资源描述
中国金属资源利用有限公司
漆包线的质量控制
编写: 周四海
审核: 技术研发中心
日期: 2014年7月28日
摘 要
漆包线由于导线线径和漆种类的繁多,造成漆包线有多种不同的种类,为满足客户的要求,不同的漆包线需要制定不同的生产工艺,因此,漆包线的质量控制是复杂且繁琐的。
漆包线的质量与许多因素有关,如:母线、漆质量、生产工艺等,在实际生产中,我们不仅要严格控制来料检验、生产工艺,还要通过检测手段,实行“生产—检测—生产—检测”的模式,在生产的过程中对其进行调整,有效的杜绝大批量废品的出现。
本文主要是分析和讨论了漆包线质量控制的几个要素点,用以指导生产和同行业之间的讨论。
关键词:漆包线性能 影响因素 检测标准 漆包线的质量控制
Keywords: Enameled wire performance Influence factor Testing standards Control the quality of the enameled wire
第一章 介绍 4
第二章 母线的质量控制 5
第一节 铜杆的选择 5
第二节 控制拉丝预先变形度 5
第三节 母线质量对漆包线的影响 6
1. 铜线机械印痕、划伤、闪光点 7
2.毛刺、翘皮及氧化变色 7
3. 表面有三角形口等凹坑 9
4. 母线内部空心 10
第三章 漆质量对成品线的影响 11
第四章 生产工艺对成品线质量影响 12
第五章 通过检测控制成品线质量 13
第一节 表面质量 13
第二节 机械性能的影响因素 14
一.伸长率 15
二.回弹角与柔软度 15
三.柔韧性及附着性 18
四.耐刮性 19
第三节 热性能的影响因素 20
一.热老化试验 20
二.热冲击试验 20
三.耐热软化击穿试验 21
第四节 电性能的影响因素 21
第五节 化学性能影响因素 22
第六章 其它因素对成品线质量的影响 23
参考文献 24
第一章 介绍
随着绵阳铜鑫铜业有限公司低氧铜杆工艺技术不断进步和半自动化生产线的熟练应用,并且近年来电器、电子领域的高速发展,集团于2014年4月份引进漆包线项目。
漆包线是指用绝缘漆作为绝缘涂层、用于绕制电磁线圈的金属导线,电磁线类产品的一个部分。电磁线除了包括漆包线以外,还包括纸包线、玻璃包线、无机绝缘线、纱包线等。漆包线是绕组线的一个主要品种,由导体和绝缘层两部组成,主要是由裸线经退火软化后,再经过多次涂漆,烘焙而成。漆包线生产流程是:放线,退火、涂漆、烘焙、干燥、润滑、收线。漆包线是电机、电器和家用电器、电讯、电子仪表电磁绕组的主要和关键原材料,加入WTO以后,随着工业电器、家用电器、电讯、电子产品等的迅速发展,给漆包线带来了较广阔的应用领域和市场。
市场高速机械绕线装置和嵌线设备对漆包线质量要求与日俱增,漆包线的质量决定了公司在漆包线领域的竞争力。漆包线生产受原材料质量,工艺参数,生产设备,环境等因素影响,其性能很难控制。漆包线重要性能有机械性能、耐热性能、耐电性能、耐化学性能。漆包线的产品结构简单,而其使用的漆模材料、生产工艺过程和成品的性能等涉及许多技术领域,不仅要求很高,也十分复杂,因此,要稳定、高效地生产出高性能水平的漆包线,必须掌握多学科的知识,同事严格规范对裸线、漆和工艺设备的质量和性能监测、规范生产工艺。
本文主要是从漆包线母线、生产流程、检测等方面分析讨论对漆包线成品性能的影响因素,并佐以反例说明,用以同行业之间的分析讨论和指导实际生产的作用。
第二章 母线的质量控制
第一节 铜杆的选择
目前,漆包线在国内外电缆市场中母线主要采用的是无氧铜杆和低氧铜杆。无氧铜杆由于采用上引法铸轧工艺,其氧含量在10PPM以下,组织晶粒粗大,有时候会产生几个毫米的晶粒,为了满足漆包线涂漆和性能要求,使其基本单相组织韧性更好,需要更大的退火功率,具有缺陷。
低氧铜杆采用了连铸连轧的生产工艺,经过了热轧,铸造组织已经破碎,细小杂质颗粒可以细化到微米级范围;晶体在8mm杆时已有再结晶的形式出现,因此这种铜杆具有更好的加工性能,当含氧量控制在200~400PPM范围内时,漆包线成品线具有更为优秀的柔软度、回弹角、绕线性能等机械性能。
铜杆断线的主要因素是氧含量和杂质。低氧杆内的氧元素主要是以氧化亚铜的形式存在晶界的附近,它对铜杆的韧性产生很大的负面影响。图示含氧量与拉丝断线率的关系:
图2-1 铜杆含氧量与拉丝断线率的关系
杂质引起的断线主要原因是耐火材料、H-13(模具钢)、铁杂质等夹杂在铜杆之中,这三者是夹杂物断线的80%以上的因素。当拉丝过程中线直径缩小到夹杂物直径的两倍时,就会发生断线。通过扭转实验使铜杆内部缺陷完全暴露出来,从而对铜杆进行内部的分类,然后根据漆包线工艺进行分类使用,从很大程度上减少漆包线工序出现毛刺、空心断的问题,从而减少漆包线生产断线和粒子的产生。
第二节 控制拉丝预先变形度
拉丝预先变形度是指放线导轮α角对铜线的影响度。通过控制预先变形度,当达到临界变形度时:由于只有部分晶粒变形,变形极为不均匀,再结晶的晶粒大小差距大,容易互相吞并和长大,再结晶后晶粒非常粗大。通过实验发现,处于该状态的铜杆,制成的漆包线回弹角非常小,漆包线的服帖性很好,能充分满足自动高速绕线和嵌线的要求,漆包线的适用性得到极大的提高。下图是再结晶退火后的晶粒度与预先变形度的走势图和退火温度与预变形量的走势图:
图2-2 再结晶退火后晶粒度与预先变形度走势图
图2-3 退火温度与预变形量的走势图
从图2-2、2-3中可以得出结论:1.临界点附近两个很陡的下降,易造成柔软度的波动,正常生产过程中应避免这种情况的发生。2.变形度超过90%的再结晶时,也会出现晶粒粗大的情况。3.变形量超过90%时,所需要的退火温度急剧上升,很难将其软化,而且浪费能源,不可取。
第三节 母线质量对漆包线的影响
漆包线是对母线表面进行均匀涂漆,然后烘焙,母线表面的平整度直接影响漆的均匀,其它性能直接决定了漆包线的质量,所以母线的质量对漆包线起直接和决定性的影响。
1. 铜线机械印痕、划伤、闪光点
图2-4 铜母线机械印痕、划伤、闪光点
铜线拉丝过程中形成的机械性擦伤对漆包线成品线的影响:1.轻度擦伤处漆膜闪光。2.擦伤处起粒子,粒子的大小、分布取决于擦伤的程度。
图2-5 点状露铜及闪光、花线
2.毛刺、翘皮及氧化变色
图 2-6 黑斑毛刺及氧化变色
图2-7 毛刺及机械印痕
图2-8 翘皮
图2-9 起槽及翘皮
铜母线的严重氧化会导致漆包线在氧化处形成粒子。母线毛刺会导致漆包线形成漆瘤。如图:
图2-10 漆瘤和黑焦
3. 表面有三角形口等凹坑
铜母线表面有三角形口等凹坑是由于拉丝过程中模孔不光滑、变形、定径区有裂纹、砂眼等缺陷、交接处连接不圆滑、润滑不良、塔轮不光滑导致滑动率过大等原因引起的。见下图:
图2-11 铜线表面三角形口及机械擦伤
图2-12 铜线表面凹坑
母线表面的凹坑会导致漆包线凹坑处出现气泡粒子或多漆粒子。
4. 母线内部空心
图2-13 母线出现空心
母线出现空心等问题,应严格禁止漆包线生产,因为空心会直接影响漆包线的生产,导致断线。
第三章 漆质量对成品线的影响
漆包线漆是一种可以使绕组中导线与导线之间产生良好绝缘层的涂料。主要用于各类线径的裸铜线、合金线及玻璃丝包线外层,以提高和稳定漆包线的性能。有较高的机械强度,耐氟里昂冷冻剂,与浸渍漆有良好的相容性,能满足耐热性、耐冲击性、耐油性等要求。
按绝缘材料耐热温度等级:Y(90℃),A(105℃),E(120℃),B(130℃),F(155℃),H(180℃),C(180℃以上),其E、B级漆包线主要品种是缩醛、聚氨酯和聚酯三类,F、H级漆包线主要品种有聚酯亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯-酰胺亚胺等类。
漆包线按漆的种类分类,常见的有:PVF聚乙烯甲醛漆包线,耐热等级A;UEW(UEW/U)聚胺基甲酸脂漆包线,耐热等级E/B;UEWF(UEF1/U)耐热聚胺基甲酸脂漆包线,耐热等级F;UEWH耐热聚胺基甲酸脂漆包线,耐热等级H;PEW(PEW/U)聚酯漆包线,耐热等级B~F。
漆质量对成品线的影响如下表:
表3-1 漆质量对成品线的影响
序号
漆质量问题
对漆包线的影响
1
漆基分子量分散性过大
1.时有时无的串头粒子。2.不规则性的多漆粒子。
2
流动性差
1.小到大的分散性大粒子。2.阴阳面
3
粘度偏低
表面有密集的小粒子
4
粘度偏高
1.在毛毡松紧正常下产生较多的大粒子。2.在毛毡夹紧情况下漆膜成阴阳面
5
含有固态杂质
起杂质粒子,起黑斑
6
稀释不均匀
可能有分散性的粒子或阴阳面
7
渗入不相溶的漆料
小到大的粒子,根据渗入情况而定
8
稀释剂选用不当
细毛粒子
9
微细线漆内的甲酚溶剂氧化
细毛粒子
10
含有较多的铜粉
由于模孔阻塞引起细毛粒子
11
含有较多的炭化漆膜
1.起杂质粒子2.由于模孔阻塞起粒子
第四章 生产工艺对成品线质量影响
漆包线在生产工艺过程中有三大度1、温度2、速度3、粘度,如果在生产中没有把所为三度调整到位,就会产生不良的质量问题。
漆包工艺流程:放线→退火→涂漆→烘焙→冷却→收线。放线的关键是控制张力,张力大时不仅拉细导体,使导线表面失去光亮,还影响漆包线的多项性能。漆包线的伸长率、回弹性、柔韧性、热冲击和退火有必要的关联,要根据生产的规格的大小来制定生产的速度,生产的速度快慢可以直接影响漆包线伸长和回弹角。
涂漆过程中漆液的拉圆过程:1、涂漆导线在毛毡中; 2、出毛毡的瞬间 ;3、漆液因表面张力而被拉圆若线的规格较小时,漆的粘度较小,所需拉圆的时间也较少;若线的规格增大,漆的粘度也增大,所需拉圆的时间也较大。
烘焙是有蒸发与固化在烘炉内互相交联使油漆快速成膜,如果固化不足,内层漆膜未干,在扭绞时在扭绞点上漆膜容易损伤,影响击穿电压值;如果固化过度,漆基容易裂介,在扭绞时漆膜严重脱落,也影响击穿电压。
图4-1 烘炉结构示意图
第五章 通过检测控制成品线质量
第一节 表面质量
漆包线成品线表面质量的判定因素有:光滑度、不圆度、直径公差、漆膜厚度等。漆包线常见表面问题如下:
图5-1 机械擦伤后漏铜和漆瘤 图5-2 表面黑斑
图5-3点状漏铜 图5-4 小漆瘤
图5-5 白花线 图5-6 死结
图5-7 焊锡后残留残渣
第二节 机械性能的影响因素
漆包线机械性能包括:柔软度、伸长率、回弹角、附着性、刮漆和抗拉强度等。母线退火不足,延伸率过小,细线在绕线时可能被拉断;退火过度,延伸率过大,容易拉细截面,造成电阻增大。漆膜烘焙过老,漆包线漆膜弹性下降,在绕线时的弯曲力矩作用下,造成漆膜开裂,丧失绝缘性能;如烘焙不够,则嵌线时容易擦伤漆膜,造成电机绕组短路。因此,在模拟使用要求的基础上,建立各项机械性能试验,采取边检测边生产的模式对漆包线质量控制是十分必要的。
一.伸长率
测试伸长率是模拟漆包线绕线工艺而建立的,目的是控制导线对缠绕线圈的适应性,保证作业顺利进行。
漆包线经过拉伸后,其附着力、耐刮性、弹性、热冲击、耐溶剂性都会下降。影响漆包线伸长率的因素:
1.铋、硫、铁、铝、锑、氧等杂质元素的介入,将导致铜材脆化,这些杂质元素(氧以氧化亚铜的共晶体形式)分布于晶粒之间的接口上,阻碍了漆包线伸长时内部晶格的滑动趋势,使晶格不易变形而破坏,直接影响漆包线的伸长率。
2.生产过程中,如果涂漆道次和回线次数太多,在导轮直径不够大的情况下,导线两面不断受到拉伸和压缩的交递变形,造成晶格的歪扭,在伸长时,容易拉断。漆包机运转时,导线承受过大的张力将使线材拉细,由于晶格上原子或离子因滑动而产生的位移,形成了残余内部应力,线材脆性提高伸长率下降。特别是放线机构的灵活性和收线张力的大小直接影响伸长率。
3. 退火程度与伸长率大小有很大关系,伸长率在一定范围内随着退火温度提高而提高,但超过一定温度后,反而会下降。如图5-8:
图5-8 伸长率、回弹角、抗拉强度与温度的关系
漆包线退火环节就是铜晶粒再结晶的过程。当退火温度升高到再结晶温度(T1)时,铜晶粒开始结晶。随着温度继续升高,铜晶粒再结晶完成积聚再结晶开始,当达到积聚再结晶温度(T0)时,铜晶粒快速增大,积聚再结晶,铜的机械性能迅速下降,到达T2温度时,成“过烧”。
二.回弹角与柔软度
1.柔软度
漆包线的生产对退火后的软铜线的退火特性要求很高。其中柔软度是评定机械性能的一个重要指标。测试方法是在骨架上绕成的线圈,如漆包线因柔软度不好而回弹变形,线圈直径变大,骨架内容纳不下;绕制矩形线圈,由于回弹作用会从槽中回跳出来。柔软度直接影响漆包线的加工质量和劳动生产率。
a.铜导体的纯度对柔软度的影响
低氧铜杆含有杂质,且大多数的杂质元素都妨碍铜导体的退火软化性能,尤其是无氧铜杆,其杂质往往以固溶状态存在于铜的晶粒中,提高了铜的再结晶温度。使用这种材料的铜杆拉制成铜线并制成的漆包线,其柔软度很差。
b.铜导体含氧量对柔软度的影响
低氧铜杆(氧含量160PPM~350PPM)中,由于氧与某些杂质元素形成氧化物,使杂质元素从铜的固溶体中分离出来,从而降低了再结晶温度。其次,由于低氧铜中的氧主要以氧化亚铜Cu2O的形成存在于铜的基体中,Cu2O粒子增加了晶界界面,有利于杂质的偏析,因而可降低铜导体的再结温度。综上原因,由于无氧铜杆氧含量低(小于20PPM),杂质元素以固溶形式存在于铜基体中,其再结晶温度要高于低氧铜杆,对漆包线生产和质量控制形成一定的阻力,因此,漆包线生产母线应优先选择低氧铜杆。
实验得出,随着铜导体基体中游离态的含氧量的增加,其屈服强度也随之增加,其回弹角也会相应地增加,柔软度变差,所以,降低铜材中游离态的含氧量,可改善漆包线的柔软度。
c.中间退火的选择和退火程度的控制对柔软度的影响
铜杆在经大拉、中拉和小拉至所需尺寸的裸铜线,其中间退火的选择和退火程度的控制对漆包线成品线的柔软度的改善,显得尤为重要。
借鉴实验数据:试验选择了直径为Φ3.00mm硬铜线(TY)和Φ2.60mm的软铜线(TR),在顺德永雄机械制造厂生产的ZLT250/17型中拉机上进行中拉(半成品),选择中间不退火或中间退火(并控制退火程度),再经小拉机(中间不退火)拉成漆包线所需的规格,然后进入漆包机的退火炉、烘炉,在相同的工艺条件下生产出成品的漆包线,具体试验数据见表:
表5-1中间退火工艺试验数据
工艺路线
铜材性质
退火电压/V
拉丝速度/(m/min)
半成品伸长率/%
成品伸长率/%
成品回弹角/(º)
线圈手感
TY3.00→TY1.00→TY0.210
TY3.00→TR1.00→TY0.210P
TY3.00→TR1.00→TY0.210
TY3.00→TR0.600→TY0.210
TY3.00→TR0.600→TY0.210
TY3.00→TR0.600→TY0.440
TY3.00→TR1.00→TY0.440
TY3.00→TR1.00→TY0.440
TY3.00→TY1.00→TY0.440
TR2.60→TY1.00→TY0.250
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
无氧杆
-
30
30
30
30
30
30
30
30
30
1200
800
800
1000
1000
1000
800
800
1200
1200
1~2
31
20
32
20
32
30
21
1~2
1~2
30.35
33.35
31.33
37.38
33.34
26.22
35.31
34.31
30.31
30.31
35.42
36.38
37.38
35.34
35.38
30.361
34.38
31.35
30.33
31.36
良好
良好
良好
良好
优
良好
良好
良好
良好
良好
TR2.60→TY1.00→TY0.440
TR2.60→TR0.600→TY0.250
TR2.60→TR0.600→TY0.250
TR2.60→TR1.00→TY0.250
TR2.60→TR1.00→TY0.250
低氧杆
低氧杆
低氧杆
低氧杆
低氧杆
35
35
31
26
21
900
1000
1000
1000
1000
1~2
24
20
25
19
28/.33
30.33
31.35
29.32
28.32
42.40
39.42
4042
4143
40.44
一般
一般
一般
一般
一般
从表5-1可以看出:
(1)选择中间退火对漆包线质量影响显著,因此,不能只是片面地注重漆包成品线的退火过程,中间退火同样重要,Φ3.00mm的硬铜线拉制成Φ1.00mm的铜线,这个过程进行中间退火后生产出的漆包线与中间不退火生产的漆包线相比,其伸长率,回弹角及线圈手感(柔软度)均得到了改善。
(2)采用不同的退火电压来控制半成品的伸长率,即控制退火程度,对成品漆包线的柔软度产生了不同影响。根据图5-8,在实际生产中,中间退火后半成品伸长率应视具体情况控制在一定的范围内。
(3)应注意拉丝工艺路线的合理选择。例如当采用TY3.00→TR0.600→TY0.210工艺流程和采用TY3.00→TR0.600→TY0.440工艺流程,在相同工艺生产的漆包线其伸长率指标差别很大。通常,中间退火的半成品与用其拉制的成品规格之比应≤3.5,但也不可小于1.5,如Φ0.60mm的软铜线宜用于拉制直径为Φ0.17~Φ0.4mm线格的铜线。
(4)低氧铜杆与无氧铜杆的比较。低氧铜杆经过中间退火后生产的漆包线其柔软度大大提高,手感也明显改善。在同样的工艺条件下,用无氧铜杆生产的漆包线其柔软度就较差。
d.成品线退火工艺对柔软度的影响
表5-2退火工艺对漆包线质量的影响
退火炉温度(℃)
上层
下层
上层
下层
上层
下层
上层
下层
上层
下层
530
520
540
530
560
550
570
560
580
570
伸长率(%)
32;31;31
32;33;34
36;36;38
36;35;31
34;30;29
回弹角(°)
38;39;39
35;36;33
33;34;33
34;35;36
36;36;38
注:漆包线导体直径为0.250mm;涂漆速度为48m/min,烘炉进口、中间和出口的温度分别为420ºC,460ºC,480ºC;所用铜材为铜鑫铜业低氧铜杆。
从表5-2可以看出:
(1)漆包线的伸长率、回弹角和柔软度,它们之间的变化有一定的规律。随着退火温度的上升,通常,伸长率增加,回弹角降低,柔软度增加。但退火温度过高,超过晶粒过分长大价段的温度,漆包线性能反而会下降。
(2)倾斜式退火炉内的退火温度分布也很关键。漆包机退火炉一般分上、下两层,两段控温,以下层的退火温度高于上层改为下层低于上层后,漆包线的柔软度和手感均有所改善。因为通常导体的再结晶温度高于晶粒长大阶段温度,改进后退火效果较好。
e漆膜固化度对柔软度的影响
漆膜本身的固化程度也影响漆包线的柔软度,如果漆膜固化过度,刚性大,线就发硬,手感不好。
f.拉丝速度及缩减率对柔软度的影响
相关实验及研究认为:当铜线以较低拉丝、漆包速度并配以相当低的导体截面缩减拉丝,即冷加工度较低时,退火后能获得取向各异的再结晶结构,从而达到软化目的。所以连拉带包漆包机比普通漆包机生产出的成品线柔韧性好。通常,当冷加工度过大时,虽然持续增大退火电压,但铜线的伸长率仍不会提高,同样,铜线回弹角增大,因此,控制好铜导体拉丝的冷加工度,可有效改善漆包线的柔软度。
g.表面润滑效果对柔软度的漆包线表面润滑效果提高,柔软度也可得到改善
通常,可在漆包表面外涂一层尼龙漆,形成复合涂层,其次改进表面润滑剂配方和配制工艺,从而提高润滑效果。另外,要求配制润滑剂所用的溶剂或油品其挥发性要好,否则,漆包成品线表面油重、味浓,进而影响柔软度及使用。
根据上述结论,可知欲满足漆包线柔软度的要求,须考虑以下条件:
(1)选用纯度高的电解铜杆,优先选择低氧铜杆;
(2)选择适当的中间退火温度,控制导体的退火程度,并选择合理工艺路线;
(3)采用退火炉上层比下层高的退火温度,适度控制漆膜固化程度;
(4)综合考虑拉丝速度和冷加工度;
(5)改进漆包线表面润滑效果等。
2.回弹角
影响回弹角的因素:
a.退火程度
在充分退火的导线里,内部没有或很少有残余内应力,做回弹试验时,材料只依靠试验本身所引起的应变势能进行回弹,所以回弹角较小。在拉伸过程中,进行中间退火的工艺比直接拉伸工艺回弹角小5~6°。
b.车速越快,回弹角越大
车速快,退火时间短,回弹角增大。
c.漆膜越厚,回弹角越大
漆膜本身具有弹性,在回弹角试验仪上卷绕时,线本身受到拉力和弯曲应力,当外力去掉后,除铜线本身自弹外,漆膜本身的弹性变形也要回弹。
d.烘炉温度
烘炉温度越高,回弹角越小。铜线在进漆包炉的过程中,相当于又继续进行一次软化。
e.回弹角与生产工艺有很大关系,但各种影响因素是相互制约的,需要全面考虑整体性能
在回弹角实验中,影响试验结果的因素:卷绕速度、自由回弹、绕棒直径、导线直径、负荷、拉伸、指针长度。
三.柔韧性及附着性
柔韧性及附着性试验包括卷绕、拉伸、急拉断、剥离扭绞试验。下图为急拉露铜-不良品:
图5-9急拉露铜
漆包线在绕制线圈时受到两种外力作用:
a.拉伸力。如果漆膜的弹性不足,漆膜受力后的伸长率跟不上导体的伸长,漆膜就会开裂,从而露铜,如图5-9。
b.弯曲力,弯曲后外缘的漆膜伸长,内缘的漆膜被压缩,如果弹性不好,漆膜也会开裂。细线容易被拉伸,用伸长法测试;粗线受弯曲影响大,用卷绕法测试。
c.漆膜延伸率随着卷绕倍径的减少而增大。5倍卷绕延伸率为16.7%;4倍卷绕延伸率为20%;3倍卷绕延伸率为25%;2倍卷绕延伸率为33.3%;1倍卷绕延伸率为50%。
影响漆膜弹性的因素:
1.漆膜附着力
漆膜本身的伸长率很小,当涂到导线上后具有附着力,这是由于漆与金属彼此之间分子的相互扩散而引起。漆包线漆是极性高聚物,与导体相溶性好,有利于分子扩散,附着力好。如果导线表面有非极性物质或污物沾染,将降低漆膜的附着力,这就要求母线进行漆包线生产前要保证其表面无油污、水剂等。
2.漆膜的柔性
一个高分子链的形状是不断运动的,在运动中卷曲情况较多,卷曲时高分子受到外力能在一定范围内伸缩。卷曲越厉害,伸缩范围越大,柔性越高,弹性越好。
3.高分子链的柔性和它的主链组成有关
两个单链组合的碳原子可以围绕通过它们中心轴自由旋转。以-C-C-键组成的分子键,具有良好的柔软性。双键不能旋转,主链中含有双键,柔性就要下降。
4.增加高分子的交联度,可以使高分子的刚性增加,但降低了柔性,当分子链交联后,联成了一个整体,束缚住交链点之间的分子链段的运动,过多的交联使材料失去柔性,增加脆性
对一定漆料来说漆膜的弹性的变化主要还是由于漆基树酯的交联情况,如果漆包线烘焙不足,漆基树酯未达到一定的交联度,未形成适当的体型结构,这时漆膜的弹性和附着力都差。如果烘焙过度,交联过高,则弹性也下降,此处漆膜表面粒子导致卷绕时应力集中,也会影响漆膜弹性。
四.耐刮性
在线圈绕制成型,嵌线,电气产品运转中,都会有压力或摩擦力作用于漆包线上,因此耐刮性作为衡量漆包线质量的一个主要因素。漆膜的耐刮性能用漆膜在一定外力作用下的耐刮次数或刮破力来表示。
影响耐刮性的因素:
1.漆膜本身的性能
漆膜的刚性大,有利于耐刮性。在一定车速范围内,车速慢,烘焙高,分子作用力就强一些。漆膜的摩擦系数小,运动时受到的摩擦力也小,漆膜就不容易被磨损。使用摩擦系数小的线型高聚物覆盖在一般漆膜表面,可以提高漆包线的耐刮性能。
2.导线直径与漆膜厚度
在一定负重的条件下,漆包线的耐刮次数与其线芯直径的平方根和其漆膜厚度的1.5次方成正比。
3.进口炉温
进口炉温过高或过低,漆膜外干内不干,耐刮性降低。
4.催化燃烧风机的影响
热风循环进风量的大小直接影响进口炉温,要适当控制热风量,以免造成进口炉温过高或过低。
5.固化炉温
固化温度过高或过低都影响漆包线耐刮性能。过低漆膜刚性低,过高又发脆。
影响试验结果的因素:钢针(0.23mm及0.55~0.56mm,表面光滑、平直)、负荷、操作中的移位元、刮削速度(400mm/min灵敏度最高)、短路电流(20MA)。
第三节 热性能的影响因素
漆包线的耐热性能是衡量漆包线质量的一项重要的指标,特别是对电机及有温升要求的组件或绕组来说具有较大的意义。它直接影响电气设备的设计和使用。电气设备的温升受到所使用的漆包线和其它绝缘材料的限制。如能使用耐热性能较高的漆包线和配套的材料,就可以在结构不变的条件下获得更大的功率,或在保持功率不变的条件下达到缩小外型尺寸、减轻重量、减少有色金属以及其它材料消耗。
一.热老化试验
用热寿命评定的方法来测定漆包线的热性能需半年到一年的时间(UL试验)。老化试验缺乏应用上的模拟性,但在生产过程中控制漆料质量和漆膜的烘焙程度仍具有实用意义。
对老化性能的影响因素:
1.从制漆到漆包线烘焙成膜,再到漆膜的老化衰退的整个过程是高聚物的聚合成长和裂解衰退的过程。在制漆中一般是合成了初聚物,漆包初聚物交联成高聚物,同时产生热分解反应,老化则是烘焙的继续。由于交联和裂解反应,造成高聚物性能的下降。
2.在炉温一定的条件下,车速的改变直接影响导线上的漆液蒸发和烘焙时间
3.炉温过高或过低都将影响热老化性能
4.热老化作用的速度和氧气的存在有关
氧的存在能引发高分子链的裂解反应,加速热老化的速度。铜离子能通过迁移作用进入漆膜,成为有机铜盐,对老化起催化作用。试样取出后,应在室温条件下冷却,防止试样受到骤冷,影响试验数据。
二.热冲击试验
热冲击试验就是对漆包线的漆膜在机械应力作用下对热作用的忍受能力。下图为热冲击开裂露铜-不良品:
图5-10 热冲击开裂
漆包线的漆膜由于延伸或卷绕而产生了伸长变形,分子链间相对位移使漆膜内贮藏了内部应力。当漆膜被加热时,此应力以漆膜收缩的形式表示出来。热冲击试验中,延伸后的漆膜本身因受热要收缩,但和漆膜粘合在一起的导线却阻止这种收缩,内外应力的作用对漆膜的强度是一个考验。不同品种的漆包线的漆膜强度不同,各种漆膜的强度随温升而下降的幅度也不同,在某一温度上,漆膜的热收缩力大于漆膜的强度,漆膜就开裂。漆膜的耐热冲击性能和漆料本身质量有关。对同一种漆来说,还与原材料的配比有关。烘焙温度过高或过低都引起热冲击性能下降,漆膜厚的热冲击性能差。
三.耐热软化击穿试验
在线圈中,下层漆包线受到上层漆包线张力而引起的压力,如果漆包线在浸渍的预烘或干燥过程中,或是在高温下运转时,漆膜受热软化,在压力作用下逐渐被挤薄,可能产生线圈的匝间短路。耐热软化击穿试验衡量漆膜在机械外力作用下,忍受热变形的能力,也就是研究压力下的漆膜在高温下塑性变形的能力,这项试验是热、电、力三者结合试验。
漆膜耐热软化击穿性能的高低决定于漆膜的分子结构和其分子链间作用力的大小。一般来说,含脂肪族线状分子材料多的漆膜,击穿能力差,含芬香族热固性树酯多的漆膜,击穿性能高。漆膜烘焙过度或过嫩也将影响击穿性能。
影响试验数据的因素:负荷重量、起始温度和升温速度。
第四节 电性能的影响因素
漆包线漆膜主要是保证形成电磁感应,电路的路线应为环形,因此漆膜必须保证其介电性,如果漆膜的介电性能不够,便会造成线圈短路,使电机电器报废。
一.直流电阻
漆包线电阻值的过大或过小要引起绕成线圈总阻值的变化。总阻值的变化范围超过了设计中的允许公差,将影响到电机三相电压的平衡和微型电机的温升,并给仪表线圈的绕制带来困难。
导线的电阻公式为:,可以看出电阻与其长度L成正比,与横截面S成反比。导体杂质及退火程度同样对电阻有影响。
二.击穿电压
在强电场的作用下,高聚物内束缚的电子可以由电场内获得能量而变为自由电子,按电场方向运动。运动中自由电子碰撞其它被束缚的电子时,又激发它们成为自由电子,这样自由电子越来越多,提高了高聚物的导电性。当电场强度超过某一定的数值时,在高聚物内就形成了一个联过两个电极间的孔道,使正在增强的电流在其中通过,高聚物就失去了绝缘性能而被击穿。这时施加电压的强度称为击穿电压。在电压击穿时所带来的热量会使高聚物产生热破坏,而呈现熔化烧焦的现象。
影响击穿电压的因素:漆膜厚度及不圆度、固化程度、漆中外界杂质。
影响击穿电压试验数据的因素:扭绞数、施加电压时间、升压速度、漆膜伸长、施压时温度。
三.针孔性
细漆包线绕制的线圈匝数多,缠绕紧,线与线接触面多,如果漆包线漆膜的针孔多,两匝间针孔可能重合,针孔处铜线露出,相互接触造成短路。
影响针孔的因素:原料、导体、生产工艺过程、试验条件。
第五节 化学性能影响因素
耐化学性能包括耐酸、耐碱、耐盐雾、耐潮湿、耐油、耐溶剂、耐冷媒、耐辐射等方面的性能。
耐溶剂实验的溶剂是200号溶剂汽油、二甲苯、丁醇按照体积比60:30:10的比例配制而成。不同的漆膜对不同的溶剂有不同的忍受性,浸渍时应根据漆包线的特性选用只含有对漆包线相适应的溶剂的浸渍漆。
漆膜耐溶剂性能主要取决于漆膜本身的特性。从分子结构上来说,漆膜是体型结构,交联链较长而交联度控制在一定的范围之内,它具有“有限溶胀”性。漆膜的溶胀可以理解为由于溶质分子与溶剂分子间的引力所导致的分子链间距离增大现象。在某一些溶剂中,属于体型结构的漆膜也能够溶胀,钻入高分子链段空隙间的溶剂,降低了高分子链间引力的作用,导致了漆膜的软化、发粘和硬度下降等情况。
第六章 其它因素对成品线质量的影响
漆包线质量的影响因素多种多样,除开上述的几种直接因素,还有一些客观因素也对其产生一定的影响。
1. 气候因素
漆包线生产车间所处的气候条件影响漆液的粘度,冬天温度低,漆的流动性差,其粘度升高;夏天温度高,漆流动性高,粘度降低。过高或过低的粘度都堆漆包线成线质量形成影响。
2. 卫生条件
漆包线车间应保持整洁、无尘,防止在涂漆过程中灰尘附着在漆膜表面,形成杂质粒子。
3. 天气因素
漆包线车间应进行防风处理,防止涂漆至烘烤过程风对漆膜的影响,造成粒子不均匀。另外,大风会改变烘炉内的温度分布,造成漆包线表面温度忽高忽低,影响漆膜的交联固化和裂解反应等化学变化。
参考文献
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[2]GB/T%204074.1.2.3.4.5.6
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[5]《探讨漆包线生产对铜导体质量的要求》,郑颖,江苏大通机电有限公司,《电线电缆》2013年第1期
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[8]《漆包线表面的影响因素及解决办法》,
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