CN109070526B - 树脂相容性层压结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合于用作电绝缘材料的层压结构体，该层压结构体包括第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；以及支承层，该支承层包含单向长丝或单向纱线或织造纱线；其中该支承层粘合到该第一纸层上；该层压结构体具有15kV/mm或更大的介电强度、400秒或更小的Gurley孔隙率、以及60重量百分比或更大的总云母含量。该层压结构体可以进一步包括粘合到该支承层上的第二纸层，该第二纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式。

Description

树脂相容性层压结构体
技术领域
本发明涉及一种适合于作为电绝缘材料在如电动机、发电机和逆变器等中使用的层压结构体。
背景技术
相关技术的说明对于本领域技术人员而言，术语“云母纸”是指用高浓度的无机矿物云母(其量通常为至少90重量百分比或更大) 与为粘结剂的其余部分(其为纸提供一定的机械完整性)制成的片材。然而，所得的云母纸不是机械上强韧的纸。
授予Levit等人的美国专利号6,991,845和7,399,379披露了用于电绝缘或阻燃的片状结构，该片状结构包括具有富含云母面和贫云母面的阻挡层和包含附接于该阻挡层的贫云母面的可饱和背衬层的增强层。
授予Levit等人的美国专利号6,991,845和授予Forsten等人的美国专利号6,312,561披露了芳族聚酰胺-云母共混的纸，其由间芳族聚酰胺纤维、间芳族聚酰胺纤条体和云母的均匀共混物制成。Levit等人进一步传授了这种“芳族聚酰胺-云母纸”，当与“云母纸”相比时，其具有优异的机械特性，并且可以在没有任何背衬增强的情况下使用。
在一些例子中，在高压电绝缘材料市场中采用的片状结构体中使用“煅烧”云母是期望的，因为相比于“未煅烧”云母，煅烧云母具有改进的介电特性。当与天然的或未煅烧云母薄片相比时，煅烧提供较小尺寸的云母小片，这被认为改进了片材中云母的介电性能。不幸的是，这些较小尺寸的云母小片还形成较不多孔的层，这意味着该层可能难以用浸渍基质树脂来浸透。
因此，需要的是制造层压结构体的改进方法，该层压结构体含有具有改进的孔隙率的煅烧云母。
发明内容
本发明涉及一种适合于用作电绝缘材料的层压结构体，该层压结构体包括：
a)第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；以及
b)支承层，该支承层包含单向长丝或单向纱线或织造纱线，该支承层具有第一面和第二面；
其中该支承层的该第一面直接粘合到该第一纸层的面上；
该层压结构体具有15kV/mm或更大的介电强度、400秒或更小的Gurley孔隙率、以及60重量百分比或更大的总云母含量。
本发明还涉及一种适合于用作电绝缘材料的层压结构体，该层压结构体包括：
a)第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；
b)支承层，该支承层包含单向的或织造的长丝纱线，该支承层具有第一面和第二面；以及
c)第二纸层，该第二纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；
其中该支承层的该第一面直接粘合到该第一纸层的面上，并且该支承层的该第二面直接粘合到该第二纸层的面上；并且
该层压结构体具有60重量百分比或更大的总云母含量。优选地，层压结构体具有15kV/mm或更大的介电强度和400秒或更小的 Gurley孔隙率。
具体实施方式
本发明涉及一种具有出人意料的高孔隙率和高介电特性的组合的层压结构体，该层压结构体至少包括第一纸层(含有煅烧云母和支承材料)以及支承层。第一纸层的面直接且均匀地粘合到支承层的面上。直接且均匀地粘合是指两层基本上彼此接触，条件是短语“接触”被理解为包括(但不限于)使用粘合剂将两层附接在一起。
本发明还涉及一种多层层压结构体，该多层层压结构体至少包括第一纸层和第二纸层，各自含有煅烧云母和支承材料，其中支承层被定位在这两层纸之间并且附接至这两层纸上。
如本文所使用的，“煅烧云母”是指云母，如白云母或金云母、或其共混物，其通过将天然云母加热至高温(通常大于800℃，有时大于950℃)而获得。这种处理去除了水分和杂质，并且改进了云母的耐温性。煅烧云母一般以片状颗粒的形式使用，并且白云母类型的云母是优选的。相比于天然云母或未煅烧云母，煅烧云母具有改进的介电特性和耐电晕性。当与天然或未煅烧的云母薄片相比时，煅烧提供了较小尺寸的云母小片。不幸的是，这些较小尺寸的云母小片还形成较不多孔的层，这意味着该层可能难以用浸渍基质树脂来浸透。通过测量层或层压结构体的Gurley孔隙率来证明层或层压结构体的孔隙率，该Gurley孔隙率测量在一定压差下使一定体积的空气通过一定的材料区域花费的时间(以秒计)。较高的值(即较长的时间)意味着较不多孔的结构。较小的值表明更多孔的结构。
如本文所用的“未煅烧云母”是指基本上处于纯天然形式的云母 (如白云母或金云母)，其优选已被均化和纯化以去除瑕疵和杂质。由于天然云母薄片的较大尺寸，未煅烧云母可以形成非常多孔的云母层。其易于被基质树脂润湿和浸渍。不幸的是，未煅烧云母具有比煅烧云母更低的介电强度。
层压结构体中使用的第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料(基于该层中煅烧云母和支承材料的总量)。在一些优选的实施例中，第一纸层包含95 至99百分比的均匀分布的煅烧云母和1至5重量百分比的支承材料(基于该层中煅烧云母和支承材料的总量)。均匀分布是指云母可以遍及纸层均匀分布，或云母可以遍及纸中的集中平面区(更接近该层的面之一)均匀地区域性地分布。在这个定义中隐含的是云母充分分布以提供最终层压结构体的期望的电性能。
在第一纸层中，虽然仅存在少量的支承材料，但是按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式。已经发现，当按重量计大部分(即，大于50重量％)的支承材料是絮状物时，尽管存在极大量(90至99 wt％)的煅烧云母，但所得的纸层具有出人意料的良好的孔隙率。优选地，基于纸层中的支承材料的总量，絮状物以60重量百分比或更大的量存在于第一纸层的支承材料中。在另一个实施例中，基于纸层中的支承材料的总量，絮状物以80重量百分比或更大的量存在于第一纸层的支承材料中。在一些实施例中，絮状物是芳族聚酰胺、纤维素、醋酸纤维、丙烯酸类、聚烯烃、聚酰胺、聚酯、玻璃、岩棉、多晶如氧化铝、单晶如钛酸钾、或其混合物。
在一个实施例中，第一纸层中的支承材料包含大于50重量百分比至65重量百分比的絮状物(基于该层中支承材料中的絮状物的总量)。在另一个实施例中，第一纸层中的支承材料包含65至80重量百分比的絮状物(基于该层中支承材料中的絮状物的总量)。在一些优选的实施例中，第一纸层中的支承材料包含1至20重量百分比的粘结剂和80-99重量百分比的絮状物(基于该层中支承材料中的粘结剂和絮状物的量)。
支承材料含有大部分的絮状物，并且剩余的支承材料可以是一种或多种粘结剂。粘结剂可以是一种或多种类型的粘结剂，并且虽然该一种或多种粘结剂可以是本领域已知的用于粘合絮状物或纤维材料以形成纸的任何化学品或处理剂或添加剂，但在一个优选的实施例中，该粘结剂是粘结剂颗粒，优选具有薄膜状结构的颗粒。优选的粘结剂颗粒是纤条体，并且优选的纤条体是芳族聚酰胺纤条体。在一个优选的实施例中，第一纸层中的支承材料仅由呈芳族聚酰胺纤条体形式的芳族聚酰胺粘结剂和芳族聚酰胺絮状物组成。对于粘结剂、纤条体和絮状物优选的芳族聚酰胺包括聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
第一纸层本身优选地具有50克/平方米或更大的基重。在一些实施例中，100克/平方米或更大的基重是优选的。从实际的观点来看，该层具有150克/平方米的最大基重。在优选的实施例中，第一纸层本身具有350秒或更低的Gurley孔隙率。优选地，第一纸层本身具有 300秒或更低的Gurley孔隙率。
在层压结构体中，第一纸层直接粘合到支承层上。支承层为层压结构体提供机械完整性。支承层包含单向长丝或单向纱线或织造纱线，并且具有第一面用于将支承层直接粘合到第一纸层的面上和相反的第二面用于可能直接粘合到任选的第二纸层的面上。在一个优选的实施例中，支承层的长丝或纤维包括玻璃长丝或纤维。
对于支承层有用的长丝和纤维可以在从10至50微米的范围内。支承层的有用的基重可以在10至30克/平方米的范围内。
据信对于许多带应用最有用的支承层型式是长丝或长丝纱线的单向经纱。这允许支承层为层压结构体贡献最小量的重量和厚度。这是重要的，因为支承层的材料通常不具有该一个或多个云母纸层的介电性能。
层压结构体适合于用作电绝缘材料，并且包括第一纸层(含有煅烧云母和支承材料)和支承层。支承层具有第一面和第二面，并且支承层的第一面直接粘合到第一纸层的面上。
具体地，在一个实施例中，适合于用作电绝缘材料的层压结构体包括
a)第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；以及
b)支承层，该支承层包含单向长丝或单向纱线或织造纱线，该支承层具有第一面和第二面；
其中该支承层的该第一面直接粘合到该第一纸层的面上；层压结构体具有15kV/mm或更大的介电强度、400秒或更小的Gurley孔隙率、以及60重量百分比或更大的总云母含量。此实施例在本文中也被称作双层实施例。
在一个实施例中，第一纸层通过使用粘合剂粘合到支承层上。有用的粘合剂包括但不限于基于诸如聚氨酯，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、苯并噁嗪、硅酮及其组合这样的事物的粘合剂。
层压结构出人意料地具有15kV/mm的层压结构厚度或更大的高介电强度(由于使用煅烧云母)；与400秒或更小的低Gurley孔隙率 (由于纸层中按重量计大部分的支承材料作为絮状物存在)的期望的组合。在一些实施例中，介电强度为大于17.5kV/毫米的层压结构体厚度，优选大于20kV/毫米的层压结构体厚度。介电强度是比较具有不同厚度的材料的介电击穿电压的有意义的值。介电击穿电压或电击穿电压是在位于两个电极之间的电绝缘材料中在规定条件下发生介电失效的电位差。
该层压结构体可以进一步包含浸渍树脂、清漆或其混合物，在本文中还被统称为基质树脂。在一个优选实施例中，树脂、清漆或其混合物在层压结构体中是部分或完全固化的。通常首先将该层压结构体或带施加到导体上并且然后到浸渍的整个结构上；然而，可能存在一些例子，其中在用作绝缘材料之前，该层压结构体用树脂预先浸渍。
整个层压结构体的Gurley孔隙率的较低的测量值是期望的。相比于具有较高的Gurley孔隙率测量值的层压结构体，这些层压结构体是更多孔的；这意味着层压结构体可以用基质树脂快速浸渍，如当用于电动机和发电机中的电气零件或主壁绝缘材料中时。当层压结构体经历真空浸渍以形成电气零件或壁绝缘材料时，这是尤其重要的。虽然层压结构体具有400秒或更小的Gurley孔隙率，但优选层压结构体具有375秒或更小的Gurley孔隙率。
在一些优选的实施例中，层压结构体用作带形式的电绝缘材料。如本文所用，词语“带”是指层压结构体的相对窄宽度的条带，该带优选具有约0.635至5.1厘米(0.25至2英寸)的宽度。在一些实施例中，宽度为从0.635至2.54厘米(0.25至1英寸)。在一些实施例中，宽度优选为10至25毫米(1至2.5厘米或0.39至1.0英寸)。这些层压结构体带通常通过精密切割层压结构体的较大宽度的片材或卷而制成。
层压结构体具有60重量百分比或更大的总云母含量(基于云母的量和无任何浸渍基质树脂的层压结构体的总重量)。据信，层压结构体中需要这种总量的云母以提供足够的电绝缘性能。在一些实施例中，总层压结构体的总云母含量为75重量百分比或更大(基于云母的量和无任何基质树脂的层压结构体的总重量)。
在一些实施例中，支承层仅占无基质树脂的总层压结构体的组成的5至30重量百分比。在一些其他实施例中，支承层占无基质树脂的总层压结构体的组成的10至20重量百分比。此外，在一些实施例中，粘合剂可以以无基质树脂的总层压结构体的0至8重量百分比的量存在于层压结构体中，并且在一些实施例中，粘合剂是无基质树脂的总层压结构体的4至8重量百分比。在一些其他实施例中，粘合剂的量为无基质树脂的总层压结构体的0至3重量百分比。如果使用，粘合剂可以优选以最高达约9g/m2的量被施加。
在一些实施例中，总层压结构体的基重为约70g/m2至多达300 g/m2；然而在一些优选实施例中，该基重为从约100g/m2至225g/m2。总层压结构体的其他特定优选特性包含范围从0.10至1.0mm的总厚度。
此外，优选的是层压结构体具有足够的机械强度以用自动机械缠绕机围绕导体缠绕。这可以表示为纸或带的最小拉伸强度。在一些实施例中，可缠绕的带的最小拉伸强度为20牛顿/厘米宽度。层压结构体的优选拉伸强度为70N/cm或更大，优选100N/cm。进一步地，为了用多层层压结构的带有效缠绕导体，该层压结构应优选地具有小于约100N/m、优选地小于约50N/m的挠性或刚度，以便用于高速机器带缠绕过程中。
电动机、逆变器、发电机和其他电气装置可以包含多根单独绝缘的绕组导线或导体，以防止一根导线或导体与另一根导线或导体接触。在许多情况下，这些绝缘的绕组导线或导体的横截面是矩形，以确保电动机绕组的密集均匀的堆积，但可以使用任何横截面形状的导体。词语导体和导线在本文中可互换使用。
在一些实施例中，通过围绕导体螺旋缠绕层压结构体的窄带以形成重叠层来施加层压结构体。在一些例子中，这可以允许用于清漆树脂或基质树脂穿透并且存在于绝缘材料层之间的路线。如本文所用，“螺旋缠绕”是指包括围绕导体的外周长螺旋或螺旋状缠绕一个或多个带。
由于任何一个导体上的绝缘材料总厚度可以由带的单缠绕或多个重叠带构成，因此在一些实施例中，导体上的电绝缘护套的总密度为从约0.2至0.6克/立方厘米，优选约0.3至0.5克/立方厘米。在一些实施例中，任何一个导体上的绝缘材料的总厚度可以是0.635至1.3 毫米(0.025至0.05英寸)。小于约0.635毫米(mm)的绝缘材料厚度被认为提供太少量的绝缘材料以致不能提供足够的介电强度。对于许多电气装置，超过约1.3mm(0.05英寸)的厚度被认为是不切实际的。由于绝缘材料的总厚度或“堆积”可能是重要的参数，所以重叠的带的实际层数可以变化，其中绝缘材料具有1层或2层的层压结构体至多达10层至甚至100层或更多层的层层状结构体的厚度是可能的。
在另一个实施例中，适合于用作电绝缘材料的层压结构体包括，
a)第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；
b)支承层，该支承层包含单向的或织造的长丝纱线，该支承层具有第一面和第二面；以及
c)第二纸层，该第二纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈絮状物的形式；
其中该支承层的该第一面直接粘合到该第一纸层的面上，并且该支承层的该第二面直接粘合到该第二纸层的面上；并且该层压结构体具有60重量百分比或更大的总云母含量。换句话说，在此实施例中，支承层被夹在第一纸层与第二纸层之间，并且直接粘合到两个层上。优选地，此实施例的层压结构体具有15kV/mm或更大的介电强度和 400秒或更小的Gurley孔隙率。此实施例在本文中也被称作三层实施例。
在此实施例中，第一纸层和第二纸层可以具有相同的组成(如果期望)，或组成可以变化，只要它们适合本文所述的范围。具体地，基于各自的纸层中的该支承材料的总量，第一纸层和第二纸层两者中的絮状物可以以60重量百分比或更大的量存在；或者，基于各自的纸层中的该支承材料的总量，第一纸层和第二纸层两者中的絮状物可以以80重量百分比或更大的量存在。第二纸层的属性、特征和优选项的其他范围与本文描述的第一纸层相同。其中第一纸层如本文先前描述的粘合到支承层上的方法(包括粘合剂)也适用于第二纸层与支承层的粘合。在一些实施例中，第二纸层与第一纸层相同。此外，优选地，层压结构体的这个三层实施例的特性由双层实施例的本文披露的特性值的范围描述或落入该范围内。
本文中使用的术语“絮状物”是指长度短并且在制备湿法成网纸张和/或纸时惯用的纤维。通常，絮状物具有约3至约20毫米的长度。优选的长度为从约3至约7毫米。絮状物一般通过使用本领域中众所周知的方法将连续纤维切割成所需长度而生产。
如本文中使用的术语“芳族聚酰胺”是指其中至少85％的酰胺 (-CONH-)键被直接附接到两个芳环上的芳香族聚酰胺。任选地，添加剂可以与芳族聚酰胺一起使用并且可以分散在整个聚合物结构中。已经发现，最高多达约10重量百分比的其他支承材料可以与芳族聚酰胺共混。还发现，可以使用具有多达约10百分比的其他二元胺替换芳族聚酰胺的二元胺或多达约10百分比的其他二酰氯替换芳族聚酰胺的二酰氯的共聚物。
优选的芳族聚酰胺是间位芳族聚酰胺。当两个环或游离基沿着分子链相对于彼此间位定向时，认为芳族聚酰胺聚合物是间位芳族聚酰胺。优选的间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)。美国专利号3,063,966；3,227,793；3,287,324；3,414,645；和5,667,743 说明了用于制造可以用于制造芳族聚酰胺絮状物的芳族聚酰胺纤维的有用方法。
可替代地，芳族聚酰胺纤维可以是对位芳族聚酰胺或芳族聚酰胺共聚物。当两个环或游离基沿着分子链相对于彼此对位定向时，认为芳族聚酰胺聚合物是对位芳族聚酰胺。用于制造对位芳族聚酰胺纤维的方法总体上披露于例如美国专利号3,869,430、3,869,429、以及 3,767,756中。一种优选的对位芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)；并且一种优选的对位芳族聚酰胺共聚物是共聚(对亚苯基/3，4’二苯酯对苯二甲酰胺)。优选的芳族聚酰胺絮状物是间位芳族聚酰胺絮状物，并且特别优选的是由间位芳族聚酰胺聚(间苯二甲酰间苯二胺) (MPD-I)制成的絮状物。
如本文中使用的术语“纤条体”是指非常小、非粒状、纤维状或膜状的颗粒，其中其三个尺寸中的至少一个尺寸相对于最大尺寸具有微小量值。如例如在美国专利号2,988,782和2,999,788中披露的，通过使用非溶剂在高剪切力下使支承材料溶液沉淀来制备这些颗粒。芳族聚酰胺纤条体是非粒状膜状芳香族聚酰胺颗粒，具有高于320℃的熔点或分解点。优选的芳族聚酰胺纤条体是间位芳族聚酰胺纤条体，并且特别优选的是由间位芳族聚酰胺聚(间苯二甲酰间苯二胺) (MPD-I)制成的纤条体。
纤条体通常具有的最大长度尺寸在约0.1mm至约1mm范围内、长宽纵横比为约5∶1至约10∶1。厚度尺寸在一微米的若干分之几的量级上，例如约0.1微米至约1.0微米。虽然没有要求，但优选的是将芳族聚酰胺纤条体结合到这些层中、同时纤条体处于永不干燥状态。
如在第一纸层和第二纸层中使用的，术语“层”优选地是指具有特定组成的薄平面材料。术语“层”还指由多个附接在一起的薄平面网状物制成的纸，其中所有平面网状物具有相同的组成。术语“面”是指纸层的两个主要表面中的任一个，或支承层的两个主要表面中的任一个(即，纸层或支承层的一侧或另一侧)。
在一些实施例中，含有煅烧云母和支承材料的单个纸层具有0.5 毫米或更小的厚度。在一些其他实施例中，单个纸层具有0.25毫米或更小的厚度。在一个优选的实施例中，单个纸层具有0.13毫米或更小的厚度；在其他优选的实施例中，单个纸层具有0.1毫米或更小的厚度。此外，据信，单个纸层应当具有至少0.06毫米的厚度，以向层压结构体提供足够的云母。
在双层实施例中，第一纸层可以通过使用连续或不连续的粘合剂层直接粘合到支承层上。在三层实施例中，第一纸层和第二纸层可以通过使用连续或不连续的粘合剂层粘合到支承层上。在此三层实施例的一种实践中，每个层单独制造，并且然后与在其间提供的粘合剂层组合，其中这些层依次是第一纸层、支承层以及然后是第二纸层。在所有实施例中，可以在造纸机上通过向流浆箱提供并水性分散期望量和比例的云母和支承材料，并且然后将组合物作为网状物湿法铺设到造纸丝上来单独制造第一纸层和第二纸层中的每一个。湿网状物然后可以在干燥机滚筒上进行干燥以形成纸。优选地，然后在热辊压光机的压区中在压力和热量下、或通过其他手段将纸进一步压光，以使纸合并和致密成具有期望厚度的纸层。如果希望的话，可以单独制造相同组成的两个或更多个基重较轻或较薄的湿网状物或纸并且然后压光并合并在一起成为单个纸层。在优选的实施例中，每个纸层在与层压结构体中的支承层组合之前被单独压光。
在一个优选的实施例中，为了将每个纸层的面均匀且连续地粘合到支承层的面上，液体粘合剂以相对均匀的方式被施加到层的至少一个面上。可以使用任何方法将粘合剂施加到纸层或支承层上，该方法为该层的一例提供均匀连续的粘合剂施加而没有间隙；此类方法包括涉及辊涂或刮涂或喷涂的方法。优选地，粘合剂被施加到均匀的厚度，并且粘合剂在层压结构体中是连续的。可替代地，粘合剂可以以插在每个含云母层与支承层之间的固体片材形式被提供。然后使用可将这些层压制或合并在一起的任何方法，将这些层和粘合剂压制在一起，其中将粘合剂定位在这些层之间。此类方法可以包括在一组压光辊的一个或多个压区中夹住这些层(在之间具有粘合剂)。这将这些层合并成具有所需厚度的层压结构体，并将这些层完全且直接地粘合在一起。如果需要的话，可以使用在压力下压制这些层之前、之后或同时施加的热量来额外固化该粘合剂。
在一些优选的实施例中，最终的层压结构体基本上或仅仅由以下组成：(1)附接至支承层的第一纸层加上被定位在那些层之间的任选的粘合剂；或(2)附接至支承层的第一纸层(该支承层进而附接至第二纸层)加上被定位在那些层中的每个之间的任选的粘合剂。
在一些实施例中，使用几种可能的方法将片材形式的层压结构体切割成带，该带进而可以用树脂浸渍。一种常用方法包括用树脂浸渍呈带形式的层压结构体(在其已经插入或围绕有待绝缘的物品卷绕之后)。然后将树脂固化。第二种常用方法包括用树脂浸渍呈带形式的层压结构体(在其插入或围绕有待绝缘的物品卷绕之前)，并且然后固化树脂。
虽然认为层压结构体可直接用于工业电动机、风力涡轮发电机，但是其他用途和应用是可能的，包含但不限于如牵引电动机、涡轮和水力发电机和工业功率逆变器这样的事物。
测试方法
在下面提供的实例中使用以下测试方法。
根据ASTM D 645和ASTM D 645-M-96测量基重并且以g/m2为单位报告。
根据ASTM D 646-96测量厚度并且以mm为单位报告。
使用2.54cm宽测试试样和18cm标距长度根据ASTM D 828-93 测量拉伸强度并且以N/cm为单位报告。
根据TAPPI T460使用1.22kPa的压差对于约6.4平方厘米圆形面积的纸张通过以每100毫升圆柱体位移的秒数计的空气阻力来测量 Gurley孔隙率。
根据IEC 60371-2，刚度(挠性)或抗弯力是使试样弯曲的最大挠曲载荷除以测试试样(15mm宽乘200mm长)的长度，并且以N/m 为单位报告。
介电强度是在特定条件下发生绝缘材料的介电失效的电压梯度。根据ASTM D149-97A在此测量介电强度，并且以kV/mm为单位报告。
耐电压性是绝缘材料在表面电晕作用下可以耐受延长的交流电压应力的时间。在本文中，根据ASTM D 2275-01测量其作为在电晕条件下对延长的交流电压应力的抗性失效的中值时间，并且以在12 kV/mm、360hz下的小时数报告。
实例
实例1
层压结构体由云母纸层和织造玻璃布支承层制造。云母纸层为 0.15mm厚，并且含有95重量百分比的煅烧云母薄片(白云母类型，可从佛蒙特州拉特兰郡的ElectricalSamica Flake Co.获得)和2重量百分比的聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)纤条体(以总体上在美国专利3,756,908中描述的方式制造)以及3重量百分比的絮状物(该絮状物是线性密度为0.22特克斯且长度为0.64cm的
Figure BDA0001852392170000141
纤维，可从特拉华州威明顿市杜邦公司(DuPont Co.，Wilmington，Delaware) 获得)。因此，云母纸层中的支承材料百分比为60wt％的絮状物和 40wt％的纤条体。
基于织造玻璃布的支承层含有50μm的玻璃线。将其通过置于云母纸层与织造玻璃布之间的环氧粘合剂(大约9g/m2)附接至云母纸层。然后将此组件在加热至150℃的夹持压光辊之间压光并且在2500 N/cm的压区压力下操作以固化粘合剂并且生产具有云母纸层、粘合剂和织造玻璃布支承层的层压结构体。所得的层压结构体具有0.16 mm的厚度和191g/m2的基重，粘合良好，并且显示出优异的拉伸强度、挠性和良好的Gurley孔隙率。此层压结构体的数据在表1和表2 中示出。
对比实例A
对比实例A以与实例1类似的方式制造，除了其不含有任何聚合物絮状物，而是含有5重量百分比的聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤条体和95重量百分比的煅烧云母薄片(白云母类型，从佛蒙特州拉特兰郡的Electrical Samica Flake Co.可获得)。所得的层压结构体粘合良好，并且具有0.151mm的厚度以及188g/m2的基重。此层压结构体的数据在表1和表2中示出。
如表2中所示，层压结构体的介电强度类似于实例1的层压结构体。然而，对比实例A的层压结构体的Gurley孔隙率显著高于实例1 的层压结构体，表明较不多孔得多的结构。因此，云母纸层的支承材料中不存在絮状物对最终层压结构体的Gurley孔隙率具有不可预期的影响；这被认为是在高温压光下薄的煅烧云母薄片和薄膜纤条体的极端致密化的结果。
对比实例B
重复对比实例A，但是在云母纸层中使用的是未煅烧云母薄片 (可从韩国斯维可公司 (SWECO Inc.，South Korea)获得的白云母类型)，而不是煅烧云母。所得的总层压结构体具有0.18mm的厚度和 183g/m2的基重。此层压结构体的数据在表1和表2中示出。
如表2中所示，未煅烧云母的使用提供高度多孔的基底(如由低 Gurley孔隙率所表明的)；然而，介电强度也不希望地降低。
对比实例C
对比实例C以与实例A类似的方式制造，除了云母纸层仅仅含有100重量百分比的未煅烧云母薄片(可从韩国斯维可公司 (获得的白云母类型)。所得的总层压结构体具有0.20mm的厚度和182g/m2的基重。此层压结构体的数据在表1和表2中示出。
如表2中所示，未煅烧云母的使用和无纤条体提供了适当多孔的基底(如由低Gurley孔隙率所表明的)；然而，相比于对比实例B，介电强度甚至更多地降低。
实例2
多层层压结构体由三个单独的层制造，其中织造玻璃支承层被定位在两个云母纸层之间，并且附接至这两个云母纸层上。云母纸层是如实例1中的，但是具有90g/m2的较小的基重。
基于织造玻璃布的支承层含有50μm的玻璃线。将其用环氧树脂粘合剂(大约9g/m2)附接至两个云母纸层中的每一个上，并且然后将组件在加热至150℃的夹持压光辊之间压光，并且在2500N/cm的压区压力下操作以产生层压结构体，该层压结构体具有云母纸层、粘合剂、织造玻璃布支承层、粘合剂以及另一云母纸层。总层压结构体厚度是0.17mm。所得的层压结构体具有0.17mm的厚度和201g/m2的基重，粘合良好，并且显示出优异的拉伸强度、挠性和良好的Gurley 孔隙率。此层压结构体的数据在表1和表2中示出。即使具有附加的层，3层层压结构体具有介电强度和Gurley孔隙率的良好组合。
实例3
将实例1和2的多层层压结构体切成15mm宽带的卷。然后将该带用于螺旋地缠绕具有150mm×75mm的横截面尺寸的金属导体。将该带以半缠绕(50％全缠绕(overwrap))缠绕，直到导体充分绝缘。一些被缠绕的导体在电动机中原样使用，而另一些在用于电动机中之前用环氧树脂浸渍。这些带为导体提供良好的电绝缘。
表1
Figure BDA0001852392170000171
表2
Figure BDA0001852392170000172

Claims (9)

1.一种适合于用作电绝缘材料的层压结构体，该层压结构体包括：
a)第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈芳族聚酰胺絮状物的形式，该支承材料还包含为芳族聚酰胺纤条体的粘结剂；以及
b)支承层，该支承层包含单向的或织造的长丝纱线，该支承层具有第一面和第二面；
其中该支承层的该第一面直接粘合到该第一纸层的面上；
该层压结构体具有15kV/mm或更大的介电强度、400秒或更小的Gurley孔隙率、以及60重量百分比或更大的总云母含量；
其中基于该第一纸层中的该支承材料的总量，该第一纸层中的该絮状物以80重量百分比或更大的量存在。
2.如权利要求1所述的层压结构体，其中该芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
3.一种适合于用作电绝缘材料的层压结构体，该层压结构体包括：
a)第一纸层，该第一纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈芳族聚酰胺絮状物的形式，该支承材料还包含为芳族聚酰胺纤条体的粘结剂；
b)支承层，该支承层包含单向的或织造的长丝纱线，该支承层具有第一面和第二面；以及
c)第二纸层，该第二纸层包含90至99重量百分比的均匀分布的煅烧云母和1至10重量百分比的支承材料，按重量计大部分的该支承材料呈芳族聚酰胺絮状物的形式，该支承材料还包含为芳族聚酰胺纤条体的粘结剂；
其中该支承层的该第一面直接粘合到该第一纸层的面上，并且该支承层的该第二面直接粘合到该第二纸层的面上；并且
该层压结构体具有60重量百分比或更大的总云母含量；
其中基于各个纸层中的该支承材料的总量，该第一和第二纸层两者中的该絮状物以60重量百分比或更大的量存在。
4.如权利要求3所述的层压结构体，具有15kV/mm或更大的介电强度和400秒或更小的Gurley孔隙率。
5.如权利要求3所述的层压结构体，其中基于各自的纸层中的该支承材料的总量，该第一纸层和该第二纸层两者中的絮状物以80重量百分比或更大的量存在。
6.如权利要求1至5中任一项所述的层压结构体，还包括在该支承层的第一面或第二面上的粘合剂。
7.如权利要求1至5中任一项所述的层压结构体，其中该支承层的长丝包括玻璃长丝。
8.如权利要求1至5中任一项所述的层压结构体，呈具有0.635至5.1厘米的宽度的带的形式。
9.如权利要求1至5中任一项所述的层压结构体，还包括浸渍树脂、清漆或其混合物。
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