CN114927259A - 一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法。高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带由一层或两层高导热玻璃丝布补强材料、一层粘接材料层和一层高介电强度粉云母纸层复合组成。由高导热填料与胶黏剂复合而成高导热粘接材料,然后与玻璃丝布复合,加热烘干制备成高导热玻璃丝布;高导热玻璃丝布浸胶,高介电强度粉云母纸与其复合;如果是单层高导热玻璃丝布浸胶与高介电强度粉云母纸复合后,还需要在另一测云母纸表面涂覆隔离层;烘培后冷却成卷,分切制成云母带。本发明介电强度≥45kV/mm的云母带制造的线棒绝缘导热性能不小于0.35W/(m·k),击穿场强≥30kV/mm。
Description
技术领域
本发明涉及电机绝缘领域,尤其涉及一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法。
背景技术
大中型发电机是国家经济发展的动力来源,随着发电机容量不断增大,绝缘材料的耐热级不断提高,从50~60年代A级(90℃)绝缘发展到70~80年代B级(130℃)绝缘,80年代末期又发展到F级绝缘(155℃),每一次耐热级的提高都是一场绝缘材料的结构性改变,但是绝缘材料的导热性一直没有提高。定子绕组主绝缘导热性能提高后,在保持电机体积、额定电压和电机温升不变的基础上,能进一步提高机组的容量,提高了整机的经济技术指标,因此发电机主绝缘材料又有了新的发展要求,迫切需要提高定子绕组主绝缘材料的导热性能。另外国内外许多电厂的发电机组运行时间将要或已达到使用年限,在机组更新改造时保持其体积、额定电压、定子主绝缘厚度不变,利用高导热(High thermalconductive,HTC)绝缘能提高机组容量,减少了机组改造费用和提高了机组的经济效益,因此HTC绝缘在旧机组增容改造方面也有着广阔的市场前景。
国外高导热VPI绝缘材料的研究进展显著,已经开始应用在大型空冷或氢冷发电机的样机上。由于国内一直以多胶模压绝缘体系为主,20世纪末期国内开始研究高导热多胶主绝缘材料,研究历史尽管较短,但是涉足此方向的高校、企业及科研单位较多。国内电机定子线棒的主绝缘的绝缘结构由环氧桐马酸酐胶粘剂、云母纸与玻璃丝布复合构成,其中胶粘剂、云母、玻璃丝布的导热系数分别为0.17W/(m·k)~0.22w/(m·k)、0.3W/(m·k)~0.6W/(m·k)、0.8W/(m·k)~1.2W/(m·k),由于胶粘剂的导热系数最低,因此大部分研究人员的研究方向主要集中在提高绝缘胶粘剂的导热性能。1997年桂林电器科学研究所、申请单位、绝缘材料厂和合作单位开始联合立项研究,研究的重点方向是首先制造高导热胶粘剂,然后利用高导热胶粘剂将云母纸与玻璃丝布复合在一起,制造出高导热多胶粉云母带。从三合一的普通多胶粉云母带到四合一的高导热多胶粉云母带的生产过程中,由于加入高导热填料,给云母带的研制和生产及绝缘热压固化成型工艺带来了一系列问题,其中存在的根本性问题(云母带中云母含量减少)一直无法解决,经过20多年的发展一直无法应用。
鉴于国内部分企业及国外已开发少胶VPI(真空压力浸渍)高导热绝缘材料,但是不适用于我国多胶模压绝缘体系,因此开发高介电强度的高导热多胶绝缘材料已到刻不容缓的地步。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是为了保证电机定子线棒主绝缘电气性能稳定的同时,提高其导热性能和介电强度,提供一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,本发明可靠性好,解决了国内在高导热绝缘材料研究中一直存在的击穿强度低、电老化性能差、包扎工艺性差等问题,使高导热绝缘材料有望应用在大型电机上。
本发明的技术方案为:
步骤一:高导热填料进行表面活化处理:将表面活化剂与溶剂制备成溶液,然后加入高导热填料,高导热填料、表面活化剂及溶剂的质量百分比为100%:0.5%~1.0%:100%,搅拌10min~30min,混合液在120℃进行烘干处理,得到表面活化的高导热填料;
步骤二:高导热填料表面活化处理后与胶粘剂复合制备成高导热粘接材料,由电工无碱玻璃丝布再与高导热粘接材料复合制备成高导热玻璃丝布,其中高导热填料在电工无碱玻璃丝布上相互连接形成导热通道,高导热玻璃丝布相较于电工无碱玻璃丝布,其厚度基本不变;
步骤三:选择优质的粉云母浆料与芳纶纤维浆料混合后,经过抄取、干燥、压制、裁剪而制成高介电强度云母纸;
步骤四:高导热玻璃丝布涂敷粘接材料,与高介电强度云母纸复合成高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,其厚度相较于电工无碱玻璃丝布与高介电强度粉云母纸的厚度之和基本不变。
在上述高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法中,所述步骤一中高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其中高导热填料由BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C和BeO中的一种或两种构成;选用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂对高导热填料表面进行活化处理。
在上述高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法中,所述步骤二中高导热粘接材料的制造要求如下:
由表面活化的高导热填料与胶黏剂按照质量比为30%~200%:100%进行混合,搅拌30min~60min后而制成高导热粘接材料;
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种高分子材料构成:环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺;
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种橡胶材料构成:乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶;
在上述高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法中,所述步骤三中高介电强度的云母纸制造要求如下:
高介电强度的云母纸为煅烧型高电压白云母粉与芳纶纤维复合材料,其云母定量在100g/m2~200g/m2之间,其中粉云母含量与芳纶纤维含量比例为100:4~12,芳纶纤维长度为1~6mm,纤度为5~400旦;
芳纶纤维包含芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维,芳纶短切纤维:芳纶沉析纤维=1:4~6;
芳纶纤维为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维或聚对苯二甲酰对苯二胺纤维;高介电强度云母纸的介电强度大于36kV/mm。
在上述高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法中,所述步骤四中云母带制造要求如下:
高导热玻璃丝布涂敷的粘接材料为下面一种材料:环氧桐油酸酐树脂、环氧桐马酸酐树脂和环氧酚醛树脂;
高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含两层所述高导热玻璃丝布层,高介电强度粉云母纸层位于两层所述高导热玻璃丝布层之间;
高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含一层所述高导热玻璃丝布层;
高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的介电强度≥45kV/mm。
由于采用了上述方案,本发明的有益效果是:
1.将导热填料先与玻璃丝布复合在一起,使复合玻璃丝布厚度几乎无变化,然后玻璃丝布再与云母纸复合成云母带,使云母带的厚度几乎无变化,保证了高导热云母带中云母含量不变(云母是绝缘材料中起到主要电气性能的材料),解决了因云母含量降低而导致出现绝缘击穿强度和耐电老化性能下降的问题。
2.通过控制高导热玻璃丝布的厚度、胶黏剂的用量、云母纸的用量,有效避免了出现云母带厚度偏大而导致云母带偏硬的问题,保证了云母带包扎工艺稳定性,解决了以往高导热云母带包扎时不伏贴的工艺性问题。
3.云母纸中掺杂芳纶纤维制备出高介电强度的云母纸复合材料,提高了云母纸的机械强度和电气强度及柔韧性能,保证了所述的云母带制造工艺及质量的稳定性。
4.云母带的介电强度≥45kV/mm,云母带制作高导热定子线棒后,线棒绝缘层导热性能不小于0.35W/(m·k),击穿场强≥33kV/mm,线棒介电损耗值tanδ0.2UN(UN为线棒额定电压)<1.0%,tanδ0.6UN-tanδ0.2UN<0.5%;热态介质损耗(0.6UN,155℃)<5.0%;定子线圈击穿电压大于6UN;定子线圈2UN电老化寿命均大于500h,3UN电老化寿命均大于10h。
5.本发明可推广到24kV及以上更高耐压等级的火电、水电或核电定子线棒主绝缘结构上,具有广泛的应用前景,为水电百万、火电百万、核电百万机组的高导热定子线圈制造奠定了可靠的技术基础。
附图说明
图1为玻璃丝布的结构示意图;
图2为高导热玻璃丝布的结构示意图;
图3为两层高导热玻璃丝布的高介电强度高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带结构示意图;
图4为一层高导热玻璃丝布的高介电强度高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:如图3与图4所示,本实施方式提供了一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,所述方法是通过如下步骤实现的:
步骤一:高导热填料进行表面活化处理:将表面活化剂与溶剂制备成溶液,然后加入高导热填料,高导热填料、表面活化剂及溶剂的质量百分比为100%:0.5%~1.0%:100%,搅拌10min~30min,混合液在120℃进行烘干处理,得到表面活化的高导热填料;
步骤二:高导热填料表面活化处理后与胶粘剂复合制备成高导热粘接材料,由电工无碱玻璃丝布再与高导热粘接材料复合制备成高导热玻璃丝布,其中高导热填料在电工无碱玻璃丝布上相互连接形成导热通道,高导热玻璃丝布相较于电工无碱玻璃丝布,其厚度基本不变;
步骤三:选择优质的粉云母浆料与芳纶纤维浆料混合后,经过抄取、干燥、压制、裁剪而制成高介电强度云母纸;
步骤四:高导热玻璃丝布涂敷粘接材料,与高介电强度云母纸复合成高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,其厚度相较于电工无碱玻璃丝布与高介电强度粉云母纸的厚度之和基本不变。
本实施方式中,高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带由高导热玻璃丝布层1、粘接材料层2和高介电强度粉云母纸层3复合而成,由所述粉云母带制作的定子线棒主绝缘导热率不小于0.35W/(m·k),击穿场强≥33kV/mm。
具体实施方式二:本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤一作进一步限定,本实施方式中,所述步骤一中的填料粒径由0.1μm~10μm,其中高导热填料由BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C和BeO中的一种或两种构成;选用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂对高导热填料表面进行活化处理。
本实施方式中,表面活化的高导热填料提高了高导热填料颗粒与胶黏剂之间的相容性。
具体实施方式三:本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤二作进一步限定,本实施方式中,所述步骤二中的高导热粘接材料的制造要求如下:
由表面活化的高导热填料与胶黏剂按照质量比为30%~200%:100%进行混合,搅拌30min~60min后而制成高导热粘接材料;
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种高分子材料构成:环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺;
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种橡胶材料构成:乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶;
玻璃丝布如图1所示,高导热粘接材料与玻璃丝布复合后制作成的高导热玻璃丝布如图2所示。
本实施方式中,高导热玻璃丝布厚度与原玻璃丝布厚度一致,不会导致云母带厚度增大,避免了云母带厚度增大而出现云母带偏硬及云母含量降低的问题,保证了高导热云母带电气性能和包扎工艺性能。
具体实施方式四:本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤三作进一步限定,本实施方式中,所述步骤三中高介电强度的云母纸制造要求如下:
高介电强度的云母纸为煅烧型高电压白云母粉与芳纶纤维复合材料,其云母定量在100g/m2~200g/m2之间,其中粉云母含量与芳纶纤维含量比例为100:4~12,芳纶纤维长度为1~6mm,纤度为5~400旦;
芳纶纤维包含芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维,芳纶短切纤维:芳纶沉析纤维=1:4~6;
芳纶纤维为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维或聚对苯二甲酰对苯二胺纤维;高介电强度云母纸的介电强度大于36kV/mm。
本实施方式中,云母纸中较高的云母定量有效保证了云母带中云母含量不降低而具有优良的电气性能。
具体实施方式五:本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤四作进一步限定,本实施方式中,所述步骤四中云母带制造要求如下:
高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含两层所述高导热玻璃丝布层,高介电强度粉云母纸层位于两层所述高导热玻璃丝布层之间,如图3所示;
高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含一层所述高导热玻璃丝布层,如图4所示,高导热玻璃丝布粘接在高介电强度云母纸一侧,云母纸另一侧表面需要涂敷隔离层4;
高导热玻璃丝布单面补强高介电强度云母纸时,该隔离层4的原料组分组成和质量配比包括:含氢硅油树脂100份、铂络合物催化剂0.5~0.9份、以及溶剂235~1920份;
含氢硅油树脂中氢的质量百分比含量为1.55%~1.6%;将含氢硅油树脂溶解在溶剂中,混合均匀,再加入含铂络合物催化剂搅拌均匀,即制得隔离层材料,在云母带收卷前进行预热烘干处理时,隔离层材料交联成薄膜材料,避免了云母带在收卷时云母带相互之间的粘连;
高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的介电强度≥45kV/mm。
本实施方式中,高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,其厚度相较于电工无碱玻璃丝布与高介电强度粉云母纸的厚度之和基本不变,有效保证了云母含量,避免了高导热绝缘出现介电强度低、电老化性能差等问题。
Claims (5)
1.一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,其特征包括如下步骤:
步骤一:高导热填料进行表面活化处理:将表面活化剂与溶剂制备成溶液,然后加入高导热填料,高导热填料、表面活化剂及溶剂的质量百分比为100%:0.5%~1.0%:100%,搅拌10min~30min,混合液在120℃进行烘干处理,得到表面活化的高导热填料;
步骤二:高导热填料表面活化处理后与胶粘剂复合制备成高导热粘接材料,由电工无碱玻璃丝布再与高导热粘接材料复合制备成高导热玻璃丝布,其中高导热填料在电工无碱玻璃丝布上相互连接形成导热通道,高导热玻璃丝布相较于电工无碱玻璃丝布,其厚度基本不变;
步骤三:选择优质的粉云母浆料与芳纶纤维浆料混合后,经过抄取、干燥、压制、裁剪而制成高介电强度云母纸;
步骤四:高导热玻璃丝布涂敷粘接材料,与高介电强度云母纸复合成高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,其厚度相较于电工无碱玻璃丝布与高介电强度粉云母纸的厚度之和基本不变。
2.根据权利要求1所述的一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,其特征是:所述步骤一中高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其中高导热填料由BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C和BeO中的一种或两种构成;选用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂对高导热填料表面进行活化处理。
3.根据权利要求1所述的一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,其特征是:所述步骤二中高导热粘接材料的制造要求如下:
由表面活化的高导热填料与胶黏剂按照质量比为30%~200%:100%进行混合,搅拌30min~60min后而制成高导热粘接材料;
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种高分子材料构成:环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺;
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种橡胶材料构成:乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,其特征是:所述步骤三中高介电强度的云母纸制造要求如下:
高介电强度的云母纸为煅烧型高电压白云母粉与芳纶纤维复合材料,其云母定量在100g/m2~200g/m2之间,其中粉云母含量与芳纶纤维含量比例为100:4~12,芳纶纤维长度为1~6mm,纤度为5~400旦;
芳纶纤维包含芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维,芳纶短切纤维:芳纶沉析纤维=1:4~6;
芳纶纤维为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维或聚对苯二甲酰对苯二胺纤维;高介电强度云母纸的介电强度大于36kV/mm。
5.根据权利要求1所述的一种高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带及制造方法,其特征是:所述步骤四中云母带制造要求如下:
高导热玻璃丝布涂敷的粘接材料为下面一种材料:环氧桐油酸酐树脂、环氧桐马酸酐树脂和环氧酚醛树脂;
高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含两层所述高导热玻璃丝布层,高介电强度粉云母纸层位于两层所述高导热玻璃丝布层之间;
高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含一层所述高导热玻璃丝布层;
高介电强度的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的介电强度≥45kV/mm。
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