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一种大型电机 定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法

阅读：858发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法技术领域，具体为一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，该方法在氧化石墨烯表面经过水性硅烷偶联剂处理后与聚丙烯腈的水溶液混合，在聚丙烯腈聚合阶段加入丙烯酸或丙烯酸类共聚物，利用湿法纺丝，原丝与玻璃丝捻线，纺织成布，收卷剪切即可作为低阻防晕材料，在定子线棒主绝缘层外表面半叠绕一层低阻防晕材料，与主绝缘层同时浸漆后，在端部再半叠绕包扎高阻防晕层，放入热压模具中加热加压固化成型，主绝缘固化成型后，清理掉线棒楞部表面尖角，即得到成品VPI定子线棒。本发明解决了少胶绝缘体系定子线棒低阻防晕层在真空浸漆时，防晕层中导电材料脱落而污染浸渍漆的问题。，下面是一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对氧化石墨烯表面进行处理，将氧化石墨烯加入水中，再加入水性硅烷偶联剂β-(3，
4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂质量为氧化石墨烯的2％～4％，将混合溶液置于超声清洗仪中低速搅拌8h，对混合液进行离心和干燥处理，获得表面改性的氧化石墨烯；
2)氧化石墨烯经过表面处理后，通过超声分散到硫氰酸钠质量百分比含量50％的水溶液中，得到氧化石墨烯悬浮液；聚丙烯腈粉末加入到硫氰酸钠质量百分比含量50％的水溶液中，温度控制在0～15℃下溶胀3～5小时，加热水溶液至60～80℃，继续搅拌水溶液6～8小时，冷却水溶液得到聚丙烯腈溶液；将上面得到的氧化石墨烯悬浮液与聚丙烯腈溶液混合在一起，室温机械搅拌混合液3～5小时，混合液经过滤、脱泡后，得到聚丙烯腈与氧化石墨烯混合溶液；其中，氧化石墨烯相对聚丙烯腈质量百分比为0.1％～15％；
3)制备纺丝原液，纺丝原液为聚丙烯腈质量百分比含量12％～14％、氧化石墨烯相对聚丙烯腈质量百分比为0.1％～15％、硫氰酸钠质量百分比含量50％的水溶液，硫氰酸钠水溶液的pH≈5；
4)利用湿法纺丝制备聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维，纺丝原液经喷丝头进入凝固浴，浴温8～12℃，纺丝速度5～10m/min，凝固浴的丝束引入预热浴进行热处理，浴温为60～
65℃，纤维在预热浴中被拉伸至1.5倍，经预热浴处理后的丝束引入水洗槽中进行水洗，水洗槽中的热水温度为50～65℃，水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95～
98℃，拉伸倍数为5.0～6.8倍，两次拉伸总拉伸倍数要求为8～10倍，随后丝束经上油浴上油，丝束在干燥机中进行干燥致密化，接着丝束经卷曲机，再进入汽蒸锅进行热定型，蒸汽压力为2.5×102kPa，定型时间10min，接着丝束进行上油，再经干燥进行干燥致密化，最后经切断打包，湿法纺丝单孔孔径为0.01～0.08mm；
5)聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维再与玻璃丝捻线，然后纺织成布，经过去除浆料和脱蜡处理后，得到低阻半导体布，低阻半导体布的厚度为0.05～0.20mm，表面电阻率为5×
102～5×104欧姆；
6)线棒使用的低阻防晕带的宽度为20～30mm，半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层(2)外，形成低阻防晕层(3)；
7)在整个定子线棒(1)表面包一层带孔脱模带；
8)将定子线棒(1)放入真空压力浸漆罐中，进行真空压力浸漆；
9)浸漆后定子线棒(1)去掉带孔的脱模带，再半叠绕包扎第一高阻防晕层(4)、第二高阻防晕层(5)、第三高阻防晕层(6)，每一段防晕层搭接20mm，在第一高阻防晕层(4)、第二高阻防晕层(5)、第三高阻防晕层(6)外再半叠绕包扎两层防护层(7)；
10)定子线棒包扎不带孔的脱模带，放入模具中，加好模具压力，将模具放在烘炉内热压固化成型；
11)模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸渍成型的真空压力浸漆定子线棒。
2.根据权利要求1所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中氧化石墨烯为单层结构，厚度为0.335～1.0nm，直径约0.5～3.0nm，纯度为质量百分比98％～99％。
3.根据权利要求1所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中在制备聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维时，在纺丝原液聚合阶段加入一种共聚单体材料，加入量为丙烯腈单体质量的6％～10％。
4.根据权利要求1所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中凝固浴为质量百分比含量9％～14％的硫氰酸钠水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中预热浴为质量百分比含量2％～8％的硫氰酸钠水溶液。
6.根据权利要求3所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于：所述纺丝原液聚合阶段加入的一种共聚单体材料为下列材料之一：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、氨基乙基-2-甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、2-甲基丙烯晴、甲基丙烯酸甲酯、N-羟甲基丙烯酰胺。
7.根据权利要求4所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，其特征在于：所述步骤11)中，定子线棒防护层(7)外涂刷有高阻防晕漆(8)。

说明书全文

一种大型电机 定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法技术领域，具体为一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法。

背景技术

[0002] 目前国内无法生产真空压力浸漆(Vacuum Pressure Impregnating,VPI)定子线棒所需要的低阻防晕材料，而防晕材料是制备定子线棒的关键材料之一。目前国产的低阻防晕材料，是在胶粘剂中加入导电成分，混合均匀后浸渍在玻璃织物或石棉带上，预制成半固化状态的低阻防晕带，这种低阻材料适合多胶模压绝缘体系，当这种低阻材料在真空浸漆过程中会脱落下来，不但污染浸渍漆导致浸渍漆不能使用，还影响线棒槽部的表面电阻率的均匀性，降低线棒防晕水平和使用寿命。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为克服上述技术不足，提供了一种真空浸漆时半导体材料不脱落、不污染浸渍漆的大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，能有效解决现有少胶绝缘体系定子线棒低阻防晕层在真空浸漆时，防晕层中导电材料脱落而污染浸渍漆的问题。

[0004] 为了实现所述目的，本发明采用的具体方案如下：

[0005] 一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，包括以下步骤：

[0006] 1)对氧化石墨烯表面进行处理，将氧化石墨烯加入水中，再加入水性硅烷偶联剂β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂质量为氧化石墨烯的2％～4％，将混合溶液置于超声清洗仪中低速搅拌8h，对混合液进行离心和干燥处理，获得表面改性的氧化石墨烯；

[0007] 2)氧化氧化石墨烯经过表面处理后，通过超声分散到硫氰酸钠质量百分比含量50％的水溶液中，得到氧化石墨烯悬浮液；聚丙烯腈粉末加入到硫氰酸钠质量百分比含量
50％左右的水溶液中，温度控制在0～15℃下溶胀3～5小时，加热水溶液至60～80℃，继续搅拌水溶液6～8小时，冷却水溶液得到聚丙烯腈溶液；将上面得到的氧化石墨烯悬浮液与聚丙烯腈溶液混合在一起，室温机械搅拌混合液3～5小时，混合液经过滤、脱泡后，得到聚丙烯腈与氧化石墨烯混合溶液；其中，氧化石墨烯相对聚丙烯腈质量百分比为0.1％～
15％；

[0008] 3)制备纺丝原液，纺丝原液为聚丙烯腈质量百分比含量12％～14％、氧化石墨烯相对聚丙烯腈质量百分比为0.1％～15％、硫氰酸钠质量百分比含量50％的水溶液，硫氰酸钠水溶液的pH≈5；

[0009] 4)利用湿法纺丝制备聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维，纺丝原液经喷丝头进入凝固浴，浴温8～12℃，纺丝速度5～10m/min，凝固浴的丝束引入预热浴进行热处理，浴温为60～65℃，纤维在预热浴中被拉伸至1.5倍，经预热浴处理后的丝束引入水洗槽中进行水洗，水洗槽中的热水温度为50～65℃，水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95～98℃，拉伸倍数为5.0～6.8倍，两次拉伸总拉伸倍数要求为8～10倍，随后丝束经上油浴上油，丝束在干燥机中进行干燥致密化，接着丝束经卷曲机，再进入汽蒸锅进行热定型，蒸汽压力为2.5×102kPa，定型时间10min，接着丝束进行上油，再经干燥进行干燥致密化，最后经切断打包，湿法纺丝单孔孔径为0.01～0.08mm；反应釜材料应采用不锈钢材质；

[0010] 5)聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维再与玻璃丝捻线，然后纺织成布，经过去除浆料和脱蜡处理后，得到低阻半导体布，低阻半导体布的厚度为0.05～0.20mm，表面电阻率为2 4
5×10～5×10欧姆；

[0011] 6)线棒使用的低阻防晕带的宽度为20～30mm，半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层2外，形成低阻防晕层3；

[0012] 7)在整个定子线棒1表面包一层带孔脱模带；

[0013] 8)将定子线棒1放入真空压力浸漆(VPI，vacuum pressure impregnation)罐中，进行真空压力浸漆；

[0014] 9)浸漆后定子线棒1去掉带孔的脱模带，再半叠绕包扎第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6，每一段防晕层搭接20mm，在第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6外再半叠绕包扎两层防护层7；

[0015] 10)定子线棒包扎不带孔的脱模带，放入模具中，加好模具压力，将模具放在烘炉内热压固化成型；

[0016] 11)模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，进行后处理后即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸渍成型的真空压力浸漆定子线棒。

[0017] 本发明的有益效果在于：本发明使用聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维制备成具有半导体性能的低阻防晕带，由于防晕性能是材料本体具有的性能，不需要额外粘接半导体材料，在主绝缘真空浸渍过程中，防晕材料性能稳定，不污染浸渍漆，并且阻值稳定；能够替代国外低阻防晕材料，降低VPI绝缘体系的定子线棒制造成本，增强中国发电设备企业与国外企业的竞争能力，为开辟国外市场奠定基础。附图说明

[0018] 图1为本发明一次浸漆成型的低阻防晕带应用示意图。

[0019] 附图序号及名称：定子线棒1、主绝缘层2、低阻防晕层3、第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6、防护层7、高阻防晕漆8。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明的结构及其有益效果进一步说明。

[0021] 本发明所述的一种大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的制备方法，制备与使用低阻防晕材料的具体实施方式如下。

[0022] 实施例1：

[0023] 1)对氧化石墨烯表面进行处理，将氧化石墨烯加入水中，再加入水性硅烷偶联剂β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂质量为氧化石墨烯的2％～4％，将混合溶液置于超声清洗仪中低速搅拌8h，对混合液进行离心和干燥处理，获得表面改性的氧化石墨烯；其中所述氧化石墨烯为单层结构，厚度为0.335～1.0nm，直径约0.5～3.0nm，纯度为质量百分比98％～99％；

[0024] 2)氧化石墨烯经过表面处理后，通过超声分散到硫氰酸钠质量百分比含量50％的水溶液中，得到氧化石墨烯悬浮液；聚丙烯腈粉末加入到硫氰酸钠质量百分比含量50％左右的水溶液中，温度控制在0～15℃下溶胀3～5小时，加热水溶液至60～80℃，继续搅拌水溶液6～8小时，冷却水溶液得到聚丙烯腈溶液；将上面得到的氧化石墨烯悬浮液与聚丙烯腈溶液混合在一起，室温机械搅拌混合液3～5小时，混合液经过滤、脱泡后，得到聚丙烯腈与氧化石墨烯混合溶液；其中，氧化石墨烯相对聚丙烯腈质量百分比为0.1％～15％；

[0025] 3)纺丝原液组分：第一单体为丙烯腈，其质量百分比含量90～94％，第二单体为共聚单体材料，其质量百分比含量6～10％，偶氮二异丁腈为引发剂，其添入量是第一单体与第二单体总质量的0.2～0.8％，异丙醇作为分子量调节剂，其添入量是第一单体与第二单体总质量的0.1～0.5％，50％硫氰酸钠溶液作为溶剂，反应温度在76～82℃，反应时间20-30小时；

[0026] 4)制备聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维时，需在纺丝原液聚合阶段加入一种共聚单体材料，如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、氨基乙基-2-甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、2-甲基丙烯晴、甲基丙烯酸甲酯、N-羟甲基丙烯酰胺等，共聚单体的加入量为丙烯腈单体质量的6％～10％；

[0027] 5)利用湿法纺丝制备聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维，纺丝原液为聚丙烯腈质量百分比含量12％～14％、氧化石墨烯相对聚丙烯腈质量百分比为0.1％～15％、硫氰酸钠质量百分比含量50％左右的水溶液，硫氰酸钠水溶液的pH≈5，纺丝原液再经喷丝头进入凝固浴，凝固浴为质量百分比含量9％～14％的硫氰酸钠水溶液，浴温8～12℃，纺丝速度5～10m/min，凝固浴的丝束引入预热浴进行热处理，预热浴为质量百分比含量2％～8％的硫氰酸钠水溶液，浴温为60～65℃，纤维在预热浴中被拉伸至1.5倍，经预热浴处理后的丝束引入水洗槽中进行水洗，水洗槽中的热水温度为50～65℃，水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95～98℃，拉伸倍数为5.0～6.8倍，两次拉伸总拉伸倍数要求为8～10倍，随后丝束经上油浴上油，丝束在干燥机中进行干燥致密化，接着丝束经卷曲机，再进入汽蒸锅进行热定型，蒸汽压力为2.5×102kPa，定型时间10min左右，接着丝束进行上油，再经干燥进行干燥致密化，最后经切断打包，湿法纺丝单孔孔径为0.01～0.08mm；反应釜材料应采用不锈钢材质；

[0028] 6)聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维再与玻璃丝捻线，然后纺织成布，经过去除浆料和脱蜡处理后，得到低阻半导体布，低阻半导体布的厚度为0.05～0.20mm，表面电阻率为5×102～5×104欧姆；

[0029] 7)如图1所示：线棒使用的低阻防晕带的宽度为20～30mm，半叠绕在定子线棒少胶主绝缘层2外，形成低阻防晕层3；

[0030] 8)在整个定子线棒1表面包一层带孔脱模带；

[0031] 9)将定子线棒1放入真空压力浸漆罐中，进行真空压力浸漆；

[0032] 10)浸漆后定子线棒1去掉带孔的脱模带，再半叠绕包扎第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6，每一段防晕层搭接20mm，在第一高阻防晕层4、第二高阻防晕层5、第三高阻防晕层6外再半叠绕包扎两层防护层7；

[0033] 11)定子线棒1包扎不带孔的脱模带，放入模具中，加好模具压力，将模具放在烘炉内热压固化成型；

[0034] 12)模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，在防护层7外刷一层高阻防晕漆8，即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸渍成型的真空压力浸漆定子线棒。

[0035] 实施例2：

[0036] 其它步骤同实施例1，仅在步骤12中有所区别：模具冷却后卸开模具，去掉线圈的脱模带，在防护层7外不刷高阻防晕漆8，即制成了高压电机防晕层与主绝缘一次浸渍成型的真空压力浸漆定子线棒。

[0037] 聚丙烯腈纺丝技术已经十分成熟，氧化石墨烯目前已广泛使用，有部分学者研究了聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的研制方法，但是没有具体介绍制造聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的湿法纺丝方法，也没有应用在大型发电机防晕结构中。本发明的上述实施方案制作的单根定子线棒起晕电压均大于2UN，其中UN是电机的额定电压；定子线棒2UN电老化寿命均大于1000小时。

[0038] 氧化石墨烯具有优良的导电性能，其电导率可达106S/m，氧化石墨烯的二维基面上和边缘处有一些含氧官能团，如羟基、环氧基、羰基和羧基，这些官能团能使氧化石墨烯与聚丙烯腈聚合物之间形成化学键。另外，氧化石墨烯经过硅烷偶联剂改性后，一定程度上可以防止纳米尺度的氧化石墨烯自身团聚，还有利于氧化石墨烯在聚丙烯腈基体之间的均匀分散，可以制造出具有半导体性能的聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维。氧化石墨烯具有良好的导热性能和优异的机械性能，能进一步提高复合纤维的导热性和机械强度。由于湿法纺丝制造的聚丙烯腈纤维表面及内部缺陷较多，有明显的皮芯结构影响了纤维的强度，将氧化石墨烯引入聚丙烯腈纤维中，还能增加复合纤维的力学性能。聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维再与玻璃纤维编织成布，成为含氧化石墨烯的半导体复合材料，其中玻璃纤维起到增强机械性能的作用。通过调整制造工艺，可以制造出表面电阻率符合要求的半导体复合材料。这种半导体复合材料作为真空压力浸渍少胶绝缘体系的新型低阻防晕材料，可以与定子线棒的主绝缘材料一起进行真空压力浸漆，新型低阻防晕材料无半导体材料脱落，不污染浸渍漆，能够替代国外低阻防晕材料。

[0039] 为了避免真空压力浸渍时线棒包绕的低阻防晕带污染浸渍漆，本发明使用聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维制备低阻防晕材料，调整氧化石墨烯在复合纤维中的含量，可以得到不同电阻率的半导体纤维，聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维及其编织物除了具有一定的半导电性能、还具有良好的抗拉强度、柔软性及热稳定性，本发明结合哈电公司定子线棒多年的防晕材料制备经验和技术，开发适合VPI绝缘体系的低阻防晕材料，为高电压、高容量和高强度的发电机绝缘结构设计和生产提供可靠的技术保证。

[0040] 高压VPI定子线棒主绝缘与低阻防晕层一次浸漆，防晕带的孔隙率在0.5％～10％之间，防晕材料不溶于浸渍漆，浸渍时，防晕材料不脱落，不污染浸渍漆，并且防晕材料的阻值稳定。

[0041] 本发明填补了大型电机定子线棒槽部低阻防晕材料的国内制备空白，各项防晕技-2 4术指标达到国外先进水平：1)防晕材料具有的表面电阻率范围在5×10 至5×10 欧姆之间；2)采用本发明防晕材料制备的单根定子线棒起晕电压均大于2UN，其中UN是额定电压；3)定子线棒闪络击穿电压大于2UN；4)定子线棒2UN电老化寿命均大于1000小时。

[0042] 该防晕材料不但适合多胶模压绝缘体系，更适合少胶真空压力浸漆绝缘体系。本发明可推广到大型高压电机的定子线棒防晕结构上，具有广泛的应用前景，为水电百万、火电百万、核电百万机组的定子线棒及定子绕组奠定了可靠的防晕技术基础。

[0043] 本发明使用聚丙烯腈与氧化石墨烯复合纤维制备成具有半导体性能的低阻防晕带，由于防晕性能是材料本体具有的性能，不需要额外粘接半导体材料，在主绝缘真空浸渍过程中，防晕材料性能稳定，不污染浸渍漆，并且阻值稳定；能够替代国外低阻防晕材料，降低VPI绝缘体系的定子线棒制造成本，增强中国发电设备企业与国外企业的竞争能力，为开辟国外市场奠定基础。

[0044] 本发明适用于发电机或电动机定子线棒的少胶VPI绝缘体系中防晕结构及制备方法。

[0045] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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