漆包線生產(chǎn)工藝及技術(shù)的新進(jìn)展

凌春華，李 福

(上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

近年來在漆包線行業(yè)中，除了變頻電機(jī)用耐電暈漆包線正在興起外，新品種出現(xiàn)并不多，其主要原因是目前沒有開發(fā)出新型的高聚物材料。因此近40年來，漆包線漆的新品種開發(fā)也很少，大多在改性方面做些工作。另外一個(gè)原因是現(xiàn)有漆包線的品種(從 A 級、E 級、F級、H 級、200級、220級、240級等)基本上已能滿足市場需求。因此，大多數(shù)漆包線生產(chǎn)廠家在質(zhì)量提高及成本降低等方向展開了激烈競爭，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)中采用先進(jìn)的設(shè)備，提高工藝控制技術(shù)及控制污染等方面，使漆包線生產(chǎn)技術(shù)提高到一個(gè)新的臺(tái)階。

1 漆包線涂漆工藝及設(shè)備的改進(jìn)

(1)拉絲—漆包聯(lián)合作業(yè)普遍采用。國外漆包線生產(chǎn)廠普遍采用拉絲工藝與漆包涂漆工藝串聯(lián)起來生產(chǎn)漆包線，其主要有以下優(yōu)點(diǎn):

①拉絲—漆包聯(lián)合作業(yè)時(shí)，拉絲方向與涂漆方向相同，導(dǎo)線表面不會(huì)形成倒刺，有利于涂漆質(zhì)量提高;

②拉絲—漆包要同步，拉絲速度比單拉時(shí)要低，這使銅線的延伸率獲得了提高，改善了漆包線的柔軟性;

③進(jìn)線規(guī)格減少，從而減輕了拉絲工序的壓力，降低了生產(chǎn)成本;

④進(jìn)線規(guī)格大，放線容量大，減少了換盤次數(shù)，不但減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且漆包線連續(xù)的長度可大幅度增加，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

(2)漆包機(jī)向高速發(fā)展。漆包機(jī)的涂漆速度不斷提高，例如MAG公司的HEX-5型臥式漆包機(jī)，DV(diameter velocity，即直徑和速度的乘積)值高達(dá)250。漆包機(jī)的速度提高，不但產(chǎn)量提高了，而且單位產(chǎn)量的電能消耗降低了很多，最多時(shí)可降低電能40%左右。

圖1為漆包線涂漆工藝的能耗和DV值關(guān)系。從圖中可以看出，提高DV值可使能耗下降，這種影響對于小規(guī)格產(chǎn)品更為顯著。

圖1 DV值與能耗的關(guān)系

(3)大容量放線及收線。采用拉絲—漆包聯(lián)合生產(chǎn)，裸銅線放線盤容量每盤可達(dá)1 500～2 000 kg，收線盤容量每軸(盤)可達(dá)400 kg(見表1)。這無論對漆包線的生產(chǎn)者和使用者都感到方便和滿意，因?yàn)樘岣吡松a(chǎn)效率，降低了耗損。

表1 漆包機(jī)大容量收線情況

(4)自動(dòng)換盤收線。由于高速生產(chǎn)漆包線，收線時(shí)人工換盤已不可能，普遍采用了自動(dòng)換盤系統(tǒng)，可達(dá)到定長、定重量收線，使漆包線每軸容量一致，便于用戶使用。

(5)增加涂漆道數(shù)。為了高速度生產(chǎn)漆包線，采取了每次涂漆量少、揮發(fā)快、增加涂漆道數(shù)的方法，例如:HES-3漆包機(jī)可涂35道漆(DV=110);HESF-4漆包機(jī)可涂24道漆(DV=150);VET375漆包機(jī)可涂17道漆(DV=130)。增加涂漆道數(shù)可使漆包線的漆包層均勻性及擊穿電壓值提高，針孔數(shù)減少。

(6)采用模具涂漆。用模具法涂漆具有質(zhì)量穩(wěn)定、降耗、節(jié)能、增效等優(yōu)點(diǎn)，因此，越來越多被廣大漆包線企業(yè)所認(rèn)同及采用。

(7)采用恒溫、循環(huán)、過濾、自動(dòng)補(bǔ)加溶劑及定量系統(tǒng)和管道供漆系統(tǒng)。漆的粘度隨季節(jié)而變化，將影響涂漆質(zhì)量，所以國外漆包機(jī)箱都有加熱恒溫系統(tǒng)。為了長期保持漆的純凈，在循環(huán)計(jì)量泵供漆時(shí)，回路中增加過濾裝置及補(bǔ)加溶劑系統(tǒng)，使涂漆質(zhì)量和上漆量始終保持恒定，從而保證了漆包線的漆膜質(zhì)量的一致性。

采用密封的涂漆裝置、管道供漆、廢氣回收利用等均可以減少車間氣味，保護(hù)周圍的環(huán)境。

(8)使漆包爐催化燃燒熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)更加高效節(jié)能。漆包爐的設(shè)計(jì)獲得了更加合理及進(jìn)一步改進(jìn)，使溶劑充分燃燒，熱量充分利用，廢氣排放更加干凈(含碳量小于10 mg/cm3)，從而使單位產(chǎn)量電能消耗大幅度降低，例如MAG公司在設(shè)計(jì)中增加了后續(xù)燃燒裝置，在排廢前再裝一個(gè)催化器，進(jìn)行二次催化燃燒，確保溶劑得到充分燃燒干凈，排出的尾氣熱能進(jìn)行再利用。

(9)復(fù)合涂層漆包線及其漆包機(jī)的應(yīng)用日益發(fā)展。國外二涂層、三涂層的復(fù)合漆包線已獲得普遍應(yīng)用，國內(nèi)復(fù)合漆包線也日益得到了發(fā)展。為此，復(fù)合涂層漆包機(jī)需求量也越來越大。它可以生產(chǎn)需要不同爐溫烘焙的復(fù)合漆包線，例如自粘性漆包線、耐冷媒復(fù)合漆包線、變頻電機(jī)用耐電暈漆包線和自潤滑漆包線等。

(10)改進(jìn)表面涂潤滑劑的裝置。雖然自潤滑漆包線漆已研制成功，但應(yīng)用很少，目前國內(nèi)外絕大多數(shù)生產(chǎn)廠仍使用涂潤滑劑的方法來潤滑漆包線表面，潤滑劑及涂覆裝置也得到不斷改進(jìn)。國外MAG公司等開始采用模具或計(jì)量儀器來控制涂潤滑劑，使漆包線表面潤滑劑含量控制在合乎用戶要求的范圍內(nèi)，而且均勻一致。

(11)采用電腦控制漆包機(jī)及生產(chǎn)車間的生產(chǎn)。國外漆包機(jī)發(fā)展趨勢是用電腦控制各個(gè)工序參數(shù)，如退火爐及催化燃燒熱風(fēng)循環(huán)爐各部位溫度、拉絲—漆包速度、漆層厚度、在線監(jiān)測各種數(shù)據(jù)及各種報(bào)警裝置等，開發(fā)的軟件使生產(chǎn)線能按不同品種、不同工藝運(yùn)轉(zhuǎn)，并且通過電腦監(jiān)控生產(chǎn)車間的所有漆包機(jī)，進(jìn)行半自動(dòng)化生產(chǎn)，從而減少生產(chǎn)人員，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。

(12)普遍采用在線監(jiān)測裝置。為了使漆包線生產(chǎn)過程中質(zhì)量得到及時(shí)控制，國外漆包機(jī)上普遍裝有在線監(jiān)測裝置。國內(nèi)也有部分廠家增加了部分在線監(jiān)測裝置，主要有:

①外徑在線檢測，確保漆包線外徑尺寸一致，例如用激光測徑儀連續(xù)測量外徑;

②粒子在線檢測，確保涂漆均勻;

③高壓和低壓針孔(漆膜連續(xù)性)在線檢測，以保證漆膜質(zhì)量;

④其他如增加斷線報(bào)警、裸線報(bào)警、超溫報(bào)警、漆位報(bào)警等在線檢測輔助裝置。有的廠家在生產(chǎn)線上還裝有電視監(jiān)視系統(tǒng)，觀察各關(guān)鍵部分的運(yùn)行情況。

2 環(huán)保技術(shù)的進(jìn)展

目前漆包線行業(yè)用漆中有三分之二是有毒溶劑，因此，必須進(jìn)行改進(jìn)。目前除了在催化燃燒、熱風(fēng)循環(huán)烘烤不斷改進(jìn)之外，還對其他無(少)公害漆包工藝技術(shù)進(jìn)行研發(fā)并取得了如下的一些進(jìn)展:

(1)高固體含量漆的應(yīng)用。在漆包線制造行業(yè)，最終的目標(biāo)是完全不用有毒溶劑，但在目前往往采取通過提高漆的固體含量和降低粘度，來達(dá)到節(jié)約部分溶劑的目的，即在制漆時(shí)減少有機(jī)溶劑甲酚及二甲苯的用量，也就是提高漆的固體含量。通過10多年的努力，目前可把原有漆的固體含量提高5% ～20%，達(dá)到35% ～50%。例如:日本生產(chǎn)的Dcrcoat E-230型聚酯漆固體含量到50%;而德國Dr.Beck公司生產(chǎn)的TerefecF60固體含量已達(dá)60%。高固體含量漆，因粘度提高了，通常要用模具法涂漆，以及漆槽采取加熱保溫等措施。高固體含量漆不僅節(jié)約溶劑，而且也可節(jié)約能源、減少涂漆毛氈消耗，目前已被各國普遍采用。

上海電纜研究所研制成功固體含量達(dá)到50%的聚酯漆，之后也相繼研制成功高固體含量35%的改性聚酯漆、聚酯亞胺漆，也引進(jìn)了國外高固體含量35%～40%的各種漆包線漆。但有很多廠家，因線規(guī)格多、批量小、穿模困難等原因未被采用?？上驳氖牵陙聿捎媚＞咄科峁に?，高固體含量漆的應(yīng)用已日益增多。

(2)低毒溶劑漆的應(yīng)用。在現(xiàn)階段另一種途徑就是設(shè)法改進(jìn)漆的制造配方及工藝，用低毒溶劑來代替甲酚及二甲苯等，常用的有乙二醇醚類(ROC2H4OH)、二乙二醇醚類(R-OC2H4OC2H4OH)、N-甲基吡咯烷酮等。由于這類溶劑不能很好地溶解目前現(xiàn)有的配方工藝制造的漆基樹脂，因此必須重新設(shè)計(jì)配方及工藝，使其既能被溶解達(dá)到高固體含量，又具有不高的粘度，也不降低漆包線漆膜性能，這具有一定的技術(shù)難度。Dr.Beck公司已開發(fā)成功F級改性聚酯及H級聚酯亞胺等品種的低毒溶劑漆包線漆，已批量生產(chǎn)，不足之處是成本比用甲酚及二甲苯的漆高，但為了減少毒性對人體的侵害，這種投資是值得的。國內(nèi)也試制成無甲酚聚酯漆包線漆，采用醇醚類溶劑，性能良好。

(3)水溶性漆的應(yīng)用。因有機(jī)溶劑有毒性及易燃易爆性，為此設(shè)法用水做溶劑來制備漆包線漆。國內(nèi)外開展了不少研究，很多化學(xué)家對水溶性樹脂的合成工作進(jìn)行深入的研究，主要的難度在于既要把溶解于甲酚及二甲苯的漆基樹脂改成能溶解于水的高分子，又要使涂成的漆包線的機(jī)械性能、電性能、耐化學(xué)等性能保持原有指標(biāo)。上海電纜研究所經(jīng)過多年研究，克服種種難題，先后研制成功水溶性聚酯電泳漆、水散體聚酯漆及水溶性聚酯亞胺漆，取得良好社會(huì)效果。我國也引進(jìn)了Dr.Beck公司的水溶性聚酯亞胺漆包線漆的制造技術(shù)，但因其在水溶性方面的高分子合成用原材料成本較高，使其造價(jià)也很高了;另一方面，水的汽化熱比有機(jī)溶劑高，這使漆包線烘干時(shí)耗能也較高，出線速度慢，導(dǎo)致漆包線生產(chǎn)成本提高，因而難以推廣，但隨著人們對環(huán)境保護(hù)問題日益迫切需要解決，該方法將會(huì)為人們所重視。

(4)無溶劑漆的應(yīng)用。為了徹底消除公害，最好不用溶劑，在這方面研究開發(fā)的方法有熱熔樹脂法、擠出樹脂法、粉末硫化床涂敷法等新工藝:

①熱熔樹脂法的應(yīng)用。制成的漆基樹脂不加溶劑，常溫下是固態(tài)，加熱到180°C左右才能變?yōu)榭梢酝烤€的液態(tài)。由于樹脂長期加熱易固化，所以要解決樹脂的配方問題，使之在180°C左右不固化，而在烘爐中高溫下才固化。我國從德國Dr.Beck公司引進(jìn)了這種產(chǎn)品制造技術(shù)(但該樹脂中仍含有10%的有機(jī)助溶劑)。采用這種方法必須增加一套樹脂熔融加熱模具涂漆裝置;其次，在品種上，主要是局限于聚酯亞胺等個(gè)別產(chǎn)品;另外，由于漆層均勻性控制難，只能涂制大規(guī)格的漆包線。

②擠出樹脂法的應(yīng)用?，F(xiàn)有的漆包線傳統(tǒng)制法都是“漆液—多道涂線—烘干固化”的工藝模式，主要是在漆層很薄的情況下進(jìn)行，以保證漆層的均勻性及減少針孔。由此聯(lián)想是否能用擠塑料線一樣的方法制造漆包線呢?這樣可不用有機(jī)溶劑，徹底解決溶劑的公害問題。瑞士Maillerfer公司與德國Dr.Beck公司合作研制出一套擠出流水線來制造漆包線，關(guān)鍵在解決擠出漆層要精密、要均勻，擠出料必須是熱塑料性樹脂。目前，這種方法只限于耐熱性低的聚酯、聚氨酯等品種，并只能做大規(guī)格漆包線;其次，要工業(yè)化生產(chǎn)，還有很多質(zhì)量上、技術(shù)上及經(jīng)濟(jì)上的困難要進(jìn)一步克服。

③粉末涂敷法的應(yīng)用。為了消除有機(jī)溶劑的公害，粉體涂料在涂料行業(yè)已有大量的應(yīng)用，用在漆包線方面也進(jìn)行了不少研究。這種方法需要把樹脂制成很精細(xì)的粉末，并采用硫化床法或靜電法將其涂敷在線上。目前該方法還只限于變壓器中使用的大規(guī)格扁線上，主要技術(shù)問題是漆膜一次成形后的多孔性、漆層較厚、漆層的均勻性等難以控制，且耐電壓低等還有待改善。

總之，為了減少或根除使用有毒溶劑漆制造漆包線的公害問題，改善人們的生產(chǎn)、生活環(huán)境，國內(nèi)外制漆及漆包線行業(yè)都在大力開展無(低)公害漆包線漆的研究，盡管有技術(shù)上及經(jīng)濟(jì)上的各種困難，但未來總的趨勢是向不用有機(jī)溶劑新的生產(chǎn)工藝方向發(fā)展。

3 結(jié)束語

從上述可知，目前國內(nèi)外漆包線制造商主要研發(fā)重點(diǎn)在于如何采用先進(jìn)的漆包線生產(chǎn)設(shè)備，加強(qiáng)工藝技術(shù)的改進(jìn)和控制對環(huán)境的污染，以提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，而在這些方面還存在著不少問題，需要我們進(jìn)一步改進(jìn)和研究。

［1］上海電纜研究所內(nèi)部研究報(bào)告.水散體聚酯漆包線漆［R］.1971.

［2］凌春華，賀步云.水溶性聚酯電泳漆包線［J］.電線電纜，1979(1):5-13.

［3］上海電纜研究所內(nèi)部研究報(bào)告.高固體含量聚酯漆包線［R］.1984.

［4］凌春華.水溶性F級聚酯亞胺漆包線漆［J］.絕緣材料通訊，1986(2):23-27.

［5］凌春華.電磁線新產(chǎn)品及新技術(shù)發(fā)展動(dòng)向［J］.電線電纜，1989(5):2-4.

［6］BASE/Dr.Beck公司(德).漆包線漆樣本資料［Z］.1996.

［7］MAG公司(奧).技術(shù)交流資料［Z］.2002.

［8］ETI公司(美).靜電粉末噴涂絕緣技術(shù)及設(shè)備［Z］.1999.

［9］凌春華.漆包線生產(chǎn)中新技術(shù)的發(fā)展［C］//電線電纜專題文選.上海電纜研究所，2001(6):1-2.

［10］凌春華.漆包線及漆行業(yè)環(huán)保技術(shù)發(fā)展動(dòng)向［C］//全國絕緣材料及絕緣技術(shù)專題研討會(huì)論文集.上海電纜研究所，2006.