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干式变压器铁芯绝缘涂料的制备与性能
段衍鹏，刘景，陈宝林，赵云鹏，李吉宏，孙碉，马晓斌
(山东非金属材料研究所，济南250031)
O引言
相对于油浸式变压器，干式变压器具有难燃、体积小、质量小、噪声低、运行效率高、维修方便等优点，广泛应用于局部照明、高层建筑、工厂、机场、码头等场所，近十年来在国内得到迅速发展。干式变压器铁芯一般为晶粒呈规则取向分布的取向硅钢叠装而成，是能量转化的媒介，决定着变压器的关键性能参数。涂覆于铁芯表面的绝缘涂层具有防锈、耐蚀、防霉、绝缘的作用，其表面产生的张力可降低叠片间的涡流损耗，减小磁致伸缩系数，降低变压器能耗和噪声.
本文采用酚醛环氧树脂、有机硅树脂、改性胺固化剂，配合颜填料和功能性助剂，制备一种可厚涂、耐热绝缘涂料。涂层底面合一，施工简便，具有优异的防腐、耐热、绝缘性能，可广泛应用于干式变压器铁芯的涂装防护。
1试验部分
1．1主要原料
环氧树脂F44：南通星辰合成材料公司；环氧有机硅树脂：常州嘉诺有机硅有限公司；环氧增韧树脂：姜堰恒创绝缘材料有限公司；润湿分散剂610s：迪高；消泡剂6500：海明斯德谦；绢云母：滁州格锐矿业公司；滑石粉：济南月华科技有限公司；金红石钛白粉：济南裕兴化工厂；三聚磷酸铝：广西化工研究院；炭黑N660：市售；锶黄：蓬莱新光颜料；流变助剂气相二氧化硅：赢创德固赛；651聚酰胺树脂：上海树脂厂；二甲苯、正丁醇：工业品。
1．2基本配方
绝缘涂料的基本配方如表1所列。
1．3涂料制备工艺
涂料A组分制备流程见图1所示，按配方称量，在配料缸中加人部分树脂和溶剂后，分散均匀。先加入气相二氧化硅高速分散30 min，后依次加入助剂、颜填料高速分散至均匀，过砂磨机研磨至细度40um以下。将剩余少部分树脂和溶剂混合分散均匀，加人防沉剂分散至膏状后，加人到上述研磨料中，高速分散均匀，加少许溶剂调节至合适黏度，得A组分。
将固化剂组分和溶剂混合搅拌均匀，得B组分。
1．4漆膜制备
涂料按mA：mB=4：1配漆。依据GB 9271-1988，将马口铁板和钢板进行砂纸打磨，并清洗。参照GB1727-1992要求，采用空气喷涂制样和养护。
1．5性能测试及表征
涂料及涂膜性能按照国标取样、制样、养护和测试。盐雾试验箱：CCT，美国Q—LAB公司，参照GB／T1771—2007测试；热重分析仪：Spotlight 400，美国PE公司，升温范围为室温至500 oC；耐热性参照GB／T1735–2009测试；耐盐水性参照GB／T 1763–1979测试，3％NaCl水溶液，2／3浸人；体积电阻率参照GB／T1410–2006测试。
2结果与讨论
2．1绝缘老化
电机绝缘材料在电机使用过程中由于各种因素的作用逐渐老化，发生缓慢及不可逆的变化，即为绝缘老化。促使绝缘老化的因素有热、氧化、电压、湿度、电晕、微生物、放射线、机械作用力、腐蚀介质及各种因素的协同作用等。随着各种绝缘材料、结构及绝缘本身所处工件条件的不同，促使绝缘材料老化的原因也各不相同。一般在低压情况下促使有机物质老化的主要原因是热和氧化，在额定电压高的设备中若发生电晕放电，则成为绝缘侵蚀的主要原因；而在湿热工作环境中，则湿度和微生物的因素就成为促进绝缘老化的主要因素。在实际工作环境下，各种因素相互联系，彼此影响，共同作用于绝缘老化。在普通工况条件下，耐热性是绝缘涂层需着重考虑的重要指标。
2．2涂料配方设计
2．2．1 树脂及固化剂的选择
不同树脂的电气绝缘性能因所含官能团种类和数量的不同而有很大区别。环氧树脂主链由醚键组成，具有优良的耐化学品、耐酸、耐碱性能；含有的羟基等强极性基团使其对金属底材的附着力强，刚性、耐热、耐磨性俱佳，且固化成膜时的体积收缩小；氧指数较高，其阻燃性和耐电弧性也好，电气性能优良；但醚键的亚甲基易氧化，耐候性和韧性稍差，由于不直接暴露于阳光下，故可忽略环氧树脂耐候性差的缺点。
采用耐热性佳的酚醛环氧树脂和有机硅树脂配合使用，并加人环氧增韧树脂改善其韧性。聚酰胺类树脂作为环氧树脂的韧性固化剂，其黏结强度、柔韧性、绝缘I生和抗化学品性能优良，本文采用65 1聚酰胺作为固化剂组分。不同树脂质量比对涂膜性能的影响见表2。
综合考虑性能及价格因素，采用m(酚醛环氧树脂)：m(有机硅树脂)：m(环氧增韧树脂)=2：1：1的树脂比例。
2．2．2颜填料和助剂
一般为固体颗粒物的颜填料在涂料中显现颜色，赋予遮盖力，改善涂料的流变性、耐磨性、光泽度、耐化学品性等。涂料配方中助剂的加入量很少，但可大大改善涂料的某些性能，如防流挂性、流平性、防沉降陛，是涂料配方中不可缺少的部分。
加入耐光性佳的金红石型二氧化钛和炭黑，并选用三聚磷酸铝作为防锈颜料，云母和滑石粉增加涂膜的致密性和屏蔽作用。颜填料粒子易团聚，吸附力强圈，若均匀分布在液相中，必须添加一定的润湿分散剂及消泡助剂，降低表面张力[61，使涂料达到均一且稳定的性能。通过设计，优选助剂，采用有机硅类消泡剂和润湿分散剂。该绝缘涂料的固含量高，填料量大，易发生沉降，要求在贮存和施工中具有一定的防沉和抗流挂能力。配方中选用触变性佳、耐热性好的气相二氧化硅㈣，但需经过充分的高速分散。
2．3热重分析
在室温至500℃范围内采用热重分析研究绝缘涂层的热稳定性，如图2所示。在100°C时涂层热失重为O．4％，200℃时涂层热失重为1．6％，可能包含一些低分子易挥发物的逸出。300℃时开始缓慢分解，350℃后受热加速分解。可以看出，该绝缘涂层可在155℃下长期使用，满足电气绝缘F级耐热需求。绝缘涂层的耐热性主要源于环氧、有机硅树脂优良的耐高温性，以及填料和树脂分子间的共同作用。
2．4涂料性能
涂料按一定的质量比配漆，采用空气喷涂，用马口铁板和钢板制样和养护。性能检测结果见表3所列。通过对树脂、固化剂、颜料和助剂的配方优化设计，研制的干式变压器铁芯绝缘涂料具有优异的综合性能。
3结语
以酚醛环氧树脂、有机硅树脂和聚酰胺树脂为基体树脂，配以功能性颜填料和助剂研制的干式变压器铁芯绝缘涂料，具有耐温绝缘、耐腐蚀、耐化学介质和抗开裂性能等优点。该涂料底面合一，对金属基材有较好的附着力，用于干式变压器铁芯硅钢片的表面涂装，还可广泛应用于电子电气、能源、石化等行业高温环境下电器设备的绝缘保护，市场前景广阔。
