有機矽浸漬漆是以有機矽樹脂為漆基的一類重要絕緣材料，是一類具有高度交聯結構的熱固性聚矽氧烷體系，以Si-O-Si為主鏈，矽原子上連線有機基團的具有高度交聯網狀結構的聚有機矽氧烷。
基本介紹
- 中文名：有機矽浸漬漆
- 外文名：silicon eimpregnating varnish
有機矽浸漬漆的製備與固化,有機矽浸漬漆的改性,有機矽浸漬漆發展現狀,有機矽浸漬漆發展趨勢,
絕緣浸漬漆是電氣產品繞組絕緣三大主要絕緣材料之一，是電機、電氣設備中必不可少的材料，通過浸漬工序絕緣漆滲透，填充到線圈、線槽或其他絕緣物的空隙和氣孔中，經過固化將線圈導線粘結為絕緣整體，在其表面形成連續的絕緣層，可提高介電性能、力學性能、導熱性能和防護性能．電絕緣材料耐熱等級中的溫度是指電機、電器和變壓器絕緣結構中最熱點極限溫度。
有機矽浸漬漆的製備與固化
按照漆基組成，有機矽浸漬漆基本結構單元分為4種，即M（R3SiO0．5）、D（R2SiO）、T（RSi1．5）和Q（SiO2）單元，其中三官能鏈節的T單元或四官能鏈節的Q單元是必備結構單元，有機基團可為甲基（Me）、乙基（Et）、丙基（Pr）、乙烯基（Vi）、苯基（Ph）等，必備單元和其他單元配比不同可形成各種性質的矽樹脂．有機矽浸漬漆製備過程中，有機基團與矽原子數目的比值以及苯基基團與有機基團數目的比值，以及水解溫度、水解時間、縮聚時間、減壓真空度等工藝參數是矽樹脂性能的關鍵影響因素．董曉娜等採用共水解、縮聚的方法合成了性能優異的無溶劑加成型有機矽耐高溫樹脂，通過自製的活性稀釋劑乙烯基矽油調節固含量，最佳化了工藝條件，生產工藝溫和，且體系不含溶劑，達到了國內領先水平．蔣大偉系統研究了乙烯基和含氫矽樹脂的製備工藝，通過調整合成過程中水解溫度和水含量，發現當水解溫度為10℃，含氯單體與水摩爾比為1∶6時，有機矽浸漬漆樹脂綜合性能優異，數均分子量控制在2670左右，當Si－Vi與Si－H質量比為2．2∶1時，配製的有機矽浸漬漆具有耐熱性高、揮發份低、防潮性能好、機械強度高、介質損耗低、工藝套用性好等特點，屬於優良絕緣結構．有機矽浸漬漆按交聯固化方式不同，可分為縮合型和加成型．縮合型有機矽浸漬漆是將含有Si－OH、Si－OR等基團的矽樹脂預聚物，在催化劑作用或加熱下進一步縮合交聯成固體產物．加成型有機矽浸漬漆是通過含Si－Vi鍵的聚矽氧烷與含Si－H鍵的矽氧烷，在催化劑作用下發生氫矽化加成反應而交聯．與縮合型相比，加成型具有卓越的阻燃、防水、熱氧化穩定性和絕緣性能，還具有不含溶劑、固化時無低分子物揮發等優點，可用於電氣設備的浸漬絕緣處理。
此外，在套用工藝上加成型有機矽浸漬漆還具有浸漬套用工藝和後處理工序簡便、容易實現自動化、可節約能耗和勞動力等優勢，能滿足目前電機製造過程中普遍採用的真空浸漬（VPI）絕緣處理工藝的要求，並得到無氣隙整體性能優良的絕緣結構，無溶劑有機矽浸漬漆成為絕緣漆未來的發展方向．催化劑是加成型有機矽浸漬漆的重要組份．催化劑的選擇非常重要，金屬鉑的配位化合物活性高，在較低的溫度下就能引發加成固化反應，廣泛用作加成型矽樹脂的交聯劑．衷敬和等介紹了用於無溶劑有機矽浸漬漆矽氫加成反應的鉑催化劑的製備方法，討論了帶抑制效果的鉑配合物催化劑的組成、催化機理及催化活性，發現催化劑活性太高會使浸漬漆貯存時間縮短，若採用絡合劑製備絡合型鉑催化劑，由於它具有較低的催化活性，可很好地解決浸漬漆的貯存穩定性問題．李鴻岩等對有機矽無溶劑浸漬漆的固化動力學進行了研究，採用差示掃描量熱法（DSC）對無溶劑有機矽浸漬漆分別在不同升溫速率下的固化過程進行動態掃描．通過T－β外推法確定了該浸漬漆的固化工藝參數，根據Kissinger－Ozawa方法求得固化反應的活化能為16．684kJ/mol，碰撞因子為5．951×103，通過Crane方程求得固化反應級數為1．127，為調整和改進有機矽浸漬漆的固化工藝提供了理論指導。
有機矽浸漬漆的改性
有機矽浸漬漆的優點是耐熱等級高，但存在室溫粘度大、需高溫浸漬、粘附力差、機械強度低等缺點，可採用醇酸、環氧、聚酯等進行改性，提高有機矽浸漬漆的性能．醇酸樹脂改性有機矽樹脂，可調節塗膜的電氣強度、硬度和絕緣等綜合性能．賀楠男等先製備桐油醇酸樹脂，然後對矽樹脂進行改性，製備了自交聯型桐油醇酸樹脂改性矽樹脂絕緣漆．塗膜耐溫性能優良，電氣強度達到130MV/m，水接觸角大於120°，硬度達到5H，並可實現絕緣漆綜合性能的調控．同時，醇酸樹脂改性有機矽樹脂有助於提高有機矽絕緣漆其它性能．張淑玲等將C01－7醇酸清漆摻入W30－11有機矽烘乾絕緣漆中得到改性醇酸有機矽清漆，可在室溫下固化，具有良好的附著力、柔韌性及衝擊強度，還具有良好的耐熱、耐老化及耐介質浸漬性能．同時，以醇酸改性有機矽清漆製備了相應的鋁粉漆．測試結果表明，醇酸改性有機矽清漆和鋁粉漆室溫下都能固化，漆膜表面平整、光亮，機械性能、耐腐蝕性能良好，耐熱性能優於醇酸漆，但成本比純有機矽漆低．不飽和聚酯具有一定的耐候性和絕緣性，且套用工藝成熟，常用於改性矽樹脂，聚酯改性有機矽樹脂結合了兩者的優點受到青睞,在絕緣浸漬漆中得到了廣泛套用．張建華等先使有機矽預聚體上的乙氧基發生水解，然後與不飽和聚酯鏈段上羥基發生縮合反應，製備了不飽和聚酯改性有機矽樹脂，其塗膜具有良好的熱穩定性，表觀分解溫度達到320℃．同時，以聚酯改性有機矽樹脂為基體製備了性能優良的H級無溶劑浸漬漆，浸漬漆各性能均達到預期技術指標。
除醇酸樹脂、不飽和聚酯改性有機矽樹脂外，環氧樹脂是有機矽樹脂改性研究領域中較為重要的一類，它通過引入環氧基、羥基等極性基團，可提高樹脂的力學性能和粘接性能，還可降低有機矽樹脂的固化溫度．孟季茹等採用E-44環氧樹脂對有機矽樹脂進行改性，測試結果分析表明，環氧樹脂改性後的有機矽樹脂粘接力、耐水性比改性前均有提高．廖昔虬等在有機錫催化劑作用下，採用E20環氧樹脂改性含鈦的有機矽樹脂製得了系列環氧樹脂改性有機矽樹脂，並研究了樹脂的固化活性、耐熱性和附著力．環氧樹脂改性後的有機矽樹脂，在100℃下固化時間可縮短至10min以內，固化塗膜附著力達到1級，固化膜在500℃高溫下烘烤3h，塗層無裂紋和脫落現象發生．除採用醇酸、環氧、聚酯等有機樹脂對有機矽樹脂改性外，引入一些無機材料到有機矽絕緣浸漬漆中，可以提高浸漬漆的性能．陳立亞等以甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷（KH－570）改性的納米Al2O3為填料加入有機矽樹脂中製備導熱浸漬漆，研究結果表明，KH－570改性Al2O3納米粉體的加入改善了浸漬漆的導熱性能、衝擊強度等性能．同時發現填料的尺寸對浸漬漆的性能有較大影響，納米Al2O3填充的浸漬漆性能優於亞微米粉體填充的浸漬漆．付繼芳等[28]等將Al2O3表面用超支化聚二羥甲基丙酸酯（HM－PA）進行功能化並作為填料，以絕緣浸漬漆為基體製備了導熱絕緣浸漬漆，結果發現，超支化聚酯接枝改性的Al2O3可有效提高絕緣浸漬漆的導熱性、力學性能和體積電阻率，浸漬漆納米複合材料的導熱係數隨著超支化接枝改性Al2O3填充量的增加呈先增加後減小的趨勢。
除醇酸樹脂、不飽和聚酯改性有機矽樹脂外，環氧樹脂是有機矽樹脂改性研究領域中較為重要的一類，它通過引入環氧基、羥基等極性基團，可提高樹脂的力學性能和粘接性能，還可降低有機矽樹脂的固化溫度．孟季茹等採用E-44環氧樹脂對有機矽樹脂進行改性，測試結果分析表明，環氧樹脂改性後的有機矽樹脂粘接力、耐水性比改性前均有提高．廖昔虬等在有機錫催化劑作用下，採用E20環氧樹脂改性含鈦的有機矽樹脂製得了系列環氧樹脂改性有機矽樹脂，並研究了樹脂的固化活性、耐熱性和附著力．環氧樹脂改性後的有機矽樹脂，在100℃下固化時間可縮短至10min以內，固化塗膜附著力達到1級，固化膜在500℃高溫下烘烤3h，塗層無裂紋和脫落現象發生．除採用醇酸、環氧、聚酯等有機樹脂對有機矽樹脂改性外，引入一些無機材料到有機矽絕緣浸漬漆中，可以提高浸漬漆的性能．陳立亞等以甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷（KH－570）改性的納米Al2O3為填料加入有機矽樹脂中製備導熱浸漬漆，研究結果表明，KH－570改性Al2O3納米粉體的加入改善了浸漬漆的導熱性能、衝擊強度等性能．同時發現填料的尺寸對浸漬漆的性能有較大影響，納米Al2O3填充的浸漬漆性能優於亞微米粉體填充的浸漬漆．付繼芳等[28]等將Al2O3表面用超支化聚二羥甲基丙酸酯（HM－PA）進行功能化並作為填料，以絕緣浸漬漆為基體製備了導熱絕緣浸漬漆，結果發現，超支化聚酯接枝改性的Al2O3可有效提高絕緣浸漬漆的導熱性、力學性能和體積電阻率，浸漬漆納米複合材料的導熱係數隨著超支化接枝改性Al2O3填充量的增加呈先增加後減小的趨勢。
有機矽浸漬漆發展現狀
國外自20世紀60年代起陸續報導了以有機矽樹脂為基體的 H 級耐熱性無溶劑浸漬漆，國外對 F、 H、 C 級有機矽浸漬漆的要求量迅速增長， 目前， F、H 級以上浸漬漆需求量已占浸漬漆總量的50%以上． 這些產品主要包括美國 DowCornin g的994、996、 997、SR17M、H62A / B、 H62C、3551樹脂和俄羅斯的 KO－08樹脂等． 最近幾年來， 隨著人們環境意識的不斷增強和環保法規的不斷完善， 水溶性浸漬漆的研究得到了人們的重視， 水溶性浸漬漆開發取得了實質性進展， 市場上已開始出現水溶性浸漬漆，主要包括 AQUANEL －600、 700、 ISOPOXY800和 DVB2713、 2715等， 這類水溶性浸漬漆逐漸成為未來的一個發展方向．
國內有機矽浸漬漆的研究起步較晚， 自國外有機矽浸漬漆在絕緣行業的套用技術傳入國內後， 一些研究機構才開始進行這方面的研究， 產品主要以低檔的溶劑型浸漬漆為主， 包括國產的 W31 －4、 晨光化工研究院的1053和金陵塗料的 WBA． 除研究有機矽浸漬漆產品之外， 研究人員對浸漬技術也進行了研究． 其中， VPI浸漬技術作為先進的處理技術在國外得到了廣泛的套用， 但我國 VPI技術進展非常緩慢． 研究人員推出了一些產品， 但有機矽浸漬漆產品質量和檔次比較低， 僅適用於中小型電機， 不能滿足高壓大電機使用要求， 滿足高壓大電機需求的耐高溫有機矽浸漬漆將是未來重點研究的一個方向． 水溶性浸漬漆方面， 目前國內研究特別是批量生產方面還沒有， 僅有青島 AMERSON 等廠家開展了此類浸漬漆的研究和生產．
有機矽浸漬漆套用方面， H 級浸漬漆具有優異的耐熱性、 電氣絕緣性能和力學性能， 進行 H 級和 C級浸漬漆的研究開發和工藝 應 用， 是絕緣浸漬漆研究的重點． 目前國內H級以上絕 緣 浸 漬 劑 品 種 有限， 僅有少量機構對 F、 H 級以上的絕緣浸漬漆進行了探索和研究． 衷敬和等在鉑催化劑作用下， 將乙烯基和矽氫基團的聚甲基苯基矽氧烷發生加成反應製備了 C 級無溶劑的有機矽浸漬漆． 周光紅等以甲基苯基矽烷單體和特種矽烷單體製備的有機矽氧烷預聚物合成了一種 C 級有機矽浸漬樹脂（ TJ1173），測試結果表明， 國產浸漬漆 TJ1173性能基本達到H62C 漆的同等水平。
有機矽浸漬漆套用方面， H 級浸漬漆具有優異的耐熱性、 電氣絕緣性能和力學性能， 進行 H 級和 C級浸漬漆的研究開發和工藝 應 用， 是絕緣浸漬漆研究的重點． 目前國內H級以上絕 緣 浸 漬 劑 品 種 有限， 僅有少量機構對 F、 H 級以上的絕緣浸漬漆進行了探索和研究． 衷敬和等在鉑催化劑作用下， 將乙烯基和矽氫基團的聚甲基苯基矽氧烷發生加成反應製備了 C 級無溶劑的有機矽浸漬漆． 周光紅等以甲基苯基矽烷單體和特種矽烷單體製備的有機矽氧烷預聚物合成了一種 C 級有機矽浸漬樹脂（ TJ1173），測試結果表明， 國產浸漬漆 TJ1173性能基本達到H62C 漆的同等水平。
有機矽浸漬漆發展趨勢
隨著有機矽浸漬漆套用領域的擴展，對浸漬漆的粘接強度、耐熱性能、電氣絕緣和其它性能提出了要求，絕緣浸漬漆將朝以下方向發展：（1）高導熱型．發展高導熱型有機矽浸漬漆，有助於提高發電機的容量和工作效率．（2）耐熱、耐高壓型．發展耐熱性和耐高壓性的浸漬漆，有利於解決大容量、高電壓電機電器發熱增大產生的問題．（3）節能環保型．隨著人們對節能減排和環保意識的增強，發展固化揮發份低、固化時間短。
