CN111477379B - 一种少胶云母带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种少胶云母带，这种少胶云母带通过无碱玻纤布对云母纸层进行加强，其通过在无碱玻纤布表面施胶，并在胶层中通过间位芳纶纤维进行增强和加韧，其胶层表面设置平行聚酰亚胺膜带，然后在平行聚酰亚胺膜带表面布置云母纸并热压成型，并在热压成型后，在云母纸表面再通过纳米级的无机氧化物颗粒以及六方氮化硼填充的环氧树脂胶层进行表面封闭。本发明能显著云母带的用胶量，将其控制在15％以下，并能有效降低云母带的介质损耗并提高击穿电压，同时保持较佳的物理强度和热稳定性，因此，本发明云母带适用于高压电机的绝缘结构中。

Description

一种少胶云母带及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘云母制品领域，具体为一种具有较佳物理性能的少胶云母带及其制备方法。
背景技术
云母带一般是由云母纸、补强材料(玻璃布或薄膜)、胶粘剂组成的复合材料，工业上被广泛用于电缆、大型机电设备中的绝缘材料，其具有电气强度高，介质损耗低，表面电阻和体积电阻高的电气性能，同时也具有高绝缘、抗电晕、耐酸碱、抗辐射、化学稳定性、富有弹性、高剥离性、耐剪切力和抗张强度大等优异的理化性能。
但随着大型电机的集成化发展，特别是风电、核电、高铁牵引电机等设备的发电机组电压等级和单机容量的不断增加，特别是风电、核电等新能源电机设备中，其主绝缘结构向着更薄、更先进的方向发展，绝缘减薄有利于电机单机容量的增大，降低绕组制造成本，提升高压电机产品市场竞争力，而绝缘结构厚度的降低，对云母带的尺寸或者某些理化性能提出了更高的要求，需要对云母带进行处理以提高相关性能，如绝缘性能、散热性能、物理强度和结构层的稳定性。而提高云母带性能的关键因素是提高云母带的云母定量，降低胶含量，并选择合适的填料或者改性树脂，对于国内外主流都采用先进的少胶VPI绝缘系统，其主绝缘材料采用少胶玻璃布补强云母带和环氧树脂改性或者普通线性聚酯型树脂，其耐热等级可达到F级，但导热系数较低，粘接强度不够高、相容性较差，制备的云母带的云母定量较低、易掉粉、击穿电压较小、介损较高，同时透气度、耐热指数等其他机电性能也差强人意，不能满足领域行业日益增长的应用需求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种少胶云母带及其制备方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种少胶云母带，包括云母纸层以及补强材料层，所述补强材料层为复合层包括作为基底的纤维布层，所述纤维布层表面成型有第一树脂胶层，并在所述第一树脂胶层表面成型有带状加强层，所述带状加强层为在第一树脂胶层表面平行设置的若干聚酰亚胺膜带，所述聚酰亚胺膜带宽度为云母纸层宽度的1/6～1/5，沿云母带长度方向设置，而所述云母纸层成型于所述聚酰亚胺膜带的表面，并在所述云母纸层表面成型有第二树脂胶层；所述第一树脂胶层为通过间位芳纶纤维进行增强的环氧树脂胶层；所述第二树脂胶层为环氧树脂胶层，并在其胶层中通过纳米级的无机氧化物颗粒以及六方氮化硼(H-BN)进行填充增强。
作为进一步限定，所述云母纸层为一层天然白云母纸层或者天然金云母纸或者人工合成氟金云母纸，且所述云母纸层中采用的云母鳞片的粒径尺寸范围为-60～+120目。
作为进一步限定，所述聚酰亚胺膜带在单位长度内的面积之和为云母纸层的1/3～1/2。
作为进一步限定，所述纤维布层为电工用无碱玻纤布。
作为进一步限定，所述第一树脂胶层中间位芳纶纤维的掺加量为7～9wt％，且掺加的间位芳纶纤维的单丝长度为4～7mm，纤度为1D。
作为进一步限定，所述第二树脂胶层中的环氧树脂为经过芳香族超支化树脂接枝增韧处理的改性四缩水甘油胺型环氧树脂，其改性处理方法为：将四缩水甘油胺型环氧树脂与分子量为20000～50000的芳香族超支化树脂分别在160～170℃下预热保温10～15min，然后冷却至50℃～60℃后保持熔融态，将占四缩水甘油胺型环氧树脂15～22wt％的芳香族超支化树脂加入熔融态的四缩水甘油胺型环氧树脂中搅拌均匀即得到改性四缩水甘油胺型环氧树脂。
作为进一步限定，所述无机氧化物颗粒为具有高导热率的三氧化二铝粉末、氮化铝粉末、二氧化钛粉末中的一种或者组合，其颗粒物粒径为30～120nm，在所述第二树脂胶层中的掺加量为1～3wt％；而所述六方氮化硼的粒径为500～800nm，在所述第二树脂胶层中的掺加量为0.5～1.5wt％。
作为进一步限定，所述第一树脂胶层与第二树脂胶层在云母带的质量含量之和≤15％。
本发明同时还公开了一种用于制备具有上述技术特征的少胶云母带的制备方法，该方法具体包括以下操作步骤：
S1、脱除纤维布层表面的浸润剂，然后将该纤维布层浸渍于硅烷偶联剂中进行改性，得到改性纤维布层；
S2、在环氧树脂胶料中掺加间位芳纶纤维，并利用超声分散设备进行分散，制得第一树脂胶料；同时在环氧树脂胶料中掺加无机氧化物颗粒以及六方氮化硼，分散均匀后制得第二树脂胶料；
S3、在改性纤维布层表面均匀涂覆第一树脂胶层，然后在第一树脂胶层表面固定聚酰亚胺膜带，并在聚酰亚胺膜带表面覆盖云母纸层，然后在真空状态下进行热压复合成型，使得第一树脂胶层在改性纤维布层内侧将云母纸层、聚酰亚胺膜带与改性纤维布层进行粘连定型；
S4、在热压复合成型后的云母纸层表面涂覆第二树脂胶料，然后进行表面处理，然后进行热固化处理，即得到少胶云母带。
作为进一步限定，步骤S3中进行热压复合的操作过程中，控制热压温度为150～160℃，热压压力为12～14MPa，热压时间为30～45min。
作为进一步限定，步骤S2中的第一树脂胶料与第二树脂胶料的制备过程中，可在分散过程中选择添加增韧剂和/或促进剂，其中，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物中的一种或者组合；所述促进剂为有机羧酸金属盐、乙酰丙酮金属盐中的一种或者组合，其添加量为原料混合物的0.03～0.1wt％。
有益效果：本发明的少胶云母带胶粘剂含量少，成份挥发率低，包绕性和贴附性好，且具有极好的导热性能、耐老化性能、较低的介质损耗、良好的耐高温性能，可制作厚度为0.8～5mm，可适用于大中型电机(如风电电机和核电电机)中作为绝缘材料，适用电压等级为5～30kV；
用于VPI工艺中进行高导热绝缘浸渍时能大幅缩短线圈的VPI工艺时间、提高绝缘致密性和线棒挂漆量，降低介质损耗和提高击穿电压，从而提升电机的电气性能和运行可靠性，同时通过控制云母纸等材料的类型，使得制备的少胶云母带具有较佳的导热系数和耐高温性能。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的结构示意图。
其中：1、第二树脂胶层；2、云母纸层；3、带状加强层；4、第一树脂胶层；5、纤维布层。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
在下述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
参见图1的少胶云母带的实施例，在本实施例中，少胶云母带自上而下包括有第二树脂胶层1、云母纸层2、带状加强层3、第一树脂胶层4以及纤维布层5，其中，纤维布层5为一层通过硅烷偶联剂改性处理的电工用无碱玻纤布，纤维布层5表面成型有第一树脂胶层4，其第一树脂胶层4为一层环氧树脂层，其环氧树脂层中掺加有8wt％的单丝长度为4～7mm，纤度为1D的间位芳纶纤维。
在第一树脂胶层4表面依次成型有带状加强层3以及云母纸层2，其中，带状加强层3为设置于第一树脂胶层4表面的三条聚酰亚胺膜带，这三条聚酰亚胺膜带的单条带宽为云母纸层宽度的1/6，在带状加强层3表面等间距设置，以使得带状加强层3在单位长度内的面积之和为云母纸层的1/2，由于带状加强层3的间隙设置，使得第一树脂胶层4在加压后，挤入带状加强层3之间的间隙中，以将带状加强层3和云母纸层2在纤维布层5表面粘连固定。而云母纸层2一层天然白云母纸层，由破碎后粒径尺寸范围为-60～+120目的云母鳞片抄造制成，而在云母纸层2表面还成型有第二树脂胶层1，该第二树脂胶层1以经过芳香族超支化树脂进行接枝增韧处理后的四缩水甘油胺型环氧树脂作为基材，掺混纳米级的无机氧化物颗粒以及六方氮化硼(H-BN)作为填料并分散均匀后制成。
在本实施例中，无机氧化物颗粒为三氧化二铝、氮化铝、二氧化钛的质量比3:1:1的混合物颗粒，这些颗粒物粒径范围为60～80nm，具有较佳的高导热率，在所述第二树脂胶层1中的掺加量为2wt％；而六方氮化硼(H-BN)的粒径为500～550nm，在所述第二树脂胶层中的掺加量为1.2wt％。
本实施例的少胶云母带通过以下步骤制备：
首先选用物理方法脱除脱除纤维布层表面的浸润剂，然后将脱除了浸润剂的纤维布层浸渍于硅烷偶联剂中进行改性，得到改性纤维布层5，备用。
选用环氧树脂E44作为环氧树脂胶料，在环氧树脂胶料中按比例掺加单丝长度为4～7mm，纤度为1D的间位芳纶纤维，利用超声分散设备进行分散，制得第一树脂胶料。
选用四缩水甘油胺型环氧树脂作为环氧树脂胶料，与分子量为20000～30000的芳香族超支化树脂分别在165℃下预热保温15min，然后冷却至50℃～60℃后保持熔融态，占四缩水甘油胺型环氧树脂18wt％的芳香族超支化树脂加入熔融态的四缩水甘油胺型环氧树脂中搅拌均匀，然后将符合条件的无机氧化物颗粒以及六方氮化硼掺加到树脂料中，分散均匀后制得第二树脂胶料。
而作为可选技术方案，第一树脂胶料与第二树脂胶料的制备过程中，可在分散过程中选择添加增韧剂和/或促进剂，其中，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物中的一种或者组合；所述促进剂为有机羧酸金属盐、乙酰丙酮金属盐中的一种或者组合，其添加量为原料混合物的0.03～0.1wt％以保证第一树脂胶料与第二树脂胶料的成型性能。
在改性纤维布层表面均匀涂覆第一树脂胶料，然后在第一树脂胶料表面固定聚酰亚胺膜带，并在聚酰亚胺膜带表面覆盖云母纸层，然后在真空状态下进行热压复合成型，控制热压温度为160℃，热压压力为13MPa，热压时间为40min，热压成型后在改性纤维布层5表面依次得到第一树脂胶层4、带状加强层3以及云母纸层2；然后在云母纸层2表面涂布第二树脂胶料，然后根据使用需求在胶料进行表面光滑处理或者粗糙化处理，再进行热固化处理即得到少胶云母带，而为了保证成型质量，在进行第一树脂胶料和第二树脂胶料的涂布时，控制涂布量，以保证第一树脂胶层4与第二树脂胶层1的厚度，使成型后的第一树脂胶层4与第二树脂胶层1在少胶云母带中的质量含量之和≤15％。
在本实施例中，通过在第二树脂胶层4利用四缩水甘油胺型环氧树脂作为基础树脂，并使用芳香族超支化树脂进行增韧，可有效提高该树脂层的强度和稳定性，同时，该树脂胶层的挥发性也较低；在掺加高导热的无机氧化物颗粒和六方氮化硼作为填料，并通过控制填料用量，使得填料间形成接触和相互作用，在云母带体系中形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热和加强网链，同时，无机氧化物颗粒与树脂胶层的分散结合还会在对应的第二树脂胶层4内形成间隙通道，提高VPI浸渍漆渗透性；而六方氮化硼具有高能隙，对外表现出优异的绝缘性能，包括低相对介电常数，低介电损耗和高体积电阻，在能够有效的提高云母带的导热系数的同时可以为云母带提供良好的电气绝缘性能的补充。
另外，在本实施例中，通过作为纤维布层5的电工无碱玻纤布与作为带状加强层3的聚酰亚胺膜带的结合，使得云母带集合了两者的优点，即具有电工无碱玻纤布作为基础材料所具有的拉伸强度高、透气性较好，易于在VPI工艺中进行树脂渗透的优点，又具有聚酰亚胺膜介电强度高，延展性好的优点；而在第一树脂胶层4中通过间位芳纶纤维的增强，配合硅烷偶联剂改性的纤维布层5，能在加压条件下提高纤维布层5表面的结合性能，使得云母纸层2和带状加强层3更好地贴合于纤维布层5表面，对云母纸层2有增韧的效果，配合聚酰亚胺膜带和电工无碱玻纤布，能有效保证少胶云母带的延展性、断裂伸长率、冲击强度和抗拉强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种少胶云母带，其特征在于，包括云母纸层以及补强材料层，所述补强材料层为复合层包括作为基底的纤维布层，所述纤维布层表面成型有第一树脂胶层，并在所述第一树脂胶层表面成型有带状加强层，所述带状加强层为在第一树脂胶层表面平行设置的若干聚酰亚胺膜带，所述聚酰亚胺膜带宽度为云母纸层宽度的1/6～1/5，沿云母带长度方向设置，而所述云母纸层成型于所述聚酰亚胺膜带的表面，并在所述云母纸层表面成型有第二树脂胶层；所述第一树脂胶层为通过间位芳纶纤维进行增强的环氧树脂胶层；所述第二树脂胶层为环氧树脂胶层，并在其胶层中通过纳米级的无机氧化物颗粒以及六方氮化硼进行填充增强，其制备时按照以下操作步骤制备：
S1、脱除纤维布层表面的浸润剂，然后将该纤维布层浸渍于硅烷偶联剂中进行改性，得到改性纤维布层；
S2、在环氧树脂胶料中掺加间位芳纶纤维，并利用超声分散设备进行分散，制得第一树脂胶料；同时在环氧树脂胶料中掺加无机氧化物颗粒以及六方氮化硼，分散均匀后制得第二树脂胶料；所述环氧树脂胶料在制备过程中添加有增韧剂和/或促进剂，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物中的一种或者组合；所述促进剂为有机羧酸金属盐、乙酰丙酮金属盐中的一种或者组合，且所述增韧剂和/或促进剂的添加量为原料混合物的0.03～0.1wt％；
S3、在改性纤维布层表面均匀涂覆第一树脂胶层，然后在第一树脂胶层表面固定聚酰亚胺膜带，并在聚酰亚胺膜带表面覆盖云母纸层，然后在真空状态下进行热压复合成型，进行热压复合的操作过程中，控制热压温度为150～160℃，热压压力为12～14MPa，热压时间为30～45min，使得第一树脂胶层在改性纤维布层内侧将云母纸层、聚酰亚胺膜带与改性纤维布层进行粘连定型；
S4、在热压复合成型后的云母纸层表面涂覆第二树脂胶料，然后进行表面处理，然后进行热固化处理，即得到少胶云母带。
2.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述云母纸层为一层云母鳞片粒径尺寸范围为-60～+120目的天然白云母纸层或者天然金云母纸或者人工合成氟金云母纸；所述纤维布层为电工用无碱玻纤布。
3.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述聚酰亚胺膜带在单位长度内的面积之和为云母纸层的1/3～1/2。
4.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述第一树脂胶层中间位芳纶纤维的掺加量为7～9wt％，且掺加的间位芳纶纤维的单丝长度为4～7mm，纤度为1D。
5.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述第二树脂胶层中的环氧树脂为经过芳香族超支化树脂接枝增韧处理的改性四缩水甘油胺型环氧树脂，其改性处理方法为：
将四缩水甘油胺型环氧树脂与分子量为20000～50000的芳香族超支化树脂分别在160～170℃下预热保温10～15min，然后冷却至50℃～60℃后保持熔融态，将占四缩水甘油胺型环氧树脂15～22wt％的芳香族超支化树脂加入熔融态的四缩水甘油胺型环氧树脂中搅拌均匀即得到改性四缩水甘油胺型环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的少胶云母带，其特征在于，所述无机氧化物颗粒为具有高导热率的三氧化二铝粉末、氮化铝粉末、二氧化钛粉末中的一种或者组合，其颗粒物粒径为30～120nm，在所述第二树脂胶层中的掺加量为1～3wt％；而所述六方氮化硼的粒径为500～800nm，在所述第二树脂胶层中的掺加量为0.5～1.5wt％。
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