龙香林，杨国富，汤晓水

(江西铜业加工事业部，江西南昌 330096)

1 引言

密封式制冷压缩机用耐氟电机是冰箱与空调压缩机的关键部件［1］，耐氟电机与压缩机共同密封于制冷循环系统中，其绝缘材料直接承受制冷剂、冷冻机油及温差、压差、相变的交变作用［2］，它的工作环境温度正常来说也就是90～120℃左右，有一些机种在特定的情况下，比如过负荷运作(压缩机处于堵转状态)，工作环境温度可能会达到130～150℃。耐冷媒性是压缩机用漆包线中最重要的性能之一，普通的漆包线，比如130或者155的聚酯聚氨酯产品，就会在压缩机的一冷一热的工作状态下，被冷媒涨破，漆膜变成海绵状的多孔形体，即出现发泡。目前常规漆包线中，耐冷媒性能最好的就是聚酯亚胺复合聚酰胺酰亚胺的200级漆包线(即压缩机电机用漆包线)，但聚酯亚胺复合聚酰胺酰亚胺的200级漆包线并不能杜绝发泡现象，只要达到一定的条件，聚酯亚胺复合聚酰胺酰亚胺200级漆包线也会出现发泡现象。漆包线严重发泡后，本来起着绝缘作用的绝缘层遭到破坏，失去绝缘性，电机从而出现短路，并可能最终甚至导致电机的烧毁。本文主要论述了耐冷媒发泡涉及的主要标准、方法和规定、漆包线耐氟里昂发泡的原理及不同实验条件下对漆包线发泡性能的影响等方面，并分析了漆包线耐氟里昂发泡的原因。

2 漆包线耐氟里昂发泡涉及的主要标准、方法和规定

2.1 耐冷媒发泡涉及的主要标准、方法和规定

(1)国标 GB4074.31－83《耐冷冻剂试验 －一氯二氟甲烷(R22)发泡法》，采用 IEC251－1(1978)，大致是将样线在 R22中室温处理16h，－50℃冷冻1h后，在25～30s内移到125℃的烘箱中烘烤10min，检查附着力和发泡个数［3］。

(2)IEC317－13(1990)200级聚酰胺酰亚胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包线标准中规定R22发泡试验由供需双方协商进行，发泡个数小于 4个［4］。GB/T6109.11－90规定同此。

(3)新的产品标准如 GB/T6109.20－2008/IEC60317－13:1997《漆包圆绕组线 第20部分200级聚酰胺酰亚胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线》，只定义了耐制冷剂性能中的萃取和击穿电压，没有再规定发泡试验的要求。NEMA MW73－A和MW73－C也是这样。

2.2 耐冷媒发泡涉及的主要标准规定

现行的绕组线试验方法对发泡试验不再规定，导致发泡试验方法不统一，各制造商根据产品的使用要求各自规定，试验方法如表1。

表1 漆包线发泡性能检测试验方法

3 漆包线耐氟里昂发泡的原理与产生的原因

漆包线耐氟里昂发泡试验的目的是模拟漆包线在实际使用中的运行条件考察漆包线的耐受性。漆包线漆膜发泡原理是－个综合的物理化学过程。

从化学角度来看，制冷剂氟里昂本身是一种“溶剂”，氟里昂致冷剂R22分子中有H原子，有强的溶剂作用，其临界压力(4.9MPa)高，使系统经常处在气相、液相混合状态，又混有冷冻油，该混合介质对绝缘介质渗透极强;又因致冷剂中含水住往超过规定值或部件安装时未经严格干燥处理，以致形成酸性腐蚀物质，再由于管道中残留的杂质及绝缘结构的材料龟裂物在高速气流循环下，会进一步腐蚀绝缘结构［5］。但大多制冷剂比较稳定，例如R22(一氯二氟甲烷)在常温下为无色、近似无味的气体，加压可液化为无色透明的液体，化学稳定性和热稳定性均很高，不燃烧、不爆炸、无腐蚀。没有水份存在的情况下，在200℃ 以下与一般金属不起反应;在水存在时，仅与碱缓慢起作用。但在高温下会发生裂解。在耐制冷剂试验中，R22对漆包线漆膜有轻微的溶出(萃取)，但不会直接使漆膜起泡。PEI+PAl复合线(即压缩机电机使用漆包线)在R22+NM56EP冷冻机油在90℃下处理24h后，取出室温放置24h，漆包线的外观及剖面分别如图1和图2所示，没有任何发泡的迹象。

图1 R22处理并室温放置24h的样线

图2 R22处理并室温放置24h的样线截面

发泡的形成与实验过程中的物理变化关系更大。首先是渗透，如图3所示。通常漆膜结构是类似“洋葱”层状，当绝缘线置于制冷剂的氛围中，在一定的温度及压力下(如试验条件90℃、4MPa)，制冷剂会渗透至漆层之间。长时间置于制冷剂氛围中的漆包线，即使脱离该氛围，仍有一定量的制冷剂滞留其中，只是线的外观无任何可观察到的变化。

图3 渗透

其次是逸出，如图4所示。试验方法规定将制冷剂处理的漆包线在有限的时间内移至一定温度的烘箱中烘烤，然后观察发泡情况。制冷剂残余量和其逸出的速度构成了发泡的关键。由于漆包线漆膜是一个相对致密的结构，温度低，残余制冷剂量少，逸出速度慢，对漆膜的冲击较小，不会对漆膜有损坏;残余制冷剂量越大，温度越高，逸出速度越快，气体瞬间的逸出会对漆膜产生较大的冲击，造成局部隆起，从而形成气泡。很显然，挪移处理的漆包线到烘箱的时间以及烘箱的温度是试验关注的重点。事实上，许多关于发泡的试验误差来源于此，很多漆包线用户也将烘箱的温度作为耐制冷剂试验要求的核心。

图4 溢出

以下试验以PEI+PAI复合漆包线为为例研究了烘箱温度与发泡的关系，结果见表2。

表2 PEI+PAI不同程序温度下的发泡试验结果

通过观察PEl+PAI漆包线R22发泡漆膜的状态，可以证实以上过程。制冷剂渗透进入漆膜层，其微弱的溶解性和溶胀作用，对漆膜本身结构未造成致命损害。通过发泡样线的截面观察，可见气泡存在于漆层之间，漆膜与裸铜线基体没有剥离。而且发泡主要出现在底漆PEI层，而面漆PAI层完好。这也预示，R22的发泡与漆包线漆的类型和结构有关，主要为漆膜的层与层之间的发泡，而对漆膜与裸铜线之间的附着性影响较小。

PEl+PAl复合漆包线在氟里昂发泡试验中不同温度下烘烤后的截面图5～图8。

图5 原线

图6 160℃未发泡

图7 170℃ 发泡

图8 170℃ 发泡(局部放大)

4 漆包线耐氟里昂发泡后对压缩机电机的影响

用热级较高的聚酯(PE)或聚酯亚胺漆(PEI)打底，聚酰胺酰亚胺漆(AI)做面漆生产的复合耐冷媒漆包线很长时间以来一直是制冷压缩机的主要用漆包线。该结构的漆包线综合性能优异，性价比高，耐氟里昂性能良好。在世界各地，基本都沿用这种结构。虽然在不同地区，底漆或偏向聚酯亚胺，但复合聚酰胺酰亚胺后均能满足制作压缩机的正常性能需求。

耐氟电机是一种密封于氟里昂、冷冻机油等介质，在高压力、高温下长期工作的特种电机［6］，它的应用领域大都是耐用消费品，除了性能期望较高，对各种环境下的稳定性以及使用寿命也有严格的要求。在实际生产中，由于种种原因，压缩机过早失效的情况还是屡有发生。解剖过早(用户市场电机)失效的压缩机，发现压缩机中的漆包线常常已经严重发泡损坏，(美芝压缩机提供电机故障图片)如图9所示。

图9 从压缩机中解剖出的发泡漆包线(发黄)与正常漆包线

根据前述的漆包线耐冷媒发泡实验的结果，产生这种情况常常是因为压缩机用电机漆包线温度过高引起。对于电机主线圈漆包线整体发泡发黄的现象，通常都是由于压缩机运行环境恶劣如负荷过高、电压低、散热不良、电容失效等，或压缩机机械堵转等原因导致电机无法正常运转而发热。铜线起泡严重后，漆膜破坏到一定程度时电机以烧毁等形式失效，有些是因为制作缺陷，运行中发生短路等引起剧烈温升;也有些因为设计或因为运行环境不良如供电不稳等，导致长期温度偏高运行。所以，压缩机用漆包线除了要求有较好的常规热老化寿命外，耐氟里昂性能，特别是耐氟里昂发泡性能受到重视。尤其近些年，冰箱和空调家电下乡向广大农村普及，由于农村运行条件相对较差如电压波动较大等，对压缩机电机的耐受性能要求更高。

5 不同的实验条件下对漆包线发泡性能的影响

5.1 不同漆种的影响

前已叙及，试验温度对耐氟里昂发泡试验结果有影响，不同漆种的漆膜耐氟里昂发泡性能也不同。通过对常见的用于耐冷媒复合线生产的漆种(PE、PEl、PAI)的各自单涂线分别在120、160、180℃ 发泡情况进行评估，再次证明:烘箱温度影响很大，对同种漆包线，温度越高，发泡越严重。就单涂线来说，三类漆中，PAI最好，180℃也未发泡;PEI次之，有小气泡;PE较差，有较大气泡。结果参见图10～图12。

图10 PE，160℃

图11 PEI，160℃

图12 PAI，160℃

同一类的漆，不同的配方与工艺生产的产品也有一定的差异，表3列举了几种不同的PEI复合同种PAI的漆包线的耐氟里昂发泡性能的比较。

表3 不同的PEI复合PAI线耐氟里昂发泡情况

5.2 固化程度的影响

虽然说氟里昂发泡过程中物理变化较显著，但是漆包线漆膜的化学结构对发泡而言显然有重要影响。漆膜的化学成分、交联密度、小分子的含量等等，都有可能影响氟里昂的渗入与残余，以及漆膜中小分子的溶出与漆膜机械强度。漆包线固化程度是这方面的决定因素之一。以PEI+PAI复合漆包线不同烘烤程度情况下的试验结果验证，结果如表4和图13。

表4 PEI+PAI复合漆包线不同固化程度时发泡温度的区别

图13 PEI+PAI复合漆包线不同固化程度时170℃发泡比较

6 结语

综上所述，如要提高复合漆包线耐氟里昂发泡性能，在漆种选择、漆包线结构设计、漆包线固化程度控制方面都需加以控制。就最常见的复合漆包线结构PEI+PAI来说，如果结构合理、固化完全，满足绝大多数耐氟里昂发泡性能的要求(烘箱温度130～150℃ )都没有太大问题，少数PEI+PAI可以达到170℃。但如果要在不改变漆包线结构的情况下进一步提高复合漆包线耐氟里昂发泡温度，漆包线漆的选用是非常重要的。

［1］ 林德.冰箱压缩机用电机的耐氟性能试验［J］.微电机，1990，20(3):44－46.

［2］ 罗玮.耐氟电机的电磁线及绝缘材料的国产化及应用［J］.电机技术，1992(2):24－26.

［3］ GB4074.31－83，耐冷冻剂试验—一氯二氟甲烷(R22)发泡法［S］.

［4］ IEC317－13(1990)，200级用聚酰胺—酰亚胺涂覆聚酯或聚酰胺脂漆包的圆铜绕组线［S］.

［5］ 刘美容.耐氟电机的绝缘设计［J］.制冷技术，1987(1):15－18.

［6］ 区绍恭.F级耐氟电机绝缘材料及绝缘结构［J］.电工技术杂志，1990(3):22－25.