驱动电机性能与PEEK挤出

聚醚醚酮，也被称为PEEK，是公知的热塑性聚合物。此有机化合物属于家族，其包括其它众所周知的名字，如聚醚酮酮（PEKK）和聚醚酮（PEK）聚芳基醚酮（PAEK）聚合物。许多PAEK家族成员相似，PEEK存在如在室温下为半结晶聚合物，并且包含在单芳基部分的两侧酮和醚键，如图1所示。由于PEEK是一种热塑性塑料，它不分解，在其熔体温度。

这使得它非常易于熔化处理，在那里它可以发展成一个高度不同的其他形式的集合。尽管热塑性塑料行业已经开发出新的和更加专业化的塑料，PEEK仍然是这一极具影响力的聚合物塑料集团的重要成员。

图1。聚醚醚酮聚合物，或[4-（4-甲氧基氧基）苯基] - （4-甲基 - 苯基）甲烷^[１]．A) PEEK重复单体单元的键合线绘制;B)球棒模型和C)范德华球体。白色=氢;灰色=碳水化合物;红色=氧气。（示出为具有末端羟基）。

受欢迎的属性

尽管PEEK在热塑性塑料领域(约1978年)是一个相对较新的产品，但由于其许多有用的性能，它很快就变得流行起来。除了它的加工性能，这种有机材料是一种非常硬的材料，转化为长寿命和高强度的成品。此外，PEEK的硬度提供了优越的抗磨损性(磨损)与低摩擦系数。与PAEK家族的许多成员相似，PEEK不容易水解，吸水率相对较低^(2、3)．这些特性有助于延长PEEK在脆化前的使用寿命。此外，除了硫酸和某些卤化酸等少数物质外，PEEK对几乎所有常见的洗涤剂、溶剂和其他化学物质都具有抗性。然而，PEEK最常被引用的特性之一是它的耐高温性，这是许多其他类似聚合物所没有表现出来的。PEEK在343°C(649°F)左右熔化，实际使用温度上限为260°C(500°F)，在此温度下仍保留某些性能，如表1所示。(PEEK的温度下限小于-70°C / -94°F)^(4、5)．因此，PEEK被认为是最热稳定的聚合物之一。这些特性共同使PEEK适合于跨许多不同环境的许多潜在应用程序。

表1。代表PEEK属性

财产	ASTM	价值
熔体温度（°C /°F）		343/649.4
上部服务温度（°C /°F）		250 - 60 / 482 - 500
使用温度低(°C /°F)		-70 / -94
玻璃化温度(°C /°F)		三百○二分之一百五十○
拉伸强度（MPa）	D638	75 - 97
吸水率（％）	D570.	0.1 - 0.45
密度（g / cm3.）	D792	1.10 - 1.48
体积电阻率（Ω•厘米）	D257	1.6 x 10.16
绝缘强度(V /毫升)	D149	504.
介电常数(@ 1 MHz)	D150	2.2 - 3.0
颜色		不透明;浅褐色或褐色
所显示的PEEK性能适用于天然或未填充的PEEK聚合物树脂。

PEEK的多功能性

作为一种聚合物，PEEK已经在广泛和高度专业化的应用领域找到了自己的方式。PEEK是一种具有极好的硬度的热塑性塑料，因此它可以注塑成不同的部件，如发动机部件、管道法兰、结构件、牙科种植体，甚至承重部件，如轴承或衬套。PEEK可加工更细的公差，如螺纹零件(如螺丝)的必要公差。它可以挤压，以创建一个广泛的径向部件，如传统的油管，接头座椅，齿轮，甚至热收缩形式(宙斯PEEKshrink^®）。

PEEK的特殊性能也使其非常适合用于生物医学应用、食品包装和制药等产品。它可以挤压成单丝，也可以作为拉伸纤维生产。PEEK可以细铝型材,可以涂在电线保护和绝缘层或光纤作为加强层(图2)。与PEEK的能力被制成的产品,难怪它被用在许多行业,如航空航天、汽车、医疗、化工、石油和天然气勘探。

图2。近距离观察PEEK绝缘电线的例子。

电气相关性

由于PEEK作为热塑性聚合物的许多优良特性，它的新应用总是在地平线上。到20世纪70年代末，聚合物工程师开始研究PEEK是否可以作为一种商业上可行的电线涂层，因为它具有介电性能^(6、7)．PEEK作为绝缘体的行为对电气性能有重要影响。PEEK没有移动电子，因为它是完全共价键合的，因此具有优异的绝缘性能。然而，作为电介质，PEEK很容易极化，这使得它能够存储电能。PEEK的介电强度是介质存储这种能量的极限。当一种材料被置于超出其介电强度的电压中时，它就会作为绝缘体分解或失效。这种故障可以表现为电气或热故障，在此情况下电介质不再可行。(因此，介电强度也称为击穿电压)。在实际应用中，材料的介电强度越高，其绝缘性能越好。介电强度取决于厚度，通常给出单位厚度的伏特，kV/mil或V/mil。 PEEK’s dielectric strength may range from 0.5 to 20 kV/mil (ASTM D149) based on its purity and other physical factors, thus allowing it to be used for a wide range of insulating requirements.

此外，PEEK的形貌对其绝缘性能也有影响。虽然PEEK的聚合物链整体上可以看成是线性的，但它们在空间上的构象是一个弯曲的分子，包括多个扭曲，如图3所示。因此，基于聚合物链的堆积性质，PEEK的形态从几乎完全无定形到更结晶。在热塑性塑料中，更多的结晶形式显示出更好的绝缘性能，这对PEEK也适用。此外，聚合物加工的步骤使形态控制在一定限度内成为可能。这一特性对于用于电机的peek涂层磁体线很重要。因此，在涂层过程中，可以指导PEEK的绝缘性能与物理要求相匹配，从而根据所提出的应用创造最佳的介电强度。绝缘强度在一定程度上是一个函数形态属性和材料的厚度,因此,这是合情合理的选择条件下,材料是仔细考虑可能存在高电压或当首选厚度的介质,如涂层线——非常小。

图3。PEEK 2n聚合物呈弯曲和扭曲构象。)球棍模型;B)范德华球模型。白色=氢;灰色=碳;红色=氧气。（示出为具有末端羟基）。

除了介电强度，材料的绝缘性能可以用介电常数来描述。这个参数(也称为介电常数)显示了一种材料在原子水平上的极化情况，与真空的极化情况相比，它可以储存电能的程度。由于极化性，介质是绝缘体;极化越容易，它们能储存的电能就越多，从而使它们成为更好的绝缘体。介电常数显示了电场的数量，减少或阻尼的存在的介质与真空相比。举例来说，空气的介电常数为1.00059，真空为1,PEEK约为3.0。当介电常数较低时，材料的绝缘性能较好，因为它具有极化能力，但它在电场存在的情况下存储电能，不导电。具有这些特性的绝缘线涂层因此提供了明显的好处:作为一个例子，PEEK涂层在一个磁铁线，作为绝缘体或介质，减少了电线和它的周围或外部环境，如地面或金属电机框架之间的有效电场。因此，绝缘良好的电线减少了运行期间的电气损耗，提高了电机的效率。

的材料的绝缘能力不限于平面尺寸，但体积电阻率也占所述材料的电阻（逆电导）在3D空间中，通常是统一的体积给出。通常，体积电阻率被给定为欧姆•厘米（Ω•厘米）。在实际应用中，这一特征措施如何强烈的材料的抗蚀剂通过一立方体积的材料的电流的流动;换句话说，在降低电阻率，更大的材料的导电性，并且反之亦然。当涉及到体积电阻率，人们普遍认为具有> 10的材料欧洲杯足球竞彩⁹电阻率被认为是绝缘体，而那些< 10⁵Ω•cm电阻率被认为是导电的^[8]．PEEK的体积电阻率通常在1.6-7 × 10范围内¹⁶ω•cm（ASTM D257）识别PEEK作为一个好绝缘体^[8]．

偷看电动机的绝缘电线

虽然PEEK的机械特性赋予相当大的强度和保护导线作为涂层，其为挤压涂层电机应用和电磁线最终的好处是它的电气性能特性。PEEK能够抵抗漏电的，并且可以在甚至厚度可预测的性能来施加。该聚合物的绝缘的好处可以用非常薄的挤出涂层，同时仍保持相当大的结晶度而获得。然而，在该线材上，该金属丝仍然可以如弯曲和缠绕为线圈绕组操纵的薄挤出PEEK层。特别地，优选PEEK的耐化学性，因为它可以暴露于电冷却剂，溶剂，并用磁导线使用时清漆。该PEEK涂覆的金属丝的强外部安装普通电机的构建和导线的过程中也保护其不受磨损和损坏。没有一种类型的聚合物可以提供用于增强的电机性能的所有最佳特征，但PEEK的全面的板特性使得它对于马达和电磁线绝缘极具吸引力。

用Zeus Peek绝缘电线和其他PEEK产品对OEM电机和电机重建的比较

考虑到各种潜在的好处，PEEK绝缘可以提供给电机的性能，对于OEM马达，并以PEEK绝缘制品重建相同的电机性能属性进行比较。这里，所使用的马达是一个小4极，0.75马力，460伏，AC感应电机是容易获得（图4）。使用F级（155℃级）OEM安装电线和绝缘系统包含24 AWG标准漆包线电磁线35，涤纶^®聚酯薄膜^®-dacron.^®（DMD）绝缘，F级的引线上，诺梅克斯^®和诺梅克斯^®层压板。重建的发动机包含PEEK Lay-Flat^®用于槽内衬和相绝缘的套管和Zeus水晶PEEK绝缘磁铁线24awg，重型(1.1 mil)，如图5所示。这重建的电机是H类(180C类)，和涓滴清漆树脂绝缘使用的两个电机。下面显示的是简短的测试结果。

图4。表示基本电机组件的代表性测试电机的剖面描述了这项工作。

图5。拆卸转子和轴组件的重建电机的横断面图。重建的电机包含PEEK绝缘磁铁线(定子绕组)，PEEK Lay-Flat^®油管用作相绝缘，PEEK Lay-Flat^®槽式衬管用油管。

电测试使用ALL-TEST PRO 5™Amprobe进行^®AMB55高压绝缘电阻测试仪，一个Electrom iTIG 12D和一个ALL-TEST PRO OL™。可以观察到，对于基本的操作标准，用Zeus产品重建的电机与OEM电机的输出几乎相同:对地绝缘、对地电容、阻抗、低欧姆电阻、电流/频率(I/F)响应和电感(表2)。接下来，测试极化指数(根据IEEE Std 43-2013附件D;AMPROBE^®AMB55）。在10分钟的测试期间，OEM电机偏振至10千兆HM（数据未显示）。在应用清漆之前，电机在12秒内通过Zeus产品重建为1粒oOhm;涓流清漆被施加偏振后减少到5秒。

表2。OEM电机与Zeus PEEK绝缘产品改造电机基本运行标准比较

测试	原来的汽车	宙斯的材料欧洲杯足球竞彩
电阻	37.7欧姆	38.0欧姆
电感	159年mH	159年mH
阻抗	106欧姆	107欧姆
相位角	68.8度	68.6度
I / F	-47％	-46.9%
绝缘电阻	> 1千兆欧	> 1千兆欧
电容	<2μF	<2μF
低欧姆电阻，电感，阻抗，电容相位角，电流/频率（I / F）响应，地面绝缘和原始电机和电机的电容与Zeus制造产品重建的电容。OEM和宙斯重建电动机之间没有观察到显着差异。使用All-Test Pro 5™进行该测试。

然后，使用Electrom iTIG D12进行高低压评估，测试电机绝缘系统的状态。为了发现在变频器(VFD)应用中可能导致故障的绝缘内部的空隙，对重建和OEM电机进行了局部放电(PD)测量。

通过Zeus Peek产品重建电动机的绕组，并且根据早期的测试，OEM电机似乎类似，但PD测试表明，OEM电机与668,070台PC的PD易于失效，而重建电机表现出PD只需703台PC（数据未显示）。关于其他性能因素，重建电机对D因子，Q因子和电容的OEM电机进行了改进（表3）。发现这种改进是对测试的三种不同铅配置中的每种的一致。此外，重建电机的效率比OEM电机略高，虽然Zeus Peek电机（数据未示出）的电压次谐波略高，但分别略高于OEM电机，分别略高于1715 rpm [Oak Ridge Motor效率和装载软件（Ormel'96）]。

表3。OEM电机与Zeus PEEK绝缘产品改造电机性能因素比较

低电压C/L/Z测试数据
	C (nF)	d因子	L (mH)	阻抗	∅角	品质因数
导致1 - 2	0.137	0.012	153.930.	969.40	86.1.	14.59
铅2-3			153.640	967.60	86.1.	14.52
导致1 - 3			154.120	970.60	86.1.	14.51
平衡			0.3%	0.3%	0.0％	0.6％

低电压C/L/Z测试数据
	C (nF)	d因子	L (mH)	阻抗	∅角	品质因数
导致1 - 2	0.147	0.011	153.690	968.30	85.8	13.53
铅2-3			153.890	969.50	85.8	13.54
导致1 - 3			153.460	966.80	85.8	13.64
平衡			0.3%	0.3%	0.0％	0.8%
电容(C)、损耗(D)因数、电感(L)、阻抗、相角(∅)、质量(Q)因数低电压测试结果:原电机绝缘系统(上)、宙斯绝缘系统(下)。(使用Electrom iTIG D12进行测试)。

在整个测试期间，与Zeus Peek绝缘磁线（和其他PEEK产品）重建的电机在与多个区域中的OEM电机相比时显示等于或更好的性能。电动机重建也呈现较短的吸收时间和较低的泄漏宙斯PEEK产品。此外，该马达显示出与最小绝缘系统中的损耗更高的效率。这些结果表明，有较少的用于逆变器应用失败性向后宙斯PEEK马达倒带绝缘电磁线（和其他PEEK产品）。总之，试验证实PEEK的优良的绝缘性能以及如何将这些属性可以在一个现实又非常有益的方式来使用。

结论

PEEK是一种用途广泛的热塑性聚合物。这种材料有许多有益的特性，包括它能被熔炼成许多不同的形式。由于其独特的性能，用这种聚合物制成的部件具有很高的耐磨性和硬度。这些成分还具有优良的耐化学性。PEEK具有高温耐受性，这使它有别于许多聚芳醚酮(PAEK)家族成员，并能够承受260°C(500°F)的工作温度。因此，PEEK已成为广泛应用的首选材料。

随着人们对聚合物塑料知识和兴趣的不断增长，这些材料特别适合用作绝缘体。欧洲杯足球竞彩材料的可欧洲杯足球竞彩加工性在一定程度上控制了它们的许多特性，如形状、厚度和结晶度，这些特性适用于电气设置。PEEK作为这组电介质的代表，具有极化能力，并具有许多特性，特别适合用于电动机。它的机械特性允许它被挤压在电线上用于电机线圈绕组，它的耐热性很容易在电机不间断运行下达到的高温下生存。PEEK和其他聚合物塑料确实已经在广泛的电气应用中变得普遍。

为了确定PEEK是否能对电机性能产生积极影响，我们将一个小型的、易于获得的0.75马力、4极、460伏的交流感应电机与使用Zeus PEEK绝缘产品(如PEEK layo - flat)重建的相同电机进行了比较2020欧洲杯下注官网欧洲杯足球竞彩^®用于相绝缘的管道和PEEK绝缘磁铁线和槽衬里。观察到，对于基本电机操作，重建和OEM显示出几乎相同的输出，用于接地，电容与地，阻抗，电感，低欧姆电阻，电容相位角和电流/频率（I / F）响应。对于极化指数，与Zeus Peek产品重建的电动机与OEM电机的10千兆锤相比，Zeus Peek产品被偏离至1吨欧姆。对于其他测试结果，Zeus Peek的电动机在电容，Q因子和D因子中展示了OEM电机的改进。与OEM电机相比，重建电机在相同的负载下略高略高，指示重建电机的效率增益。总的来说，与宙斯PEEK绝缘电线（和其他PEEK产品）的电机重建显示性能等于或优于OEM电机。这显示了PEEK绝缘电线和其他PEEK产品的优异绝缘性能，以及提高电机性能和效率的可能性。

参考文献

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