漆包圆绕组线的耐冷冻剂试验及影响因素探讨

沈丽敏

（广东产品质量监督检验研究院，广州 510330）

制冷系统用漆包线，也叫耐氟利昂漆包线，顾名思义就是能够耐得住以氟利昂为冷冻剂的一种漆包线，一般用于制冷系统中的压缩机，是冰箱、空调压缩机的关键部件。耐氟利昂漆包线与压缩机共同密封于制冷循环系统中，在电机运行过程中，绝缘材料直接承受制冷剂、压缩机一冷一热的温差作用。对于普通漆包线，就会在压缩机冷热的工作状态下，被冷冻剂涨破，使漆膜遭到破坏，失去绝缘性。因此，通过进行耐冷冻剂试验，可以判断绝缘材料品质的好坏以及可以发现生产工艺是否存在缺陷。文章主要论述了耐冷冻剂试验的试验原理、方法和规定要求，在试验的基础上分析了耐冷冻剂试验不合格的原因及产生的影响。

1 耐冷冻剂试验定义及原理

1.1 定义

耐冷冻剂性能用置于冷冻剂中的漆包线漆膜的萃取物数量和击穿电压表示。

1.2 试验原理

1.2.1 萃取

将盛有漆包线试样的虹吸杯置于压力釜中，然后将一定量的制冷剂注入已抽过真空的试验压力釜里面，再给压力釜底部加温，在达到制冷剂的临界温度前，试验压力釜里面的压力随着温度的增加而增加。此时，试验压力釜里面除有制冷剂的液体外，还将有制冷剂的气体存在。当制冷剂的气体遇到温度较低的物体时，就会冷凝成液体滴入虹吸杯，当虹吸杯的液体液面超过虹吸管的高度时，虹吸杯的液体就会流入到试验压力釜的底部。制冷剂则在虹吸杯里周而复始地进行“液-气-液”的变化。试验结果测量置于高温和压力作用下的冷冻剂中的漆包线试样的萃取物。

1.2.2 击穿电压

将试样置于压力釜中，测量置于高温和压力作用下的冷冻剂中的漆包线试样的击穿电压。

2 耐冷冻剂试验依据

耐冷冻剂试验的主要方法有GB/T 4074.4—2008/IEC 60851-4：2005《绕组线试验方法第4 部分：化学性能》、IEC 60851-4：2016《绕组线试验方法 第4 部分：化学性能》。

本文主要测试的样品名称及型号规格为200 级聚酰胺酰亚胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线，Q（ZY/XY）-2/2001.0500 mm，执行的判定依据产品标准为GB/T 6109.20—2008/IEC 60317-13：1997《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》，试验方法依据标准为GB/T 4074.4—2008/IEC 60851-4：2005《绕组线试验方法第4部分：化学性能》。

3 测量设备及试验方法

3.1 测量设备

检测制冷系统用漆包线的主要仪器包括容器、加热装置、虹吸杯和冷凝装置，如图1 所示。

图1 耐冷媒试验装置

3.2 试验方法

本试验使用一氯二氟甲烷（冷冻剂R22）作为冷冻剂，三氯三氟乙烷（R113）作为淋洗液。

3.3 萃取

3.3.1 试样的制备

1）取8 个试样，每个试样含有（0.6+0.1）g 漆膜，分别卷绕成70 圈的线圈。

2）将试样在（150+3）℃的强迫通风烘箱中处理15min。

3）冷却30 min 后，称重8 个试样，精确至0.000 1 g，记录初始总质量M1。

3.3.2 试验程序

1）将8 个试样置于虹吸杯中，虹吸杯悬挂在压力釜顶盖的冷凝器下面，装好压力釜，在压力釜中注入（700+25）g 的冷冻剂。

2）压力釜加热至（75+5）℃，调节冷凝器水流量，使虹吸杯的回流次数保持在每小时20～25 次。萃取时间为6 h。

3）萃取结束后，冷却压力釜。可用冷冻剂压缩机和回收系统等方法从压力釜中回收冷冻剂，然后排气并打开压力釜。

4）用约定的淋洗液（三氯三氟乙烷-R113）淋洗试样和虹吸杯，每次100 mL，冲洗2 次。蒸发淋洗液直至压力釜底部剩余（5+1）mm。

5）将上述萃取液倒入预先干燥并称重的铝质称量皿中；再用15 mL 淋洗液冲洗压力釜，并倒入铝质称量皿中。

6）在（150+3）℃温度下干燥蒸发60～65 min，放置于干燥器中冷却至室温。

7）称重盛有残留萃取物的称量皿，精确到0.000 1 g，称得的质量减去同一只称量皿的最初质量，其差值即为8 个试样的萃取物总质量M2。

8）用适当的化学方法除去线圈试样上的绝缘。将裸导体在（150+3）℃温度下干燥（15+1）min，然后在干燥器中冷却至室温。称重并精确至0.000 1 g，8 个导体总质量为M3。

3.3.3 试验结果

通过表1 结果可以得出，该漆包线样品的萃取物含量为0.2%，试验结果符合标准要求。

表1 Q（ZY/XY）-2/2001.0500 mm 萃取试验结果

3.4 击穿电压

3.4.1 试样的制备

将制备好的试样（图2）放在压力釜中，测量置于高温和压力作用下的冷冻剂中的试样的击穿电压。

图2 击穿电压试样

3.4.2 试验程序

1）将试样放在（150+3）℃烘箱中处理4 h，然后置于注入（1 400+50）g 冷冻剂的压力釜中。将压力釜加热至（75+5）℃，保持（72+1）h。

2）试验结束后，冷却压力釜并排气。当压力釜内压力小于0.2 MPa 绝对值时，打开压力釜并在25～30 s 内将试样转移至（150+3）℃烘箱中，加热（10+1）min，从烘箱中取出试样冷却至室温。

3）按标准规定要求制备试样，测量击穿电压。

3.4.3 试验结果

通过表2 结果可以得出，该漆包线样品的5 个击穿电压值分别为9 875、10 250、9 480、11 230、9 110 V，试验结果符合标准要求。

表2 Q（ZY/XY）-2/2001.0500 mm 击穿电压试验结果

4 3 种萃取试验的试样制备

三氯乙烯、甲醇和一氯二氟甲烷萃取的试验当中，为确保漆包线的试样线圈漆膜重量能够达到国家的相关标准，有足够重量，比如，如果后绝缘漆包线分别为0.5 mm 和1 mm，那么试样线圈重量分别不应低于80 g与100 g。此试样容量较大，若是使用圆棒，不以其他措施作为保障进行绕制试样的话，那么其外形尺寸难以达到国际标准，并且试样线圈也不容易从圆棒上取下。基于此，设计了2 个铝制芯，将其固定在绕线机圆周上，绕制试样线圈，这样就能够有效解决上述问题。为避免试样线圈内漆包线表面杂质粘附会导致最终的试验数据有误差，工作人员进行绕制线圈期间，就可以在口罩纱布上喷洒酒精，然后用来对线样表面进行擦拭，试样线圈绕制完成之后，再使用正庚烷进行浸泡和清洗。

4.1 三氯乙烯萃取试验

三氯乙烯萃取试验装置的主要构成零件为脂肪抽出筒，其上面为球蛇形冷凝管，下面则为平底烧瓶，本套装置采用的为甘油浴加热控制系统。

按照国家的相关规定和要求，脂肪抽出筒中的三氯乙烯最多15 min 需要虹吸一次，时间为4 h。通常而言，甘油温度如果能够始终控制在130~140℃的话，是能够达到该标准的。若虹吸之间间隔的时间低于10 min，工作人员就可根据需求降低甘油温度。若虹吸之间相距时间大于15 min，那么就可借助玻璃纤维布类织品，把脂肪抽出筒的中间部位进行包裹，避免继续用高温甘油。如果温度较高，超过了规定的要求，那么三氯乙烯溶液就可能从冷凝管当中冲出，形成安全事故，严重则会威胁人身安全。

萃取结束之后，工作人员就要取出试样，继续保持相应温度要求，对烧瓶进行加热，把三氯乙烯蒸馏虹吸到另外一个干净的烧瓶之中，以待下次试验的时候使用。蒸馏即将结束的时候，工作人员务必要将烧瓶内的溶液蒸干，不可留下溶液，否则会粘附于烧瓶内，后续不好提取，而且也会影响到试验数据的真实性。

为有效规避玷污导致的试验数据误差，笔者认为试验人员可以使用镊子，也可以戴上比较干净的汗布手套，对已经完成称重试样与存放萃取物的烧杯进行处理。这里需要注意的是，带有萃取物的烧杯在干燥之前，需要盖上培养皿，也可以是同类型的其他盖子，以防电热鼓风箱中的杂物落入瓶内，影响后续的试验。

4.2 一氯二氟甲烷萃取试验

一氯二氟甲烷萃取试验过程中，需要借助玻璃装置，并且所需的充气节门是需要另外添加的。其中在高压钢瓶中的一氯二氟甲烷气体在通过节门进入玻璃容器的过程中，能够与含有干冰的玻璃容器接触面发生反应，进而立即冷凝成液体，通过冷凝处理能够切实提高一氯二氟甲烷的纯度和精度，进而能够实现试验优化，与此同时，还能够降低一氯二氟甲烷的损失，降低操作难度，方便实验人员操作和上手，最终能够取得预期的试验效果。

其中需要注意的是，带冷指型的冷凝器上玻璃容器内需要不断加入干冰，以此来保证干冰是附着在玻璃容器表面的。为进一步优化冷却效果，需要在干冰中融入一定比例的甲醇。但是由于甲醇具有一定的毒性，会危害到试验人员的身体健康，此时，便可以利用无毒的酒精来替代原来的甲醇，进而能够在避免伤害试验人身体健康的同时，取得同样的试验效果。一般情况下，在试验过程中需要约6 kg 的干冰，以此来保证试验效果。

在完成萃取装置安装之后，需要在充入一氯二氟甲烷之前在玻璃容器内部加满干冰和100 mL 的无毒酒精，并且需要将装置充气节门以下部位移入干冰中预冷30 min，之后再冲入200 mL 的一氯二氟甲烷，在完成以上内容之后才能够将整个装置移出，并置于酒精液体中。

其中为保证一氯二氟甲烷能够在间隔15 min 进行一次虹吸，需要用酒精加温。在玻璃容器中有部分冰霜凝结后，需要用酒精喷雾器进行喷雾来融化掉凝结的冰霜，避免因为冰霜凝结而影响虹吸效果。在进行6 h 萃取之后，可以将玻璃融入放置于水中，其目的在于尽快挥发掉一氯二氟甲烷，在剩下30 mL 之后，需要将其迅速导入铝坩埚或是玻璃烧杯中，其中需要注意的是以上应经过专门的处理，避免试样和萃取物受到玷污的处理方法与上述的三氯乙烯萃取方法相同。

4.3 一氯二氟甲烷溶剂法及发泡法试验

一氯二氟甲烷溶剂法与发泡法试验需要1.3 L 的氧气钢瓶，并且需要在钢瓶中充入3/4 的一氯二氟甲烷，若是瓶中含有少量一氯二氟甲烷会增加操作难度。其中可以先将挂有试样的钢瓶密封抽真空，之后，再将其置于干冰中冷却，最后再冲入一氯二氟甲烷。

依据国际规定标准可知，试样从冷冻剂中取出最后需要在30 s 内完成溶剂法铅笔硬度试验，并且还需要25~30 s 时间内将其移动放置到电热鼓风烘干箱中完成发泡法试验。在此过程中，会因为瓶口口径过小而无法顺利取出钢瓶，进而耽误试验时间。除此之外，若是在常温状态下打开之后，则会使得一氯二氟甲烷立即挥发掉，进而影响试验结果，由此可知，若是完全依据国际标准规定的时间是很难顺利完成试验的。

可以将试验钢瓶放置于干冰中，再打开瓶盖进行实验。在开展本次实验时，可以利用以上2 个试验中使用过的一氯二氟甲烷继续使用。除此之外，钢瓶需要密封保存，方便下次开展相关试验使用。为优化实验步骤与过程，实验人员可以尝试同时开展一氯二氟甲烷萃取法、溶剂法、发泡法这3 个试验，这样，能够有效节约资源和节省时间。

5 影响耐冷冻剂试验的因素

5.1 绝缘漆材料本身的质量原因

生产中使用不符合规定要求的绝缘漆，使漆膜的强度难以耐抗冷冻剂和电机冷热交换的作用，从而引起漆膜起泡、脱落或开裂。材料本身存在的质量问题也是导致耐冷冻剂试验不合格的重要原因之一。

5.2 生产工艺存在缺陷

在生产制造的过程中，由于操作不当造成漆膜固化过度或固化不足，从而会导致漆膜弹性不好，使漆包线在压缩机一冷一热的温差作用后，漆膜容易发泡导致不合格。

5.3 测量结果造成偏差

实践表明，一切试验测量结果均具有误差。因此作为从事检测工作的专业技术人员有必要了解误差的种类，分析这些误差产生的原因及影响因素，以便在工作过程中采取针对性的措施，最大限度地以减少和消除误差。

1）仪器误差。耐冷媒试验装置应定期进行设备维护保养、校准，以确保设备状态运行有效。

2）人为误差。由于试验人员操作不当、不规范所引起的的误差。例如，样品制备不符合标准规定要求，称重时天平操作不当导致读数不准确等，都会引起测量结果误差。

3）试验方法误差。试验人员应掌握正确的检测方法，掌握仪器设备操作的正确性，关注检测结果的准确性和判定依据的正确性，提升检测能力，以减少和消除因选择方法不当而造成的测量结果误差。

6 结论

总而言之，严格按照耐冷冻剂试验的测量方法，排除或减小各种与耐冷冻剂试验有关的影响因素进行准确的测量，可以发现耐氟利昂漆包线绝缘漆材料的优劣和生产工艺中的缺陷，保证出厂和投入使用的产品质量，以避免由于产品的原因导致绝缘性能受破坏而出现短路，甚至导致电机烧毁，保障电器的使用安全和财产安全。综上所述，准确测量耐冷冻剂试验研究在整个电器使用过程中占据重要地位，为此，需要在分析耐冷冻剂试验定义及原理、耐冷冻剂试验依据的基础上，分析影响耐冷冻剂试验的因素，并积极开展3 种萃取试验，从而能够为后漆包线绝缘漆材料的生产提供理论依据。