环氧酸酐VPI浸渍树脂发展及其热分析测试研究

张大鹏（哈尔滨大电机研究所，黑龙江 哈尔滨 150040）



环氧酸酐VPI浸渍树脂发展及其热分析测试研究

张大鹏
（哈尔滨大电机研究所，黑龙江 哈尔滨 150040）

摘 要：本文通过对环氧酸酐VPI浸渍树脂性能发展的研究，对比了绝缘性能发现国内的材料已可以媲美国外的材料。此外，通过对环氧酸酐VPI浸渍树脂进行非模型动力学的热分析测试，计算出不同温度下固化时间函数，为环氧酸酐VPI浸渍工艺的参数设定，提供了重要的依据。

关键词：环氧酸酐；热分析；非模型动力学

随着VPI浸渍技术在国内的普遍认知，其电气性能高，整体性良好，导热系数高的特点，现在已经普遍地应用在高压电机绝缘制造工艺中。但热分析的测试技术也在VPI制造工艺上的应用，还鲜有研究。九十年代初，绝缘领域热分析技术，测量出模压树脂物理性能与温度的关系，反应出整个升温过程，再利用n阶动力学的计算，可以得到优化后热固化工艺，这一技术普遍地应用在多胶模压体系。热分析测试手段的升级，研究出非模型热动力学的热分析技术。在不同工况条件中，即便同一反应，动力学参数也是不一样的；在处理或获取热动力学的试验数据，应遵循多次速率扫描的测试方法，从而反映出热固性反应的复杂性和多变性。

1　环氧酸酐VPI浸渍树脂发展现状

环氧酸酐VPI浸渍树脂为双酚A环氧树脂，甲基六氢苯酐组成。近些年，随着国产双酚A环氧树脂的研发，提高了树脂的贮存稳定性，其绝缘性能和国外双酚A性能基本相同。此外，由于是采用无溶剂的浸渍漆，减少了在真空浸渍过程中产生“沫化”现象，沫化现象的产生不利于对绕组的浸透性，从而影响绕组的绝缘性能。通过大量性能试验研究，目前国内外生产的双酚A树脂性能差别不大。甲基六氢苯酐在环氧酸酐VPI浸渍体系中，作为固化剂。其性能的好坏直接影响了环氧酸酐体系的热固反应速率和反应程度。

图1　环氧酸酐VPI浸渍固化反应热焓值曲线

图2　不同温度下固化时间曲线

2　非模型动力学热分析测试

在传统热分析动力学中，即n阶动力学热分析研究环氧酸酐VPI浸渍固化反应时，往往省去了树脂的固化程度对整个体系的反应活化能、频率因子等动力学参数的影响。但对于VPI浸渍树脂的固化反应来说，是一个复杂的反应过程，可能涉及多个反应、扩散、挥发的过程，这就会导致反应活化能不是一程不变的。

只利用单一函数来建立模型来表征反应过程，会应函数选择不当或假设不全面，而导致对整个固化反应温度判断失误，固化反应时间的精准度有所下降，尤其在后期这种情况更加显著。

针对于这种反应机理，Vyazovkin等提出了一种非模型动力学的热分析测试研究方法。非模型动力学（model free kinetics）是一种多重扫描速率热学积分法。其理论根据是在同一转化率下，反应速率即是温度的函数，故这种方法又称为等转化率法。

非模型动力学的固化反应方程式与n阶动力学理论公式相同，都是由公式（1），

dα/dt=Aexp（-E/RT）f（α） （1）

公式中，dα/dt为反应速率，A为频率因子，E为反应活化能，R为气体常数，T为温度，f（α）为反应模型。

进行积分处理，可以得到如下公式：

这时假定f（α）跟升温速率无关，且固化度一定时，f（α）为常数，可以得到公式：

公式两边消去Aα，则得到：

将实验数据带入，并Eα的值取最小，则此刻的Eα即为相同固化度下的化学反应活能。通过这种数据理论处理，可以使Vyazovkin非模型动力学适用于各种温度机制。利用非模型动力学研究环氧酸酐VPI浸渍体系固化反应时，应利用差示扫描仪进行三种不同速率5℃/min，10℃/min，20℃/min的扫描，得到三种热焓值曲线，如图1所示。再通过积分计算，得到不同升温速率下，固化度与温度的关系曲线，将相应的测试数据代入到公式（4）中，可以计算出，不同固化度下的环氧酸酐VPI浸渍体系固化反应的化学活化能，根据其化学活化能曲线，推导出等温条件下，不同温度固化反应所需要的时间，如图2所示。

3　总结和展望

通过对于环氧酸酐VPI浸渍体系树脂的环氧树脂、固化剂相关性能测试的对比，发现国内的环氧酸酐VPI树脂，其性能上已和国外同类型材料可以媲美。随着其工艺性的不断改进，在日后的装备制造业，将陆续的使用国内的材料。另外，利用非模型动力学对于环氧酸酐VPI体系的热固性进行测试研究，发现了其热固反应的起止温度，其固化率与反应温度的关系，得到了不同温度下的固化时间，这对于整个制造工艺以及工艺参数的选择有着重要的影响.

参考文献

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中图分类号：TQ323

文献标识码：A