一种高PDIV自粘绝缘电线、线圈、电气或电子设备的制作方法

一种高pdiv自粘绝缘电线、线圈、电气或电子设备
技术领域
1.本发明涉及一种绝缘电线，特别是涉及一种高pdiv自粘绝缘电线、线圈、电气或电子设备。


背景技术：

2.随着电机行业的飞速进步和发展，与之息息相关的电子元器件也在繁荣发展。扁平铜线有着效率高，可承受较大的电流以及槽满率高的特点，广泛应用于磁性元器件。但随着电子科技创新发展，现有的普通扁平铜线已经无法满足其发展需求，尤其是对导线绝缘性要求越来高。为了提高导线的局部放电起始电压(pdiv)，亟需要获得一种绝缘性更好的包覆材料制备绝缘导线，其中绝缘性更好的包覆材料是具有低介电常数的绝缘材料的绝缘电线。另一方面，低介电常数的绝缘材料往往具有较低的材料表面极性，与金属表面的附着力较差。该种绝缘电线在实际使用过程中，导线绝缘层和导体层容易产生相互滑脱导致绝缘层剥离问题。为了保证线圈使用过程中电线缠绕的尺寸稳定性，同时进一步减少线材之间间隙，也亟需提供一种带有自粘功能的高pdiv高耐温漆包线。


技术实现要素：

3.为解决以上技术问题，本发明的首先提供一种高pdiv绝缘电线。
4.本发明的高pdiv绝缘电线包括导体，以及在导体外依次设置的第一绝缘层、第二绝缘层。
5.本发明中，所述导体为扁平导线。具体地，所述扁平导线其垂直导线长度方向的导体截面为圆角矩形。本发明中，特别是当扁平导线为圆角矩形时，导线垂直截面的长边b为0.3～5mm，长宽比(b:d)为(1:1)～(1:0.1)。本发明中，定于r0为导体垂直导线长度方向的截面外缘曲线的最小内切圆半径。当导体垂直截面为圆角矩形时，r0为所述圆角矩形的相邻两边内切圆的半径。
6.本发明中，为了获得更高的槽满率，r0不大于1/5所述扁线垂直截面的短边长度，优选地，r0不大于1/10所述扁线垂直截面的短边长度，在本发明具体地的实施方式中，r0不大于1/20所述扁线垂直截面的短边长度。
7.其中，第一绝缘层是由耐油聚酰亚胺漆制成；所述第二绝缘层由低介电常数聚酰亚胺漆制成；所述低介电常数聚酰亚胺漆其固化后的介电常数小于2.8。
8.本发明中，耐油聚酰亚胺具有更好的金属导体附着性。为了更好地表征耐油聚酰亚胺，本发明发现，通用牌号的pi绝缘漆涂敷干燥后其水接触角为70～80
°
，耐油聚酰亚胺较通用牌号的聚酰亚胺具有较通用牌号更好的亲水性，固化后耐油聚酰亚胺的水接触角为不大于60
°
，优选地，固化后耐油聚酰亚胺的水接触角为不大于50
°
。
9.本发明的发明人发现，第一绝缘层在整个漆包线中起到提高耐热性的作用。
10.但是，第一绝缘层因其pi结构带来其介电常数较大。这一方面造成的在高频或超高频领域，因绝缘层而产生的介电损失不可忽视。另一方面，因具有较高的介电常数，材料
耐电晕耐击穿性能较差。特别是对于pi漆包扁线领域，由此产生较为严重的局部放电问题。
11.本发明发现，当使用极性较强的pi漆作为第一绝缘层时，对于扁线导体边缘，例如扁线横截面曲率较大处，电荷集中处，第一绝缘层的极化在一定程度上降低了所述边缘的电荷密度。本发明发现，通过在第一绝缘层的表面进一步设置第二绝缘层，其中第二绝缘层较第一绝缘层具有更低的介电常数，能够有效提高绝缘电线的pdiv。以上发现对于扁线，特别是导体边缘存在较大曲率的扁线而言，更具体地，对于那些对绝缘层的厚度有要求时获得更高pdiv性能的绝缘扁线有重要价值。
12.本发明中，第二绝缘层是固化后具有低介电常数的pi漆。更具体地，所述固化后具有低介电常数的pi漆是指固化后介电常数小于2.8的pi漆，优选地，是固化后介电常数小于2.6的pi漆。
13.本发明中，第一绝缘层的pi漆固化后的厚度为5～20μm，更优选地，第一绝缘层的厚度为5～10μm。考虑到导体四周均由绝缘层包覆，本发明中所述厚度为基于金属导体中心的位置沿着向外的方向延伸的方向；所述厚度为基于上述单边的定义，在导体单侧漆膜的厚度。
14.应当理解，在上述第一绝缘层的pi漆固化后的厚度范围内均能提供较好的漆膜与金属之间的附着性。
15.本发明中，第二绝缘层的pi漆固化后的厚度为50～200μm。本发明中，考虑到金属导体边缘的尖端电荷集中以及由此导致的材料极化和放电击穿问题，为获得良好的绝缘击穿电压和高的pdiv，第二绝缘层的厚度与金属导体截面外缘曲线的最小内切圆半径r0存在关联。
16.在存在第一绝缘层的情况下，r0在5～25μm的范围内，第二绝缘层的厚度在50～200μm的范围内，第二绝缘层的厚度与r0的幂函数呈反比关系。具体地，设r0为x(μm)，第二绝缘层的最小厚度为y(μm)，二者存在以下关系：
17.y＝735.83
ⅹ
x^(-0.815)；x∈[5，25]，单位：μm。
[0018]
其中，y为第二绝缘层的最小厚度，即第二绝缘层的厚度应大于等于上述函数计算得到的y值。
[0019]
应当理解在误差范围内，允许最小厚度与计算值存在
±
10μm的浮动。
[0020]
为了确保导线具有更好的绝缘性，最小厚度y＝735.83
ⅹ
x^(-0.815)+10；x∈[5，25]，单位：μm。
[0021]
本发明中，进一步地，在第二绝缘层上设置自粘层。其中，所述自粘层的厚度5～20μm，在某些技术方案中，自粘层的厚度为5～10μm。
[0022]
本发明中，自粘层由自粘漆干燥后得到，自粘层的厚度是基于自粘漆去除溶剂后的厚度。自粘层可以是热固性自粘层也可以是热塑性自粘层。自粘层由自粘漆去除溶剂或进一步固化得到。本发明中，自粘漆为本领域常规的可商业获得的自粘漆。
[0023]
所述自粘漆可选地，例如，由聚酰胺或主要由聚酰胺溶解于溶剂中构成。热固性自粘漆较热塑性自粘漆进一步增加交联剂组分，所述交联剂，优选地，由树脂型交联剂。在一种实施方式中，树脂型交联剂也称树脂型固化剂，为线性酚醛树脂。
[0024]
在本发明具体的实施方式中，所述热塑性自粘层且具有不低于300℃的解粘温度。
[0025]
本发明的绝缘电线可达到240级耐热等级，按照iec 60172规定的试验方法进行试
验，最小温度指数为240。
[0026]
本发明的具有多层结构的绝缘电线具有良好的绝缘性，特别是高pdiv和高击穿电压。同时第一绝缘层为导线提供了更好的耐热性能。本发明的绝缘电线具有自粘层作为最外被覆层，被覆层粘着性好，与粘接对象接合性更好，能够确保使用了该绝缘电线的线圈、使用了该线圈的电气/电子设备工作时不松散，进而保证其绝缘性能。
附图说明
[0027]
图1：本发明中带自粘层的高pdiv自粘绝缘电线结构示意图。
[0028]
图2：本发明中扁平线导线长宽及圆角半径示意图。
[0029]
图3：本发明中得到的绝缘电线u型弯曲测试示意图。
[0030]
其中1是导体，2是第一绝缘层，3是第二绝缘层，4是自粘层。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
以下实施例选择无氧铜作为芯材扁平线以不同圆角半径r0，不同树脂层厚度对本发明进行验证。
[0033]
实施例1
[0034]
使用垂直截面为0.730
ⅹ
1.760mm的无氧铜扁平导线，导线垂直截面边缘的圆角半径为14.6μm，以聚酰亚胺漆(pi漆)对扁平导线进行漆包构建绝缘层。本实施例以耐油pi漆构建第一绝缘层，其中耐油pi固化后表面水的接触角为50度。耐油pi漆固化烘干后，在导体表面形成第一绝缘层，第一绝缘层的厚度为10μm。在第一绝缘层之上，以固化后介电常数为2.8的pi漆构建第二绝缘层，经涂敷并干燥后，获得第二绝缘层厚度为80μm的绝缘导线。
[0035]
实施例2
[0036]
与实施例1相比，第一绝缘层与实施例1相同，第二绝缘层经涂敷并干燥后厚度为90μm。除上述区别外，其余与实施例1相同。
[0037]
实施例3
[0038]
使用垂直截面为0.730
ⅹ
1.760mm的无氧铜扁平导线，导线垂直截面边缘的圆角半径为7.3μm，以pi漆对扁平导线进行漆包构建绝缘层。以耐油pi漆构建第一绝缘层，其中耐油pi漆固化后表面水的接触角为50度。固化烘干后，在导体表面形成第一绝缘层，第一绝缘层的厚度为10μm。在第一绝缘层之上，以固化后介电常数为2.8的pi漆构建第二绝缘层，经涂敷并干燥后，获得第二绝缘层厚度为150μm的绝缘导线。
[0039]
实施例4
[0040]
与实施例2相比，进一步在第二绝缘层的表面设置粘合层，其中粘合层去除溶剂后的厚度为10μm，其余分别与实施例2相同。
[0041]
实施例5
[0042]
与实施例3相比，进一步在第二绝缘层的表面设置粘合层，其中粘合层去除溶剂后
的厚度为10μm，其余分别与实施例3相同。
[0043]
实施例6
[0044]
与实施例1相比，进一步在第二绝缘层的表面设置粘合层，粘合层厚度为8μm，其余分别与实施例1相同。
[0045]
实施例7
[0046]
使用0.400
ⅹ
0.820mm无氧铜扁平导线，导体四角圆角半径8.0μm作为导体进行漆包涂敷，以耐油pi漆构建第一绝缘层，其中耐油pi固化后表面水的接触角为50度。调节第一绝缘层厚度为10μm，第二绝缘层厚度110μm，在第二绝缘层之上进一步构建粘合层，控制粘合层厚度为10μm。
[0047]
实施例8
[0048]
使用1.120
ⅹ
3.15mm无氧铜扁平导线，导体四角圆角半径22.4μm作为导体进行漆包涂敷，以耐油pi漆构建第一绝缘层，其中耐油pi固化后表面水的接触角为50度。调节第一绝缘层厚度为5μm，第二绝缘层厚度60μm，在第二绝缘层之上进一步构建粘合层，控制粘合层厚度为15μm。
[0049]
对比例1
[0050]
使用垂直截面为0.730
ⅹ
1.760mm的无氧铜扁平导线，导线垂直截面边缘的圆角半径为14.6μm，以pi漆对扁平导线进行漆包构建绝缘层。所述pi漆为固化后介电常数为2.8的pi漆，经涂敷并干燥后，获得绝缘层厚度为80μm的绝缘导线。
[0051]
对比例2
[0052]
与实施例1相比，以固化后介电常数为2.8的pi漆构建绝缘层，经涂敷并干燥后，获得绝缘层厚度为100μm的绝缘导线。除上述区别外，其余与实施例1相同。
[0053]
对比例3
[0054]
使用垂直截面为0.730
ⅹ
1.760mm的无氧铜扁平导线，导线垂直截面边缘的圆角半径为7.3μm，以pi漆对扁平导线进行漆包构建绝缘层。本实施例中以固化后介电常数为2.8的pi漆构建绝缘层，经涂敷并干燥后，获得绝缘层厚度为160μm的绝缘导线。
[0055]
对比例4
[0056]
使用垂直截面为0.730
ⅹ
1.760mm的无氧铜扁平导线，导线垂直截面边缘的圆角半径为7.3μm，以pi漆对扁平导线进行漆包构建绝缘层。本实施例以耐油pi漆构建第一绝缘层，其中耐油pi固化后表面水的接触角为50度。固化烘干后，在导体表面形成第一绝缘层，第一绝缘层的厚度为10μm。在第一绝缘层之上，以固化后介电常数为2.8的pi漆构建第二绝缘层，经涂敷并干燥后，获得第二绝缘层厚度为130μm的绝缘导线。
[0057]
对比例5
[0058]
与实施例3相比，第一绝缘层厚度为20μm，第二绝缘层经涂敷并干燥后厚度为130μm。除上述区别外，其余与实施例3相同。
[0059]
对比例6
[0060]
与实施例6相比，自粘层的厚度为5μ。除上述区别外，其余与实施例6相比相同。分别将实施例1-8，对比例1-6制备的绝缘导线作为样品进行测试，测试方法如下所示，测试结果如表1所示：
[0061]
附着性测试：分别取300mm的绝缘电线作为试样，将试样放置于两夹具之间，试样
与夹具放置在同一轴线上，夹住两端，以300mm/min的速率拉伸20％，检查试样漆膜失去附着性的长度。评价基准如下：
[0062]
a+：1.0mm以下；
[0063]
a：1.0mm以上且1.5mm以下
[0064]
b：1.5mm以上且2.5mm以下；
[0065]
c：2.5mm以上。
[0066]
u型弯曲测试：如图3所示，取两条长500mm直线的绝缘电线，将该两条绝缘电线分别绕着一个抛光的试验轴芯弯曲180
±2°
，一条进行平绕(轴芯直径＝线厚2倍)，另一条进行立绕(轴芯直径＝线宽2倍)。图3中，“b'”和“d'”分别代表绝缘电线的线宽和线厚，即b'对应于扁平线垂直截面的长边长度，d'对应于扁平线垂直截面的短边长度。本试验中，平绕和立绕后，将产品表面光洁无开裂的情况记为“合格”；将表面开裂的情况记为“不合格”。
[0067]
绝缘击穿电压：将绝缘电线一端除去绝缘，在直径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次并将平均值作为绝缘击穿电压评价值。评价基准如下：
[0068]
a+：10kv以上；
[0069]
a：7kv以上且小于10kv；
[0070]
b：5kv以上且小于7kv；
[0071]
c：小于5kv。
[0072]
pdiv测试：pdiv测试(局部放电起始电压)：取两根约300mm线样，每根一端去除10-15mm绝缘层，模型成型，直线部150mm左右,用pi胶带将绝缘电线背靠背紧密缠绕，按如下规定条件在试样两导体间施加正弦电压，测试并记录测试值。测试条件：25v/s50hz 10pc。评价基准如下：
[0073]
a+：1400v以上；
[0074]
a：1100v以上且小于1400v；
[0075]
b：800v以上且小于1100v；
[0076]
c：小于800v
[0077]
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并捆绑紧，放入170℃烤箱烘烤15分钟使线圈粘合在一起，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合力。评价基准如下：
[0078]
a+：10n以上；
[0079]
a：5n以上且小于10n；
[0080]
b：1n以上且小于5n；
[0081]
c：小于1n。
[0082]
表1实施例样品导线性能参数表
[0083][0084]
表2对比例样品导线性能参数表
[0085][0086]
[0087]
通过以上数据可以看出，通过设置第一绝缘层，第二绝缘层可以较高地黏附于第一绝缘层上。本发明通过上述效果数据可以看出，绝缘电线的耐电晕性能与导线截面四角的圆角半径r0相关，在圆角半径一定时，通过设置第一绝缘层和第二绝缘层复合结构，其耐击穿电压及pdiv测试优于同等厚度下单一材料绝缘层。特别是对于圆角半径较小时，通过设置第一绝缘层和第二绝缘层复合，可以有效提高绝缘电线的耐电晕性能。进一步，在本发明实施方式的范围内，在满足高pdiv和高绝缘击穿电压的情况下，对上述第二绝缘层最小厚度y与圆角半径r0的关系如下：y＝735.83r0^(-0.815)r0∈[5，25]。第二绝缘层的厚度大于上述计算值时，可以获得良好的耐击穿性和高pdiv。

技术特征：
1.一种高pdiv绝缘电线，其特征在于，包括导体(1)、以及在导体外依次设置的第一绝缘层(2)、第二绝缘层(3)；其中导体(1)为扁平导线，所述第一绝缘层(2)是具有不大于60
°
水接触角的聚酰亚胺层，所述第二绝缘层(3)是介电常数不大于2.8的绝缘层。2.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述第一绝缘层厚度为5～20μm，所述第二绝缘层厚度为50～200μm。3.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述扁平导线垂直于导线长度方向截面的长边为0.3～5mm，且所述截面长宽比为(1:1)～(1:0.1)。4.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述第一绝缘层(2)厚度为(0.5～3)
ⅹ
r0，其中r0为垂直于导线长度方向截面外缘曲线的最小内切圆半径。5.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述第一绝缘层(2)是具有不大于50
°
水接触角的聚酰亚胺层。6.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述第二绝缘层(3)是聚酰亚胺绝缘层。7.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述第二绝缘层(3)是介电常数不大于2.6的绝缘层。8.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，设r0为x，所述第二绝缘层的最小厚度为y，二者存在以下关系：y＝735.83
ⅹ
x^(-0.815)
±
10；x∈[5，25]，单位：μm。9.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述高pdiv自粘绝缘电线进一步包括自粘层(4)。10.根据权利要求9所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述自粘层(4)厚度为5～15μm。11.根据权利要求9所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述自粘层(4)为热塑性自粘层。12.根据权利要求11所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述热塑性自粘层且具有不低于300℃的解粘温度。13.根据权利要求9所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述自粘层(4)由自粘漆干燥而成，所述自粘漆为由聚酰胺或由聚酰胺为主要组分的树脂溶解于溶剂中构成。14.根据权利要求1所述的高pdiv绝缘电线，其特征在于，所述绝缘电线耐热等级不低于240级。15.一种线圈，其由权利要求1-14中任一项所述的高pdiv绝缘电线构成。16.一种电气或电子设备，其特征在于，由权利要求15所述的线圈制成。

技术总结
本发明提供一种高PDIV绝缘电线，包括导体、以及在导体外依次设置的第一绝缘层、第二绝缘层；其中导体为扁平导线，所述第一绝缘层是具有不大于60


技术研发人员：朱祚茂 朱悦嘉 温琴 赵杨宝
受保护的技术使用者：佳腾电业（赣州）股份有限公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/14