CN102732146A - 绝缘清漆组合物以及使用该绝缘清漆组合物的绝缘线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种绝缘清漆组合物以及使用该绝缘清漆组合物的绝缘线。该绝缘清漆组合物包括：聚酰胺酰亚胺树脂，以及相对于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂为1到40重量份的溶胶状态的经表面处理的二氧化硅。使用该绝缘清漆组合物形成的绝缘层可以具有极好地电晕放电抵抗性，从而阻止了绝缘击穿。

Description

绝缘清漆组合物以及使用该绝缘清漆组合物的绝缘线
技术领域
示例性实施方式涉及防电晕放电的绝缘清漆组合物以及具有使用该绝缘清漆组合物形成的绝缘层的绝缘线。
背景技术
电晕放电是由集中在绝缘线或绝缘电缆的绝缘体中产生的小裂缝处的电场引起的放电。电晕放电可能使得绝缘性能变坏，这可能导致绝缘恶化，并最终导致绝缘击穿。尤其是，对于在电机等中使用的线圈(或变压器)的情况，更具体地，对于具有通过用绝缘清漆涂覆导体之后通过固化而形成的涂层的漆包线的情况，在线(涂层)之间或内部可能发生电晕放电，并且随着涂层由于带电粒子的碰撞而分解，可能产生热量，从而导致绝缘击穿。
最近，在具有用于节能的变频电机的系统中，由于变频器的浪涌引起的过充电，存在着电晕放电增加的趋势，从而导致绝缘击穿。
为了抑制电晕放电，已经建议提供一种具有通过在树脂溶液中分散无机绝缘粒子(例如氧化铝、氧化镁、二氧化硅或氧化钛)而形成的绝缘体的漆包线。无机绝缘粒子可以阻止电晕放电的发生，并且可以改进热传导性，降低热膨胀并增加漆包线的长度。
为了在抗热树脂中分散无机绝缘粒子，本领域中已知的是一种用于向树脂溶液中直接添加无机绝缘粒子粉末的方法。然而，这种方法具有较低的溶液稳定性，这是因为无机绝缘颗粒在树脂溶液中沉积而不是溶解。在绝缘线的制造过程中，当用这种具有较低的溶液稳定性的树脂溶液涂覆导体时，降低了可使用性。
为了克服这一缺陷，已经建议将具有分散的无机绝缘粒子的溶胶与树脂溶液进行混合。这具有的优点在于容易将具有分散的无机绝缘粒子的溶胶与树脂溶液进行混合以及具有极好的分散性，从而导致绝缘线具有极好的外观和柔韧性，但是树脂溶液应当具有良好的与具有分散的无机绝缘粒子的溶胶的溶剂的可混合性。
然而，在绝缘清漆中使用的大部分溶剂不能很好地形成在溶剂中均匀分散无机绝缘粒子的溶胶，并且能够在其中分散无机绝缘粒子的一些溶剂具有与树脂溶液的较低的可混合性，从而导致绝缘清漆的凝固。而且，无机绝缘粒子在绝缘清漆中的分散可能在有限的条件下暂时得到改进，但是，在长期存储、稳定性、再现性等方面中，绝缘清漆可能出现问题。
发明内容
本发明是为解决上述问题而设计，并且因而本发明的一个目的是提供一种在无机绝缘粒子和绝缘树脂溶液之间具有极好的可混合性的绝缘清漆组合物以及使用绝缘清漆组合物的绝缘线。
根据本发明的一个方面，提供了一种绝缘清漆组合物，该绝缘清漆组合物包括聚酰胺酰亚胺树脂以及溶胶状态的经表面处理的二氧化硅。优选地，相对于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂，溶胶状态的经表面处理的二氧化硅的含量可以是1到40重量份。
根据本发明的另一方面，提供了一种绝缘线，该绝缘线具有通过用绝缘清漆组合物涂覆导体而形成的绝缘层，所述绝缘清漆组合物包括聚酰胺酰亚胺树脂以及相对于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂为1到40重量份的溶胶状态的经表面处理的二氧化硅。
经表面处理的二氧化硅可以具有5到500nm的平均粒子直径。
经表面处理的二氧化硅可以通过用从由以下组成的组中选择的至少一种来对二氧化硅进行表面处理而获得：胺、环氧树脂、硫醇、羧酸、磺酸、磷酸、磷化氢以及氰酸。例如，溶胶状态的经表面处理的二氧化硅可以包括从由以下组成的组中选择的至少一种：3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及γ-脲丙基三甲氧基硅烷。
有益效果
根据本发明的使用具有均匀分散的二氧化硅无机绝缘粒子的绝缘清漆组合物而形成的绝缘层具有极好的电晕放电抵抗性，从而阻止了绝缘击穿。
附图说明
图1是由示例3中所获得的绝缘清漆组合物形成的绝缘层的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图2是由比较例7中获得的绝缘清漆组合物形成的绝缘层的SEM图像。
具体实施方式
下文中，将详细描述本发明。
由于二氧化硅在其表面上具有羟基-OH，因此二氧化硅具有较低的与聚酰胺酰亚胺树脂的亲和性。相应地，一般的二氧化硅或二氧化硅溶胶具有较低的与聚酰胺酰亚胺树脂的可混合性。
当对二氧化硅进行表面处理，以使二氧化硅具有允许化学键合的官能团时，二氧化硅可以形成与聚酰胺酰亚胺树脂的共价或非共价键，以改善与聚酰胺酰亚胺树脂的可混合性。发明人基于以下事实完成本发明：当溶胶状态的经表面处理的二氧化硅与聚酰胺酰亚胺树脂溶液混合时，经表面处理的二氧化硅和树脂溶液之间的可混合性得以改善。
本发明提供了一种包括聚酰胺酰亚胺树脂及溶胶状态的经表面处理的二氧化硅的绝缘清漆组合物。
经表面处理的二氧化硅可以通过用从以下各种物质组成的组中选择的至少一种物质来对二氧化硅进行表面处理而获得：胺、环氧树脂、硫醇、羧酸、磺酸、磷酸、磷化氢以及氰酸。经表面处理的二氧化硅是以溶胶状态来使用的，以在水、醇(alcohol)、酮类(ketone)、酯类(ester)、烃类(hydrocarbon)等的溶剂中产生胶质。
使得溶胶或胶质能够形成的经表面处理的二氧化硅具有5到500nm的平均粒子直径。当平均粒子直径小于5nm时，允许化学键合的官能团不能很好地形成在二氧化硅表面上，这是因为二氧化硅粒子具有较高的表面能和内聚强度。当平均粒子直径超过500nm时，绝缘层可能由于二氧化硅粒子与由电晕放电产生的带电粒子之间的碰撞而恶化。
具体地，溶胶状态的经表面处理的二氧化硅可以是单独的或组合形式的3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及γ-脲丙基三甲氧基硅烷。
优选地，相对于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂，溶胶状态的经表面处理的二氧化硅的含量是1到40重量份。当溶胶状态的经表面处理的二氧化硅的含量小于1重量份时，就不能充分地获得防电晕放电效果，并且当含量超过40重量份时，二氧化硅可能凝聚。
上述绝缘清漆组合物可以被涂覆到导体上，以在导体上形成绝缘层。当使用具有绝缘层的导体来制造绝缘线时，绝缘线具有极好的外观和柔韧性。
示例
下文中，为了更好地理解，将详细描述本发明的各种优选示例。然而，可以以各种方式修改本发明的示例，并且不应当将它们解释成限制本发明的范围。提供本发明的示例是为了使本领域普通技术人员能够更好地理解本发明。
<示例1到4以及比较例1到4>
通过将50ml的氨水溶液(30wt％)、2500ml的乙醇和90ml的蒸馏水进行混合来制备溶剂。向溶剂中添加150ml的四烷氧基硅烷，之后搅拌12小时。为了进行表面处理，向其中添加50ml的3-氨丙基三甲氧基硅烷。之后，再执行12个小时的搅拌。通过离心分离法来分离出固体，并且然后将固体分散在醇基溶剂中，以产生经表面处理的二氧化硅溶胶。
根据示例1到4以及比较例1到4的防电晕放电的清漆组合物是通过按下面表1中的混合比将经表面处理的二氧化硅与聚酰胺酰亚胺树脂(包含25％的非挥发成分)进行混合而制备的。
<比较例5到8>
通过将50ml的氨水溶液(30wt％)、2500ml的乙醇和90ml的蒸馏水进行混合来制备溶剂，并向溶剂中添加150ml的四烷氧基硅烷，之后搅拌12小时。由离心分离法来分离出固体，并且然后将固体分散在醇基溶剂中，以产生经表面处理的二氧化硅溶胶。
根据比较例5到8的绝缘清漆组合物是通过按下面表1中的混合比将二氧化硅溶胶与聚酰胺酰亚胺树脂(包含25％的非挥发成分)进行混合而制备的。
表1中所指示的组分的单位是重量份。
表1
Figure BDA0000148294830000051
属性的确定和评估
通过使用根据示例1到4以及比较例1到8而制备的绝缘清漆组合物，进行了测试来确定分散性以及电晕放电抵抗性，并且在表2中示出了测试结果。测试条件如下：
(对分散性的评估)
为了评估绝缘清漆组合物中包括的二氧化硅的分散性，在用示例和比较例中的绝缘清漆组合物中的每一种以30微米的厚度涂覆0.9mm的铜导体之后，剥去所产生的绝缘层，并且然后使用SEM来观测其横截面以检查是否出现了二氧化硅凝聚。而且，预定涂覆区域(200μm2的横截面积)内存在的二氧化硅粒子之中的最大的二氧化硅粒子的粒子直径(nm)由标尺和SEM图像底部发现的比例尺进行测量，并且之后被记录。没有凝聚表示极好的分散性，并且二氧化硅粒子越小，分散性就越高。
在图1中示出了使用示例3的绝缘清漆组合物的绝缘层的SEM图像。而且，在图2中示出了使用比较例7的绝缘清漆组合物的绝缘层的SEM图像。
(对电晕放电抵抗性的评估)
为了评估绝缘清漆组合物的电晕放电抵抗性，在用示例和比较例中的绝缘清漆组合物中的每一种涂覆0.9mm的铜导体之后，在室温下施加2000Vp(零点至峰值电压：zero to peak voltage)和10kHz的正弦波电流。测量并记录脉冲耐受时间。没有裂缝表示极好的电晕放电抵抗性，并且脉冲耐受时间越长，电晕放电抵抗性就越高。
表2
如表2中看到的，示例1到4具有极好的分散性和电晕放电抵抗性，这是因为它们使用经表面处理的二氧化硅溶胶，例如3-氨丙基三甲氧基硅烷。
相比而言，比较例1显示了较差的电晕放电抵抗性，这是因为它并没有使用无机绝缘粒子。
比较例2显示了较差的电晕放电抵抗性，这是因为它虽然使用了经表面处理的二氧化硅溶胶但是并不符合本发明所需要的经表面处理的二氧化硅溶胶的最小含量(小于1重量份)。
比较例3和4显示了较差的分散性和电晕放电抵抗性，这是因为它们虽然使用了经表面处理的二氧化硅溶胶但是并不符合本发明所需要的经表面处理的二氧化硅溶胶的最大含量。
比较例5到8显示了较差的分散性和电晕放电抵抗性，这是因为它们使用了没有经表面处理的二氧化硅。
而且，参考图1和图2的SEM图像，根据本发明的示例3的绝缘清漆组合物不具有凝聚的二氧化硅，但是比较例7的绝缘清漆组合物显示了相当大的程度的二氧化硅凝聚。
虽然上文已经描述了本发明，但是应当理解的是，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施方式，但是它们只是通过示例的方式给出的，这是因为根据该详细描述，本发明精神和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言都将变得明显。
本申请要求于2011年3月31日提交的韩国专利申请No.10-2011-0029649的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用方式并入本文以用于各种目的。

Claims (9)

1.一种绝缘清漆组合物，该绝缘清漆组合物包括：
聚酰胺酰亚胺树脂；以及
溶胶状态的经表面处理的二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的绝缘清漆组合物，
其中，相对于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂，所述溶胶状态的经表面处理的二氧化硅的含量是1到40重量份。
3.根据权利要求2所述的绝缘清漆组合物，
其中，所述经表面处理的二氧化硅是通过用从由以下组成的组中选择的至少一种对二氧化硅进行表面处理而获得的：胺、环氧树脂、硫醇、羧酸、磺酸、磷酸、磷化氢以及氰酸。
4.根据权利要求3所述的绝缘清漆组合物，
其中，所述溶胶状态的经表面处理的二氧化硅包括从由以下组成的组中选择的至少一种：3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及γ-脲丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求2所述的绝缘清漆组合物，
其中，所述经表面处理的二氧化硅具有5到500nm的平均粒子直径。
6.一种绝缘线，该绝缘线包括：
导体；以及
通过用绝缘清漆组合物涂覆所述导体而形成的绝缘层，
所述绝缘清漆组合物包括：
聚酰胺酰亚胺树脂；以及
相对于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂为1到40重量份的溶胶状态的经表面处理的二氧化硅。
7.根据权利要求6所述的绝缘线，
其中，所述经表面处理的二氧化硅是通过用从由以下组成的组中选择的至少一种对二氧化硅进行表面处理而获得的：胺、环氧树脂、硫醇、羧酸、磺酸、磷酸、磷化氢以及氰酸。
8.根据权利要求7所述的绝缘线，
其中，所述溶胶状态的经表面处理的二氧化硅包括从由以下组成的组中选择的至少一种：3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷以及γ-脲丙基三甲氧基硅烷。
9.根据权利要求8所述的绝缘线，
其中，所述经表面处理的二氧化硅具有5到500nm的平均粒子直径。
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