43新型不饱和聚酯浸渍树脂的性能研究

新型不饱和聚酯无溶剂浸渍树脂的性能研究李强军*，邢国华，裴海帆，姜其斌(株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)摘要：本文利用环氧改性技术，采用高沸点高活性的乙烯基甲苯作活性稀释剂，研制了环氧改性聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂，并对该浸渍树脂进行性能检测分析，研究了环氧含量对浸渍树脂粘结强度和介质损耗因数等的影响。试验结果表明，研制的环氧改性亚胺浸渍树脂具有粘结强度高、介质损耗低、工艺应用性好等特点，是一种性能优良的绝缘材料。关键词：环氧改性；聚酯亚胺；浸渍树脂；粘结强度ResearchofsolventlessimpregnatingpolyesterresinLIQiang-jun,XINGGuo-hua,PEIHai-fan,JIANGQi-binZhuzhouTimesNewMaterialTechnologyCO.,LTD,Zhuzhou412007,ChinaAbstract:Epoxymodificationworkofpolyester-imidesolventlessimpregnatingvarnishispreparedbyusinghighboilingpointandactivityethylenetolueneasthinnerinthisarticle.Theimpactofcontentsofepoxyonbindingpoweranddielectriclossfactorisinvestigated.Theexperimentresultsindicatethatthisnewepoxymodificationofpolyester-imidevarnishhashighbindingpower,lowdielectriclossfactor,andgoodtechnologicalefficiency,whichisakindofexcellentpropertiesinsulatingmaterial.Keywords:epoxymodification;polyester-imide;impregnatingvarnish;bindingpower1前言近年来，随着我国电机制造技术特别是大中型电机制造技术的迅速发展，对应用于绝缘系统的绝缘材料要求也越来越高。除了要求电气性能、机械性能和耐热性能好外，还要求能够适应普通沉浸、连续沉浸和真空压力浸渍等绝缘处理工艺要求的专用浸渍漆[1-2]。不饱和聚酯树脂和环氧树脂被广泛应用于绝缘漆的制造。但其耐热性基本为155级，为了提高其耐热性，通常对树脂结构引入耐热结构，如二苯醚、亚胺，而聚酯亚胺树脂的应用在欧美地区较为普遍[3-5]。环氧树脂是一类具有良好粘结、耐腐蚀、绝缘、高强度等性能的热固性高分子合成材料,环氧树脂形式多样，固化方便，收缩性低，力学性能好，具有化学稳定性和尺寸稳定性[6-7]。在浸渍漆内加入环氧树脂可向高韧性、高强度、耐辐射、耐高低温方向发展。本文通过环氧树脂改性不饱和聚酯亚胺树脂，在聚酯亚胺浸渍树脂优良的耐热性、耐候性的基础上，提高了树脂的机械性能、耐水、耐腐蚀性能，是对不饱和聚酯树脂体系的一大补充，符合功能性材料的技术发展方向。2实验部分2.1环氧改性聚酯亚胺树脂的制备将各种组份原材料按工艺要求加入到反应釜中，按设计的步骤加热缩聚反*作者简介：李强军（1977-），男，高级工程师，从事绝缘材料及其结构的应用研究与管理工作，联系方式：0731-27626986;[e-mail]应，控制到相应的分子量，降温、掺和，得到间苯型不饱和聚酯亚胺改性树脂、环氧树脂和酸酐为主要组分，以乙烯基甲苯为活性稀释剂，过氧化物为引发剂，再加入其他辅助助剂制得环氧改性聚酯亚胺无溶剂浸渍树脂。2.2性能测试2.3.1常规性能检测采用GB/T15023-1994“电气绝缘无溶剂可聚合树脂复合物试验方法”测定无溶剂浸渍树脂的常规性能；2.3.2电气强度的测定采用固体GB/T1408.1-1999“绝缘材料电气强度试验方法工频下的试验”测定无溶剂浸渍树脂的电气强度；2.3.3红外光谱用WQJ一410型傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪进行红外光谱分析。2.3.4介质损耗因数用上海精密科学仪器有限公司产QS37型介质损耗测试仪，按照GB/T15023-1994标准检测。2.3.5DSC示差扫描仪分析采用Mettler公司产DSC822e型示差扫描量热仪，用高纯铟做能量和温度校正，高纯氮气为介质，流量为20ml/min。3结果与讨论3.1环氧改性聚酯亚胺无溶剂漆的性能指标表2环氧改性聚酯亚胺无溶剂浸渍漆性能指标指标名称试验条件指标值检测值试验方法粘度4#杯，23±2℃30-60s57sGB/T15023-1994胶凝时间130±2℃7±3min7.5minGB/T15023-1994粘结强度23±2℃≥120N130NGB/T15023-1994155±2℃≥15N20N厚层固化性10g样,120℃/1h＋140℃/2h不次于S1、U1、I2.1通过GB/T15023-1994贮存稳定性闭口，60±2℃，96h小于1倍0.31GB/T15023-1994介质损耗因数23±2℃≤1%0.4%GB/T15023-1994155±2℃≤3%2.6%体积电阻率(Ω·m)常态≥1.0×10121.9×1013GB/T15023-1994浸水24h≥1.0×10112.4×1012电气强度(MV/m)常态≥2024.4GB/T1408.1-1999浸水24h≥1821.73.2红外光谱检测573.50668.32697.37733.58764.05832.071026.401157.121226.111256.921295.831334.051371.621399.751462.211510.331607.711644.041701.011725.021775.392963.603042.15200912101650556065707580859095100105%透过率1000200030004000波数(cm-1)图1环氧改性聚酯亚胺无溶剂浸渍漆红外谱图在图1中2963cm-1是烷基的特征峰，1701cm-1为酰亚胺基团的特征峰，1462cm-1是苯环基团的特征峰，1256cm-1、1226cm-1为酯类特征峰，1026cm-1是环氧基团的特征峰，764cm-1、697cm-1是烯烃基团的特征峰，表明所得的浸渍漆为环氧改性聚酯亚胺树脂。3.3环氧酯加入量与粘结强度的关系用螺旋线圈法测定树脂的粘结强度，具体做法为：将螺旋线圈浸漆后在（155±2）℃烘焙2h，冷却后进行第二次浸漆，滴干后于（155±2）℃烘焙8h，在（155±2）℃测定热态下的粘结强度，在（23±2）℃测定冷态下的粘结强度。图2热态（155℃）和常态（23℃）环氧酯的加入量与粘结强度的关系从以上两图可以看出，随着环氧酯加入量的增加，树脂固化后粘结强度均有明显增加趋势。主要原因是：环氧树脂具有优异的粘结强度、机械性能，通过与不饱和酸酐酯化反应可以引入双键，从而使环氧树脂在自身固化的同时也可以参与漆中不饱和主链的固化，增加了树脂的链长，从而增加了固化后的粘结强度。3.4环氧酯加入量与介质损耗的关系1415161718192021220246810121416环氧酯加入量/%粘结强度/N系列1951001051101151201251301351400246810121416环氧酯加入量/%粘结强度/N系列1图3环氧酯加入量与介质损耗的关系从图3可以看出：在环氧酯的加入量不超过10%的时候，常态介损与热态（155℃）介损均无明显变化；当环氧酯的加入量为12%时，常态介损与热态介损均有较大增长，常态介损由0.5%增加至0.8%（增加率为60%），热态介损由2.5%增加至4.5%（增加率为80%）。随着环氧酯量的增加，游离的极性基团-OH随之增加，从而导致介质损耗因数增大。3.5耐水性的研究将环氧改性聚酯亚胺树脂和未改性的不饱和聚酯树脂固化后样品浸入水中，分别检测其浸水24h、72h、120h、240h、360h后的吸水率，检测结果如图4：图5环氧改性树脂与不饱和树脂耐水性的比较图4改性树脂和未改性聚酯树脂的吸水率由图4可以得出：改性树脂的吸水率明显小于不饱和树脂的吸水率。主要原因是：加入环氧改性树脂后，浸渍树脂固化之后酯键密度降低，而疏水性高的醚键密度增加，提高了耐水性。3.6DSC活性对改性聚酯树脂在5℃/min的升温速率下的固化过程进行测试，温度范围为25℃～300℃，如图5所示。从图5可以看出，改性聚酯树脂的起始固化温度Ti为133.44℃、峰顶温度Tp为148.84℃、固化终止温度Tf为160.69℃以及根据曲线积分所得到的吸收的热量ΔH为103.85J/g。00.10.20.30.40.50.60.70246810121416浸水时间/天吸水率/%环氧改性树脂不饱和树脂Integral1814.23mJnormalized203.85Jg^-1Onset133.44癈Peak148.84癈Endset160.69癈$2010081182-32010081182-3,8.9000mgmW-4-20246810121416癈405060708090100110120130140150160170180190^exoSW8.10eRTASLab:METTLER4结论通过在不饱和聚酯亚胺树脂中加入改性环氧树脂，提高了交联密度，从而提高了树脂的粘结强度，实现了树脂的低温快固化，改进后的树脂具有粘结强度高、介质损耗低、耐水性好等特性，赋予了不饱和聚酯树脂材料的新型功能性。参考文献：［1］蒲顺兴.最近国内外大电机定子线圈绝缘的发展.绝缘材料通讯［J］.1996（6）：6～7［2］付岚贵.大型发电机绝缘技术分析论证.绝缘材料通讯［J］.1999（2）：34~35［3］沈开猷.不饱和聚酯树脂及其应用（第三版）［M］北京:化学工业出版社.2005年出版.［4］周健，黄祖洪，董占先，等.高低压通用F级无溶剂浸渍漆.电器工业［J］.2002（12）：4~8.［5］尹默，白双建，周英霞，等.新型高压绝缘子在高压电机中的应用。绝缘材料通讯［J］.1999（5）：20～25［6］陈宗曼，叶学淳．环氧高固体分漆的配方设计与试验研究[J]．电机技术，1995(4)：37-39［7］陈平，刘胜平．环氧树脂[M]．北京：化学工业出版，24~8.