F级高强度环氧玻璃布层压板的研制.doc

1、F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 研 制刘 锋 许自贵 赵 成 李仕文 四 川 东 材 企 业 集 团 公 司 （ 621000）摘 要 本 文 介 绍 了 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 研 制 情 况 ， 研 究 了 环 氧 树 脂 胶 粘 剂的 合 成 ， 玻 璃 布 层 压 板 的 制 备 工 艺 ， 原 材 料 的 影 响 因 素 及 层 压 板 性 能 ， 并 与 国 外 同 类产 品 进 行 了 对 比 。 结 果 表 明 ， F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 具 有 高 温 下 强 度 保 持 率 较高 、 浸 水

2、 后 绝 缘 电 阻 高 等 特 点 ， 可 用 作 F 级 大 型 、 高 压 电 机 、 电 器 设 备 中 作 绝 缘 结构 零 部 件 ， 并 可 在 潮 湿 环 境 中 使 用 。关 键 词 环 氧 树 脂 绝 缘 材 料 玻 璃 布 层 压 板前 言长 期 以 来 在 我 国 电 工 绝 缘 材 料 中 F 级 层 压 板 均 采 用 3240 环 氧 酚 醛 玻 璃 布 层 压 板 ，但 3240 板 的 热 态 （ 130）机 械 强 度 仅 是 常 态 的 15%20% ， 因 此 限 制 了 其 在 大 、特 种 电 机 、 变 压 器 行 业 的 使 用 ， 这 一 矛

3、盾 近 年 来 尤 显 突 出 。 有 鉴 于 此 ， 自 八 十 年 代 以来 ， 不 少 绝 缘 材 料 厂 采 用 环 氧 /DDS 固 化 体 系 开 发 了 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 ，我 公 司 也 于 一 九 九 八 年 开 始 试 制 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 ， 由 于 DDS 价 格 较高 ， 该 板 虽 能 满 足 部 分 用 户 的 要 求 ， 但 价 格 偏 高 的 问 题 ， 限 制 了 其 推 广 应 用 。 为 此 我们 合 成 了 一 种 低 成 本 的 耐 热 树 脂 ， 该 树 脂 可 自 身 固 化 也

4、 可 作 为 环 氧 树 脂 固 化 剂 ， 将 其加 入 到 环 氧 /DDS 固 化 体 系 中 不 仅 可 减 少 DDS 的 用 量 ， 而 且 还 可 提 高 环 氧 /DDS 固化 体 系 的 性 能 ， 实 现 了 在 不 降 低 产 品 性 能 的 基 础 上 降 低 产 品 的 材 料 成 本 的 目 的 。 该 产品 综 合 性 能 达 到 了 国 际 标 准 IEC893-3-2“电 工 用 热 固 性 树 脂 工 业 硬 质 层 压 板 规 范 ”中 EPGC203（ GB5129.5-85 中 所 规 定 的 EPGC3） 的 技 术 指 标 （ 相 当 于 NEMA

5、 G-11） ， 同 时 针 对 IEC893-3-2 的 要 求 ， 我 们 对 该 板 的 阻 燃 性 也 进 行 了 研 究 ， 试 制 的 阻 燃板 达 到 了 上 述 标 准 中 EPGC204 的 技 术 指 标 。 目 前 该 产 品 已 大 量 用 于 F 级 大 型 、 高压 电 机 、 电 器 设 备 中 ， 取 得 了 较 好 经 济 效 益 与 社 会 效 益 。1 试 验 部 分1.1 F 级 改 性 环 氧 树 脂 合 成1.1.1 材 料 与 配 方E-44 环 氧 树 脂 工 业 品 1004， 4 二 胺 基 二 苯 砜 （ DDS） 工 业 品 1060耐

6、热 树 脂 自 制 1060甲 苯 酒 精 混 合 溶 剂 工业品 适 量1.1.2 合 成 工 艺按 配 方 规 定 将 E-44 环 氧 树 脂 、 DDS 加 入 反 应 釜 中 ， 升 温 搅 拌 ， 于 一 定 温 度 下 反应 一 定 时 间 后 ， 加 入 耐 热 树 脂 ， 在 规 定 温 度 下 反 应 至 胶 化 时 间 达 到 技 术 要 求 的 规 定 值 ，加 入 甲 苯 酒 精 混 合 溶 剂 ， 冷 却 ， 过 滤 ， 包 装 ， 即 得 F 级 改 性 环 氧 树 脂 。1.1.3 树 脂 的 性 能a、 F 级 改 性 环 氧 树 脂 溶 液 的 常 规 性

7、能 指 标 见 表 1，表 1 树 脂 溶 液 的 性 能项 目 指 标外 观 棕红色透明液体粘度 （4#粘度计 232） 20s40 s固体含量 （1302 0.5h） 55%60%成型时间 （1602） 2min6minb、 F 级 改 性 环 氧 树 脂 溶 液 的 贮 存 稳 定 性F 级 改 性 环 氧 树 脂 有 一 定 的 贮 存 稳 定 性 ， 室 温 条 件 下 贮 存 四 个 月 后 胶 化 时 间 由 起 始值 的 4 47 / 160 2 变 化 为 2 06 / 160 2 。 仍 可 满 足 预 浸 料 制 备 、 层 压板 压 制 的 工 艺 要 求 。2.2 玻

8、 璃 布 预 浸 料 的 制 备用 F 级 改 性 环 氧 树 脂 溶 液 浸渍经偶联剂处理的无硷玻璃布，在双效立式上胶机上按如下工艺条件制备预浸料：车速1.0m/min8.0m/min， 塔温100150预浸料的性 能 指 标 见 表 2。表 2 预浸料的性能 项 目 指 标外 观 黄褐色树脂含量 （402）%可溶性树脂含量 90%挥发物含量 2%2.3 玻 璃 布 层 压 板 的 制 备将 预 浸 料 裁 成 所 需 尺 寸 ， 按 工 艺 要 求 铺 放 ， 两 面 垫 上 涂 有 脱 模 剂 的 光 滑 不 锈 钢板 ， 再 垫 上 垫 纸 及 铁 板 后 送 入 压 机 ， 其 压

9、制 工 艺 条 件 如 表 3 所 示 。表 3 层压板压制工艺预 热 热 压温 度（） 压力（Mpa）时间（min） 温 度（）压力（Mpa）时 间（min）80160 17 3060 1855 7 120按 上 述 工 艺 压 制 成 型 后 冷 却 至 50 以 下 出 模 ， 即 得 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布层 压 板 。2 结 果 与 讨 论2.1 F 级 改 性 环 氧 树 脂 的 耐 热 性F 级 环 氧 树 脂 粉 末 的 快 速 热 老 化 结 果 见 表 4。表 4 快 速 热 老 化 数 据 （ 升 温 速 度 5 /min、 空 气 中 ）失 重 率 %

10、5 10 15 20 25 30 35 40 45 50温 度 285 311 330 352 374 394 414 432 449 466注 ： 以 上 数 据 由 核 工 业 第 九 研 究 院 提 供由 表 4 可 知 ， 树 脂 的 表 观 分 解 温 度 为 271.7 ， 热 分 解 温 度 为 330 ， 根据 割 线 法 计 算 的 温 度 指 数 为 172.4 ， 由 此 可 得 出 以 下 结 论 ， F 级 环 氧 树 脂 的温 度 指 数 为 172.4 ， F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 可 作 为 F 级 绝 缘 材 料 使 用 。2.2 F

11、 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 机 电 性 能F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 机 械 电 气 性 能 如 表 5 所 示 ， 表 中 的 指 标 值均 为 IEC893-3-2“电 工 用 热 固 性 树 脂 工 业 硬 质 层 压 板 规 范 ”中 EPGC203 的 技术 指 标 。 图 1、 图 2 列 出 了 层 压 板 的 弯 曲 强 度 、 体 积 电 阻 率 随 温 度 变 化 的 曲 线 。从 图 中 可 看 出 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 具 有 较 好 的 高 温 机 电 性 能 。表 5 F 级 高 强

12、 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 机 械 电 气 性 能序号 指标名称 单位 指标值 实测值1 密度 g/cm3 1.71.9 1.85常 态 340 6262 垂直层向弯曲强度 (纵向) 1552 MPa 170 4523 冲击强度 (纵向) 简支梁，缺口 kJ/m2 33 494 粘合强度 N 87005 拉伸强度 MPa 300 4296 平行层向剪切强度 MPa 30 37.57 吸水性（ 5mm 板） mg 25 198 平行层向绝缘电阻（浸水 24h 后） M 5.0105 3.01069 介质损耗因素 1MHZ 0.05 0.02810 介电常数 1MHZ 5.5 4.8

13、11 平行层向耐电压 90油中 1min kV 35 4012 垂直层向电气强度 90油中（2mm 板） MV/m 25.0图 1 弯 曲 强 度 随 温 度 变 化 曲 线 图 2 体 积 电 阻 率 随 温 度 变 化 曲 线2.3 耐 热 树 脂 的 加 入 对 层 压 板 性 能 的 影 响我 公 司 一 九 九 八 年 即 开 始 试 制 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 ， 由 于 DDS价 格 较 高 ， 该 板 虽 能 满 足 部 分 用 户 的 要 求 ， 但 价 格 偏 高 的 问 题 ， 限 制 了 其 推 广 应 用 。有 文 献 报 道 可 通 过

14、加 入 部 分 酚 醛 树 脂 来 改 善 环 氧 /DDS 固 化 体 系 的 固 化 工 艺 性 和降 低 材 料 成 本 ， 但 这 一 工 艺 路 线 会 带 来 层 压 板 性 能 尤 其 是 热 态 机 械 性 能 的 不 稳 定 。 为此 我 们 合 成 了 一 种 低 成 本 的 耐 热 树 脂 ， 该 树 脂 可 自 身 固 化 也 可 作 为 环 氧 树 脂 固 化 剂 ，由 此 可 适 当 减 少 DDS 的 用 量 。 采 用 酚 醛 树 脂 和 采 用 自 制 耐 热 树 脂 对 层 压 板 性 能 的影 响 见 表 6表 6 不 同 树 脂 的 加 入 对 层 压

15、板 性 能 的 影 响指标名称 单位 加入酚 醛 树 脂 加入耐 热 树 脂常 态 489 688垂直层向弯曲强度 (纵向) 1552 MPa 247 4242.4 玻 璃 布 、 压 制 工 艺 对 层 压 板 性 能 的 影 响要 制 造 高 性 能 的 玻 璃 布 层 压 板 首 先 要 有 一 个 高 性 能 的 基 体 树 脂 ， 但 是 增 强 材 料的 性 能 也 会 对 层 压 板 的 性 能 产 生 较 大 的 影 响 。 F 级 改 性 环 氧 树 脂 所 具 有 的 耐 高温 、 粘 合 力 强 、 固 化 时 无 小 分 子 放 出 等 特 点 ， 配 以 采 用 特

16、殊 处 理 剂 处 理 的 电 工 无 硷玻 璃 布 作 为 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 增 强 材 料 ， 使 层 压 板 具 有 优 异 的 致 密性 、 粘 合 特 性 和 机 械 电 气 性 能 ， 解 决 了 长 期 以 来 绝 缘 行 业 没 有 解 决 的 浸 水 后 绝 缘 电阻 下 降 幅 度 较 大 的 问 题 。 在 压 制 工 艺 上 结 合 我 公 司 的 设 备 和 生 产 条 件 ， 摸 索 出 了 一套 生 产 优 质 层 压 板 的 工 艺 路 线 ， 从 0.5mm 的 薄 板 到 130mm 的 超 厚 板 均 能 保 证质 量

17、 的 稳 定 。2.5 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 阻 燃 性 的 改 进按 照 国 际 标 准 IEC893-3-2“电 工 用 热 固 性 树 脂 工 业 硬 质 层 压 板 规 范 ”中的 要 求 ， EPGC203 所 对 应 的 阻 燃 型 板 为 EPGC204， 为 此 ， 我 们 通 过 加 入 部 分少 量 的 溴 化 环 氧 对 F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 的 阻 燃 性 进 行 了 改 进 。 由 于 我 们所 合 成 的 耐 热 树 脂 本 身 具 有 一 定 的 阻 燃 性 ， 因 此 ， 在 达 到 同 样 的 阻 燃

18、 等 级 条 件 下 溴化 环 氧 的 加 入 量 较 之 于 普 通 环 氧 /DDS 固 化 体 系 大 为 减 少 。 所 制 得 的 层 压 板 保 持了 EPGC203 的 性 能 ， 同 时 阻 燃 性 大 大 提 高 。 不 同 溴 化 环 氧 含 量 对 层 压 板 阻 燃 性 的影 响 见 表 7。表 7 溴 化 环 氧 含 量 对 层 压 板 阻 燃 性 的 影 响溴 化 环 氧 加 入 量 （ %） 10 15 20氧指数（% ） 39.8 42.6 47.3垂直燃烧性（级） FV1 FV0 FV03 结 束 语F 级 高 强 度 环 氧 玻 璃 布 层 压 板 具 有

19、高 的 热 态 机 械 强 度 和 保 持 率 ， 其 热 态 机 械 强度 保 持 率 达 50%以 上 ， 耐 热 等 级 达 F 级 。 适 用 于 F 级 电 机 、 电 器 设 备 中 作 绝 缘结 构 零 部 件 及 机 械 零 部 件 可 以 在 潮 湿 环 境 中 和 变 压 器 油 中 使 用 。 层 压 板 试 验 结 果 表明 该 产 品 综 合 性 能 达 到 了 国 际 标 准 IEC893-3-2“电 工 用 热 固 性 树 脂 工 业 硬 质 层压 板 规 范 ”中 EPGC203（ GB5129.5-85 中 所 规 定 的 EPGC3） 的 技 术 指 标 （

20、 相当 于 NEMA G-11） 。 并 按 照 IEC893-3-2 的 要 求 ， 我 们 对 该 板 的 阻 燃 性 也 进 行 了研 究 ， 试 制 的 阻 燃 板 达 到 了 上 述 标 准 中 EPGC204 的 技 术 指 标 。 目 前 该 产 品 已大 量 用 于 F 级 大 型 、 高 压 和 特 种 电 机 、 电 器 设 备 中 ， 取 得 了 较 好 经 济 效 益 与 社 会效 益 。参 考 文 献 （ 略 ）Preparation of Class F High Strength epoxyGlass Cloth Fabric Laminated Sheet Li

21、u feng Xu zigui Zhao cheng Li shi wen ( postalcode:612000)Sichuan Dongfang insulating material CO., LTD.Abstract: The paper descriped the development of class F high Strength epoxy Glass Cloth Fabric Laminated Sheet. The synthesis of adhesive hased on epoxy resin, technique of making epoxy glass Clo

22、th Fabric Laminated Sheet, effective factors of raw materials and the properties of the above sheet were investigated. The properties of the sheet are compared with that of the same kind of foreign product. The results showed that the retaining percent of the strength of the sheet is relatively high

23、 at high temperature, and its insulation resistance is high relatively of water, etc. The sheet is suitable are as insulating parts of class F large, high-voltage motors and electric appliances, and can be used at moisture condition.Key words: epoxy resin; insulating material; glass cloth laminated sheet.