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環氧樹脂網知識：新型絕緣樹脂的介紹及應用

王天堂 王立剛 沈偉 陸士平

（上海富晨化工有限公司 200233）

摘要：本文介紹了FUCHEM系列無溶劑絕緣樹脂的性能及應用，著重探討了產品的阻燃、低收縮、高耐腐蝕、高耐熱等級等特性。

關鍵詞：無溶劑絕緣樹脂   阻燃  低收縮  耐腐蝕  H級

 

1、  前言

絕緣材料是指電導率小，可用以隔離不同電位帶電體的材料。在實際使用中，它能把電位不同的導體隔離開，以保證電機電器的正常運行。隨著國民經濟的發展，機電工業以及新的能源技術的發展，對絕緣材料的新要求也日益突出，其趨勢主要表現在六個方面：

l        發展高介電性能與高力學性能的耐高壓絕緣材料；

l        發展高耐腐蝕，特別是耐電暈腐蝕、耐化學腐蝕等方面的絕緣材料；

l        發展高耐熱性的絕緣材料；

l        發展阻燃型絕緣材料；

l        發展環保型絕緣材料；

l        發展高節能型絕緣材料，逐漸向中低溫成型工藝過渡。

在各種絕緣材料中，絕緣樹脂占很重要的位置，它也是很多絕緣材料（例如：板材、拉擠桿材、絕緣子、預浸材料以及SMC、BMC等）的基體主材，固化的絕緣樹脂的性能高低將直接影響到絕緣工業的發展水平，影響到電機電器的質量。最近開發并成功應用的系列改性環氧無溶劑新型高性能新型絕緣材料，具有低收縮、阻燃、耐熱溫度高、耐腐蝕性能好等特點，能滿足特殊性能的要求是一類具有發展前途的絕緣樹脂。

 

2． 改性環氧無溶劑絕緣樹脂性能及應用

改性環氧無溶劑絕緣樹脂是采用高性能環氧樹脂改性而成，使它在具有保持環氧樹脂的絕緣性能、力學性能、耐高壓性能等優異特性的同時又具有聚酯的低溫固化、工藝流動性好、耐熱等級高等性能。其特色為：

u      由于環氧結構的存在保證了樹脂固化體的力學性能和絕緣性能；

u      由于耐高溫體的引入可以大大提高樹脂的耐熱溫度和粘度可調節性，比傳統環氧樹脂的耐熱溫度有提高，并有效的改進了施工工藝性能，減少固化過程中氣泡的產生；

u      采用新型固化體系，比傳統的酸酐固化體系能在較低的溫度下迅速固化（ 改性環氧無溶劑絕緣樹脂一般可以根據要求在常溫~80℃情況下30分鐘~1小時固化，而傳統的環氧酸酐固化體系需要120℃以上，2~4小時才能固化），很快得到使用強度，得到具有高度耐腐蝕的低電導率聚合物，比傳統的高溫固化絕緣樹脂節省了大量能源和操作時間；

u      由于改性體的引入提高了了樹脂固化體的耐水解性能，比傳統的環氧和聚酯絕緣樹脂提高了耐腐蝕性能；

u      由于改性后樹脂的固化僅在分子兩端交聯，因此分子鏈在應力作用下可以伸長，以吸收外力或熱沖擊，表現出耐微裂或開裂；

u      由于使用了活性稀釋劑作為交聯體，在固化過程中參加交聯反應，無不良揮發，故使用過程中對環境無不良影響，同時又能保證樹脂固化收縮率降低；

2.1 高耐熱無溶劑絕緣樹脂

    隨著現代高電壓、大電網進入密集市區，電器設備日趨小型化、輕量化、高性能化，SF₆組合電器是適應現代電力工業發展的先進輸變電設備。SF₆絕緣變電站包括電器開關、電纜、變壓器等設備，在大城市和地下安裝具有許多優點。1000kV SF₆絕緣的電器設備所用的絕緣材料除設計因素外，主要取決于所用絕緣材料的性能。SF₆組合電器用絕緣制件如絕緣拉桿、絕緣支柱和滅弧筒國外1980年代就已經產業化，較為先進的廠家有瑞士的Micafil公司和Cellpack公司。以前各公司主要使用環氧樹脂，但在耐腐蝕方面一直不夠理想（主要是SF₆在電弧作用下分解成：SF₄、SF₂、S₂、F₂、S、F、S⁺、S⁺⁺等，其中SF₄是強活性化合物，在水存在下生成氫氟酸，它不僅腐蝕金屬件，而且會侵蝕絕緣材料，導致絕緣損壞）。

898高耐熱無溶劑絕緣樹脂具有較高的交聯密度，固化后形成致密的結構，在防腐蝕方面得到突破，尤其在耐SF₆方面性能突出，表1列舉了898樹脂在某些介質中的性能。另外也正因為898樹脂的高交聯密度特性使它有較高的熱變形溫度（155℃）和玻璃化溫度（180℃），從而具有了較高的耐熱溫度，可以在180℃下長期工作。表2是  898高耐熱無溶劑絕緣樹脂與某國外同用途產品（以環氧-酸酐固化體系）的性能對比。從表2中我們可以看出898樹脂和云母或玻纖配合可以制成耐熱等級為C級的復合型絕緣材料。

  表1   898樹脂的耐腐蝕性能

介質	濃度	推薦使用溫度	介質	濃度	推薦使用溫度
氟硅酸	10%	75	四氯化碳	100%	80
濕氯氣	-	110	氯化氫（濕）	-	100
氫氟酸	1%	65	CLO2	-	80
氫氟酸	100%	65	SO3（干）	100%	150
氫氟酸	20%	40	硝酸煙氣	60	80

由此可見，  898樹脂可以適合各種耐SF₆產品的制作，如：變壓器、電器開關、絕緣拉桿等的制作，可以當澆鑄材料使用，也可以與不同的纖維或填料配合制成各種SMC及DMC制品；同時還是耐SF₆纏繞絕緣材料理想的樹脂，特別是采用帶纏繞成型、新型固化技術（紅外線、微波等）制成的絕緣件既具有優良的機械性能，又具有優良的電性能。

表2    898樹脂與國外同類用途產品比較

項目	某國外產品	898	測試標準
澆鑄體HDT ℃	150	155	GB1634-79
澆鑄體玻璃化溫度℃	178	182	GB11998-89
澆鑄體耐熱溫度℃	182	185	GB/T13464-92
與E玻璃方格布復合板材耐熱溫度℃	195	201	GB/T13464-92
常態時澆鑄體體積電阻率Ω•m	2.2×1012	4.3×1013	GB1410-89
常態時澆鑄體工頻電氣強度MV/m	70	68	GB1408-89
澆鑄體抗彎強度Mpa	130	125	GB1449-83
澆鑄體抗張強度Mpa	68	70	GB1447-83
澆鑄體抗沖強度kJ/m2	20	18	GB1451-83

另外，  898 特有的耐熱性能，使其成為許多在高溫環境中長期工作的電機電器首選的絕緣材料，例如：煉鋼廠的高爐電機和高爐水泵電機、某些軍工行業耐熱電機、焦炭工業的焦爐水泵電機、航天器電器等。在這些環境下工作的電機電器要有良好的耐高溫老化性能， 898樹脂特有的耐高溫老化特性，使它可以適應180℃條件下的絕緣保護作用，從而使電機電器能在180℃的條件下正常工作不會絕緣失效，這就確定了其在高溫特定條件下的工作的穩定地位。

 

2. 2 阻燃型無溶劑絕緣樹脂

隨著社會經濟的發展，公眾的安全防范意識日益提高，對電器產品的阻燃要求越來越高，要求電器產品絕緣結構既能滿足絕緣的要求，又能滿足阻燃。892是一種能有效滿足這些性能要求的阻燃型無溶劑絕緣樹脂。

  892阻燃型無溶劑絕緣樹脂澆鑄體氧指數可達39，具有良好的化學阻燃性能和絕緣、耐腐蝕等特性，比傳統的阻燃樹脂（添加阻燃型樹脂）阻燃效果更穩定，具有更低的發煙量，有效的保證了產品的阻燃性能，保護了人民的生命安全。表3是892阻燃型無溶劑絕緣樹脂的性能指標，從表中可以看出 892樹脂有較高的熱變形溫度（125℃），從而其耐熱等級可達到F級。同時892樹脂還具有優良的機械性和突出的阻燃性、自熄性。

 

表3   892阻燃型無溶劑絕緣樹脂性能指標

項目	單位	技術指標	測試標準
粘度	Pa·s	0.40±0.10	GB7193.1－87
膠凝時間（常溫）	min	20±5	GB7193.6－87
工頻電氣強度  常態 23±2℃浸水	MV/m	≥50 ≥40	GB1408-89
體積電阻率   常態 23±2℃浸水 155±2℃	Ω·m	≥1.0×1012 ≥1.0×1010 ≥1.0×108	GB1410-89
粘結強度	N	≥100	GB/T15023-2000
阻燃性能	s	V-0級	UL94-V標準
熱變形溫度	℃	125	GB1634-79

 

實際應用表明，  892樹脂在阻燃型電機、電器（尤其是耐高溫阻燃型集成線路板、復合材料等）中應用良好，有效的保證了絕緣和阻燃兩大性能，并能在155℃的條件下，長期工作。

 

2.3  零收縮型無溶劑絕緣樹脂

在某些特殊電機電器（例如：摩托車磁電機、小變壓器等）中，電磁線比較細，又經常耐受交變溫度，由于絕緣浸漆的收縮造成電磁線斷裂，嚴重影響產品的質量。還有一些大面積或高精度要求的復合絕緣材料，由于制作的應力作用，經常會翹曲變形。881零收縮無溶劑絕緣樹脂，它能在冷熱沖擊環境中保證形狀不變，具有良好的韌性和延伸性，較高的粘結力和耐沖擊性，最大的特點是該樹脂具有超低的固化線收縮率。表4列舉了  881樹脂的性能，表5是  881樹脂與國內一知名品牌聚酯絕緣樹脂的收縮性比較表。

數據表明，881具有超低的固化收縮率，能有效的保證制品的尺寸精度，適合于制作各種大面積板材，以及制作各種高尺寸精度要求的絕緣配件。已經在電子行業（特別是電腦集成電路板等）得到廣泛的肯定。另外，已在國內某大型摩托車廠做過試樣，能夠保證在常溫~155℃交變工作溫度下，長期工作，制品質量穩定，廢品反修率降低50%。

表4   881零收縮無溶劑絕緣樹脂性能指標

項目	單位	技術指標	測試標準
粘度	Pa·s	0.50±0.10	GB7193.1－87
膠凝時間（常溫）	min	20±5	GB7193.6－87
工頻電氣強度  常態 23±2℃浸水	MV/m	≥50 ≥40	GB1408-89
體積電阻率   常態 23±2℃浸水 155±2℃	Ω·m	≥1.0×1012 ≥1.0×1010 ≥1.0×108	GB1410-89
粘結強度	N	≥110	GB/T15023-2000
熱變形溫度	℃	105	GB1634-79
澆鑄體拉伸強度	MPa	≥65	GB1449-83
澆鑄體彎曲強度	MPa	≥110	GB1447-83
澆鑄體Barcol硬度	-	≥35	GB3854-83

 

表5   881樹脂與國內一知名品牌聚酯絕緣樹脂的收縮性比較表

固化條件	固化線收縮率
	881樹脂	對比樹脂
常溫固化	0.015%	2.8%
常溫固化后，80℃2hr后固化處理	0.16%	3.6%

*根據HG/T2625-94《環氧澆鑄樹脂線性收縮率測定》進行試驗。

 

3． 聚酯型高介電特種樹脂的性能及應用

聚酯型高介電特種樹脂是采用國際先進工藝合成的高性能聚酯型絕緣樹脂，它是一種低粘度的無溶劑型絕緣樹脂，具有低收縮、低吸濕、耐化學腐蝕、以及高頻絕緣性和較低的價格等優異的特性，可以替代傳統的環氧型或環氧聚酯型無溶劑絕緣樹脂。988樹脂是這類樹脂的代表產品。表6列舉了988聚酯型無溶劑絕緣樹脂的各方面性能。

20世紀70年代中期，隨著衛星技術與電子技術的飛躍發展，世界上出現了能直接進行大面積電視覆蓋的新技術，這就是衛星電視廣播技術。到了80年代中期，衛星通信技術也應運而生，并且發展十分迅速。在新的世紀中，這兩項技術將展現出更為廣闊的發展前景。隨著這兩項技術的發展，對天線罩的要求也越來越高。

天線罩是通信系統的重要裝置之一，除了具備優異的介電性能外，還必須具有較高的力學性能。對于在水上工作的天線罩其要求更高，一是耐長期海水腐蝕，二是吸水率極低，此外還能耐較高的外壓。天線罩性能好壞直接影響到通信系統的通信距離、效果、可靠性和使用壽命。 988與適當的纖維及合適的結構化樹脂（例如：VPR乙烯基聚酯樹脂）配合能制出性能優異的天線罩。

除此之外 988還適用于制作各種大面積電子絕緣板材，尤其是印刷線路板，由于它的低收縮性能它可以更好的消除板材的固化應力，有效的防止了板材的應力翹曲，使產品形狀保持不變。同時，988樹脂具有較低的成型溫度（80℃）和較短的成型時間，可以有效的節省能源和制作時間。與傳統的環氧樹脂和酚醛樹脂相比988樹脂的工藝性、機械強度和介電性能更好，該類型樹脂制作絕緣板材已經在國外得到廣泛的應用。

表6   988聚酯型無溶劑絕緣樹脂性能指標

項目	單位	技術指標	測試標準
粘度	Pa·s	0.30±0.10	GB7193.1－87
膠凝時間（常溫）	min	20±5	GB7193.6－87
工頻電氣強度  常態 23±2℃浸水	MV/m	≥50 ≥40	GB1408-89
體積電阻率   常態 23±2℃浸水 155±2℃	Ω·m	≥1.0×1012 ≥1.0×1010 ≥1.0×108	GB1410-89
粘結強度	N	≥90	GB/T15023-2000
熱變形溫度	℃	85	GB1634-79
澆鑄體拉伸強度	MPa	≥220	GB1449-83
澆鑄體彎曲強度	MPa	≥290	GB1447-83
澆鑄體沖擊強度	kg·cm/cm3	≥190	GB1451-83
澆鑄體Barcol硬度	-	≥35	GB3854-83

 

另外， 988還可以作為絕緣浸漆使用。由于它的價位合理，固化溫度低（常溫~80℃），工藝性能優異等特點，可以替代傳統的環氧聚酯型絕緣樹脂，試想在兩種絕緣樹脂價位相當的情況下，988樹脂的固化溫度較低，在能源方面就要節省大量的成本。

 

4. 總結

正如我們在文章開頭所說的，隨著國民經濟的發展，對絕緣材料的要求也會越來越高。人們迫切希望能夠得到更加穩定安全的絕緣產品，達到高絕緣、高耐熱、無環境污染等情況。本文所介紹的系列絕緣樹脂具有阻燃、高耐熱、高介電強度、低溫快固化、低（無）毒，以及良好的機械性能和耐腐蝕性能，是新世紀理想的絕緣材料。

 

[1]沈開猷.不飽和聚酯樹脂及其應用，化工工業出版社，1988年

[2]周菊興.不飽和聚酯樹脂---生產及應用，化工工業出版社，2000年

[3]張顯友、陳偉.高壓電器用耐SF₆新型絕緣材料的研究進展，第七屆絕緣材料學術會論文集，1999年

Introduction of new type insulation resins

Wang Ligang Shen Wei Wang Tiantang  Lu Shiping

(Shanghai Fuchen Chemicals Corp., Shanghai 200233, P.R.China)

Abstract: series solventless insulation resins are introduced including these properties and application, especially shrinkage, anti-corrosion and heat resistance and discovered.

Keywords: solventless insulation resin, fire retardancy  lower shrinkage anti-corrosion H grad

　

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