CN119296867A - 一种绝缘电线及其制备方法、线圈和电子/电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种绝缘电线及其制备方法、线圈和电子/电气设备，涉及绝缘电线技术领域，包括导体、依次设置所述导体外周的绝缘层和自粘层，所述自粘层为改性聚酰胺酰亚胺树脂，所述改性聚酰胺酰亚胺树脂中包含长链脂肪族的结构单体。本发明提供的绝缘电线，在高温下，具有优异的粘结力，可适用于200℃以上的高温场景。整体可降低客户端浸渍漆原材料成本、浸渍漆涂覆工艺成本以及人力成本。

Description

一种绝缘电线及其制备方法、线圈和电子/电气设备

技术领域

本发明涉及绝缘电线技术领域，更具体地，涉及一种绝缘电线及其制备方法、线圈和电子/电气设备。

背景技术

传统的电机线圈绕制工序之后通常需进行清漆浸渍处理，浸渍漆的主要作用有：一是电机浸渍漆能够渗透到电机的绕组和铁芯之间，形成一层绝缘保护膜，防止电流泄漏和绝缘损坏。二是电机浸渍漆能够增强电机绕组的机械强度，防止绕组在运行过程中发生变形或损坏。由于耐热等级的限制，目前市面上的电机浸渍漆都是热固性的漆液，电机浸漆的过程需要先对电机进行清理，然后进行浸渍，再固化浸渍漆，整个加工过程非常的复杂，成本非常的高，而且由于浸渍漆是热固性树脂，因此一旦浸渍失败，需要报废整个电机。

因此目前行业类尝试在绝缘电线的外周涂覆自粘层制成自粘绝缘电线，用来取代浸渍漆。因为自粘绝缘电线在绕线过程中，即可进行粘结，或者在绕制完成后，对整个电机进行加热，即可使自粘层软化后相互粘结，再经过冷却后即可将线圈固化。但是目前市面上的自粘漆，其耐热等级较低，通常只能承受120-180℃的高温，当温度超过这个范围时，自粘绝缘层则会失去粘结力，导致线圈松动脱落，影响电线的正常使用和安全性。其次，市面上通常使用的自粘漆多为聚酰胺或者环氧树脂等材料，这类材料的绝缘效果较差。因此，现有的自粘绝缘电线在耐热性和绝缘效果等方面，仍存在较大的改进空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种绝缘电线，本发明提供的绝缘电线，在高温下，具有优异的粘结力，可适用于200℃以上的高温场景，并且绝缘电线具有很好的绝缘性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种绝缘电线，包括导体、依次设置所述导体外周的绝缘层和自粘层，所述自粘层为改性聚酰胺酰亚胺树脂，所述改性聚酰胺酰亚胺树脂包含长链脂肪族的结构单体，即所述改性聚酰胺酰亚胺树脂为长脂肪族链聚酰胺酰亚胺（简称长脂肪族链PAI）。

进一步地，所述改性聚酰胺酰亚胺树脂的结构如下式4所示：

式4；

其中，所述R₁为不小于4个碳的脂肪族基团；R₂选自脂肪族、脂环族、芳香族烃基；n为3-20，优选为5-10。

进一步地，所述R₁为具有6-36个碳的长链脂肪族烃基；更优选地是具有10-24个碳的长链脂肪族烃基。优选地，所述脂肪族烃基是饱和的脂肪族亚烷基。

进一步地，所述长脂肪族链PAI即上述式4的制备方法包括以下步骤：

1）三羧酸+脂肪族二胺反应生成含有脂肪族链的亚胺预聚体：

采用如式1所示的二胺，与三羧酸反应，生成如下式2结构的亚胺：

式1；

式2；

其中，R₁为不小于4个碳的长链脂肪族基团，优选地具有6-36个碳的长链脂肪族烃基，更优选地是具有10-24个碳的长链脂肪族烃基；优选地，所述脂肪族烃基是饱和的脂肪族亚烷基。

2）将步骤1）所得式2所示的结构与二异氰酸酯反应，得到式4所示的PAI；

其中，所述二异氰酸酯的结构式3如下所示：

式3；

R₂选自脂肪族、脂环族、芳香族烃基，二异氰酸酯可选地为甲苯二异氰酸酯（简称TDI），二苯基甲烷二异氰酸酯（简称MDI），异佛尔酮二异氰酸酯（简称IPDI），亚甲基二异氰酸酯（简称HDI）或其组合物。

进一步地，步骤1）中，具体为，在回流条件下，将式1所示的化合物与三羧酸反应在溶剂中混合，进行回流加热反应，加热温度为180~200℃，反应时间为1-3h，优选为2h；反应完成后，去除溶剂；

优选地，在真空条件下约0.1~0.5kPa的条件下蒸馏去除溶剂。

其中，式1所示的结构与三羧酸的摩尔比为1：1~3；优选为1：2。

进一步地，步骤2）中的反应温度为180~200℃；反应时间同样为1-3h，优选为2h；所述二异氰酸酯为式1所示的结构的2.2-2.5倍，优选为2.4倍。

进一步地，所述绝缘层为聚酰胺酰亚胺（简称PAI）树脂、聚酰亚胺（简称PI）树脂中的至少一种。

进一步地，沿所述导体向外单侧方向，所述自粘层的厚度为单边大于等于5 μm 。

进一步地，所述自粘层的起粘温度为190℃，所述自粘层的最佳粘结温度为230~270℃，所述自粘层失去粘结力的温度≥300℃。进一步地，所述自粘层的介电常数小于3.0。

进一步地，所述自粘层的介电常数优选为2.6-2.8。

本发明的目的之二在于提供一种由上述绝缘电线构成的线圈。

需要说明的是，本发明提供的线圈主要应用于使用场景温度较高，功率较大的电动机或发电机中，可在线圈绕制的过程中，对绝缘电线进行加热，使得自粘层在绕线的过程中即可产生粘性，将绝缘电线相互粘结为一个整体，最后将线圈装入定子中，冷却后制成成品电机。也可将绝缘电线装入定子后，对电子和线圈进行整体加热，使得自粘层逐渐产生粘性，从而将绝缘线之间相互粘结为一个整体，避免出现空隙和松动；本发明提供的绝缘电线，可取代现有技术中对电机进行浸漆的加工工艺，整体可降低客户端浸渍漆原材料成本、浸渍漆涂覆工艺成本以及人力成本。且本发明提供的绝缘电线在温度达到280℃以上时，才逐渐开始出现解粘；该解粘温度远远超过了绝缘层的耐热等级和电机的使用温度峰值，可有效保证其粘结效果，以及可有效保证其绝缘效果的均匀性和稳定性。

本发明的目的还在于提供一种由上述线圈制备得到的电气或电子设备。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提供的绝缘电线解决了传统的自粘绝缘电线耐热等级低，高温易导致线圈松动脱落的问题，本发明提供的绝缘电线从280℃开始解粘，完全失去粘结力的温度需要≥300℃。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1 （导体尺寸2.00ⅹ3.00mm）

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

在装有回流冷凝装置的烧瓶中，加入0.1mol的六亚甲基二胺，进一步加入0.2mol偏苯三酸酐（简称TMA），加入100ml乙苯，在180℃下回流反应2小时。去除回流，将温度提高到约200℃蒸馏去除溶剂乙苯。 然后，冷却至室温，加入0.24 mol的MDI及100ml N-甲基吡咯烷酮（溶剂），在190℃下回流反应2小时。反应结束后，得到了含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂的溶液，即长脂肪族链PAI。

2）将步骤1）所得长脂肪族链PAI漆涂在包覆有PI层（厚度为100μm）的绝缘电线上，并且经过烘烤固化，得到自粘层厚度约为15μm的改性PAI包覆线材，即得到绝缘电线。

其中，绝缘层中聚酰亚胺（简称PI）为一般的市卖品。

实施例2

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

采用如实施例1相同的方法，将TMA（0.2mol）与1，12-十二烷基二胺（0.1mol）溶于乙苯的溶剂中在200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于1，12-十二烷基二胺的量，加入2.4当量的MDI（0.24mol）和100ml N-甲基吡咯烷酮，190℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）将步骤1）所得含有12碳的脂肪族链PAI漆涂在包覆有PAI层（厚度为100μm）的绝缘电线上，并且经过烘烤固化，得到自粘层厚度约为15μm的改性PAI包覆线材，即得到绝缘电线。

其中，绝缘层中聚酰胺酰亚胺（简称PAI）为一般的市卖品。

实施例3

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

采用如实施例1相同的方法和实验条件，将TMA（0.2mol）与1，18-十八烷二胺（0.1mol）溶于乙苯的溶剂中200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于1，12-十二烷二胺的量，加入2.4当量的MDI（0.24mol）及100ml N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有18碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

实施例4

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

采用如实施例2相同的方法和实验条件，将当量比为2：1的TMA与1，12-十二烷二胺溶于乙苯的溶剂中200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于1，12-十二烷二胺溶的量，加入2.4当量的HDI和适量N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

实施例5

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

采用如实施例2相同的方法和实验条件，将当量比为2：1的TMA与1，12-十二烷二胺溶于乙苯的溶剂中200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于1，12-十二烷二胺的量，加入2.2当量的MDI和适量的N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

实施例6

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

采用如实施例2相同的方法和实验条件，将当量比为2:1的TMA（0.2mol）与1，12-十二烷二胺（0.05mol）和对苯二胺（0.05mol）的混合胺，两种胺的投料当量比为1：1溶于乙苯的溶剂中，200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于混合胺的量，加入2.4当量的MDI（0.24mol）和100ml N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

实施例7

1）制备含脂肪族链的聚酰胺酰亚胺树脂

采用如实施例6相同的方法和实验条件，将当量比为2：1的TMA（0.2mol）与1，12-十二烷二胺（0.04mol）和对苯二胺（0.06mol）的混合胺，两种胺的投料当量比为2：3溶于乙苯的溶剂中，200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于混合胺的量，加入2.4当量的MDI（0.24mol）和100ml N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

比较例1

1）采用如实施例1相同的方法，将当量比为2：1的TMA（0.2mol）与对苯二胺（0.1mol）在200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于TMA的量，加入2.4当量的MDI（0.24mol）及100ml N-甲基吡咯烷酮，190℃下回流反应2小时得到自粘层漆液。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

比较例2

1）采用如实施例2相同的方法和实验条件，将当量比为2：1的TMA与1，12-十二烷二胺200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于1，12-十二烷二胺的量，加入2.05当量的MDI和适量的 N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，进行涂漆；

由于本实施例制备得到的自粘层漆液的粘度超过8000cp，使得涂覆困难，且难以流平，得到的自粘层较厚，且厚度不均，不适用于自粘层。

比较例3

1）将当量比为2：1的TMA（0.2mol）与1，12-十二烷二胺（0.01mol）和对苯二胺（0.09mol）的混合胺，两种胺的投料当量比为1：9溶于乙苯的溶剂中，200℃下回流反应，反应后去除溶剂。随后基于TMA的量，加入2.4当量的MDI（0.24mol）和100ml N-甲基吡咯烷酮，200℃下回流反应2小时得到含有12碳的脂肪族链PAI。

2）同样按照实施例1中对应步骤，得到绝缘电线。

比较例4

1）将热塑性聚酰胺树脂漆涂在包覆有PI层（厚度为100μm）的绝缘电线上，并且经过烘烤固化，得到自粘层厚度约为15μm的线材。

其中，热塑性聚酰胺树脂为一般的市卖品。

比较例5

与实施例1的区别在于，绝缘层厚度为115μm，绝缘层为PI层，绝缘层外无自粘层。

性能测试：

将实施例以及比较例所得电线分别进行以下测试

1、粘结力测试：在没有任何拉伸和弯曲的情况下，取1段合适的长度做试样绕成线圈，然后将线圈在170℃~270℃ 的温度下烘烤15min，在常温下冷却后，将线圈垂直悬挂，在线圈下端系上砝码以检验试样的粘结力（单位：N）。

2、解粘测试：

步骤1）制作线圈：在没有任何拉伸和弯曲的情况下，取1段合适的长度做试样绕成线圈，然后将线圈在合适的温度下烘烤15min，在常温下冷却。其中实施例1至7和对比例1-3用230℃的温度烘烤15min，对比例4和5用200℃的温度烘烤15min。

步骤2）加温解粘：线圈冷却后，再对线圈分别用180℃~300℃的温度烘烤15min进行测试，观察粘结情况。

3、绝缘层击穿电压(BDV)测试

将绝缘电线一端除去绝缘层，在宽度φ25mm圆棒上宽边弯曲后，放入至少有5mm厚的金属钢珠容器中，试样端头应伸出足够长度避免闪络。在导体和金属钢珠之间施加试验电压。以升压速度500V/秒、漏电流5mA进行升压，测试5次取平均值。

综上，本发明提供的绝缘电线，其中的自粘层具有更高的耐热等级，在高温环境下也具有优异的粘结效果，不会出现线圈松动脱落的问题，可适用于200℃以上的高温场景，并且绝缘电线具有很好的耐击穿性能，可有效提高绝缘电线的稳定性和安全性，提高了线材的使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种绝缘电线，其特征在于，包括导体、依次设置所述导体外周的绝缘层和自粘层，所述自粘层为改性聚酰胺酰亚胺树脂，所述改性聚酰胺酰亚胺树脂中包含长链脂肪族的结构单体。

2.根据权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于，所述改性聚酰胺酰亚胺树脂的结构如下式4所示：

式4；

其中，所述R₁为不小于4个碳的脂肪族基团；R₂选自脂肪族、脂环族、芳香族烃基；n为3-20。

3.根据权利要求2所述的绝缘电线，其特征在于，所述R₁为具有6-36个碳的脂肪族烃基，n为5-10。

4.根据权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于，所述绝缘层为聚酰胺酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于，沿所述导体向外单侧方向，所述自粘层的厚度为单边大于等于5 μm。

6.根据权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于， 所述自粘层的起粘温度为190℃，所述自粘层的最佳粘结温度为230~270℃，所述自粘层失去粘结力的温度≥300℃。

7.根据权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于，所述自粘层的介电常数小于3.0。

8.根据权利要求7所述的绝缘电线，其特征在于，所述自粘层的介电常数优选为2.6-2.8。

9.一种线圈，其特征在于，由权利要求1～8中任一项所述的绝缘电线构成。

10.一种电气/电子设备，其特征在于，包含权利要求9所述的线圈。