CN102254650A - 少胶云母带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种少胶云母带，包括云母纸层、玻璃布层和胶粘层，所述云母纸层和所述玻璃布层通过所述胶粘层相粘接，所述胶粘层所用的胶粘剂为乙烯基有机硅预聚体，所述胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为5％～13％。本发明还提供了一种少胶云母带的制备方法，包括以下步骤：将玻璃布浸渍胶粘剂溶液后与云母纸复合，烘干、去除溶剂后得到少胶云母带，所述胶粘剂溶液为乙烯基有机硅预聚体溶液。本发明以乙烯基有机硅预聚体为胶粘剂，其与有机硅无溶剂浸渍漆的主体树脂成分相似，因此，与有机硅无溶剂浸渍漆相容性较好，得到的电机线圈绝缘结构具有良好的耐热性和电气绝缘性能，可满足有机硅200级绝缘系统的要求。

Description

少胶云母带及其制备方法
技术领域
本发明属于绝缘材料技术领域，尤其涉及一种少胶云母带及其制备方法。
背景技术
云母带是一种主绝缘材料，一般由介电材料、补强材料和胶粘剂组成。按照IEC371的标准，云母带可以以胶粘剂含量多少为标准分为多胶云母带和少胶云母带，其中，多胶云母带是指胶粘剂含量在35％以上的云母带，通过液压或模压工艺作为电机绝缘结构的一部分；少胶云母带是指胶粘剂含量较低的云母带，经真空压力浸渍(VPI)工艺成为电机绝缘结构的一部分。以多胶云母带为主体的电机绝缘结构，其云母含量较低，电气性能、整体性和热态性能均较差，不能满足电机在向高电压等级、大容量发展过程中的要求。而以少胶云母带作为主体的电机绝缘结构，结合VPI工艺，可以为电机提供良好的绝缘性能，作为新一代主绝缘材料受到广泛关注。
少胶云母带中的介电材料主要采用大鳞片云母纸，补强材料一般采用电工用无碱玻璃布、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等。胶粘剂是少胶云母带最重要的组成部分，不仅要满足少胶云母带的粘合性能，而且要与浸渍树脂有良好的相容性，两者组成的绝缘结构在高温时具有较低的tanδ值。目前，在少胶云母带中使用最多的胶粘剂是环氧树脂，如美国西屋公司、德国西门子公司、瑞士ABB公司、日本三菱电机公司等提供的少胶云母带均为环氧体系。公开号为CN101969244A的中国专利文献也公开了一种少胶云母带，包括云母纸层、聚酯薄膜层、粘附在所述云母纸层和聚酯薄膜层之间的第一胶粘层和粘附在所述云母纸层另一面的第二胶粘层，其中，第一胶粘层和第二胶粘层采用的胶粘剂由下列重量配比的组分混合而成：数均分子量为20000～50000的超支化聚酯树脂20～40份；环氧树脂60～90份，有机溶剂50～120份；促进剂0.1～1份。高分子量超支化聚酯树脂与环氧树脂复合形成的胶粘剂可提高环氧树脂的粘接强度从而提高云母的含量，显著降低介质损耗、提高击穿电压，适用于高压电机的绝缘结构中。
针对当前铁路高速、重载发展的趋势，实现机车牵引电机大功率化、小型轻量化和提高电机运行可靠性已成为重要课题，而电机的绝缘系统是实现上述目标的关键之一。国外著名牵引机制造商对于重载机车交流变频牵引电机和高速动车变频牵引电机已普遍采用有机硅200级绝缘系统。200级绝缘机车电机线圈少胶VPI工艺绝缘结构的主体绝缘材料是少胶云母带和有机硅无溶剂浸渍漆。为了与有机硅无溶剂浸渍漆具有良好的相容性，其中的少胶云母带的胶粘剂也应为有机硅类胶粘剂，而上文所述的环氧树脂类胶粘剂少胶云母带不能满足有机硅200级绝缘系统的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种少胶云母带及其制备方法，本发明提供的少胶云母带与有机硅无溶剂浸渍漆具有良好的相容性，可满足有机硅200级绝缘系统的要求。
本发明提供了一种少胶云母带，包括云母纸层、玻璃布层和胶粘层，所述云母纸层和所述玻璃布层通过所述胶粘层相粘接，所述胶粘层所用的胶粘剂为乙烯基有机硅预聚体，所述胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为5％～13％。
优选的，所述乙烯基有机硅预聚体按照以下方法制备：
将乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂混合反应，得到乙烯基有机硅预聚体。
优选的，所述引发剂为过氧化二异丙苯。
优选的，所述溶剂为甲苯。
优选的，所述乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂的质量比为100∶(0.3～0.9)∶(10～40)。
优选的，所述反应的温度为90℃～120℃，所述反应的时间为2h～4h。
优选的，所述玻璃布层的厚度为0.025mm～0.045mm，所述玻璃布的单位面积质量为19g/m2～36g/m2。
优选的，所述云母纸层的厚度为0.05mm～0.11mm，所述云母纸的单位面积质量为90g/m2～170g/m2。
本发明还提供了一种少胶云母带的制备方法，包括以下步骤：
将玻璃布浸渍胶粘剂溶液后与云母纸复合，烘干、去除溶剂后得到少胶云母带，所述胶粘剂溶液为乙烯基有机硅预聚体溶液。
优选的，所述乙烯基有机硅预聚体按照以下方法制备：
将乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂混合反应，得到乙烯基有机硅预聚体。
与现有技术相比，本发明提供的少胶云母带包括云母纸层、胶粘层和玻璃布层，所述云母纸层和所述玻璃布层通过所述胶粘层相粘接，其中，所述胶粘层所用的胶粘剂为乙烯基有机硅预聚体，所述胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为5％～13％。本发明以乙烯基有机硅预聚体为胶粘剂，其与有机硅无溶剂浸渍漆的主体树脂成分相似，因此，与有机硅无溶剂浸渍漆相容性较好，得到的电机线圈绝缘结构具有良好的耐热性和电气绝缘性能，可满足有机硅200级绝缘系统的要求。另外，本发明提供的少胶云母带中云母定量较高，介质损耗低且击穿电压高。
实验表明，本发明实施例提供的少胶云母带的云母定量达118g/m2，拉伸强度可达133N/10mm，击穿电压可达2.3kV。本发明提供的少胶云母带与ISOLA漆、瓦克H62漆和TJ1173有机硅无溶剂漆等有机硅无溶剂浸渍漆的相容性较好，组成的绝缘结构的常态介损不大于1.5％，180℃介损不大于2.0％，200℃介损不大于3.0％，介电强度可达22.5MV/m。
附图说明
图1为本发明实施例提供的少胶云母带的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种少胶云母带，包括云母纸层、玻璃布层和胶粘层，所述云母纸层和所述玻璃布层通过所述胶粘层相粘接，所述胶粘层所用的胶粘剂为乙烯基有机硅预聚体，所述胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为5％～13％。
参见图1，图1为本发明实施例提供的少胶云母带的结构示意图，其中，1为云母纸层，2为胶粘层，3为玻璃布层。
在本发明提供的少胶云母带中，云母纸层由云母纸形成，是介电材料。按照本发明，所述云母纸为非煅烧云母纸，优选为大鳞片云母纸，更优选为507型大鳞片云母纸或506型大鳞片云母纸。所述云母纸的厚度优选为0.05mm～0.11mm；所述云母纸的单位面积质量优选为90g/m2～170g/m2。
在所述少胶云母带中，所述玻璃布层由玻璃布形成，是补强材料，能够提高云母带的机械强度，使其能够承受包扎过程中较大的张力，避免云母带受到大的损伤。所述玻璃布优选为无碱玻璃布，更优选为电工用无碱玻璃布，即由无碱玻璃制成的连续长丝玻璃纤维编织而成的玻璃布。所述玻璃布的厚度优选为0.025mm～0.045mm；所述玻璃布的单位面积质量为19g/m2～36g/m2。
在所述少胶云母带中，所述胶粘层的作用在于将云母纸层和玻璃布层粘接，所述胶粘层所用的胶粘剂为乙烯基有机硅预聚体。所述乙烯基有机硅预聚体优选按照以下方法制备：
将乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂混合反应，得到乙烯基有机硅预聚体。
所述乙烯基有机硅树脂为至少有一个分子侧链中包含碳碳双键的有机硅树脂，其在引发剂的作用下发生聚合反应，得到乙烯基有机硅预聚体，该过程具体包括：
将乙烯基有机硅树脂置于反应釜中，升温至90℃～100℃；
向所述升温后的乙烯基有机硅树脂中加入引发剂和溶剂，回流反应后得到乙烯基有机硅预聚体。
按照本发明，所述引发剂优选为过氧化二异丙苯，所述溶剂优选为甲苯，所述乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂的质量比优选为100∶(0.3～0.9)∶(10～40)，更优选为100∶(0.4～0.8)∶(15～35)。所述回流反应的温度优选为90℃～120℃，更优选为100℃～120℃；所述回流反应的时间优选为1h～5h，更优选为2h～4h。
反应完毕后，将得到的反应混合物过滤，即可得到作为胶粘剂的乙烯基有机硅预聚体。
在所述少胶云母带中，所述胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为5％～13％，优选为7％～11％。
本发明采用耐热性较好的乙烯基有机硅树脂为原料，以其经过聚合后得到的乙烯基有机硅预聚体为胶粘剂，不仅与有机硅无溶剂浸渍漆的主体树脂成分相似，与有机硅无溶剂浸渍漆具有良好的相容性，而且具有更好的机械性能和耐热性能，得到的电机线圈结构具有良好的耐热性和电气绝缘性能。另外，本发明提供的少胶云母带具有良好的柔软性，绕包线圈不掉粉、不分层，具有良好的绕包工艺性能。
本发明还提供了一种少胶云母带的制备方法，包括以下步骤：
将玻璃布浸渍胶粘剂溶液后与云母纸复合，烘干、去除溶剂后得到少胶云母带，所述胶粘剂溶液为乙烯基有机硅预聚体溶液。
按照上文所述的方法制备得到乙烯基有机硅预聚体后，向其中加入溶剂，得到胶粘剂溶液，所述胶粘剂溶液中，乙烯基有机硅预聚体的质量浓度优选为40％～50％。所述溶剂优选为甲苯。
将玻璃布按照本领域技术人员熟知的方法浸渍于所述胶粘剂溶液中，使玻璃布表面布满胶粘剂溶液，然后将布满胶粘剂溶液的玻璃布与云母纸按照本领域技术人员熟知的方法复合，使玻璃布与云母纸初步粘接。
将初步粘接的玻璃布和云母纸置于烘箱中烘干，去除溶剂，得到具有三层结构的少胶云母带。所述烘干的温度优选为90℃～120℃，更优选为100℃～110℃。
将所述烘干后的少胶云母带按照本领域技术人员熟知的方法进行整形、收卷和分切处理后，得到少胶云母带。
对本发明制备的少胶云母带进行性能测试，其厚度、单位面积质量、云母定量、胶粘剂定量、拉伸强度、击穿电压等性能均与市售ISOLA有机硅少胶云母带的性能相当，甚至具有更优的拉伸强度和击穿电压。
本发明提供的少胶云母带与有机硅无溶剂浸渍漆具有良好的相容性，得到的电机线圈绝缘结构具有良好的耐热性和电气绝缘性能，可用于200级有机硅绝缘系统，满足重载机车交流变频牵引电机和高速动车变频牵引电机的绝缘需求。实验表明，本发明提供的少胶云母带的云母定量达118g/m2，拉伸强度可达133N/10mm，击穿电压可达2.3kV。本发明提供的少胶云母带与ISOLA漆、瓦克H62漆和TJ1173有机硅无溶剂漆等有机硅无溶剂浸渍漆的相容性较好，组成的绝缘结构的常态介损不大于1.5％，180℃介损不大于2.0％，200℃介损不大于3.0％，介电强度可达22.5MV/m。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的少胶云母带及其制备方法进行详细描述。
以下各实施例中所用原料均为从市场上购得，其中，乙烯基有机硅树脂为购自广州得尔塔有机硅技术开发有限公司，型号为DT2020。
实施例1
将100g乙烯基有机硅树脂加入到反应釜中，升温至95℃后加入0.5g过氧化二异丙苯和35g甲苯，继续升温至110℃，回流反应3.5h，将得到的反应混合液过滤，得到乙烯基有机硅预聚体。
向所述乙烯基有机硅预聚体中加入甲苯，得到乙烯基有机硅预聚体质量浓度为50％的胶粘剂溶液。
实施例2
将厚度为(0.040±0.005)mm、单位面积质量为(33±3)g/m2的电工用无碱玻璃布浸渍实施例1制备的胶粘剂溶液，再与厚度为(0.075±0.01)mm、单位面积质量为(120±10)g/m2的506型大鳞片云母纸复合，然后在100℃烘箱中烘干，除去溶剂后，整形、收卷、分切后得到厚度为0.12mm的少胶云母带，其中，胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为11％。
对所述少胶云母带进行性能检测，结果参见表1，表1为本发明实施例2制备的少胶云母带的性能参数。
表1  本发明实施例2制备的少胶云母带的性能参数
Figure BDA0000052997160000061
表1中，技术指标是指瑞士VonRoll公司生产的、牌号为830 SAMICAPOR366.87的ISOLA有机硅少胶云母带需满足的技术指标。
由表1可知，本发明提供的少胶云母带可满足现有有机硅少胶云母带的标准，而且具有较高的云母定量和拉伸强度。
将所述少胶云母带分别与瑞士VonRoll公司生产的ISOLA漆、德国瓦克(Wacker)公司生产的瓦克H62漆和株洲时代电气绝缘有限责任公司生产的TJ1173有机硅无溶剂漆采用VPI工艺组成绝缘结构，并对所述绝缘结构的介电性能进行测试，结果参见表2，表2为本发明提供的少胶云母带组成的绝缘结构的介电性能。
表2  本发明提供的少胶云母带组成的绝缘结构的介电性能
由表2可知，本发明提供的少胶云母带与ISOLA漆、瓦克H62漆和TJ1173漆等有机硅无溶剂浸渍漆的相容性较好，得到的绝缘结构均具有良好的介电性能。
实施例3
将厚度为(0.030±0.005)mm、单位面积质量为(22±3)g/m2的电工用无碱玻璃布浸渍实施例1制备的胶粘剂溶液，再与厚度为(0.10±0.01)mm、单位面积质量为(160±10)g/m2的507型大鳞片云母纸复合，然后在100℃烘箱中烘干，除去溶剂后，整形、收卷、分切后得到厚度为0.14mm的少胶云母带，其中，胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为8％。
对所述少胶云母带进行性能检测，其外观、云母定量、拉伸强度、击穿电压等参数均能满足少胶云母带的要求。
将所述少胶云母带分别与瑞士VonRoll公司生产的ISOLA漆、德国瓦克(Wacker)公司生产的瓦克H62漆和株洲时代电气绝缘有限责任公司生产的TJ1173有机硅无溶剂漆采用VPI工艺组成绝缘结构，并对所述绝缘结构的介电性能进行测试，结果表明，本发明提供的少胶云母带ISOLA漆、瓦克H62漆和TJ1173有机硅无溶剂漆等有机硅无溶剂浸渍漆的相容性较好，得到的绝缘结构均具有良好的介电性能。
实施例4
将厚度为(0.035±0.005)mm、单位面积质量为(28±3)g/m2的电工用无碱玻璃布浸渍实施例1制备的胶粘剂溶液，再与厚度为(0.06±0.01)mm、单位面积质量为(100±10)g/m2的507型大鳞片云母纸复合，然后在100℃烘箱中烘干，除去溶剂后，整形、收卷、分切后得到厚度为0.10mm的少胶云母带，其中，胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为7％。
对所述少胶云母带进行性能检测，其外观、云母定量、拉伸强度、击穿电压等参数均能满足少胶云母带的要求。
将所述少胶云母带分别与瑞士VonRoll公司生产的ISOLA漆、德国瓦克(Wacker)公司生产的瓦克H62漆和株洲南车电机公司生产的TJ1173有机硅无溶剂漆采用VPI工艺组成绝缘结构，并对所述绝缘结构的介电性能进行测试，结果表明，本发明提供的少胶云母带ISOLA漆、瓦克H62漆和TJ1173有机硅无溶剂漆等有机硅无溶剂浸渍漆的相容性较好，得到的绝缘结构均具有良好的介电性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种少胶云母带，包括云母纸层、玻璃布层和胶粘层，所述云母纸层和所述玻璃布层通过所述胶粘层相粘接，所述胶粘层所用的胶粘剂为乙烯基有机硅预聚体，所述胶粘剂占所述少胶云母带的质量百分数为5％～13％。
2.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述乙烯基有机硅预聚体按照以下方法制备：
将乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂混合反应，得到乙烯基有机硅预聚体。
3.根据权利要求2所述的少胶云母带，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯。
4.根据权利要求2所述的少胶云母带，其特征在于，所述溶剂为甲苯。
5.根据权利要求2所述的少胶云母带，其特征在于，所述乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂的质量比为100∶(0.3～0.9)∶(10～40)。
6.根据权利要求2所述的少胶云母带，其特征在于，所述反应的温度为90℃～120℃，所述反应的时间为2h～4h。
7.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述玻璃布层的厚度为0.025mm～0.045mm，所述玻璃布的单位面积质量为19g/m2～36g/m2。
8.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述云母纸层的厚度为0.05mm～0.11mm，所述云母纸的单位面积质量为90g/m2～170g/m2。
9.一种少胶云母带的制备方法，包括以下步骤：
将玻璃布浸渍胶粘剂溶液后与云母纸复合，烘干、去除溶剂后得到少胶云母带，所述胶粘剂溶液为乙烯基有机硅预聚体溶液。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基有机硅预聚体按照以下方法制备：
将乙烯基有机硅树脂、引发剂和溶剂混合反应，得到乙烯基有机硅预聚体。
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