硅树脂
批量生产：SILRES® H60能够实现快速而自动化的浸渍工艺
2022年10月17日 Read time: MinutesMinute
借助有机硅树脂，确保运行安全
电动机的定子绕组通常需要用硅树脂浸渍，以确保驱动系统具有高度的耐温性和长久的使用寿命。瓦克最新推出的SILRES® H60硅树脂，固化速度极快，同样适用于汽车工业大规模生产。
有轨机动车电机的成型线圈：如此大型的定子可借助真空压力工艺用SILRES® H62 C进行浸渍
近两年，电动汽车市场发展猛进。根据德国汽车管理中心（Center of Automotive Management）发布的行业报告，德国2021年新车登记总数中，电驱系统已占13%。中国电动汽车市场的规模远大于世界其它地区，其市场份额亦与此相近。
电动汽车的可靠性、耐用性、使用寿命等都不能逊色于内燃机汽车，才能进一步加强消费者对它的信赖。电动汽车原则上有此潜力：一台内燃机大约由2500个零件组成，而一台电动机只需250个，电动汽车因此被视作易于养护。
尽管部件更少，但它们——例如电动机中常见的定子绕组——也必须满足严格的质量标准。电感线圈用漆包铜圆线缠绕制成，对其进行浸渍是定子生产流程的最后一步。树脂是浸渍工序的必用材料，交联后可形成一层电绝缘的热固性保护层。浸渍时，液态的树脂渗入线圈缠绕的空隙及绕组的空腔中，固化后，线圈即被一层坚硬的树脂包裹。
瓦克有机硅业务部门欧洲及拉美市场工业解决方案业务团队负责人Klaus Angermaier博士介绍说：“众所周知，用有机硅材料对绕组进行浸渍能够赋予电动机极强的耐温性和长久的使用寿命。”如果浸渍选用不含溶剂的苯基硅树脂，则效果更佳。一直以来，此类浸渍树脂只有单组分形式可选，加工过程既耗时，又复杂。
瓦克2021年推出新型SILRES® H60苯基硅树脂后，情况得到了改善。瓦克应用技术实验室负责人、该有机硅树脂的研发主管Christian Ochs博士介绍说：“这种双组分配方产品具有交联速度极快的优点。”SILRES® H60专为涓流浸渍工艺研制而成。身为化学家的Ochs博士指出：“它为构建快速且自动化的浸渍流程开辟了道路，可毫无困难地集成到大规模的电动机生产线中去。”
播客
用有机硅材料对绕组进行浸渍能够赋予电动机极强的耐温性和长久的使用寿命。
“用有机硅材料对绕组进行浸渍能够赋予电动机极强的耐温性和长久的使用寿命。”
Klaus Angermaier博士，瓦克有机硅业务部门工业解决方案业务团队负责人
浸渍工艺可从多个方面改善定子的性能：
1. 浸渍能够提高定子的电绝缘性。
2. 树脂可衔接各道线圈和各个线层，提高整个线圈的机械强度。这种固定效果可使线圈与线圈间不再发生相对运动，既避免了振动，也消除了磨损，能够有效预防铜线绕组的一次绝缘（通常是一层极薄的漆包线漆）受损。
3. 浸渍有利于铜线绕组向定子铁心方向散热，从而改善热管理，提高定子的耐温性；过热是电动机失效的首要原因之一，这尤为重要。
4. 树脂可保护线圈免受潮气、盐雾及其它外部介质的影响。
发动机制造商可根据需要，通过选择不同的树脂调整浸渍特性。瓦克化学家Ochs博士知道：“许多电动机只需用有机树脂，例如不饱和聚酯树脂或环氧树脂对线圈进行浸渍，即足以满足需求。”但如果发动机在日后使用环境中需要承受高温或介质等带来的高强负荷，苯基硅树脂则是提供保护的最优选择。
苯基硅树脂固化后具备耐热、耐化学侵蚀的特性，在温度和风化作用下，老化速度比有机树脂慢许多。特别对于运行时电流强度大、设计结构紧凑，且无主动散热的发动机，线圈浸渍的抗耐性更为关键，而采用有机硅树脂浸渍的发动机即便过载运转，仍可具备很高的运行安全性。
在实验室测量瓦克硅树脂的反应性，测量值曲线见下。
不含溶剂的经典产品
瓦克化学股份有限公司生产的SILRES® H62 C单组分苯基硅树脂在轨道交通工具的牵引电机中有超过35年的应用历史，其优越的浸渍效果已广为人知。早在上世纪70年代，这种树脂系统即被瑞士制造商BBC（今ABB公司）用于电力机车，80年代起被用在当时尚属新技术的高速列车中，2007年，其应用领域又拓展至混合动力及电动汽车的驱动电机。与其它众多有机浸渍树脂不同，该产品既不含溶剂，也不含活性稀释剂。这种液态制剂通常在60至80摄氏度的温度条件下涂覆，在170至200摄氏度的温度条件下通过铂催化加成反应进行交联。
Ochs博士强调：“SILRES® H62 C尽管已有很长的历史，但不仅没有过时，至今仍被广泛应用。”例如，世界各地多座大城市目前正在更换的新一代地铁列车，均配备有采用瓦克SILRES® H62 C硅树脂浸渍的电动机。
优异的消防安全特性
SILRES® H60已被成功应用于烟气鼓风机，后者是隧道消防安全措施的重要组成部分。具备高度热稳定性的有机硅浸渍树脂可确保鼓风机的电机在环境温度最高可达400摄氏度的火灾情况下可靠运转2小时以上，以迅速排出有毒的火灾气体，为救助人员保护和撤离危险位置争取更多时间。上述参数符合EN 12101-3与EN 13501-4标准F400-120安全级别。
作为单组分制剂，SILRES® H62 C含有一种延缓交联反应的抑制剂，这在传统的溶液法或真空压力浸渍（VPI）中有利于将树脂涂覆至线圈。这些方法常用于大型机械设备，例如，用来浸渍铁路、轻轨、地铁等的列车牵引电机，以及露天矿山自卸车装备的柴电牵引电机。液态树脂在线圈完全浸透之前必须保持可加工状态，亦即不可过快凝胶和固化。然而，在汽车制造中，单组分硅树脂的交联速度慢却是一个缺陷。这是因为汽车制造商追求在短时间内大批量浸渍定子绕组，交联缓慢就成了完成目标的障碍。
瓦克经理Klaus Angermaier博士介绍说：“来自汽车工业的用户向我们提出了要求，希望我们能够研制出一种即用型苯基硅树脂配方产品，以实现快速而自动化的浸渍流程，同时，浸渍效果不逊于久经考验的单组分产品。”瓦克为此推出SILRES® H60产品。这种浸渍树脂采用双组分配方，其中的基础材料——有机硅预聚物，也为单组分产品所用。
SILRES® H60这种新产品拥有双组分产品的优势，可让研发人员缩短交联时间，例如，通过放弃使用在单组分有机硅浸渍树脂中不可或缺的抑制剂，消除这一制约交联速度的因素。除铂催化剂外，瓦克的专家们还研制出了一种用于硅氢加成反应的速凝剂，这种速凝剂尤其在热固化初始阶段，能够大大发挥加速凝胶的作用。
快马加鞭
经上述调整，一种交联速度可与有机浸渍树脂媲美的有机硅浸渍树脂成功问世。它的交联时间在很大程度上取决于温度（见左上图）：在150摄氏度的条件下，凝胶时间约为15分钟，如保持这一温度，材料在6小时后可完全固化；在180摄氏度的条件下，凝胶及固化时间则可分别缩短至5分钟和2.5个小时。
制备时，两种组分的混合比例为10比1。混合物的粘度受温度影响显著（见右上图）：25摄氏度时，运动粘度约为1000 mm²/s，加热至80摄氏度，粘度即降至原有的1/10。浸渍流程可充分利用这一效果，通过对树脂和线圈进行预加热，尽可能降低树脂的粘度，快速浸透线圈。在实际操作中，温度设置通常为60摄氏度。
一如瓦克久经考验的传统产品，这种新型的双组分有机硅树脂同样不含溶剂及活性稀释剂，通过铂催化加成反应完成交联后，可形成邵氏硬度D 65的热固性塑料。
固化后的树脂，性状透明，表面无粘连且憎水，介电强度依据IEC 60243-1标准测量为27 kV/mm（23摄氏度下，50 Hz，以空气为环境介质），属优异电绝缘体。该材料基本化学稳定，耐老化，并能够长时间耐受热负荷。用SILRES® H60浸渍的绕组可持久承受超过200摄氏度的高温，按DIN EN 60085标准，热绝缘等级符合H级或更高水平，而它所能承受的短时峰值温度，则远远超出计算得出的连续工作温度。
有机硅对电动汽车有很大的重要性，例如，电动机的部件需要使用硅树脂浸渍，以缓冲机械应力和热力应力。
在涓流浸渍中使用
SILRES® H60快速交联的特性使其成为铜圆线绕组涓流浸渍的理想选择。但这种新型树脂因胶凝时间短，而不适用于溶液法或真空压力浸渍。
涓流浸渍时，将定子工件固定在芯轴上，略微倾斜，并以自身长轴为中心自转。浸渍树脂从多个定量喷嘴中持续流出，滴流在转动的定子绕组头上。液态树脂在重力和毛细力的作用下渗入线圈内部，并因工件旋转运动而均匀地分布在定子中，同时，旋转运动还可将液体树脂留存在绕组中，避免浸渍树脂从定子中流出，造成浪费。涓流浸渍后，让定子在保持转动的同时，行驶经过一个加热段，让树脂凝胶并固化。
这一工艺流程具有速度快、节约资源且清洁的优点，树脂涂覆用量少，浸渍质量高。涓流浸渍的工艺流程自始至终在全自动设备中完成。制备树脂的难点在于正确设置涓流设备——从树脂的涂覆量、绕组的倾斜角度与自转速度，到交联步骤的温度及时间程序的——各项流程参数，但现代化的涓流浸渍设备可被毫无障碍地集成到发动机生产线中。
Angermaier博士在谈到这种新产品的优势时表示：“SILRES® H60让电动机制造商终于拥有了一种在制备及固化速度方面与有机树脂相媲美的苯基浸渍硅树脂，这为实现尤为可靠、寿命长久的驱动电机的高速大规模生产开辟了道路。”
