我國環(huán)保型絕緣材料的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

盧春蓮 周 鍵

（1.哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 150040; 2.桂林電器科學研究所，廣西 桂林 541004）

1 引言

隨著全球大工業(yè)化發(fā)展進程的加劇，以及人口數(shù)量增長速度的加快，對天然資源，尤其是能源需求的不斷擴大，使得人類賴以生存的自然環(huán)境不斷受到侵害，引發(fā)的水污染、空氣污染、大氣污染等自然災害連年不斷發(fā)生，已經(jīng)到了嚴重威脅人類生存的地步，為我們敲響了警鐘。所以，人們從幾十年前就開始關注環(huán)境問題。進入20世紀人類提出了許多新理念，例如：循環(huán)經(jīng)濟、低能耗產(chǎn)品、低碳工業(yè)及新能源產(chǎn)業(yè)等。這些新興產(chǎn)業(yè)都是可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟模式，必將推動新一輪科學技術的迅猛發(fā)展。

2 國內(nèi)外絕緣材料在環(huán)保領域的發(fā)展狀況

以循環(huán)經(jīng)濟、低能耗產(chǎn)品、低碳工業(yè)及新能源產(chǎn)業(yè)等為代表的環(huán)保工業(yè)體系，極大地改變和促進了世界機電行業(yè)的發(fā)展模式。同時也改變了絕緣材料的研發(fā)理念和產(chǎn)品結(jié)構。

與發(fā)達國家相比，我國的機電工業(yè)及其絕緣材料行業(yè)，還處于比較落后的水平。幾十年前從美國西屋公司30萬kW、60萬kW發(fā)電機組大規(guī)模引進的時候，奧地利Rembrandtin Lack公司的水溶性半無機硅鋼片漆、美國 GE公司的無溶劑多膠粉云母帶等環(huán)保型絕緣產(chǎn)品，并沒有引起我們的足夠重視。而 10年前哈爾濱電機廠從德國西門子引進的Micalastic絕緣系統(tǒng)，其中的環(huán)保產(chǎn)品就引起國內(nèi)制造廠家的廣泛重視，例如：ET884無稀釋劑的環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂、L611熱收縮絕緣保護帶等，對改善工藝性和減小環(huán)境污染起到了積極作用。目前，國內(nèi)東電、哈電發(fā)電機定子線棒SVPI、風力發(fā)電機絕緣也都采無稀釋劑的環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂。另外，經(jīng)過幾年努力，國內(nèi)部分企業(yè)的同樣產(chǎn)品也實現(xiàn)了工業(yè)化批量生產(chǎn)，成功地替代了國外進口產(chǎn)品。

2.1 EB5001G水溶性半無機硅鋼片漆

該產(chǎn)品是國外知名公司制造大型、超大型高壓電機指定的硅鋼片漆，銷售量占全世界硅鋼片漆產(chǎn)量的50%以上。近年來美國杜邦公司的 Voltatex E1151A水溶性半無機硅鋼片漆后來者居上。

表1 EB5001G水溶性半無機硅鋼片漆的技術指標

表2 E1151A水溶性半無機硅鋼片漆的技術指標

嘉興清河高力絕緣有限公司聯(lián)合浙江大學、哈爾濱理工大學及濟南發(fā)電設備廠經(jīng)過幾年的努力，完成了國產(chǎn)水溶性半無機硅鋼片漆的開發(fā)。在哈爾濱電機廠交直流責任有限公司和濟南發(fā)電設備廠批量使用結(jié)果，表明可以替代進口產(chǎn)品。

表3 國產(chǎn)0151水溶性半無機硅鋼片漆的技術指標

2.2 無溶劑多膠粉云母帶

該產(chǎn)品多年來都是美國 GE公司的著名品牌，目前被瑞士Von Roll公司收購，F(xiàn)級無溶劑多膠粉云母帶現(xiàn)在的牌號為：Mica Mat 77984。特點是生產(chǎn)和使用過程中，沒有溶劑揮發(fā)，可實現(xiàn)無氣隙絕緣結(jié)構，并有利于保護環(huán)境，而且性能優(yōu)異，儲存期較長，低溫快固化。

表4 Mica Mat 77984云母帶的技術指標

桂林電器科學研究所、上海同力絕緣材料廠、四平絕緣材料廠等單位也正在從事F級無溶劑多膠粉云母帶的開發(fā)研究。

2.3 ET884環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂

ET884純環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂作為德國西門子 Micalastic絕緣系統(tǒng)的重要組成部分，真正做到了低毒、無揮發(fā)、低溫快固化的環(huán)保型絕緣產(chǎn)品。

表5 ET884環(huán)氧酸酐VPI浸漬樹脂的技術指標

2.4 L611熱收縮絕緣保護帶

該產(chǎn)品具有單向透氣、高溫收縮的特征。在80℃下收縮率很小。浸漬過程中不影響浸漆效果（滲透性）。在烘焙過程中絕緣保護帶受熱后收縮，在繞組表面形成一個“殼體”，既保證繞組端部形狀和尺寸，又將內(nèi)部的浸漬樹脂“包裹”住，有效地防止浸漆樹脂的流失。在提高整體性能的同時，減少了對環(huán)境的污染。

表6 L611熱收縮絕緣保護帶的技術指標

上海均達絕緣材料公司、上海新藝絕緣材料公司，已經(jīng)完成熱收縮絕緣保護帶的國產(chǎn)化工作，并可以大批量生產(chǎn)和供貨。

2.5 東絕廠的無鹵阻燃材料

歐盟兩個環(huán)保指令公布實施后，引起國內(nèi)相關企業(yè)的廣泛重視，并做到快速應對。東方絕緣材料廠自主開發(fā)的無鹵阻燃材料，成功應用于薄膜、層壓、塑料等制品，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

表7 三嗪阻燃材料的技術指標

與國外發(fā)達國家相比，我國絕緣材料行業(yè)大多數(shù)產(chǎn)品缺少環(huán)保技術的支撐，尤其在新產(chǎn)品研發(fā)初期就沒有建立環(huán)境保護的理念。產(chǎn)品、技術的落后，可以通過引進和自主開發(fā)而迎頭趕上，但是，對環(huán)境保護的認識和理念的缺乏和落后，卻將以國人慘痛的代價和幾代人的努力才能見到效果?？上驳厥墙陙韲鴥?nèi)絕緣材料生產(chǎn)制造廠，對國際上環(huán)保型新材料、新工藝、新技術的響應速度明顯加快。使用廠在對其選擇時，也將環(huán)保因素作為考慮的重點。

2.6 絕緣材料在環(huán)保領域的作用

絕緣材料作為有機及無機電用高分子聚合物或復合材料，在生產(chǎn)制造和使用過程中，不可避免要有有毒有害物質(zhì)排出，損害人的健康和污染環(huán)境。所以要求絕緣材料的研究者、制造者和使用者們在最早期就力爭做到有毒有害物質(zhì)排放最小化，以及選擇處理技術和回收再利用。

2.7 絕緣材料在循環(huán)經(jīng)濟中的作用

循環(huán)經(jīng)濟是要解決資源有限和需求無限的矛盾、經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的矛盾。循環(huán)經(jīng)濟在很早以前就在絕緣材料領域得到應用，例如：在聚酰亞胺薄膜制造過程中，N、N—二甲基乙酰胺溶劑的回收再利用；在聚酯薄膜制造過程中，利用聚酯廢邊及廢品制造聚酯漆包線漆和聚酯浸漬漆；或重新造粒再生產(chǎn)聚酯薄膜；聚酯類漆包線生產(chǎn)過程中的三混甲酚溶劑循環(huán)燃燒裝置等。

2.8 絕緣材料在低能耗產(chǎn)品中的作用

在絕緣材料生產(chǎn)制造和使用過程中，盡可能降低反應溫度，縮短反應時間，即大力發(fā)展低能耗產(chǎn)品。例如：從1032醇酸樹脂漆到1038醇酸樹脂漆（快干型）的研制工作；從5440-1桐馬多膠粉云母帶到 5440-1K（快固化型）多膠粉云母帶的研制工作等。以及從普通沉浸工藝發(fā)展為滴浸工藝；近年來發(fā)展較快的低溫快固化技術等。

表8 5440-1K（快固化型）多膠粉云母帶的技術指標

2.9 絕緣材料在低碳工業(yè)中的作用

低碳經(jīng)濟是要解決高能耗、高污染、高排放的問題。絕緣材料在低碳工業(yè)中的作用就是在生產(chǎn)制造和使用過程中，盡可能降低能源消耗，消除或減少有毒有害物質(zhì)及溫室氣體的排放。

最有效的方法是采用低溫快固化工藝，及無溶劑技術和水溶性技術。例如：美國 GE公司的Micadur-Ⅱ絕緣系統(tǒng)；美國杜邦公司的 Voltatex E1151A水溶性半無機硅鋼片漆；德國西門子公司的Micalastic絕緣系統(tǒng)及日本TMEIC公司的絕緣系統(tǒng)等。

2.10 絕緣材料在新能源工業(yè)中的作用

新能源工業(yè)主要包括：大型核動力發(fā)電、風力發(fā)電機、光伏發(fā)電及潮汐發(fā)電等。它們對絕緣材料提出不同的要求，極大地促進了絕緣材料技術的發(fā)展，例如：

（1）哈爾濱電機廠交直流責任有限公司從美國引進的目前處于國際領先水平的核動力主泵電機（AP-1000）。其絕緣系統(tǒng)及組分材料全部依賴進口，性能指標都對我們保密。該絕緣系統(tǒng)要求耐高溫、耐輻照、變頻等性能，關鍵材料及技術是：①200級漆包扁線；②200級有機硅無溶劑VPI浸漬樹脂；③200級槽絕緣；④特種絕緣固定材料；⑤特種防護材料等，以上絕緣材料目前在國內(nèi)尚屬空白。

（2）新型核動力驅(qū)動機構絕緣系統(tǒng)及組分材料的研究。

主要應用于新型核動力技術，即先進堆技術——將驅(qū)動機構從核反應堆外移至核反應堆內(nèi)。

關鍵材料及技術是超耐高溫有機材料經(jīng)過高溫處理轉(zhuǎn)化為無機材料。其中包括匝間絕緣、浸漬樹脂、槽絕緣和引線絕緣等。

（3）大功率風力發(fā)電機的絕緣系統(tǒng)及其組分材料的研究。

大功率風力發(fā)電機作為新能源工業(yè)的重要組成部分，近年來在我國發(fā)展速度驚人，但是其絕緣系統(tǒng)及其組分材料的使用較為混亂，有必要進行合理的規(guī)范和研究。

其中的關鍵技術是：①耐電暈聚酰亞胺薄膜少膠云母帶的研制；②H級VPI浸漬樹脂的研制；③絕緣防護材料的研制。以此解決該絕緣系統(tǒng)耐電暈、耐高溫及工作環(huán)境嚴酷等實際問題。

（4）混合動力汽車絕緣系統(tǒng)及組分材料的研究。

混合動力汽車是低碳工業(yè)及新能源技術的新興產(chǎn)品。其在絕緣系統(tǒng)和組分材料的關鍵技術是解決電機耐電暈、耐高溫和交變電壓等問題。需要①研制耐電暈、耐高溫的漆包導線；②研制耐電暈、耐高溫的浸漬樹脂；③電機端部高導熱環(huán)氧澆注材料的研制；④先進的絕緣固定技術的研究；⑤整機及絕緣防護技術的研究。

（5）太陽能發(fā)電專用絕緣系統(tǒng)及組分材料的研究。

主要應用于新能源領域。關鍵技術是：高純度特種聚酯薄膜的制造技術，其中主要包括高純度特種聚酯薄膜的制造工藝和生產(chǎn)設備的設計與制造。

（6）潮汐發(fā)電專用絕緣系統(tǒng)及組分材料的研究。

主要應用于新能源領域。關鍵技術是解決電機的耐鹽霧及防潮問題。研制耐鹽霧及防潮絕緣材料；研制絕緣防護材料及其絕緣防護結(jié)構的研究等。

3 在“十二五規(guī)劃”中環(huán)保型絕緣材料的研發(fā)方向

“十二五規(guī)劃”的宗旨和意義是：發(fā)展先進技術、替代進口產(chǎn)品、樹立環(huán)境保護意識等。

未來我國機電工業(yè)的發(fā)展趨勢為：超大型水輪發(fā)電機組、超大型核動力發(fā)電機組、大型風力發(fā)電機組、高壓電動機（電壓等級≥20kV）、超高壓直流輸配電、太陽能工程、混合動力汽車產(chǎn)業(yè)等節(jié)能環(huán)保工業(yè)。另外，大型火力發(fā)電機組的技術改造工程（環(huán)保及增容的要求，即減少碳硫排放及減薄絕緣的需要）也將成為研究重點。

因此，環(huán)保型絕緣材料的研發(fā)方向應為：

（1）無溶劑和水溶性環(huán)保型絕緣材料。

（2）低溫快固化的節(jié)能型絕緣材料。

（3）可循環(huán)使用的節(jié)約型絕緣材料。

（4）環(huán)保產(chǎn)業(yè)所需要的配套型絕緣材料。

（5）針對天然物質(zhì)的替代型絕緣材料。

（6）對老產(chǎn)品進行的技改型絕緣材料等。

（7）絕緣材料環(huán)保評定方法的研究等。

4 結(jié)論

絕緣材料作為機電工業(yè)的基礎化工材料，理所當然應該淘汰落后的生產(chǎn)技術，大力發(fā)展先進的環(huán)保工業(yè)技術，為我國可持續(xù)發(fā)展的國民經(jīng)濟作出新貢獻?！笆逡?guī)劃”中已經(jīng)將循環(huán)經(jīng)濟、低能耗產(chǎn)品、低碳工業(yè)及新能源產(chǎn)業(yè)，作為創(chuàng)新技術的發(fā)展目標。因此，我國相對落后的絕緣材料工業(yè)將面臨新的挑戰(zhàn)和新的機遇。

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