BR112019009569A2

BR112019009569A2 - composição para fita isolante

Info

Publication number: BR112019009569A2
Application number: BR112019009569A
Authority: BR
Inventors: Scheuer Christoph; Kuhlmann Gunda; Saltapidas Panagiotis; Dressen Thomas
Original assignee: Hexion GmbH
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-08-06
Also published as: WO2018099734A1; CN110072923A; RU2717793C1; US20190292426A1; EP3548547A1; DE102016014267A1; CN114664478A

Abstract

a invenção se refere a uma composição para produção de uma fita isolante, em que a composição serve para fixar um material não condutor sobre uma camada de reforço. para proporcionar uma fita isolante, que é utilizada em particular na produção do isolamento de dispositivos de média e alta tensão no método vpi, que evita a utilização de endurecedores convencionais, em particular anidridos de ácido carboxílico, é proposta uma composição que apresenta a) um novolak produzido por condensação de um fenol não substituído com um aldeído, em que o novolak tem um peso molecular de 250 a 1000 g/mol e b) um catalisador selecionado do grupo dos halogenetos de boro (iii) e/ou dos seus complexos de amina, imidazóis, acetilacetonatos, cloreto de estanho (iv) e ou aminas terciárias e/ou tetrametilguanidina e c) opcionalmente outros aditivos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPOSIÇÃO PARA FITA ISOLANTE.

[001] A presente invenção refere-se a uma composição para a produção de uma fita isolante, em que a composição serve para fixar um material não condutor sobre uma camada de reforço, e assim como ao seu uso.

[002] O sistema isolante em dispositivos de alta-tensão, como por exemplo motores ou geradores, tem a tarefa de isolar permanentemente componentes eletricamente componentes eletricamente condutores, tais como cabos, bobinas ou hastes, uns em relação aos outros e em relação ao pacote de lâminas do rotor ou ao ambiente. Em geral, nos sistemas isolantes existe o problema de que descargas parciais ocorrem devido a migrações de carga tipo avalanche, que podem levar enfim à ruptura elétrica do isolador. Para sanar este problema, as partes a serem isoladas são embaladas com fitas de mica, que devem manter a função do condutor em caso de incêndio. No caso de uma fita de mica, um papel de mica, que muitas vezes é feito de uma polpa de mica (contendo muscovita e flogopita), por meio de um aglutinante, é colado com uma fita de suporte sólida, tal como, por exemplo tecido, não tecido ou filme de, por exemplo, vidro, lã de rocha, poliéster ou poliimida usando um adesivo. O papel de mica pode ser provido, em um lado, ou em ambos os lados, da fita de suporte, em que os lados também podem consistir em diferentes materiais de suporte. A colagem é feita de tal maneira que o adesivo seja usado para penetrar no papel de mica e no material de suporte e, assim, ser formado um préimpregnado.

[003] Como adesivos são utilizadas composições de resina que têm uma alta resistência à temperatura ambiente, a fim de estabelecer a ligação de mica e suporte de forma segura e a temperaturas elevadas (60°C-150°C) passar para um estado líquido. Isto garante a sua

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 10/29

2/10 aplicação como um adesivo líquido à temperatura elevada ou em mistura com um solvente volátil. Após resfriamento ou remoção do solvente, o adesivo está presente em uma forma sólida mas flexível e possibilita assim um envolvimento seguro da parte condutora com a fita de mica à temperatura ambiente, em que as propriedades adesivas do adesivo impedem que ocorra delaminação do papel de mica em relação ao material de suporte. Como componente de resina do adesivo são conhecidos do estado da técnica (documento de patente WO 1998/014959 Al) entre outras coisas resinas de silicone, polialquilenos, ésteres polivinílicos, álcoois polivinílicos. Devido aos seus dados característicos de condutividade, entretanto, as resinas epóxi são particularmente adequadas para este propósito. Assim, os documentos de patente US 5,618,891; US 5,158,826; US 4,656,090; US 3,647,611 ou WO 2015/062660 A1 descrevem composições especiais de resina epóxi para fitas de mica. Em geral, além do componente de resina epóxi, o adesivo contém ainda um componente acelerador, que é adequado para iniciar o processo de cura da resina de impregnação aplicada posteriormente sobre a base de resina epóxi (por exemplo, cura de anidrido), em que apenas aceleradores especificamente selecionados são adequados para isso, uma vez que uma cura antecipada sobre a fita de mica por exemplo teria que ser evitada durante o armazenamento da fita de mica ou durante o processo de impregnação.

[004] O condutor enrolado em fita de mica é tipicamente preferivelmente impregnado com resina artificial em um processo de impregnação sob pressão de vácuo (VPI).

[005] No método de impregnação sob pressão de vácuo, em uma primeira etapa por meio de vácuo, a umidade residual é evaporada a partir dos condutores a serem impregnados, presentes no recipiente de impregnação, enrolados com fita de mica e em uma segunda etapa subsequente, e inunda estes enrolamentos primeiramente sob vácuo e

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 11/29

3/10 em seguida sob pressão com uma resina impregnante a partir de um reservatório. A penetração completa dos sistemas de isolamento pode assim ser alcançada. Por meio da medição de capacidade, a absorção de resina do sistema de isolamento pode ser rastreada. O processo é finalizado quando a mudança de capacidade atinge um nível mínimo. Por meio da pressão existente no recipiente, a resina de impregnação pode ser empurrada de volta para o reservatório. Após a drenagem, é feita a transferência para o forno de secagem, onde a cura ocorre.

[006] Como resina de impregnação são empregadas prioritariamente resinas à base de resina epóxi, uma vez que no caso destas pode-se dispensar solventes adicionais. Além disso, estas possuem boa resistência ao vácuo, baixo encolhimento volumétrico e alta aderência à fita de mica. Para que a resina epóxi apresente uma viscosidade adaptada ao processo, ela é mantida no recipiente de impregnação a temperaturas de 60°C a 70°C. No entanto, isso requer um endurecedor - que está em mistura com o componente de resina epóxi no recipiente de impregnação - que ainda não é reativo nessas temperaturas, mas apenas a temperaturas significativamente mais altas do processo de cura (> 120°C). Além disso, o endurecedor também deve garantir um ciclo curto de impregnação e uma baixa perda por gotejamento após o processo de impregnação. Portanto, como endurecedor são adequados para a resina de impregnação à base de resina epóxi, anidridos de ácido carboxílico, como por exemplo, anidrido de ácido hexa-hidroftálico (HHPA) ou anidrido de ácido metil-hexahidroftálico (MHHPA), que são, por sua vez, suspeitos de serem prejudiciais à saúde, de modo que estes possam ser removidos do processo de produção.

[007] Por conseguinte, a tarefa da presente invenção consiste em proporcionar uma fita isolante - preferivelmente fita de mica - que é utilizada em particular na produção de isolamento de dispositivos de

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 12/29

4/10 média e alta-tensão no método VPI, evita a utilização de endurecedores habituais, em particular anidridos de ácido carboxílico.

[008] Esta tarefa é solucionada de acordo com a invenção por uma composição para produzir uma fita isolante, em que a composição serve para fixar um material não condutor sobre uma camada de reforço, caracterizada por a composição

a) conter um novolak preparado por condensação de um fenol substituído ou não substituído com um aldeído, em que o novolak apresenta um peso molecular de 250 a 1000 g/mol e

b) conter um catalisador selecionado do grupo dos halogenetos de boro (III) e/ou dos seus complexos de amina, imidazóis, acetilacetonatos, acetonato de acetila e/ou cloreto de estanho (IV) e/ou aminas terciárias e/ou tetrametilguanidina e

c) contém opcionalmente outros aditivos.

[009] A composição de acordo com a invenção é aplicada como adesivo entre o material não condutor, preferivelmente mica, sobre a camada de reforço, isto é, a fita de suporte, que é preferivelmente feita de um tecido, malha, não tecido ou folha de vidro e/ou lã de rocha e/ou poli-imida e/ou poliéster e/ou ou quartzo de maneira convencional por meio de pulverização, aplicação de demão ou por espátula. Obtém-se um compósito impregnado com a composição de acordo com a invenção feito de papel de mica revestido em um ou mais lados com camadas de reforço. Preferivelmente, a fita isolante contém 5 a 20% em peso do adesivo de acordo com a invenção, com base na massa total (fita de suporte, material não condutor, adesivo).

[0010] Este compósito é estável em armazenamento à temperatura ambiente devido à seleção hábil dos componentes e da reatividade resultante da composição de acordo com a invenção, pode ser opcionalmente cortado na medida desejada e armazenado como produtos laminados. Em comparação com as fitas de mica à base de resina

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 13/29

5/10 epóxi descritas acima com um componente de catalisador que inicia a cura com anidrido subsequente, podem agora ser fornecidas fitas de mica com estabilidade ao armazenamento melhorada.

[0011] Através de fita de mica, o que apresenta a composição de acordo com a invenção, isolamentos para dispositivos de média e alta voltagem podem ser fornecidos, os quais apresentam como resinas de impregnação, resinas epoxi e são vantajosamente produzidos no processo de VPI. Durante o processo de impregnação, a resina de impregnação aquecida (cerca de 40-80°C) à base de resina epóxi impregna por vácuo o condutor enrolado com fita de mica, em que a fita de mica apresenta a composição de acordo com a invenção. O novolak da composição de acordo com a invenção é aplicado sobre a fita de mica na resina epóxi da resina de impregnação e atua como um agente coendurecedor para esta resina de impregnação. Para iniciar a homopolimerização da resina de impregnação e acelerar o processo de cura de todas as camadas impregnadas, utiliza-se o catalisador de fita de mica, em que o tempo de cura pode ser otimizado.

[0012] Pela composição da fita de mica de acordo com a invenção, o fator de perda tan (6) da camada isolante, que reflete a perda de energia elétrica produzida pela conversão ao calor, poderia ser mantido em um nível que poderia ser obtido com propriedades isolantes suficientes. Através do uso da composição de acordo com a invenção na fita de mica foi possível dispensar na resina de impregnação de epóxi a utilização de endurecedores de anidrido até então convencional, o que é desejável para aspectos de saúde e ambientais.

[0013] Os novolacs utilizados para a composição de fita isolante da invenção são conhecidos no estado da técnica. Eles são preparados por condensação de um fenol substituído ou não substituído com um aldeído, em que o novolak obtido tem um peso molecular de 250 a 1000 g/mol (medido de acordo com a DIN 55672-1). Assim, são prefe

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 14/29

6/10 ridos fenóis mononucleares substituídos ou não substituídos (por exemplo, fenol, cresóis e/ou p-terc. Butilfenol) com aldeídos (preferivelmente formaldeído) reagidos em ácido. Esses compostos estão prontamente disponíveis. Os catalisadores mais comumente utilizados para a condensação ácida são o ácido oxálico, ácido clorídrico, ácido p-toluenossulfônico, ácido fosfórico e ácido sulfúrico. Razões molares típicas na preparação de reação se situam qui em 0,75-0,85 mol de formaldeído para 1 mol de fenol (F/P = 0,75-0,85). A condensação é interrompida quando um peso molecular de 250 a 1000 g/mol, de preferência 250 a 500 g/mol, é alcançado, pois isso pode otimamente ajustar a viscosidade da composição, que desempenha um papel importante para a aplicação na fita de suporte.

[0014] Os novolaks utilizados de acordo com a invenção são, por exemplo são comercialmente disponíveis sob o nome BakeliteOPH 8505 (produto da Hexion GmbH).

[0015] Além disso, a composição de acordo com a invenção contém um catalisador, preferivelmente 1 a 30% em peso, por sua vez 5 a 30% em peso, baseado na massa do novolak, selecionado do grupo de haletos de boro (III) e/ou seus complexos de amina, imidazóis, acetilacetonatos, cloreto de estanho (IV) e/ou aminas terciárias e/ou tetrametilguanidina. É dada preferência aos complexos de trifluoreto de boro ou tricloreto de boro ou então aos boratos de amina, mas é dada particular preferência aos compostos do grupo dos imidazóis, em particular o 2-fenilimidazol. Devido ao processo, é necessário que o catalisador na fita de mica tenha uma pressão de vapor correspondente que, por um lado, migre durante o processo VPI para as camadas impregnadas da resina de impregnação depois de confeccionada a fita de mica sem liberação de gás, para acelerar a cura contínua das camadas impregnadas continuamente. Isto é garantido pela seleção direcionada dos catalisadores.

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 15/29

7/10 [0016] Como outro constituinte, a composição de acordo com a invenção pode opcionalmente apresentar outros aditivos, como por exemplo auxiliares de processamento (por exemplo, solventes, por exemplo metil etil cetona), agentes promotores de adesão (por exemplo, silanos) ou também agentes molhantes. Estes aditivos têm um efeito positivo na produção e propriedades da fita isolante.

[0017] Assim, a composição contém vantajosamente, a título de exemplo, 50-90% em peso, Novolak, 1 -30% em peso, Catalisador e 049% em peso de outros aditivos, com base na massa total de todos os componentes da composição.

[0018] A preparação do isolamento de um condutor a ser isolado por um método que compreende as seguintes etapas:

proporcionar uma fita isolante, que compreende um material não condutor e uma camada de reforço ligados por meio de uma composição, em que a composição contém a) um novolak preparado por condensação de um fenol substituído ou não substituído com um aldeído, em que o novolak apresenta um peso molecular de 250 a 1000 g/mol e b) um catalisador selecionado do grupo de haletos de boro (III) e/ou seus complexos de amina, imidazóis, acetilacetonatos, cloreto de estanho (IV) e/ou aminas terciárias e/ou tetrametilguanidina e c) se necessário outros aditivos, II) envolvimento do condutor elétrico com a fita isolante e (III) impregnação da fita isolante enrolada em volta do condutor com uma resina à base de resina epoxi.

[0019] A resina de impregnação à base de epóxi é conhecida no estado da técnica. Assim, a resina pode ser selecionada do grupo de poliepóxidos à base de bisfenol A e/ou F e resinas de avanço produzidas a partir destes, à base de bisfenóis halogenados epoxidados e/ou novolaks epoxidados e/ou ésteres de poliepóxido à base de ácido itálico, ácido hexahidroftálico ou à base de ácido tereftálico, o ou paminofenóis epoxidados, produtos de poliadição epoxidados de diciPetição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 16/29

8/10 clopentadieno e fenol.

[0020] Assim, como componentes de resina, por exemplo, Novolaks de fenol epoxidados (produto de condensação de fenol e, por exemplo, formaldeído e/ou glioxal), novolaks de cresol epoxidados, poliepóxidos à base de bisfenol A (por exemplo também bisfenol A e tetraglicidilmetilenodiamina), bisfenóis halogenados epoxidados (por exemplo poliepóxidos à base de tetrabromobisfenol A) e/ou poliepóxidos à base de bisfenol F e/ou novolak epoxidado e/ou resina epóxi à base de isocianuratos de triglicidila. O peso molecular médio de todas estas resinas é preferivelmente 200 a 4000 g/mol e o equivalente de epóxido preferivelmente, 100 a 2000 g/equiv.

[0021] Entre outros, os seguintes componentes de resina podem ser utilizados: por exemplo Poliepóxidos à base de bisfenol A (por exemplo, Epikote® 162 ou 828) e/ou bisfenol F (por exemplo, Epikote® 158 ou 862) e suas misturas contendo diluentes reativos (como Heloxy® Modifier AQ.), resinas epóxi cicloalifáticas epóxi (por exemplo, Epikote s 760 - produtos disponíveis da Hexion Inc.) [0022] A resina de impregnação também pode conter outros componentes, tais como, por exemplo agentes molhantes que servem para controlar a tensão superficial. Também seria possível adicionar outros componentes de cura, em que preferivelmente, porém deve-se dispensar o uso de anidridos na resina de impregnação.

[0023] É particularmente preferido quando a impregnação na etapa (III) seja realizada sob vácuo (método VPI), em que é assegurada uma impregnação quase completa do compósito a partir do condutor enrolado em fita de mica com a resina de impregnação. Após a impregnação, uma cura geralmente ocorre em um forno de secagem em uma faixa de temperatura de 80°C a 180°C, dependendo da resina de impregnação utilizada.

[0024] Com base em um exemplo de concretização, a invenção

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 17/29

9/10 será explicada em mais detalhes:

1. Produção da fita de mica [0025] Para produzir a fita de mica, é formulado primeiramente o componente adesivo da seguinte forma: 1000 g de novolak (Bakelite®PH 8505) são aquecidos a 60°C e tratados com 150 g de 2fenilimidazol.

[0026] A mistura é homogeneizada dentro de uma hora a 60°C. Posteriormente, uma solução a 80% em metiletilcetona é preparada a 60°C e resfriada à temperatura ambiente. O adesivo assim produzido é usado para fixar uma camada de 100 μιτι de espessura de papel de mica em um não tecido de vidro com um peso de camada de 23 g/m². Para este efeito, 20 g/m² do adesivo são pulverizados sobre o nãotecido de vidro, colados ao papel de mica e o compósito seco a 70°C em vácuo (10 mbar).

[0027] A fita de mica assim preparada é resfriada até a temperatura ambiente.

2. Produção da impregnação no processo de VPI [0028] A fita de mica produzida conforme descrito acima é cortada em folhas de 10 x 10 cm. 10 camadas da fita de mica são colocadas em camadas sobrepostas entre si até uma espessura de camada de cerca de 2 mm e impregnadas em um molde de metal aberto dos dois lados a 40°C e 5 mbar com uma resina de impregnação composta por 250 g de EPIKOTE ™ Resin 162, 750 g de resina EPIKOTE ™ 158 e 150 g de Heloxy ™ Modificador AQ em 60 minutos. Por meio de uma sobrepressão de 6 bar, a impregnação continua por mais 60 minutos.

[0029] O excesso de resina de impregnação é drenado e transferido o molde de metal para um forno de cura. A cura ocorre em duas etapas, inicialmente por 3 horas a 90°C, seguida por 15 horas a 140°C.

3. Propriedades de isolamento

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 18/29

10/10 [0030] O composite feito de resina de impregnação e adesivo leva aos seguintes fatores de perda (tan (6)) em função da temperatura após o endurecimento:

Temp, em °C	tan(ô)
25	0,005
50	0,00715
75	0,0104
100	0,017
120	0,0522
140	0,2425
180	1,206

[0031] Estes estão a um nível comparável com os que contêm anidrido na resina de impregnação, de modo que a impregnação de acordo com a invenção proporciona propriedades de isolamento desejadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição para produzir uma fita isolante, em que a composição serve para fixar um material não condutor sobre uma camada de reforço, caracterizada pelo fato de que a composição contém a) um novolak, produzido por condensação de um fenol substituído ou não substituído com um aldeído, em que o novolak apresenta um peso molecular de 250 a 1000 g/mol e b) um catalisador selecionado do grupo dos haletos de boro (III) e/ou dos seus complexos de amina, imidazóis, acetilacetonatos, cloreto de estanho (IV) e/ou aminas terciárias e/ou tetrametilguanidina e c) opcionalmente adicionalmente outros aditivos.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição contém 50-90% em peso de Novolak, 1 - 30% em peso de catalisador e 0-49% em peso de outros aditivos com base na massa total de todos os componentes da composição.
3. Composição de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a composição contém 5 a 30% em peso de catalisador, baseado no peso do novolak.
4. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o novolak é produzido por condensação de fenol e/ou cresol com formaldeído.
5. Composição de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o novolak apresenta um peso molecular de 250 a 500 g/mol.
6. Composição de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que como catalisador é utilizado imidazol, preferivelmente 2-fenilimidazol.
7. Composição de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o material não

Petição 870190044171, de 10/05/2019, pág. 20/29

2/2 condutor é mica.
8. Composição de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço é feita de um tecido, tecido tricotado, não tecido ou folha de vidro e/ou lã de rocha e/ou poli-imidas e/ou poliéster.
9. Uso de uma composição como definida em pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição se destina à produção de fitas de mica.
10. Uso de uma composição, caracterizado pelo fato de que a composição se destina à produção de um isolamento de um condutor a ser isolado para um método que compreende as seguintes etapas:

(I) proporcionar uma fita isolante, que compreende um material não condutor e uma camada de reforço ligados por meio de uma composição, em que a composição contém a) um novolak preparado por condensação de um fenol substituído ou não substituído com um aldeído, em que o novolak apresenta um peso molecular de 250 a 1000 g/mol e b) um catalisador selecionado do grupo de haletos de boro (III) e/ou seus complexos de amina, imidazóis, acetilacetonatos, cloreto de estanho (IV) e/ou aminas terciárias e/ou tetrametilguanidina e c) se necessário outros aditivos, II) envolvimento do condutor elétrico com a fita isolante e (III) impregnação da fita isolante enrolada em volta do condutor com uma resina à base de resina epóxi.
11. Uso de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o isolamento do condutor a ser isolado é feito no processo de impregnação por pressão-vácuo.
12. Uso de uma composição como definida em pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ele se destina ao isolamento de dispositivos de média e alta tensão, em particular geradores e motores.