CN113690001B - 一种高导热云母纸带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热云母纸带的制备方法,在纸带基材上成型第一孔带以及第二孔带,所述第一孔带与所述第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,然后将厚度小于0.08mm的超薄石墨片进行镀镍处理,裁切后覆盖第一孔带;在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,并在胶层表面成型改性纤维布;再在改性纤维布的表面对应第二孔带的位置覆盖超细玻纤布;在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,压力成型后进行烘焙,即得到成品云母带。本发明的云母带具有较佳的高温尺寸稳定性和化学稳定性,能应用于高压电机的绝缘结构中。
Description
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高导热云母纸带的制备方法。
背景技术
云母带作为云母的二次加工制品,其具有云母的主要性能,在发电机、电动机、线缆等电工设备中具有广泛的应用,而云母的散热性能对电工设备的负载和寿命具有较大的影响。
现有技术中的云母带主要由云母材料、补强材料和粘合剂三部分组成,而无论是熟纸还是生纸,它们都是依靠云母材料之间的富有弹性的树脂结合起来的,机械强度较差,需要利用补强材料和粘合剂来弥补上述缺陷,而使用的粘合剂大多为填充有无机填料的环氧树脂,粘合剂通过无机填料提高体系的热传导系数;或者通过提高粘合剂与云母带等材料的界面粘结力,最小化界面缺陷,从而提高体系热传导率。
随着风电、核电等新能源电机设备的比例提升,对云母带的尺寸或者某些理化性能提出了更高的要求,既要保证主绝缘电性能,云母带作为绝缘材料除应具有良好的电气性能、机械强度外,还要求有较佳的热稳定性,而更薄的云母带在热稳定性的对外表现上除了要求有较佳的耐热性外,还要求有较佳的热传导性能,以防止局部热聚集,导致热应力损伤。但现有技术的云母带中依然普遍存在导热系数偏低的问题,使得制成的云母带散热效果不佳,需要对现有技术进行配方优化或进行工艺改进。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高导热云母纸带的制备方法,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:
一种高导热云母纸带的制备方法,具体包括以下操作步骤:
S1、选取纸带基材,在纸带基材上进行孔成型操作,成型第一孔带以及第二孔带,所述第一孔带与所述第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,并保证纸带基材的两侧最外侧均为第二孔带,其中:
所述第一孔带由平行设置的2~3排小孔组成,沿聚芳酰胺纤维纸带的长度方向设置,第一孔带上小孔的单孔孔径为0.8~1.5mm,位置相邻的小孔孔间距为2~3mm;
所述第二孔带为单排的大孔组成,沿聚芳酰胺纤维纸带的长度方向设置,第二孔带上的大孔的单孔孔径为3~5mm,而位置相邻的大孔孔间距为3~6mm;
S2、将厚度小于0.08mm的超薄石墨片进行镀镍处理,并在对完成处理的镀镍石墨片进行裁切处理,裁切成带状结构,控制镀镍石墨带的宽度以覆盖第一孔带为准,并将镀镍石墨带覆盖所述第一孔带;
S3、在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,并在胶层表面成型一层通过偶联剂处理的改性纤维布;在改性纤维布的表面对应第二孔带的位置覆盖一层由单丝细度在0.1~0.3dtex的超细玻璃纤维纱成型制成的超细玻纤布;
S4、在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,压力成型后进行烘焙,即得到成品云母带。
作为进一步限定,所述纸带基材为聚芳酰胺纤维纸带,其厚度为0.02~0.05mm。
作为进一步限定,所述超薄石墨片的厚度为0.03~0.05mm、导热率大于300W/mK。
作为进一步限定,所述改性纤维布利用单丝细度在0.5~1.5dtex、定量22~26g/m2的电工无碱玻纤布成型为原料纤维布;而用于改性的所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种,优选为偶联剂KH560,偶联剂的用量为无碱玻璃布质量的0.2%~1.6%。
作为进一步限定,所述胶层中采用的胶粘剂为羟基含量为2~2.5%、分子量为20000~60000的耐高温有机硅树脂胶。
作为进一步限定,所述胶层中均匀掺加有占胶料质量2~3%的填料,所述填料为氮化铝、氮化硼、氧化铍纳米粉末中的一种或者组合。
作为进一步限定,所述胶层采用VPI工艺进行处理,以提高成型后云母带浸渍后的热态机械强度。
作为进一步限定,压力成型过程中采用的压力值为20~25MPa,压力处理时间为10~15min。
作为进一步限定,进行烘焙操作时,采用多段式连续烘焙操作:
第一段烘焙温度为70~80℃,烘焙时间为3~5min;
第二段烘焙温度为120~140℃,烘焙时间为1~2min;
第三段烘焙温度为160~170℃,烘焙时间为1~2min;
第四段烘焙温度为110~120℃,烘焙时间为1~2min;
第五道烘焙温度为70~80℃,烘焙时间为3~6min。
有益效果:本发明的高导热云母纸带的主绝缘层结构紧凑,层间粘结紧密,并利用结构层之间的间隙差进行浸胶成型,具有良好的机械强度、电绝缘性以及热稳定性,且能满足云母带的绝缘和散热需求,并具备优异的机械强度、介电击穿强度以及耐高温稳定性。
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,下面结合具体实施例,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。
在实施例一中,高导热云母纸带具体按照通过以下方式实施制备:
先选取厚度为0.02mm聚芳酰胺纤维纸带作为纸带基材,在纸带基材上进行孔成型操作,成型第一孔带以及第二孔带。控制第一孔带由平行设置的三排小孔组成,三排小孔的单孔孔径为0.8mm,位置相邻的小孔孔间距为2mm;控制第二孔带为单孔孔径为3mm的单排的大孔,位置相邻的大孔孔间距为3mm;第一孔带与第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,并保证纸带基材的两侧最外侧均为第二孔带。
将厚度为0.03mm、导热率大于300W/mK的超薄石墨片进行镀镍处理,并在对完成处理的镀镍石墨片进行裁切处理,裁切成带状结构,控制镀镍石墨带的宽度以覆盖第一孔带为准,并将镀镍石墨带覆盖第一孔带。
在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,采用羟基含量为2~2.5%、分子量为20000~35000的耐高温有机硅树脂胶作为胶料进行涂覆,然后在胶料表面成型一层改性纤维布,该改性纤维布的原料布为单丝细度在0.5~0.7dtex、定量22g/m2的电工无碱玻纤布成型,通过偶联剂KH560进行改性处理,该改性纤维布表面对应第二孔带的位置设置有一层超细玻纤布,该超细玻纤布由单丝细度在0.1~0.3dtex的超细玻璃纤维纱成型制成。
然后在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,控制压力为20MPa进行压力成型,压力处理时间为10min,成型后送入隧道炉中进行多段式连续烘焙:控制第一段烘焙温度为70℃,烘焙时间为3min;第二段烘焙温度为120℃,烘焙时间为1min;第三段烘焙温度为160℃,烘焙时间为2min;第四段烘焙温度为110℃,烘焙时间为1min;第五道烘焙温度为70℃,烘焙时间为3min。然后出隧道炉自然冷却即得到成品云母带。
在本实施例的技术条件下制得的云母纸的标重为140g/m,厚度0.12mm;其介电强度为18.9kV/mm,拉伸强度11.3N/cm,导热率为1.4W/m*K。
实施例二中,高导热云母纸带具体按照通过以下方式实施制备:
先选取厚度为0.05mm聚芳酰胺纤维纸带作为纸带基材,在纸带基材上进行孔成型操作,成型第一孔带以及第二孔带。控制第一孔带由平行设置的两排小孔组成,两排小孔的单孔孔径为1.5mm,位置相邻的小孔孔间距为3mm;控制第二孔带为单孔孔径为5mm的单排的大孔,位置相邻的大孔孔间距为5mm;第一孔带与第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,并保证纸带基材的两侧最外侧均为第二孔带。
将厚度为0.03mm、导热率大于300W/mK的超薄石墨片进行镀镍处理,并在对完成处理的镀镍石墨片进行裁切处理,裁切成带状结构,控制镀镍石墨带的宽度以覆盖第一孔带为准,并将镀镍石墨带覆盖第一孔带。
在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,采用羟基含量为2~2.5%、分子量为35000~60000的耐高温有机硅树脂胶作为胶料进行涂覆,然后在胶料表面成型一层改性纤维布,该改性纤维布的原料布为单丝细度在1.2~1.5dtex、定量26g/m2的电工无碱玻纤布成型,通过偶联剂KH560进行改性处理,该改性纤维布表面对应第二孔带的位置设置有一层超细玻纤布,该超细玻纤布由单丝细度在0.1~0.3dtex的超细玻璃纤维纱成型制成。
然后在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,控制压力为25MPa进行压力成型,压力处理时间为10min,成型后送入隧道炉中进行多段式连续烘焙:控制第一段烘焙温度为80℃,烘焙时间为3min;第二段烘焙温度为140℃,烘焙时间为2min;第三段烘焙温度为170℃,烘焙时间为1min;第四段烘焙温度为110℃,烘焙时间为1min;第五道烘焙温度为70℃,烘焙时间为6min。然后出隧道炉自然冷却即得到成品云母带。
在本实施例的技术条件下制得的云母纸的标重为150g/m,厚度0.13mm;其介电强度为19.2kV/mm,拉伸强度11.7N/cm,导热率为1.3W/m*K。
实施例三中,高导热云母纸带具体按照通过以下方式实施制备:
先选取厚度为0.03mm聚芳酰胺纤维纸带作为纸带基材,在纸带基材上进行孔成型操作,成型第一孔带以及第二孔带。控制第一孔带由平行设置的三排小孔组成,三排小孔的单孔孔径为1.0mm,位置相邻的小孔孔间距为2mm;控制第二孔带为单孔孔径为4mm的单排的大孔,位置相邻的大孔孔间距为5mm;第一孔带与第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,并保证纸带基材的两侧最外侧均为第二孔带。
将厚度为0.03mm、导热率大于300W/mK的超薄石墨片进行镀镍处理,并在对完成处理的镀镍石墨片进行裁切处理,裁切成带状结构,控制镀镍石墨带的宽度以覆盖第一孔带为准,并将镀镍石墨带覆盖第一孔带。
在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,采用羟基含量为2~2.5%、分子量为30000~45000的耐高温有机硅树脂胶作为胶料,然后在胶料表面成型一层改性纤维布,该改性纤维布的原料布为单丝细度在0.5~0.7dtex、定量22g/m2的电工无碱玻纤布成型,通过偶联剂KH560进行改性处理,然后在改性纤维布表面对应第二孔带的位置设置有一层超细玻纤布,该超细玻纤布由单丝细度在0.1~0.3dtex的超细玻璃纤维纱成型制成;并在超细玻纤布固定后利用VPI工艺进行处理浸渍处理。
然后在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,控制压力为22MPa进行压力成型,压力处理时间为12min,成型后送入隧道炉中进行多段式连续烘焙:控制第一段烘焙温度为75℃,烘焙时间为4min;第二段烘焙温度为130℃,烘焙时间为2min;第三段烘焙温度为165℃,烘焙时间为2min;第四段烘焙温度为115℃,烘焙时间为1min;第五道烘焙温度为75℃,烘焙时间为4min。然后出隧道炉自然冷却即得到成品云母带。
在本实施例的技术条件下制得的云母纸的标重为136g/m,厚度0.12mm;其介电强度为18.8kV/mm,拉伸强度13.5N/cm,导热率为1.43W/m*K。
实施例四中,高导热云母纸带具体按照通过以下方式实施制备:
先选取厚度为0.03mm聚芳酰胺纤维纸带作为纸带基材,在纸带基材上进行孔成型操作,成型第一孔带以及第二孔带。控制第一孔带由平行设置的两排小孔组成,两排小孔的单孔孔径为1.5mm,位置相邻的小孔孔间距为2.5mm;控制第二孔带为单孔孔径为4mm的单排的大孔,位置相邻的大孔孔间距为5mm;第一孔带与第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,并保证纸带基材的两侧最外侧均为第二孔带。
将厚度为0.03mm、导热率大于300W/mK的超薄石墨片进行镀镍处理,并在对完成处理的镀镍石墨片进行裁切处理,裁切成带状结构,控制镀镍石墨带的宽度以覆盖第一孔带为准,并将镀镍石墨带覆盖第一孔带。
在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,采用羟基含量为2~2.5%、分子量为30000~45000的耐高温有机硅树脂胶作为胶料,并在胶料中掺加有占胶料质量1%的纳米氮化铝粉末以及占胶料质量1.5%的纳米氮化硼粉末。
然后在胶料表面成型一层改性纤维布,该改性纤维布的原料布为单丝细度在0.5~0.7dtex、定量22g/m2的电工无碱玻纤布成型,通过偶联剂KH560进行改性处理,然后在改性纤维布表面对应第二孔带的位置设置有一层超细玻纤布,该超细玻纤布由单丝细度在0.1~0.3dtex的超细玻璃纤维纱成型制成;并在超细玻纤布固定后利用VPI工艺进行处理浸渍处理。
在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,控制压力为22MPa进行压力成型,压力处理时间为13min,成型后送入隧道炉中进行多段式连续烘焙:控制第一段烘焙温度为75℃,烘焙时间为4min;第二段烘焙温度为130℃,烘焙时间为2min;第三段烘焙温度为165℃,烘焙时间为2min;第四段烘焙温度为115℃,烘焙时间为1min;第五道烘焙温度为75℃,烘焙时间为4min。然后出隧道炉自然冷却即得到成品云母带。
在本实施例的技术条件下制得的云母纸的标重为136g/m,厚度0.12mm;其介电强度为17.5kV/mm,拉伸强度12.1N/cm,导热率为1.51W/m*K。
本发明在实施例的方案下制得的云母带导热性能达到最佳,且其具有优异的介电强度与拉伸强度;而通过加入了VPI工艺以及散热效果更好的无机填料可以使得制成的散热云母带比市场普通的散热云母带散热效果更佳,且其具有优异的介电强度与拉伸强度。
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 (9)
1.一种高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,具体包括以下操作步骤:
S1、选取纸带基材,在纸带基材上进行孔成型操作,成型第一孔带以及第二孔带,所述第一孔带与所述第二孔带沿纸带基材的长度方向设置,在纸带基材的宽度方向上间隔交错设置,并保证纸带基材的两侧最外侧均为第二孔带,其中:
所述第一孔带由平行设置的2~3排小孔组成,沿聚芳酰胺纤维纸带的长度方向设置,第一孔带上小孔的单孔孔径为0.8~1.5mm,位置相邻的小孔孔间距为2~3mm;
所述第二孔带为单排的大孔组成,沿聚芳酰胺纤维纸带的长度方向设置,第二孔带上的大孔的单孔孔径为3~5mm,而位置相邻的大孔孔间距为3~6mm;
S2、将厚度小于0.08mm的超薄石墨片进行镀镍处理,并在对完成处理的镀镍石墨片进行裁切处理,裁切成带状结构,控制镀镍石墨带的宽度以覆盖第一孔带为准,并将镀镍石墨带覆盖所述第一孔带;
S3、在纸带基材以及超薄石墨片的表面上胶,并在胶层表面成型一层通过偶联剂处理的改性纤维布;在改性纤维布的表面对应第二孔带的位置覆盖一层由单丝细度在0.1~0.3dtex的超细玻璃纤维纱成型制成的超细玻纤布;
S4、在改性纤维布以及超细玻纤布的表面成型云母纸,压力成型后进行烘焙,即得到成品云母带。
2.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,所述纸带基材为聚芳酰胺纤维纸带,其厚度为0.02~0.05mm。
3.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,所述超薄石墨片的厚度为0.03~0.05mm、导热率大于300W/mK。
4.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,所述改性纤维布利用单丝细度在0.5~1.5dtex、定量22~26g/m2的电工无碱玻纤布成型为原料纤维布。
5.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,用于改性的所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种,且偶联剂的用量为无碱玻璃布质量的0.2%~1.6%。
6.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,所述胶层中采用的胶粘剂为羟基含量为2~2.5%、分子量为20000~60000的耐高温有机硅树脂胶。
7.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,所述胶层中均匀掺加有占胶料质量2~3%的填料,所述填料为氮化铝、氮化硼、氧化铍纳米粉末中的一种或者组合。
8.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,所述胶层采用VPI工艺进行处理。
9.根据权利要求1所述的高导热云母纸带的制备方法,其特征在于,压力成型过程中采用的压力值为20~25MPa,压力处理时间为10~15min。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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