CN116368183A - 用于旋转高压电机的电晕屏蔽带、其用途和电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于旋转高压电机的电晕屏蔽带,特别是反应性电晕屏蔽带,该电机包括可通过真空压力浸渍“VPI”工艺制成的绝缘系统,其中由于担心酸酐对呼吸道的致敏作用,VPI工艺中用于浸渍电晕屏蔽带的浸渍剂优选以无酸酐形式存在。基于可通过用无酸酐浸渍剂浸渍制成的新一代绝缘系统,通过本发明首次公开了电晕屏蔽带,在其中可放置快速引发均聚的带促进剂。带促进剂以超强酸盐的形式存在,并且在至少部分包含聚乙烯醇作为聚合物基质的电晕屏蔽带中稳定储存长达6个月。
Description
本发明涉及用于旋转高压电机的电晕屏蔽带,特别是反应性电晕屏蔽带,该电机包括可通过真空压力浸渍工艺(VPI)工艺制成的绝缘系统,其中由于担心酸酐对呼吸道的致敏作用,VPI工艺中的浸渍剂优选以无酸酐形式存在。此外,本发明还涉及这种电晕屏蔽带的用途以及具有可通过使用该电晕屏蔽带制成的绝缘系统的电机。
根据旋转电机的额定电压,在制造绝缘系统时使用绝缘系统部件的不同组合。例如,在额定电压约大于2kV的电机中,在槽出口位置具有用于场均衡的导电层,即外部电晕屏蔽,AGS。从约6kV的额定电压开始,AGS通常在末端通过端部电晕屏蔽EGS加强,并且从约12kV的额定电压开始,绝缘系统在主绝缘体处还通过内部电位控制IPS加强。
由于对绝缘系统,特别是可由VPI制成的绝缘系统的浸渍剂中迄今通常使用含酸酐的交联剂的生理担心,酸酐越来越多地被无酸酐浸渍剂替代。这种替代带来了一系列调整问题,因为本身包含有机粘合剂,例如带胶粘剂、基于聚合物的基质材料以及恰好在反应性电晕屏蔽带的情况下的固化催化剂的卷绕带和/或电晕屏蔽带应与新使用的无酸酐浸渍剂适配。
迄今还没有用于具有AGS、EGS和/或IPS且包括电晕屏蔽带以及其一些敏感组分,例如带胶粘剂、聚合物基质、填料、其涂层和无酸酐浸渍剂的绝缘系统的配方,其可在常见的VPI工艺中加工成可用的绝缘系统。
IPS和AGS的导电层通常由含炭黑和/或含石墨且基于聚合物基质的复合材料组成。复合材料的任何组分,即炭黑/石墨和聚合物基质都不抗局部放电。如果局部放电击中导电层,例如炭黑与周围的氧气反应形成CO2。这同样适用于聚合物基质。
主绝缘体或AGS、EGS和IPS通常通过用浸渍剂浸渍的云母带或电晕屏蔽带的卷绕形成。在此,主绝缘体的云母带通常含有阻隔材料,如绝缘云母,而电晕屏蔽带包含导电或部分导电填料,如炭黑等。与单VPI相比,在全VPI的情况下,IPS、AGS和/或EGS通常作为带施加,优选在尚未浸渍的线圈/线棒上,并随后——特别优选地——在浸渍过程中用浸渍剂浸渍。
特别地,迄今常见的最适合于含酸酐的浸渍剂的叔胺和/或有机锌盐不再能用作新型无酸酐浸渍剂的所谓的带促进剂,因为它们与其在VPI工艺条件下仅不充分地交联。这最终导致AGS、EGS、IPS和/或主绝缘体的部件中的未固化软区域和/或低玻璃化转变温度的聚合物。局部也应避免低玻璃化转变温度,因为这些区域的机械和电性能不足并导致明显过早的劣化。在运行期间,这些低耐受区域会迅速发生热和电性能劣化或破坏。
电晕屏蔽带作为绝缘系统的部件用于旋转高压电机。旋转高压电机例如是发电厂中用于产生电能的发动机或发电机。这种旋转高压电机尤其具有在强度和可靠性方面受到特别高要求的定子绕组。特别地,在定子绕组的主绝缘体和叠片铁芯之间的界面处,特别是在从约2kV额定电压开始的旋转电机的情况下,定子绕组的绝缘系统承受高热、热机械、动态和机电运行负荷,由此定子绕组的绝缘系统因局部放电而损坏的风险高。
所述定子绕组具有导体复合件,该导体复合件通过主绝缘体电绝缘并且安装在位于叠片铁芯中的槽中。当旋转电机运行时,定子暴露于交变热负荷,由于导体、主绝缘体和叠片铁芯的不同热膨胀速度和热导率引起,由此在主绝缘体中产生机械负荷。结果,可能会发生主绝缘体的局部有限脱离,从而在主绝缘体和叠片铁芯之间形成空腔,在空腔中可能点燃局部放电。局部放电会导致主绝缘体损坏,这在最坏的情况下会导致叠片铁芯和导体之间发生接地,由此使得电机无法再运行。具有其主绝缘体的导体通常在槽出口处突出,导体和主绝缘体之间的界面布置在此处,其形成滑动布置。例如,这可以在EP 2362399B 1的图1中看到,其中那里所示的涡轮发电机定子的局部示意性地对应于这里探讨的槽出口位置。
绕组相对于叠片铁芯的主绝缘体是高负荷电系统。在运行期间产生高电压,该高电压必须在导体线棒和处于地电位的叠片铁芯之间的绝缘体积中消散。在叠片铁芯的叠片边缘会出现场增强,其本身引起局部放电并最终导致过早老化,并在最坏的情况下破坏绝缘。
定子线棒/线圈腿从叠片铁芯的出口位置,即槽出口位置的特征在于两种绝缘材料(气态和固态)和AGS和/或IPS或叠片铁芯的相遇。在这个区域中,形成聚合状态为固态的主绝缘体和气态介质(通常是空气或氢气)之间的边界层。通过主绝缘体和空气之间所产生的介电分隔面,产生经典的滑动布置,其除了垂直于导体并出现在叠片铁芯区域中的纯径向场分量Erad之外,还具有沿导体向AGS末端产生的切向场分量Etan。由此切向受负荷的界面,例如主绝缘体与空气的界面代表绝缘装置中的特殊弱点。
由于空气的低电强度,即使在外部电晕屏蔽“AGS”末端的三相点“叠片铁芯-绝缘系统-空气”区域中的电压相对低的情况下,也会发生局部放电,其在洁净表面的情况下由约0.5kV/mm的局部切向场增强引起,其在电压进一步升高至沿绝缘材料表面的沿面放电时可蔓延至电击穿,电击穿的特征在于导体对地短路。
为了抑制电沿面放电,在旋转电机的情况下除了外部电晕屏蔽“AGS”外从6kV的额定电压开始将端部电晕屏蔽“EGS”形式的阻容性场控制连接到AGS。在计算和设计端部电晕屏蔽时,应注意系统上的最高电热负载不会在运行电压下,而是相反地在用提高的测试电压检查绝缘系统时出现。长期而言,绝缘材料会因在表面形成沿面放电而被破坏。与外部电晕屏蔽一样,端部电晕屏蔽是直接在主绝缘体表面上的电阻涂层。与表面电阻为约1000-10000欧姆的“AGS”外部电晕屏蔽相比,“EGS”端部电晕屏蔽具有明显更高的表面电阻,其被设计为非线性的,在100V/mm的场强下为约5x109欧姆。一般来说,EGS的相关电阻范围可以指定为2x108欧姆至1x1013欧姆。
特别地,由于加热、电腐蚀和化学降解会破坏EGS,从而损坏绝缘系统,最终由于端部电晕屏蔽的破坏而导致闪络。由于局部发热,由于工作点的变化也会导致绝缘系统功能的干扰和导致介电损耗的增加。
AGS具有一定的方块电阻,其不得低于或超过一定的下限和上限。在低于限值时,通过叠片铁芯的端部和外部电晕屏蔽闭合的高感应环流会导致叠片铁芯中的两个叠片之间的强电流电弧,从而导致高电损耗。在电阻太高时,又可能会发生高压火花腐蚀,其中此时AGS不再起到场均衡的作用,而是起到绝缘作用。理想情况下,外部电晕屏蔽在电阻行为方面具有明显的各向异性;切向,即轴向方向的电阻应高,而径向方向的电阻应低。
然而,在实践中,AGS的这种理想性能无法实现,因此迄今AGS在切向方向上的电阻始终低于径向方向上。这些现象也可以在相关专业文献中阅读,例如A.Küchler的“Hochspannungstechnik”,Springer Verlag,第15卷,2009ISBN 3-540-78412-8以及M.Liese和M.Brown的“Design Dependent Slot Discharge and Vibration Sparking onHigh Voltage Windings”,IEEE Trans DIE,2008年8月,第927-932页。
因此,本发明的目的是提供用于在VPI工艺中进一步加工的电晕屏蔽带,其包括载体带、至少一种用于浸渍树脂的带促进剂、和至少一种具有导电的、任选涂覆的填料的聚合物基质材料,其中包含在电晕屏蔽带中的带促进剂适用于在VPI工艺中对无酸酐浸渍剂,特别是基于环氧树脂的浸渍剂的固化起促进作用。
该目的的实现方式通过如说明书、权利要求和附图中所公开的本发明的主题提供。
因此,本发明的主题是用于进一步加工成绝缘系统的电晕屏蔽带,其具有绕组和通过外部电晕屏蔽和/或内部电位控制和/或端部电晕屏蔽的电位控制,所述绝缘系统可例如通过VPI浸渍通过在45℃至85℃和真空下用无酸酐和基于树脂的浸渍剂浸渍该绕组制成,其中所述电晕屏蔽带包括至少一个载体带、聚合物基质中的导电或部分导电填料和至少一种适用于使浸渍剂固化和/或胶凝的带促进剂,其特征在于,所述聚合物基质包含至少一种聚乙烯醇和/或聚乙烯醇共聚物,并且所述至少一种带促进剂选自超强酸盐,其中其适用于促进所述基于树脂的无酸酐浸渍剂的阳离子均聚。
基于树脂的浸渍剂的基础优选是环氧树脂,特别是环氧树脂混合物,例如包含一种或多种脂环族环氧树脂的环氧树脂混合物。该混合物中还可以包含例如硅氧烷,以使得在浸渍剂固化时获得主链包含-O-SiR2-O单元的热固性材料。
根据本发明的一个有利实施方案,浸渍剂是特别地不含邻苯二甲酸酐或不含邻苯二甲酸酐衍生物的树脂、或基于环氧树脂的树脂混合物,优选包含至少一种脂环族环氧树脂和基于双酚A-二缩水甘油醚的环氧树脂和/或基于双酚F-二缩水甘油醚的环氧树脂和/或基于环氧酚醛清漆的环氧树脂。例如,存在基于脂环族环氧树脂和双酚A-二缩水甘油醚的混合比为50:50至90:10,特别是混合比为80:20(m/m)的浸渍树脂混合物。
例如,聚合物基质包含带胶粘剂和——至少部分——溶解和/或细分散在其中的带促进剂,也称为“带催化剂”。带促进剂用于使例如在真空压力浸渍(VPI)中作用于电晕屏蔽带和定子绕组的主绝缘体的稀液态浸渍树脂胶凝。这通常发生在45℃至85℃的高温下。浸渍后,定子叠片铁芯中的定子绕组还进行热后固化。
所述至少一种带促进剂优选存在于包含填料的聚合物基质中。在浸渍期间,这至少部分地与浸渍剂混合和/或可以至少部分地迁移到浸渍剂中并且因此用于使浸渍剂在浸渍过程的随后回火步骤中固化之前胶凝。
根据本发明的一个实施方案,例如和优选以超强酸盐形式存在的带促进剂以细分散和/或溶解的形式存在于包含至少一种聚乙烯醇的聚合物基质或带胶粘剂中。
由于电晕屏蔽带所需要和希望的储存稳定性,有利的是以超强酸和/或超强酸盐形式存在于电晕屏蔽带中的带促进剂仅在与浸渍剂接触和在45℃至85℃的高温下发生反应。先前与聚合物基质的反应是不希望的,因为带促进剂此时会将“消耗”,浸渍剂不再能固化、胶凝或固化。因此,本发明的关键点在于带促进剂虽然以极具反应性的超强酸和/或其衍生物的形式存在,但在高达70℃的条件下不与或以不明显的量与电晕屏蔽带的聚合物基质反应。
载体带中所含的促进剂的量例如为0.1g/m2至15g/m2,特别是0.25g/m2至10g/m2,优选量为0.5g/m2至5g/m2。
在此,绝缘系统的部件中嵌入的带促进剂和带促进剂浓度可以相同或不同。
在此尤其涉及的“绝缘系统的部件”例如是
-主绝缘体的绕组——其没有导电或部分导电填料,因为主绝缘体是电绝缘的,
-IPS、AGS和/或EGS的绕组,其具有分级导电性或部分导电性,见上文。
为了避免局部放电,具有内部和外部导电层的绕组线棒/线圈的主绝缘体可以被屏蔽以防空腔和脱离,如上所述同样通过内部电位控制IPS和AGS。可以与AGS连接地施加EGS。
从EP 2362399和DE 19839285 C1中已知电晕屏蔽带,其中存在结合在聚合物基质中的平面填料。所述平面填料由涂有经掺杂的金属氧化物,例如氧化钛和/或氧化锡的云母基材组成。特别地,这种填料比碳基填料更能抵抗局部放电。
原则上,在填充有平面填料的聚合物基质中,带方向上的电阻明显低于垂直穿过带的电阻,这又降低径向方向上的电导率。通过添加以石英材料或石英粉(其又同样涂有经掺杂的金属氧化物)作为基材的圆形填料,可以降低径向电阻。
根据一个优选实施方案,导电和/或部分导电填料具有至少一种选自炭黑、石墨、碳纳米管-CNT、掺锑的氧化锡、碳化硅和/或掺铝的碳化硅的组分,其中所述各自组分可以掺杂或未掺杂、涂覆或未涂覆、掺杂且涂覆或未掺杂但涂覆的形式存在。
为了减少外部电晕屏蔽的端部区域的场强增加,使用容阻性场控制。容性控制通过主绝缘体实现,而阻性控制通过端部电晕屏蔽(EGS)实现。这些是导电表面涂层,其方块电阻在100V/mm的场强下为约108至1010欧姆。借助EGS中所用材料的电阻的强非线性,尝试将电场从高场强区域移开。其原因在于,随着电场强度的增加,比电阻降低。
欧姆表面涂层可以通过由干燥和/或可固化的树脂(其直接施加到绝缘材料表面上)涂覆和/或与经卷绕的主绝缘体的制造一起(但是其此时在主绝缘体的制造或浸渍前已作为带被卷绕)以预浸料或已固化的多孔带的形式制成。
然后用浸渍树脂和例如通过由此陈述的真空压力浸渍工艺(VPI工艺)浸渍绕组的主绝缘体。在此,通常,即根据现有技术,环氧树脂和/或环氧树脂与酸酐的混合物尤其用作固化剂。由于对呼吸道的致敏作用以及对不受限制地使用酸酐,特别是邻苯二甲酸酐或者和/或邻苯二甲酸酐衍生物作为固化剂的相应担心,在此仅使用无酸酐,特别是无邻苯二甲酸酐或无邻苯二甲酸酐衍生物的浸渍剂。例如,由WO2016/124387已知包含可均聚的无酸酐浸渍剂的基于环氧树脂的绝缘系统。
因此,反应性电晕屏蔽带包括在柔性载体,例如膜、无纺布和/或织物(这里称为“载体带”)上施加的导电和/或半导电或部分导电材料,其与载体带彼此连接并且任选地与最终的覆盖层和/或另一层借助带胶粘剂(其代表聚合物基质和/或包含聚合物基质)接合。
作为导电和/或半导电或部分导电材料,例如使用碳基填料和/或具有部分导电涂层,尤其通过掺杂实现的导电涂层(其例如由氧化钛和/或氧化锡和/或掺杂和未掺杂铝的碳化硅制成)的陶瓷材料,特别是基于云母的材料。另一方面,作为替代或补充,所提到的导电和/或半导电或部分导电材料,例如经掺杂的氧化钛和/或氧化锡和/或掺杂和未掺杂铝的碳化硅也可以没有基材(例如云母)的形式作为填料存在。
用于制造外部电晕屏蔽绕组的带包含至少一种粘合剂,通常是聚合物以及平面和/或球状和/或管状导电和/或部分导电填料的混合物,其任选地具有可能掺杂的涂层。
根据本发明的一个有利实施方案,聚合物基质包含多种聚乙烯醇。原则上,根据本发明的聚乙烯醇可以用作电晕屏蔽带的聚合物基质或聚合物基质的一部分,但是例如下面提到一些特别合适的可单独或组合使用的聚乙烯醇。
CAS号9002-89-5且重复单元的分子总式(-C2H4O-)n的聚乙烯醇是热塑性材料,作为结晶、白色至淡黄色的水溶性塑料市售常见。
与大多数乙烯基聚合物不同,聚乙烯醇不能通过相应单体的简单聚合来制造。为此必要的单体乙烯醇仅以其互变异构形式作为乙醛存在。聚乙烯醇通过聚乙酸乙烯酯的酯交换和/或碱性皂化获得。水解很容易控制。存在聚乙烯醇共聚物和各种衍生物,其中一部分的羟基被化学相似反应的基团例如硅氧烷取代。
合适的聚乙烯醇具有例如大于70mol%的水解度。在此有利地,更少或更多的羟基被含硅化合物取代。
根据本发明的一个有利实施方案,带中的聚合物基质包含具有交联部分的聚乙烯醇。以何种程度?
根据一个有利的实施方案,带中的聚合物基质包含一种或多种用醛改性和/或用三聚氰胺交联的聚乙烯醇。
根据本发明的一个有利实施方案,聚合物基质包含至少一种聚合物粘合剂,其为聚乙烯醇,其水解度为至少70mol%,特别是至少85mol%,优选至少87mol%或更多。
根据本发明的另一有利实施方案,聚合物基质包含至少一种聚乙烯醇,其中聚乙烯醇的羟基至少部分地被硅氧烷基团和/或硅烷醇基团取代。
为了检测根据本发明的一个实施方案,特别是在成品绝缘系统中的电晕屏蔽带的成分,诸如IR、UV和/或VIS光谱方法和/或扫描电子研究方法,尤其是X射线光谱,例如EDX之类的检测方法是合适的。
根据本发明的一个有利实施方案,导电填料主要包含碳基组分,例如碳改性体——优选炭黑、石墨和/或碳纳米管。
根据本发明的另一有利实施方案,导电填料包含碳化硅、未掺杂和/或掺杂的碳化硅。
根据本发明的另一有利实施方案,导电填料包含至少部分由金属氧化物,特别是混合氧化物制成的颗粒。
在此,金属和氧之间的化合物被称为金属氧化物,其中化合物中的氧在形式上,即简化地具有2倍负电荷。原则上,化合物中的氧是电负性配队物。因此称为“氧化物”。
混合氧化物——简称MOX——相应地表示其中多于一种金属阳离子存在于氧化化合物中的物质,例如钛-铝氧化物或铁-镍氧化物等。
根据本发明的一个有利实施方案,使用包含由经掺杂的氧化锡和/或经掺杂的氧化钛制成的涂层和/或由经掺杂的氧化锡和/或氧化钛组成的填料。
填料颗粒可以作为中空体、实心颗粒、经涂覆的颗粒和/或核-壳颗粒存在。
在载体带上,至少一部分,但优选不一定仅仅施加片状颗粒,它们通过聚合物基质,即粘合剂保持在一起并因此形成电晕屏蔽带。为了调节电阻,在此可能有利的是用球形,即球状的填料颗粒来补充那部分片状填料颗粒。
根据本发明的一个有利实施方案,电晕屏蔽带具有<150g/m2,优选小于100g/m2的单位面积重量。
根据一个有利实施方案,载体带包含增强纤维,所述增强纤维例如为织物和/或纤维复合材料的形式,引入在包含导电填料的聚合物基质之中和/或之上和/或与其通过粘合剂胶粘。
载体带优选具有30-60g/m2的单位面积重量。
这些增强纤维例如是玻璃纤维和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯——PET纤维。
根据一个有利实施方案,载体带涂有底漆。在此特别有利地,载体带涂有高达5g/m2的底漆。
特别被证明有利的是,载体带的底漆包含聚乙烯醇、环氧官能团和/或胺官能团。
在此,底漆表示基础涂层,增强纤维和/或载体带、载体织物的抗切割强度通过该基础涂层得到改进并准备好用聚合物基质润湿和与其结合。
根据本发明的一个有利实施方案,用包含至少一部分的导电填料和/或任选地还有至少一种带促进剂的聚合物基质涂覆载体带的量为20g/m2至100g/m2,特别是20g/m2至60g/m2,特别优选30g/m2至45g/m2。
根据本发明,电晕屏蔽带用于制造外部电晕屏蔽系统和/或内部电位控制系统和/或端部电晕屏蔽系统。
在此有利的是,由根据本发明的电晕屏蔽带制成的外部电晕屏蔽系统和/或内部电位控制系统的方块电阻和/或面电阻为0.01k欧姆至100k欧姆,其在1V/mm的场强下测量。
特别地,这种内部电位控制的方块电阻和/或面电阻值优选为0.01k欧姆至10k欧姆,优选0.01至5k欧姆,特别优选0.05至1k欧姆和/或这种外部电晕屏蔽的方块电阻值为0.1至100k欧姆,特别是0.1k欧姆至50k欧姆,特别优选1k欧姆至10k欧姆,分别在1V/mm的场强下测量。
在通过根据本发明的电晕屏蔽带制造端部电晕屏蔽的情况下有利的是,在100V/mm的场强下存在1x108至1x1012欧姆,特别是1x108至1x1012欧姆的面电阻。
本发明涉及用于高压电机的电晕屏蔽带,其包含无酸酐,特别是无邻苯二甲酸酐衍生物的环氧树脂。在此首次介绍的电晕屏蔽带通过其组分,特别是粘合性的聚合物基质和嵌入的阳离子带促进剂调节成新型的例如无烷基邻苯二甲酸酐衍生物的基于环氧树脂的VPI浸渍树脂。
所述带促进剂优选是由一种或多种含锍阳离子与一种或多种阴离子,特别是络合构造的阴离子,例如六氟锑酸根阴离子的离子源构造的化合物,它们分别适用于通过无酸酐浸渍剂制造绝缘系统的VPI工艺。
带促进剂是阳离子带促进剂,因此优选离子源构造的。特别地,带促进剂具有含锍阳离子。
例如,合适的阳离子带促进剂是属于结构式I、II或III之一的化学化合物:
超强酸盐,其具有锍阳离子结构I
阳离子结构II
阳离子结构III
在此示出的锍阳离子I、II和III与络合阴离子,例如BF4 -、PF6 -、SbF6 -、AsF6 -、SbF5(OH)-、ASF5(OH)-、Al[OC(CF3)3]4 -形成相应的超强酸盐,其在此可用作带促进剂。
“超强酸”表示比pKa值=-3的100%浓硫酸更强的酸。实例是氟磺酸、氟锑酸、全卤代碳硼烷等。
在此,结构式“结构I”表示根据本发明的一个优选实施例的带促进剂的阳离子部分。
“阳离子带促进剂”表示离子源构造的带促进剂,其阳离子在液体浸渍剂中引发预先放置的浸渍树脂的阳离子聚合,特别是阳离子均聚。
“离子源”构造的化合物表示异极性化合物,其化学反应性由化合物中存在的阳离子和阴离子决定。经典的“离子源”存在的化合物是盐。但是,具有阳离子和阴离子特征的络合结构在此也称为“离子源”构造的化合物。
“含锍阳离子”是在分子中除了所述一个阴离子或多个阴离子之外还包含可用简单的带正电荷结构II或III或由经验式[SR3]+来描述的单元的阳离子。
“烷基-芳基-锍”或“二烷基-芳基-锍”在此表示其中锍阳离子中的硫原子上的三个“R”基团中的一个或两个是烷基的含锍阳离子。烷基是由相互连接的碳和氢原子组成的分子部分。在本发明的上下文中,优选的烷基是具有1至12个碳原子的那些,其可以是支化或线性存在的。烷基在此单价地与中心硫原子相连。
根据本发明,在二烷基-芳基-锍阳离子中可以存在一个或两个烷基,它们本身可以相同或不同。
“芳基-烷基-锍或二芳基-烷基-锍”在此表示其中锍阳离子中的硫原子上的三个“R”基团中的一个或两个是芳基的含锍阳离子。芳基是单价地或通过单键悬挂在碳骨架或硫原子上并具有至少一个可部分或全部被取代或未取代的芳环的分子部分。
根据本发明,在芳基-烷基-锍阳离子中可以存在一个或两个芳基,它们本身可以相同或不同。
第三个基团可以在此是任意的,即可以是烷基或芳基,其完全或部分被取代或未取代。
芳基是具有芳族骨架的有机化学基团。其是通过去除与环键合的氢原子而衍生自芳烃的一价原子团的名称。大多数芳基衍生自苯,最简单的芳基是苯基。
根据一个优选实施方案,在锍阳离子中存在至少一个芳基。
在此优选的是,存在至少一个单环芳基,即例如具有衍生自苯的芳基结构的芳基,例如苯基或苄基。
特别地还优选的是,在含锍阳离子的芳基的单环芳族基团上存在至少一个取代基,即芳环上的氢例如被官能团或烷基取代。
所述官能团可以在此以具有或不具有杂原子,例如氧、氮、硫、磷的形式存在。
特别优选的是其中在芳环上的氢被乙酰氧基取代的芳基。
此外特别优选的是,存在与六氟锑酸根阴离子组合的含锍阳离子作为带促进剂。
电晕屏蔽带促进剂可以作为至少两种阳离子带促进剂的混合物存在,所述两种阳离子带促进剂分别具有不同的锍阳离子。阴离子可以相同或不同,特别是六氟锑酸根作为阴离子。
电晕屏蔽带促进剂,无论其作为单独的化合物还是作为混合物存在,优选具有在145℃至165℃的熔点,特别优选150℃至160℃的熔点。
本发明的主题还是反应性电晕屏蔽带用于通过用浸渍剂浸渍固体电晕屏蔽带来制造无酸酐绝缘系统的用途,其中浸渍剂包含无酸酐且含环氧基团的芳族和/或脂环族浸渍树脂。
特别是络合构造的阴离子,如六氟锑酸根阴离子适合作为阳离子带促进剂的阴离子,因此例如存在4-乙酰氧基苯基-二甲基锍-六氟锑酸盐——CAS号135691-31-5——结构I作为带促进剂。
下面借助描述本发明实施方案的应用实施例更详细地解释本发明:
通过使用结构I中提到的锍超强酸衍生物4-乙酰氧基苯基-二甲基锍-六氟锑酸盐与优选硅烷醇基团改性的聚乙烯醇和已用氧化锡调节为部分导电的例如经掺杂的片状填料以及有机溶剂,例如2-丁酮和水的水性混合物,可以制备漆料,其能够浸渍/施加到聚合物和/或玻璃织物载体上并用于在干燥后在聚合物和/或玻璃织物载体上形成根据本发明具有所需导电性,即在20-150℃的温度范围内具有欧姆的方块电阻的层。
通过使用锍超强酸衍生物作为交联促进剂,这种新型电晕屏蔽带适用于使传统环氧树脂-邻苯二甲酸酐混合物固化以及使新型,即无酸酐的包含环氧树脂的浸渍剂(其尤其是与脂环族环氧树脂组合)固化。这样的(一种或多种)锍超强酸衍生物可以使双酚A-二缩水甘油醚、双酚F-二缩水甘油醚、缩水甘油酯、脂族和/或脂环族环氧树脂(分别单独,以及以任意组合的形式)胶凝和固化。已经对与BADGE(双酚A-二缩水甘油醚)混合的脂环族环氧树脂进行了成功的测试。
令人惊讶地已显示,在关于层的导电性方面的带稳定性的意义上,也可以另外施加成型交联剂,但该带也可以在没有成型交联剂的情况下对于卷绕具有足够的稳定性。
这样通过随后热空气干燥制成的电晕屏蔽带在使用无酸酐环氧树脂或约80重量%脂环族环氧树脂和约20重量%蒸馏双酚A-二缩水甘油醚的有利混合物根据本发明在70℃下热浸渍和随后在140℃下热固化时显示出仅轻微的不利溶胀行为,因此最初设置在电晕屏蔽带上的方块电阻也在用液体环氧树脂固化期间和之后保持无酸酐性质,最优选主要、但不仅仅是脂环族结构,并且因此在电机中应用电晕屏蔽带时保持部分导电特性以降低定子绕组中的高电场强度。
根据本发明,然后为了制备漆料,将20.0g 4-乙酰氧基苯基-二甲基锍-六氟锑酸盐溶解在200.0g乙基甲基酮中。将该澄清的有机溶液在室温下在搅拌下缓慢滴加到590.0gIriotec 7320(公司名Merck KGaA,Darmstadt)和108.7g PovalTM25-98R(公司名KurarayEurope GmbH,Hattersheim am Main)在2400.0g蒸馏水中的悬浮液中,并在室温下再搅拌30分钟,例如通过具有齿轮分散盘的溶解器,以通过剪切在盘的附近区域中切碎可能的附聚物。
将这种绿松石色闪光的漆料悬浮液然后在基础涂覆机带浸渍设备(公司名COATEMA Coating Machinery GmbH,Dormagen)中通过浸涂施加到具有44.7g/m2单位面积重量的200mm宽的玻璃/聚酯-混合物织物(公司名Krempel GmbH,Vaihingen/Enz)上,并在热空气风扇烘箱中在约120℃的带表面温度下在1.5m的长度上以0.8米/分钟的带速度垂直干燥。带上的结果是干总施加量27.48g/m2,其中0.77g/m2的4-乙酰氧基苯基-二甲基锍-六氟锑酸盐作为促进剂物质,22.56g/m2的Iriotec7320作为场控制的部分导电材料以及4.16g/m2 PovalTM25-98R作为粘合剂。总的来说,该带因此具有约72g/m2的比单位面积总重量。
触感极佳、非常容易卷绕、不发粘、低气味、绿松石色、坚固且新型的电晕屏蔽带在20-23℃下具有方块电阻欧姆,其使用10cm2高欧姆弹簧舌电极3501FE根据DIN53482或DIN EN 62631-3-2(公司名H.-P.Fischer Elektronik GmbH&Co.,Mittenwalde)测量。
为了研究新型电晕屏蔽带在VPI浸渍过程中和热固化过程中在根据本发明的无邻苯二甲酸酐且基于脂环族环氧树脂和缩水甘油醚环氧树脂的混合物的环氧树脂中的临界溶胀行为,制备尺寸为12cm×2.5cm的两个电晕屏蔽带条带,在端部以各1cm的宽度在两侧配有市售导电银漆,以获得尺寸为10cm×2.5cm的两个可电接触的电晕屏蔽带条带。这些条带在导电银漆触点处与耐热鳄鱼夹接触,并与多通道精密测量设备2890-9(公司名Ahlborn Mess-und Regeltechnik GmbH,Holzkirchen)连接以进行连续电阻记录。
然后将电晕带的条带在中央分别由于重量置于拉力下,转移到循环空气烘箱中,并完全浸入70℃热的无邻苯二甲酸酐的环氧树脂混合物中4小时,该混合物由80重量%的3′,4′-环氧环己烷甲酸3,4-环氧环己基甲基酯(Cel-loxideTMC202 1P,公司名DaicelCorporation,Tokyo;CAS号2386-87-0)型脂环族环氧树脂和20重量%蒸馏双酚A-二缩水甘油醚(EpikoteTM Resin 162,公司名Hexion GmbH,Iser-lohn;CAS号1675-54-3)组成。
在70℃VPI浸渍阶段后4小时的时间段后,将电接触的电晕屏蔽带条带从树脂中取出,通过热方式在烘箱中在145℃下热固化10小时,然后冷却至室温。在这段时间过程中连续记录电阻。通过将随时间记录的电阻换算成方块电阻值(10cm*2.5cm),令人惊奇地发现,新型电晕屏蔽带的理想电阻特性在20-145-20℃的全温度范围内保持为1-10k欧姆,因此最适合于控制无酸酐、VPI环氧树脂浸渍的电机和发电机中的绕组处的电场。
还进行了所谓的树脂感染实验或促进剂可用性测试,以检查从所述新型电晕屏蔽带中洗出促进剂。为此,准备尺寸为2.5cm x 4.8cm(12cm2)的两个电晕屏蔽带条,在70℃下储存在分别30g上述无(烷基)邻苯二甲酸酐的环氧树脂(80重量%的3′,4′-环氧环己烷甲酸3,4-环氧环己基甲基酯/20重量%蒸馏双酚A-二缩水甘油醚)中4小时。然后将经浸渍的电晕屏蔽带条带从液体中取出,并将该剩余的环氧树脂混合物在100℃下再储存20小时。冷却至70℃后,分别测定动态粘度(η样品1,20小时/100℃,η样品2,20小时/100℃)。在减去不含电晕屏蔽带的树脂空白值(ηBW,20小时/100℃)的情况下得到以下值和性能:
ηBW,20小时/100℃=24.87mPa·s
η样品1,20小时/100℃=43.78mPa·s
η样品2,20小时/100℃=56.93mPa·s
外观样品1&2,20小时/100℃=电晕带条带硬,没有粘性
促进剂可用性样品1,20小时/100℃=43.78mpa·s-24.87mpa·s=18.91mPa·s
促进剂可用性样品2,20小时/100℃=56.93mPa·s-24.87mpa·s=32.06mPa·s
此外,在室温下储存长达4周后,检查所述新型电晕屏蔽带的反应性。为此,从电晕屏蔽带上取出冲制样品,在DSG坩埚中用无酸酐环氧树脂(80重量%的3′,4′-环氧环己烷甲酸3,4-环氧环己基甲基酯/20重量%蒸馏双酚A-二缩水甘油酯醚)润湿,并通过动态差示扫描量热法(公司名Netzsch-Devicebau GmbH,Selb;DSC Phoenix Fl)在10K/min下测定反应焓(参见图5)。借助相当恒定的反应焓(每克环氧树脂混合物约300-400焦耳),可以证明所述新型电晕屏蔽带的稳定性。
基于可通过用无酐浸渍剂浸渍制成的新一代绝缘系统,本发明首次公开了电晕屏蔽带,在其中可放置非常合适的快速引发均聚的带促进剂。该带促进剂以超强酸盐的形式存在,并且在至少部分包含聚乙烯醇作为聚合物基质的电晕屏蔽带中在+6℃至23℃的温度下稳定储存长达6个月。
Claims (16)
1.用于进一步加工成绝缘系统的电晕屏蔽带,所述电晕屏蔽带包括经浸渍的绕组,其具有通过外部电晕屏蔽“AGS”和/或内部电位控制“IPS”和/或端部电晕屏蔽“EGS”的电位控制,所述绝缘系统可通过在45-85℃和真空下用无酸酐和基于树脂的浸渍剂浸渍该绕组制成,其中所述电晕屏蔽带包括至少一个载体带、聚合物基质中的导电和/或部分导电填料和至少一种适用于使浸渍剂固化和/或胶凝的带促进剂,其特征在于,所述聚合物基质包含至少一种聚乙烯醇和/或聚乙烯醇共聚物,并且所述至少一种带促进剂选自超强酸和/或超强酸盐,其适用于促进所述基于树脂的无酸酐浸渍剂的阳离子均聚。
2.根据权利要求1所述的电晕屏蔽带,其中所述基于树脂的浸渍剂的基础是无酸酐的环氧树脂。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的电晕屏蔽带,其中作为带促进剂的至少一部分的超强酸盐的至少一种离子是锍阳离子。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的电晕屏蔽带,其中作为带促进剂的至少一部分的超强酸盐的至少一种离子是具有芳基的锍阳离子。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中多种带促进剂组合存在。
6.根据权利要求3或4中任一项所述的电晕屏蔽带,其中锍阳离子以芳基-烷基-锍阳离子的形式存在。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中存在至少一种二烷基-芳基锍阳离子。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中存在至少一种二芳基-烷基-锍阳离子。
9.根据前述权利要求3至8中任一项所述的电晕屏蔽带,其中锍阳离子的芳基以被取代形式存在。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中存在包含具有芳基的锍阳离子的带促进剂,所述芳基包括被乙酰氧基取代的苯基。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中所述聚合物基质包含多种聚乙烯醇。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中所述聚合物基质包含至少一种具有交联部分的聚乙烯醇。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电晕屏蔽带,其中所述导电和/或部分导电填料可包含至少一种选自炭黑、石墨、碳纳米管CNT、掺锑氧化锡、碳化硅和/或掺铝碳化硅的组分,所述各自组分以掺杂或未掺杂、涂覆或未涂覆、掺杂且涂覆或未掺杂但涂覆的形式存在。
15.根据前述权利要求1至14中任一项所述的电晕屏蔽带用于制造具有AGS、IPS和/或EGS的绝缘系统的用途。
16.具有绝缘系统的旋转电机,所述绝缘系统可通过根据权利要求15的用途获得。
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