电机用PPS与聚酯绝缘膜应用机能分析

PI绝缘膜

近几年，绝缘材料在电动汽车(EV)产品的电机上的运用越来越多，随着机器的小型化和利用环境的苛刻化，对绝缘薄膜的耐热性、耐水解性、耐电压性等哀求不断提高。

电动汽车电机

一、电气绝缘用薄膜所哀求的特性

电气绝缘用薄膜哀求具有耐热性、电气性子、适于加工的机器性子、耐药品性（耐酸、耐碱、耐溶剂）、阻燃性等特性。

电动汽车电机布局图

薄膜的耐热性基本上依赖于质料高分子的耐热性，随着结晶性高分子结晶的熔点或者非晶性高分子的玻璃化转移温度的升高，薄膜的耐热性增加。
作为电气绝缘利用时，有长期耐热性和短期耐热性两种指标。

长期耐热性(UL746B聚合归天期性能评价标准规定）可以用来评估薄膜在电机中的长期利用性能，与薄膜质料的热劣化有关；短期耐热性可以用来评估材料的焊接加工性，与薄膜形状的热稳定性（一样平常用薄膜的热紧缩率来表示）有关。
作为电机绝缘材料利用时，“耐热性”多指长期耐热性。

表1紧张的绝缘膜的特性

薄膜的耐热等级及UL746B标准规定的耐热温度在表1中列出。
耐热等级按照JISC4003（电气绝缘－耐热性的评价，与GB11021相似）的规定，根据利用中大概能达到的最高温度可划分为：

E级（耐热温度为120℃),

B级（耐热温度为130℃),

F级（耐热温度为155℃),

H级（耐热温度为180℃)。

UL746B中定义的耐热温度是指在规定韶光 (10万小时）内，物理性子（机器，电气）衰减一半时所利用的温度。
由于耐热温度是基于热老化实验得出的数据，以是实际利用时，耐热温度并不绝对是事情温度的上限。
对付绝缘膜，伴随着薄膜的力学性能和电气性能的降落，“老化”也意味着绝缘性能的降落。

薄膜的老化／降解，从根本上说，是高温下由分子运动引起的高分子链的断裂造成的。
并且，像PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）和PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）等聚酯型的薄膜，在高温条件下如果有水分子存在，高分子链会被水分子分解而断裂。
但是，PPS（聚苯硫醚）薄膜的耐热性和耐水解性都很精良，比较难降解。

关于电气性能，体积电阻率和绝缘毁坏电压越大越好。
关于介电常数，在电极间的介质上施加电压时，由于介电性会发生极化征象，为了产生较小的感应电流，介电常数越小越好。

其余，在互换回路上利用的时候，介电损耗角正切值(tan)越小越好。
由于这些物理量对温度、湿度、频率等的依赖性越小越好，以是分子极性小的PPS表现非常精良。

其余，加工时还须要有一定的强度和伸长率。
例如，作为电机的绝缘材料利用时，有可能会经历冲压裁切，弯折，插入等工艺，优秀的薄膜强度和韧性是必要的。

选材时，该当综合考虑薄膜的特性、价格、及详细的利用用场，以选择最得当的薄膜。

二、PET薄膜

具有电气绝缘用场的薄膜一样平常都有精良的强韧性，加工适应性，电气绝缘性，耐化学药品性和耐热性，但综合价格成分后，性价比高的双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)在绝缘领域得到了广泛地运用。

BOPET薄膜

常日的BOPET膜是A级（耐热温度为105℃),一样平常用于冰箱压缩机的电机绝缘。
然而，对付密闭型压缩机的驱动电机，由于电机事情在浸泡在制冷剂与润滑油中，在一定的温度，如果薄膜中寡聚物含量高的话，就会被制冷剂和润滑油萃取出来，而堵塞压缩机阀门。

这种情形下，东丽推出了耐热性和耐水解性更好，寡聚物含量大幅度减少的PET膜露米勒X10S ,其耐热性可以达到B级（耐热温度为130℃),开始紧张用于空调压缩机的电机，后来逐渐在发电机、变压器、太阳能电池背板及各种绝缘基材等领域被广泛采取。

近些年，由于臭氧层毁坏和环球变暖等环境问题的缘故原由，制冷剂的替代事情也在不断地进行。
比如，空调中，代替氯氟烃、R32等制冷剂逐渐被采取，电机的事情温度变得更高，制冷剂和润滑油含水的场合也变多。

对付稠浊动力汽车和纯电动汽车的驱动电机，常常会在高温和含水的ATF油中利用，这就哀求PET薄膜比以前更耐水解。
基于这样的背景，东丽公司开拓出了新的更加耐热耐水解的露米勒MX5A。

图１ 耐热PET膜的耐湿热性

图1是耐湿热性的实验结果（温度为125℃,湿度为100%的压力箱实验），从中可看出，MX5A拉伸强度保持率更高，强度半衰期从X10S的55小时延长到70多小时，提高了约1.3倍，而且，长期耐热温度指数(RTI)也会变高。

新开拓的MX5A作为绝缘材料，已经被运用于R32空调压缩机电机上，并且期待未来在高温事情的电机和变压器等领域得到广泛运用。
由于B级和F级的耐热温度跨度比较大，从薄膜性能和价格的平衡上考虑，东丽公司正在开拓长期耐热温度指数(RTI)超过140℃的超耐热PET绝缘膜。

三、 PPS薄膜

双向拉伸的PPS（聚苯硫醚）薄膜，是具有高耐热性、阻燃性、耐溶剂性、耐水解性、优秀的电气特性等性子的工程塑料薄膜。

Torelina PPS 薄膜 东丽

作为电气绝缘用薄膜的紧张特色是：

1) 长期耐热性：根据UL746B标准，长期耐热温度指数(RTI)：机器特性为160℃,电气特性为200℃，耐热性达到F级，在极高温度下可以连续利用。

2) 电气特性：作为电气绝缘用，有足够的绝缘耐受性，并且对温度、湿度、频率等的依赖性低。

3) 吸湿性子及耐水解性：吸湿率为0.05%,极其低，并且没有表现出水解性。

4) 耐药品性：酸、碱、各种溶剂等在内，险些对所有的有机化学药品都有卓越的耐久性。
在制冷剂中的萃取量也比聚酯类(PET,PEN)的低。

5) 阻燃性：点燃后火焰能够自己熄灭，按照UL94（设备和用具部件塑料材料燃烧测试）的标准，认定为VTM-0级别（厚度25m以上），具有阻燃性。

另一方面，由于B级和F级的温度跨度比较大，针对B级材料耐热温度低而不能胜任，但F级材料的耐热温度又显得太高的运用领域，东丽开拓的“TLT”(PPS/PET/PPS的三层层压材料）等复合股料，也实现了在绝缘领域的运用。

PPS虽然有上记所述的精良性子，但是跟聚酯薄膜比较，韧性低，也便是说，对付比较厚的薄膜，进行波折，冲孔，植入铁芯等加工时，随意马虎割裂、劈开。
因此，市场须要有加工适应性高的PPS薄膜推出。
在这样的背景下，保持PPS薄膜的耐热性，阻燃性，耐水解性等上风，行业又开拓了加工适应性高的高伸长率PPS薄膜，其断裂伸长率提高了1.5倍达到100%以上。

上世纪90年代，电机和变压器等主要的耐热绝缘薄膜的运用领域，以PET绝缘膜为主，对F级和H级的耐热材料需求并不大。
近年，这种需求逐渐飞腾。

一方面是用于动力、焊接、发电等用场的工业电机在日本的需求兴旺，并且今后的市场可不雅观；随着电机的大型化、高效化、利用环境严厉化，对绝缘材料也哀求F级以上的耐热性。

另一方面，1997年往后，稠浊动力汽车真正开始投入市场，电机所用绝缘膜大多数是将芳纶纸等纤维纸复合在绝缘膜的两面。
这种纤维纸层存在的好处是，确保加工插入时的顺滑性，保护内层的绝缘膜不被划伤，并且能跟绝缘漆更好地粘合。

比如就有把芳纶纸“Nomex”和PEN用胶粘剂粘接层压在一起的复合薄膜。
哀求更高的耐热性时，可以把内层换成耐热耐水解更精良的PPS薄膜，不用胶粘剂，依赖独特的技能将Nomex和PPS复合在一起，形成NSN“Namli”，由河村落家当公司于2012年开始发卖。

图２ NSN的耐热劣化性

图2是NSN“Namli”在200℃时的强度保持率，与同样没有用胶粘剂的芳纶纸“No-mex”和PEN的复合膜比较，基本上没有热老化。
NSN“Namli”的耐热性相称于H级，基于此精良特性，在汽车用高性能驱动电机上逐渐被广泛采取。

四、不同耐热等级的绝缘薄膜

露米勒因其较好的机器特性、电气特性、耐热性和较低的价格，在电机、发电机，变压器等绝缘领域被广泛采取。

表２ 各种耐热性绝缘薄膜

随着技能的进步，机器的小型化和利用环境的苛刻化，绝缘材料的耐热性耐水解性耐电压性等哀求不断提高，低寡聚物含量的露米勒X10S,以及更高耐热性的露米勒MX5A等产品不断呈现。
再加上PEN、PPS、多层复合薄膜等，形成了耐热等级从A级到H级，多种多样的产品阵容。
对付各种各样的压缩机、电机等产品，可以供应多种选择方案，以实现压缩机及电机的灵巧设计。

参考资料：电机用绝缘膜的耐热及耐久化的可能性简析