超高耐熱性半無(wú)機(jī)漆包線漆的研究進(jìn)展與市場(chǎng)展望

漆包線漆是一種涂在裸銅線，裸鋁線，裸合金線等的外部的涂層，以便在電線和電線之間形成良好的絕緣層。漆包線漆除了為電線提供出色的絕緣性能外，還為電線提供了良好的機(jī)械性能，耐化學(xué)性和耐熱性。

隨著生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，漆包線的市場(chǎng)需求大大增加。機(jī)械零件的小型化和輕量化是電氣產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢(shì)。高功率是電氣產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的另一個(gè)重要趨勢(shì)。小體積和高功率將導(dǎo)致線圈在運(yùn)行期間產(chǎn)生大量熱量。漆的耐熱水平正在增加。高鐵，軍工，航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步離不開(kāi)高耐熱漆包線漆的支撐。

絕緣材料根據(jù)耐熱性分為Y級(jí)，A級(jí)，E級(jí)，B級(jí)，F(xiàn)級(jí)，H級(jí)和C級(jí)，允許溫度（°C）為90、105 ，120、130、155、180和180以上。我們通常將耐熱等級(jí)為H級(jí)及以上的漆包線漆稱為高溫漆包線漆。迄今為止，已被廣泛使用的耐高溫漆包線漆包括：由聚酯亞胺，聚酰胺酰亞胺，聚酰亞胺和其他樹(shù)脂制成的漆包線漆，還有其他報(bào)道，例如：聚間苯二甲酸酯丙烯酸酯，聚二苯醚，碳氟樹(shù)脂制成的絕緣漆。然而，這些絕緣涂料的耐熱水平通常在180?240℃之間，并且耐熱水平高于250℃的絕緣涂料仍然是一個(gè)特殊領(lǐng)域，并且目前市場(chǎng)上還沒(méi)有成熟的應(yīng)用。

一、超高耐熱漆包線漆概述

為了獲得更好的耐熱性，漆包線漆必須合成高熔點(diǎn)聚合物材料，該聚合物材料在高溫下不能分解，并且可以以油漆的形式使用。另一方面，還嘗試了許多具有很高耐熱性的無(wú)機(jī)材料來(lái)制造具有超高耐熱性的漆包線漆。以下是改善涂層耐熱性的幾個(gè)方面：

（1）提高樹(shù)脂的耐熱性，包括：在結(jié)構(gòu)中用氟原子，有吸引力的芳環(huán)和亞胺環(huán)代替氫原子；

（2）賦予漆膜良好的彈性，防止熱量積聚引起漆膜開(kāi)裂和脆化；

（3）通過(guò)將無(wú)機(jī)顏料填充到樹(shù)脂中來(lái)改善漆包線漆的耐熱性。例如，添加金屬氧化物粉末可以提高漆膜的導(dǎo)熱性，從而使熱膨脹系數(shù)接近導(dǎo)線的熱膨脹系數(shù)，從而使熱量快速消散；

（4）有機(jī)聚合物本身的耐熱性具有一定的極限，因此可以通過(guò)使用陶瓷涂料等無(wú)機(jī)材料來(lái)嘗試獲得耐熱性更好的漆包線漆。

總之，超高耐熱漆包線漆可以分為三類：有機(jī)高溫聚合物漆包線漆，半無(wú)機(jī)聚合物漆包線漆和無(wú)機(jī)漆包線漆。

二、超高耐熱半無(wú)機(jī)漆包線漆

有機(jī)耐高溫聚合物主要包括兩種類型的硅樹(shù)脂和雜環(huán)聚合物。有機(jī)硅樹(shù)脂具有良好的耐熱性，并且熱分解溫度Td可以達(dá)到約500℃，但是主鏈中的Si-O-Si鍵合特性類似于陶瓷，因此柔韌性不好。雜環(huán)聚合物的一般合成步驟很繁瑣，并且在經(jīng)典的有機(jī)合成方法中很少考慮使用雜環(huán)化合物。漆包線漆中通常使用的聚合物是芳基聚酰亞胺，而聚酰亞胺本身是雜環(huán)聚合物。可以廣泛使用的原因是聚酰亞胺的兩步合成方便實(shí)用。涂有無(wú)機(jī)材料的電磁線主要由氮化硼和碳化硼等陶瓷層制成，然后將其覆蓋并固結(jié)在金屬線上。耐熱性很好，但是繞組性能不好。半無(wú)機(jī)聚合物搪瓷漆是聚合物材料和無(wú)機(jī)材料的組合以形成復(fù)合材料，從而獲得比單一材料更好的總體性能?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性和便利性，在充分利用有機(jī)聚合物和無(wú)機(jī)材料的特性的同時(shí)，現(xiàn)階段超高耐熱性的半無(wú)機(jī)搪瓷漆的**選擇是無(wú)機(jī)聚合物改性的聚合物搪瓷漆，即是，半無(wú)機(jī)漆包線漆。

2.1、高分子樹(shù)脂的選擇

由于芳基聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)包含大量的芳環(huán)和亞胺雜環(huán)，其分子鏈具有很強(qiáng)的剛性，并且分子鏈段自由旋轉(zhuǎn)的能壘很高。因此，由于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，熔點(diǎn)和熱分解溫度高，因此可以在高溫下長(zhǎng)期穩(wěn)定地使用。根據(jù)絕緣材料的耐熱等級(jí)，它可以達(dá)到240級(jí)，這是所有有機(jī)漆包線漆中**的耐熱等級(jí)。另外，聚酰亞胺漆包線漆的合成方法比較成熟，簡(jiǎn)單，已得到廣泛應(yīng)用。因此，最適合將聚酰亞胺用作超高耐熱性半無(wú)機(jī)漆包線漆的基體樹(shù)脂。

聚酰亞胺種類繁多，形式多樣，合成方法也有一步法，兩步法和氣相沉積法。其中，兩步法是聚酰亞胺漆包線漆的常見(jiàn)合成方法：也就是說(shuō)，漆包線生產(chǎn)商使用二酐和二胺在極性溶劑中冷凝成聚酰胺酸溶液。膜。根據(jù)相關(guān)研究，一步法聚酰亞胺具有**的熱性能和**的溶解度，并且不適合生產(chǎn)漆包線。兩步聚酰亞胺在預(yù)聚物聚酰胺酸中具有足夠的粘度。在這種情況下，熱性能與一步法相差不大，并且最適合用于漆包線漆的生產(chǎn)。

聚酰亞胺漆包線漆中通常使用的二酐和二胺是均苯四酸二酐（PMDA）和4,4-二氨基二苯醚（ODA）。該聚酰亞胺膜的熱分解溫度Td為550℃左右。為了進(jìn)一步提高基體樹(shù)脂的耐熱性，許多研究者對(duì)聚酰亞胺進(jìn)行了各種改良研究。吉林大學(xué)管岳研究了主鏈上具有吡啶雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺。通過(guò)合成具有吡啶結(jié)構(gòu)的二胺和不同的二酐形成的聚酰亞胺，結(jié)果表明，由二胺制備的聚酰亞胺具有較好的溶解性，但熱分解溫度Td僅為520?530℃左右，耐熱性不如由PMDA和ODA形成的聚酰亞胺。北京理工大學(xué)的翟洪濤研究了羥基封端的氟化聚醚醚酮共聚物改性聚酰亞胺。結(jié)果表明，盡管聚酰亞胺膜具有改善的耐濕性，但是熱分解溫度Td在514?520℃之間，并且耐熱性也有所改善。下降。通過(guò)對(duì)以上研究結(jié)果的分析，可以得出結(jié)論，分子結(jié)構(gòu)中對(duì)稱的苯環(huán)有助于提高聚酰亞胺的耐熱性，而醚鍵，含氟基團(tuán)，雜環(huán)和三元共聚對(duì)溶解度沒(méi)有影響。 就性能而言，這是有幫助的，但會(huì)影響聚酰亞胺的耐熱性。

綜上所述，從耐熱性和原料方便性的角度出發(fā)，最適合使用由ODA和PMDA或BTDA合成的聚酰亞胺作為基體樹(shù)脂來(lái)制備超高耐熱性的半無(wú)機(jī)漆包線漆。

2.2、無(wú)機(jī)材料的選擇

如前所述，用于耐高溫的最常用的無(wú)機(jī)材料是陶瓷材料。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，用于耐高溫的陶瓷已從傳統(tǒng)的天然陶瓷材料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷母呒兲沾伞Ｐ滦偷哪透邷靥沾刹牧系哪蜔釡囟瘸^(guò)1000°C。它主要包括兩類：一類是以二氧化硅和氧化鋁為代表的氧化物基陶瓷，另一類是非陶瓷材料。硅，以氮化硅和碳化硅為代表。氧化物基陶瓷。另外，單組分耐高溫陶瓷材料在性能上存在缺陷，因此也促進(jìn)了耐高溫陶瓷材料的復(fù)合發(fā)展。

美國(guó)最早使用陶瓷材料作為絕緣涂層。在1945年至1950年之間，美國(guó)人準(zhǔn)備了帶有二氧化硅陶瓷涂層的鎳鍍銅漆包線。

1980年代，日本住友電氣株式會(huì)社開(kāi)發(fā)了以氧化鋁陶瓷為絕緣層的鋁漆包線。后來(lái)，土耳其哈蘭大學(xué)的Erdal等人通過(guò)溶膠-凝膠法地板成功地在銀線表面制備了ZrO2-MgO涂層。我國(guó)陶瓷絕緣電磁線的研究進(jìn)展相對(duì)較慢：上海電纜學(xué)院和中國(guó)發(fā)電廠已成功研制出陶瓷絕緣電磁線和玻璃薄膜線，可在400°C穩(wěn)定使用。周凡能和其他人使用熔融玻璃包裝。鍍鎳銅線用于制備玻璃膜鍍層電磁線，可在400°C下長(zhǎng)時(shí)間使用。

對(duì)于陶瓷材料改性的聚合物漆包線漆，為了確保漆液和漆膜的透明性和均勻性，用于改性聚酰亞胺漆包線漆的納米陶瓷材料主要為二氧化硅，氧化鋁。 ，氮化鋁以及目前熱的碳納米管，石墨烯，氧化石墨烯等。

2.3、超高耐熱半無(wú)機(jī)漆包線漆的研究

（1）超高耐熱性半無(wú)機(jī)漆包線漆的制備方法

聚酰亞胺復(fù)合材料的三種常見(jiàn)制備方法為：溶膠-凝膠法，原位聚合法和插層法。

溶膠-凝膠法長(zhǎng)期以來(lái)一直用于制備無(wú)機(jī)納米顆粒。這是制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的相對(duì)成熟的方法。該方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：反應(yīng)可以在低溫下進(jìn)行，并且納米粒子可以具有較好的均勻分散，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

原位聚合方法是將納米顆粒分散到聚酰胺酸中，然后將其原位酰亞胺化以制備雜化膜。由此制備的雜化膜具有優(yōu)異的分散均勻性。插入方法是在蒙脫石層狀硅酸鹽片之間插入單體或聚合物，然后破壞硅酸鹽片的結(jié)構(gòu)。剝離層的厚度為1nm，長(zhǎng)度和寬度均為100nm。并使其均勻地分散在聚合物基體中，以實(shí)現(xiàn)納米尺度下聚合物與層狀硅酸鹽片的復(fù)合。

為了制備漆包線涂料，原位聚合自然是最合適的方法。通過(guò)原位聚合制備超高耐熱性的半無(wú)機(jī)漆包線漆的方法有兩種：一種是傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌/超聲分散法，該方法將陶瓷粉末均勻地分散在聚酰亞胺預(yù)聚物聚酰胺酸溶液中；另一種是接枝，通過(guò)將陶瓷粉末官能化以具有羧基等官能團(tuán)，然后在聚酰亞胺衍生物的側(cè)鏈上接枝諸如羥基的基團(tuán)。使用的大多數(shù)接枝方法是碳納米管，石墨烯，氧化石墨烯和其他具有官能團(tuán)或相對(duì)易于官能化的新材料。其他陶瓷材料通常采用機(jī)械攪拌和超聲分散。

（2）超高耐熱性半無(wú)機(jī)漆包線漆的熱性能

由碳納米管，石墨烯，氧化石墨烯和以接枝法為代表的其他材料制成的雜化聚酰亞胺膜與純聚酰亞胺膜的耐熱性差異很小，并且基本上沒(méi)有變化。張煥煥等人2011年的研究結(jié)果表明，聚酰亞胺/碳納米管復(fù)合材料與純聚酰亞胺薄膜的熱分解溫度基本沒(méi)有差異。于娟等人在2014年的研究結(jié)果表明，摻雜對(duì)復(fù)合膜的熱分解溫度影響不大。王靜瑩等人2017年的研究結(jié)果表明，改性氧化石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合膜的熱分解溫度與純聚酰亞胺膜的熱分解溫度沒(méi)有太大差異。關(guān)于碳納米管，石墨烯和氧化石墨烯改性的聚酰亞胺的熱性質(zhì)，可能幾乎沒(méi)有變化。原因可能是所引入的材料與聚酰亞胺基體之間的作用力不強(qiáng)而影響聚合物鏈。另外，與其他陶瓷材料相比，這些碳材料的熱性能不是很突出。因此，碳材料，例如碳納米管，石墨烯和氧化石墨烯不適合制備超高耐熱性的半無(wú)機(jī)漆包線漆。

以機(jī)械攪拌/超聲分散法為代表的由其他耐熱陶瓷材料制成的雜化聚酰亞胺薄膜比純聚酰亞胺薄膜具有更大的耐熱性提高，可用于制造耐熱性超高的半無(wú)機(jī)漆包線。 250℃。王家軍等人2001年的研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)X含量達(dá)到48.67wt％時(shí)，與純聚酰亞胺薄膜相比，聚酰亞胺/氮化鋁復(fù)合材料的熱分解溫度Td提高了42℃。賈躍榮2016年的研究結(jié)果表明，與純聚酰亞胺相比，納米SiO2和B4C改性聚酰亞胺的熱分解溫度Td升高了約60°C。譚素等。當(dāng)蒙脫石-二氧化硅的添加量為5.0重量％時(shí)，酰亞胺/蒙脫石-二氧化硅復(fù)合膜的熱分解溫度Td增加28℃。耐熱陶瓷材料極大地改善聚酰亞胺的熱性能的原因是它們具有優(yōu)異的耐熱性。加入聚酰亞胺后，形成致密的無(wú)機(jī)絕緣網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與有機(jī)聚合物鏈互補(bǔ)，從而改善了聚酰亞胺耐熱水平。

綜上所述，超高耐熱半無(wú)機(jī)漆包線漆的制備仍應(yīng)以耐熱陶瓷材料雜化聚酰亞胺為基礎(chǔ)，在250°C以上可以達(dá)到超高耐熱等級(jí)。

三、展望

科技的不斷發(fā)展促進(jìn)了漆包線漆的發(fā)展，使其具有更高的耐熱性。純聚合物材料和純陶瓷材料具有其固有的缺陷。用陶瓷材料改性的聚合物仍然是超高耐熱漆包線漆的優(yōu)先發(fā)展方向。我們希望將來(lái)在制備漆包線時(shí)能夠在聚酰亞胺的耐熱設(shè)計(jì)以及使用耐熱性更高的復(fù)合陶瓷材料方面看到更多的改進(jìn)。

另外，一般的聚酰亞胺漆包線漆包線的固體含量只能達(dá)到約20％。我們看到，通過(guò)添加耐高溫陶瓷材料，復(fù)合漆包線漆包線的固含量可以達(dá)到30?40％，大大減少了有機(jī)溶劑的用法。我們也希望在不久的將來(lái)，超高耐熱漆包線漆能夠達(dá)到更高的固含量，并且更加環(huán)保。