[发明专利]一种具可挠性与耐磨耗性的耐突波绝缘涂料

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘涂料，特别地涉及用于涂布在漆包线的金属导线表面作为绝缘层使用的绝缘涂料。

背景技术

经历过二次能源危机以及二氧化碳过量排放而使地球环境遭受到严重破坏与温暖化后，全球先进国家无不对能源节省以及环境保护给予相当程度的重视，并制定各种产业政策以节制能源浪费与推动环境保护措施。其中，在电力利用方面，具备节约能源效果的变频器因为各国政府环保政策的大力推行而备受瞩目。变频器可以改变电压与频率来控制马达的转速，由于具有可变速的特性，除了能提升负载驱动效率之外，在提升电动机效率，利用再生电力的领域上，变频器的技术也能为省能源带来极大的贡献。随着半导体功率元件进步、微处理器低价化，以及优化的电动机控制理论不断被提出，变频器不仅因为高控制性能与高可靠度的开发而活耀于产业机械领域，并且由于智能功率模块(Intelligent Power Modules，IPMs)的应用，变频器的体积小型化，产品售价便宜化，也就逐渐被应用在民生、轻便、更多样的用途上。同时，随着变频器应用范围逐步扩大，把多个变频器连成网路系统，建立远端控制、远端维护等系统化管理则成为未来发展趋势。由此可知，从宏观的环境保护与能源节省，到产业生产力的提升，一直到日常生活的便利性、快速性，都跟变频器产生密不可分的关系，换句话说，变频器对整个社会发展的进步扮演着极重要的角色。

正常状况下，电力公司所输送到用户家中的电源电压应为110伏特，但是在某些状况下会在瞬间出现高过正常值的电压值，其称为突波(Surge)。若是从示波器来看，即是在稳定电子信号中突然产生的电压准位或电流急速变化，在稳定波形中突然出现一个跳得特别高且特别陡的波形。突波产生的原因很多，像是遭遇雷击或电力系统故障时，虽然电力公司设有保护措施，但因其回应速度与保护程度有一定的极限，因此还是有一些突波可能会在瞬间传送到用户家里。此外，电力公司的这些保护装置在“作动”与“复置”的瞬间往往也会产生一些突波，并且像是家里的电源开关在动作的瞬间，同样也会有突波产生。这些不正常的突波，虽然都只是在瞬间发生，但是过程中的电压、电流往往高过正常值甚多，严重时足以破坏家中的许多电器产品，尤其像是电脑、电视与音响设备等，因为这些家电产品的工作电压相对较低，所能够承受突波的能力也就相对不足。

此外，变频器本身也会产生突波。利用变频器来驱动马达时会同时释出脉冲电流形成所谓变频突波(Inverter Surge)，所产生的变频突波可能会直接造成马达外层所卷绕的漆包线的绝缘破坏、形成贯穿性短路破坏或造成信号不稳定，进而损坏终端元件，阻断马达、继电器或变压器磁场。一般而言，突波产生时可视为瞬间给予漆包线一个非常大的能量(负载)，在此巨大的能量下，若是材料绝缘强度无法承受或是无法将此能量导通散逸，则绝缘皮膜容易被击穿或是破坏，进而造成贯穿性短路或造成信号不稳定，最后将造成仪器无法运转或是毁坏。虽然利用突波吸收器可避免家电产品遭到破坏，但是突波对于漆包线外层绝缘材料的破坏仍无法通过突波吸收器来防范。因此，如何开发耐突波用漆包线绝缘材料将是未来大量使用变频器时重要的课题。

有鉴于上述需求，业界目前已开发出数种可抗突波的绝缘树脂涂料，其中Phelps Dodge与GE在1985年就已经发表抗突波用绝缘涂料的专利技术，其主要是在绝缘涂料中加入如TiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、ZnO等的金属氧化物，利用金属氧化物高介电常数的特性，使其产生类似电容的效果而将突波吸收、均匀分散、导通，因而不会对绝缘皮膜造成破坏。为了更加确保能够抵抗突波所造成的破坏，该技术采用多层绝缘皮膜涂装结构，即在金属导线与有机绝缘材料混合涂层外，再制作一层有机绝缘材料保护层，如此可在突波击穿金属导线与有机绝缘材料混合层后，通过最外层的有机绝缘材料保护层来抵抗剩余能量所产生的破坏。该技术的最大关键在于金属氧化物与有机绝缘材料间的界面相容性，若是相容性不佳，则金属氧化物易自行聚集形成大颗粒金属粉体。若此，则因为粒子间隔较远且分散不均，对于突波的分散及导通可能效果不佳，进而造成抗突波性能无法显现。