专利名称：真空压力浸渍绝缘体系低阻防晕材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种真空压力浸溃绝缘体系低阻防晕材料的制备方法。
背景技术：
随着大型发电机定子线棒真空压力浸溃少胶绝缘体系的引进和吸收，利用真空压力浸漆(VPI)技术制备线棒的质量越来越好，制备的电机容量越来越大，但是目前国内还无法生产真空压力浸漆(VPI)制备线棒所需要的材料，其中防晕结构是制备定子线棒的关键技术之一，目前国产的低阻防晕材料，是在胶粘剂中加入导电成分，混合均匀后浸溃在玻璃织物或石棉带上，预制成半固化状态的低阻防晕带，这种低阻材料适合多胶模压绝缘体系，当这种低阻材料用于真空压力浸溃绝缘体系中时，低阻带中的半导体材料经常会在真空浸漆过程中脱落下来，污染浸溃漆。
发明内容
本发明目的是提供一种真空浸漆时半导体材料不脱落、不污染浸溃漆的真空压力浸溃绝缘体系低阻防晕材料的制备方法。本发明的技术方案为I)制备聚丙烯腈纤维(PAN,polyacrylonitrile)时,需在聚合阶段加入丙烯酸或丙烯酸类共聚物，加入量为丙烯腈单体质量的6% 10% ；2)利用湿法纺丝，纺丝原液为聚丙烯腈纤维(PAN)含量12% 14%、硫氰酸钠(NaSCN)含量50%左右的水溶液(pH ^ 5)，再经喷丝头进入凝固浴，凝固浴为9% 14%的硫氰酸钠水溶液，浴温8 12°C左右,纺丝速度5 10m/min,凝固浴的丝束引入预热浴进行热处理，预热浴为2% 8%的硫氰酸钠水溶液，浴温为60 65°C，纤维在预热浴中被拉伸至I. 5倍，经预热浴处理后的丝束引入水洗槽中进行水洗，水洗槽中的热水温度为50 65°C，水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95 98°C，拉伸倍数为5. O 6. 8倍，两次拉伸总拉伸倍数要求为8 10倍，随后经上油浴上油，在干燥机中进行干燥致密化，接着丝束经卷曲机，再进入汽蒸锅进行热定型，蒸汽压力为2. 5 X 102kPa，定型时间IOmin左右，接着丝束进行上油，再经干燥进行干燥致密化，最后经切断打包，湿法纺丝单孔孔径为0. Ol 0. 08mm ;反应釜材料应采用不锈钢3)上个步骤产生的原丝，其预氧化在空气中进行，原丝分别连续进入多个连续式预氧化炉，预氧化炉分多个温区，控制好温度(范围为180°C 300°C )和加热时间(48h 60h)，牵引力为0. 19N 0. 5N ;4)预氧化聚丙烯腈纤维碳化处理，处理温度范围为300°C 600°C，处理时间48h 60h,纤维的牵引力为0. 19N 0. 5N ; 5)聚丙烯腈碳纤维与玻璃丝捻线，然后纺织成布，经过去除浆料和脱蜡处理后，得到低阻半导体布，低阻半导体布的厚度为0. 05 0. 20mm,表面电阻率为5 X IO2 5 X IO4欧姆；
6)线棒使用的低阻防晕带的宽度为20 30mm，半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层2外，形成低阻防晕层3，然后再半叠绕包扎第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6，每一段防晕层搭接20mm，在第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6外再半叠绕包扎两层防护层7 ；7)在整个定子线圈I表面包一层带孔脱模带；8)将定子线圈I放入真空压力浸漆(VPI, vacuum pressure impregnation)罐中，进行真空压力浸漆；9)定子线圈去掉带孔的脱模带，包扎不带孔的脱模带，放入模具中，加好模具压力，将模具放在烘炉内热压固化成型；
10)模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，在防护层7外刷一层高阻防晕漆8，即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸溃成型的真空压力浸漆(VPI)定子线圈。为了避免真空压力浸溃时线棒包绕的低阻防晕带污染浸溃漆，本发明使用聚丙烯腈碳纤维制备低阻防晕材料，调整聚丙烯腈碳纤维制备技术，可以得到不同电阻率的半导体纤维，聚丙烯腈碳纤维及其编织物除了具有一定的半导电性能、还具有良好的抗拉强度、柔软性及热稳定性，本发明结合哈电公司定子线棒多年的防晕材料制备经验和技术，开发适合VPI绝缘体系的低阻防晕材料，为高电压、高容量和高强度的发电机绝缘结构设计和生产提供可靠的技术保证。高压VPI定子线圈主绝缘与低阻防晕层一次浸漆，防晕带的孔隙率在0. 5% 10%之间，防晕材料不溶于浸溃漆，浸溃时，防晕材料不脱落，不污染浸溃漆。本发明填补了真空压力浸溃绝缘体系低阻防晕材料的国内制备空白，各项防晕技术指标达到国外先进水平1)防晕材料具有的表面电阻率范围在5X10—2至5X IO4欧姆之间；2)采用本发明防晕材料制备的单根定子线圈起晕电压均大于2UN(UN是额定电压)；3)定子线圈闪络击穿电压大于2Un ；4)定子线圈2Un电老化寿命均大于1000小时。该防晕材料适合少胶真空压力浸漆工艺，本发明可推广到大型高压电机的定子线圈防晕结构上，具有广泛的应用前景，为水电百万、火电百万、核电百万机组的定子线圈及定子绕组奠定了可靠的防晕技术基础。本发明使用聚丙烯腈纤维制备成具有半导体性能的低阻防晕带，由于防晕性能是材料本体具有的性能，不需要额外粘接半导体材料，在主绝缘真空浸溃过程中，防晕材料性能稳定，不污染浸溃漆。
图I本发明一次浸漆成型的低阻防晕带应用示意图。
具体实施例方式本发明为一种高压大型发电机VPI定子线圈低阻防晕防晕材料，制备与使用低阻防晕材料的具体实施方式
如下。
具体实施例方式实施例I :I)制备聚丙烯腈纤维(PAN, polyacrylonitriIe)时,需在聚合阶段加入丙烯酸或丙烯酸类共聚物，加入量为丙烯腈单体质量的6% 10% ；2)在制备纺丝原液时，丙烯晴单体聚合时需加入下述第二单体中的一种丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、氨基乙基-2-甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、2-甲基丙烯晴、甲基丙烯酸甲酯、N-羟甲基丙烯酰胺等。3)第一单体丙烯腈90 94%，第二单体6 10%，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂(添入量是第一单体与第二单体总质量的0.2 0.8%)，异丙醇作为分子量调节剂(添入量是第一单体与第二单体总质量的0. I 0. 5% )，50%硫氰酸钠(NaSCN)溶液作为溶齐U，反应温度在76 82°C，反应时间20-30小时。4)利用湿法纺丝，纺丝原液为聚丙烯腈纤维(PAN)含量12% 14%、硫氰酸钠(NaSCN)含量50%左右的水溶液(pH ^ 5)，再经喷丝头进入凝固浴，凝固浴为9% 14%的硫氰酸钠水溶液，浴温8 12°C左右，纺丝速度5 10m/min,凝固浴的丝束引入预热浴进行热处理，预热浴为2% 8%的硫氰酸钠水溶液，浴温为60 65°C，纤维在预热浴中被拉伸至I. 5倍，经预热浴处理后的丝束引入水洗槽中进行水洗，水洗槽中的热水温度为50 65°C，水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95 98°C，拉伸倍数为5. 0 6. 8倍，两次拉伸总拉伸倍数要求为8 10倍，随后经上油浴上油，在干燥机中进行干燥致密化，接着丝束经卷曲机，再进入汽蒸锅进行热定型，蒸汽压力为2. 5X102kPa，定型时间IOmin左右，接着丝束进行上油，再经干燥进行干燥致密化，最后经切断打包，湿法纺丝单孔孔径为0. 01 0. 08mm ;反应釜材料应采用不锈钢；5)上个步骤产生的原丝，其预氧化在空气中进行，原丝分别连续进入多个连续式预氧化炉，预氧化炉分多个温区，控制好温度(范围为180°C 300°C )和加热时间(48h 60h)，牵引力为0. 19N 0. 5N ;6)预氧化聚丙烯腈纤维碳化处理，处理温度范围为300°C 600°C，处理时间48h 60h,纤维的牵引力为0. 19N 0. 5N ;7)聚丙烯腈碳纤维与玻璃丝捻线，然后纺织成布，经过去除浆料和脱蜡处理后，得到低阻半导体布，低阻半导体布的厚度为0. 05 0. 20mm,表面电阻率为5 X IO2 5 X IO4欧姆；8)如图I所示线棒使用的低阻防晕带的宽度为20 30mm，半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层2外，形成低阻防晕层3，然后再半叠绕包扎第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层 5、第三高阻防晕层6，每一段防晕层搭接20mm，在第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6外再半叠绕包扎两层防护层7 ；9)在整个定子线圈I表面包一层带孔脱模带；10)将定子线圈I放入真空压力浸漆(VPI, vacuum pressure impregnation)罐中，进行真空压力浸漆；11)定子线圈去掉带孔的脱模带，包扎不带孔的脱模带，放入模具中，加好模具压力，将模具放在烘炉内热压固化成型；12)模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，在防护层7外刷一层高阻防晕漆8，即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸溃成型的真空压力浸漆(VPI)定子线圈。实施例2 :低阻防晕带的厚度为0. 05 0. 20mm,表面电阻率为5X IO2 5X IO4欧姆。
单根定子线圈起晕电压均大于2Un (Un是额定电压);定子线圈2Un电老化寿命均大于100 0小时。本发明适用于发电机或电动机定子线棒的少胶VPI绝缘体系中防晕结构及制备方法。
权利要求
1.一种真空压力浸溃绝缘体系低阻防晕材料的制备方法，其特征是 1)制备聚丙烯腈纤维(PAN,polyacrylonitriIe)时,需在聚合阶段加入丙烯酸或丙烯酸类共聚物，加入量为丙烯腈单体质量的6% 10% ； 2)利用湿法纺丝，纺丝原液为聚丙烯腈纤维(PAN)含量12% 14%、硫氰酸钠(NaSCN)含量50%左右的水溶液(pH ^ 5)，再经喷丝头进入凝固浴，凝固浴为9% 14%的硫氰酸钠水溶液，浴温8 12°C左右,纺丝速度5 10m/min,凝固浴的丝束引入预热浴进行热处理，预热浴为2% 8%的硫氰酸钠水溶液，浴温为60 65°C，纤维在预热浴中被拉伸至I. 5倍，经预热浴处理后的丝束引入水洗槽中进行水洗，水洗槽中的热水温度为50 65°C，水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95 98°C，拉伸倍数为5. O 6.8倍，两次拉伸总拉伸倍数要求为8 10倍，随后经上油浴上油，在干燥机中进行干燥致密化，接着丝束经卷曲机，再进入汽蒸锅进行热定型，蒸汽压力为2. 5 X 102kPa，定型时间IOmin左右，接着丝束进行上油，再经干燥进行干燥致密化，最后经切断打包，湿法纺丝单孔孔径为0. Ol 0. 08mm ;反应釜材料应采用不锈钢材质； 3)上个步骤产生的原丝，其预氧化在空气中进行，原丝分别连续进入多个连续式预氧化炉，预氧化炉分多个温区，控制好温度(范围为180°C 300°C)和加热时间(48h 60h)，牵引力为0. 19N 0. 5N ； 4)预氧化聚丙烯腈纤维碳化处理，处理温度范围为300°C 600°C，处理时间48h 60h，纤维的牵引力为0. 19N 0. 5N ； 5)聚丙烯腈碳纤维与玻璃丝捻线，然后纺织成布，经过去除浆料和脱蜡处理后，得到低阻半导体布，低阻半导体布的厚度为0. 05 0. 20mm，表面电阻率为5 X IO2 5 X IO4欧姆； 6)线棒使用的低阻防晕带的宽度为20 30mm，半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层2外，形成低阻防晕层3，然后再半叠绕包扎第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6，每一段防晕层搭接20mm，在第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6外再半叠绕包扎两层防护层7 ； 7)在整个定子线圈I表面包一层带孔脱模带； 8)将定子线圈I放入真空压力浸漆(VPI,vacuum pressure impregnation)罐中，进行真空压力浸漆； 9)定子线圈去掉带孔的脱模带，包扎不带孔的脱模带，放入模具中，加好模具压力，将模具放在烘炉内热压固化成型； 10)模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，在防护层7外刷一层高阻防晕漆8，即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸溃成型的真空压力浸漆(VPI)定子线圈。
全文摘要
本发明涉及一种真空压力浸渍绝缘体系低阻防晕材料的制备方法。制备聚丙烯腈纤维的聚合阶段加入丙烯酸或丙烯酸类共聚物，利用湿法纺丝，原丝在空气中分段进行预氧化，预氧化纤维碳化处理后与玻璃丝捻线，纺织成布，低阻防晕材料半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层外，再半叠绕包扎高阻防晕层，在整个定子线圈表面包一层带孔脱模带，将定子线圈放入真空压力浸漆罐中，浸完漆后装至模具中，放入烘炉内进行热压固化成型，主绝缘固化成型后，在防护层外刷一层高阻防晕漆，即得到成品VPI定子线圈。本发明解决了少胶绝缘体系定子线棒低阻防晕层在真空浸漆时，防晕层中导电材料脱落而污染浸渍漆的问题。
文档编号H02K15/12GK102664499SQ20121012524
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者付强, 张秋寒, 徐冰, 徐远泽, 满宇光, 郑伟, 黄程伟 申请人:哈尔滨电机厂有限责任公司