聚氨酯漆包线直焊性的影响因素主要有:(1)副反应和催化剂;(2)基料树脂的结构和配比;(3)漆包线的烘烤工艺。
由于异氰酸酷在化工热力学上可以进行的反应非常复杂,不同类型的催化剂对异氰酸醋的反应有不同程度的影响。合适的催化剂可以有效地降低基料树脂反应的活化能,降低反应温度,并引导反应沿着预期的方向进行,有利于得到较为理想的树脂和漆膜结构,获得理想的漆膜性能。催化剂对直焊性的影响是指如何通过催化剂对异氰酸酷基主反应的引导作用,抑制和/或减少副反应的发生。主要指催化剂的类型和用量 。
异氰酸醋基主要副反应及其对直焊性的影响:异氰酸酷基令NCO)上的氮原子和氧原子均呈电负性,碳原子上卜的电子云密度低,呈正电性。异氰酸酷基在反应时是亲电子性的,易被亲核试剂进攻。氮原子的电子密度高,吸引氢原子后形成经基,但是不饱和碳原子上的轻基不稳定,重排为氨基甲酸醋,这是在聚氨醋领域中最重要的反应。此反应为剧烈的放热反应,从热力学的角度来考虑,此反应所能进行的倾向性和反应可以达到的程度勿庸置疑,但是,我们要尽量避免和减少进一步反应的可能性。在聚氨酷漆包线漆的生产过程中,其主要的副反应有:A异氰酸醋基与胺反应生成脉;B异氰酸酷基与脉反应生成缩二脉;C异氰酸醋基与氨基甲酸酷反应生成脉基甲酸酉旨;D异氰酸醋基自身的二聚和三聚反应等。反应生成的副产物如果混合在漆膜中,由于它们皆为异氰酸醋基进一步反应的产物的活化能更高,对漆包线的直焊性能有很大的影响,直接造成漆包线在搪锡槽中漆膜裂解不彻底、焊锡处遗留残渣多、绕组线上锡时间明显延长或上锡温度需要明显的提高。所以,选择合适的催化剂,可以较好地引导异氰酸醋基与轻基生成氨基甲酸酷的反应,尽量避免和减少其它副反应的发生 。
催化剂的类型:聚氨酷漆包线漆常见的反应有异氰酸酷的加成和封闭反应、含轻基树脂组分的合成反应、配漆后漆液在绕组线上的固化反应和漆包线在搪锡槽中的分解反应。催化剂的选择也就具体体现在这几个方面 。
常用的催化剂有叔胺类、金属化合物类和有机嶙类三种。与聚氨醋漆包线漆有关的应用经验主要有以下几点:A锡类催化剂对NCO/OH型反应的催化能力可能比叔胺类强。B在制造聚氨酷预聚物过程中,少量的锡类催化剂可以有效地引导异氰酸酷基与轻基生成线形氨酷化合物的反应;叔胺类的催化剂容易引起支化反应,造成树脂粘度偏大或者胶凝。C酸性条件下有利于异氰酸酷基与轻基生成氨基甲酸醋的反应,碱性条件下,异氰酸酷基与轻基的反应在被加速的同时,其它副反应也被加速。D选择适宜催化异氰酸酷基加成反应的催化剂,还要结合绕组线的实际搪锡实验来确定。有的催化剂在异氰酸醋基的加成反应方面虽然表现出优异的催化选择性,但是,搪锡试验后发现,遗留残渣较多,焊锡时间有所延长。E具体情况还需要具体的对待。实际生产涂料时,应以通过系列的实际试验来确定适宜的催化剂品种 。
对于聚氨醋漆包线漆所用催化剂的选择,由于异氰酸酷基的反应非常复杂,加_L异氰酸酷基上不同的取代基对异氰酸酷基电负性的影响,同一种催化剂对含有不同取代基的异氰酸醋可以表现出不同的作用。另外,催化剂和反应物分子结构的空间位阻作用,在选择催化剂的时候,也应得到足够的重视 。
催化剂的量:在选择了合适的催化剂类型后,其用量的界定主要依据的因素有漆液储存期限的要求和漆包工艺对固化的要求两个方面。一般情况下,漆液的储存期限和催化剂的用量成反比关系,较高催化剂用量,漆液的储存期限相对也短。作者在实验室里还发现,有的催化剂不但对储存的期限有影响,还可能引起部分漆液品种的变色 。
催化剂对于漆包工艺的影响主要是随着漆包工艺的不断改进和变革,在保证漆包线优异性能的前提条件下,漆包线的涂布速率越来越快,相应的漆液固化速率也要求同时提高,当然,我们可以通过提高催化剂的用量来解决,但同时带来了漆液的贮存稳定性等问题 。
聚氨酷漆包线漆是由含轻基树脂、异氰酸醋封闭物和各种助剂组成 。
基料树脂的结构对直焊性的影响:理想的基料树脂结构是保证漆包线优异性能的基础。漆包线用途的不同,对漆包线的要求也不一样。聚氨酷漆包线除了要求直焊性外,还对线的耐盐水针孔性(即漆膜的连续性)有着较为严格的要求 。
基料树脂的结构对直焊性的影响,我们可以从树脂的支化度和分子结构两个方面来考虑。试验证明,通过降低基料树脂支化度对改善漆膜的直焊性能有一定的效果,但是,这样的调整方式,在绕组线上实际固化后的漆膜,往往会因交联密度的下降带来绕组线耐盐水针孔性能的下降;漆膜良好的固化和足够的交联密度可以保证漆包线的耐盐水针孔性能,然而,过高的交联密度却造成了绕组线直焊性能的下降。所以,应通过调整基料树脂的结构来控制合适的漆膜交联密度,以取得绕组线在直焊性能和耐盐水针孔性能上的平衡 。
基料树脂分子结构主要指分子结构中耐热基团的类型和数目、分子结构的空间位阻效应和分子活化能等几个因素。分子结构中足够含量的耐热基团可以保证绕组线的热冲性能,但是过高的含量会造成直焊性能的下降;空间位阻大的分子结构也会影响漆膜中氨酷键的热分解;漆膜固化后在搪锡槽中的有机分子受热裂解的活化能如果过高,也会影响到绕组线的直焊性能 。
为得到实际可用的含轻基基料树脂,在确定了合理的理论配方后,基料树脂的生产过程的控制对最终合成树脂性能的影响也不容忽视。实际生产过程中所采用的控制方法主要是为了控制合成过程中的醇损失和酷化反应的温度、时间。作者曾经在工厂里发现,同样的配方,由于对新设备缺乏了解实际操作生产工人的控制发生偏差,造成了不同批次的树脂在酷化时间、粘度方面与正常基料树脂的较大差异,由此树脂配制成的漆液在绕组线上涂布后,性能和外观相差较大,搪锡时间有所延长 。
配比对直焊性能的影响:基料树脂的配比反应在分子结构中就是一NCO介OH的比例问题。漆液在烘烤炉中,封闭树脂发生解封反应,解封闭的异氰酸酷基与含轻基树脂反应,交联成膜 。
异氰酸酷基的反应非常复杂,一NCO介OH的不同比例会带来不同的漆膜性能。比例过高,则漆膜固化过程中的支化反应增加,造成漆膜的交联密度过大,从而影响漆包线的直焊性能;比例过低,漆膜的交联密度低,漆膜的耐盐水针孔性能无法满足实际使用的要求。合适的一NCO/一OH比例可以为漆膜提供相对理想的交联密度。当然,对于要求漆包线耐盐水针孔性能较高,而对直焊性能要求相对不高的时候,我们可以适当地调低此比例 。
烘烤不足的漆包线无法保证漆膜优异性能的获得。烘烤过度的聚氨酷漆包线,其直焊性能会有所下降。这主要是由于漆液在烘烤过程中异氰酸酷基与氨酷键或者自身发生反应,造成氨酷键在固化后的漆膜中含量下降,从而影响漆膜的直焊性 。
