CN103843070A - 用于电绝缘的层合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于电绝缘的层合物，所述层合物具有：(a)至少一层云母-芳族聚酰胺纸，其包含55至95重量％的云母和5至45重量％的芳族聚酰胺，和(b)至少一层聚合物电绝缘膜，其借助粘合剂粘合到云母-芳族聚酰胺纸。

Description

用于电绝缘的层合物
背景技术
1.技术领域
本发明涉及用于电绝缘的层合物。
2.相关领域的说明
低电压和中电压电动机和发电机通常使用多层绝缘材料。最常见的层压结构具有对称的三层构造，在外部具有芳族聚酰胺纸或聚酯垫并且在内部具有聚酯膜。最标准的产品称为NMN(N表示
Figure BDA0000486649350000011
T464或T416，并且M可为
Figure BDA0000486649350000012
膜)或DMD(D可为
Figure BDA0000486649350000013
并且M可为
Figure BDA0000486649350000014
)。这些材料用于各种电气组件，但是更具体地用于转动设备如使用低电压的电动机或发电机(低于1000V的标称电压)。然而，这些材料均不被认为是对在峰值电压应力期间出现的高温环境或部分电晕放电具有高度抗性的，峰值电压应力在具有反相器或转换器的转动机器中是特别高的。
因此期望制备用于电绝缘的层合物，其具有改善的热稳定性和改善的电晕放电电阻，同时保持可接受的机械强度。
发明内容
本发明涉及用于电绝缘的层合物，其包括：(a)至少一层云母-芳族聚酰胺纸，其包含55至95重量％的云母和5至45重量％的芳族聚酰胺，和(b)至少一层聚合物电绝缘膜，其借助粘合剂粘合到云母-芳族聚酰胺纸。
本发明的另一个实施例包括以上层合物，其中云母-芳族聚酰胺纸具有富云母片层和贫云母片层的双片层结构，其中富云母片层具有比贫云母片层更高的云母含量，并且富云母片层包含80至95重量％的云母。
如上文所示的层合物在电气装置如电动机或发电机中用作电绝缘。
具体实施方式
本发明提供了用于电绝缘的层合物，其具有改善的热稳定性和改善的电晕放电电阻，同时保持可接受的机械强度。
通过以下术语最好地描述本发明。
如本文所用，术语“云母”是指一种类型的硅酸盐矿物。用于电绝缘的一种优选类型的云母是白云母。
如本文所用，术语“芳族聚酰胺(aramid)”是指芳族聚酰胺(aromatic polyamide)，其中至少85％的酰胺键(-CONH-)直接连接到两个芳族环。任选地，添加剂可以与所述芳族聚酰胺一起使用，并且可分散在整个聚合物结构中。已发现按重量计至多达约10％的其它聚合物材料能够与芳族聚酰胺共混。还发现能够使用共聚物，所述共聚物具有多达10％的取代芳族聚酰胺的二胺的其它二胺，或者多达10％的取代芳族聚酰胺的二甲酰氯的其它二甲酰氯。间位芳族聚酰胺为其中酰胺键相对于彼此处在间位的那些芳族聚酰胺。一种优选的间位芳族聚酰胺为聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
如本文所用，术语“纤条体”是指非粒状、纤维状或膜状颗粒，其中它们的三维尺寸中的至少一维尺寸相对于最大尺寸具有微小的量值。这些颗粒能够通过在高剪切速率下使用非溶剂来沉淀聚合物材料的溶剂来制备。纤条体具有在0.2mm至1mm范围内的最大尺寸长度，其中长度与宽度的长宽比为2∶1至10∶1。厚度尺寸为大约微米的分数阶，例如0.1微米至约1.0微米。纤条体在被干燥之前可按润湿状态使用，并且能够被沉积为形成组件的纸材。
如本文所用，术语“絮凝物”是指被切割成短的长度且通常用于制备湿铺片材的纤维。通常，絮凝物具有3毫米至20毫米的长度。优选的长度为3毫米至7毫米。絮凝物通常通过使用本领域熟知的方法将连续纤维切割成所需长度来产生。
如果对于芳族聚酰胺使用的是絮凝物和纤条体的组合，则絮凝物与纤条体的优选的重量比在0.5至4.0，并且更优选0.8至2.0的范围内。
本发明涉及用于电绝缘的层合物，其包括：(a)至少一层云母-芳族聚酰胺纸，其包括55至95重量％的云母和5至45重量％的芳族聚酰胺，以及(b)至少一层聚合物电绝缘膜，其借助粘合剂粘合到云母-芳族聚酰胺纸。更优选地，云母-芳族聚酰胺纸包含65至95重量％的云母和5至35重量％的芳族聚酰胺。最优选地，云母-芳族聚酰胺纸包含75至90重量％的云母和10至25重量％的芳族聚酰胺。
本发明的另一个实施例包括以上层合物，其中云母-芳族聚酰胺纸具有富云母片层和贫云母片层的双片层结构，其中富云母片层具有比贫云母片层更高的云母含量，并且富云母片层包含80至95重量％的云母。更优选地，富云母片层包含80至90重量％的云母。
芳族聚酰胺可包含50至100重量％的纤条体和0至50重量％的絮凝物。芳族聚酰胺也可为聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
聚合物电绝缘膜可选自但不限于聚酯膜、聚苯硫醚、和聚酰亚胺膜。
粘合剂可选自但不限于聚氨酯、环氧树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂、三聚氰胺、醇酸树脂、聚酯、聚酯酰亚胺、苯并嗪、聚硅氧烷以及它们的组合。粘合剂层也可由非固有粘合剂材料组成。非固有粘合剂材料可由牺牲层制成，其将在层压过程中熔融或发生相变，例如经由通过邻近层的部分迁移产生粘结界面，从而生成锚固粘合区。非固有粘合剂材料的例子是聚乙烯、聚丙烯、热熔胶以及它们的组合。
在某些最终用途中，可将树脂以基于云母、芳族聚酰胺和树脂的总重量计1至50重量％树脂的量加入本发明的层合物中。树脂可选自但不限于聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酯酰亚胺树脂、苯并
Figure BDA0000486649350000032
嗪树脂、聚硅氧烷树脂以及它们的组合。
如上文所示的层合物在电气装置如电动机或发电机中用作电绝缘。
测试方法
在下文所提供的例子中使用了以下测试方法。
厚度是根据ASTM D646-96测量并按mm报告的。
基重是根据ASTM D645和ASTM D645-M-96测量并按g／m2报告的。
拉伸强度是根据ASTM D828-93用2.54cm宽的测试样品和18cm的隔距来测量并按MPa报告的。
初始抗撕裂性是根据ASTM D1004测量并按牛顿报告的。
电介质强度是根据ASTM D149-97A测量并按kV／cm报告的。
体积电阻率是根据ASTM D257测量并按500V的Ω-cm报告的。
热导率是根据ASTM E1530测量并按W／mK报告的。
电压持续时间是根据ASTM D2275-01测量，并且以在300V／cm、360Hz下的小时数报告。
实例
在下文中将采用以下实例对本发明进行更详细的描述。
实例1
制备根据本发明的层合物，其具有由双片层云母-芳族聚酰胺纸／聚合物电绝缘膜／双片层云母-芳族聚酰胺纸构成的结构。
双片层云母-芳族聚酰胺纸由富云母片层和贫云母片层制成。富云母片层由90重量％的云母薄片(白云母型，购自Electrical Samica Flake Co.，Rutland，Vermont)和10重量％的间位芳族聚酰胺纤条体(由聚(间苯二甲酰间苯二胺)以一般描述于美国专利3,756,908中的方式制成)组成。贫云母片层由45重量％的云母薄片、40重量％的间位芳族聚酰胺纤条体和15重量％的间位芳族聚酰胺絮凝物(由聚(间苯二甲酰间苯二胺)制成)组成，0.22特克斯线密度和0.64cm长度的
Figure BDA0000486649350000041
购自E.I.du Pont de Nemours和Co.，Wilmington，Delaware(DuPont)。相应地通过长网造纸机型造纸机的初级和次级流浆箱泵入贫云母组分和富云母组分的水分散体。由在顶部上富云母片层和在底部上贫云母片层形成层化的湿铺纸。顶部片层的基重为约85g／m2，并且底部的基重为约50g／m2。层化的湿铺纸在压延机的热辊隙中以约3000N／cm的辊隙压力和约220℃的辊温进行层压。使用的聚合电绝缘膜是0.127mm(5密耳)的聚酯膜(购自Garware Polyester Limited，Mumbai，India)。聚酯膜被夹在具有面向膜的富云母片层的两个双片层云母-芳族聚酰胺纸之间，并且使用环氧树脂粘结剂层压在一起以制备根据本发明的层合物。
层合物的组成在表1中概述并且物理特性在表2中示出。
实例2
实例2以与实例1相似的方式制备，不同的是双片层云母-芳族聚酰胺纸被单片层云母-芳族聚酰胺纸替换。
单片层纸由70重量％的云母薄片、15重量％的间位芳族聚酰胺纤条体和15重量％的间位芳族聚酰胺絮凝物组成。
层合物的组成在表1中概述并且物理特性在表2中示出。
比较例A和B
比较例A和B以与实例2相似的方式制备，不同的是使用不同的单片层纸。
在比较例A中，单片层纸是
Figure BDA0000486649350000051
T418，其包含50重量％的云母。在比较例B中，单片层纸是
Figure BDA0000486649350000052
T416，其不含云母。
层合物的组成在表1中概述并且物理特性在表2中示出。
表2示出实例1和2与比较例相比较电压持续时间的显著提高和体积电阻率的下降。这种改善是在本发明的云母-芳族聚酰胺纸中增加的云母含量和双片层结构的结果。
表1
层合物结构的组成
Figure BDA0000486649350000053
表2
层合物结构的物理特性
Figure BDA0000486649350000061
MD：纵向
CD：横向

Claims (11)

1.用于电绝缘的层合物，包括：
(a)至少一层云母-芳族聚酰胺纸，其包含55至95重量％的云母和5至45重量％的芳族聚酰胺，和
(b)至少一层聚合物电绝缘膜，其借助粘合剂粘合到所述云母-芳族聚酰胺纸。
2.根据权利要求1所述的层合物，其中所述云母-芳族聚酰胺纸具有富云母片层与贫云母片层的双片层结构，其中所述富云母片层具有比所述贫云母片层更高的云母含量，并且所述富云母片层包含80至95重量％的云母。
3.根据权利要求1或2所述的层合物，其中所述芳族聚酰胺包括50至100重量％的纤条体和0至50重量％的絮凝物。
4.根据权利要求1或2所述的层合物，其中所述芳族聚酰胺为聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
5.根据权利要求1或2所述的层合物，其中所述聚合物电绝缘膜选自聚酯膜、聚苯硫醚膜和聚酰亚胺膜。
6.根据权利要求1或2所述的层合物，其中所述粘合剂选自聚氨酯、环氧树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂、三聚氰胺、醇酸树脂、聚酯、聚酯酰亚胺、苯并
Figure FDA0000486649340000011
嗪、聚硅氧烷以及它们的组合。
7.根据权利要求1或2所述的层合物，其中所述云母-芳族聚酰胺纸还包含基于云母、芳族聚酰胺和树脂的总重量计1至50重量％的树脂。
8.根据权利要求7所述的层合物，其中所述树脂选自聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酯酰亚胺树脂、苯并
Figure FDA0000486649340000012
嗪树脂、聚硅氧烷树脂以及它们的组合。
9.电气装置，包含权利要求1或2所述的层合物。
10.根据权利要求9所述的电气装置，其为电动机。
11.根据权利要求9所述的电气装置，其为发电机。
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