CS220267B1 - Elektroizolačný bezrúzpůšťadlový impregnant vhodný pre impregnáciu vinutí elektrických strojov technológiou zakvapkávania - Google Patents

Abstract

Vynález sa týká odboru výroby elektroizolačných materiálov pre potřeby výrobcov eléktrického zariadenia, motorov, elektrických strojov, resp. pre opravovne takýchto zariadení. So specifickým zameraním na po- ‘ treby impregnácie vinutí technológiou zakvapkávania vynález rieši problematiku bezrozpúšfadlových impregnantov na báze mo- I difikovaných nenasýtených oligoesterimidových živíc, umožňujúcich aplikáciu takéhoto impregnantu v izolačných systémov zařáděných do teplotnej triedy F. Základnou zložkou navrhnutého impregnantu je modifikovaná nenasýtená oligoesterimidová živica, získaná reakciou špeciálnych polyesterimiddiolov s kyslým ricinomaleinátom a anhydridom kyseliny .maleinovej, tvoriaca živičný podřel reaktivnej zmesi, v ktorej sú vymedzené podřely dalších specifikovaných zložiek impregnantu. Využitie vynálezu je možné u výrobcov elektroizolačných lakov a impregnantov, ako produktov určených pre odberatelov najmá zo sektoru výroby a opravy elektrických točivých strojov.

Description

220267

Vynález sa týká elektróizolačných mate-ríálov typu bezrozpúšťadlových impregnan-tov -na báze modifikovaných nenasýtenýcholigoesterimidových živíc, ktoré sú určenépre impregnáciu vinutia elektrických stro-jov a prístrojov technológiou zakvapkáva-nia. Účelom navrhnutého riešenia je zlep-šeme technických a technologických para-metrov ako aj efektivnosti u daného typuimpregnantov.

Pri impregnácii vinutí rotorov a statorovtechnológiou zakvapkávania vinutie je pre-dohrate na 70 — 120 °C. Impregnant zo zá-sobné] nádrže sa pod tlakom transportujecez rúrky alebo hadice, ktoré sú na konciopatřené dýzami, cez ktoré vytéká tenkýmprúdorn na vinutie příslušného rotujúcehoobjektu. Impregnácia vinutí elektrických to-čivých strojov zakvapkávaním sa uskutoč-ňuje na zariadeniach róznej konštrukcie,ktoré sú obvykle zabudované do kontinuál-nej linky vyrábajúcej příslušné elektrickéstroje vo velkých sériách. Vzhfadom na kon-tinuálny technologický proces výroby je nut-né, aby impregnant splnil vel'mi náročnépožiadavky na spracovatelské vlastnosti.

Impregnant musí mať dobrú penetračnúschopnost, aby prenikol za poměrně krátkýčas v rozmedzí niekoťkých sekúnd cez ce-lé vinutie a dokonale vyplnil všetky med-zery, čo závisí aj od času gélovania a kon-zistencie impregnantu pri danej teplote pre-dohriateho vinutia. Kedže preniknutie im-pregnantu nezávisí iba od vlastností samot-ného impregnantu, ale aj od dalších para-metrov, ako sú konštrukcia a hustota vinu-tia, skladba izolačného systému, velkosťimpregnovaného objektu, konštrukcia ixh-pregnačného zariadenia, ktorá je obvykleprispósobená typu a sériovosti impregnova-ných objektov, resp. závisí aj od technolo-gických podmienok impregnácie, od teplo-ty vinutia, sklonu a rýchlosti otáčok impreg-novaných objektov, je nutné, aby všetky po-třebné vlastnosti impregnantu zodpověděliaj daným požiadavkám a podmienkam kon-štrukcie elektrických strojov, impregnačné-ho zariadenia a technologie. Z hladiska ekonomický efektívneho pro-cesu musí mať impregnant takú konzisten-ciu a taký čas gélovania, aby po preniknu-tí impregnantu celým vinutím a po vyplněnívšetkých medzier, straty vytečením z vinu-tia v etape vytvrdzovania pri zvýšených tep-lotách v sušiacom kanáli boli minimálně aaby znečistenie povrchu železa bolo čo naj-menšie. To znamená, že takéto impregnan-ty musia byť zvlášť reaktivně, tj. musia maťprimerane krátký čas gélovania, aby po pre-niknutí vyhriatym vinutím zgélovali, a týmnemohli vytiecť. Súčasne však musia byť priokolitej teplote 23 + 2 °C dostatočne stabil-ně, tj. musia mať dostatočne dlhý čas spra-covatel'nosti.

Kontinuálnosť procesu kladie vysoké ná- roky na krátký čas vytvrdzovania, počasktorého sa musí impregnant vytvrdiť do po-třebného stupňa, aby splnil požadované di-elektrické a mechanické vlastnosti. V dó-sledku róznych konštrukčných riešení za-kvapkávacíeh zariadení, ako aj širokého sor-timentu elektrických točivých strojov, za-kvapkávacie impregnanty musia mať róznureaktivitu, od ktorej závisí rad dalších vlast-ností, predovšetkým čas spracovateEnosti priokolitej teplote, rýchlosť vytvrdenia a do-siahnuté mechanické vlastnosti.

Problém však spočívá v tom, že hodnotyuvedených aplikačných a funkčných vlast-ností, ktoré závisia od chemického zlože-nia a spósobu výroby impregnantu, nemož-no docieliť v celom rozsahu optimálně. Užaj čiastkové zlepšenie u jedných je obvyklespojené s nepřijatelným zhoršením inýchalebo aj všetkých ostatných vlastností. Re-lativné výhodné typy, ktoré sú t. č. k dispo-zícii, majú sice dostatočne vysokú reakti-vitu, pri 100 °C 4 až 6 minút, ale čas ichspracovateEnosti je krátký, obvykle 4 dnipri teplote 23 + 2 °C. Okrem toho pri ichaplikácii dochádza k znečisteniu povrchuželeza, nádrže třeba čistiť v krátkých inter-valoch, čo je spojené so zvýšenou prácnos-ťou. Za daných vytvrdzovacích podmienoksa ďalej dosahuje nižší stupeň vytvrdenia,čo sa potom prejavuje v poměrně nízkej hod-notě teploty sklovatenia 50 — 60 °C, ktorácharakterizuje odolnosť vytvrdeného impreg-nantu voči mechanickému namáhaniu v o-hybe, a ktorá pre malé elektrické točivéstroje všeobecného použitia, například predomáce spotřebiče, ale ani pre alternátorynie je priaznivá.

Nevýhody doterajšieho stavu sa odstra-ňujú riešením podlá vynálezu. Vynálezomje daný elektroizolačný bezrozpúšťadlovýimpregnant na báze nenasýtených polyester-imidových živíc, výhodný pre impregnáciuvinutí elektrických strojov technológiou za-kvápkávania, pričom tento impregnant jecharakterizován tým, že podielom v množst- | ve 45 až 60 hmotnostných percent jeho ži-vičnú zložku tvoří modifikovaný nenasýte-ný oligoesterimid obecného vzorca Η Η Κ-Ι I z ~R—O-—C—C=C—C—o—R—Rj tu, kde Rí představuje trojfunkčný zbytok nena- sýteného esteru ricínového oleja — ricíno- maleinátu a R představuje dvojmocný zbytok oligo- esterimiddiolov obecného vzorca 220267 / 5 δ " K-Τ'

ýi

!

- H 12) n

O

kde

El představuje zbytok CH3

I —CH.2—C—CH2— CH3 alebo iný dvojfunkčný a trojfunkčný poýolalebo podiel týchto v zmesi R2 představuje alkylénn sa rovná 1 až 4 Táto živičná zložká impregnantu je při-tom charíiktérizovaná kortdenzačným' s.ťup-říbrh vviodrebým viskoziťou 26 až 34 Pa . spři 95 °C a obsahuje ako pOdiely 15 až 35hmotnostných percenť kyslého nenasýtené-hďtrojfUrtkčného esteru ricínového oleja —řicínómalěinátu, 8 až 14 hmonotstných’ per-cent anhydridu kyseliny maleinovej aleboalfa, beta nenasýtenej dikarboxylovej kyse-liny alebo icli zmesi, 55 až 75 hmotnostnýchpercent diblov vyjádřených obecnými Vzor-cami (2) a (3j vyrtiedženéhó typu; ale s'po-ďielom najmenej' 80 hmotnostných percenttypu daného podlá druhého'obecného' vzor-ca (2). Okrem toho táto živičná zložka im-pregnaritu obsahuje aj 0.010 až 0,025 lim ct-nostných percent inhibitoru radikálovej ko-polýmerizácie, výhodné hydrochinonů' a ďal-sou zložkou impregnantu je v množstve 40až 55 hmotnostných percent ako jeho ré-aktívna kopolymerizačná zložka, podiel ne-nášýteného monomérU v impregnante, vý-hodné styrénu, v ktorěho' roztoku' so živič-nou zložkou je podiel urýchlovača kopoly-merizačnej reakcie typu kovových solí naf-tenových kyselin, výhodné kobaltu v mriož-stve 0,004 až 0,006 hmotnostných dielov, po-čítanom na obsah kovu v urýchTovači. Ďa-lej v pomere počítanom na 100 hmotnost-ných dielov roztoku živičnej zložky v ne-nasýtenom monoméri impregnant ešte obsa- huje- aj' 0,8 až 1,2 hmotnostných' dielov ini-ciátoru vytvrdzovacej kojsolymerizačnej re-akcie, ktorým je tu zmés peroxidových zlú-čenin,- výhodné zmes Z’ terciárneho' butyl-perbenzoátu s terciárnym· butylperoktoátomv pomere zložiek 9 : l· až 1: 9, připadne akomateriál, ktorý je-· tm aplikovaný vo' forměpodiélu v množstve 1,6 až 2,4 hmotnostnýchdielov 40 až 50 percentného roztoku takej-te zmesi peroxidových zlúčenín v dibutyl-ftaláte.

Pri hodnotení impregnantu podlá vynále-zu s porovnatelnými riešeniamr třeba vy-zdvihnut, že okrem- splnenia náročných pod-mienók-technického, technologického aj eko-nomického rázu, dostupnosti surovin; atď.,dosahuje sa tu pri· požadoVanej výsokej' re-aktivitě produktu okrem- jiného' aj podstat-né' predíženie doby jéhó spracóvdtelnosti, ato na dvojnásobok či' trojnásobók, t. j. z dó-teraz běžných 4 — 7 dní až na 14 dní, ďa-lej; pri vytvrdzovatií,' za' rovnaký čas sa do-siahne vyšší stupeň· výtvrdenia impregnan-tu,'charakterizovaný cca o 30 °C vyššou- hod-notou teploty' sklovdteniaj a v spójění s tým-to sa primerane zvyšuje aj odolnost impreg-nantu' voči mechanickému' nairiáhahiu v pre-vádzkových podmienkačh-.

Pri přípravě impregnantu' pódia vynále-zu' sa výhodné postupuje· takým spošobom,že v prvóm stupni syntézy sá najskór necháreagovat anhydrid trikarbóxýlovej kyseliny,výhodné 1,2-anhydrid 1,2,4-benzéntrikarbo-xylovej kyséliriy s aminóalkoholom, výhodnémonoetdnolamínóm a s dvojfunkčnými a trój-funkčnými' pólyólmi; výhodné s 2,2‘-dime-tylpropándiolom-1,3 pri teplota' 130 áž 200stup;· Celsia až do vzniku zmesi' oligbesťer-imiddiolov/ lObsahUjúcich 9,5 až 12,5' hmót-nostných' percent hydnoxylových' skupin. Tá-to zmes· sa* v nasledujúcomj druhom stupniza: přítomnosti· inhibitoru' radikálovej kopó-lýmérizáčié použitého' v množstve' 0,010 až0,025 hmotnostných perpeht kondenzuje s

as 22D267

i-; ;'4

.... J vopred připraveným kyslým nenasýtenýmtrojfunkčným esteroin ricínového oleja a sanhydridom kyseliny malelnovej pri 180 až200 °C. Připadne sa dio tejto zmesi oli-goesterimiddiolov přidá ricínový olej a an-hydrid kyseliny malelnovej, pričom sa časťkyseliny maleinovej najskór aduje na hyd-roxylové skupiny ricínového oleja při tep-lotě 140 až 150 °C, a tento sa so zbývajúcoučastou anhydridu kyseliny maleinovej s oli-goesterimiddiolmi polykondenzuje pri 190až 210 °C až do dosiahnutia kondenzačnéhostupňa charakterizovaného viskozitou 26 až34 Pa . s při 95 °C. Na 100 hmotnostnýchdielov tejto živičnej zložky impregnanturozpuštěnéj v nenasýtenom monoméri už doroztoku, kde obsah živice tvoří 45 až 60hmotnostných percent, sa přitom dávkujeaj podiel urýchíovača kopolymerizačnej re-akcie, a to urýchřovač typu kovových solínaftenových kyselin, výhodné kobaltnafte-nát, v množstve 0,004 ař 0,006 hmotnostnýchdielov, počítanom na obsah kovu v urýchfo-vači. Před aplikáciou sa do impregnantupřidá v množstve 0,8 až 1,2 hmotnostnýchdielov iniciátor vytvrdzovacej kopolymerizač-nej reakcie, ktorým je tu podiel peroxido-vých zlúčenín, výhodné terciárneho butyl-perbenzoátu s terciárnym butylperoktoátom,poměr ktorých zložiek v zmesi je přitom vrozsahu 9 :1 až 1: 9. Příklad 1

Do 1500 ml banky opatrenej miešadlom,teplomerom, deliacou kolonou so zostupnýmchladičom sa navážilo 81,3 g monoetanol-amínu a v množstve 166,6 g 2,2-dimethyl-propándiol-1,3. Po zavedení inertného plynusa zmes začala vyhrievať a súčasne sa po-stupné přidávalo 256,1 g anhydridu kyselinytrimelitovej takou rýchlosťou, aby teplotareakčnej zmesi nepřekročila 140 °C. Potomsa teplota zvýšila na 200 °C a pri tejto tep-lotě sa nechala reakčná zmes kondenzovatdo dosiahnutia indexu lomu pri 50 °C v roz-medzí 1,538 — 1,546, obsahu karboxylovýchskupin maximálně 0,5 mól/kg a obsahu hyd-roxylových skupin 9,5 — 12,5 %, pričom saz reakčnej zmesi oddělilo 42 až 46 g vody.

Po ochladení na 160 °C sa do banky přida-lo 150,3 g ricínového oleja a po ochladenína 140 °C 117,3 g anhydridu kyseliny malei-novej spolu s 0,15 g hydrochinonu. Po vyhria-tí reakčnej zmesi táto sa nechala konden-zovat’ pri teplote 190 — 210 °C tak dlho,kým jej viskozíta nedosiahla hodnotu v roz-medzí 26 — 34 Pa. s pri 95 °C. Získaný ne-nasýtený oligoesterimid sa ochladil na 1Ó0až 120 °C a přidal sa k němu styrén v množ-stve 570 g. Po ochladení takto získaného ži-vičného roztoku sa přidalo 6 g. lOpercent-ného roztoku Co-nafténátu. Připravený pro-dukt sa dokonale zhomogenizoval, pričomsa do něho před spracovaním vmiešalo 12,7 giniciátora, ktorý bol zmesou terc.butylper-benzoátu a terc.butylperoktoátu v hmot- nostnom pomere 8: 2. Tento iniciátor saalternativně aplikoval vo formě 50percent-ného roztoku v dibutylftaláte, v ktorom pří-pade aj podiel přísady bol dvojnásobný —25,4 g. Příklad 2

Do chemickej aparatury popísanej v přík-lade 1 sa navážilo 87,1 g monoetanolamínu,178,0 g 2,2-dimetylpropandiol 1-1,3 a 274,3ganhydridu kyseliny trimelitovej. Po zavede-ní inertného plynu sa reakčná zmes vyhria-la na teplotu 200 °C a pri tejto teplote sakondenzovala do oddelenia 45 — 49 g vody.

Po ochladení na 150 — 160 °C sa do bankypřidalo 109,3 g ricínomaleinátu, připrave-ného samostatné z 86,7 g ricínového olejaa 22,6 g anhydridu kyseliny maleinovej102,2 g anhydiru kyseliny maleinovej a0,15 g hydrochinonu. Reakčná zmes sa povyhriatí kondenzovala pri teplote 200 °C takdlho, kým jej viskozita nedosiahla hodnotu26 — 34 Pa . s pri 95 °C.

Po ochladení oligoesterimidu na 100 až120 °C sa přidalo k němu 690 g styrénu. Poochladení roztoku na najmenej 40 °C sa při-dalo 5 g lOpercentného roztoku Go-nafte-nátu. Před spracovaním sa do připravenéhoproduktu vmiešalo 16 g iniciátora, ktorý bolzmesou terc.butylperbenzoátu a terc.butyl-peroktoátu v hmotnostnom pomere 6 : 4 vdibutylftaláte.

Impregnant podlá vynálezu možno sklado-vat při teplote maximálně 25 °C. Před jehospracovaním, aplikáciou, impregnant sazmieša s podielom zmesného iniciátoru ko-polymerizačnej reakcie a po vyplnění zohrie-vaného vinutia zakvapkaným impregnantom,tento sa vytvrdzuje po dobu 10 — 60 minutpri teplote 130 — 160 °C.

Vlastnosti impregnantu podlá vyššie uve-deného příkladu bolí přitom charakterizo-vané nasledujúciini hodnotami: Čas gélovania pri 100 °C, podlá DIN 16 945 3 — 5 min

Konzistencia pri 20 °C, priemer_ dýzy 4 mm podfa ČSN 67 3013 60 — 80 s

Cas spracovatefnosti pri 23 + 2 °C 14 dníElektrická pevnost podlá ČSN 67 3150 čl. 10 pri 23 °Cpri 155°Cpo 24 h vo vodě 80 — 100 kV/mm60 — 90 kV/mm 30 — 40 kV/mm Měrný vnútorný odpor na vzorkách hrůbky2 mm podfa ČSN 67 3150 čl. 13 pri 23 °C 10*4 ohm . m pri 155 °C ' ' 10*θ ohm . m po 96 h vo vodě 1014 ohm .au,

Skúška spevnenia cievky impregnantom, čís- lo „b“ podfa ČSN 67 3150 čl. 12

Claims (4)

1. 220267 pri 23 °C 14 — 16 pri 155 °C 1,4 — 1,7 Podmienky vytvrdzovania 1 hodina při 130 °C Teplota sklovatenia odčítaná z ter-momechaniokých kriviekohybovou metódiou, Tg 75 — 90 °C Teplotný index pódia ČSN 34 6501 19 počítaný z poklesu elektrické]pevnosti pa stárnutí lakova-ných tkanin 170 °C Riešenie podlá vynálezu sa móže bezprto- stredne využit predovšetkým u producentovelektroizíolačných lakov a impregnantov da-ného typu. PREDMET

   1. Elektroizolačný bezrozpúšťadlový im-pregnant vhodný pre impregnáciu vinutí e-lektrických strojov technológiou zakvapká-vania, ktoiráhlo zlóžkami sú modifikovanýnenasýtený oMgoestterímid, nenasýtený mo-nomér, inhibitor, urýchlovač kopolymerizač-nej reakcie a iniciátor, vyznačujúci sa tým,že pozostáva zo 45 až 60 % hmot. modifi-kovaného. nenasýteného oligOesterimidu o-becnéhoi vzorca VYNÁLEZU charakterizovaného kondenzačným stupňomvyjádřeným vliskozitou 26 až 34 Pa. s pri95 °C, kde Rg představuje trojfunkčný zby-tok nenasýteného esteru ricínového oleja,R je dvojmocný zbytok oligoesterimiddiolovobecného vzorca H H R~ / C- -C=C—C—0- -R—Rs 11' || \ 0 0 R~ (i)

   (2) - II — II W η Idy? O-RjO ?lg[ -C\-R,-O- Q 0 0 c H O n II 0 J H (3) v ktorom Ri představuje zbytokCH3 —CH2—C—CH2— CH3 aleboi iný dvojfunkčný a trojfunkčný polyolalebo podiel itýchto v zmesí, pričom podieldtolu (3) musí byť na jména j 80% hmot. Rž představuje alkylén, n sa rovná 1 až4, obsah inhibítora, výhodné hydrochinonu,je 0,010 až 0,025 % hmot. vzhiadom na oli-goesterímíd a ďalej impregnant pozostávazo 40 až 55 % hmot. styrénu, v ktorého roz-toku so živičnou zložklou je podiel 0,004 až0,006 hmlot. dielov urýchlovača typu kovo-vých solí naftenových kyselin, výhodné ko- baltu, vyjadrenom ako obsah kovu v úrych-lovači a 0,8 až 1,2 hmot. dielov iniciátora,počítaných na 100 hmot. dielov impregnan-tu.
2. 2. Elekitroiziolačný bezrozpúšťadlový im-pregnant podta bodu 1 vyznačujúci sa tým,že ollgoesterlmid (lj obsahuje ako miodi-fikujúcu zložku 15 až 35 hmot. percent ri-cínomaleinátu.
3. 3. Elektroizolačný bezrozpúšťadlový im-pregnant podlá blodiov 1 a 2 vyznačujúci satým, že oligOesterimid (lj obsahuje 8 až14 hmot. percent anhydridu kyseliny malei-novej alebo o?, β nenasýtenej dikar boxy love jkyseliny alebo ich zmesí a 55 až 75 hmot.percent diolov typu (2 J a (3 j.
4. 4. ElektrolzOilačný bezrozpúšťadlový im-pregnant podlá bodov 1, 2 a 3 vyznačujúci Ž2ĎSÍ7 <ι sia tým, že -elflól WciW»r ípdtfžiijfe Sunešperloxidov, výlíiůdnd z Wc.^htřťy^eřťBdíwoiá-W a terc.-biutylpenolrtiofitu v pfctfňáťe -'žiožiek 12 δ :~1 až 1:9, připadne ich rioztoků fy dflJlitýhftaíáťe.