一种高局部放电起始电压的绝缘漆及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料，更具体地，涉及一种高局部放电起始电压的绝缘漆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车的快速发展，电驱动电机绕组绝缘系统出现新的技术挑战，特别是目前800v甚至1000v驱动电机的应用开发，要求电机体积需更紧凑、功率更强劲。电机在高电压下驱动以获得高输出，通常情况下，这些电动机由逆变器驱动实现精细控制和节能。因此，在构成电机线圈的绝缘电磁线中，由于高压和逆变器浪涌的叠加，加大了局部放电风险。当发生局部放电时，有机高分子绝缘涂层逐渐被电蚀，绝缘层变薄，最终导致绝缘失效。

2、在一定的电压下，低局部放电起始电压(pdiv)的绝缘涂层易发生局部放电，这往往会引起绝缘失效。因此，绝缘涂层需要高pdiv(例如，按照gbt 22720.1-2008要求，相间pdiv≥2倍电压值)，以避免在额定电压下发生局部放电。而绝缘涂层的pdiv通常由构成绝缘涂层的高分子材料的介电常数和绝缘涂层的厚度决定，可以通过降低高分子绝缘材料的相对介电常数和/或增加涂层厚度来提高pdiv。一方面，目前市场上扁线膜厚最高已经达到350μm，但其pdiv仍然不能满足终端客户的要求。另一方面，降低高分子绝缘材料的相对介电常数，通常有以下几种方法：(1)添加含氟单体或含金刚烷衍生物单体，例如美国专利us2015238072公开的含氟单体，但一般这类单体的成本过高，无法在漆包线行业推广应用。(2)添加低相对介电常数材料填充物(黄娆,刘之景.新型低相对介电常数材料研究进展[j].微纳电子技术,2003)，使得整体体系相对介电常数降低，但通常情况下，需添加大量的填充物，且存在填充物与树脂相容性差、漆膜附着力差、耐热性差等问题。(3)在高分子材料中添加起泡剂，形成气泡，气体的相对介电常数非常低，可降低漆膜相对介电常数，提高pdiv性能(carter k r,dolden j g,hawker c j,et al.progress in polyimidechemistry ii[m].springer,2003)。在聚酰亚胺加入如丙烯酸酯类容易分解的高分子材料，通过高温分解发泡方式，分解温度高达350℃以上，从而形成蜂窝状气孔材料，但是当这种材料应用于制备漆包线，由于漆包工艺条件受限，每道次涂覆，漆包线表面温度远低于丙烯酸酯类高分子材料的完全分解温度，无法在正常工艺条件下生产。日本专利jp6306220b2采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和有机硅制得中空微球，形成气泡材料，但是这种中空微球的制备工艺复杂。美国专利us9142334将热塑性树脂模制成电磁线，然后将电磁线与隔板交替叠置并缠绕在筒管上以形成卷，将获得的卷筒保持在加压的惰性气体(如co2)气氛中以将惰性气体引入到卷筒中，然后在常压下，将卷筒进一步加热至热塑性树脂的软化温度或更高，以使该树脂发泡，但上述工艺过于复杂，并且需要高压设备，无法批量生产。另外还有采用邻苯二甲酸二丁酯(dbp)等邻苯二甲酸酯类起泡剂，对聚酰亚胺高分子膜进行起泡处理(morphology and properties of porous polyimide films prepared throughthermally induced phase separation[j].rsc advances,2015.和a new route offabricating porous polyimide membranes[j].矿物冶金与材料学报,2010.以及中国专利cn114716858a)，但是邻苯二甲酸酯类起泡剂被证实会干扰人体内分泌，影响生殖系统，引起多种疾病，欧盟化学品管理局(echa)将邻苯二甲酸酯类起泡剂dbp、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(dehp)、邻苯二甲酸丁基苄酯(bbp)等归为cmr(致癌、致突变、生殖毒性)物质。中国专利cn1914262a、cn114716858a利用发泡剂在高温中发生化学反应，分解成气态产物，从而在固化后的热固型高分子膜中成孔，但由于内外层温度差异大，发泡剂分解的速率差异大，导致成孔的大小不一，高分子膜的外观会产生漆瘤或大气泡等缺陷，不适合在绝缘漆中使用。

3、因此，亟需开发一种绝缘漆，经固化后可制得含气泡的高分子绝缘层，无需使用有毒的起泡剂，含气泡的绝缘层的制备工艺简单，不需使用高压设备，所制得的漆膜不会产生漆瘤或大气泡等缺陷。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高局部放电起始电压的绝缘漆及其制备方法和应用。本发明提供的绝缘漆不含有毒的起泡剂，涂覆在器件上，经固化后可制得含有气泡层的高分子绝缘层，pdiv高(与同等树脂相比，最高可提高15％以上)，制备工艺简便，不需使用高压设备，所制得的漆膜不会产生漆瘤或大气泡等缺陷，在线粒子检测hvc数据粒子百分比小于0.1％。

2、本发明的第一方面提供一种高局部放电起始电压的绝缘漆。

3、具体地，一种高局部放电起始电压的绝缘漆，包括基体树脂和起泡剂，所述起泡剂包括长链烃基柠檬酸酯类起泡剂、长链烃基对苯二甲酸酯类起泡剂、长链烃基长链烷基二元脂肪酸酯类起泡剂中的至少一种。

4、本发明选用具有长碳链结构的起泡剂，当本发明的绝缘漆经涂覆，在加热固化过程中，起泡剂的长链解开并插入到基体树脂聚合物分子之间，削弱了基体树脂聚合物之间的引力，增加了基体树脂聚合物分子链的移动性，聚合物可塑性增加。在固化后期，由于起泡剂仍然部分残留在绝缘漆中，使聚合物链段运动受到一定的限制，经过进一步加强烘烤后，本发明的起泡剂从膜中缓慢蒸发，漆膜经过冷却通道后，恢复起泡剂液滴原保持的空隙，获得含气孔的绝缘漆膜。

5、局部放电起始电压，是在升压过程中从试验装置上观察到局部放电量超过某一规定值的最低电压，随着系统电压的不断提高，电机在工作电压下的局部放电是使绝缘老化并发展到击穿的重要原因。按照gbt 22720.1-2008要求，相间pdiv≥2倍电压值。以便在额定电压下不会发生局部放电。

6、优选地，所述起泡剂的沸点为250-400℃，和/或所述起泡剂的热分解温度大于等于300℃。本发明选用的起泡剂具有耐高温的特点，在绝缘漆固化过程中不易被分解。

7、进一步优选地，所述起泡剂的沸点为294-400℃，和/或所述起泡剂的热分解温度为300-360℃。

8、优选地，所述起泡剂的质量占绝缘漆总质量的4％-40％。

9、进一步优选地，所述起泡剂的质量占绝缘漆总质量的5％-30％。

10、优选地，所述长链烷基柠檬酸酯类起泡剂具有如下式(ⅰ)所示分子结构：

11、

12、其中，r1为氢原子、乙酰基、丁酰基中的一种，r2-r4分别独立地选自c4-c6脂肪烃基。

13、进一步优选地，所述长链烷基柠檬酸酯类起泡剂为柠檬酸三乙酯(tec)、乙酰柠檬酸三乙酯(atec)、柠檬酸三丙酯(tpc)、柠檬酸正三丁酯(tbc)、乙酰柠檬酸正三丁酯(atbc)、乙酰柠檬酸三正己酯(athc)、丁酰柠檬酸三正己酯(bthc)中的至少一种。

14、优选地，所述长链烷基对苯二甲酸酯类起泡剂具有如下式(ⅱ)所示分子结构：

15、

16、其中，r5-r6分别独立地选自c4-c6脂肪烃基或c4-c6烃基羟基。

17、进一步优选地，所述长链烷基对苯二甲酸酯类起泡剂为对苯二甲酸二辛酯(dotp)、对苯二甲酸二乙酯(dep)、对苯二甲酸二(2-丙基庚)酯(dphtp)、对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯(bhet)中的至少一种。

18、优选地，所述长链烷基二元脂肪酸酯类起泡剂具有如下式(ⅲ)所示分子结构：

19、

20、其中，r7为c4-c10脂肪烃基，r8-r9分别独立地选自c2-c8脂肪烃基。

21、进一步优选地，所述长链烷基二元脂肪酸酯类起泡剂为癸二酸二辛酯(dos)、癸二酸二丁酯(dbs)、壬二酸二辛酯(doz)、己二酸二辛酯(doa)、己二酸二丁酯(dba)中的至少一种。

22、优选地，所述基体树脂包括聚酰亚胺(pi)、聚酰胺酰亚胺(pai)、聚酯、聚酯亚胺中的至少一种。

23、本发明的第二方面提供一种高局部放电起始电压的绝缘漆的制备方法。

24、一种高局部放电起始电压的绝缘漆的制备方法，包括如下步骤：

25、将基体树脂和起泡剂混合，得到所述绝缘漆。

26、本发明的第三方面提供一种高局部放电起始电压的绝缘漆的应用。

27、一种高局部放电起始电压的绝缘漆在绝缘材料、电子器件中的应用。

28、一种含气泡的高分子绝缘层的漆包绝缘器件，采用所述绝缘漆制得。

29、优选地，所述含气泡的高分子绝缘层的漆包绝缘器件采用所述绝缘漆涂覆于器件基材上，经固化后制得。

30、优选地，所述固化的温度为400-600℃。

31、进一步优选地，所述固化的温度为530-600℃。

32、优选地，所述器件基材的材质为铜或铝。

33、优选地，所述器件为电磁线。

34、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

35、本发明通过采用长链烷基柠檬酸酯类起泡剂、长链烷基对苯二甲酸酯类起泡剂、长链烷基二元脂肪酸酯类起泡剂中的至少一种作为起泡剂添加到基体树脂中，所得到的绝缘漆经过涂覆、固化后，可获得含气泡的高分子绝缘层，其中含有大量的孔洞结构，pdiv高，无需使用有毒的起泡剂，也不用采用高压设备，安全性高，本发明含气泡的高分子绝缘层的制备工艺简便易操作，所制得的漆膜不会产生漆瘤或大气泡等缺陷，在线粒子检测hvc数据小于0.1％，与常规绝缘漆生产过程一致。