早期成型定子线圈的合成材料

用于绝缘的合成产品的历史起源于1908年Baekeland的工作。由此而来的苯酚甲醛树脂产品切实可行和可复制的生产工艺，可用于制作各种电气产品。虽然“Bakelite”以前是个商标，但在现今它代表的是由Baekeland的工作（“酚醛塑料”）而发展出来的广泛的、各种各样的苯酚和甲酚与甲醛一起聚合的产品。其他早期用于绝缘的合成材料是在20世纪20年代至30年代走向实用的。醇酸树脂于1926年开始作为电气的基础材料，同一年苯胺甲醛配方被用于制作接线端子板。

用饱和长链脂肪酸和醇类制成的醇酸树脂，类似那些自然生成的快干油树脂。在20世纪20年代末和30年代期间，这些醇酸新产品在很多应用上代替或掺和天然树脂使用。溶解在溶剂中使用的新设备罩面漆和绝缘清漆，在许多旋转电机中开始获得应用。清漆被用作整个绕组浸漆和涂覆，也用于制作改进版的绝缘材料，例如漆布。20世纪20年代末到50年代所生产的电机中，绝大部分都是采用这种从老式天然材料改进的合成版材料，并且至今在绝缘工业和设备防护涂漆领域还占有一席之地。用于溶解这些涂料或漆的挥发性有机化学品（VOC）溶剂在广泛使用之后，由于对空气的污染而成为我们的负担。当VOC的排放被环境保护条例限制以后，人们必须在进行干燥或烘烤操作时把它们从通风的空气中清除掉，当然，也可以采用低挥发性材料，或者是现代的无溶剂树脂。

其他那些从第二次世界大战之前就开始沿用至今的绝缘材料，包括聚氯乙烯（1927年始用），尿素甲醛（1929年），丙烯酸（1936年），聚苯乙烯和尼龙（1938年），还有三聚氰胺甲醛（1939年）。

20世纪40年代至50年代，是大量引入合成聚合物和树脂的时期。1942年引入聚酯和聚乙烯，1943年引入碳氟化合物和硅树脂，1947年引入环氧树脂。在20世纪50年代引入了聚氨酯、聚丙烯和聚碳酸酯。虽然这些材料的早期版本比现今流行的供货在精细程度和性能上有所欠缺，但是它们的出现就意味着电气绝缘材料的新应用已经呈现了一种迅猛发展的态势。聚酯是由醇酸树脂化学实践中衍生出来的，所用的醇酸树脂既有饱和的、也有不饱和的多重羧酸和多羟基醇。聚酯在第二次世界大战以后变得非常普遍，并且开始渗入到电气绝缘市场。

一种非常重要的由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成的绝缘薄膜，是饱和芳香对苯二酸和乙烯乙二醇化学反应的结果。它是线性化的热塑性聚合物，结晶化程度很高，熔点高（265℃），而且稳定性非常好。薄膜以及这种聚合物的纤维制品在俄罗斯被称为Lavasan，在英国称作Terylene（涤纶），而美国则称作Mylar（聚酯薄膜）和Dacron（的确良）。

二元酸或它的酸酐不饱和时（即两个碳原子间含有双键，或写为C═C），与多羟基醇发生酯化反应，就可生成仍是不饱和的聚酯。因为存在双键，这些聚酯在添加催化剂的作用下，就会与不饱和的单体材料或者与较复杂的含有双键的化合物，发生共聚合反应。这种反应允许液态原材料转化为不带挥发性副产品的固态物质，并且也无须使用挥发性溶剂。这类典型的聚酯可以是由顺丁烯二酸或它的酸酐和乙烯乙二醇生成。当生成的不饱和顺丁烯二酸乙二酯与苯乙烯单体发生共聚合反应时，添加一个百分比很小的引发剂（即过氧化苯甲酰），就可以使其固化为电气绝缘性能和机械性能都非常好的产品。这种合成物，以及类似的用其他不饱和有机酸或酸酐与单体的合成配方产品，一直广泛地用作电动机绕组的浸渍漆。正如在第3.4.1节介绍的，这种化学技术也用于高电压的发电机绝缘。(www.xing528.com)

当仅有天然材料和早期的合成产品可选择时，运行经验是决定绝缘材料耐热等级的主要因素。早在1913年Steinmetz和Lamme在美国电气工程师学会会刊AIEE上发表的论文《温度和电气绝缘^[3]》，就认识到了绝缘劣化与受热和时间相关。根据组成材料的基本成分可以把材料耐热等级划分成三级：能够用于90℃的A级材料，包括如前所述的天然有机纤维，如纸和棉，以及天然油类、树脂和橡胶；能够用于125℃的B级材料，包括耐热矿物云母、石棉和硅石，通常用来与天然浸渍和黏合材料组合起来使用；能够用于150℃及以上炽热高温的C级材料，是指那些无须靠有机黏合剂即可保持形状的无机材料。上述耐热分级与我们今天的分级方法有所不同（见表2.1）。

1948年Dakin发表了一篇题为《用化学变化现象分析电气绝缘劣化问题^[4]》AIEE论文。该文认为，有机绝缘材料热性能的劣化是内部化学物质变老化的结果。作者根据实验室经验进行的有机化学反应速率的研究和通称为化学劣化速率的Arrhenius公式[见式（2.1）]，得出了绝缘劣化与受热的关系。在常用对数坐标上绘制绝缘寿命相关曲线时，随着被测温度几次提升，对应其绝对温度（K）的倒数，该曲线显示的是一条直线（见图2.1），只是到了随后的更高温度等级的试验时，因化学反应已变成老化过程的一部分，就不再是直线关系了。如果曲线的直线部分被延伸到较低的温度区域，它就能够用于预测这种较低温度下的绝缘结构寿命。因此，以一个任选的寿命终止诊断试验为基础，在绝缘正常期望运行温度点上再提升几度温度，就可以知道对应的绝缘老化缩短寿命时间，也就对高于正常温度时的绝缘做出了老化寿命预测。

在第2.3节中我们引入了热耐受试验的概念，而该试验就是所讨论的绝缘结构热等级的分级基础。在此回顾这个试验是因为它关系到绝缘材料和绝缘结构的发展历史。

第二次世界大战以后，各种各样新的合成材料实现了工业化生产。为了对某种物质超出使用经验时的性能做出快速地评估，就推动了新评估方法的发展。在完整的电机上进行各种应力水平下的试验花销巨大，为了取代这种方法，人们开发出一种加速性能试验的新方法。20世纪50年代有几个机构开发了电动机和小型发电机的部分模型，可以复制生产绝缘材料和相关的电气及支撑部件的基本组合体^[5，6]。这种不甚昂贵的模型发展成了今天我们所熟知的“散嵌绕组模型（motorettes）”和“成型绕组模型（formettes）”，即采用IEEE 117和1176中的基本模型。人们建立了大量的这些模型用来评估新合成材料的许许多多不同品种及其组合效果。此处可参见第2.3.4节，该节详尽描述了现代标准化的老化试验方法。

许多新的合成材料以及它们同属类型的变种，在进行散嵌绕组模型试验过程中，人们曾发现这些绝缘材料体系在试验寿命方面存在非常明显的差异，以致不能根据化学品种来划分耐热等级，而且那时该现象非常普遍。今天，绝缘结构的特性仍然通过执行老化寿命试验确定，适用的标准有IEEE 117和275（后来被IEEE 1776代替），以及IEC 60034-18中的第21和31节，并且这几个标准中也包含了基于这种试验的绝缘耐热分级的专项内容。经验表明，这些具有比较功能的试验能很好地指示了绕组的使用寿命。随着新材料和绝缘结构应用成功的经验积累，它们又成为更新的绝缘材料和绝缘结构进行对比研究的基准结构。