CN111295479A - 绝缘片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝缘片，其中，包含：片状基材，其是由平均纤维宽度为10～30μm的芳族聚酰胺絮凝物和平均纤维宽度为5～40μm的芳族聚酰胺纤条体构成；微细粘合纤维，其至少存在于所述片状基材的表面上，并且平均纤维宽度小于5μm；至少一种填充物，所述至少一种填充物至少存在于所述片状基材的表面上。本发明的绝缘片即使在高温条件下与金属发生接触也能够抑制其氧化劣化，并且具有优异的电绝缘性和优异的强度。

Description

绝缘片
技术领域
本发明涉及一种绝缘片，该绝缘片用于诸如变压器、发电机和电动机等电气设备。
背景技术
随着电子零件和电气设备的应用的扩展，诸如绝缘纸之类的绝缘片的使用形式也正在多样化。由于由纤维素纤维构成的纸具有优异的电绝缘性，所以其经常被用作廉价的电气绝缘材料，并且被用于电容器、变压器和电线被覆材料等。但是，由于以纤维素纤维为主要成分的绝缘纸，为了除去在绝缘纸中的残留离子是使用去离子水来造纸的，所以除了需要专用设备之外，还存在由于在高湿度环境下纤维素纤维的吸湿作用而使绝缘纸中的平衡水分含量增加，进而导致电绝缘性降低的问题。
因此，已经提出了一种由芳香族聚酰胺制成的电绝缘纸，该电绝缘纸是在将芳香族聚酰胺的絮凝物和纤条体混抄之后，通过热压压延加工而制成的(参照专利文献1)。
另外，还提出了一种绝缘纸，其中，芳香族聚酰胺的絮凝物和纤条体的每个纤维宽度都在预定范围之内，并且将不大于预定宽度的相对较细的纤维以预定的比例混合在该纤条体中(参照专利文献2)。
顺便提及，在制造过程中，因与含氯介质的接触而导致氯会不可避免地被混入到芳族聚酰胺类绝缘纸中，但是要完全除去包含在该绝缘纸中的氯是困难的。而且，当芳族聚酰胺类绝缘纸在高温条件下与由诸如铁和铜之类的金属构成的部件相接触时，氯的存在促进了氧化反应，这可能会导致该绝缘纸和/或金属部件产生劣化。因此，也已经提出了当用芳族聚酰胺纤条体和纤维制造芳族聚酰胺类绝缘纸时，在该绝缘纸的制造过程中添加水合盐的方法(参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2014-501859号公报
专利文献2：国际公开第2016/103966号
专利文献3：日本专利第3253794号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献3，通过在芳族聚酰胺类绝缘纸的造纸过程中掺入水滑石，能够抑制该绝缘纸在高温条件下与诸如铁和铜之类的金属相接触时所产生的劣化。
当在绝缘纸的造纸过程中掺入水滑石时，水滑石主要以介入在纤维和纤维之间的粒子形式存在于绝缘纸中。但是，当大量的水滑石粒子以这种形式存在于绝缘纸的内部时，则可能会出现以下问题：因其阻碍在纤维之间产生缠结而使绝缘纸的强度降低；或由于在纤维之间存在水滑石，则将会导致空隙的增大(透气性的增大)，进而导致绝缘性的降低。另外，当对绝缘纸进行热压之类的加工时，存在粒子可能会脱落的担忧。
本发明的目的在于提供一种绝缘片，所述绝缘片即使在高温条件下与金属发生接触也能够抑制其劣化，也没有粒子的脱落，并且具有优异的电绝缘性和优异的强度。
解决问题的手段
本发明涉及一种绝缘片，其中，包含：
片状基材，其由平均纤维宽度为10～30μm的芳族聚酰胺絮凝物和平均纤维宽度为5～40μm的芳族聚酰胺纤条体构成；
微细粘合纤维，其至少存在于所述片状基材的表面上，并且平均纤维宽度小于5μm；以及
至少一种填充物，所述至少一种填充物至少存在于所述片状基材的表面上。
本发明的绝缘片优选绝缘强度为15kV/mm以上，以及比撕裂强度为25mN·m2/g。
所述微细粘合纤维优选经过均质器处理或磨浆机处理。
本发明的绝缘片能够在所述片状基材上具备由所述微细粘合纤维和所述填充物构成的层。
优选所述芳族聚酰胺絮凝物、所述芳族聚酰胺纤条体和所述微细粘合纤维中的至少一种是由间位芳族聚酰胺构成的。
以片状基材的重量为基准，所述片状基材中的芳族聚酰胺絮凝物的量的重量百分比可以为80～20％。
以片状基材的重量为基准，所述片状基材中的芳族聚酰胺纤条体的量的重量百分比可以为20～80％。
所述芳族聚酰胺絮凝物与所述芳族聚酰胺纤条体的重量比优选为20:80～80:20。
所述填充物优选为无机粒子。
所述无机粒子优选包含铋化合物。
在本发明的绝缘片中，优选至少一部分所述芳族聚酰胺絮凝物和至少一部分所述芳族聚酰胺纤条体热粘合。
本发明的绝缘片的单位面积的重量优选为20～1000g/m2。
本发明涉及一种具备所述绝缘片的电绝缘体以及具备该电绝缘体的电气设备，其中，所述电气设备为变压器、发电机或电动机等。
发明效果
本发明的绝缘片即使在高温条件下与金属发生接触也能够抑制其劣化，并且具有优异的电绝缘性和优异的强度。另外，在本发明的绝缘片中，填充物(粒子)很少从片材的表面上脱落，并且在对绝缘片进行热压加工处理时或在将绝缘片加工成形为绝缘部件时，都不会损害其可加工性。
具体实施方式
本发明人经过认真研究发现，包含由平均纤维宽度为10～30μm的芳族聚酰胺絮凝物和平均纤维宽度为5～40μm的芳族聚酰胺纤条体构成的片状基材、至少存在于所述片状基材表面上的平均纤维宽度小于5μm的微细粘合纤维和至少存在于所述片状基材表面上的至少一种填充物的绝缘片，即使在高温条件下与金属发生接触也能够抑制其劣化，也不会出现填充物脱落的现象，并且具有优异的电绝缘性和优异的强度，从而完成了本发明。
特别地，本发明人发现：当本发明的绝缘片优选无机粒子作为填充物，更优选包含铋化合物的无机粒子作为填充物时，在使所述填充物与微细粘合纤维一起至少存在于由芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺絮凝物构成的片状基材的表面上的形式下，将会抑制填充物从绝缘片表面上的脱落，而且即使在高温条件下该绝缘片与金属发生接触，也能够抑制该绝缘片和/或该金属的劣化，并且该绝缘片具有优异的电绝缘性和优异的强度。
所述填充物只要存在于所述片状基材的至少一部分表面上(优选为全部)即可，只要它能够存在于所述片状基材的表面上，也就能够存在于所述片状基材中。但是，所述片状基材内部的所述填充物的存在量优选为较少。因此，在本发明中，优选在片状基材的制造过程中不掺入所述填充物。
所述微细粘合纤维具有使所述填充物至少存在于所述片状基材的表面上的作用。
另外，本发明的绝缘片通过用微细粘合纤维覆盖所述片状基材的至少一部分表面(优选为全部)，也能够具备优异的电绝缘性。此外，当使微细粘合纤维存在于所述片状基材的微细空隙中时(优选为填充)，能够减少或防止在该空隙中的放电，并能够进一步提高其电绝缘性。另外，由于本发明的绝缘片不是仅通过微细粘合纤维来制造的，所以其制造效率不会下降，强度也不会降低。
当所述微细粘合纤维是由与片状基材相同的材料制成时，则其优点是与片状基材之间的粘合性较高且不会损害绝缘性和耐热性等性能。
在本发明的绝缘片中，虽然微细粘合纤维和填充物在片状基材上形成层并不是必须的，但是当在片状基材上具备由微细粘合纤维和所述填充物构成的层时，由于该层的厚度远小于该片状基材的厚度，所以对本发明的绝缘片进行热处理，就能够抑制由芳族聚酰胺的结晶而导致的强度降低。因此，本发明的绝缘片优选在所述片状基材上具备由所述微细粘合纤维和所述填充物构成的层。
需要说明的是，所谓本发明的绝缘片中的片状基材“由”芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体“构成”是指以下两种情况；一种是该片状基材仅由所述芳族聚酰胺絮凝物和所述芳族聚酰胺纤条体构成的情况；另一种则是该片状基材除了由所述芳族聚酰胺絮凝物和所述芳族聚酰胺纤条体构成以外还包含其他成分的情况。
此外，本发明的绝缘片中的所谓“由微细粘合纤维和填充物构成的层”包含以下两种情况：一种是该层是仅由所述微细粘合纤维和所述填充物构成的情况；另一种则是该层除了由所述微细粘合纤维和所述填充物构成以外还包含其他成分的情况。
在下文中，将详细描述本发明的绝缘片。
[芳族聚酰胺]
在本发明中，所谓“芳族聚酰胺”是指芳香族聚酰胺。在本发明中，就化学结构而言，所谓“芳香族聚酰胺”是指一种线性高分子化合物，该线性高分子化合物是由60摩尔％以上、优选为70摩尔％以上、更优选为80摩尔％以上、更进一步优选为90摩尔％以上的酰胺键直接与芳香环键合而成的。
芳族聚酰胺根据苯环上酰胺基的取代位置，被分类为对位芳族聚酰胺、间位芳族聚酰胺及其共聚物。作为对位芳族聚酰胺，可以举出以下示例：聚对苯二甲酰对苯二酰胺及其共聚物、聚(对苯撑)-共聚(3,4’-二苯醚)对苯二甲酰胺(聚(对苯撑)-共聚(3,4’-二苯醚)对苯二甲酰胺)等。作为间位芳族聚酰胺，可以举出聚间亚苯基间苯二甲酰胺及其共聚物等示例。尽管这些芳族聚酰胺能够通过例如现有已知的界面聚合法和溶液聚合法等方法在工业上进行制造，并且能够作为商业产品而购得，但是本发明并不限于此。在本发明中，优选选择间位芳族聚酰胺。间位芳族聚酰胺具有以下特点：可溶于通用酰胺溶剂中、能够以聚合物溶液为起始原料来进行湿式成形、热熔合性优异及耐热性和阻燃性良好等。在间位芳族聚酰胺中，聚间亚苯基间苯二甲酰胺因其具备诸如良好的成型加工性、热粘合性、阻燃性和耐热性等特性而被优选使用。
在本发明的绝缘片中，优选芳族聚酰胺絮凝物、芳族聚酰胺纤条体和微细粘合纤维中的至少一个是由间位芳族聚酰胺构成的。
[芳族聚酰胺絮凝物]
所谓“芳族聚酰胺絮凝物”是一种由芳族聚酰胺构成的短纤维。本发明中的芳族聚酰胺絮凝物的(数)平均纤维长度优选在1～50mm的范围内，更优选在2～40mm的范围内，更进一步优选在3～30mm的范围内。当平均纤维长度小于1mm时，绝缘片的强度将有可能会减少。由于当平均纤维长度超过50mm时，在绝缘片中的絮凝物之间容易发生“缠结”或“成束”，这将有可能会导致出现缺陷，所以不优选。
芳族聚酰胺絮凝物的平均纤维长度能够通过将例如预定根数(例如100根)的芳族聚酰胺絮凝物的长度进行平均来获得。具体而言，存在于片状基材表面上的预定面积范围(例如55mm2)内的芳族聚酰胺絮凝物的长度，可以通过立体显微镜观察等手段来进行测量并取平均值。
本发明的绝缘片的片状基材包含芳族聚酰胺絮凝物。本发明中的芳族聚酰胺絮凝物的(数)平均纤维宽度为10～30μm。所述芳族聚酰胺絮凝物的平均纤维宽度优选为12～28μm，更优选为14～26μm，更进一步优选为16～24μm。芳族聚酰胺絮凝物的平均纤维宽度能够通过例如将芳族聚酰胺絮凝物的预定根数(例如100根)的宽度进行平均来获得。具体而言，存在于片状基材表面上的预定面积范围(例如60,000μm2)内的芳族聚酰胺絮凝物的宽度，可以通过SEM观察等手段来进行测量并取平均值。
芳族聚酰胺絮凝物的纤细度优选为0.1～10但尼尔，更优选为0.5～8但尼尔，更进一步优选为1～6但尼尔。在这里，所谓“但尼尔”是以每9000m纤维的质量(克)来表示的单位。当芳族聚酰胺絮凝物的纤细度小于0.1但尼尔时，则其在水中的缠结将会变大，这将有可能会导致绝缘片的性能下降。另一方面，当芳族聚酰胺絮凝物的纤细度超过10但尼尔时，则絮凝物的直径将会变得过大，这将有可能会导致长宽比的减小、力学增强效果的降低以及绝缘片的均匀性不良，因此这不是优选的。
在本发明中所使用的芳族聚酰胺絮凝物优选由间位芳族聚酰胺构成。间位芳族聚酰胺优选为聚间亚苯基间苯二甲酰胺及其共聚物，该间位芳族聚酰胺能够例如通过对间苯二胺和间苯二甲酰氯进行共缩聚来制造。间位芳族聚酰胺絮凝物可以是商购的，例如可以使用由帝人有限公司制造的“conex(注册商标)”等，但是并不限于此。
[芳族聚酰胺纤条体]
本发明的绝缘片的片状基材包含芳族聚酰胺纤条体。所谓“芳族聚酰胺纤条体”是一种由芳族聚酰胺构成的膜状或纤维状的微小粒子，有时也被称为芳族聚酰胺纸浆(关于芳族聚酰胺纤条体，请参照日本特公昭35-11851号和日本特公昭37-5752号等)。由于纤条体具有与普通木材(纤维素)纸浆相同的造纸性能，所以它可以在分散于水中之后通过造纸机成形为片状。
在本发明中所使用的芳族聚酰胺纤条体优选由间位芳族聚酰胺构成。间位芳族聚酰胺优选为聚间亚苯基间苯二甲酰胺及其共聚物，该间位芳族聚酰胺能够例如通过对间苯二胺和间苯二甲酰氯进行共缩聚来制造。间位芳族聚酰胺纤条体能够按照例如在日本特公昭35-11851号中所述的方法，通过使用湿式沉淀法制造含有间位芳族聚酰胺的溶液来获得。
对芳族聚酰胺纤条体可以像在普通木浆中那样进行所谓的打浆处理，以保持其适于造纸的质量。该打浆处理能够通过起到磨盘机及打浆机等的机械切断作用的造纸原料处理机器来进行。
本发明中的芳族聚酰胺纤条体的(数)平均纤维宽度为5～40μm。所述芳族聚酰胺纤条体的平均纤维宽度优选为5～35μm，更优选为6～30μm，更进一步优选为6～19μm。芳族聚酰胺纤条体的平均纤维宽度能够通过对例如芳族聚酰胺纤条体的预定根数(例如100根)的宽度进行平均来获得。具体而言，存在于片状基材表面上的预定面积范围内(例如60,000μm2)的芳族聚酰胺纤条体的宽度，可以通过SEM观察等手段来进行测量并取平均值。
对本发明中的芳族聚酰胺纤条体的长度没有特别限定。芳族聚酰胺纤条体的长度优选在100～2000μm的范围内，更优选在200～1500μm的范围内，更进一步优选在300～1000μm的范围内。
[片状基材]
本发明的绝缘纸的片状基材是一种主要由芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体构成的多孔片材，具有大量的空隙。对片状材料的形式并没有特别的限定，在此可以举出织造织物、无纺织布和纸等各种形式，但是优选纸的形式。
所述空隙的尺寸，特别是当能够使该空隙近似为球形时，该球的直径(孔径)优选为0.1～10μm，更优选为1～8μm，更进一步优选为2～6μm。
片状基材的厚度优选为10～1000μm，更优选为20～800μm，更进一步优选为30～500μm。另外，片状基材的单位面积的重量优选为10～1000g/m2，更优选为20～500g/m2，更进一步优选为30～300g/m2。
相对于片状基材的总重量(总质量)，片状基材优选包含20～80％重量百分比的芳族聚酰胺絮凝物，更优选包含30～70％重量百分比的芳族聚酰胺絮凝物，更进一步优选包含40～60％重量百分比的芳族聚酰胺絮凝物。
相对于片状基材的总重量，片状基材优选包含20～80％重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，更优选包含30～70％重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，更进一步优选包含40～60％重量百分比的芳族聚酰胺纤条体。
片状基材中的芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体的混合比例可以是任意的，但是芳族聚酰胺絮凝物与芳族聚酰胺纤条体的混合比(重量比)优选为20:80～80:20，更优选为30:70～70:30，更进一步优选为40:60～60:40。
片状基材能够例如使用先将芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体混合，然后形成片材的方法来制造。具体而言，片状基材能够例如使用以下方法来制造：先将芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体干式混合，然后通过使用气流来形成片材的方法；先将芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体分散并混合在诸如水等液体介质中以获得浆料，然后将该浆料排放到液体可渗透的网或皮带等承载体上以形成片材，进而除去液体介质而将其干燥的方法。但是，在上述方法中，一般优选后者。在优选的后者的方法中，优选使用水作为液体介质的所谓湿法造纸法。
在湿法造纸法中，通常使用以下方法：先将至少含有芳族聚酰胺絮凝物和芳族聚酰胺纤条体的水性浆料供应至造纸机并将其分散，然后通过脱水、水和干燥来形成片材，接着将其卷绕成卷材(湿式造纸法)。作为造纸机，可以使用长网造纸机、圆网造纸机、倾斜型造纸机和将它们组合而成的组合造纸机等。在使用组合造纸机进行生产的情况下，通过将混合比例不同的浆料成形为片材并将这些片材合而为一，能够获得由多个纸层构成的复合片材。在造纸过程中，将会根据需要使用添加剂，例如分散性改进剂、消泡剂和纸力增强剂等。
对于以如上所述的方法获得的片状基材，能够通过例如在一对辊之间在高温和高压下对其进行热压，来提高它的密度、结晶度、耐热性、尺寸稳定性和机械强度等。因此，优选将至少一部分芳族聚酰胺絮凝物和至少一部分芳族聚酰胺纤条体热封。例如，当使用金属辊时，热压的条件能够例示出温度为100～350℃(优选为200～350℃)，线性压力在50～400kg/cm的范围内，但是其并不限于此。在热压过程中，也能够层叠多个片状基材。另外，上述热压加工也能够以任意的顺序多次进行。
[微细粘合纤维]
本发明的绝缘片包含微细粘合纤维，该微细粘合纤维至少存在于片状基材的表面上，其平均纤维宽度小于5μm。
所述微细粘合纤维可以仅存在于片状基材的表面上，也可以存在于片状基材中。具体而言，所述微细粘合纤维可以存在于片状基材的微细空隙中。当存在于片状基材的微细空隙中时，对微细粘合纤维的存在形式并没有特别的限定，例如，可以至少用一根微细粘合纤维来填充该空隙。需要说明的是，微细粘合纤维的全长不必都包含在所述空隙中，可以是其一部分存在于空隙中。另外，所述空隙也可以不被完全填充。
本发明中的微细粘合纤维的平均纤维宽度优选小于4.5μm，更优选小于4.0μm，更进一步优选小于3.5μm，更进一步优选小于3.0μm，更进一步优选小于2.5μm。所述微细粘合纤维的平均纤维宽度优选为0.1μm以上，更优选为0.2μm以上，更进一步优选为0.3μm以上，更进一步优选为0.4μm以上，更进一步优选为0.5μm以上。因此，所述微细粘合纤维的平均纤维宽度优选为0.1μm至小于4.5μm，更优选为0.2μm至小于4μm，更进一步优选为0.3μm至小于3.5μm，更进一步优选为0.4μm至小于3.0μm，更进一步优选为0.5μm至小于2.5μm。平均纤维宽度能够例如通过将微细粘合纤维的预定根数(例如100根)的宽度平均来获得。具体而言，存在于本发明的绝缘片表面上的预定面积范围内(例如60,000μm2)的微细粘合纤维的宽度，可以通过SEM观察等手段来进行测量，并取平均值。
对本发明中的微细粘合纤维的长度没有特别限定。优选为100～2000μm的范围，更优选为200～1500μm的范围，更进一步优选为300～1000μm的范围。
所述微细粘合纤维优选为有机微细纤维，更优选为有机高分子制微细纤维，此外，特别优选耐热性高的微细纤维(例如，熔点为150℃以上，优选熔点为200℃以上，更优选熔点为250℃以上)。
作为微细粘合纤维能够例示出：与芳族聚酰胺絮凝物或芳族聚酰胺纤条体相同的聚间亚苯基间苯二甲酰胺及其共聚物、其他芳族聚酰胺(例如，对位芳族聚酰胺)、聚对苯二甲酸乙二醇酯及其共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其共聚物、微纤维纤维素或纤维素纳米纤维之类的纤维素等。特别优选聚间亚苯基间苯二甲酰胺的纤维。在本发明中，可以使用一种纤维，也可以将两种以上的纤维组合使用(所谓的混抄)。
作为微细粘合纤维，优选由与芳族聚酰胺絮凝物和/或芳族聚酰胺纤条体相同的芳族聚酰胺构成的微细芳族聚酰胺纤维。
微细芳族聚酰胺纤维能够例如通过对芳族聚酰胺纤条体进行微细化处理来制造。对所述微细化处理的种类没有特别的限定，例如，可以是超声波处理之类的非机械微细化处理，但是优选均质器处理或磨浆机处理，更优选双盘磨浆机或圆锥磨浆机处理。因此，特别优选对微细芳族聚酰胺纤维进行双盘磨浆机或圆锥磨浆机处理。
本发明的绝缘片优选具备由微细粘合纤维和稍后描述的填充物构成的层。当本发明的绝缘片具备由微细粘合纤维和稍后描述的填充物构成的层时，则以该层的重量为基准，该层中的所述粘合剂纤维的量的重量百分比可以为5～80％，此外重量百分比也可以为10～60％，另外重量百分比也可以为15～40％。
所述层中的所述微细粘合纤维与稍后描述的填充物的重量比可以为5:90～90:5。
对本发明的绝缘片中的所述微细粘合纤维的量没有特别限定，但是相对于绝缘片的总重量(总质量)，例如所述微细粘合纤维的量的重量百分比可以为0.01～30％，优选重量百分比为0.1～20％，更优选重量百分比为0.5～10％，更进一步优选重量百分比为1～5％。
[填充物]
本发明的绝缘片至少包含一种至少存在于片状基材表面上的填充物(填充材料)。填充物具有粒子形状。
对填充物的种类没有特别限定，但是优选无机粒子，例如可以举例出以下无机填充物：滑石粉、二氧化硅、云母(云母)、石墨、绢云母/高岭土/膨润土/水滑石等粘土、碳纳米管、氮化铝、氧化铝、氮化硼、碳酸钙、碳酸氢镁、硫酸钡、氧化镁、氧化锌等。在本发明中，优选在片状基材的造纸过程中不掺入填充物。只要在片状基材的造纸过程中不掺入填充物，则填充物可以是水滑石，如果在片状基材的造纸过程中掺入了填充物时，则优选填充物不是水滑石。
所述填充物优选为锰、锌、铋和铝的化合物，更优选包含铋化合物。所述填充物更进一步优选为铋化合物。
作为铋化合物没有特别限定，但是可以举例出：铋的氧化物、水合氧化物和氢氧化物以及诸如硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐和亚碳酸盐等铋盐。具体地可以举例出：氧化铋，氢氧化铋，次硝酸铋，次炭酸铋。此外，还可以举例出通过热分解生成氧化铋而获得的铋的其他的化合物。
本发明的绝缘片优选具备由微细粘合纤维和填充物构成的层。需要说明的是，所述填充物可以包含在片状基材中，但是其量优选为少量。更优选所述填充物仅存在于片状基材的表面上。
以所述层的重量为基准，由微细粘合纤维和填充物构成的所述层中的所述填充物的量的重量百分比可以为20～95％，此外，重量百分比可以为40～90％，另外，重量百分比可以为60～85％。
所述层中的所述填充物与所述微细粘合纤维的重量比可以为20:80～80:20。
本发明的绝缘片可以具备仅由填充物构成的层。在这种情况下，优选在仅由填充物构成的层的表面上具备仅由所述微细粘合纤维构成的层。需要说明的是，同样在这种情况下，所述填充物可以包含在片状基材中，但是其量优选为少量。更优选所述填充物仅存在于片状基材的表面上。
对本发明的绝缘片中的所述填充物的量没有特别限定，例如，相对于绝缘片的总重量(总质量)，所述填充物的量的重量百分比可以为0.01％至小于30％，优选重量百分比为0.1％至小于20％，更优选重量百分比为0.5％至小于10％，更进一步优选重量百分比为1％至小于5％。
[绝缘片]
本发明的绝缘片能够例如通过将片状基材的一面或两面用微细粘合纤维和填充物覆盖来制造。
具体而言，例如可以举出以下方法：将微细粘合纤维和填充物直接干喷涂在片状基材的表面上的方法；或者，先将微细粘合纤维和填充物分散在诸如水等液体介质中以得到涂布液，然后通过将该涂布液涂布在片状基材上，来实现将微细粘合纤维和填充物湿喷涂在片状基材上的方法。在湿喷涂的情况下，通过将涂布液干燥来除去液体介质。无论是通过干喷涂还是湿喷涂，都能在片状基材的一面或两面上形成由微细粘合纤维和填充物构成的层。特别地，通过湿喷涂能够容易地形成由微细粘合纤维和填充物构成的层。
在湿喷涂的情况下，例如，可以通过片状基材的空隙来吸引液体介质而将其除去。但是，在这种情况下，由于微细粘合纤维和填充物很容易就被吸引到片状基材的空隙中，同时却难以使微细粘合纤维和填充物存在于片状基材的表面上，所以不优选。
微细粘合纤维和填充物在片状基材上形成层不是必须的，但是当在片状基材上具备由微细粘合纤维和填充物构成的层时，该层的厚度要小于片状基材的厚度。由微细粘合纤维构成的层的厚度，例如优选为1～300μm，更优选为2～200μm，更进一步优选为3～100μm。
另外，由微细粘合纤维和填充物构成的层只要至少存在于片状基材的一部分上即可，但是优选至少存在于片状基材的50％的表面上，更优选至少存在于片状基材的80％的表面上，更进一步优选至少存在于片状基材的90％的表面上。
以如上所述的方法获得的绝缘片，例如能够通过在一对辊之间在高温和高压下对其进行热压，来提高其密度、结晶度、耐热性、尺寸稳定性和机械强度等。例如当使用金属辊时，能够例示出以下热压条件：温度为100～350℃(优选为200～350℃)，线性压力在50～400kg/cm的范围内。但是，上述热压加工也能够以任意的顺序进行多次。
在本发明的绝缘片中，由于在主要由所述芳族聚酰胺絮凝物和所述芳族聚酰胺纤条体构成的片状基材的表面上、和/或在片状基材中的空隙中存在所述微细粘合纤维，并且至少在片状基材的表面上存在所述填充物，所以其能够具备优异的电绝缘性。例如，本发明的绝缘片的绝缘强度可以为15kV/mm以上，比撕裂强度可以为25mN·m2/g以上。本发明的绝缘片的绝缘强度优选为16kV/mm以上，更进一步优选为17kV/mm以上。本发明的绝缘片的比撕裂强度优选为30mN·m2/g以上，更优选为35mN·m2/g以上。
绝缘强度和比撕裂强度通常处于折衷的关系。因此，例如，当提高芳族聚酰胺纤条体的混合比例以提高绝缘强度时，则比撕裂强度将会降低，而当提高芳族聚酰胺絮凝物的混合比例以提高比撕裂强度时，则绝缘强度将会降低。但是，在本发明的绝缘片中，由于微细粘合纤维被涂覆在片状基材的表面上、和/或被填充在片状基材中的空隙中，所以除了能够通过使用芳族聚酰胺纤条体来提高绝缘强度之外，也能够通过使用微细粘合纤维来进一步提高绝缘强度，另一方面，根据需要适量使用芳族聚酰胺絮凝物也能够提高比撕裂强度。因此，本发明的绝缘片能够兼具高绝缘强度和高比撕裂强度。
本发明的绝缘片的厚度优选为10～1200μm，更优选为20～1000μm，更进一步优选为30～800μm。另外，本发明的绝缘片的单位面积的重量优选为10～1500g/m2，更优选为20～1000g/m2，更进一步优选为30～500g/m2。
[其他粘合剂]
如果需要，本发明的绝缘片还能够包含除微细粘合纤维以外的至少一种其他粘合剂。作为其他粘合剂例如可以举出不定型树脂。用作其他粘合剂的树脂可以是水溶性或分散性聚合物的形式，其将被直接添加到片状基材的造纸分散体中，或者也可以是与芳族聚酰胺纤维混合的热可塑性树脂材料的粉末形式，以便通过在干燥或随后的进一步压缩和/或加热处理期间所施加的热量被活化为粘合剂。作为水溶性或分散性聚合物，例如可以举例出：聚酰胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂、尿素树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂、热固性聚酯树脂、诸如醇酸树脂等水溶性或水分散性的热固性树脂。其中，特别有用的是水溶性聚酰胺树脂。同样也可以使用诸如聚乙烯醇、聚丙烯、聚酯和聚醋酸乙烯等热可塑性树脂的水溶液或水分散体。需要说明的是，这些热可塑性树脂也可以用作上述热可塑性树脂材料的粉末。
所述其他粘合剂可以包含在片状基材中，并且当本发明的绝缘片具备由微细粘合纤维和填充物构成的层时，也可以包含在该层中。然而，特别是当所述其他粘合剂具有成膜性时，如果所述其他粘合剂的存在比例太高，则绝缘片的透气性将会降低，这就存在在热加工时会产生气泡的担忧，因此优选所述其他粘合剂的混合量为较少。相对于绝缘片的总重量(总质量)，所述其他粘合剂的混合量的重量百分比，例如可以为0.001～10％，优选为0.005～7％，更优选为0.01～3％，更进一步优选为0.05～1％。需要说明的是，特别优选本发明的绝缘片不包含所述其他粘合剂。
[其他成分]
如果需要，本发明的绝缘片可以包含由芳族聚酰胺以外的材料构成的其他纤维。作为其他纤维，例如可以举例出芳香族聚酯纤维、芳族聚醚酮纤维和对位芳族聚酰胺纤维等耐热性纤维。
对位芳族聚酰胺纤维是通过对位取向芳族二胺和对位取向芳香族二羧酸卤化物的缩聚而获得的，实质上是由酰胺键在芳香族环的对位或以此为基准的取向位置上(例如，4,4’-联苯、1,5-萘、2,6-萘等在相反方向上同轴或平行地延伸的取向位置)被键合的重复单元而组成，例如，可以具体举例出：聚(对亚苯基对苯二甲酰胺)、聚(4,4’-苯甲酰对苯二甲酰胺)、聚(对亚苯基-4,4’-联苯二羧酸酰胺)、聚(对亚苯基-2,6-萘二甲酸)等具有对位取向型或接近对位取向型的结构的芳香族聚酰胺。这些芳香族聚酰胺是通过使对位取向芳族二胺和对位取向芳香族二羧酸卤化物发生聚合来制造的。
如果对所述对位取向芳族二胺进行例示，则可以举例出：对苯二胺(以下，有时称为PPD)、4,4’-二氨基联苯、2-甲基-对苯二胺、2-氯对苯二胺、2,6-萘二胺、1,5-萘二胺和4,4’-二氨基苯甲酰苯胺等。
如果对所述对位取向芳香族二羧酸卤化物进行例示，则可以举例出：对苯二甲酰氯(以下，有时称为TPC)、4,4’-苯甲酰氯、2-氯对苯二甲酰氯、2,5-二氯对苯二甲酰氯、2-甲基对苯二甲酰氯、2,6-萘二甲酰氯和1,5-萘二甲酰氯等。
所述其他纤维可以包含在片状基材中，并且当本发明的绝缘片具备由微细粘合纤维和填充物构成的层时，也可以包含在该层中。需要说明的是，本发明的绝缘片也可以不包括所述其他纤维。
本发明的绝缘片能够用作电气绝缘片。本发明的绝缘片根据ASTMD-257的体积电阻率的方法，能够具有至少1013Ωcm的电阻，优选能够具有至少1015Ωcm的电阻。
本发明的绝缘片具有作为电气绝缘片的优异的特性，特别是具有优异的电绝缘性和强度，因此可用作电绝缘体的组成部分。例如，本发明的绝缘片或其层叠体能够用作构成诸如变压器、发电机、和电动机等电气设备的电绝缘体的组成部分。本发明的绝缘片或其层叠体可以用诸如酚醛树脂、环氧树脂和聚酰亚胺等树脂浸渍，但是即使不用树脂浸渍也能够发挥出优异的电绝缘性。
因此，本发明提供了一种使用绝缘片的电气绝缘方法，特别是改善电绝缘性的方法。其中，所述绝缘片包括：
片状基材，其由平均纤维宽度为10～30μm的芳族聚酰胺絮凝物和平均纤维宽度为5～40μm的芳族聚酰胺纤条体构成；
微细粘合纤维，其至少存在于所述片状基材的表面上，并且其平均纤维宽度小于5μm；以及
至少一种填充物，所述至少一种填充物至少存在于所述片状基材的表面上。
或者说本发明提供了一种绝缘片用于电气绝缘的用途，特别是用于改善电绝缘性的用途。其中，所述绝缘片包括：
片状基材，其由平均纤维宽度为1 0～30μm的芳族聚酰胺絮凝物和平均纤维宽度为5～40μm的芳族聚酰胺纤条体构成；
微细粘合纤维，其至少存在于所述片状基材的表面上，并且其平均纤维宽度小于5μm；以及
至少一种填充物，所述至少一种填充物至少存在于所述片状基材的表面上；
以上描述适用于上述芳族聚酰胺絮凝物和上述芳族聚酰胺纤条体。
实施例
在下文中，将使用实施例和比较例更具体地描述本发明，但是本发明的范围并不限于这些实施例。
[评价方法]
(平均纤维宽度)
首先，将从下述实施例和比较例中获得的每一种纤维浆料稀释，然后将稀释过的每一种纤维浆料分别滴在显微镜用标本上以形成均匀的薄膜并使其干燥，接下来用扫描电子显微镜将其放大到100～400倍并随机地观察三个视野，从每个视野中随机地测量30根纤维的宽度，计算出数平均纤维宽度。
(绝缘强度)
根据ASTMD-149进行测量。
(比撕裂强度)
根据JISP8116:2000进行测量。
(热劣化试验)
首先，准备两片5cm×5cm大小的试验片，该试验片是通过裁切从下述实施例和比较例中获得的绝缘片而获得的，将铜片夹在两个试验片之间，进一步将整个片夹在不锈钢板之间，并在280℃的烤箱中加热120小时，然后根据下述判定基准来目视评价绝缘片的状态。
◎在铜片接触部及其周围没有形成孔，并且没有观察到与非接触部之间存在变色差异。
○在铜片接触部及其周围没有形成孔，但是观察到与非接触部之间存在变色差异。
×存在与铜片大小相同的孔。
(填充物脱落性的评价)
首先，将从下述实施例和比较例中获得的加热加处理前的绝缘片切成23cm×23cm大小的试验片，使10片试验片通过温度为300℃、线性压力为60kg/cm的热压延机，然后根据下述判定基准目视评价因填充物转移到辊上而产生的污垢的程度。
○在辊上观察到污垢。
×在辊上没有观察到污垢。
[实施例1～5]
首先，使用标准离解机将芳族聚酰胺絮凝物在绝对干重浓度为0.3％的条件下离解处理15分钟，以获得平均纤维宽度为20μm的纤维浆料。接下来，使用标准离解机将间位芳族聚酰胺纤条体在绝对干重浓度为1％的条件下离解处理15分钟，然后通过磨浆机处理而获得平均纤维宽度为6.5～18.5μm的纤维浆料。接着，将获得的芳族聚酰胺絮凝物和间位芳族聚酰胺纤条体以45:65或50:50的绝对干重比混合，用使用120目金属丝网的方形手工造纸机制作湿片，然后用压力机对湿片进行脱水，再用干燥机对其进行加热干燥，以获得42g/m2的片状基材。接下来，使用标准离解机将间位芳族聚酰胺纤条体在绝对干重浓度为1％的条件下离解处理15分钟，然后使用高压均质机来获得平均纤维宽度为3～4.8μm的微细粘合纤维。将获得的微细粘合纤维与铋化合物(由NakaraiTesque制造，氢氧化铋(III))以1:4的固体含量比混合，使用线棒将该混合物涂敷在所述片状基材的两面上，以使片状基材的每一个表面上的固体涂层重量为2.5g/m2。使用被加热到300℃的金属辊对片状基材进行加热加处理，以制造绝缘片。
[实施例6]
使用水滑石(协和化学工业制，商品名称：Alcamizer)来代替铋化合物，每一个表面的微细粘合纤维的固体涂层重量为1.0g/m2，将微细粘合纤维和水滑石以2:10的固体含量比混合，使用线棒将该混合物涂敷在所述片状基材的两面上，以使每一个表面上的固体涂层重量为6.0g/m2，除此之外，制造绝缘片的方法与实施例1相同。
[实施例7]
调整磨浆机处理和均质器处理，以使间位芳族聚酰胺纤条体的平均纤维宽度为12.2μm，微细粘合纤维的平均纤维宽度为3.3μm，将芳族聚酰胺絮凝物和间位芳族聚酰胺纤条体以50:50的绝对干重比混合，除此之外，制造绝缘片的方法与实施例6相同。
[比较例1]
不使用铋化合物，仅涂敷微细粘合纤维，除此之外，制造绝缘片的方法与实施例1相同。
[比较例2]
调整均质器处理，以使微细粘合纤维的平均纤维宽度为15μm，除此之外，制造绝缘片的方法与实施例1相同。
在表1中，示出了构成实施例1～7和比较例1～2的各种纤维的平均纤维宽度、填充物的种类、获得的绝缘片的绝缘强度、比拉伸强度、热劣化试验结果和填充物脱落性的评价结果。
表1
Figure BDA0002475604550000231
从表1可以明显看出，在实施例中获得了一种良好的绝缘片，该绝缘片的绝缘强度和比拉伸强度都比较高，热劣化试验结果良好，并且也不存在填充物脱落的问题。另一方面，比较例1的片材由于未使用填充物，所以无法抑制热劣化。另外，由于在比较例2中的片材中的微细粘合纤维的纤维宽度大至15μm(远大于5μm)，所以其绝缘强度和比撕裂强度要比实施例中的片材差，并且无法抑制填充物的脱落。

Claims (15)

1.一种绝缘片，其特征在于，
包含：
片状基材，其由平均纤维宽度为10～30μm的芳族聚酰胺絮凝物和平均纤维宽度为5～40μm的芳族聚酰胺纤条体构成；
微细粘合纤维，其至少存在于所述片状基材的表面上，平均纤维宽度小于5μm；以及
至少一种填充物，所述至少一种填充物至少存在于所述片状基材的表面上。
2.根据权利要求1所述的绝缘片，其特征在于，
所述绝缘片的绝缘强度为15kV/mm以上，以及比撕裂强度为25mN·m2/g以上。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘片，其特征在于，
所述微细粘合纤维经过均质器处理或磨浆机处理。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
在所述片状基材上具备由所述微细粘合纤维和所述填充物构成的层。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
所述芳族聚酰胺絮凝物、所述芳族聚酰胺纤条体和所述微细粘合纤维中的至少一个是由间位芳族聚酰胺构成的。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
以所述片状基材的重量为基准，所述芳族聚酰胺絮凝物在所述片状基材中的量的重量百分比为80～20％。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
以所述片状基材的重量为基准，所述芳族聚酰胺纤条体在所述片状基材中的量的重量百分比为20～80％。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
所述芳族聚酰胺絮凝物与所述芳族聚酰胺纤条体的重量比为20:80～80:20。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
所述填充物为无机粒子。
10.根据权利要求9所述的绝缘片，其特征在于，
所述无机粒子包含铋化合物。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
所述芳族聚酰胺絮凝物的至少一部分和所述芳族聚酰胺纤条体的至少一部分被热粘合。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的绝缘片，其特征在于，
所述绝缘片的单位面积的重量为20～1000g/m2。
13.一种电绝缘体，其特征在于，
具备权利要求1～12中的任意一项所述的绝缘片。
14.一种电气设备，其特征在于，
具备权利要求13所述的电绝缘体。
15.根据权利要求14所述的电气设备，其特征在于，
所述电气设备为变压器、发电机或电动机。
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