VPI真空浸漆制造聚酯主绝缘/聚酯在电动机定子绝缘中的应用

从醇酸树脂发展出来的聚酯是自1942年开始走向实用的。最初是在战时用于军事目的，包括造船和浮桥，与玻璃纤维一起结合成强韧的层合材料。战争结束以后的数十年间，这个树脂家族得到了广泛发展，并且至今它们当中的大部分产品已然与电气无关，不过，它们的问世对于现代线圈绝缘的发展却起到至关重要的作用。

在第3.1节提到了高电压情况下使用的沥青云母剥片的主绝缘存在的“绑带分离”和“周向开裂”现象。不同的制造商在配制沥青树脂时掺用快干油的百分比，决定了沥青树脂的软化温度。在云母剥片绝缘带开始分层以前，包括那些黏合力不足的热固化配方在内的绝缘，都仅能够耐受由热循环引起的少量的剪切应力负荷（见第8.2节）。发电机的槽长度和使用温度都是决定绝缘内部剪切应力的重要因素。其他因素还有线圈在槽内固定的紧度、发电机负荷循环周期，以及循环负荷开始以前在空气中累积受热的程度。

当改进型快干油沥青树脂在空气中受热时，会因慢慢氧化而逐渐硬化，最终变得更坚硬，而且软化温度更高。不过，从20世纪30年代诞生了氢气冷却发电机后，使氧气不再与绝缘接触，因此几乎排除了在运行中的受热氧化或做干燥处理的机会，而这本来是有助于避免绝缘绑带分层现象的。绝缘工程师们认识到，需要一种新型的热固性、形态不会熔化的黏合物和填充树脂，在线圈制造期间进行固化。战争更加速了聚酯树脂化学工业发展，提供的材料促使了新一代改进型发电机绝缘产品的开发。

战争结束后不久，西屋电气公司的工程师们最早进行了实验室的尝试，把新兴的聚酯化学用于发电机和电动机线圈高压主绝缘结构的制造。他们开发出商标名为“斯玛拉斯蒂克（Thermalastic）”的绝缘结构。基于同一结构的各种变种都被特许给其他几家旋转电机制造商，并且当专利到期以后被很多制造商广为复制。

西屋公司选择有机物乙烯基（含有化合键C═C）的不饱和二羧酸，其含有化学性质活泼的游离羧基（—COOH），与仅有活性羟基（—OH）的多羟基醇混合进行化学反应。当基本摩尔当量的这些材料充分混合，并置于一个密闭的反应容器中与一种起酯化作用的催化剂（可以是无机酸类）一起加热时，就会发生酯化反应。为排出反应过程中生成的水，以增加酯化程度，当反应进行到产生挥发性有机液体（如甲苯、二甲苯）时，可以通过共沸蒸馏除掉水分。这种原材料及酯化程度是可选的，而最后形成的产品则是没有溶剂的，在室温或加热情况下呈糊浆状的聚酯树脂。

这种树脂典型的应用是用于局部浸渍云母剥片，浸渍时把云母材料敷设在诸如米纸或高度压光的麻制纸等柔韧的薄板形基底材料上。还有许多种支撑材料，包括塑料薄膜、合成树脂纸、机织玻璃布、玻璃纤维纸等，可以做这种板材的单面或双面基底材料的替代物。这种板材被切割成带状，在线圈上缠几层或很多层，形成主绝缘，层数取决于线圈设计中对工作电压的要求。这种云母带可以永久保持柔性，并且在使用以前若储存得当的话，在相当长的时间内也不会在高温或低温情况下发生老化、变硬或明显的劣化。(www.xing528.com)

西屋公司选择用聚酯，采用改进的VPI真空浸漆工艺制作主绝缘，首次用于沥青云母线圈。缠包好的线圈放到浸漆罐中，经过加热干燥和抽真空循环，基本上除去了所有的湿汽、空气，以及其他不需要的任何可以从线圈逸出的挥发性物质。然后向浸漆罐内注入一种黏度很低的、呈液态、不饱和并且有活性的单分子物质构成的浸漆材料，漆中含1%～2%的聚合催化添加剂，通常是一种有机过氧化物，直至清漆淹没线圈的所有部分。清漆浸没线圈后，通入压缩气体，例如，空气、氮气或者其他相对惰性的气体，使罐中承受一定的压力，有助于浸渍用的单体物质能够完全穿透线圈的缠包层，确保所有的空洞和缝隙能够被填满。承压的时间取决于必须要穿透的绑带层的数量，从10～15min（低电压设计）到几个小时（具有较厚主绝缘的高压线圈）。

浸漆材料要求在储存罐中具有稳定性、低黏度和较好的经济性。苯乙烯、乙烯基苯乙烯、异丁烯酸甲酯是这些不饱和的活性单体，并含有分子团—C═C—的物质实例。此外，还有许多单体物质能够用于或者与原来的单体物质混合用于组成浸漆化合物。这些浸漆材料的组成成分在与云母剥片带中的聚酯树脂密切接触以前，是一种不易于凝固或热固化的流体，即使把它们在空气中适度加热也是如此。

云母剥片绝缘在完全吸收浸漆至饱和以后，浸漆用的单体物质就被用气体压力顶回储存罐，而湿漉漉的尚未固化的线圈则从浸漆罐中取出，经短暂的滴干后转入固化工序。最简单的方法，是在一个烘干箱中加热到所选催化剂的活化温度以上。最终完成聚合作用并固化所需要的温度，是从80℃一直到大约135℃。这个过程把树脂转化为一种稳定的热固性固体。因为线圈被缠包了许多层绝缘云母带，还需要对线圈进行加热上胶和固化挤压工序，以便使线圈具有更加一致的外形尺寸。为此，还开发出了对线圈或线棒的曲线段进行模压处理的设备，可以使整体结构同时进行上胶和固化工作。在绕组线圈或半个线圈下到发电机或电动机定子铁心之前，最后一步是上保护涂层，所用的材料，与沥青云母剥片绝缘相同或类似。

新的聚酯热固化绝缘结构的许多制造工序，与以前的沥青云母剥片绝缘一样，需要的设备也相类似。两种制造方法，基本的相同之处是采用真空压力浸漆（VPI）工序，使低黏度液体进入半成品的云母带，填实云母带各层之间因缠包云母带过程中产生的空隙。聚酯树脂至今仍在广泛使用，特别是欧洲和遍布世界各地的维修工厂，用于低压或中压电动机定子的整体真空压力浸渍（GVPI）技术（见第3.10.4节）。

多功能的聚酯化学产品催生了许多绝缘新材料，促进了旋转电机工业的发展。在第3.3节中已经介绍过聚酯薄膜以及膜和（或）纤维的层压制品。经处理过的清漆、导线瓷漆及配件、模压绝缘块和电工层压板，这些都完全或部分地基于聚酯化学工业的产品，又衍生和优化出许多不同的绝缘材料品种，以满足各种不同型式的旋转电机，以及不同的绝缘耐热等级需求。