多胶模压绝缘及其胶黏剂耐盐雾性能实验研究

刘 东，付 强，张 影，黄程伟，冯 超



多胶模压绝缘及其胶黏剂耐盐雾性能实验研究

刘 东，付 强，张 影，黄程伟，冯 超

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

海洋能电机绝缘在海水环境下受盐度、温度、湿度等环境因素的影响，电学性能会发生一定变化。海洋能电机线圈绝缘电性能的优劣关系着整个电机的使用寿命。为了对多胶模压（Resin-Rich Molding，RRM）绝缘及其胶黏剂耐盐雾性能进行研究，设计了利用阻抗谱测试分析多胶模压绝缘的介电常数、介质损耗、电阻率等电性能的试验，通过对不同盐雾试验周期下的试样进行相关电性能测量，总结多胶模压绝缘及其胶黏剂耐盐雾性能的关系，从而研究多胶模压绝缘及其胶黏剂绝缘性能的老化规律，为海洋能电机绝缘系统耐盐雾腐蚀能力研究提供试验依据。

盐雾湿热老化；多胶模压绝缘；吸水率；介质损耗；介电常数；电阻率

0 前言

目前，我国约70%的电力生产来源于火力发电，火力发电使用大量的燃煤、燃油等化石燃料，不但造成环境污染，而且石化燃料的储备有限，因此需要开发清洁且能循环使用的能源。

海洋能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，我国有18000km的海岸线，300多万km2的海域，海洋能资源十分丰富，我国近海海洋能理论装机容量总和超过27.5亿千瓦。然而，无论何种形式的海洋能，均需要通过发电机转换成电能。由于海洋能电站地处海边，空气不仅潮湿，且带有盐雾，除对发电机结构件、定子铁心等造成损害外，还可能在定子绕组表面产生放电现象，损伤绝缘结构。国内陈健等研究了风力发电机绝缘系统耐盐雾性能[1]，对发电机定子线棒绝缘及相关绝缘材料的研究较少。本文通过对定子线棒多胶模压绝缘的耐盐雾湿热性能进行研究，检测不同盐雾、湿热周期对该绝缘性能的影响，为开发大容量潮汐电机及海洋能电机奠定基础。

1 实验方法

1.1 试样制作

多胶模压绝缘试样：从试制线圈主绝缘上拆取制作，裁取试样边长为15mm×15mm、厚度为2mm的长方体。

胶黏剂试样：多胶模压胶黏剂固化后，制备成直径20mm、厚度为2mm的圆片。

吸水率试样：规格同胶黏剂试验。

1.2 盐雾试验

设备：盐雾箱内腔尺寸为1000×2000×800mm，盐雾沉降量为1～2ml/80cm2。

方法：质量百分比为5%的喷雾盐溶液进行盐雾试验。根据国标《GBT2423.18-2000电工电子产品环境试验第2部分试验》，将盐雾试验的一个周期分为三个喷雾周期，每个喷雾周期2h，后有一个为期22h的湿热贮存周期。

1.3 电性能参数测量

设备：宽频介电阻抗谱仪型号Concept 40, 德国NOVOCONTROL Technologies GmbH & Co. KG产品，用液氮控制温度，测量温度：40～80℃，频率：10-3-107Hz。测量不同实验周期样品的介电常数、介质损耗、电阻率等多项参数。

方法：将试样两面涂银浆，烘干，形成电极，消除空气隙对介电常数的影响，工频下进行测量。

1.4 吸水率的测量和计算

多胶模压绝缘、胶黏剂的吸水率参考GB/TI462-2005制备试样，要求试样表面平整，无气泡和裂纹，将试样在实验室放置至恒重，用电子天平称取试样的初始质量，然后将试样进行湿热老化实验，间隔一定的实验周期取出，用滤纸吸干表面水分后立即用精密天平称量，整个过程在lmin内完成。试样在盐雾试验中的吸水率，按下面的公式[2]进行计算。取10个试样的平均值作为测试结果。

其中：——吸水率；

——盐雾试验后的质量；

0——盐雾试验前的质量。

2 结果与分析

2.1 多胶模压绝缘耐盐雾性能

图1是在不同盐雾试验周期时测试的绝缘材料体积电阻率的变化趋势。随着试验周期数增加，材料的体积电阻率逐渐降低，20周期左右会降低1个数量级，此后降低速率变缓。这是因为材料中的水份使胶黏剂溶胀后，缓慢作用后致使玻璃丝、云母粉之间的粘接能力也缓慢地降低，导致阻值下降。

图1 体积电阻率的对数值随实验周期数的变化

从图2与图3可以看出，从0周期到12周期左右，材料的介电常数和介损值都逐渐增加，而后变化缓慢，整体呈现增加趋势。徐任信[3]等研究了高温高压湿热处理对环氧树脂复合材料电性能的影响，发现随湿热处理时间的延长，介电常数和介电损耗均随时间延长而上升。

图2 介电常数随实验周期数的变化

图3 介损值随不同实验周期数的变化

图4 不同周期数的吸水率

材料的损耗随着盐雾实验周期的增加而提高，这是因为复合材料中吸入的水分对树脂基体产生了一定的溶胀作用。由于复合材料中的玻璃纤维是不吸湿的，则吸湿的树脂与不吸湿的纤维之间必然存在湿膨胀的差别。这种不匹配必然在纤维/树脂基体界面上产生内应力，如果内应力足够高，就势必导致界面脱粘与开裂。这样脱粘的纤维和基体之间的摩擦导致了材料损耗的提高。有资料显示在不同介质中由于复合材料吸湿量和作用机理的不同，对界面的破坏程度不同，进而损耗增加的幅度也不同[4-5]。

2.2 胶黏剂耐盐雾性能

多胶模压绝缘材料中的胶黏剂是环氧桐马酸酐粘合树脂，它具有酸酐基团、酰亚胺基团及环氧基团等极性基团，因此具有一定的吸水率。图5给出胶黏剂在不同盐雾周期中的体积电阻率的变化，测量温度从40℃增加到80℃时，体积电阻率随着测量温度的升高逐渐减小，这个现象符合常识。从图5可知，0周期到10周期，材料的体积电阻率几乎没有变化，虽然0周期到10周期之间，材料的吸水速率较快（如图8所示），但没有达到饱和，可知材料吸水在达到饱和前，还没有对材料的性能有影响。从10周期后达到饱和后，材料的体积电阻率逐渐增加。

图5 不同周期数的电阻率

图8 不同周期数的吸水率

如图6所示，胶黏剂在不同盐雾周期中的介电常数的变化，随着测量温度的升高，材料的介电常数逐渐增大。0周期到10周期，材料的介电常数几乎没有变化，从10周期后，材料的介电常数逐渐减小。

图6 不同周期数的介电常数

如图7所示，随着测量温度的升高，胶黏剂的介损逐渐增大。随着盐雾实验周期增加，胶黏剂的介损逐渐减小，只是80℃时数据略有不同。

图7 不同周期数的介损值

在一定的相对湿度条件下，温度越高，周围空间的水蒸气压力越大，水汽向材料体系内部的扩散能力也加大，从而加速材料的受潮速度。在高湿度的状态下，由于热因素的影响，水分子与复合材料内部的小分子发生水解反应，在材料内部造成空隙，有可能发生水分子的聚集，提高材料容纳水的能力[6]。

随实验周期增加，同多胶模压绝缘相比，胶黏剂的电阻率、介电常数和介损值等指标的变化趋势相反。由于复合材料中的玻璃纤维不受盐雾影响，因此复合介质的界面效应为产生该现象的主要原因。

3 结论

本文对多胶模压绝缘及其胶黏剂耐盐雾性能进行了研究，得到如下结论：

（1）随着盐雾实验周期增加，多胶模压绝缘材料的体积电阻率逐渐降低，这主要是因为绝缘材料是复合材料，材料中有界面，随着盐雾试验的进行，胶黏剂溶胀后其与玻璃丝、云母粉的界面会缓慢出现应力变形状况，影响到材料的体积电阻率。

（2）随着盐雾实验周期增加，多胶模压绝缘材料中的胶黏剂体积电阻率缓慢增大，体积电阻率逐渐减小；随着测量温度的增大，胶黏剂的体积电阻率逐渐减小。

（3）随着盐雾实验周期增加，多胶模压绝缘材料的介电常数较盐雾前增加，而胶黏剂的介电常数随着盐雾周期的延长逐渐降低；绝缘材料的介损逐渐增大，而胶黏剂的介损值却随着盐雾周期的延长而逐渐降低。这种差别主要是由复合介质的界面效应造成的。

[1] 陈健, 王洪波, 马贤好, 刘军伟. 关风力发电机绝缘系统耐盐雾性能研究[J].绝缘材料. 5(2011): 43-45.

[2] 欧阳国恩, 欧国荣. 复合材料试验技术[M]. 武汉:武汉工业大学出版社, 1993.

[3] 徐任信, 崔昌盛, 王钧, 王翔, 杨小利. 高温高压湿热处理对环氧树脂复合材料电性能的影响[J].纤维复合材料. 2008,32(1): 34.

[4] 董琳琳. 玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料的海水老化研究[D]. 天津工业大学. 2007.

[5] 付强, 孔繁荣, 陈庆国. 桐马环氧玻璃丝粉云母绝缘材料的耐盐雾湿热老化特性[J]. 复合材料学报, 2014,31(3): 576-577.

[6] 谢晶. GFRP 在海水环境下的性能演变规律与寿命预测模型[D]. 哈尔滨工业大学, 2010.

Experimental Study on Salt Spray and Humidity Thermal Ageing of RRM and Adhesive

LIU Dong, FU Qiang, ZHANG Ying, HUANG Chengwei, FENG Chao

(Harbin Electrical Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

In the seawater, ocean energy generators insulation is affected by the environmental factors such as salinity, temperature, humidity and so on. The electrical performance of the insulation layer of ocean energy generators coil is related to the service life of the generator. In order to study salt spray resistance of resin-rich molding（RRM）main insulation and adhesive under salt spray and humidity thermal ageing, we designed experiments which can analyze dielectric constant, dielectric loss, resistivity and other electrical properties of RRM with impedance spectroscopy. Through the measurement of the samples electrical properties in different salt spray and humidity thermal ageing cycles, the salt spray resistance relationship between RRM and adhesive is summed up. The ageing rule of RRM and adhesiveis studied, which can be provided for intensive study on salt spray resistance of insulation system of ocean energy generators.

salt spray and humidity thermal ageing; resin-rich molding insulation; water absorption; dielectric loss; dielectric constant; resistivity

TK730

A

1000-3983(2016)05-0015-04

2016-06-30

刘东（1985-），2011年4月硕士研究生毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化系高电压与绝缘技术专业，从事发电机绝缘技术相关工作，工程师。

水力发电设备国家重点实验室项目（820-03-1104）

审稿人：孙永鑫