CN107077916A - 用于绝缘系统的配制物和绝缘系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于绝缘系统的新型的配制物，所述绝缘系统显示出更高的抗侵蚀性并且能够作为浇注树脂和/或压塑树脂被用作用于发电机、发动机和/或旋转电机中的载流导体的导体绝缘部和/或壁绝缘部。所述配制物包含以最高达25％的重量比例的各向同性并且球形的纳米级填料颗粒，所述纳米级填料颗粒具有有机和无机组分。

Description

用于绝缘系统的配制物和绝缘系统
本发明涉及一种用于绝缘系统的新型的配制物，所述绝缘系统显示出更高的抗侵蚀性并且能够作为浇注树脂和/或压塑树脂被用作用于发电机、发动机和/或旋转电机中的载流导体的导体绝缘部和/或壁绝缘部。
在电机、例如发动机或发电机中，对于其运行安全来说绝缘系统的可靠性负有关键责任。绝缘系统任务在于，使电导体(导线、线圈、导电棒)相互间并且相对于定子铁心或环境持久地绝缘。在高压绝缘内部，导体元件之间的绝缘(导体元件绝缘)、导体或绕组之间的绝缘(导体和/或绕组绝缘)和导体与在槽和卷包头区域中的接地电势之间的绝缘(主绝缘)有所区别。主绝缘的厚度既适合机器的额定电压又适合运行和制备条件。未来的能量生产设备的竞争力、其分布和应用在重要程度上取决于为绝缘所使用的材料和所应用的技术。在这种电负载的绝缘体中所面临的基本问题在于所谓局部放电导致的侵蚀、由此构成的“电树枝化(Treeing)”——通道，所述通道最终导致绝缘体的电击穿。
尤其地，定子绕组的绝缘系统在主绝缘与定子绕组的叠片铁心之间的界面上通过热、热机械、动力和电机械运行载荷剧烈地加载，由此具有通过局部放电造成定子绕组的绝缘系统的损伤的高风险，所述局部放电在涡轮发电机的运行过程中会不停出现，由此电剧烈加载的高压绝缘在界面上会产生由于局部放电所致的侵蚀引起的材料退化。
迄今使用具有相应填料的苯乙烯-和/或丁二烯基质作为断裂力学弹性的高压绝缘体。
还有必要的是，提供一种绝缘系统，所述绝缘系统的抗侵蚀性被优化。
因此本发明所要解决的技术问题在于提供一种断裂力学弹性的高压绝缘系统，所述高压绝缘系统显示出更好的抗侵蚀稳定性。
因此所述技术问题的解决方案和本发明的技术方案在于，一种用于绝缘系统的配制物，带有一种或多种各向同性的球状填料部分的基础树脂，其中，所述填料部分是纳米级颗粒，包括无机颗粒和有机颗粒，并且以最高达25重量％的总比例存在于所述配制物中。
通过纳米级颗粒的无机表面改性，优选有利于充分的基质-填料交互作用。
根据本发明的一种有利的实施方式，基础树脂选自包括热塑性树脂、热固性树脂和/或弹性体的组别。基础树脂可以选自UV固化、冷固化或热固化、邻苯二甲酸酐和/或胺固化树脂、尤其环氧树脂的组别。根据有利的实施方式，基础树脂是双缩水甘油醚、例如双酚A或双酚F二缩水甘油醚或脂环族环氧树脂或酚醛树脂。此外，基础树脂可以选自聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯以及任意混合物的组别，例如嵌段聚合物或嵌段共聚物和上述组分的共混物，包括环氧树脂在内。
所谓的各向同性的填料可以选自无机颗粒的组别，例如金属颗粒、金属氧化物颗粒和/或半金属氧化物颗粒。
填料的颗粒尤其可以由陶瓷材料制成，例如由金属氧化物或金属混合物氧化物制成，例如由氧化铝和/或由二氧化硅制成。
无机的纳米级填料颗粒赋予所述配制物必要的抗侵蚀性。
填料的颗粒还可以选自有机化合物的组别，例如可以是聚合物纳米级颗粒、例如苯乙烯、丁二烯等。有机的纳米级填料颗粒赋予配制物一定程度的可塑性。
根据本发明的一种有利的实施方式，纳米级填料颗粒的有机比例保持得尽可能低。
还可以使用所谓的CS、也即核壳颗粒作为纳米级填料颗粒。在此涉及具有由不同材料制成的壳与核的颗粒。核壳颗粒通常显示为不同材料的层结构，所述层结构具有径向梯度。
合适的表面改性有利于纳米级填料颗粒在基质上的适当结合。表面改性可以例如呈现为涂层的方式。
配制物优选作为稀释液态的和/或各向同性的材料被使用，其中，纳米级填料颗粒在尺寸上处于5至500nm、尤其7至350nm的范围和非常优选8至300nm的范围。
特别优选地，纳米级填料颗粒以二氧化硅为基础和/或基于无机-有机材料、例如以苯乙烯丁二烯和/或硅氧烷丁二烯为基础。
根据本发明的一种有利的实施方式，在配制物中纳米级填料部分由用量为1至10重量％之间、优选数量为3至8重量％的范围内和尤其优选4至6重量％的无机-有机材料组成。
例如，测试在图1中所示的配制物：
由图1中的表1可知，通过混入有机的纳米级填料颗粒比混入无机的纳米级填料颗粒更有效地提高聚合物的可塑性和弹性。
在此值得注意的是，在有机的纳米级填料颗粒组分的情况下通过有机类似物取代一半的无机的纳米级填料颗粒组分。混入有机的纳米级填料颗粒导致聚合物抗侵蚀性的退化，因为纳米级填料部分的聚合物本性在局部放电的影响下遭受材料退化。
在此示出被施加总重量比例为10％的纳米级颗粒填料的聚合物的侧向观察钝化层的TEM(透射电子显微镜)图像，钝化层包括融合聚集物，所述融合聚集物又通过由烧结桥相连的无机的填料组成。
为了提高断裂力学弹性而将有机的填料混入配制物中。
图2示出在抗侵蚀性方面的测试结果。图2示出随着有机的纳米级填料颗粒的重量比例逐渐增长，抗侵蚀性下降。
除纳米级填料部分(CP-Si-Bd＝硅氧烷丁二烯)之外，在此测试的有机的填料导致抗侵蚀性的下降。
以下完成聚合物的钝化层的TEM图像，所述钝化层除了10％的无机的纳米级填料颗粒之外还包含苯乙烯丁二烯纳米级填料颗粒。清楚示出了与第一TEM图像相比明显更不均匀且多孔的钝化层。苯乙烯丁二烯纳米级填料颗粒作为屏障发挥阻止生成无机的融合聚集物的作用，由此明显减低了钝化层的机械稳定性，有机的填料尤其在局部放电影响下遭受材料退化。
最后使用无机-有机纳米级填料颗粒，并且又建立钝化层TEM图像。所观察的钝化层包括总重量比例为20％的二氧化硅和硅氧烷丁二烯纳米级填料颗粒。
用于纳米级填料颗粒的无机-有机材料在此理解为这样的材料，所述材料一方面通过其有机组分赋予配制物可塑性和断裂弹性并且另一方面通过其无机组分为配制物赋予与钝化层的无机融合聚集物的烧结桥。根据基础树脂的不同，在此优选各种得以测试的材料。
例如可以使用苯乙烯丁二烯材料和/或硅氧烷丁二烯材料。尤其可购得的硅氧烷丁二烯共聚物成功地在环氧树脂基聚合物中得以测试。
在TEM图像中清楚可知，无机-有机纳米级填料颗粒、例如在此所示的硅氧烷丁二烯纳米级填料颗粒以共生方式集成在包含融合聚集物的钝化层中，因为无机-有机纳米级填料颗粒像纯粹的无机纳米级填料颗粒一样通过其无机组分、同样经由烧结桥确保整个钝化层的充分连接。尽管纳米级填料颗粒中具有有机组分，但是具有无机-有机纳米级填料颗粒的配制物依旧显示出比其中无机和有机纳米级填料颗粒作为单独组分、也即分离地存在的配制物明显更紧凑和更均匀的钝化层。
根据所示，硅氧烷丁二烯纳米级填料颗粒的无机组分借助烧结桥完成该填料部分在包括无机的融合聚集物的钝化层中的共生式集成。通过该填料部分的抗侵蚀性实现了紧凑和均匀的钝化层，其中，有机颗粒在局部放电的影响下不遭受材料退化，进而除了提高的抗侵蚀性之外还同样形成了断裂力学弹性和可塑的高压绝缘体聚合物系统。
实施例：
树脂：双酚F二缩水甘油醚，
固化剂：甲基六氢邻苯二甲酸酐，比例(树脂比固化剂)1:0.9；
加速剂：N,N-二甲基苄胺，加速剂比例：1重量％，
填料：SiO2(d50＝15nm),SiO2(d50＝8nm),Kaneka-ACE MX-960(硅氧烷丁二烯共聚物)。
第一实施例：重量为20％的SiO2(d50＝15nm)+重量为5％的MX-960
第二实施例：重量为20％的SiO2(d50＝8nm)+重量为5％的MX-960
第三实施例：重量为15％的SiO2(d50＝15nm)+重量为5％的SiO2(d50＝8nm)+重量为5％的MX-960
本发明涉及一种用于绝缘系统的新型的配制物，所述绝缘系统显示出更高的抗侵蚀性并且能够作为浇注树脂和/或压塑树脂被用作用于发电机、发动机和/或旋转电机中的载流导体的导体绝缘部和/或壁绝缘部。配制物显示出重量比例最高达25％的各向同性和球形的纳米级填料颗粒，所述纳米级填料颗粒包括有机和无机组分。

Claims (9)

1.一种用于绝缘系统的配制物，带有一种或多种各向同性的球形填料部分的基础树脂，其中，所述填料部分包括纳米级填料颗粒，所述纳米级填料颗粒至少部分是无机-有机颗粒，所述无机-有机颗粒中始终同时存在无机和有机组分，并且其中，纳米级填料颗粒以最高达25重量％的总比例存在于所述配制物中。
2.根据权利要求1所述的配制物，其中，纳米级填料部分的纳米级填料颗粒以聚合物形式存在。
3.根据权利要求1或2所述的配制物，其中，纳米级填料部分的纳米级填料颗粒基于无机-有机材料。
4.根据上述权利要求中任一项所述的配制物，其中，无机-有机材料包括苯乙烯丁二烯组分和/或硅氧烷丁二烯组分。
5.根据权利要求4所述的配制物，其中，无机-有机材料包括苯乙烯丁二烯共聚物和/或硅氧烷丁二烯共聚物。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的配制物，其中，具有无机-有机材料的纳米级填料部分以1至10重量％的量存在。
7.根据上述权利要求中任一项所述的配制物，所述配制物包括由二氧化硅组成的纳米级填料部分。
8.根据上述权利要求中任一项所述的配制物，其中，由二氧化硅组成的纳米级填料颗粒具有7至17nm、尤其8至15nm范围的平均直径。
9.用于由金属制成的载流-载压导体的绝缘系统，所述绝缘系统由权利要求1至8中任一项所述的配制物制备。
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