我国环保型绝缘材料的现状及发展方向

卢春莲 周 键

（1.哈尔滨大电机研究所，哈尔滨 150040; 2.桂林电器科学研究所，广西 桂林 541004）

1 引言

随着全球大工业化发展进程的加剧，以及人口数量增长速度的加快，对天然资源，尤其是能源需求的不断扩大，使得人类赖以生存的自然环境不断受到侵害，引发的水污染、空气污染、大气污染等自然灾害连年不断发生，已经到了严重威胁人类生存的地步，为我们敲响了警钟。所以，人们从几十年前就开始关注环境问题。进入20世纪人类提出了许多新理念，例如：循环经济、低能耗产品、低碳工业及新能源产业等。这些新兴产业都是可持续发展的经济模式，必将推动新一轮科学技术的迅猛发展。

2 国内外绝缘材料在环保领域的发展状况

以循环经济、低能耗产品、低碳工业及新能源产业等为代表的环保工业体系，极大地改变和促进了世界机电行业的发展模式。同时也改变了绝缘材料的研发理念和产品结构。

与发达国家相比，我国的机电工业及其绝缘材料行业，还处于比较落后的水平。几十年前从美国西屋公司30万kW、60万kW发电机组大规模引进的时候，奥地利Rembrandtin Lack公司的水溶性半无机硅钢片漆、美国 GE公司的无溶剂多胶粉云母带等环保型绝缘产品，并没有引起我们的足够重视。而 10年前哈尔滨电机厂从德国西门子引进的Micalastic绝缘系统，其中的环保产品就引起国内制造厂家的广泛重视，例如：ET884无稀释剂的环氧酸酐VPI浸渍树脂、L611热收缩绝缘保护带等，对改善工艺性和减小环境污染起到了积极作用。目前，国内东电、哈电发电机定子线棒SVPI、风力发电机绝缘也都采无稀释剂的环氧酸酐VPI浸渍树脂。另外，经过几年努力，国内部分企业的同样产品也实现了工业化批量生产，成功地替代了国外进口产品。

2.1 EB5001G水溶性半无机硅钢片漆

该产品是国外知名公司制造大型、超大型高压电机指定的硅钢片漆，销售量占全世界硅钢片漆产量的50%以上。近年来美国杜邦公司的 Voltatex E1151A水溶性半无机硅钢片漆后来者居上。

表1 EB5001G水溶性半无机硅钢片漆的技术指标

表2 E1151A水溶性半无机硅钢片漆的技术指标

嘉兴清河高力绝缘有限公司联合浙江大学、哈尔滨理工大学及济南发电设备厂经过几年的努力，完成了国产水溶性半无机硅钢片漆的开发。在哈尔滨电机厂交直流责任有限公司和济南发电设备厂批量使用结果，表明可以替代进口产品。

表3 国产0151水溶性半无机硅钢片漆的技术指标

2.2 无溶剂多胶粉云母带

该产品多年来都是美国 GE公司的著名品牌，目前被瑞士Von Roll公司收购，F级无溶剂多胶粉云母带现在的牌号为：Mica Mat 77984。特点是生产和使用过程中，没有溶剂挥发，可实现无气隙绝缘结构，并有利于保护环境，而且性能优异，储存期较长，低温快固化。

表4 Mica Mat 77984云母带的技术指标

桂林电器科学研究所、上海同力绝缘材料厂、四平绝缘材料厂等单位也正在从事F级无溶剂多胶粉云母带的开发研究。

2.3 ET884环氧酸酐VPI浸渍树脂

ET884纯环氧酸酐VPI浸渍树脂作为德国西门子 Micalastic绝缘系统的重要组成部分，真正做到了低毒、无挥发、低温快固化的环保型绝缘产品。

表5 ET884环氧酸酐VPI浸渍树脂的技术指标

2.4 L611热收缩绝缘保护带

该产品具有单向透气、高温收缩的特征。在80℃下收缩率很小。浸渍过程中不影响浸漆效果（渗透性）。在烘焙过程中绝缘保护带受热后收缩，在绕组表面形成一个“壳体”，既保证绕组端部形状和尺寸，又将内部的浸渍树脂“包裹”住，有效地防止浸漆树脂的流失。在提高整体性能的同时，减少了对环境的污染。

表6 L611热收缩绝缘保护带的技术指标

上海均达绝缘材料公司、上海新艺绝缘材料公司，已经完成热收缩绝缘保护带的国产化工作，并可以大批量生产和供货。

2.5 东绝厂的无卤阻燃材料

欧盟两个环保指令公布实施后，引起国内相关企业的广泛重视，并做到快速应对。东方绝缘材料厂自主开发的无卤阻燃材料，成功应用于薄膜、层压、塑料等制品，取得了良好的经济效益和社会效益。

表7 三嗪阻燃材料的技术指标

与国外发达国家相比，我国绝缘材料行业大多数产品缺少环保技术的支撑，尤其在新产品研发初期就没有建立环境保护的理念。产品、技术的落后，可以通过引进和自主开发而迎头赶上，但是，对环境保护的认识和理念的缺乏和落后，却将以国人惨痛的代价和几代人的努力才能见到效果。可喜地是近年来国内绝缘材料生产制造厂，对国际上环保型新材料、新工艺、新技术的响应速度明显加快。使用厂在对其选择时，也将环保因素作为考虑的重点。

2.6 绝缘材料在环保领域的作用

绝缘材料作为有机及无机电用高分子聚合物或复合材料，在生产制造和使用过程中，不可避免要有有毒有害物质排出，损害人的健康和污染环境。所以要求绝缘材料的研究者、制造者和使用者们在最早期就力争做到有毒有害物质排放最小化，以及选择处理技术和回收再利用。

2.7 绝缘材料在循环经济中的作用

循环经济是要解决资源有限和需求无限的矛盾、经济发展和环境保护的矛盾。循环经济在很早以前就在绝缘材料领域得到应用，例如：在聚酰亚胺薄膜制造过程中，N、N—二甲基乙酰胺溶剂的回收再利用；在聚酯薄膜制造过程中，利用聚酯废边及废品制造聚酯漆包线漆和聚酯浸渍漆；或重新造粒再生产聚酯薄膜；聚酯类漆包线生产过程中的三混甲酚溶剂循环燃烧装置等。

2.8 绝缘材料在低能耗产品中的作用

在绝缘材料生产制造和使用过程中，尽可能降低反应温度，缩短反应时间，即大力发展低能耗产品。例如：从1032醇酸树脂漆到1038醇酸树脂漆（快干型）的研制工作；从5440-1桐马多胶粉云母带到 5440-1K（快固化型）多胶粉云母带的研制工作等。以及从普通沉浸工艺发展为滴浸工艺；近年来发展较快的低温快固化技术等。

表8 5440-1K（快固化型）多胶粉云母带的技术指标

2.9 绝缘材料在低碳工业中的作用

低碳经济是要解决高能耗、高污染、高排放的问题。绝缘材料在低碳工业中的作用就是在生产制造和使用过程中，尽可能降低能源消耗，消除或减少有毒有害物质及温室气体的排放。

最有效的方法是采用低温快固化工艺，及无溶剂技术和水溶性技术。例如：美国 GE公司的Micadur-Ⅱ绝缘系统；美国杜邦公司的 Voltatex E1151A水溶性半无机硅钢片漆；德国西门子公司的Micalastic绝缘系统及日本TMEIC公司的绝缘系统等。

2.10 绝缘材料在新能源工业中的作用

新能源工业主要包括：大型核动力发电、风力发电机、光伏发电及潮汐发电等。它们对绝缘材料提出不同的要求，极大地促进了绝缘材料技术的发展，例如：

（1）哈尔滨电机厂交直流责任有限公司从美国引进的目前处于国际领先水平的核动力主泵电机（AP-1000）。其绝缘系统及组分材料全部依赖进口，性能指标都对我们保密。该绝缘系统要求耐高温、耐辐照、变频等性能，关键材料及技术是：①200级漆包扁线；②200级有机硅无溶剂VPI浸渍树脂；③200级槽绝缘；④特种绝缘固定材料；⑤特种防护材料等，以上绝缘材料目前在国内尚属空白。

（2）新型核动力驱动机构绝缘系统及组分材料的研究。

主要应用于新型核动力技术，即先进堆技术——将驱动机构从核反应堆外移至核反应堆内。

关键材料及技术是超耐高温有机材料经过高温处理转化为无机材料。其中包括匝间绝缘、浸渍树脂、槽绝缘和引线绝缘等。

（3）大功率风力发电机的绝缘系统及其组分材料的研究。

大功率风力发电机作为新能源工业的重要组成部分，近年来在我国发展速度惊人，但是其绝缘系统及其组分材料的使用较为混乱，有必要进行合理的规范和研究。

其中的关键技术是：①耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶云母带的研制；②H级VPI浸渍树脂的研制；③绝缘防护材料的研制。以此解决该绝缘系统耐电晕、耐高温及工作环境严酷等实际问题。

（4）混合动力汽车绝缘系统及组分材料的研究。

混合动力汽车是低碳工业及新能源技术的新兴产品。其在绝缘系统和组分材料的关键技术是解决电机耐电晕、耐高温和交变电压等问题。需要①研制耐电晕、耐高温的漆包导线；②研制耐电晕、耐高温的浸渍树脂；③电机端部高导热环氧浇注材料的研制；④先进的绝缘固定技术的研究；⑤整机及绝缘防护技术的研究。

（5）太阳能发电专用绝缘系统及组分材料的研究。

主要应用于新能源领域。关键技术是：高纯度特种聚酯薄膜的制造技术，其中主要包括高纯度特种聚酯薄膜的制造工艺和生产设备的设计与制造。

（6）潮汐发电专用绝缘系统及组分材料的研究。

主要应用于新能源领域。关键技术是解决电机的耐盐雾及防潮问题。研制耐盐雾及防潮绝缘材料；研制绝缘防护材料及其绝缘防护结构的研究等。

3 在“十二五规划”中环保型绝缘材料的研发方向

“十二五规划”的宗旨和意义是：发展先进技术、替代进口产品、树立环境保护意识等。

未来我国机电工业的发展趋势为：超大型水轮发电机组、超大型核动力发电机组、大型风力发电机组、高压电动机（电压等级≥20kV）、超高压直流输配电、太阳能工程、混合动力汽车产业等节能环保工业。另外，大型火力发电机组的技术改造工程（环保及增容的要求，即减少碳硫排放及减薄绝缘的需要）也将成为研究重点。

因此，环保型绝缘材料的研发方向应为：

（1）无溶剂和水溶性环保型绝缘材料。

（2）低温快固化的节能型绝缘材料。

（3）可循环使用的节约型绝缘材料。

（4）环保产业所需要的配套型绝缘材料。

（5）针对天然物质的替代型绝缘材料。

（6）对老产品进行的技改型绝缘材料等。

（7）绝缘材料环保评定方法的研究等。

4 结论

绝缘材料作为机电工业的基础化工材料，理所当然应该淘汰落后的生产技术，大力发展先进的环保工业技术，为我国可持续发展的国民经济作出新贡献。“十二五规划”中已经将循环经济、低能耗产品、低碳工业及新能源产业，作为创新技术的发展目标。因此，我国相对落后的绝缘材料工业将面临新的挑战和新的机遇。

[1]皮如贵. 发电设备的发展对绝缘技术的新要求[C].北京:第十届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集,2008.

[2]庞宏力,刘立柱. 水溶性无机硅钢片漆的研制[C]. 北京:第十届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集,2008.

[3]浦顺兴. 最近国内外大电机定子线圈主绝缘的发展[C].西安:第六届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集,1996.

[4]祁世发等. 武钢 2250热连轧电机[C]. 哈尔滨:大电机研制专刊,2002.

[5]祁世发. 国产单向透气绝缘保护带[C]. 海口:绝缘材料与绝缘技术交流会,2004.

[6]漆临生等. 发电机单根线棒 VPI绝缘系统研究[C].九江:第九届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集,2005.

[7]金英兰等. 快固化云母带[C]. 九江:第九届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集,2005.

[8]王吉生. 风电项目开发中有关问题分析[J].中国风能,2009(1).

[9]林燕.太阳能并网发电技术概述[J].电器工业,2009(12).