直流牵引电机换向器用高温胶粘剂的研制

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直流牵引电机换向器用高温胶粘剂的研制

罗衡强

(湘潭电机股份有限公司技术中心,湖南

湘潭

411101)

摘要:研究了一种耐高温环氧树脂胶粘剂,应用于直流牵引电机换向器中聚四氟乙烯(PTFE)的粘接。通过对胶粘剂的配方进行研究,筛选出了高温粘接力好的胶粘剂,用其粘接PTFE的换向器在严酷的高低温循环超速试验中不脱落,通过了试验。用该胶粘剂粘接PTFE生产的换向器在直流牵引电机中运行稳定可靠。关键词:直流牵引电机;换向器;聚四氟乙烯;环氧树脂;胶粘剂中图分类号:TM922.721;TQ433.437

文献标识码:A

文章编号:1009-9239(2004)03-0001-03

Reasaerchonaheat-resistantadhesivesforthecommutator

ofDCtractionmachine

LUOHeng_qiang

(TechnicalCenterofXiangtanElectricManufacturingCo.,Ltd,Xiangtan411101,China)

Abstract:Aheat-reasistantepoxyadhesiveswhichbondpolytetrafluoroethylene(PTFE)tothecommu󰀁tatorofDCtractionmachinewereresearched.The

formulasoftheadhesiveswerestudiedandtwo

adhesiveswithhighadhesionstrenthat180󰀁wereselected.Usingtheadhesives,PTFEdidnotbondfailurefromthecommutatorduringthelow-hightemperature(roomtemperature~175󰀁)circulationtestathighrotationalspeedof4500rpm,thestabilityandreliabilityofthecommutatorhavebeenimproved.Keywords:DCtractionmachine;commutator;polytetrafluoroethylene;epoxyresin;adhesive

1前言的外表面绑扎有一层无纬玻璃丝带,电机运行过程中从碳刷上磨削下来的碳屑会积留在这一部位,将导致换向片和压圈之间放电,降低了绝缘强度,严重影响电机的寿命。因此在换向片与压圈之间的无纬带上粘贴一层厚1~1.5mm的PTFE带或环,利用PTFE的低表面能、耐热性、绝缘性,防止碳屑积留、阻止放电、承受可能的放电而产生的高温,从而延长了电机的寿命。但应用多种国产耐高温性能胶粘剂粘接PTFE与无纬玻璃丝带,制成的换向器按表1的条件做高低温循环超速试验,PTFE在高温高速旋转的离心力下都不同程度发生脱落,不能通过试验。

表1换向器高低温循环超速试验的条件

试验转速,转/分钟高温,󰀁

4500175室温7(约11小时)

国产直流牵引电机换向器的绝缘结构中采用粘贴聚四氟乙烯(PTFE)来防止换向片与压圈之间的放电以达到提高绝缘性能的目的,但PTFE的难粘性却给应用带来了很大的困难。虽然PTFE表面经萘钠溶液法处理后,尝试多种耐高温胶粘剂粘接PTFE的粘接强度有所提高,但严酷试验条件下PTFE的脱落问题始终未得到较好解决。本文研制了一种耐温胶粘剂,在高温下对PTFE具有较高的粘接强度,解决了严酷试验条件下PTFE的脱落问题,取得了较好应用效果。

2问题分析

如图1所示,在换向片和压圈之间的V形绝缘环

收稿日期:2003-11-12;修回日期:2004-04-03

作者简介:罗衡强,男,工程师,主要从事研究开发高分子复合材料、塑料、胶粘剂等在电机、电器、机车等产品上的应用(Tel:8612446)。

0732-

低温,󰀁循环周期,次

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罗衡强:直流牵引电机换向器用高温胶粘剂的研制

绝缘材料2004No.3

表2胶粘剂的配方

组成,gE-44E-51固化剂1固化剂2固化剂3固化剂4SiO2气相SiO2

配方号

1100󰀂40󰀂󰀂󰀂155680󰀂󰀂󰀂3󰀂6.6

2100󰀂󰀂󰀂30󰀂󰀂󰀂󰀂20515󰀂󰀂󰀂30󰀂󰀂65󰀂

3󰀂100󰀂󰀂󰀂20󰀂󰀂615󰀂󰀂20󰀂205󰀂󰀂󰀂

4󰀂󰀂100󰀂󰀂󰀂󰀂3520515󰀂󰀂25󰀂4󰀂󰀂󰀂

图1直流牵引电机换向器的绝缘结构

石英粉丙酮酒精,ml甲苯,ml乙酸乙酯,ml邻苯二甲酸二丁酯DMP-30Al2O3

试验发现,用一般的结构胶粘剂粘接的PTFE,在常温超速试验时,均不发生脱落;在175󰀁超速试验时,PTFE全部发生脱落并断裂成碎片。从甩脱下来的PTFE碎片的表面观察,破坏绝大部分发生在胶粘剂层内部,很小部分是发生在胶粘剂与PTFE之间。因为PTFE在175󰀁时其强度不会丧失到断裂的程度,显然PTFE碎片是脱落的PTFE在离心力作用下进一步撕裂成碎片形成的。而胶与无纬带之间的粘接状况尚好。由此可见,胶粘剂在175󰀁下的内聚强度及其与PTFE的粘接强度不高是导致损坏的两个主要原因。除了采用萘钠溶液法对拉毛后的PTFE表面进行处理,提高其表面能外,研究在高温下内聚强度和粘接强度高的新型耐高温胶粘剂是解决该问题的主要方法。

3胶粘剂的材料与配制3.1原材料

树脂:环氧树脂E-44、E-51;固化剂1、固化剂2、固化剂3、固化剂4;石英粉、SiO2、AL2O3、气相SiO2;促进剂:DMP-30;溶剂:丙酮、酒精、甲苯、乙酸乙酯;助溶剂:邻苯二甲酸二丁酯。

3.2配方

通过对十多个配方的耐热性能的观察,参考以往的应用经验,确定了表2的四个配方进行进一步地研究。

3.3配制工艺

按表2配方量,在环氧树脂中加入各组分,搅拌混合均匀,最后加入固化剂。固化剂1常温下呈固体颗粒状,需溶于溶剂后再加入。全部混合均匀的胶粘剂在常温静置脱泡后备用。

4性能研究

4.1胶化时间的测定

为了掌握适合的应用工艺,对配制的胶粘剂的胶化时间进行了测定。通过用图2所示的自制的可调恒温电热板测定胶化时间,并可直观地观察在180󰀁下固化物的聚集状态。取胶粘剂(约10g)置于恒温于180󰀁的电热板铜板上,不断搅动,直到不能搅动时停止记时,记录胶粘剂由液态变为固态所需要的时间。测试结果见表3。

表3胶粘剂的180󰀁胶化时间和固化后的物态

配方号胶化时间,s状态(30min后)

1110较硬

280较硬

370稍软

465稍软

4.2粘接性能测试

研究了配制的胶粘剂的粘接性能及其与过去应用的胶粘剂G04B、J204粘接性能对比。粘接的基材采用45号钢。表面用200号砂纸打磨,用酒精擦净后涂胶粘接。制成的粘接试样按表7的工艺条件固化,按GB/T7124-1986测定搭接拉伸剪切强度,按GB/T6329-1986测定对接拉伸强度。在不同温度下的剪切强度和拉伸强度见表4、表5、表6。

绝缘材料2004No.3

罗衡强:直流牵引电机换向器用高温胶粘剂的研制

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5.2高低温循环超速试验

将固化好的试件外面的保护带拆除后,装到超速试验机上按表1的要求进行超速试验。结果见表8。

表8

胶粘剂12

高低温循环超速试验结果

结

果

PTFE不脱落PTFE不脱落约一半的PTFE脱落PTFE全部脱落PTFE全部脱落PTFE全部脱落

图2胶化时间测定装置表480󰀁时胶粘剂的粘接强度

胶粘剂剪切强度,MPa拉伸强度,MPa

121.2327.4

219.7626.33

3

4

G04B6.5519.53

J2047.2518.

34G04BJ204

12.7410.6523.6324.39

5.3应用

表5

胶粘剂剪切强度,MPa拉伸强度,MPa

120󰀁时胶粘剂的粘接强度

19.6110.32

28.4511.33

36.019.12

44.347.69

G04B2.233.12

J2041.543.04

应用本文研制的胶粘剂在换向器上粘接PTFE,使换向器高低温超速试验的通过率由10%提高到97%。电机在运行过程中因PTFE脱落而发生的故障大幅度减少,节省了维修费用,提高了产品的市场竞争力。6结

J2040.060.13

表6

胶粘剂剪切强度,MPa拉伸强度,MPa

180󰀁时胶粘剂的粘接强度

11.822.65

21.692.13

30.381.56

40.111.12

G04B0.090.

论

(1)胶粘剂1、2号配方的主体树脂中,芳环结构的含量提高,有效地提高了高温内聚强度和粘接强度,用于直流牵引电机换向器的PTFE的粘接,通过了高低温循环超速试验。

(2)胶粘剂应用于直流牵引电机换向器的生产,应用工艺简单,受到使用者的欢迎,生产成本也下降。

(3)粘接PTFE的换向器在电机上的实际运行表明,PTFE粘接可靠,提高了产品质量。

(4)胶粘剂1号配方的固化剂1在一般的溶剂中的溶解度很小,需用特殊的工艺将其分散在胶粘剂中,操作比较复杂,成本也有所增加,今后应进一步研究更简单的工艺方法。

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山

可见,1、2号胶粘剂在各温度下尤其是在180󰀁时的剪切强度和拉伸强度均较高。5试验和应用

5.1粘接和固化工艺

先加工生产出直径与工件直径相同的模拟工件,用无纬带绑扎后在其外表面和PTFE的待粘面涂刷表2各配方的和G04B、J204胶粘剂,贴合后外面用聚酯薄膜和白布带绑扎紧,清除挤出的多余的胶料。置入鼓风烘箱按表7的固化工艺条件固化。

表7工件的粘接固化工艺条件

胶粘剂1234G04BJ204

温度和时间

100󰀁 2h+170󰀁 6h+130󰀁 2h110󰀁 1.5h+150󰀁 4h+120󰀁 2h120󰀁 1.5h+160󰀁 3h+130󰀁 2h110󰀁 2h+155󰀁 4h+120󰀁 2h110󰀁 2h+160󰀁 5h+125󰀁 3h110󰀁 2h+165󰀁 5h+130󰀁 2h

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