CN117794742A - 含有云母的低脱落芳族聚酰胺纸 - Google Patents

含有云母的低脱落芳族聚酰胺纸 Download PDF

Info

Publication number
CN117794742A
CN117794742A CN202280053608.3A CN202280053608A CN117794742A CN 117794742 A CN117794742 A CN 117794742A CN 202280053608 A CN202280053608 A CN 202280053608A CN 117794742 A CN117794742 A CN 117794742A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aramid
mica
paper
layer
weight percent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280053608.3A
Other languages
English (en)
Inventor
C·登布罗斯基
R·C·威克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DuPont Safety and Construction Inc
Original Assignee
DuPont Safety and Construction Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DuPont Safety and Construction Inc filed Critical DuPont Safety and Construction Inc
Publication of CN117794742A publication Critical patent/CN117794742A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/10—Organic non-cellulose fibres
    • D21H13/20—Organic non-cellulose fibres from macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H13/26—Polyamides; Polyimides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • D21H27/30—Multi-ply
    • D21H27/38—Multi-ply at least one of the sheets having a fibrous composition differing from that of other sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B29/00—Layered products comprising a layer of paper or cardboard
    • B32B29/002—Layered products comprising a layer of paper or cardboard as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B29/005—Layered products comprising a layer of paper or cardboard as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material next to another layer of paper or cardboard layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/68—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments siliceous, e.g. clays
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • D21H27/30—Multi-ply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/47—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes fibre-reinforced plastics, e.g. glass-reinforced plastics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/48—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances fibrous materials
    • H01B3/52—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances fibrous materials wood; paper; press board
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/20—All layers being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0261—Polyamide fibres
    • B32B2262/0269—Aromatic polyamide fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/206—Insulating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

一种适合用作电绝缘材料的芳族聚酰胺纸，其包括：第一外层和第二外层，该第一外层和第二外层中的每一个包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，并且该第一外层和第二外层中的每一个不含云母并且具有第一面和第二面；内层，该内层包括50至70重量百分比的芳族聚酰胺材料和30至50重量百分比的云母并且具有第一面和第二面；其中，该第一外层的第一面是该芳族聚酰胺纸的第一外面，并且该第一外层的第二面与该内层的第一面同延并且仅通过该第一外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起；并且其中，该第二外层的第一面与该内层的第二面同延并且仅通过该第二外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起，并且该第二外层的第二面是该芳族聚酰胺纸的第二外面；该芳族聚酰胺纸具有总共25至40重量百分比的云母。

Description

含有云母的低脱落芳族聚酰胺纸
背景技术
本发明涉及一种芳族聚酰胺纸，其适用于但不限于在如电动机、发电机、变压器和逆变器等中用作电绝缘材料。
Turpin等人的美国专利号9,437,348公开了一种非织造纸层，其在一侧或两侧直接与非织造织物层熔合，其中非织造纸和非织造织物中的一者或两者是电绝缘的；该非织造织物是主要由长纤维(即，大于或等于一英寸长的纤维)构成的片材。
各种专利公开公开了云母在芳族聚酰胺纸中的用途。这些公开包括美国专利号6,991,845；7,399,379；和Levit等人的9,073,290；Forsten等人的美国专利号6,312,561；Kang等人的美国专利号10,336,039和10,186,353和美国专利公开20130196161；Kang的美国专利号9,972,419；以及Duart等人的美国专利号9,844,928。
云母的晶体结构提供了一种作为绝缘体的具有优异电特性的材料；它具有高介电击穿，热稳定性达500℃(932°F)，耐电晕放电，并且即使在小颗粒中也能维持其电特性。
然而，纸中存在云母会降低纸的机械强度和内聚力。然而，将云母纸与非织造织物、膜或玻璃稀松布支撑物组合以提高机械性能是不期望的，因为这需要附加步骤和各种粘合剂等；并且可能增加纸的厚度，降低电性能，或产生其他问题，比如与电动机冷却流体的化学相容性。进一步地，该行业期望任何改进的纸都能替代如今使用的非常薄的电绝缘纸。
此外，如今电动机和相关设备的制造通常是自动化的，使用机器将电绝缘材料快速且自动地插入槽和其他电动机区域中；在这些区域中，由于电动机部件与电绝缘材料之间的磨损，电绝缘材料可能发生弯曲或脱落。已经发现，在这种工艺中，这种磨损可能导致含有云母的纸从纸上脱落云母微粒，从而产生粉尘问题。
因此，需要一种具有足够的强度并且还具有良好的抗颗粒脱落性的包括云母的芳族聚酰胺纸。
发明内容
本发明涉及一种适合用作电绝缘材料的芳族聚酰胺纸，其包括：
a)第一外层，该第一外层包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，该第一外层不含云母并且具有第一面和第二面；
b)内层，该内层包括50至70重量百分比的芳族聚酰胺材料和30至50重量百分比的云母，该内层具有第一面和第二面；以及
c)第二外层，该第二外层包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，该第二外层不含云母并且具有第一面和第二面；
其中，该第一外层的第一面是该芳族聚酰胺纸的第一外面，并且该第一外层的第二面与该内层的第一面同延并且仅通过该第一外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起；并且其中，该第二外层的第一面与该内层的第二面同延并且仅通过该第二外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起，并且该第二外层的第二面是该芳族聚酰胺纸的第二外面；该芳族聚酰胺纸具有总共25至40重量百分比的云母。
具体实施方式
本发明涉及一种适合用作电绝缘材料的芳族聚酰胺纸，其包括：第一外层和第二外层，该第一外层和第二外层中的每一个包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，该第一外层和第二外层中的每一个进一步不含云母(“无云母”)并且具有第一面和第二面；内层，该内层夹在第一外层与第二外层之间并且包括50至70重量百分比的芳族聚酰胺材料和30至50重量百分比的云母并且还具有第一面和第二面。第一外层的第一面是芳族聚酰胺纸的第一外面，并且第一外层的第二面与内层的第一面同延并且仅通过该第一外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起。同样地，第二外层的第一面与内层的第二面同延并且仅通过该第二外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起，该第二外层的第二面是芳族聚酰胺纸的第二外面。由三层构造(无云母的外层/含有云母的内层/无云母的外层)形成的芳族聚酰胺纸进一步具有总共25至40重量百分比的云母。
无云母的外层、含有云母的内层和无云母的外层仅通过存在于每层的面处的芳族聚酰胺纤条体彼此结合。这些纤条体均匀分布在这些层中的每一个中，其中，这些纤条体的一部分存在于每层的表面处；即，纤条体存在于每层的两个面处。因此，当两个层在升高的热量和压力下压缩在一起时，纤条体可以在每层的表面处用于在两个层之间产生紧密接触并且将两个层的面粘结或熔合在一起。这种压缩或固结可以在静态热压机或形成辊隙的一组压延辊中，在可以在处于或高于纤条体的玻璃化转变温度的温度下压缩或固结该片材的工艺中完成。在各层中使用纤条体以将这些层结合在一起消除了附加粘合剂或其他粘结剂的需要，这些附加粘合剂或其他粘结剂不仅需要单独的步骤来施加，而且可能与电动机冷却流体和电绝缘材料在使用时可能暴露于其中的其他流体化学上不相容。
如本文所用，芳族聚酰胺纸意指通过造纸工艺制备的由芳族聚酰胺材料层片或层制成的平面片材。可以用于制备层片或层的代表性装置和机器包括连续加工设备，例如像但不限于，长网造纸机或斜网纸机，或者分批加工设备，比如在含有成形筛(formingscreen)的手抄纸(hand-sheet)模具中手动制备纸的那些。具体来说，该芳族聚酰胺纸是包括具有第一和第二相对平表面的含有云母的芳族聚酰胺层的平面片材，并且该第一和第二相对平表面中的每一个已附接到无云母的芳族聚酰胺层。因此，该芳族聚酰胺纸可以由无云母的芳族聚酰胺外层、含有云母的芳族聚酰胺内层和无云母的芳族聚酰胺外层(以此顺序附接在一起)组成。
基于芳族聚酰胺纸的总重量中云母的总重量，由无云母的芳族聚酰胺层、含有云母的芳族聚酰胺层和无云母的芳族聚酰胺层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸具有总共25至40重量百分比的云母。据信，如果在芳族聚酰胺纸中云母的量小于25重量百分比，则所测量的芳族聚酰胺纸的局部放电起始电压对于许多应用将过低。纸的局部放电起始电压(PDIV)是在纸中开始局部介电击穿所施加的电压水平。因此，局部放电起始电压(PDIV)和每单位厚度局部放电起始电压(PDIV/mil)是重要的特性，因为较高的值是期望的并且较低的值意味着绝缘材料在使用中可能快速劣化，这可能导致较低的绝缘寿命和/或绝缘失效。同样地，如果在芳族聚酰胺纸中云母的量大于40重量百分比，则纸的机械特性可能会降低到芳族聚酰胺材料不适合许多期望用途的程度。
在一些其他实施例中，基于芳族聚酰胺纸的总重量中云母的总重量，由无云母的芳族聚酰胺层、含有云母的芳族聚酰胺层和无云母的芳族聚酰胺层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸具有总共30至40重量百分比的云母。在一些又其他实施例中，基于芳族聚酰胺纸的总重量中云母的总重量，由无云母的芳族聚酰胺层、含有云母的芳族聚酰胺层和无云母的芳族聚酰胺层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸具有总共35至40重量百分比的云母。
芳族聚酰胺材料可以包括芳族聚酰胺絮状物。如本文所用，术语“絮状物”意指被切割至短长度并且在制备纸时惯用的纤维。通常，絮状物具有约3至约20毫米的长度。优选的长度为约3至约7毫米。絮状物通常通过使用本领域中众所周知的方法将连续纤维切割成所需长度而生产。
如本文所用，术语“芳族聚酰胺”意指其中至少85％的酰胺(-CONH-)键被直接附接到两个芳环上的芳香族聚酰胺。任选地，添加剂可以与芳族聚酰胺一起使用并且可以分散在整个聚合物结构中。已经发现，最高多达约10重量百分比的其他聚合物材料可以与芳族聚酰胺共混。还发现，可以使用具有多达约10百分比的其他二胺取代芳族聚酰胺的二胺或多达约10百分比的其他二酰氯取代芳族聚酰胺的二酰氯的共聚物。
优选的芳族聚酰胺是间位芳族聚酰胺。当两个环或基团沿着分子链相对于彼此间位定向时，认为芳族聚酰胺聚合物是间位芳族聚酰胺。优选的间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)。美国专利号3,063,966；3,227,793；3,287,324；3,414,645；以及5,667,743说明了用于制备可以用于制备芳族聚酰胺絮状物的芳族聚酰胺纤维的有用方法。
芳族聚酰胺材料可以包括芳族聚酰胺纤条体。如本文所用，术语“纤条体”意指非常小、非粒状、纤维状或膜状的颗粒，其中其三个维度中的至少一个相对于最大维度具有较小量级。这些颗粒通过在高剪切下使用非溶剂沉淀聚合物材料的溶液来制备。芳族聚酰胺纤条体是具有高于320℃的熔点或分解点的芳族聚酰胺的非粒状膜状颗粒。优选的芳族聚酰胺纤条体是间位芳族聚酰胺纤条体，并且尤其优选的是由间位芳族聚酰胺聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)制成的纤条体。
纤条体通常具有在约0.1mm至约1mm范围内的最大长度尺寸，长宽纵横比为约5:1至约10:1。厚度尺寸在一微米的若干分之几的量级上，例如约0.1微米至约1.0微米。虽然不是必需的，但优选的是将芳族聚酰胺纤条体掺入到这些层中，同时纤条体处于未干状态(never-dried state)。
芳族聚酰胺纸具有第一外层或层片，该第一外层或层片包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，该第一外层不含云母并且具有第一面和第二面。同样地，芳族聚酰胺纸具有第二外层或层片，该第二外层或层片包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，该第二外层不含云母并且具有第一面和第二面。据信，这些重量范围将产生用于最终芳族聚酰胺纸的最好的机械特性。需要机械强度使得芳族聚酰胺纸在自动插入设备(如电动机中的槽衬)期间将不会弯曲或脱落。另外地，人们认为需要这些重量范围以提供纸在使用期间所期望的耐磨损性。第一外层和第二外层在芳族聚酰胺纸中协同作用，不仅通过覆盖含有云母的层或层片来消除云母脱落，而且还通过具有机械稳定性来避免纸在使用期间被损坏，这将释放云母颗粒。
在一些实施例中，芳族聚酰胺纸的第一外层和第二外层各自包括60至40重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和40至60重量百分比的芳族聚酰胺纤条体。在一些优选实施例中，芳族聚酰胺纸的第一外层和第二外层各自包括50至40重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和50至60重量百分比的芳族聚酰胺纤条体。在一些实施例中，芳族聚酰胺纸的第一外层和第二外层具有相同的组成。在又其他实施例中，芳族聚酰胺纸的第一外层和第二外层仅由芳族聚酰胺絮状物和芳族聚酰胺纤条体的混合物组成。
术语“层”优选地是指在造纸机上以成形网的形式制成的薄平面材料。在大多数造纸中，将含有期望的纸组合物的水性分散体供应至筛网，其中分散体中的固体材料形成湿法铺设的网，或有时被称为未施胶纸(waterleaf)，并且通过重力、真空和/或压制移除水。湿法铺设的网在干燥后变成如本文所用的“成形网”。在本领域中，该成形网有时还被称为“层片”或干的未施胶纸。因此，如本文所用，术语“层”优选地是指成形网、层片或干的未施胶纸，这些术语可互换使用。此外，如本文所用，术语“面”是指层的两个主要表面中的任一个(即，层的一侧或另一侧)。
在一个实施例中，第一外层和第二外层中的每一个的厚度为0.001至0.003英寸(1至3密耳)；并且在优选实施例中，第一外层和第二外层中的每一个的厚度为0.0015至0.002英寸(1.5至2密耳)。
芳族聚酰胺纸还具有内层或层片，该内层或层片包括50至70重量百分比的芳族聚酰胺材料和30至50重量百分比的云母，该内层具有第一面和第二面。在一些实施例中，内层的芳族聚酰胺材料是小于50重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和大于50重量百分比的芳族聚酰胺纤条体的组合。在一些特定实施例中，内层的芳族聚酰胺材料是15至45重量百分比的絮状物和55至85重量百分比的纤条体的组合。
云母通常以薄片的形式使用并且可以是各种类型，如白云母或金云母或其共混物；然而，优选的是白云母型云母。
据信，如果含有云母的内层具有大于50重量百分比的云母，则最终层压结构的特性将受到负面影响。首先，在恒定重量的基础上，层的拉伸强度随着该层中云母的量的增加而降低。其次，据信，在含有云母的内层中具有50重量百分比或更少的云母阻碍了云母在该层中的桥接，这促进了云母分布在整个层中。进一步地，据信，如果含有云母的内层具有小于30重量百分比的云母，则在该层中没有足够的云母来提供期望的电特性。
在一个实施例中，含有云母的内层的厚度为0.002至0.010英寸(2至10密耳)；并且在优选实施例中，内层的厚度为0.004至0.006英寸(4至6密耳)。
第一外层的第一面是芳族聚酰胺纸的第一外面，并且第一外层的第二面与内层的第一面同延并且仅通过该第一外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起。同样地，该第二外层的第一面与该内层的第二面同延并且仅通过该第二外层和该内层中的纤条体面对面地结合在一起，并且该第二外层的第二面是该芳族聚酰胺纸的第二外面。
短语“与之同延并且面对面地结合”优选地意指每个外层和内层具有相同的平面边界；外层和内层的边缘是相同的，任一外层的延伸都不会超出内层的边缘，或反之亦然。
短语“面对面地结合”优选地意指内层的每个相对面结合到这些外层中的每一个的一个面。在一些实施例中，这些面是均匀结合的，意味着内层的每个面与每个外层的面的附接在整个平面上基本上是均匀的。基本上均匀意指这些层被结合在一起，在附接中没有任何可见间隙或视觉上可检测到的非附接的离散区域。在一些实施例中，这些面是连续结合的，意味着内层的每个面的整个表面附接到外层的这些面中的一个的整个表面。
可以通过使用如在英国专利GB 1,129,097；美国专利申请公开2010/0122769和美国专利4,481,060中所描述的制备技术和条件，将两个无云母的外层(或层片)与含有云母的内层(或层片)组合，以包括若干个步骤的分批方式、或更优选地以连续或半连续方式来制备芳族聚酰胺纸。
在一些实施例中，由无云母的芳族聚酰胺层、含有云母的芳族聚酰胺层和无云母的芳族聚酰胺层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸的总厚度为0.004至0.016英寸(4至16密耳)。在一些实施例中，尤其适合在许多高压(600-800伏)中使用的芳族聚酰胺纸的总厚度为0.007至0.012英寸(7至12密耳)；优选地，总厚度为0.008至0.010英寸(8至10密耳)。在一些其他实施例中，例如对于电压要求较低的应用，芳族聚酰胺纸的总厚度为0.004至0.007英寸(4至7密耳)。
此外，只要由第一无云母的芳族聚酰胺外层、含有云母的芳族聚酰胺内层和第二无云母的芳族聚酰胺外层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸的总厚度为0.004至0.016英寸(4至16密耳)，并且含有云母的内层的厚度为0.002至0.010英寸(2至10密耳)，则含有云母的芳族聚酰胺内层可以由两个或更多个含有云母的芳族聚酰胺子层片或子层，优选地两个或更多个相同的含有云母的芳族聚酰胺子层片或子层形成。同样地，只要由第一无云母的芳族聚酰胺外层、含有云母的芳族聚酰胺内层和第二无云母的芳族聚酰胺外层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸的总厚度为0.004至0.016英寸(4至16密耳)，并且第一和第二无云母的芳族聚酰胺外层中的每一个的厚度为0.001至0.003英寸(1至3密耳)，则无云母的芳族聚酰胺外层中的每一个可以由两个或更多个无云母的芳族聚酰胺子层片或子层，优选地两个或更多个相同的无云母的芳族聚酰胺子层片或子层形成。优选地，芳族聚酰胺纸是通过将所有单个层和/或任何子层片或子层(如果存在)组合并且然后一次将所有层固结在一起制成的。
由无云母的芳族聚酰胺层、含有云母的芳族聚酰胺层和无云母的芳族聚酰胺层(以此顺序附接在一起)组成的芳族聚酰胺纸通过使用耐用的无云母的外层来提供有效遮蔽相对较弱的含有云母的内层的结构，从而防止在将芳族聚酰胺纸安装到使用它的各种设备期间对内层的损坏以及相关的云母脱落。可以使用泰伯磨损试验机(Taber abrader)模拟芳族聚酰胺纸的脱落，该磨损试验机在纸的表面连续工作多个转次，模仿自动化装备对使用中表面的磨损。无云母的外层将含有云母的内层保护的如此好以至于在一些实施例中，在每个臂上使用1000g砝码(使用纽约州托纳万达的泰伯工业公司(Taber Industries,Tonawanda,NY)的泰伯5150研磨器(磨损试验机)和H018轮)进行125个转次后对芳族聚酰胺纸进行泰伯磨损测量时，该芳族聚酰胺纸的重量损失(以克为单位)不超过相同厚度的类似测试的不含云母的芳族聚酰胺纸的重量损失。因此，含有相当大的量的云母(25至40重量百分比)的芳族聚酰胺纸出乎意料地具有与无云母的片材类似的脱落性能。
测试方法
使用ASTM-D374(2010)测量厚度。
通过ASTM-D1868(2020)测量局部放电起始电压(PDIV)。
通过将指定实例的局部放电起始电压(PDIV)除以厚度(密耳)来计算每厚度局部放电起始电压(PDIV/密耳)。
通过ASTM-D828(2010)测量拉伸强度。
在泰伯5150研磨器上根据其使用说明来测量泰伯磨损(https://www.taberindustries.com/taber-rotary-abraser)。用于纸测量的设置使用H-18砂轮和每个臂上的1000g砝码，并且在每个样品中运行125个转次。使用测试之前和之后的样品重量(不包括任何松散的表面颗粒)来计算样品的重量损失。
实例1
由两个无云母的外网层组成的、具有单一含有云母的内网层的芳族聚酰胺纸是如下制备的。
为了制备无云母的层或层片，在水中制备55重量百分比的聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)纤条体与45重量百分比的结晶的MPD-I絮状物的混合物以形成适合用作造纸配料(furnish)的水性分散体。如在美国专利号3,756,908中一般描述制备了MPD-I纤条体并且MPD-I絮状物的线性密度为0.22特克斯并且长度为0.64cm。将分散体供应至长网造纸机的流浆箱并且形成湿法铺设的网或未施胶纸。然后使湿法铺设的网干燥以形成厚度为2密耳(0.002英寸)的未固结的无云母的芳族聚酰胺成形网或层。然后减慢造纸机的速度以制备厚度为3密耳(0.003英寸)的类似的成形网或层。
为了制备含有云母的层或层片，在水中制备48重量百分比的白云母型云母、37重量百分比的(MPD-I)纤条体与15重量百分比的结晶的MPD-I絮状物的混合物以形成适合用作造纸配料的含有云母的水性分散体。MPD-I纤条体和MPD-I絮状物与在无云母的层中使用的相同。将含有云母的分散体供应至长网造纸机的流浆箱并且形成湿法铺设的网。然后使湿法铺设的网干燥以形成厚度为3密耳(0.002英寸)的未固结的含有云母的芳族聚酰胺成形网或层。然后减慢造纸机的速度以制备厚度为4密耳(0.004英寸)、6密耳(0.006英寸)、8密耳(0.008英寸)和9密耳(0.009英寸)的类似发含有云母的成形网或层。
为了说明脱落的可能性，制备了由两个无云母的外网层组成、具有夹在这两个外层之间的单一含有云母的内网层的芳族聚酰胺纸的样品。具体来说，通过手动铺叠各层并且在280℃的表面温度下操作的静态热压机中将三个层固结在一起，并且在500psi的压力下将这些层压制在一起来制备芳族聚酰胺纸。
在表1的项目1中汇总了所得的3层芳族聚酰胺纸的特性。表1中还示出了三种对比样品A、B和C。样品A是两层纸，其仅具有两个3密耳无云母的网层并且没有含有云母的网层。样品B是三层纸，其具有三个3密耳无云母的网层并且没有含有云母的网层。样品C是仅用一个含有云母的厚成形网或层制备的纸；不存在无云母的层。
提交样品用于泰伯磨损测试以确定可能的脱落量。在125个转次后，摇晃样品以移除任何松散的表面颗粒。然后对样品进行称重并且与测试前的样品重量进行比较以确定在125个转次期间从纸上损失的材料克数。
如所示出，没有云母的对比芳族聚酰胺纸样品A和B脱落很少，分别具有0.19和0.09克的微粒物质；并且由于不存在云母，这明显是芳族聚酰胺纤维材料。项目1的本发明的芳族聚酰胺纸样品具有0.15的类似含量的颗粒物质，表明基本上没有云母从该纸脱落。对比芳族聚酰胺纸样品C和D说明了从没有外保护层的含有云母的纸脱落了大量微粒。
表1
实例2
使用实例1的无云母的层和含有云母的层制备芳族聚酰胺纸的各种样品。如在实例1中，芳族聚酰胺纸由两个无云母的外层组成，具有夹在这两个外层之间的单一含有云母的内层。如在实例1中通过手动铺叠各层并且在280℃的表面温度下操作的静态热压机中将三个层固结在一起，并且在500psi的压力下将这些层压制在一起来制备芳族聚酰胺纸的样品。在表1中汇总了所得的3层纸的特定样品和特性。为了说明起见，表2中还示出了来自实例1的样品C的数据，该样品是仅用一个含有云母的厚层制备的并且没有无云母的层的纸。
表2
实例3
如前文一样制备了芳族聚酰胺纸的样品，该样品具有来自表2的项目3的成分、由两个无云母的外层组成、具有夹在这两个外层之间的单一含有云母的内层；然而，单个层从单个辊供应并且被组合并且然后在热压延辊之间的辊隙中以连续工艺固结在一起，这些热压延辊在280℃的表面温度下操作并且在每线性英寸1300镑的压力下将这些层压制在一起以将三个层固结为约0.0102英寸(10.2密耳)的厚度。芳族聚酰胺纸的PDIV是1327伏，相当于每密耳130伏的PDIV/密耳，并且拉伸强度是98.6lbf。
参考实例
该实例说明了添加云母可能对芳族聚酰胺纸片的机械特性产生的负面影响。制备单层无云母的芳族聚酰胺手抄纸和含有云母的芳族聚酰胺手抄纸来说明添加云母对片材特性的影响。如实例1中所述制备水性分散体并且然后使用手抄纸模具来制备单独的手抄纸样品。将每种水性分散体与8升水一起倒入21×21cm手抄纸模具中并且形成五种湿法铺设的纸R-0、R-20、R-30、R-40和R-50，其中项目R-0没有云母含量。然后将手抄纸单独置于两片吸墨纸之间，用碾压辊(rolling pin)手压并且在150℃下在手抄纸干燥机中干燥10分钟。如表3所示，手抄纸的最终组成在0至50％重量百分比的云母、37至65重量百分比的MPD-I纤条体、和13至35重量百分比的芳族聚酰胺絮状物之间变化。在静态压机中压制之前，所有手抄纸的初始未固结的厚度是标称0.005英寸(5密耳)。
如表3所示，添加云母虽然提高了手抄纸的局部放电起始电压，但对片材的机械特性具有极大的负面影响，最显著的是对传统的含有云母的芳族聚酰胺手抄纸的拉伸强度的负面影响。
表3

Claims (12)

1.一种适合用作电绝缘材料的芳族聚酰胺纸，其包括：
a)第一外层，所述第一外层包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，所述第一外层不含云母并且具有第一面和第二面；
b)内层，所述内层包括50至70重量百分比的芳族聚酰胺材料和30至50重量百分比的云母，所述内层具有第一面和第二面；以及
c)第二外层，所述第二外层包括70至30重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和30至70重量百分比的芳族聚酰胺纤条体，所述第二外层不含云母并且具有第一面和第二面；
其中，所述第一外层的第一面是所述芳族聚酰胺纸的第一外面，并且所述第一外层的第二面与所述内层的第一面同延并且仅通过所述第一外层和所述内层中的纤条体面对面地结合在一起；并且
其中，所述第二外层的第一面与所述内层的第二面同延并且仅通过所述第二外层和所述内层中的纤条体面对面地结合在一起，并且所述第二外层的第二面是所述芳族聚酰胺纸的第二外面；
其中，所述芳族聚酰胺纸具有总共25至40重量百分比的云母。
2.如权利要求1所述的芳族聚酰胺纸，其中，所述内层的芳族聚酰胺材料是小于50重量百分比的芳族聚酰胺絮状物和大于50重量百分比的芳族聚酰胺纤条体的组合。
3.如权利要求2所述的芳族聚酰胺纸，其具有15至45重量百分比的絮状物和55至85重量百分比的纤条体。
4.如权利要求1至3中任一项所述的芳族聚酰胺纸，其中，所述第一外层和所述第二外层中的每一个的厚度为0.001至0.003英寸。
5.如权利要求4所述的芳族聚酰胺纸，其中，所述第一外层和所述第二外层中的每一个的厚度为0.0015至0.002英寸。
6.如权利要求1至5中任一项所述的芳族聚酰胺纸，其中，所述内层的厚度为0.002至0.010英寸。
7.如权利要求6所述的芳族聚酰胺纸，其中，所述内层中的每一个的厚度为0.004至0.006英寸。
8.如权利要求1至7中任一项所述的芳族聚酰胺纸，其总厚度为0.004至0.016英寸。
9.如权利要求8所述的芳族聚酰胺纸，其总厚度为0.007至0.012英寸。
10.如权利要求9所述的芳族聚酰胺纸，其总厚度为0.008至0.010英寸。
11.如权利要求8所述的芳族聚酰胺纸，其总厚度为0.004至0.007英寸。
12.如权利要求1至11中任一项所述的芳族聚酰胺纸，其中，在每个臂上使用1000g砝码进行125个转次后对所述纸进行泰伯磨损测量时，所述纸的以克为单位的重量损失不超过相同厚度的类似测试的不含云母的芳族聚酰胺纸的重量损失。
CN202280053608.3A 2021-08-03 2022-06-24 含有云母的低脱落芳族聚酰胺纸 Pending CN117794742A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163228811P 2021-08-03 2021-08-03
US63/228811 2021-08-03
PCT/US2022/073140 WO2023015069A1 (en) 2021-08-03 2022-06-24 Low-shedding aramid paper containing mica

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117794742A true CN117794742A (zh) 2024-03-29

Family

ID=83191861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280053608.3A Pending CN117794742A (zh) 2021-08-03 2022-06-24 含有云母的低脱落芳族聚酰胺纸

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11788234B2 (zh)
EP (1) EP4381130A1 (zh)
KR (1) KR20240039131A (zh)
CN (1) CN117794742A (zh)
WO (1) WO2023015069A1 (zh)

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3063966A (en) 1958-02-05 1962-11-13 Du Pont Process of making wholly aromatic polyamides
US3227793A (en) 1961-01-23 1966-01-04 Celanese Corp Spinning of a poly(polymethylene) terephthalamide
US3414645A (en) 1964-06-19 1968-12-03 Monsanto Co Process for spinning wholly aromatic polyamide fibers
GB1129097A (en) 1964-11-02 1968-10-02 E I Du Pont Nemours & Company Sheet-like structure for electrical insulation
US3287324A (en) 1965-05-07 1966-11-22 Du Pont Poly-meta-phenylene isophthalamides
US3756908A (en) 1971-02-26 1973-09-04 Du Pont Synthetic paper structures of aromatic polyamides
US4481060A (en) 1980-12-10 1984-11-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for laminating aramid waterleaves
US5667743A (en) 1996-05-21 1997-09-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Wet spinning process for aramid polymer containing salts
US6312561B1 (en) 2000-01-21 2001-11-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Flame barrier compositions and their use
US6991845B2 (en) 2002-12-13 2006-01-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Mica sheet and tape
US8268434B2 (en) * 2007-11-30 2012-09-18 E I Du Pont De Nemours And Company Honeycomb having a high compression strength and articles made from same
WO2010056659A1 (en) 2008-11-14 2010-05-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Processes for making sheet structures having improved compression performance
EP2397591B1 (en) * 2010-06-15 2014-08-20 Ahlstrom Corporation Parchmentized fibrous support containing parchmentizable synthetic fibers and method of manufacturing the same
US9073290B2 (en) 2010-06-29 2015-07-07 E I Du Pont De Nemours And Company Multilayer structure useful for electrical insulation
US9437348B2 (en) 2010-12-17 2016-09-06 3M Innovative Properties Company Electrical insulation material
JP2014529842A (ja) 2011-08-03 2014-11-13 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニーＥ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 電気絶縁のために有用な積層体
US20140113104A1 (en) * 2012-02-23 2014-04-24 E I Du Pont De Nemours And Company Fiber-resin composite sheet and article comprising the same
US10457013B2 (en) * 2014-05-27 2019-10-29 Dupont Safety & Construction, Inc. Composite sheet and cargo container comprising same
US9844928B2 (en) * 2014-06-16 2017-12-19 E I Du Pont De Nemours And Company High limiting oxygen index electrical insulation laminates
EP3308384B1 (en) 2015-06-12 2019-04-24 E. I. du Pont de Nemours and Company Method of wrapping mica paper on an electrical conductor and mica paper tape suitable for same
US10186353B2 (en) * 2015-06-30 2019-01-22 E I Du Pont De Nemours And Company Corona-resistant resin-compatible laminates
US10336039B2 (en) 2016-05-04 2019-07-02 Ei Du Pont De Nemours And Company Resin-compatible laminate structures
US11962025B2 (en) * 2019-02-08 2024-04-16 Dupont Safety & Construction, Inc. Fire-retardant insulation suitable for battery cells

Also Published As

Publication number Publication date
EP4381130A1 (en) 2024-06-12
KR20240039131A (ko) 2024-03-26
WO2023015069A1 (en) 2023-02-09
US11788234B2 (en) 2023-10-17
US20230052674A1 (en) 2023-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1942629B (zh) 芳纶纸掺合物
EP1885953B1 (en) Electroconductive aramid paper
JP6138992B2 (ja) 電気絶縁に有用な多層構造体
MXPA05006249A (es) Lamina y cinta de mica.
KR102517812B1 (ko) 내코로나 수지 친화성 라미네이트
US20100206502A1 (en) Electroconductive aramid paper and tape made therefrom
KR102392562B1 (ko) 수지 호환성이 있는 라미네이트 구조체
CN117794742A (zh) 含有云母的低脱落芳族聚酰胺纸
JP2009521624A (ja) Ｐｉｐｄ紙およびそれから製造された部品
JP2014529538A (ja) 電気絶縁に有用な多層構造体
JP7176410B2 (ja) メタアラミドとポリフェニレンサルファイドとを含む湿式不織布の製造方法
EP3929354A1 (en) Method for producing aramid paper
JPH07101569B2 (ja) ガス絶縁変圧器用スペーサの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination