CN114664501A - 一种高导热系数的云母带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高导热系数的云母带及其制备方法。该云母带由外层的云母纸层，中间层的胶粘剂层和内层的无碱玻璃纤维布构成；所述的胶粘剂层包括导热填料和胶粘剂，所述的胶粘剂层占云母带总质量的8‑15％，所述的导热填料占胶粘剂层总质量的30‑50％；所述的导热填料由质量比为200:(1‑20)的无机填料粒子与表面处理剂制备而成；所述的无机填料粒子为微米级和/或纳米级的SiO2、α‑Al2O3、MgO、ZnO、Si3N4、AlN和BN中的至少一种，所述的表面处理剂为硅烷偶联剂或酞酸酯偶联剂；本发明的云母带的导热系数≥0.45w/(m·k)，在同等厚度的情况下，其导热系数可超过目前市面上的同类云母带；在同等绝缘厚度的情况下，本发明的云母带的电机的温升最低。
Description
技术领域
本发明属于电气绝缘材料技术领域，涉及一种云母带及其制备方法。
背景技术
随着电机不断向高电压、大容量、大功率、高密度的方向发展，对电机的绝缘结构提出了新的要求，电机所用的绝缘结构要求温升低、绝缘厚度小、绝缘材料的热管理能力高，以提高电机整体的技术指标，满足高电压、大容量、大功率、高密度电机的技术要求。
云母带在电机的主绝缘材料中具有不可替代的作用，其导热率直接决定着整体主绝缘的导热性能。云母带主要是由云母纸、无碱玻璃纤维布、胶粘剂等组分通过适当的工艺复合而成。提高云母带导热系数的关键就在于导热填料。当电机的绝缘厚度要满足高电压、大容量、大功率、高密度电机的技术要求时，云母带的标称厚度仅为0.15mm，在这种情况下，如何制备一种导热系数很高又不影响其绕包工艺性的云母带，在国际上和国内都是极难突破的难题。
发明内容
为解决背景技术中所述的问题，本发明提出了一种高导热系数的云母带及其制备方法。
本发明的高导热系数的云母带由外层的云母纸层，中间层的胶粘剂层和内层的无碱玻璃纤维布构成；所述的云母纸层包括大鳞片云母纸；所述的胶粘剂层包括导热填料和胶粘剂，所述的胶粘剂层占云母带总质量的8-15％，所述的导热填料占胶粘剂层总质量的30-50％；所述的导热填料由质量比为200:(1-20)的无机填料粒子与表面处理剂制备而成；所述的无机填料粒子为微米级和/或纳米级的SiO2、α-Al2O3、MgO、ZnO、Si3N4、AlN和BN中的至少一种，所述的表面处理剂为硅烷偶联剂或酞酸酯偶联剂；
所述的胶粘剂为酚醛环氧树脂或双酚A型环氧树脂。
进一步地，所述的云母纸层的面密度为148-172g/㎡。
进一步地，所述无碱玻璃纤维布的面密度为24-30g/㎡。
更进一步地，所述的导热填料为质量比10:3:1的纳米级BN填料粒子、微米级α-Al2O3填料粒子和纳米级SiO2填料粒子的混合物。导热填料中，纳米级BN填料粒子的导热系数较高，但由于纳米级BN填料粒子的形状为片状，若只单独使用纳米级BN填料粒子来提高导热系数，则需大大增加其在胶粘剂层中的添加量，胶粘剂层中导热填料的添加量过大会影响云母带的使用工艺性；为了减少填料的添加量而且还能达到较高的导热系数，导热填料中需加入一定量的微米级α-Al2O3填料粒子，由于其形状为球形，可以使得导热填料粒子之间容易相互接触，形成网状或链状结构形态，从而提高体系的导热系数；导热填料中纳米级SiO2填料粒子的加入使得胶粘剂中的导热填料粒子可均匀分布，使得导热填料粒子之间的网链结合得更好，极大地稳定了胶粘剂材料液体，防止填料粒子沉淀。因此通过胶粘剂层中添加质量比10:3:1的纳米级BN填料粒子、微米级α-Al2O3填料粒子和纳米级SiO2填料粒子的混合物作为导热填料，从而使得导热填料的添加量不会过大，既保证了云母带的使用工艺性，还使得云母带达到了综合条件下最佳的导热系数。
本发明的高导热系数的云母带的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备导热填料：将微米级和/或纳米级无机填料粒子与表面处理剂混合均匀后，加入无水乙醇，在80℃温度条件下回流反应4h后，真空干燥得到导热填料；
步骤二、制备胶粘剂层材料：将导热填料加入到胶粘剂中，经高速分散、研磨后得到胶粘剂层材料；
步骤三、制备胶粘剂层：将胶粘剂层材料注入到胶槽中，将无碱玻璃纤维布通过胶槽中的上胶辊，在无碱玻璃纤维布一侧表面上涂布胶粘剂层材料，得到胶粘剂层；
步骤四、制备云母带胚料：将云母纸层附着于胶粘剂层上，并在云母纸层的表面涂布环氧树脂胶粘剂，得到云母带胚料；
步骤五、将云母带胚料经过烘道烘干后，收卷分切得到高导热系数的云母带。
进一步地，所述的步骤三中，胶粘剂层材料通过胶槽中设置的真空充气震动搅动装置不间断地搅动。
更进一步地，所述的步骤四中，环氧树脂胶粘剂的固含量为0.5-10wt％。
更进一步地，所述的步骤五中，云母带胚料通过烘道烘干的温度为70-125℃，烘干的时间为5-15分钟。
云母带是由三种材料组成的复合材料，各个组成部分的导热系数均较小，云母纸层的导热系数为0.3-0.5W/m.k，无碱玻璃纤维布为0.8-1.0W/m.k，胶粘剂导热系数为0.12-0.2W/m.k，胶粘剂导热系数最低，目前提高导热系数最直接的方式就是通过添加合适的高导热填料，使高导热填料颗粒与颗粒之间相互接触形成类似网状或链状结构形态，从而提高体系的导热系数。
本发明的云母带中，胶粘剂层为云母带中热阻最大的组成层，该胶粘剂层以胶粘剂掺杂活性高导热微纳米级导热填料得到高导热胶粘剂，微纳米级填料均匀分散在胶粘剂中形成导热子通道，大幅提升胶粘剂导热系数，经过与无碱玻璃纤维布、大鳞片云母纸复合得到高导热系数的云母带，同体积同功率电机运行时，采用本发明的云母带的电机绕组热量传导快，整机温升可以得到有效降低。
本发明与现有技术相比，所制备的云母带的导热系数≥0.45w/(m·k)，在同等厚度的情况下，本发明的云母带的导热系数可超过目前市面上的同类云母带；在电机的电气绝缘材料同等绝缘厚度的情况下，相比于目前市面上的同类云母带，使用本发明的云母带的电机的温升最低。本发明的云母带制备工艺简单易实施，成品率可达90％以上，有效减少了原材料的浪费，降低了成本，实用性强，可大批推广应用于电机的电气绝缘材料中。
附图说明
图1为云母带的结构示意图。
图2为云母带的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅做举例而已，同时通过说明，将更加清楚地理解本发明的优点。本领域的普通的技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。实施例中所述的位置关系均与附图所示一致，实施例中其他未详细说明的部分均为现有技术。
云母带的结构如图1所示，整体呈层状叠合结构，外层为云母纸层1，中间层为胶粘剂层2，内层为无碱玻璃纤维布3。
云母带的制备工艺流程图如图2所示。
实施例1
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为160g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的10％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的30％，导热填料由质量比为200:10的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为微米级SiO2粒子，该表面处理剂为硅烷偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的70％，为酚醛环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为25g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤如下：
步骤一、制备导热填料：将无机填料粒子与表面处理剂混合均匀后，加入无水乙醇，在80±2℃温度条件下回流反应4h后，真空干燥得到导热填料；
步骤二、制备胶粘剂层材料：将导热填料加入到胶粘剂中，经高速分散、研磨后得到胶粘剂层材料；
步骤三、制备胶粘剂层2：将胶粘剂层材料注入到胶槽中，胶粘剂层材料通过胶槽中设置的真空充气震动搅动装置不间断地搅动，将无碱玻璃纤维布3通过胶槽中的上胶辊，在无碱玻璃纤维布3一侧表面上涂布胶粘剂层材料，得到胶粘剂层2；
步骤四、制备云母带胚料：将云母纸层1附着于胶粘剂层2上，并在云母纸层1的表面涂布固含量为5wt％的环氧树脂胶粘剂，得到云母带胚料；
步骤五、将云母带胚料经过烘道烘干，烘干温度为100℃，烘干的时间为10分钟，收卷分切得到高导热系数的云母带。
实施例2
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为160g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的10％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的30％，导热填料由质量比为200:10的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为纳米级SiO2粒子，该表面处理剂为硅烷偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的70％，为酚醛环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为25g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为150g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的10％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的40％，导热填料由质量比为200:10的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为质量比为1:1的纳米级SiO2粒子与微米级α-Al2O3粒子的混合物，该表面处理剂为硅烷偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的60％，为酚醛环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为25g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤如下：
步骤一、制备导热填料：将无机填料粒子与表面处理剂混合均匀后，加入无水乙醇，在80±2℃温度条件下回流反应4h后，真空干燥得到导热填料；
步骤二、制备胶粘剂层材料：将导热填料加入到胶粘剂中，经高速分散、研磨后得到胶粘剂层材料；
步骤三、制备胶粘剂层2：将胶粘剂层材料注入到胶槽中，胶粘剂层材料通过胶槽中设置的真空充气震动搅动装置不间断地搅动，将无碱玻璃纤维布3通过胶槽中的上胶辊，在无碱玻璃纤维布3一侧表面上涂布胶粘剂层材料，得到胶粘剂层2；
步骤四、制备云母带胚料：将云母纸层1附着于胶粘剂层2上，并在云母纸层1的表面涂布固含量为8wt％的环氧树脂胶粘剂，得到云母带胚料；
步骤五、将云母带胚料经过烘道烘干，烘干温度为125℃，烘干的时间为8分钟，收卷分切得到高导热系数的云母带。
实施例4
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为148g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的10％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的50％，导热填料由质量比为200:20的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为质量比为2:1:1的纳米级SiO2粒子、微米级MgO粒子、微米级ZnO粒子的混合物，该表面处理剂为酞酸酯偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的50％，为双酚A型环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为24g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤与实施例3相同。
实施例5
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为160g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的10％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的40％，导热填料由质量比为200:10的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为质量比10:3:1的纳米级BN填料粒子、微米级α-Al2O3填料粒子、纳米级SiO2填料粒子的混合物，该表面处理剂为硅烷偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的60％，为酚醛环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为25g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤与实施例3相同。
实施例6
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为160g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的10％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的40％，导热填料由质量比为200:10的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为质量比10:3:1的纳米级BN填料粒子、微米级α-Al2O3填料粒子、纳米级Si3N4填料粒子的混合物，该表面处理剂为酞酸酯偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的60％，为双酚A型环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为25g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤与实施例3相同。
实施例7
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为172g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的15％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的50％，导热填料由质量比为200:5的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为质量比3:2的纳米级BN填料粒子和微米级AlN填料粒子的混合物，该表面处理剂为酞酸酯偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的50％，为双酚A型环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为30g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤与实施例3相同。
实施例8
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为172g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的15％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的50％，导热填料由质量比为200:5的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为质量比1:2的微米级α-Al2O3填料粒子和微米级AlN填料粒子的混合物，该表面处理剂为酞酸酯偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的50％，为双酚A型环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为30g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤如下：
步骤一、制备导热填料：将无机填料粒子与表面处理剂混合均匀后，加入无水乙醇，在80±2℃温度条件下回流反应4h后，真空干燥得到导热填料；
步骤二、制备胶粘剂层材料：将导热填料加入到胶粘剂中，经高速分散、研磨后得到胶粘剂层材料；
步骤三、制备胶粘剂层2：将胶粘剂层材料注入到胶槽中，胶粘剂层材料通过胶槽中设置的真空充气震动搅动装置不间断地搅动，将无碱玻璃纤维布3通过胶槽中的上胶辊，在无碱玻璃纤维布3一侧表面上涂布胶粘剂层材料，得到胶粘剂层2；
步骤四、制备云母带胚料：将云母纸层1附着于胶粘剂层2上，并在云母纸层1的表面涂布固含量为8wt％的环氧树脂胶粘剂，得到云母带胚料；
步骤五、将云母带胚料经过烘道烘干，烘干温度为70℃，烘干的时间为15分钟，收卷分切得到高导热系数的云母带。
实施例9
本实施例所制备的云母带中，云母纸层1为大鳞片云母纸，面密度为165g/㎡。胶粘剂层2占云母带总质量的8％，由导热填料和胶粘剂组成；导热填料占胶粘剂层2总质量的50％，导热填料由质量比为200:1的无机填料粒子与表面处理剂制备而成，该无机填料粒子为纳米级BN填料粒子，该表面处理剂为酞酸酯偶联剂；胶粘剂占胶粘剂层2总质量的50％，为双酚A型环氧树脂。无碱玻璃纤维布3的面密度为25g/㎡。
本实施例云母带的制备步骤与实施例8相同。
将本发明实施例1-9云母带以及市面上常见的玻璃布云母带和高导热云母带进行性能测试，测试结果见表1。
表1云母带性能测试结果
从表1可得知，本发明实施例1-9所制备的云母带厚度为0.16mm，其导热系数≥0.45w/(m·k)，远大于市面上常见的玻璃布云母带，本发明的云母带所制成的电机绕组温升相比于市面上常见的玻璃布云母带，至少降低了10K以上。另外，本发明实施例5的云母带在0.16mm厚度情况下，其导热系数及制成的电机绕组温升和0.18mm厚的市面高导热云母带相当，本发明的云母带可使得电机绕组绝缘厚度减薄的情况下，降低电机绕组温升。
以上结合附图及具体实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高导热系数的云母带，其特征在于：所述的云母带由外层的云母纸层(1)，中间层的胶粘剂层(2)和内层的无碱玻璃纤维布(3)构成；
所述的云母纸层(1)包括大鳞片云母纸；
所述的胶粘剂层(2)包括导热填料和胶粘剂，所述的胶粘剂层(2)占云母带总质量的8-15％，所述的导热填料占胶粘剂层(2)总质量的30-50％；
所述的导热填料由质量比为200:(1-20)的无机填料粒子与表面处理剂制备而成；所述的无机填料粒子为微米级和/或纳米级的SiO2、α-Al2O3、MgO、ZnO、Si3N4、AlN和BN中的至少一种，所述的表面处理剂为硅烷偶联剂或酞酸酯偶联剂；
所述的胶粘剂为酚醛环氧树脂或双酚A型环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的一种高导热系数的云母带，其特征在于：所述的云母纸层(1)的面密度为148-172g/㎡。
3.根据权利要求2所述的一种高导热系数的云母带，其特征在于：所述无碱玻璃纤维布(3)的面密度为24-30g/㎡。
4.根据权利要求3所述的一种高导热系数的云母带，其特征在于：所述的导热填料为质量比10:3:1的纳米级BN填料粒子、微米级α-Al2O3填料粒子、纳米级SiO2填料粒子的混合物。
5.一种权利要求1-4中任意一项所述的高导热系数的云母带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备导热填料：将无机填料粒子与表面处理剂混合均匀后，加入无水乙醇，在80±2℃温度条件下回流反应一段时间后，真空干燥得到导热填料；
步骤二、制备胶粘剂层材料：将导热填料加入到胶粘剂中，经高速分散、研磨后得到胶粘剂层材料；
步骤三、制备胶粘剂层(2)：将胶粘剂层材料注入到胶槽中，将无碱玻璃纤维布(3)通过胶槽中的上胶辊，在无碱玻璃纤维布(3)一侧表面上涂布胶粘剂层材料，得到胶粘剂层(2)；
步骤四、制备云母带胚料：将云母纸层(1)附着于胶粘剂层(2)上，并在云母纸层(1)的表面涂布环氧树脂胶粘剂，得到云母带胚料；
步骤五、将云母带胚料经过烘道烘干后，收卷分切得到高导热系数的云母带。
6.根据权利要求5所述的一种高导热系数的云母带的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中，胶粘剂层材料通过胶槽中设置的真空充气震动搅动装置不间断地搅动。
7.根据权利要求6所述的一种高导热系数的云母带的制备方法，其特征在于：所述的步骤四中，环氧树脂胶粘剂的固含量为0.5-10wt％。
8.根据权利要求6或7所述的一种高导热系数的云母带的制备方法，其特征在于：所述的步骤五中，云母带胚料通过烘道烘干的温度为70-125℃，烘干的时间为5-15分钟。
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