CN106626626A - 一种高导热薄膜补强云母带及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种高导热薄膜补强云母带及其制备方法和应用，云母带自上而下依次包括相互叠加的云母纸层、胶粘剂层和高导热聚酰亚胺薄膜层；高导热聚酰亚胺薄膜层通过胶粘剂层与云母纸层相粘，云母纸层主要由云母片和增强纤维组成；云母带中还添加有导热填料；导热填料包含微米级导热填料、纳米级导热填料中的至少一种；本发明的制备方法包括导热填料的分散、高导热聚酰亚胺薄膜表面擦胶、复合高导热云母纸、表面处理、烘焙、收卷和分切等多个步骤。本发明的高导热薄膜补强云母带可在牵引电机中作为电气绝缘材料进行应用，具有经济性、导热性、耐热性、绝缘性和工艺性综合优异的显著优势。

Description

一种高导热薄膜补强云母带及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电气绝缘材料及其制备技术领域，尤其涉及一种高导热云母带及其制备工艺和应用。
背景技术
牵引电机安装尺寸受到严格限制，要求结构紧凑、功率大、体积小、重量轻，而直线电机由于电流密度大，所以发热量很大，局部最高能达到180℃甚至更高。
普通的电气绝缘材料作为热的不良导体，会降低散热效率，导致电机温升较高，引起其绝缘材料老化，导致电机功率降低及寿命减少。新型高导热绝缘材料与普通绝缘材料相比能有效提高散热效率，降低温升。
云母带是主要由云母纸、玻璃纤维布、胶粘剂组成的复合材料，各个组成部分的导热系数均较小(云母的导热系数为0.4～0.6W/m·K，普通聚酰亚胺薄膜的导热系数为0.2W/m·K，环氧胶粘剂的导热系数为0.12～0.2W/m·K)，目前，提高导热系数最直接的方式就是通过添加高导热填料，使高导热填料颗粒与颗粒之间相互接触作用形成类似网状或链状结构形态，即导热网链，从而提高体系的导热系数，借此减小牵引电机的温升，提高绝缘材料的耐热老化性能。
然而，现有的云母带在结构紧凑性、绝缘性、导热性、可加工性及经济性上都存在或多或少的不足，难以实现综合性能的优化，这限制了云母带在电机等领域的广泛应用。例如，现有专利文献中提及的薄膜补强云母带，导热性能不佳，导致电机散热效率低，影响到电机的使用寿命；再有，由于一般的胶粘剂耐温等级不高，电机在长时间高负荷运行后，电机的绝缘结构会出现明显的热老化，降低电机的安全稳定性；另外，现有云母带渗透性差，这也影响到VPI工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种经济性、导热性、耐热性、绝缘性和工艺性综合优异的高导热薄膜补强云母带，还相应提供一种该高导热薄膜补强云母带的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高导热薄膜补强云母带，所述云母带自上而下依次包括相互叠加的云母纸层、胶粘剂层和高导热聚酰亚胺薄膜层；所述高导热聚酰亚胺薄膜层通过胶粘剂层与云母纸层相粘，所述云母纸层主要由云母片(所述云母片优选为非煅烧白云母片或混抄白云母片)和增强纤维组成；所述云母带中还添加有导热填料，所述导热填料包含微米级导热填料、纳米级导热填料中的至少一种。
上述的高导热薄膜补强云母带中，优选的，所述导热填料为微米级导热填料，所述云母纸层为高导热云母纸层，所述云母纸层中均匀分散有微米级导热填料。
上述的高导热薄膜补强云母带中，优选的，所述增强纤维的周围均分散有所述的微米级导热填料；所述微米级导热填料为微米级氮化硼和微米级氧化铝，所述微米级导热填料的质量占整个云母纸层总质量的5％～7％。更优选的，所述增强纤维为芳纶纤维，所述增强纤维的质量占云母纸层的总质量的5％～8％。
上述的高导热薄膜补强云母带中，优选的，所述胶粘剂层为耐热胶粘剂层，所述胶粘剂层使用的胶粘剂为BT树脂(BT树脂可以是以双马来酰亚胺与氰酸酯为主组分共聚形成的热固性树脂)、酚醛环氧树脂、聚酯亚胺树脂中至少两种的混合；所述胶粘剂层中均匀填充有所述的纳米级导热填料。更优选的，所述纳米级导热填料为质量比为5∶4～2∶1的纳米级氮化硼和纳米级氧化铝、或纳米级氮化铝和纳米级氧化铝组成的混合粉末，所述纳米级氮化硼为六方晶型，所述纳米级氮化铝为六方晶型，所述纳米级氧化铝为α相晶型。
上述的高导热薄膜补强云母带中，优选的，所述高导热薄膜补强云母带是由高导热云母纸、高导热聚酰亚胺薄膜通过含纳米级导热填料的胶粘剂复合后叠加而成；所述纳米级导热填料占胶粘剂总质量的5％～10％，所述胶粘剂的用量占最终云母带成品总质量的3％～10％。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的高导热薄膜补强云母带的制备方法，包括以下步骤：
(1)导热填料的分散：将占胶粘剂总质量5％～10％的纳米级导热填料加入到胶粘剂中，并加入纳米级导热填料质量0.5％～2％的分散剂，经高速分散后注入到胶槽中；
(2)高导热聚酰亚胺薄膜表面擦胶：将厚度0.025～0.060mm的高导热聚酰亚胺薄膜通过上胶辊，在高导热聚酰亚胺薄膜上表面涂布经上述步骤(1)处理过的胶粘剂；
(3)复合高导热云母纸：将分散有微米级导热填料的高导热云母纸开卷后牵引到上述步骤(2)后涂布胶粘剂的高导热聚酰亚胺薄膜上，得到云母带坯布；
(4)表面处理：在上述云母带坯布有云母纸的一面，通过擦胶辊在云母纸表面涂覆一层环氧树脂溶液；
(5)烘焙：将上述表面处理后的云母带坯布经过烘道烘干；
(6)收卷：按适当的盘径或重量进行收卷；
(7)分切：开卷后通过分切机分切成需要的宽度，制成高导热薄膜补强云母带。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，在胶槽处设有恒温及超声波装置，胶槽底部有往复运动的一字型桨片，以更好地保证胶粘剂在胶槽中有适宜的粘度，填料能够稳定悬浮在胶粘剂中。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，所述上胶辊中设有恒温装置；以更好地保证在环境湿度较大的条件下，高导热聚酰亚胺薄膜表面不会因为溶剂挥发而凝结水珠影响复合质量。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，高导热云母纸定量为80～120g/m2；
上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，所述环氧树脂溶液的固含量为2％～10％；
上述的制备方法，优选的，所述步骤(5)中，烘干是指在90℃～125℃下烘焙1～10min。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的高导热薄膜补强云母带在牵引电机中作为电气绝缘材料的应用。
本发明的上述技术方案通过将高导热聚酰亚胺薄膜应用于云母带中形成组合叠加型结构；同时还将无机导热填料和芳纶纤维掺混云母纸中，采用高耐热树脂作为胶粘剂；其与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的高导热薄膜补强云母带的补强材料采用了电气性能优异地聚酰亚胺薄膜，其通过与云母纸层复合，赋予了云母带出色的绝缘性能，而且能够减薄绝缘厚度，使后续应用时牵引电机的设计更为紧凑，有效降低生产成本；
2.本发明的高导热薄膜补强云母带中云母纸层和胶粘剂层中均有高导热填料的掺入来提高导热系数，这使得本发明云母带的导热系数可达到0.45W/mK，比普通薄膜补强云母带提高1倍(普通薄膜补强云母带导热系数为0.20～0.25W/mK)，能够从根本上提高电机散热效率，降低电机温升；
3.本发明的高导热薄膜补强云母带中云母纸层中的芳纶纤维及含有不同成分组合的导热填料，这使得云母纸层形成较为疏松的结构和连续性的空隙，而胶粘剂层采用耐高温的树脂以及纳米级导热填料，这充分考虑了产品的经济性、导热性、耐热性、绝缘性和工艺性，不仅有利于VPI工艺的加工制备，而且提高了绝缘结构的耐热电老化性，增加电机的运行寿命；
4.本发明制备方法工艺简单，操作方便，整个装置设备结构合理，能够更好地保证胶粘剂在胶槽中有适宜的粘度，使填料能够稳定悬浮在胶粘剂中，更好地保证高导热薄膜补强云母带产品的复合质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中高导热薄膜补强云母带的结构示意图。
图2为本发明实施例中高导热薄膜补强云母带的制备工艺流程原理图。
图例说明
1、云母纸层；11、云母片；12、增强纤维；13、导热填料；2、胶粘剂层；3、高导热聚酰亚胺薄膜层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种如图1所示本发明的高导热薄膜补强云母带，该云母带自上而下依次包括相互叠加粘结的云母纸层1、胶粘剂层2和高导热聚酰亚胺薄膜层3；高导热聚酰亚胺薄膜层3通过胶粘剂层2与云母纸层1相粘，云母纸层1主要由云母片11和增强纤维12组成；云母带中还添加有导热填料13，导热填料13包含微米级导热填料和纳米级导热填料。
本实施例的高导热薄膜补强云母带中，云母纸层1为高导热云母纸层，云母纸层1中均匀分散有微米级导热填料。增强纤维12的周围均分散有微米级导热填料；该微米级导热填料为微米级氮化硼和微米级氧化铝，该微米级导热填料的质量占整个云母纸层1总质量的7％。
本实施例的高导热薄膜补强云母带中，增强纤维12为芳纶纤维，增强纤维12的质量占云母纸层1的总质量的6.25％。
本实施例的高导热薄膜补强云母带中，胶粘剂层2为耐热胶粘剂层，胶粘剂层2使用的胶粘剂为BT树脂和酚醛环氧树脂按1∶1质量比的混合物。胶粘剂层2中均匀填充有纳米级导热填料。该纳米级导热填料为质量比为5∶4的纳米级氮化硼和纳米级氧化铝组成的混合粉末，纳米级氮化硼为六方晶型，纳米级氧化铝为α相晶型且球型。
上述本实施例的高导热薄膜补强云母带是由高导热云母纸、高导热聚酰亚胺薄膜通过胶粘剂复合后叠加而成；胶粘剂的用量占最终云母带成品总质量的5％。
本实施例上述的高导热薄膜补强云母带的制备方法如图2所示，具体包括以下步骤：
(1)导热填料的分散：胶粘剂中加入分散剂，经高速分散后注入到胶槽中；胶槽处设有恒温装置(设定20℃)和超声波发生器(频率20KHz)，在胶槽底部设有往复运动的一字型桨片；以保证胶粘剂保持适宜的粘度及填料在胶粘剂中均匀分布；
(2)高导热聚酰亚胺薄膜表面上胶：将厚度0.025mm的高导热聚酰亚胺薄膜通过上胶辊，在高导热聚酰亚胺薄膜上表面涂布经上述步骤(1)处理过的胶粘剂；上胶辊中设有恒温装置(温度恒定23℃)，以更好地保证在环境湿度较大的条件下，高导热聚酰亚胺薄膜表面不会因为溶剂挥发而凝结水珠影响复合质量；
(3)复合高导热云母纸：将定量为80g/m2高导热云母纸开卷后牵引到上述步骤(2)后涂布胶粘剂的高导热聚酰亚胺薄膜上，得到云母带坯布；
(4)表面处理：在上述云母带坯布有云母纸的一面，通过擦胶辊在云母纸表面涂覆一层固含量为5％的环氧树脂溶液；
(5)烘焙：将上述表面处理后的云母带坯布经过烘道烘干，在90℃～125℃下烘焙2min；
(6)收卷：按适当的盘径或重量进行收卷；
(7)分切：开卷后再通过分切机分切成需要的宽度，制成高导热薄膜补强云母带。
上述本实施例的技术方案是采用无机高导热填料填充云母纸及增强纤维之间，由增强纤维作为骨架，既提高了云母纸的强度，又提升了云母带的渗透性、耐热电老化性及绝缘结构热态机械强度；另外还在高导热云母纸与高导热聚酰亚胺薄膜之间的高耐热胶粘剂能进一步提升绝缘结构的耐热性能。
经检测，上述本实施例制得的高导热薄膜补强云母带的导热系数为0.42W/mk。
实施例2：
一种如图1所示本发明的高导热薄膜补强云母带，该云母带自上而下依次包括相互叠加粘结的云母纸层1、胶粘剂层2和高导热聚酰亚胺薄膜层3；高导热聚酰亚胺薄膜层3通过胶粘剂层2与云母纸层1相粘，云母纸层1主要由云母片11和增强纤维12组成；云母带中还添加有导热填料13，导热填料13包含微米级导热填料和纳米级导热填料。
本实施例的高导热薄膜补强云母带中，云母纸层1为高导热云母纸层，云母纸层1中均匀分散有微米级导热填料。增强纤维12的周围均分散有微米级导热填料；该微米级导热填料为微米级氮化硼和微米级氧化铝，该微米级导热填料的质量占整个云母纸层1总质量的7％。
本实施例的高导热薄膜补强云母带中，增强纤维12为芳纶纤维，增强纤维12的质量占云母纸层1的总质量的6.25％。
本实施例的高导热薄膜补强云母带中，胶粘剂层2为耐热胶粘剂层，胶粘剂层2使用的胶粘剂为酚醛环氧树脂和聚酯亚胺树脂按2∶1质量比的混合物；胶粘剂层2中均匀填充有纳米级导热填料。该纳米级导热填料132为质量比为2∶1的纳米级氮化铝和纳米级氧化铝组成的混合粉末，纳米级氮化铝为六方晶型，纳米级氧化铝为α相晶型且球型。
上述本实施例的高导热薄膜补强云母带是由高导热云母纸、高导热聚酰亚胺薄膜通过含纳米级导热填料的胶粘剂复合后叠加而成；纳米级导热填料占胶粘剂总质量的10％，胶粘剂的用量占最终云母带成品总质量的8％。
本实施例上述的高导热薄膜补强云母带的制备方法如图2所示，具体包括以下步骤：
(1)导热填料的分散：将占胶粘剂总质量10％的上述纳米级导热填料加入到胶粘剂(酚醛环氧树脂和聚酯亚胺树脂按2∶1质量比的混合物)中，并加入纳米级导热填料质量1％的分散剂，经高速分散后注入到胶槽中；胶槽处设有超声波发生器(频率25KHz)和恒温装置(设定20℃)，在胶槽底部设有往复运动的一字型桨片，以保证纳米级导热填料在胶槽中处于稳定状态，胶粘剂保持适宜的粘度；
(2)高导热聚酰亚胺薄膜表面上胶：将厚度0.03mm的高导热聚酰亚胺薄膜通过上胶辊，在高导热聚酰亚胺薄膜上表面涂布经上述步骤(1)处理过的胶粘剂；上胶辊中设有恒温装置(温度恒定23℃)，以更好地保证在环境湿度较大的条件下，高导热聚酰亚胺薄膜表面不会因为溶剂挥发而凝结水珠影响复合质量；
(3)复合高导热云母纸：将定量为120g/m2高导热云母纸开卷后牵引到上述步骤(2)后涂布胶粘剂的高导热聚酰亚胺薄膜上，得到云母带坯布；
(4)表面处理：在上述云母带坯布有云母纸的一面，通过擦胶辊在云母纸表面涂覆一层固含量为5％的环氧树脂溶液；
(5)烘焙：将上述表面处理后的云母带坯布经过烘道烘干，在90℃～125℃下烘焙2min左右；
(6)收卷：按适当的盘径或重量进行收卷；
(7)分切：开卷后再通过分切机分切成需要的宽度，制成高导热薄膜补强云母带。
上述本实施例的技术方案是采用无机高导热填料填充云母纸及增强纤维之间，由增强纤维作为骨架，既提高了云母纸的强度，又提升了云母带的渗透性、耐热老化性及绝缘结构热态机械强度；另外还在高导热云母纸与高导热聚酰亚胺薄膜之间的高耐热胶粘剂中填充高导热填料，既能够提高云母带的导热系数，又能进一步提升绝缘结构的耐热性能。
经检测，上述本实施例制得的高导热薄膜补强云母带的导热系数为0.45W/mk。

Claims (10)

1.一种高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述云母带自上而下依次包括相互叠加的云母纸层(1)、胶粘剂层(2)和高导热聚酰亚胺薄膜层(3)；所述高导热聚酰亚胺薄膜层(3)通过胶粘剂层(2)与云母纸层(1)相粘，所述云母纸层(1)主要由云母片(11)和增强纤维(12)组成；所述云母带中还添加有导热填料(13)，所述导热填料(13)包含微米级导热填料、纳米级导热填料中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述导热填料(13)为微米级导热填料，所述云母纸层(1)为高导热云母纸层，所述云母纸层(1)中均匀分散有所述的微米级导热填料。
3.根据权利要求2所述的高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述增强纤维(12)的周围均分散有所述的微米级导热填料；所述微米级导热填料为微米级氮化硼和微米级氧化铝，所述微米级导热填料的质量占整个云母纸层(1)总质量的5％～7％。
4.根据权利要求1所述的高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述增强纤维(12)为芳纶纤维，所述增强纤维(12)的质量占云母纸层(1)的总质量的5％～8％。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述胶粘剂层(2)为耐热胶粘剂层，所述胶粘剂层(2)使用的胶粘剂为BT树脂、酚醛环氧树脂、聚酯亚胺树脂中至少两种的混合；所述胶粘剂层(2)中均匀填充有所述的纳米级导热填料。
6.根据权利要求5所述的高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述纳米级导热填料为质量比为5∶4～2∶1的纳米级氮化硼和纳米级氧化铝、或纳米级氮化铝和纳米级氧化铝组成的混合粉末，所述纳米级氮化硼为六方晶型，所述纳米级氮化铝为六方晶型，所述纳米级氧化铝为α相晶型且球型。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的高导热薄膜补强云母带，其特征在于，所述高导热薄膜补强云母带是由高导热云母纸、高导热聚酰亚胺薄膜通过含纳米级导热填料的胶粘剂复合后叠加而成；所述纳米级导热填料占胶粘剂总质量的5％～10％，所述胶粘剂的用量占最终云母带成品总质量的3％～10％。
8.一种如权利要求7所述的高导热薄膜补强云母带的制备方法，包括以下步骤：
(1)导热填料的分散：将占胶粘剂总质量5％～10％的纳米级导热填料加入到胶粘剂中，并加入纳米级导热填料质量0.5％～2％的分散剂，经高速分散后注入到胶槽中；
(2)高导热聚酰亚胺薄膜表面擦胶：将厚度0.025～0.060mm的高导热聚酰亚胺薄膜通过上胶辊，在高导热聚酰亚胺薄膜上表面涂布经上述步骤(1)处理过的胶粘剂；
(3)复合高导热云母纸：将分散有微米级导热填料的高导热云母纸开卷后牵引到上述步骤(2)后涂布胶粘剂的高导热聚酰亚胺薄膜上，得到云母带坯布；
(4)表面处理：在上述云母带坯布有云母纸的一面，通过擦胶辊在云母纸表面涂覆一层环氧树脂溶液；
(5)烘焙：将上述表面处理后的云母带坯布经过烘道烘干；
(6)收卷：按适当的盘径或重量进行收卷；
(7)分切：开卷后通过分切机分切成需要的宽度，制成高导热薄膜补强云母带。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，在胶槽处设有恒温及超声波装置，在胶槽底部设有往复运动的一字型桨片；
所述步骤(2)中，所述上胶辊中设有恒温装置；
所述步骤(3)中，高导热云母纸定量为80～120g/m2；
所述步骤(4)中，所述环氧树脂溶液的固含量为2％～10％；
所述步骤(5)中，烘干是指在90℃～125℃下烘焙1～10min。
10.一种如权利要求1～7中任一项所述的高导热薄膜补强云母带在牵引电机中作为电气绝缘材料的应用。
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