CN106938566B - 一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带，为层状结构，由上至下，主要由补强材料层、胶粘剂层和云母纸层构成；补强材料层为纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布。本发明的制备方法：(1)电工无碱玻璃布进行表面预处理；(2)纳米粒子改性处理电工无碱玻璃布；(3)将纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布覆有纳米粒子的一面制备胶粘剂层；(4)在胶粘剂层上平铺云母纸，制备成纳米环氧玻璃少胶粉云母带。本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带的电气性能较普通少胶云母带提高10％，可以应用于单面绝缘厚度为1.0mm的6kv电机和单面绝缘厚度为1.8mm的10kv电机的主绝缘中。

Description

一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带及其制备方法
技术领域
本发明属于电机的绝缘材料领域，尤其涉及一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带及其制备方法。
背景技术
将中、高压电机的主绝缘厚度进行减薄，具有增加槽利用率、增大电机容量、提高主绝缘散热能力、减少定子线棒温差、降低过热对绝缘材料的老化损坏、改善电机导热性、缩小电机尺寸、大大减少铜材使用量和降低机械损耗、绝缘层容易被浸渍树脂浸透、提高整体绝缘体系的性能等优点。因此，减薄中、高压电机的主绝缘厚度是代表电机绝缘系统技术水平和发展方向。
目前6kv电机定子线圈的单边绝缘厚度已经由1.5mm减至1.3mm，10kv电机定子线圈的单边绝缘厚度已经由2.5mm减至2.1mm，但在此基础上将主绝缘厚度进一步减薄，仅通过提高云母纸的定量、减少补强材料的含量等方法，其效果不太理想。需要研究一种新的方式来进一步减薄主绝缘厚度。
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，提供一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带，为层状结构，由上至下，主要由补强材料层、胶粘剂层和云母纸层构成，所述补强材料层为纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布。
上述的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，优选的，所述纳米粒子为Al2O3和SiO2所述Al2O3和SiO2的质量比为(10-30)：(90-70)；所述纳米粒子在云母带中的质量含量为5％-10％；采用两种粒子同时使用二种纳米粒子复合改性，既能使产品有良好的导热性能，又能保证在生产过程中不容易出现沉淀。
上述的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，优选的，所述电工无碱玻璃布定量为20g/m2-24g/m2；所述云母纸层为507型非煅烧云母纸，其云母定量为150g/m2-165g/m2。所述定量是指单位面积的质量，单位为g/m2，与密度相当。
上述的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，优选的，所述胶粘剂层为环氧树脂，所述环氧树脂型号为F51、F44、E51、E44和E20中的一种或者多种；所述胶粘剂层在云母带中的质量含量≤10％。选择环氧树脂作为胶粘剂层是基于环氧树脂具有良好相溶性、优异电气性能以及优良的粘合性能，这是其他胶粘剂所难以达到的技术效果。
上述的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，优选的，所述云母带厚度为0.11mm-0.15mm。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的纳米环氧玻璃少胶粉云母带的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱除电工无碱玻璃布表面的浸润剂，然后将该电工无碱玻璃布浸渍于硅烷偶联剂中，得到表面预处理的电工无碱玻璃布。
(2)将步骤(1)得到的表面预处理的电工无碱玻璃布采用单面擦胶方式均匀涂覆低固体含量的胶粘剂，烘干，然后在55℃-65℃温度下(熔融状态下)，在电工无碱玻璃布的上胶面均匀涂覆纳米粒子，即得到纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布；采用低固体含量的树脂便于将纳米粒子均匀涂覆玻璃布上，同时还不会出现反粘现象。
(3)将所述纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布覆有纳米粒子的一面涂覆高固体含量的胶粘剂，涂胶完成后，在纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布上得到一层胶粘剂层；采用涂覆高固体含量树脂便于将云母纸粘接在已经涂覆纳米粒子的电工无碱玻璃布，使之不出现分层、脱落现象。
(4)在胶粘剂层上平铺云母纸，烘干，收卷分切成品，即得到纳米环氧玻璃少胶粉云母带。
上述的制备方法，优选的，所述低固体含量胶粘剂是指固体含量为3％-8％的环氧树脂，所述高固体含量胶粘剂是指固体含量为15％-25％的环氧树脂。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，在线圈VPI真空浸渍过程中，纳米粒子间容易形成毛细现象，浸渍树脂容易渗入云母纸中，增加线圈绝缘层树脂含量，使绝缘层的整体性增强，从而提高线圈电气性能，其电气性能较普通少胶云母带提高10％，可以应用于单面绝缘厚度为1.0mm的6kv电机和单面绝缘厚度为1.8mm的10kv电机的主绝缘中。
(2)本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，通过纳米粒子改性处理电工无碱玻璃布，在一定程度上起到阻止玻璃布在绕包过程中裂纹扩大作用，从而提高云母带拉伸强度，使云母带能够承受更大的绕包张力，有利于云母带绕包，使线圈绝缘层结构紧密。
(3)本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，表面处理电工无碱玻璃布后，涂覆低固体含量，在熔融状态下涂覆纳米粒子，可以解决纳米粒子团聚，使纳米粒子能均匀地涂覆在玻璃布上，同时还能解决纳米粒子的掉粉现象。
(4)本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，由于纳米粒子表面较大，涂胶后，纳米粒子与电工无碱玻璃布、云母纸形成较大接触面，具有良好粘合性能，同时，由纳米粒子间毛细现象，胶粘剂容易渗入纳米粒子层，使纳米粒子、电工无碱玻璃布和云母纸形成一个整体，所以电工无碱玻璃布经纳米无机粒子处理后，解决了云母带复合效果差和分层等问题。
附图说明
图1是本发明涉及的纳米环氧玻璃少胶粉云母带断面结构示意图。
附图标记：
1、补强材料层；2、胶粘剂层；3、云母纸层。
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文发明做更全面、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：
一种本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，其断面结构示意图如图1所示，该纳米环氧玻璃少胶粉云母带为层状结构，由上至下，主要由补强材料层1、胶粘剂层2和云母纸层3构成；其中，补强材料层1为纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布，纳米粒子为质量比20：80的Al2O3和SiO2混合物，纳米粒子在云母带中的质量含量为8％，电工无碱玻璃布定量为22g/m2；云母纸层3为507型非煅烧云母纸，其云母定量为160g/m2；胶粘剂层2为E-44、E-20和F-51混合环氧树脂层，胶粘剂层2在云母带中的质量含量为8％；该云母带厚度为0.15mm。
本实施例的纳米环氧玻璃少胶粉云母带的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过化学方法脱除电工无碱玻璃布表面的浸润剂，然后将该电工无碱玻璃布浸渍于硅烷偶联剂中，得到表面预处理的电工无碱玻璃布；
(2)将1425kg甲苯加入反应釜中，升温至110℃，将50kg的E-44环氧树脂、30kg的E-20环氧树脂、20kg的F-51酚醛环氧树脂加入反应釜中，在110℃下搅拌30min，冷却至60℃，加入475kg丙酮，配制成固体含量为5％的低固体含量胶粘剂；
(3)将265kg甲苯加入反应釜中，升温至110℃，将50kg的E-44环氧树脂、30kg的E-20环氧树脂、20kg的F-51酚醛环氧树脂加入反应釜中，在110℃下搅拌30min，冷却至60℃，加入87kg丙酮，配制成固体含量为22％的高固体含量胶粘剂；
(4)将16kg的Al2O3和64kg的SiO2加入高速搅拌机，搅拌1h；
(5)将步骤(1)得到的表面预处理的电工无碱玻璃布采用单面擦胶方式均匀涂覆步骤(2)得到的固体含量为5％的低固体含量胶粘剂，烘干；
(6)将步骤(5)得到的涂覆低固体含量胶粘剂的电工无碱玻璃布在(60±5)℃温度下，均匀涂覆步骤(4)得到的混合纳米粒子，即得到纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布；
(7)将步骤(6)的所述纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布覆有纳米粒子的一面涂覆步骤(3)得到的固体含量为22％的高固体含量胶粘剂，涂胶完成后，在纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布上得到一层胶粘剂层；
(8)在胶粘剂层上平铺云母纸，烘干，收卷分切成品，即得到纳米环氧玻璃少胶粉云母带。
实施例2：
一种本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带，其断面结构示意图如图1所示，该纳米环氧玻璃少胶粉云母带为层状结构，由上至下，主要由补强材料层1、胶粘剂层2和云母纸层3构成；其中，补强材料层1为纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布，纳米粒子为质量比30：70的Al2O3和SiO2混合物，纳米粒子在云母带中的质量含量为8％，电工无碱玻璃布定量为22g/m2；云母纸层3为507型非煅烧云母纸，其云母定量为155g/m2；胶粘剂层2为E-44和E-20混合环氧树脂层，胶粘剂层2在云母带中的质量含量为7.5％；该云母带厚度为0.14mm。
本实施例的纳米环氧玻璃少胶粉云母带的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过物理方法脱除电工无碱玻璃布表面的浸润剂，然后将该电工无碱玻璃布浸渍于硅烷偶联剂中，得到表面预处理的电工无碱玻璃布；
(2)将1425kg甲苯加入反应釜中，升温至110℃，将70kg的E-44环氧树脂、30kg的E-20环氧树脂加入反应釜中，在110℃下搅拌30h，冷却至60℃，加入475kg丙酮，配制固体含量为5％的低固体含量胶粘剂；
(3)将265kg甲苯加入反应釜中，升温至110℃，将70kg的E-44环氧树脂、30kg的E-20环氧树脂加入反应釜中，在110℃下搅拌30h，冷却至60℃，加入87kg丙酮，配制成固体含量为22％的高固体含量胶粘剂；
(4)将24kg的Al2O3和56kg的SiO2加入高速搅拌机，搅拌1h；
(5)将步骤(1)得到的表面预处理的电工无碱玻璃布采用单面擦胶方式均匀涂覆步骤(2)得到的固体含量为5％的低固体含量胶粘剂，烘干；
(6)将步骤(5)得到的涂覆低固体含量胶粘剂的电工无碱玻璃布在(60±5)℃温度下，均匀涂覆步骤(4)得到的纳米粒子，即得到纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布；
(7)将步骤(6)的纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布覆有纳米粒子的一面涂覆步骤(3)得到的固体含量为22％的高固体含量胶粘剂，涂胶完成后，在纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布上得到一层胶粘剂层；
(8)在胶粘剂层上平铺云母纸，烘干，收卷分切成品，即得到纳米环氧玻璃少胶粉云母带。
将上述实施例1和实施例2中得到的纳米环氧玻璃少胶粉云母带的性能和普通环氧少胶云母带(玻璃布浸胶粘剂后，云母纸直接平铺玻璃布上)的性能对比，具体数据见表1、表2所示。将实施例1和实施例2中得到的纳米环氧玻璃少胶粉云母带和普通环氧少胶云母带应用于6kv线圈和10kv线圈的绝缘结构电气性能进行对比，具体数据见表3和表4。
表1实施例1中的纳米环氧少胶粉云母带与普通环氧少胶粉云母带对比
项目 普通环氧少胶云母带 纳米环氧少胶云母带
厚度，mm 0.13 0.15
云母带含量，g/m<sup>2</sup> 158 160
玻璃布含量，g/m<sup>2</sup> 22 22
胶粘剂含量，g/m<sup>2</sup> 7.6 8
挥发物，％ 0.83 0.73
介电性能，Mv/m 23.78 26.76
拉伸强度，N/10mm 117.8 131.8
从实施例1得到的纳米环氧玻璃少胶粉云母带性能与普通环氧少胶云母带性能的对比，可以看出本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带介电性能和拉伸强度比普通环氧少胶云母带的介电性能和拉伸强度高出10％以上。
表2实施例2中的纳米环氧少胶粉云母带与普通环氧少胶粉云母带对比
项目 普通环氧少胶云母带 纳米环氧少胶云母带
厚度，mm 0.13 0.14
云母带含量，g/m<sup>2</sup> 158 155
玻璃布含量，g/m<sup>2</sup> 22 22
胶粘剂含量，g/m<sup>2</sup> 7.6 7.5
挥发物，％ 0.83 0.67
介电性能，Mv/m 23.78 26.15
拉伸强度，N/10mm 117.8 129.58
从实施例2得到的纳米环氧玻璃少胶粉云母带性能与普通环氧少胶云母带性能的对比，可以看出本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带的介电性能和拉伸强度比普通环氧少胶云母带的介电性能和拉伸强度高出10％上。
表3纳米环氧少胶粉云母带与普通环氧少胶粉云母带在6kv线圈绝缘结构性能对比
表3为用实施例1和实施例2得到的纳米环氧玻璃少胶粉云母带绕包6kv线圈与用普通环氧少胶云母带绕包6kv线圈的电气性能的对比，从表3中可以看出本发明的用纳米环氧玻璃少胶粉云母带的绕包6kv线圈的介质损耗较用普通环氧少胶云母带绕包6kv线圈的介质损耗低，用本实施例的纳米环氧玻璃少胶粉云母带绕包6kv线圈的击穿电压高于用普通环氧少胶云母带绕包6kv线圈的击穿电压10％左右；由此可见，用本发明的纳米环氧玻璃少胶粉云母带绕包6kv线圈的电气性能要好于用普通环氧少胶云母带绕包6kv线圈的电气性能。
表4纳米环氧少胶粉云母带与普通少胶粉云母带在10kv线圈绝缘结构性能对比
表4为用实施例1和实施例2得到的纳米环氧玻璃少胶粉云母带绕包10kv线圈与用普通环氧少胶云母带绕包10kv线圈的电气性能的对比，从表4中可以看出用纳米环氧玻璃少胶粉云母带的绕包10kv线圈的介质损耗较用普通环氧少胶云母带绕包10kv线圈的介质损耗低；用纳米环氧玻璃少胶粉云母带的绕包10kv线圈的击穿电压高于用普通环氧少胶云母带绕包10kv线圈的击穿电压10％左右；表明用纳米环氧玻璃少胶粉云母带绕包10kv线圈的电气性能好于用普通环氧少胶云母带绕包10kv线圈的电气性能。
本发明采用纳米改性环氧玻璃少胶云母带制造6kv、10kv级高压电机中定子电磁线圈主绝缘结构，其单边绝缘结构厚度为6kv线圈单边绝缘厚度为1.0mm，10kv线圈单边绝缘厚度为1.8mm，定子电磁线圈绝缘结构的电气性能指标达到JB/T 50132-1999《中型高压电机定子线圈成品产品质量分等》规定的一等品要求。

Claims (5)

1.一种纳米环氧玻璃少胶粉云母带的制备方法，其特征在于，该纳米环氧玻璃少胶粉云母带为层状结构，由上至下，主要由补强材料层(1)、胶粘剂层(2)和云母纸层(3)构成；所述补强材料层(1)为纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布，所述制备方法包括以下步骤：
(1)脱除电工无碱玻璃布表面的浸润剂，然后将该电工无碱玻璃布浸渍于硅烷偶联剂中，得到表面预处理的电工无碱玻璃布；
(2)将步骤(1)得到的表面预处理的电工无碱玻璃布采用单面擦胶方式均匀涂覆低固体含量的胶粘剂，烘干，然后在55℃-65℃温度下，使电工无碱玻璃布的上胶面均匀涂覆纳米粒子，即得到纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布；所述低固体含量胶粘剂是指固体含量为3％-8％的环氧树脂；
(3)将所述纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布覆有纳米粒子的一面涂覆高固体含量的胶粘剂，涂胶完成后，在纳米粒子改性处理的电工无碱玻璃布上得到一层胶粘剂层；所述高固体含量胶粘剂是指固体含量为15％-25％的环氧树脂；
(4)在胶粘剂层上平铺云母纸，烘干，收卷分切成品，即得到纳米环氧玻璃少胶粉云母带。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米粒子为Al2O3和SiO2，所述Al2O3和SiO2的质量比为(10-30)：(90-70)；所述纳米粒子在云母带中的质量含量为5％-10％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电工无碱玻璃布定量为20g/m2-24g/m2；所述云母纸层(3)为507型非煅烧云母纸，其云母定量为150g/m2-165g/m2。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胶粘剂层(2)为环氧树脂，所述环氧树脂所选型号为F51、F44、E51、E44和E20中的一种或者多种；所述胶粘剂层(2)在云母带中的质量含量≤10％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述云母带厚度为0.11mm-0.15mm。
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