CN113963842A - 一种油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，公开了一种油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法。本发明的油冷电机用高局放绝缘材料包括自上而下依次设置的第一表面涂层、第一云母芳纶纸层、第一胶粘剂层、薄膜层、第二胶粘剂层、第二云母芳纶纸层、第二表面涂层，其中，第一胶粘剂层和第二胶粘剂层均为丙烯酸改性聚氨酯胶水，第一表面涂层和第二表面涂层为环氧树脂改性聚氨酯涂层。该材料采用云母粉与芳纶纤维混合抄纸而成的云母芳纶纸与聚苯硫醚薄膜进行复合，充分利用云母的耐电晕优势，提高材料的局放性能，同时利用聚苯硫醚膜的耐水解性能，在保有较高的绝缘性能的同时提高产品的局放性能及耐水解性能，从而提高油冷电机的安全性及寿命。

Description

一种油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体是涉及一种油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法。
背景技术
新能源汽车油冷电机设计是将电机与变速箱集成在一起，变速箱油被用来冷却结构里的电机或者发电机，节约空间，提高冷却效率。由于电机的绝缘材料会在高低温条件下与ATF油(化学介质)长期接触，所以油冷电机的绝缘评估既需考虑到传统的热、电、环境因素等，也要考虑材料及系统与变速箱油的兼容性，对绝缘系统带来了新的挑战。如果绝缘材料和ATF油有兼容性问题，会造成驱动电机的绝缘提前失效，进而导致电机故障。
目前新能源汽车电机的槽绝缘普遍采用的是聚芳酰胺纤维纸或聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料(NHN)。新能源汽车的变速箱工作温度会在120～130℃以上，电机表面的局部温度甚至有可能超过180℃，远高于传统汽车变速箱100℃的正常工作温度。高温的出现对绝缘材料提出了更高的要求，比如绝缘材料的氧化、热稳定性，还有固液两相的高温热稳定性、热氧化和水解等问题。而且油冷电机对于绝缘材料的局放性能要求也较传统电机要求高一些。这些高要求是现有材料难以满足的。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提高现有汽车油冷电机用材料的耐水解及局放性能，提供一种油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法，该材料采用云母粉与芳纶纤维混合抄纸而成的云母芳纶纸与聚苯硫醚薄膜进行复合，充分利用云母的耐电晕优势，提高材料的局放性能，同时利用聚苯硫醚膜的耐水解性能，在保有较高的绝缘性能的同时提高产品的局放性能及耐水解性能，从而提高油冷电机的安全性及寿命。
为达到本发明的目的，本发明的油冷电机用高局放绝缘材料包括自上而下依次设置的第一表面涂层、第一云母芳纶纸层、第一胶粘剂层、薄膜层、第二胶粘剂层、第二云母芳纶纸层、第二表面涂层，其中，第一胶粘剂层和第二胶粘剂层均为丙烯酸改性聚氨酯胶水，第一表面涂层和第二表面涂层为环氧树脂改性聚氨酯涂层。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述云母芳纶层中云母含量为20～70％质量比，优选厚度为50～360μm。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述薄膜层采用聚苯硫醚(PPS)膜，优选厚度为12～250μm。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸改性聚氨酯胶水的制备方法包括以下步骤：
(a)将丙烯酸酯使用溶剂溶解形成20～70％质量比的溶液；
(b)将多元醇使用溶剂溶解形成20～70％质量比的溶液；
(c)将异氰酸酯使用溶剂进行溶解，形成20～70％质量比的溶液；
(d)将使用溶剂溶解好的丙烯酸溶液、多元醇溶液及异氰酸酯溶液按照10:1～2:1～3的质量比搅拌均匀。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述环氧树脂改性聚氨酯涂层的制备方法包括以下步骤：
(a)将环氧树脂用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(b)将饱和聚酯树脂使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(c)将异氰酸酯使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(d)将咪唑使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(e)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液、异氰酸酯溶液和咪唑溶液按照10:6～13:2～3:0～0.3的质量比搅拌均匀。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述环氧树脂改性聚氨酯涂层的制备方法包括以下步骤:
(a)将环氧树脂用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(b)将饱和聚酯树脂使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(c)将异氰酸酯使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(d)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液和异氰酸酯溶液按照10:6～13:2～3的质量比搅拌均匀。
本发明实施例还提供一种如上所述的油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)在薄膜层的两面均匀涂覆丙烯酸改性聚氨酯胶水；
(2)将带丙烯酸改性聚氨酯胶水的薄膜层烘干，去除丙烯酸改性聚氨酯胶水中的溶剂，形成第一胶粘剂层和第二胶粘剂层；
(3)在第一胶粘剂层和第二胶粘剂层上贴合云母芳纶纸，经热压复合后收卷，固化处理后得到油冷电机用高局放绝缘材料基材；
(4)在所得油冷电机用高局放绝缘材料基材的两面均匀涂布环氧改性丙烯酸树脂涂层；
(5)经干燥固化收卷后得到油冷电机用高局放绝缘材料。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、丁酮、二甲苯中的一种或多种。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)，优选聚亚甲基聚苯基异氰酸酯(PAPI)。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中丙烯酸改性聚氨酯胶水的涂覆方式为线棒、光辊或逗号刮刀施胶，优选施胶量为15～40g/m2。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(2)中烘干是经烘道干燥，所述烘道有3～7节，温度从55℃逐级升至100℃。其中，每节的温度允许有±5℃的公差，生产速度根据烘道长度适当调整。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述环氧改性丙烯酸树脂的涂布方式为微凹或网纹辊涂布，优选涂布量为1～8g/m2。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(5)中干燥固化是经烘道干燥，所述烘道为3～7节，温度从75℃逐级升至140℃。其中，每节的温度允许有±7℃的公差，生产速度根据烘道长度适当调整。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的油冷电机用高局放绝缘材料的原材料包括聚苯硫醚薄膜、云母纤维纸、丙烯酸改性胶粘剂、环氧改性聚氨酯涂层，其中，聚苯硫醚膜拥有优良的耐水解性能，云母纤维纸拥有良好的局放性能，所制得的绝缘材料，能够保证油冷电机长期运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明油冷电机用高局放绝缘材料的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。
此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，所述方法包含以下步骤：
(a)将4-羟基丁基丙烯酸酯使用丙酮溶解形成35％质量比的溶液；
(b)将三羟甲基丙烷(TMP)使用丙酮溶解形成35％质量比的溶液；
(c)将甲苯二异氰酸酯使用乙酸乙酯溶剂溶解形成70％质量比的溶液；
(d)将所得4-羟基丁基丙烯酸酯溶液、三羟甲基丙烷(TMP)溶液及甲苯二异氰酸酯溶液按照10:1:1.5的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；
(e)在0.115mm的聚苯硫醚薄膜的两面均涂覆所得丙烯酸改性胶粘剂的胶液，涂胶量为20g/m2；
(f)将带所述胶粘剂胶液的聚苯硫醚薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的薄膜；
(g)在所述带胶粘剂薄膜的两面分别贴合0.13mm的云母芳纶纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到油冷电机用高局放绝缘材料基材；
(h)将E51型环氧树脂使用丙酮溶解形成30％质量比的溶液；
(i)将饱和聚酯树脂使用丙酮溶解形成30％质量比的溶液；
(j)将聚亚甲基聚苯基异氰酸酯使用丙酮溶解形成50％质量比的溶液；
(k)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯溶液按照10:10:3的质量比搅拌均匀；
(l)在油冷电机用高局放绝缘材料基材的两面均涂布所述表涂溶液，涂胶量为5g/m2；
(m)经高温固化收卷后得到油冷电机用高局放绝缘材料。
实施例2
一种油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，所述方法包含以下步骤：:
(a)将4-羟基丁基丙烯酸酯使用乙酸乙酯溶解形成35％质量比的溶液；
(b)将二缩二乙二醇(EG)使用乙酸乙酯溶解形成35％质量比的溶液；
(c)将缩二脲多异氰酸酯使用乙酸甲酯溶剂溶解形成70％质量比的溶液；
(d)将所得4-羟基丁基丙烯酸酯溶液、二缩二乙二醇(EG)溶液及缩二脲多异氰酸酯溶液按照10:2:2的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；
(e)在0.075mm的聚苯硫醚薄膜的两面均涂覆所得丙烯酸改性胶粘剂的胶液，涂胶量为15g/m2；
(f)将带所述胶粘剂胶液的聚苯硫醚薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带丙烯酸改性胶粘剂的薄膜；
(g)在所得带胶粘剂薄膜的两面分别贴合0.08mm的云母芳纶纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到油冷电机用高局放绝缘材料基材；
(h)将E44型环氧树脂使用丙酮溶解形成30％质量比的溶液；
(i)将饱和聚酯树脂使用丙酮溶解形成30％质量比的溶液；
(j)将聚亚甲基聚苯基异氰酸酯使用丙酮溶解形成50％质量比的溶液；
(k)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液和聚亚甲基聚苯基异氰酸酯溶液按照10:8:2的质量比搅拌均匀；
(l)在油冷电机用高局放绝缘材料基材的两面均涂布所述表涂溶液，涂胶量为4g/m2；
(m)经高温固化收卷后得到油冷电机用高局放绝缘材料。
实施例3
一种油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，所述方法包含以下步骤：
(a)将4-羟基丁基丙烯酸酯使用乙酸乙酯溶解形成35％质量比的溶液；
(b)将二缩二乙二醇(EG)使用乙酸乙酯溶解形成35％质量比的溶液；
(c)将缩二脲多异氰酸酯使用乙酸甲酯溶剂溶解形成70％质量比的溶液；
(d)将所得4-羟基丁基丙烯酸酯溶液、二缩二乙二醇(EG)溶液及缩二脲多异氰酸酯溶液按照10:2:2的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；
(e)在0.075mm的聚苯硫醚薄膜的两面均涂覆所得丙烯酸改性胶粘剂的胶液，涂胶量为15g/m2；
(f)将带所述胶粘剂胶液的聚苯硫醚薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带丙烯酸改性胶粘剂的薄膜；
(g)在所得带胶粘剂薄膜的两面分别贴合0.08mm的云母芳纶纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到油冷电机用高局放绝缘材料基材；
(h)将E44型环氧树脂使用丙酮溶解形成30％质量比的溶液；
(i)将饱和聚酯树脂使用丙酮溶解形成30％质量比的溶液；
(j)将聚亚甲基聚苯基异氰酸酯使用丙酮溶解形成50％质量比的溶液；
(k)将二甲基咪唑使用丙酮溶解，形成50％质量比的溶液；
(l)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯溶液和二甲基咪唑溶液按照10:6:1.8:0.2的质量比搅拌均匀；
(m)在油冷电机用高局放绝缘材料基材的两面均涂布所述表涂溶液，涂胶量为4g/m2；
(n)经高温固化收卷后得到油冷电机用高局放绝缘材料。
对比实施例1
一种油冷电机用绝缘材料的制备方法，所述方法包含以下步骤：
(a)将饱和聚酯树脂使用丙酮溶解形成35％质量比的溶液；
(b)将聚亚甲基聚苯基异氰酸酯使用丙酮溶解形成60％质量比的溶液；
(c)将所得饱和聚酯树脂溶液与聚亚甲基聚苯基异氰酸酯溶液按照10:2的质量比搅拌均匀，得到复合用聚氨酯胶粘剂胶液；
(d)在0.075mm的聚酰亚胺薄膜的两面均涂覆所述聚氨酯胶粘剂的胶液，涂胶量为25g/m2；
(e)将带所述胶粘剂胶液的聚酰亚胺薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述聚氨酯胶粘剂的薄膜；
(g)在所述带胶粘剂薄膜的两面分别贴合0.08mm的纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到普通绝缘材料。
对比实施例2
一种油冷电机用绝缘材料的制备方法，所述方法包含以下步骤：
(a)将饱和聚酯树脂使用丙酮溶解形成35％质量比的溶液；
(b)将异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯使用丙酮溶解形成60％质量比的溶液；
(c)将所得饱和聚酯树脂溶液与异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯溶液按照10:2的质量比搅拌均匀，得到复合用聚氨酯胶粘剂胶液；
(d)在0.125mm的聚酰亚胺薄膜的两面均涂覆所得聚氨酯胶粘剂的胶液，涂胶量为20g/m2；
(e)将带所述胶粘剂胶液的聚奈酸酯薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述聚氨酯胶粘剂的薄膜；
(g)在所述带胶粘剂薄膜的两面分别贴合0.05mm的纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到普通绝缘材料。
测试结果对照
(一)局放测试结果：
Figure BDA0003301870830000091
(二)耐油测试方案：
(a)取ATF油按照0.5％质量比的体积比例添加去离子水，搅拌均匀；
(b)将试样及对照样分别放入不锈钢罐中；
(c)将搅拌好的含水ATF油倒入放有材料的不锈钢罐中，密封；
(d)将不锈钢罐放入高低温试验箱。
(e)设置测试条件：①25℃→155℃40h→25℃，②25℃→-45℃8h→25℃；①+②为一个循环，总计8个循环，温度升降速率：1～2℃/min。
测试结果：
Figure BDA0003301870830000101
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述油冷电机用高局放绝缘材料包括自上而下依次设置的第一表面涂层、第一云母芳纶纸层、第一胶粘剂层、薄膜层、第二胶粘剂层、第二云母芳纶纸层、第二表面涂层，其中，第一胶粘剂层和第二胶粘剂层均为丙烯酸改性聚氨酯胶水，第一表面涂层和第二表面涂层为环氧树脂改性聚氨酯涂层。
2.根据权利要求1所述的油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述云母芳纶层中云母含量为20～70％质量比，优选厚度为50～360μm。
3.根据权利要求1所述的油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述云母芳纶层中云母含量为20～70％质量比，优选厚度为50～360μm。
4.根据权利要求1所述的油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述丙烯酸改性聚氨酯胶水的制备方法包括以下步骤：
(a)将丙烯酸酯使用溶剂溶解形成20～70％质量比的溶液；
(b)将多元醇使用溶剂溶解形成20～70％质量比的溶液；
(c)将异氰酸酯使用溶剂进行溶解，形成20～70％质量比的溶液；
(d)将使用溶剂溶解好的丙烯酸溶液、多元醇溶液及异氰酸酯溶液按照10:1～2:1～3的质量比搅拌均匀。
5.根据权利要求1所述的油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述环氧树脂改性聚氨酯涂层的制备方法包括以下步骤：
(a)将环氧树脂用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(b)将饱和聚酯树脂使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(c)将异氰酸酯使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(d)将咪唑使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(e)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液、异氰酸酯溶液和咪唑溶液按照10:6～13:2～3:0～0.3的质量比搅拌均匀。
6.根据权利要求1所述的油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述环氧树脂改性聚氨酯涂层的制备方法包括以下步骤:
(a)将环氧树脂用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(b)将饱和聚酯树脂使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(c)将异氰酸酯使用溶剂溶解形成20％～70％质量比的溶液；
(d)将使用溶剂溶解好的环氧树脂溶液、饱和聚酯树脂溶液和异氰酸酯溶液按照10:6～13:2～3的质量比搅拌均匀。
7.根据权利要求1所述的油冷电机用高局放绝缘材料，其特征在于，所述溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、丁酮、二甲苯中的一种或多种；优选地，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯，更优选聚亚甲基聚苯基异氰酸酯。
8.权利要求1-7任一项所述的油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
(1)在薄膜层的两面均匀涂覆丙烯酸改性聚氨酯胶水；
(2)将带丙烯酸改性聚氨酯胶水的薄膜层烘干，去除丙烯酸改性聚氨酯胶水中的溶剂，形成第一胶粘剂层和第二胶粘剂层；
(3)在第一胶粘剂层和第二胶粘剂层上贴合云母芳纶纸，经热压复合后收卷，固化处理后得到油冷电机用高局放绝缘材料基材；
(4)在所得油冷电机用高局放绝缘材料基材的两面均匀涂布环氧改性丙烯酸树脂涂层；
(5)经干燥固化收卷后得到油冷电机用高局放绝缘材料。
9.根据权利要求8所述的油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中丙烯酸改性聚氨酯胶水的涂覆方式为线棒、光辊或逗号刮刀施胶，优选施胶量为15～40g/m2；优选地，所述步骤(2)中烘干是经烘道干燥，所述烘道有3～7节，温度从55℃逐级升至100℃。
10.根据权利要求8所述的油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述环氧改性丙烯酸树脂的涂布方式为微凹或网纹辊涂布，优选涂布量为1～8g/m2；优选地，所述步骤(5)中干燥固化是经烘道干燥，所述烘道为3～7节，温度从75℃逐级升至140℃。
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