绕包电磁线及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种绕包电磁线及其制备方法，该方法首先提供金属导体；然后将线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包在所述金属导体上，经烧结，在所述金属导体上复合绝缘层，得到绕包电磁线。本发明利用线性芳族半结晶聚合物薄膜作为绝缘层材料，能够赋予电磁线良好的绝缘性能，并使其具有耐高温、耐高温水解、耐辐射和耐化学腐蚀等特性。同时，经过高温烧结后，本发明使线性芳族半结晶聚合物薄膜与金属导体、薄膜与薄膜之间形成一个紧密的整体，烧结出来的绕包电磁线的绝缘一致性好，从而能有效地提高应用其的线圈的整体绝缘性，延长电机的使用寿命。
【专利说明】绕包电磁线及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及绝缘材料【技术领域】，特别涉及一种绕包电磁线及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电磁线是用以制造电工产品中的线圈或绕组的绝缘电线，其基本组成包括导电线芯和电绝缘层。其中，绕包电磁线是电磁线中除漆包线以外的一大类产品。在许多特殊场合，如航空航天、军事、核电和海上油井等领域，所使用的绝缘电线除了要求一般的电气性能和机械特性，还必须具有低烟无卤、质轻、耐辐射、耐高低温和优异的力学性能，并且在有些领域还要求具有良好的耐水、耐腐蚀、防霉、阻燃或不燃，以及耐冷媒等特点。
[0003]目前，应用在上述特殊领域中的电磁线主要是通过聚酰亚胺-氟46复合薄膜绕包在铜线上而制成的绕包电磁线，其绝缘处理工艺主要包括以下步骤:导体处理一薄膜绕包—高温烧结一冷却。其中，聚酰亚胺-氟46复合薄膜形成绝缘层，这样制备的电磁线具有较好的绝缘性能。
[0004]但是，聚酰亚胺薄膜由于自身分子结构的限制，耐高温水解性能较差，在长时间的高温水浸润或油气井下反复高温蒸汽灭菌，将会导致电磁线的绝缘性能降低，造成安全事故。因此，能满足在恶劣环境下较好使用要求的绝缘电磁线亟待开发。
【发明内容】
[0005]为了解决以上技术问题，本发明提供一种绕包电磁线及其制备方法，本发明提供的绕包电磁线具有良好的绝缘性能和耐高温水解性能。
[0006]本发明提供一种绕包电磁线，包括:
[0007]金属导体；和
[0008]复合在所述金属导体上的绝缘层；
[0009]所述绝缘层由线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包所述金属导体经烧结形成。
[0010]优选的，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜为聚芳醚酮类聚合物薄膜。
[0011]优选的，所述聚芳醚酮类聚合物薄膜为聚醚醚酮薄膜、聚醚酮薄膜、聚醚酮酮薄膜、聚醚醚酮酮薄膜和聚醚酮醚酮酮薄膜中的一种或多种。
[0012]优选的，所述绝缘层的厚度为0.05mm?0.20mm。
[0013]优选的，所述金属导体为纯铜。
[0014]本发明还提供一种绕包电磁线的制备方法，包括以下步骤:
[0015]提供金属导体；
[0016]将线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包在所述金属导体上，经烧结，在所述金属导体上复合绝缘层，得到绕包电磁线。
[0017]优选的，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜为聚芳醚酮类聚合物薄膜。
[0018]优选的，所述金属导体为纯铜。
[0019]优选的，所述绕包的张力为9N?12N。[0020]优选的，所述烧结的温度为343°C?390°C。
[0021]与现有技术相比，本发明将线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包在金属导体上，经烧结，在所述金属导体上复合绝缘层，得到绕包电磁线。本发明利用线性芳族半结晶聚合物薄膜作为绝缘层材料，能够赋予电磁线良好的绝缘性能，并使其具有耐高温、耐高温水解、耐辐射和耐化学腐蚀等特性。同时，经过高温烧结后，本发明使线性芳族半结晶聚合物薄膜与金属导体、薄膜与薄膜之间形成一个紧密的整体，烧结出来的绕包电磁线的绝缘一致性好，从而能有效地提高应用其的线圈的整体绝缘性，延长电机的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例提供的绕包电磁线的截面示意图；
[0023]图2为本发明实施例制备绕包电磁线的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0025]本发明公开了一种绕包电磁线，包括:
[0026]金属导体；和
[0027]复合在所述金属导体上的绝缘层；
[0028]所述绝缘层由线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包所述金属导体经烧结形成。
[0029]针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有良好的绝缘性能以及耐高温、耐水解、耐辐射和耐化学腐蚀的绕包电磁线。
[0030]参见图1，图1为本发明实施例提供的绕包电磁线的截面示意图。在图1中，I为金属导体，2为复合在金属导体I上的绝缘层。
[0031]本发明提供的绕包电磁线包括金属导体1，其为电磁线的内导体。本发明对所述金属导体没有特殊限制，优选为纯铜，纯铜含铜量最高，又分为普通紫铜、无氧铜、脱氧铜和特种铜四类，本发明更优选无氧铜。在本发明的一个实施例中，所述金属导体为铜扁线，或者为扁铜棒。
[0032]本发明提供的绕包电磁线包括绝缘层2，其复合在金属导体I上，为线性芳族半结晶聚合物薄膜绝缘层。也就是说，所述绝缘层由线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包所述金属导体经烧结形成。
[0033]线性芳香族半结晶结构的聚合材料具有独特的综合性能，如具有高熔点(343°C?387°C )、机械强度和尺寸稳定性好、耐磨性强、电气绝缘性优良和易于加工等特点，最重要的是，其耐化学腐蚀性、耐蒸汽和海水腐蚀性能极佳，能够在宽广的温度范围和极端恶劣的环境中提供应用产品卓越的综合性能，是世界上公认的性能最为优越的热塑性材料之一。在线性芳香族半结晶结构的聚合物材料中，聚芳醚酮类聚合物包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)等，在航空、汽车、电子、能源、机械、医疗和半导体等领域应用广泛。但是，在线性芳香族半结晶结构的聚合物材料中，鲜有应用于制备绝缘电磁线的报道。[0034]在本发明中，利用线性芳族半结晶聚合物薄膜作为电磁线的绝缘层材料，能够赋予电磁线良好的绝缘性能，不低于目前所采用的聚酰亚胺复合薄膜的性能。并且，本发明能使电磁线具有耐高温、耐高温水解、耐辐射和耐化学腐蚀等特性。其中，耐蒸汽和耐海水水解性尤佳；抗辐射性能要远远好于聚酰亚胺复合薄膜。
[0035]除此之外，使用线性芳族半结晶聚合物薄膜经过高温烧结，使绝缘层紧密粘附在内导体上，由于材料本身耐高温等级高,在烧结过程中无分解,不会产生有毒有害物质,无异味产生，符合目前的环保要求。
[0036]在本发明中，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜优选为聚芳醚酮类聚合物薄膜，更优选为聚醚醚酮薄膜、聚醚酮薄膜、聚醚酮酮薄膜、聚醚醚酮酮薄膜和聚醚酮醚酮酮薄膜中的一种或多种，最优选为聚醚酮薄膜或聚醚酮酮薄膜。其中，本发明对所述线性芳族半结晶聚合物薄膜的来源没有特殊限制。在本发明的一个实施例中，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜的分子量> 25万，结晶度约50%，薄膜厚度为0.025mm。
[0037]另外，本发明利用线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包制备的电磁线在绝缘层厚度方面更加有优势，可以比聚酰亚胺(PD膜更低。本发明可以通过减薄聚合物薄膜的厚度来减薄绝缘层厚度，所述绝缘层的厚度优选为0.05mm?0.20mm,更优选为0.05mm?0.07mm,绝缘层的减薄对于电机的轻量化和小型化具有重要的意义。
[0038]相应的，本发明还提供了一种绕包电磁线的制备方法，包括以下步骤:
[0039]提供金属导体；
[0040]将线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包在所述金属导体上，经烧结，在所述金属导体上复合绝缘层，得到绕包电磁线。
[0041]本发明实施例提供的制备方法主要包括内导体表面处理、薄膜包覆、烧结和冷却四个基本步骤，得到线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包烧结的电磁线，其具有极好的绝缘性、耐高温、耐水解、耐辐射和耐渗透等性能，适于用作特殊场合如医疗部件、海底设备、油气井和核电设备电机等的专用电磁线。
[0042]参见图2，图2为本发明实施例制备绕包电磁线的工艺流程示意图。在图2中，3为聚芳醚酮类聚合物薄膜，4为纯铜扁铜棒，5为绕包后的扁铜棒，6为高温烧结后的绕包电磁线成品，7为绕包工序，8为高温烧结工序。
[0043]首先，本发明实施例提供金属导体，作为电磁线的内导体。
[0044]本发明对所述金属导体没有特殊限制，优选为纯铜，纯铜含铜量最高，又分为普通紫铜、无氧铜、脱氧铜和特种铜四类，本发明更优选无氧铜。在本发明的一个实施例中，所述金属导体为铜扁线，或者为扁铜棒。
[0045]本发明优选对所述金属导体的表面进行处理，以使其表面光滑、无划痕，并除去表面污溃。
[0046]然后，在所述金属导体上，本发明实施例采用线性芳族半结晶聚合物薄膜进行绕包，使其均匀包覆在处理好的内导体上。
[0047]在本发明中，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜优选为聚芳醚酮类聚合物薄膜，更优选为聚醚醚酮薄膜、聚醚酮薄膜、聚醚酮酮薄膜、聚醚醚酮酮薄膜和聚醚酮醚酮酮薄膜中的一种或多种，最优选为聚醚酮薄膜或聚醚酮酮薄膜。其中，本发明对所述线性芳族半结晶聚合物薄膜的来源没有特殊限制。在本发明的一个实施例中，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜的分子量> 25万，结晶度约50%，薄膜厚度为0.025mm。
[0048]本发明利用线性芳族半结晶聚合物薄膜作为电磁线的绝缘层材料，能够赋予电磁线良好的绝缘性能，不低于目前所采用的聚酰亚胺复合薄膜的性能。并且，本发明能使电磁线具有耐高温、耐高温水解、耐辐射和耐化学腐蚀等特性。其中，耐蒸汽和耐海水水解性尤佳；抗辐射性能要远远好于聚酰亚胺复合薄膜。
[0049]在进行薄膜绕包时，主要对薄膜进行处理，注意保持其表面无油污和灰尘等杂质。本发明优选采用60%?70%的叠包率，通过绕包机进行均匀包覆。其中，所述绕包的张力优选控制在9N?12N ;节距漂移量优选控制在0.04mm以下。本发明采用薄膜绕包的方式，在内导体上复合线性芳族半结晶聚合物绝缘层，能够避免电磁线出现微裂痕，利于应用。
[0050]绕包完成后，本发明实施例进行烧结，使所述线性芳族半结晶聚合物薄膜熔化并紧密贴合到内导体上，然后将烧结得到的电磁线冷却至室温，使薄膜固化形成紧密的绝缘层，也就是在所述金属导体上复合绝缘层，得到绕包电磁线。
[0051]在本发明中，所述烧结优选为高频热熔融烧结。本发明实施例将包覆好的电磁线均匀地通过高频热熔融烧结设备，烧结的温度优选控制在343°C?390°C，更优选为345°C?387°C ;所述烧结的线速度优选控制在6m/min?7m/min。所述烧结优选还包括采用红外辐射炉进行加热，炉温优选控制在520°C?540°C，使所述聚合物薄膜更好地熔化并紧密贴合到内导体上。
[0052]经过高温烧结后，本发明使线性芳族半结晶聚合物薄膜与金属导体、薄膜与薄膜之间形成一个紧密的整体，烧结出来的绕包电磁线的绝缘一致性好，从而能有效地提高应用其的线圈的整体绝缘性，延长电机的使用寿命。
[0053]进一步的，本发明利用线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包制备的电磁线在绝缘层厚度方面更加有优势，可以比聚酰亚胺(PI)膜更低。本发明可以通过减薄聚合物薄膜的厚度来减薄绝缘层厚度，所述绝缘层的厚度优选为0.05mm?0.20mm，更优选为0.05mm?0.07mm,绝缘层的减薄对于电机的轻量化和小型化具有重要的意义。
[0054]本发明采用薄膜绕包的方式不仅可以有效控制绝缘层厚度，而且绕包过程可以在专用绕包机上进行，也可以通过对普通机床改装后进行绕包，均能极大提高生产效率，降低生产成本，实现生产的节能增效。
[0055]除此之外，使用线性芳族半结晶聚合物薄膜经过高温烧结，使绝缘层紧密粘附在内导体上，由于材料本身耐高温等级高,在烧结过程中无分解,不会产生有毒有害物质,无异味产生，符合目前的环保要求。
[0056]得到绕包电磁线后，本发明对其性能进行检测。在23°C、100°C和200°C的不同温度下，本发明测试所述绕包电磁线的击穿电压。按照标准IEC60851-3-2009《绕组线圈试验方法第3部分:机械性能》，本发明测试所述绕包电磁线的延伸率和弯曲性能。本发明测试所述绕包电磁线的扭转性能的方法为:截取两段长为150mm的产品，一端固定，另一端扭转5X360度；将第一个产品如此顺时针扭转，第二个产品如此逆时针扭转。
[0057]结果表明，本发明提供的绕包电磁线具有良好的绝缘性能和耐高温水解性能。另外，所述绕包电磁线的机械性能等方面表现优异。
[0058]本发明提供的绕包电磁线的制备方法工艺过程简单方便，制备烧结过程中无有毒害物质产生，绿色环保。[0059]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的绕包电磁线及其制备方法进行具体描述。
[0060]以下实施例中使用的PEEK、PEK和PEKK分子量> 25万，结晶度约50%，薄膜厚度为 0.025mm。
[0061]实施例1
[0062]提供无氧铜棒，对其表面进行处理，使表面光滑、干燥、无划痕，并除去表面污溃；
[0063]将PEEK薄膜通过绕包机绕包在处理好的无氧铜棒上，注意保持薄膜表面无油污和灰尘等杂质；叠包率为66%，绕包张力控制在9N，节距漂移量控制在0.04mm以下；
[0064]将绕包好的无氧铜棒均匀地通过高频热熔融烧结设备，控制烧结温度在345°C，烧结线速度控制在6m/min，然后采用红外辐射炉进行加热，炉温控制在540°C，使PEEK薄膜熔化并紧密贴合到内导体上，在内导体上复合绝缘层，再冷却至室温，得到绕包电磁线。
[0065]得到的绕包电磁线表面清洁、光滑，绝缘层无松弛，叠包无不均匀、没有褶皱，绝缘层的薄膜带间以及绝缘层与铜导体间无粘结不良气泡，绝缘层厚度为0.05_。
[0066]按照上文所述的方法，对所述绕包电磁线的性能进行检测。结果参见表1，表1为本发明实施例1~3制得的绕包电磁线的性能检测结果。
[0067]表1为本发明实施例1~3制得的绕包电磁线的性能检测结果
[0068]
【权利要求】
1.一种绕包电磁线，包括: 金属导体；和 复合在所述金属导体上的绝缘层； 所述绝缘层由线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包所述金属导体经烧结形成。
2.根据权利要求1所述的绕包电磁线，其特征在于，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜为聚芳醚酮类聚合物薄膜。
3.根据权利要求2所述的绕包电磁线，其特征在于，所述聚芳醚酮类聚合物薄膜为聚醚醚酮薄膜、聚醚酮薄膜、聚醚酮酮薄膜、聚醚醚酮酮薄膜和聚醚酮醚酮酮薄膜中的一种或多种。
4.根据权利要求1至3任一项所述的绕包电磁线，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.05mm ~0.20mm。
5.根据权利要求1至3任一项所述的绕包电磁线，其特征在于，所述金属导体为纯铜。
6.一种绕包电磁线的制备方法，包括以下步骤: 提供金属导体； 将线性芳族半结晶聚合物薄膜绕包在所述金属导体上，经烧结，在所述金属导体上复合绝缘层，得到绕包电磁线。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述线性芳族半结晶聚合物薄膜为聚芳醚酮类聚合物薄膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属导体为纯铜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述绕包的张力为9N~12N。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为343°C~390°C。
【文档编号】H01B7/02GK104021850SQ201410254216
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】李鸿岩 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司