CN101670699A - 无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法、转动电机的绝缘部件及绝缘构造 - Google Patents

无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法、转动电机的绝缘部件及绝缘构造 Download PDF

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Abstract

制造用无粘接剂方式粘接芳纶纸和PPS膜、不损失芳纶纸及PPS膜的特性的环境适合型的层积体。层积由芳纶纤维和芳纶浆料构成的经等离子表面处理的芳纶纸和经等离子表面处理的PPS膜，在30℃～50℃的温度、在一对加压辊的线压500kgf/cm以上的压力下，或在50℃～100℃的温度、在一对加压辊的线压200kgf/cm以上的压力下，以无粘接剂方式进行层积粘接。

Description

无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法、转动电机的绝缘部件及绝缘构造
技术领域
本发明涉及作为绝缘材料等可使用的片状、条板状或带状等的无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法和转动电机的绝缘部件及绝缘构造。
背景技术
芳纶纤维是作为ノ-メツクス(du Pont杜邦公司的注册商标)公知的芳香族聚酰胺，因为电绝缘性、耐热性和耐药性等优良，所以特别作为电绝缘材料在很多方面使用。
以往，公知有将混合芳纶纤维和芳纶浆料而制造的芳纶纸、聚酯膜或片由粘接剂层积粘接的芳纶-聚酯层积体(参照专利文献1～5)。
在专利文献1(日本特开2003-246018号公报)中，公开了经等离子处理的芳纶膜、把芳纶无纺布和半硬化状态的粘接剂一体化的预成型料片。在专利文献2中，公开了把由m-芳纶纤条体及耐热性短纤维构成的芳纶纸和聚对苯二甲酸乙二酯系膜在温度220～250℃、线压50kg/cm以上的条件下加压和热粘接的无粘接剂芳纶层积体。
在专利文献3中，公开了由在芳纶纸熔融含浸聚酯的聚酯层构成的芳纶-聚酯层积体的制造方法。在专利文献4中，公开了通过用压延机加工m-芳纶纸和聚酯膜而层积的层积片的制造方法。
在上述专利文献1所述的技术，因为使用粘接剂，所以有涂布粘接剂或必须要用粘接胶带等的问题，此外，还存在有关粘接剂中的溶剂挥发的处理等各式各样的问题。在专利文献5(特开平11-209484号公报)中，也是在芳纶纤维无纺布中含浸热硬化性树脂作成预成型料，是使用热硬化性树脂作为粘接剂的类型。
另外，在专利文献2(特开平07-32549号公报)、专利文献3(特开平07-299891号公报)和专利文献4(特开平08-099389号公报)中，不使用粘接剂，将聚酯膜、片等与芳纶纤维或芳纶纸层积，熔融聚酯，将其含浸在芳纶纤维或芳纶纸中。但是，为熔融聚酯，必须加热到比其熔点高的温度，所以冷却的聚酯再结晶化，存在其柔软性损失的问题。
[专利文献1]特开2003-246018号公报
[专利文献2]特开平07-32549号公报
[专利文献3]特开平07-299891号公报
[专利文献4]特开平08-099389号公报
[专利文献5]特开平11-209484号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的课题是提供作为电绝缘性、耐热性和耐药性等优良的电绝缘材料、不使用粘接剂的新的层积体的制造方法。进而提供可充分承受适用机动车发动机仓的严酷的高温环境下的转动电机、而且能够实现转动电机的小形化、高输出的电绝缘部件及绝缘构造。
解决课题的手段
本发明的电绝缘层积体的制造方法，是无粘接剂芳纶-聚苯硫醚(PPS)层积体的制造方法，其特征是，层积由芳纶纤维和芳纶浆料构成的、经等离子表面处理的芳纶纸和经等离子表面处理的PPS膜，在30℃～50℃的温度、在一对加压辊的线压500kgf/cm以上的压力下，或在50℃～100℃的温度、在一对加压辊的线压200kgf/cm以上的压力下，以无粘接剂方式层积粘接。
另外，本发明在转动电机中，提出以下的绝缘材料及绝缘构造的方案。
绝缘部件是安装在转动电机的铁心的槽中的剖面楔型的绝缘部件，其特征是，该楔型的绝缘部件，由芳纶纤维和芳纶浆料构成的经等离子表面处理的芳纶纸和经等离子表面处理的PPS膜构成。另外，该绝缘材料是芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的3层构造或芳纶纸-PPS膜的两层构造的层积体，各层间用无粘接剂的非熔融压接进行层积粘接。
发明的效果
根据本发明，可实现不使用粘接剂、不损失芳纶纸及PPS膜的特长、容易进行环境保护的环境适合型的芳纶层积体及其制造方法。
PPS树脂具有不产生加水分解的特性和优良的电绝缘性、耐热性。因此，PPS树脂，适于在绝缘材料在含水分的环境中使用。另外，芳纶纸虽然在电绝缘性这一点上比PPS树脂差，但具有优良的机械强度和耐热性。因此，PPS树脂和芳纶纸的层积体的实现，使得绝缘材料在严酷的环境，例如机动车的发动机仓的环境使用的绝缘领域中优良。而且，PPS树脂层积的粘接性变差(PPS树脂膜，在使用粘接剂粘接不同部件的情况下，具有在短期间容易脱落的性质)，一般认为实现上述的层积体是困难的。本发明的申请人基于这种状况，努力实现芳纶纸和PPS树脂的层积体，多次试行错误的结果，通过本发明，可实现不仅在电绝缘性、耐加水分解、机械强度、耐化学性和耐热性方面，在剥离强度上也优良的无粘接剂和非熔融压接接合的新一代的芳纶-PPS层积体。
附图说明
图1是由本发明的实施方式的层积和粘接装置的概念图。
图2是本发明的另一实施方式的层积和粘接装置的概念图。
图3是说明本发明的实施方式中辊弯曲校正的示意图。
图4是说明辊的挠度的图。
图5是安装在转动电机的铁心的槽的剖面是楔型的绝缘部件的立体图
图6(a)、(b)是表示在设于转动电机的定子槽中插入上述绝缘部件状态的立体图。
图7是上述楔型绝缘部件的剖面图。
符号说明
1、2加压辊，3、4芳纶纸卷筒，5芳纶纸，6卷筒，7PPS膜，8层积体，9压下装置，10速度检测器，11缠绕卷筒，12预热和冷却区域，13辊弯曲方式的挠度校正机构，14、15轴，18温度控制装置，20楔型绝缘部件，20A PPS膜(中间层)，20B、20C  芳纶纸(内层、外层)，21定子，22槽
具体实施方式
本申请发明的芳纶纸-PPS层积体是在芳纶纸和PPS膜上实施等离子表面处理后，层积这些部件，在30℃～50℃的温度、由一对加压辊产生的线压500kgf/cm以上的压力或在50℃～100℃的温度、由一对加压辊产生的线压200kgf/cm以上的压力而制造的。
芳纶纸，具体说是杜邦公司的ノ-メツクス的注册商标下公知的m-芳纶纸，用芳纶纤维和芳纶浆料制造，该芳纶纤维和浆料由含有聚间苯二甲酰间苯二胺(即间位芳纶)或以其为主成分的共聚物或混合共聚物构成。在间位芳纶中共聚或混合的成分或成分量只要不失去间位芳纶的性质就没有特别的限定。例如，其成分可举出对酞酸(テレフタル酸)、p-苯二胺(p-フエニレンジアミン)、乙二胺(ヘキサメチレンジアミン)和环乙二胺(シクロヘキサメチレンジアミン)等。
トレリナ(東レ株式会社的注册商标)的商标名的产品，作为PPS膜使用。
PPS的熔点约285℃(芳纶无熔点)，按本申请发明的制造方法，即使在比PPS的熔点温度低很多的温度(30℃～100℃)的条件下，若在芳纶纸和PPS膜的表面实施低温等离子的前处理(表面改性处理)且由一对加压辊在该层积体施加所述所定的线压以上的压力，则发现芳纶纸和PPS膜的层积体由无粘接剂的热压接而连续地层积粘接。由显微镜观察，确认在芳纶纸和PPS膜的层间有数nm程度的极薄边界层。
即，认为稍稍直接结合多孔质性的芳纶纸的表面层、PPS膜表面层。虽不能理解该边界层为何种构造，或具有何种机能，但认为是本发明的无粘接剂芳纶纸-PPS层积体的一个特征。
层积体的芳纶纸及PPS膜的厚度没有特别限制，例如在作为片状、带状或条板状绝缘材料使用的情况下，芳纶纸为30～150μm、PPS膜为50～200μm是实用的。因此，例如，在把芳纶纸和PPS膜作成两层构造的情况下，合计的厚度为80～350μm，另外，在芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的3层构造的情况下，合计厚度为110～500μm是优选的。
在所述芳纶-PPS层积体中，所述加压辊下的温度在PPS膜的熔点(在膜化的PPS约260℃)温度以下是理想的。特别是在本申请发明的制造方法中，确认即使在所谓30℃～100℃的比熔点温度低很多温度，即，在现有热压接想不到的比较低温的条件下也可进行由无粘接剂的层积粘接(压接)。另外，加热温度比熔点温度高时，则层积体中的PPS冷却时再次结晶化，失去柔软性或变脆，其使用性变差，特性降低。另外，优选具有所述层积体芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的3层构造或芳纶纸-PPS膜的两层构造。作为PPS的具体例，有东联制造的トレリナ(東レ株式会社的注册商标)。
由于芳纶纸保证电绝缘、化学的稳定性和耐热性，PPS也保证科学的稳定性、耐热性，此外进而还保证优良的电绝缘及气液不透过性，因此在层积体的两面或单面配置芳纶纸，作为芯材来配置PPS膜。
由这样的无粘接剂芳纶-PPS层积体构成的电绝缘材料，特别可作为在机动车的发动机仓这样的严酷的温度环境下使用的转动电机(发电机、电动机或发电机兼电动机)的绝缘构造体使用。特别是无粘接剂的芳纶-PPS层积体，由于无粘接剂层，可减少相应粘接剂层厚度的绝缘材料的厚度。例如，由于粘接剂为约50μm程度的厚度，假定芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的3层层积体的各层间存在粘接剂层(在该情况下，含粘接剂层，则层积体实质为5层)，整体上增加约100μm的厚度。绝缘材料的厚度越增加，放热性降低，特别在绝缘卷线和铁心间的绝缘构造体的情况下，卷线放热性的降低成为功率降低的原因。在本申请发明，可使层积体的厚度减少不需要粘接剂的量的厚度，而且，由于PPS膜电绝缘性极其优良，因此由这些的复合的要素，能够实现绝缘材料的整体上薄形。因此，在180℃的高温条件中也能满足使用条件，特别在发动机仓这样的严酷的热温度环境下要求小形且高输出的车辆用转动电机等中，可实现最适的绝缘构造体。
优选所述加压辊由刚强的(刚性高的)材质构成。现在一般实行的方法是橡胶制辊和金属制辊的组合，但在橡胶制辊中，加压面变形，在层积体上不作用充分的加压力。因此，通过采用金属等比橡胶辊的刚性高、由刚强的材质构成的一对加压辊，能够在层积体上得到充分的加压力。
进而在本申请发明中无粘接剂芳纶-PPS层积体的制造方法中，优选加压辊具有辊弯曲方式的挠度校正机构，由此调整辊的挠度量。即使使用刚强的金属辊，辊相对夹着层积体的加压面稍有弯曲，结果，充分的加压力不施加在层积体上，或施加局部偏压的加压力。因此，为了调整该挠度量、在层积体施加充分的加压力，优选设置辊弯曲方式的挠度校正机构。其具体细节下面说明。
优选至少所述辊配置在可控制温度的气氛内。至少把加压层积层积体的装置保持为所希望的温度，例如设置具有预热和缓冷区域的温度调节装置。即使在室温下，也可以在加压下进行层积和粘接，但为提高粘接速度，充分降低加压力，优选把PPS膜保持为比室温高、且比熔点温度低的温度。
另外，优选在所述无粘接剂芳纶-PPS层积体的制造装置中，辊弯曲方式的挠度校正机构配置在可控制温度的装置内。进而，优选辊弯曲方式的挠度校正机构被构成为可向辊的左右轴给予独立或不同的校正量。
在本发明中，等离子表面处理是用直流、交流或高频的化学等离子处理，是在真空或各种气氛进行的低温等离子法，包含电晕放电(接近大气压)、辉光放电(真空、减压下)。可以认为，由于由该等离子表面处理改性芳纶纸及PPS膜(也称PPS片)的表面，因此可在芳纶纸及膜表面形成某种官能团、例如COOH或OH基。另外，上述表面改性的结果，把芳纶纸-PPS层积体在如上述所述的30℃以上未满100℃的比较低的温度中能够确实进行层积和粘接。这是由所述专利文献公开的内容不能推测的，极其特殊的现象。另外，等离子处理作为种种用于提高树脂的粘接性的方法是众所周知的方法，因此省略涉及其自身的详细说明。若举一例的话，在使用内部电极方式的等离子处理时，等离子处理的强度在以下范围是优选的，即30w·min/m2～1500w·min/m2。
以下，参照附图，基于实施例说明本发明。图1是在本发明中使用的层积体的压接装置的概念图，图中在一对金属辊1，2之间，以重叠成3层的夹层构造的方式供给从芳纶纸的卷筒3、4卷出的芳纶纸5及从PPS膜的卷筒6卷出的PPS膜7。层积体由金属辊压接，不用粘接剂，直接层积和粘接成一体。芳纶纸5的粘接面及PPS膜7的两面在层积前预先进行等离子表面处理。
为检测且调整辊的加压力，设置带控制装置的压下装置9。加压力也取决于加压辊的温度条件，优选在30℃～50℃的温度由一对加压辊的线压500kgf/cm以上的压力或在50℃～100℃的温度由一对加压辊的线压200kgf/cm以上。另外，指定辊的转动速度，控制卷出轴、缠绕轴的转动速度，以在辊的前后材料接受一定的张力。
为更正确的控制速度，由检测器10检测在辊上的层积体的输送速度，也可以向辊转动速度进行反馈。用于生产的适当的输送速度根据加压力及温度而改变，存在加压力越高或温度越高而提高的倾向。根据速度，为了通过预热或来自辊的传热把材料上升为有效的温度，把预热温度或辊的温度设定为30℃～100℃。层积和粘接的层积体8缠绕在缠绕卷筒11上，成为产品。
列举辊层积和粘接装置的必要条件时，是层积体的宽度方向的均匀负荷及辊表面温度的均匀性(宽度方向及圆周方向)。为实现这些条件，采用高精度的辊(圆筒度，正圆度，摆动小)、辊挠度校正机构和表面温度均匀机构(例如使用热媒循环辊等)是优选的。
图2是另一实施例的层积和粘接装置的概念图，与图1相同的符号代表与图1相同的部分。与图1不同之处是把辊设置在预热和缓冷区域12内。由此，可对材料进行预热、缓冷，防止材料的急速加热、急速冷却，可防止材料由急速加热、急速冷却产生的热膨胀时产生折痕等。另外，因为在辊的传热中接触时间短，所以有时不能加热到必要的材料温度，通过由该预热、缓冷区域对材料预热从而补充其必要的热量，可提高生产速度。另外，设置检测、控制预热和缓冷区域12内的温度的控制装置18。在图1、2中辊压下装置9在图示的情况下表示在辊上面，但实际是安装在辊轴的支持构造体上。
在本发明的实施方式中，优选一对辊由比橡胶辊刚强的(刚性高的)铁系材料构成，尽管如此，如图4所示，在层积和粘接时辊的中间部挠曲，不能对层积体施加充分的加压力，或局部偏压地施加加压力。为解决该问题，与辊压下装置9分开安装辊弯曲校正机构13，可在短时间变更和修正或校正辊外形。其一例在图3表示。在图3中，对辊1、2的轴14，15施加压下力F。另外，为防止辊1、2及这些轴14、15夹着层积体8，如图4所示弯曲，不能对层积体8施加一定且充分的加压力，从与加压方向相反的方向施加压力P。称此方法为辊弯曲校正。优选在左右的压下装置独立进行辊弯曲校正。
表1表示本发明的实施方式种种的条件下和由此得到的层积体的特性。预先在等离子处理的、厚度125μm的芳纶纸及厚度125μm的PPS膜采用图2所示的装置，作成芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的夹层构造，在表1所示的条件进行层积和粘接。
得到的无粘接剂芳纶-PPS层积体表示在表1的粘贴评价栏表示的特性。
粘贴评价，由「粘贴强度目标值：凝聚破坏强度为约0.3N/cm以上」进行。在速度10mm/min、宽度10mmX150mm(按JIS K-6854-2标准)进行在上述条件下层积体的180度剥离试验。在结合界面不剥离、芳纶纸产生凝聚破坏(约0.3N/cm以上)定为合格(良好、极其良好)。
根据粘贴评价，在辊温度设定为30℃的情况下，辊线压为500kgf/cm以上评价为「良好」，700kgf/cm以上评价为「极其良好」。另外，在设定为50℃的情况下，辊线压为200kgf/cm以上评价为「良好」，300kgf/cm以上评价为「极其良好」。进而，在设定为80℃及90℃的情况下，辊线压为200kgf/cm以上评价为「极其良好」。由以上进行的话，理解为随辊温度上升，即使辊线压小也可以通过无粘接剂进行层积粘接。
层积体的辊输送速度(从辊中拉出的速度)因辊温度和线压而改变，从层积体的生产率、成本等的观点决定适当的输送速度。在表中所示的实施例的情况下，0.5m/分以上，特别是1～20m/分是适当的。
根据层积体的粘贴评价，特别是表示良好粘贴性的物品是在适当的输送速度、适当的温度和适当的线压下进行了层积和粘接的物品。
Figure G200910160206XD00101
在表1中，虽然加压辊温度表示为30℃～95℃，但因为该加压温度比使用的PPS的熔点温度低很多，所以在该条件下芳纶纸和PPS膜被牢固粘接的事实是没想到的。由这一点，本发明与专利文献2，3，4公开的熔融聚酯粘接的技术是根本不同的。
接着用图5及图7说明把无粘接剂芳纶-PPS层积体作为转动电机用的绝缘部件(绝缘构造体)利用的情况的实施例。
图5是安装在转动电机的铁心的槽中的剖面是楔型的绝缘部件20的立体图。图6(a)、(b)是表示上述绝缘部件20插入设于转动电机的定子21的槽22中状态的立体图。从作图的方便上简化表示槽22的数量。图6(a)表示绝缘部件20仅插入一个槽22的状态，图6(b)表示所有的绝缘部件20插入所有槽22的状态。
如图5所示，楔型绝缘部件20在插入槽22中之前剖面呈V字敞开，利用其挠性以适合槽22的内面形状的方式弹性变形地插入槽22。另外，如图7的剖面图所示，楔型的绝缘部件20是从槽面侧以由芳纶纤维和芳纶浆料构成的、经等离子表面处理的芳纶纸20C，经等离子表面处理的PPS膜20A，经等离子表面处理的上述同样的芳纶纸20B的顺序层积的3层层积体，各层间通过无粘接剂的非熔融压接进行层积粘接。该绝缘部件20用上述的本申请发明的上述实施例的制造方法制造上述芳纶纸-PPS树脂-芳纶纸的3层层积体(片)，通过对其进行冲压及弯曲加工而形成。加工工序为，在上述冲压、弯曲后向定子上安装(自动插入)，其后把卷线(线圈)插入槽中、成形线圈后，经紧固工序，在定子组装体涂布固定树脂，由此形成定子的完成体。
根据本实施例，特别作为机动车的发动机仓这样的严酷的温度环境下使用的转动电机(发电机、电动机或发电机兼电动机)的定子的绝缘构造体使用的情况下，具有以下的优点。通过无粘接剂形成的芳纶-PPS层积体，由于没有粘接剂层，所以可减少相应粘接剂层的量的绝缘材料的厚度。而且，由于PPS膜(PPS层)具有极其优良的电绝缘性，所以由这些综合因素，能够使绝缘材料整体上呈薄形。因此，即使在180℃的高温条件下也满足使用条件，特别是在发动机仓这样的严酷的热温度环境下要求小形、高输出的车辆用转动电机等中，能够实现最合适的绝缘构造体。另外，绝缘构造体不限于上述槽，在其以外的地方例如定子端面的线圈端间的连接部的绝缘等也是有效的。另外，对转动电机以外的绝缘部件也可广泛使用。进而，也可以是从槽面侧起，经等离子表面处理的芳纶纸、经等离子表面处理的PPS膜的两层构造的层积体，另外，也可以是芳纶纸和PPS膜的4层以上的多层构造。
综上所述，根据本发明，得到由无粘接剂显示出优良粘贴性的芳纶-PPS层积体。

Claims (9)

1.一种无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法，其特征在于，层积由芳纶纤维和芳纶浆料构成的经等离子表面处理的芳纶纸和经等离子表面处理的PPS膜，在30℃～50℃的温度、在一对加压辊的线压500kgf/cm以上的压力下，或在50℃～100℃的温度、在一对加压辊的线压200kgf/cm以上的压力下，以无粘接剂方式进行层积粘接。
2.如权利要求1所述的无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法，其特征在于，所述层积体具有芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的3层构造或芳纶纸-PPS膜的两层构造。
3.如权利要求1所述的无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法，其特征在于，所述加压辊由刚性强的材质构成。
4.如权利要求3所述的无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法，其特征在于，所述加压辊具有辊弯曲方式的挠度校正机构，由此调整辊的挠度量。
5.如权利要求1所述的无粘接剂芳纶-聚苯硫醚层积体的制造方法，其特征在于，至少所述加压辊配置在能够控制温度的气氛内。
6.一种转动电机用的绝缘部件，其是安装在转动电机的铁心的槽中的剖面为楔型的绝缘部件，其特征在于，
该楔型的绝缘部件，由芳纶纤维和芳纶浆料构成的经等离子表面处理的芳纶纸和经等离子表面处理的PPS膜构成，是芳纶纸-PPS膜-芳纶纸的3层构造或芳纶纸-PPS膜的两层构造的层积体，各层间用无粘接剂的非熔融压接进行层积粘接。
7.如权利要求6所述的转动电机用的绝缘部件，其特征在于，所述转动电机是搭载于机动车用的发动机仓的发电机、电动机或发电机兼电动机。
8.一种转动电机的绝缘构造，其特征在于，
在转动电机的铁心的槽中安装剖面为楔型的绝缘部件，
该楔型的绝缘部件是从槽面侧起，以由芳纶纤维和芳纶浆料构成的经等离子表面处理的芳纶纸，经等离子表面处理的PPS膜，经等离子表面处理的与上述同样的芳纶纸的顺序层积的3层构造的层积体，或从槽面侧起，以经等离子表面处理的上述同样的芳纶纸，经等离子表面处理的PPS膜的顺序层积的两层构造的层积体，各层间通过无粘接剂方式的非熔融压接进行层积粘接。
9.如权利要求8所述的转动电机的绝缘构造，其特征在于，所述转动电机是搭载于机动车用的发动机仓中的发电机、电动机或发电机兼电动机。
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