CN102696076A - 用于电机的涂层绝缘膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过本发明的聚合物膜的涂层，显著改善了在聚合物膜中对在持续局部放电负荷情况下在电场内的侵蚀的抵抗力(所谓的耐电晕性)。

Description

用于电机的涂层绝缘膜及其制造方法
本发明涉及一种在电场中具有提高的耐电晕性的涂层绝缘膜。
电机(变压器、电动机、发电机)视性能和设计原理而定地具有复杂的绝缘系统。在此，在不同的区域中，膜材料被用作绝缘。所述膜绝缘材料包含热塑性或者化学交联聚合物膜。可以考虑满足机械、电和热需求的合理数量的膜材料。在电动机和发电机的情况下，为了全部和部分导体绝缘，将相应的膜围绕导体缠绕。
耐电晕的PI膜可用于部分导体绝缘。所述膜相当昂贵，且仅由一家制造商提供。对于全部绝缘，可考虑云母涂层的绝缘面材料。该方案同样昂贵且难以操作。在线圈中存在云母微粒脱落的风险。对于聚合物膜、即作为云母微粒的载体，主要使用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜和PI(聚酰亚胺)膜。
现有技术方案的缺陷在于，如此制造出的绝缘难以处理且昂贵。例如，不能实现在围绕导体缠绕时云母涂层的膜的小弯曲半径，因为否则云母会脱落。在根据现有技术的绝缘中，因为为了机械稳定性，通常在缠绕之后用树脂浸渍绝缘膜，或者在材料含有云母的情况下，使用已经浸渍树脂的半成品(所谓的富树脂材料)，因此存在在浸渍树脂中出现缺陷位置的风险，所述缺陷位置降低耐电晕性并且由此威胁绝缘的持续可靠性。
因此本发明的任务是制造一种用于电机的绝缘，所述电机尤其是变压器、电动机、发电机，其在良好绝缘的电机的情况下表现出改善的耐电晕性。
本权利要求的主题连同说明书和附图解决了该任务。
因此，本发明的主题是一种电绝缘面，其在电场中具有高的防侵蚀的耐电晕性，该绝缘面包含作为载体的聚合物膜，其具有一侧或两侧、部分或整面地施加的涂层，所述涂层由细网眼(engmaschig)交联并且由此难以转化为气相的无机或部分无机的非导体材料制成。此外，本发明的主题是一种通过气相沉积或者湿化学法来制造该改进的绝缘层的方法。
“高耐电晕性”当前指的是，例如在直径为6mm的电极下在6.5V/μm的电场负荷下240小时的情况下，绝缘面材料的局部材料去除量小于250μm，优选小于150μm，优选小于100μm，尤其优选小于50μm。在电极“下”这里指的是：直接、但无压力地贴靠电极。
在层内，在两个或多个制成的分子部分(也称为单体单元)之间产生化学键的原子中心被称为“交联点”。
所述涂层被称作“难以转化为气相”的材料，因为在辉光放电期间产生热负荷的情况下，这些涂层具有对材料分解或断链(摩尔质量减少)的高抵抗。因此也优选无机或混合无机材料，后者在下文中也称为“部分无机”。
在此，无机的被理解为所有不含碳的原子中心。
这里，“细网眼”指的是无机聚合物的与有机聚合物相比知更紧密的结合。
通过本发明的紧密并且平滑的涂层，与例如在云母涂层的膜中可能的情况相比，能够实现更小的弯曲半径。此外，在按照本发明的涂层的膜中不会出现在无缺陷浸渍云母涂层的膜情况下的困难，因为涂层的紧密和平滑的表面可以容易地被浸渍。这提高了绝缘系统在使用时的可靠性和耐用性。通过该涂层改善了膜用树脂的可润湿性，这进一步促进了可靠性。
通过聚合物膜的所建议的涂层，显著改善了在持续的局部放电负荷情况下在电场中对侵蚀的抵抗(所谓的耐电晕性）。这尤其归因于，无机或部分无机涂层的相比而言被细网眼地交联并且也难以转化为气相。
根据本发明的一个优选扩展方案，涂层材料由高熔点无机材料如陶瓷材料例如钛酸盐制成，或者由部分无机材料，例如所谓的非金属混合聚合物制成。根据另一个实施方式，无机材料例如是氮化物，例如熔点为1900℃的四氮化三硅Si3N4。但是，这里也可以优选使用磷酸盐或氧化物。尤其优选熔点为2045℃的氧化铝Al2O3，以及SiOx，后者在细网眼交联改性中具有β-方石英(x＝2)石英改性的为1705℃的熔点。其他材料可以是：碳化硅(SiC)，钛酸钡(BaTiO3)，氮化硅(SiN)或者这些材料的派生物，以及任何其他陶瓷化合物。
动用本身已知方法来制造该涂层。这里基本上描述了两种方式，第一种是借助于溶胶-凝胶-涂层法的湿化学法，第二种是气相沉积方法，后者部分应用等离子方法来实现。
这些方法均用于制造非导电的、无机或部分无机涂层，所述涂层细网眼交联和/或否则可以是难以转化为气相的。这提高了耐电晕性。
因此，例如通过低压PVD或低压CVD或气压等离子聚合物涂层法，将无机或部分无机的非导体涂层施加到聚合物膜上。
类似的，通过溶胶-凝胶-法将硅酮和硅氧烷作为涂层施加到聚合物膜上，所述聚合物膜例如构成了SiO主干支架，所述主干支架是细网眼交联的并且因此又满足该涂层仅仅可很难地被蒸发的特性。作为溶胶-凝胶-合成物的预聚物是硅酮、硅氧烷或有机改性的硅酮或者上述材料的混合物。通过经由适当地选择预聚物来调整无机或有机部分份额，可以适配溶胶-凝胶-涂层的特性。此外，可以实现基于这样的溶胶-凝胶-冷凝物和有机聚合物的交织网络的涂层。
可列举出多种材料作为适合的聚合物膜，例如合适的是标准材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，但是也可使用其他热固性和高热稳定的膜，例如聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、液晶聚合物(LCP)等。
该层的厚度可以改变，例如此厚度可小于500μm，尤其小于100μm，尤其优选在5nm和150μm之间。这里显然：通过湿化学法施加的层明显比通过在真空中沉积施加的层要厚。因此通过湿化学法产生的层在0.1到150μm的范围中移动，而通过沉积产生的层完全可以已经在从1到50nm的厚度范围中表现出效果。
因此，已经可通过极其薄的大约50nm的PVD或CVD涂层，来得到所述膜对电局部放电的耐电晕性的显著改善。
一种可能性是借助于湿化学材料的涂层，该涂层在溶胶-凝胶-工艺中被施加。即使在这种情况下，也已经可以通过几个μm范围中的薄涂层得到显著的改善。气相沉积以及溶胶-凝胶-涂层都可以良好地被自动化，并且因此是可良好标度的涂层工艺。
由用于部分或全部导体绝缘的PET或PEN制成的昂贵的、侵蚀稳定的PI膜或者云母涂层膜可以用这些成本便宜的涂层的膜来替代。另外，例如在缠绕过程中操作所述膜比云母微粒涂层的膜明显简单，因为由于该紧密涂层而不会出现云母微粒的脱落。因此，也能够实现较小的弯曲半径。
此外，被涂层的膜的树脂浸渍比起云母微粒的穿透浸渍更为可靠。在被涂层的膜中不会出现由于云母带的含有缺陷的穿透浸渍而导致的降低寿命的缺陷位置形成的风险。根据实施例，与没有被涂层的膜相比，通过该紧密并且平滑的涂层通常获得改善的树脂润湿度。
接下来还根据附图阐释本发明：
所述附图示出了本发明膜的示例性实施方式的结构图。
在中间，可看出聚合物膜1，在这里所示的实施方式中该聚合物膜在两侧、而不是仅一侧被涂层。
因此涂层2和3处于膜1的两侧，所述涂层由细网眼地交联并且难以转换为气相的无机或部分无机的非导体材料制成。该也被称作“电势垒层”的涂层与聚合物膜相比，具有更高的刚度和脆度。由此通常也减少聚合物膜的延伸破裂。为了克服该负面效应，在特别优选的实施中，将其用弹性层4或5涂层。对此可适用所有弹性聚合物涂层系统，如PU、环氧树脂、硅树脂和/或丙烯酸脂等。在一个有利的实施中，所述弹性平衡层具有在0.1到100μm之间范围中的层厚。在卷到卷工艺中，其优选湿化学法地通过印制、刮涂、浸渍或者其他适合的方法来涂覆。
通过本发明首次公开了用无机或部分无机层例如SiOx，Al2O3，Si3N4等来涂层标准PET膜，所述层可以通过低压PVD、低压CVD、气压等离子聚合物涂层方法来施加，该涂层同时增加了膜的耐电晕性并且至少保持与对于未涂层的膜一样的机械强度(即使在热老化情况下)。
通过本发明的聚合物膜的涂层，明显改善了在聚合物膜中对在持续局部放电负荷下在电场中的侵蚀的抵抗(称为耐电晕性)。所有具有高交联密度和无机份额的非金属、非导电层原则上均是适用的。同时，通过高交联湿化学的硅氧烷层以及所有类型的无机或混合聚合的溶胶-凝胶-层，也可以显著增加耐电晕性。
用溶胶-凝胶-涂层的50μm厚的PET膜对由局部放电引起的电侵蚀的耐抗性提高的典型实例是可见地可证实的。

Claims (7)

1.具有对在电场中的侵蚀的高耐电晕性的电的绝缘面，其包括作为载体的聚合物膜，所述聚合物膜具有在一侧或两侧上部分或整面地被施加的涂层，所述涂层由细网眼交联并且由此难以转化为气相的无机或部分无机的非导体材料制成。
2.如权利要求1所述的绝缘面，其中聚合物膜是热固性膜。
3.如权利要求1或2所述的绝缘面，其中聚合物膜是热塑性膜。
4.如权利要求1至3中任一项所述的绝缘面，其中聚合物膜是弹性体膜。
5.如前述任一项权利要求所述的绝缘面，其中在聚合物膜和涂层之间设置了平衡层。
6.用于制造如权利要求1至5中任一项所述的绝缘面的方法，该方法通过用溶胶-凝胶-方法在聚合物膜上湿化学法沉积和构造涂层或通过已知的化学汽相沉积(CVD)或者物理汽相沉积(PVD)方法来实现。
7.如权利要求7所述的方法，包含等离子辅助的方法和/或等离子聚合。
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