与所述挤出工艺中的第四温区之间的温度的之间的差值不大于80℃。更进一步优选地,所述导线在挤出工艺中的温度与第四温区的温度之间的差值不大于50℃;更进一步,所述导线在挤出工艺中的温度与第四温区的温度之间的差值不大于30℃。
需要说明的是,在本申请中,所述第四温区即为TPI和PEEK挤出形成绝缘层的温区,即第四温区的温度即为树脂的挤出温度。
在一些实施例中,所述聚醚醚酮的粒径范围为10μm~100μm;所述热塑性聚酰亚胺的粒径范围为1~3mm。优选地,PEEK的粒径与热塑性聚酰亚胺的颗粒的粒径的比值为1/100~1/10,使PEEK和TPI在混合和熔融包覆的过程中可以更好的均匀包覆,提高绝缘层中PEEK和TPI的分散均一性,同时可以降低PEEK的用量,减少低耐热性的PEEK的加入对绝缘层的耐热性能的影响。
在本申请中,所述绝缘层的厚度可以为50~120μm;所述导线可以为宽度方向上的截面为圆形、方形、梯形、椭圆形、三角形以及其他异型的导线。优选地,所述导线最宽边的尺寸可以为0.3~25 mm。
在一些实施例中,所述TPI和PEEK经过干燥后再进入到挤出工艺中所采用的挤出设备中,其中TPI的干燥温度为150~220℃,其干燥时间为2~24h,以控制其干燥后得到的TPI中的含水量低于0.03% ;所述PEEK的干燥温度为120~200℃,干燥时间为2~24h的,以控制其干燥后的PEEK中的含水量低于0.03%,减少树脂原料中的水分子对绝缘层的影响。
优选地,所述TPI和PEEK在真空环境或者负压环境下干燥。
更进一步地,所述TPI和PEEK在干燥之后,通过与干燥设备和挤出设备密封连接的输送通道输入至挤出设备中,进行TPI和PEEK的混合。所述输送通道中保持干燥且控制其含氧量不高于3%。
在另一些实施例中,所述挤出工艺之后,形成绝缘层的导线经过梯度降温至常温,即经过挤出工艺之后,形成绝缘层的导线先降温至280~320℃的这一范围内,短暂保温后再进行降温,以促进TPI的结晶,改善材料变硬,容易产生裂纹导致绝缘层的绝缘性能性能不稳定的缺陷。优选地,其保温时长为10~30s。
此外,本申请提供的绝缘电线的绝缘层与导线的粘附力表现为在冷却后24h后,甚至是48h的范围内会逐渐增加,因此在应用过程中,建议其冷却至24h后,甚至是48h后再进行绕线等应用。
第三方面,本申请还提供一种绕线组,包括第一方面所述的绝缘电线或者第二方面所述的绝缘电线的制备方法制备得到的绝缘电线。所述绕线组可以为任一绕线方式形成的绕线组,如I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding。
第四方面,本申请还提供一种电气设备,包括第一方面所述的绝缘电线或者第二方面所述的绝缘电线的制备方法制备得到的绝缘电线或第三方面所述的绕线组。所述电气设备中的绝缘电线可以经过绕线工序,如电机、变压器、逆变器,也可以未经绕线就使用的电力输送线或者导线,如传送电力的电线。
以下,通过与本发明相关的若干实施例进行说明,但并无意图将本发明限定于这些实施例中。
实施例1
本申请实施例提供一种绝缘电线的制备方法,其具体包括以下步骤:
S1:取经过除油、清洁、干燥后的无氧铜线(导体尺寸为1.5mm×3.5mm,低氧铜,R角0.3~0.5mm),备用;将平均粒径为2mm的TPI(玻璃化转变温度为243℃、熔点为388℃)在150℃的温度下真空干燥4h,备用;将平均粒径为50μm的PEEK(玻璃化转变温度为143℃、熔点为343℃)分别置于干燥器中,在180℃的温度下真空干燥4h,备用;
S2:将步骤S1中准备的导线在保护气体(N2)环境下利用高频感应加热设备预热至330℃;导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为1s;
S3:步骤S2中预热好的导线在保护气体(N2)环境下在300V的脉冲电压、50Hz的脉冲频率下,利用氩气等离子体处理导线表面,等离子体束的喷射角度为80°;导线在等离子体处理设备中的停留时间为0.1s,得到处理后的导线;导线离开步骤S3到进入步骤S4之间的时间间隔为1s;形成的导体的表面粗糙度为Ra0.8,
S4:保持导线的温度维持在320℃以上的温度,导线在保护气体(N2)环境下进入挤出设备中,其中挤出设备中的温区温度依次为220℃、350℃、388℃、400℃;挤出得到半成品;TPI和PEEK以95:5的比例加入;
S5:降温所述半成品至300℃,并保温12s,再冷却成型,得到绝缘电线1。所述绝缘层的厚度为80μm。
实施例2
本申请实施例提供一种绝缘电线的制备方法,其具体包括以下步骤:
S1:取经过除油、清洁、干燥后的铜线(导体尺寸为2mm×3mm),备用;将平均粒径为3mm的TPI(玻璃化转变温度为243℃、熔点为388℃)在200℃的温度下真空干燥12h,备用;将平均粒径为100μm的PEEK(玻璃化转变温度为143℃、熔点为343℃)分别置于干燥器中,在150℃的温度下真空干燥8h,备用;
S2:将步骤S1中准备的导线在保护气体(N2)环境下利用高频感应加热设备预热至420℃;导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为1s;
S3:将预热好的导线在保护气体(N2)环境下在300V的脉冲电压、100HZ的脉冲频率下,利用氩气离子体束处理导线表面,氩气等离子体束的喷射角度为90°;导线在等离子体处理设备中的停留时间为0.3s,得到处理后的导线;导线离开步骤S3到进入步骤S4之间的时间间隔为1s;形成的导体的表面粗糙度为Ra1.0;
S4:保持导线的温度维持在410℃以上的温度,导线在保护气体(N2)环境下进入挤出设备中,其中挤出设备中的温区温度依次为250℃、370℃、390℃、420℃;挤出得到半成品;TPI和PEEK以85:15的比例加入;
S4:降温所述半成品至280℃,并保温12s,得到绝缘电线2。所述绝缘层的厚度为80μm。
实施例3
本实施例相较于实施例1,在步骤S2中,导线的预热温度为400℃,在步骤S4中导线的温度保持在390℃以上,其余步骤与实施例1相同,得到绝缘电线3。所述绝缘层的厚度为80μm。
实施例4
本实施例相较于实施例1,在步骤S2中,导线的预热温度为400℃,导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为10s;导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为10s;在步骤S4中导线的温度保持在330℃以上,其余步骤与实施例1相同,得到绝缘电线4。所述绝缘层的厚度为80μm。
实施例5
本实施例相较于实施例1,在步骤S2中,导线的预热温度为400℃,导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为3s;导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为3s;在步骤S4中导线的温度保持在370℃以上,其余步骤与实施例1相同,得到绝缘电线5。所述绝缘层的厚度为80μm。
实施例6
本实施例相较于实施例1,在步骤S2中,导线的预热温度为410℃,导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为1s;导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为1s;在步骤S4中导线的温度保持在400℃以上,其余步骤与实施例1相同,得到绝缘电线6。所述绝缘层的厚度为80μm。
实施例7
本实施例相较于实施例1,其步骤S4为:降温所述半成品至280℃,并保温12s,再冷却成型,其余步骤与实施例1相同,得到绝缘电线7。所述绝缘层的厚度为60μm。
对比例1
本对比例相较于实施例1,省略步骤S2,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线1。
对比例2
本对比例相较于实施例1,省略步骤S3,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线2。
对比例3
本对比例相较于实施例1,步骤S2中,导线的预热温度为200℃,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线3。
对比例4
本对比例相较于实施例1,步骤S2中,导线的预热温度为300℃,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线4。
对比例5
本对比例相较于实施例1,步骤S2中,导线离开步骤S2到进入步骤S3之间的时间间隔为10min,导线在进入步骤S3中时的温度下降至100℃以下,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线5。
对比例6
本对比例相较于实施例1,步骤S2中,导线离开步骤S3到进入步骤S4之间的时间间隔为10min,导线在进入步骤S4中时的温度下降至100℃以下,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线6。
对比例7
本对比例相较于实施例1,步骤S2中,导线离开步骤S3到进入步骤S4之间的时间间隔为30min,再次加热导线至320℃后再进入步骤S4,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线7。
对比例8
本对比例相较于实施例1,在步骤S4中, PEEK与TPI的加入质量比为30:70,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线8。
对比例9
本对比例相较于实施例1,在步骤S4中,PEEK与TPI的加入质量比为50:50,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线9。
对比例10
本对比例相较于实施例1,在步骤S1中,PEEK的平均粒径为2mm,TPI的平均粒径为2mm,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线10。
对比例11
本对比例相较于实施例1,在步骤S4中,不加入PEEK,其余步骤与实施例1相同,得到对比电线11。
通过以下测试方法分别测试上述实施例1~实施例7、对比例1~对比例11所获得的导线和电线的物理参数和性能参数,其具体测试方法如下:
测试方法:
1-导线的表面粗糙度测试
用针触式粗糙度检测仪,测试导体表面的粗糙度。
2-附着性测试
分别取实施例1-7以及对比例1~11得到的绝缘电线300mm作为试样,在试样的长度中间,切割试样一圈直至导体;将试样放置于两夹具之间,试样与夹具放置在同一轴线上,夹住两端,以300mm/min的速率拉伸15%,检查试样绝缘层失去附着性的长度。
3-柔韧性测试
对实施例1-7以及对比例1~11的绝缘电线分别按照如下方法进行柔韧性测试。
柔韧性测试:如下图所示,取两条长500mm直线的绝缘电线,将该两条绝缘电线分别绕着一个抛光的试验轴芯弯曲180±2°,一条进行平绕(轴芯直径=线厚2倍),另一条进行立绕(轴芯直径=线宽2倍)。图3中,“B”和“D”分别代表绝缘电线的线宽和线厚。
本试验中,平绕和立绕后,将产品表面光洁无开裂的情况记为“合格”;将表面开裂的情况记为“不合格”。
4-5%盐水击穿电压测试
取样长度应≥4.7m,按20cm卷绕。测试时,浸泡盐水长度≥4.3m,以升压速度500V/秒、漏电流5mA进行升压,记录击穿电压,按以下方式进行等级划分:
A+:10KV以上;
A:9KV以上且小于10KV;
B:8KV以上且小于9KV;
C:小于8KV;
其中,A和A+为合格,B和C为不合格。
5-气泡检测
使用在线视觉检测装置,对绝缘电线进行在线气泡检测,测试方法可以采用现有技术中的视觉检测技术,也可以采用专利申请号为CN202310025492.9的方法。
其样品为分别截取实施例1~7、对比例1~11的绝缘电线100m作为样品,并对样品的周向的绝缘覆层进行在线视觉检测。
其测试得到的结果如表1所示:
表1
附注:表1中的“气泡数(个/100m)”是指在长100m的绝缘电线的样品上宽度大于30μm的气泡的个数。
从表1可知,即便在不加入粘合层的情况下,本身与导线粘附性能较差的以TPI主树脂的绝缘层也可以与导线形成良好的粘附性,使其达到绝缘电线的附着力的要求;此外,在绝缘层中加入少量的PEEK可以限制TPI在挤出过程中分解/裂解/发生反应,减少气泡尤其是大直径气泡的产生,减少气泡对绝缘电线的粘附力、击穿电压的影响,使其得到的绝缘电线可以适用于高温、高电压(800V及以上的高压平台)的绕线组使用。
本发明在不超出其主旨的范围内,能够以上述以外的形态实施。本申请所公开的实施方式是一个例子,并不限于这些。

Claims (21)

1.一种绝缘电线,其特征在于,包括导线和包覆在导线上的绝缘层;所述绝缘层包括聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺,且所述绝缘层中聚醚醚酮的质量占比不超过20%;
所述导线与所述绝缘层直接接触;且在挤出冷却24h之后,所述绝缘电线在环切拉伸15%的条件下,失去附着性的绝缘层的长度不大于1.9mm;
100m的绝缘电线的表面绝缘层中直径大于30μm的气孔的数量不高于1个;其中,所述气孔的直径为距离气孔最近的导线表面上的垂直投影的宽度最大值。
2.根据权利要求1所述的绝缘电线,其特征在于:所述导线的表面粗糙度Ra大于0.5且小于1.6。
3.根据权利要求1所述的绝缘电线,其特征在于:所述聚醚醚酮在所述绝缘层中的质量占比不超过20%且不低于5%。
4.根据权利要求1所述的绝缘电线,其特征在于:所述热塑性聚酰亚胺的熔点不低于370℃;
所述聚醚醚酮的熔点低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点;且所述聚醚醚酮的熔点比所述热塑性聚酰亚胺的熔点低至少45℃。
5.根据权利要求1~4任一项所述的绝缘电线,其特征在于:所述绝缘层通过挤出工艺形成在所述导线的表面。
6.一种绝缘电线的制备方法,其特征在于,包括预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺;
所述预热工艺包括,将导线预热至至少320℃;
所述导线表面处理工艺包括:在保护气体环境下,使导线的表面粗化至表面粗糙度Ra大于0.5且小于1.6;
所述挤出工艺包括:利用挤出工艺在所述导线表面形成包括聚醚醚酮和热塑性聚酰亚胺的绝缘层,所述绝缘层中聚醚醚酮的质量占比不超过20%,且100m的绝缘层中直径大于30μm的气孔的数量不高于1个;其中,所述气孔的直径为距离气孔最近的导线表面上的垂直投影的宽度最大值;
其中,所述预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺中,所述导线的温度均保持在320℃以上。
7.根据权利要求6所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述预热工艺与所述导线表面处理工艺之间的间隙,所述导线的温度维持在320℃以上;
所述导线表面处理工艺和所述挤出工艺之间的间隙,所述导线的温度维持在320℃以上。
8.根据权利要求6所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述导线在预热工艺、导线表面处理工艺和挤出工艺中的温度与热塑性聚酰亚胺的熔点之间的差值均不大于80℃。
9.根据权利要求6所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述导线离开预热工艺和所述导线进入所述导线表面处理工艺之间的间隔时间不超过10s;所述导线离开导线表面处理工艺和所述导线进入所述挤出工艺之间的间隔时间不超过10s。
10.根据权利要求6所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述预热工艺中的加热方法为高频感应加热。
11.根据权利要求6所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述导线表面处理工艺为等离子体表面处理工艺。
12.根据权利要求11所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,在所述导线表面处理工艺中,所述导线的移动速度为8~15m/min;
所述等离子体表面处理工艺中所采用的气体为氩气、氮气中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述等离子体表面处理工艺中,等离子体束的喷射角度为60~90°;其中,等离子体束的喷射角度为所述等离子体束的喷射路径与所述导线的中心轴线的夹角。
14.根据权利要求12所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,等离子体束的处理时间为0.1~0.4s,频率为45Hz~100Hz、脉冲电压为不低于220V,电流1A~15A。
15.根据权利要求6所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述挤出工艺中依次设置有第一温区、第二温区、第三温区和第四温区;
所述第一温区中的温度低于所述聚醚醚酮的熔点;
所述第二温区中的温度不低于所述聚醚醚酮的熔点、低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点;
所述第三温区和第四温区中的温度不低于所述热塑性聚酰亚胺的熔点。
16.根据权利要求15所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述第一温区的温度范围为220~260℃、所述第二温区的温度范围为320~380℃、所述第三温区的温度范围为370~400℃、所述第四温区的温度范围为370~430℃。
17.根据权利要求15所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述聚醚醚酮和所述热塑性聚酰亚胺在所述第二温区的停留时间为10~45min。
18.根据权利要求15~17任一项所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述导线在预热工艺中温度与所述挤出工艺中的第四温区之间的温度的之间的差值不大于80℃。
19.根据权利要求15~17任一项所述的绝缘电线的制备方法,其特征在于,所述聚醚醚酮的粒径范围为10μm~100μm;所述热塑性聚酰亚胺的粒径范围为1~3mm。
20.绕线组,其特征在于,包括权利要求1~5任一项所述绝缘电线或者权利要求7~19任一项所述的绝缘电线的制备方法制备得到的绝缘电线。
21.电气设备,其特征在于,包括权利要求1~5任一项所述绝缘电线或者权利要求6~19任一项所述的绝缘电线的制备方法制备得到的绝缘电线或权利要求20所述的绕线组。
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