快速法評(píng)定聚酰亞胺漆包線(xiàn)溫度指數(shù)研究

韓永進(jìn)

（上海電纜研究所有限公司 中央研究院，特種電纜技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200093）

0 引 言

聚酰亞胺具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐老化性能、耐溶劑性能和絕緣性能，廣泛應(yīng)用于H級(jí)和C級(jí)漆包線(xiàn)絕緣漆。隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)漆包線(xiàn)的耐高溫和耐老化性能要求越來(lái)越高，因此，有必要對(duì)漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)進(jìn)行評(píng)定。目前，漆包線(xiàn)溫度指數(shù)的評(píng)定方法主要有常規(guī)法和快速法兩種。常規(guī)法準(zhǔn)確可靠，但需要在3～5個(gè)恒定溫度下做老化試驗(yàn)，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)；快速法通過(guò)恒溫壽命試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)熱重試驗(yàn)測(cè)定漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)，具有試樣少，周期較短的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于漆包線(xiàn)溫度指數(shù)評(píng)定［1?3］。

GB／T 4074.8—2009［4］中規(guī)定的溫度指數(shù)評(píng)定方法適用于導(dǎo)體直徑為0.800～1.500 mm的漆包線(xiàn)，而對(duì)于導(dǎo)體直徑更小的的漆包線(xiàn)并未作出規(guī)定，因此開(kāi)展相關(guān)研究十分必要［5］。本工作以小規(guī)格聚酰亞胺漆包線(xiàn)為研究對(duì)象，采用快速法對(duì)其進(jìn)行溫度指數(shù)評(píng)定，探討快速法在小規(guī)格聚酰亞胺漆包線(xiàn)溫度指數(shù)評(píng)定中的適用性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

聚酰亞胺漆包線(xiàn)，導(dǎo)體直徑為0.20 mm和0.30 mm，二級(jí)漆膜，220級(jí)。對(duì)每個(gè)規(guī)格的漆包線(xiàn)，制備21個(gè)以上扭絞對(duì)試樣，備用。

1.2 試驗(yàn)儀器

STPH?101型熱老化烘箱；JTGN?0.1 kVA／2 kV型漆包線(xiàn)工頻耐壓試驗(yàn)儀；TG209F1型熱重分析儀；FA2004B型分析天平，可讀性0.1 mg。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 恒溫壽命試驗(yàn)

將絞線(xiàn)對(duì)試樣在125℃±5℃的烘箱中干燥2 h，冷卻后逐個(gè)稱(chēng)取其質(zhì)量。然后將絞線(xiàn)對(duì)置于310℃下進(jìn)行恒溫老化試驗(yàn)，每個(gè)周期的老化時(shí)間為24 h，每個(gè)周期老化后對(duì)試樣進(jìn)行500 V，1 s的耐電壓試驗(yàn)直至試樣全部失效。記錄每個(gè)絞線(xiàn)對(duì)的失效時(shí)間和質(zhì)量，以及除去漆膜后裸導(dǎo)體的質(zhì)量。

1.3.2 動(dòng)態(tài)熱重試驗(yàn)

制備漆包線(xiàn)的漆膜并在125℃±5℃的條件下烘干2 h，采用TG209F1型熱重分析儀（TGA）對(duì)漆膜進(jìn)行熱重分析，升溫速率分別為2，4，6 K／min，空氣氣氛，空氣流量為50 mL／min。

1.3.3 計(jì) 算

漆包線(xiàn)絞線(xiàn)對(duì)恒溫老化失效后，按式（1）計(jì)算平均壽命，由式（2）計(jì)算試樣失重百分?jǐn)?shù)。

式中：Lh為試樣平均壽命（h）；Li為第i個(gè)試樣失效時(shí)的老化總小時(shí)數(shù)減去12 h（h）；n為試樣個(gè)數(shù)。

式中：Cf為試樣失重百分?jǐn)?shù)；ΣW0為試樣初始質(zhì)量之和（mg）；ΣWn為失效試樣質(zhì)量之和（mg）；ΣWc為試樣裸導(dǎo)體質(zhì)量之和（mg）。

漆包線(xiàn)漆膜的活化能由式（3）得到，并由式（4）可得到漆包線(xiàn)在20 000 h下的溫度指數(shù)。

式中：Ef為活化能（cal／mol）；β為升溫速率（K／h）；θ為動(dòng)態(tài)溫度（K）；a為常數(shù)。

式中：T20000為壽命20 000 h對(duì)應(yīng)的溫度（℃）；Ef為活化能（cal／mol）；Lh為恒溫壽命試驗(yàn)的平均老化時(shí)間（h）；Th為恒溫壽命試驗(yàn)的老化溫度（K）。

2 結(jié)果與討論

2.1 恒溫壽命試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法將21個(gè)漆包線(xiàn)絞線(xiàn)對(duì)試樣在310℃下恒溫老化，直至全部絞線(xiàn)對(duì)耐壓失效。由式（1）和式（2）計(jì)算試樣的平均壽命和失重百分?jǐn)?shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 恒溫壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可知，經(jīng)過(guò)310℃的老化后，0.20 mm和0.30 mm聚酰亞胺漆包線(xiàn)的的平均壽命分別為231.7，211.5 h，老化后失重百分?jǐn)?shù)的平均值為16.4%和17.8%，0.5Cf的取值均為10%（以失重5%為進(jìn)位單位）。

2.2 動(dòng)態(tài)熱重試驗(yàn)

試驗(yàn)考察了漆包線(xiàn)漆膜在2，4，6 K／min等3個(gè)不同升溫速率下的熱重行為，不同升溫速率下漆膜的熱失重曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 聚酰亞胺漆膜在不同升溫速率下的熱失重曲線(xiàn)

由圖1可知：聚酰亞胺漆膜具有良好的耐熱性，起始失重溫度達(dá)到了400℃，只有一個(gè)失重臺(tái)階。由熱失重曲線(xiàn)可得到不同升溫速率下聚酰亞胺漆膜在失重0.5Cf時(shí)的溫度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同升溫速率下漆膜失重0.5C f時(shí)的溫度

2.3 溫度指數(shù)

根據(jù)式（3），設(shè)Y＝lgβ，X＝1／θ，b＝－Ef／4.348，通過(guò)最小二乘法可計(jì)算得到聚酰亞胺漆膜活化能，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知：0.20 mm漆包線(xiàn)漆膜的活化能為30 469 cal／mol，0.30 mm漆包線(xiàn)漆膜的活化能為32 740 cal／mol。相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值接近于1，表明變量的線(xiàn)性相關(guān)性較高。

表3 不同規(guī)格聚酰亞胺漆包線(xiàn)膜活化能的計(jì)算

根據(jù)活化能以及漆包線(xiàn)恒溫壽命試驗(yàn)的老化時(shí)間和老化溫度，由式（4）可得到聚酰亞胺漆包線(xiàn)在20 000 h下的溫度指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 聚酰亞胺漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)

由表4可知：0.20，0.30 mm的聚酰亞胺漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)分別為225，229，這與該漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)等級(jí)一致。

3 結(jié)束語(yǔ)

參照GB／T 4074.8—2009對(duì)0.20，0.30 mm的聚酰亞胺漆包線(xiàn)進(jìn)行了快速法溫度指數(shù)評(píng)定，其溫度指數(shù)與該聚酰亞胺漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)等級(jí)相一致，說(shuō)明快速法在小規(guī)格聚酰亞胺漆包線(xiàn)的溫度指數(shù)評(píng)定中具有較好的適用性。