ES2957174T3 - Película aislante compuesta - Google Patents
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Abstract
Se proporciona una película aislante flexible y autoportante que incluye una capa de soporte base y una capa de poli(amida)imida parcialmente curada aplicada a la capa de soporte base. La película aislante compuesta se puede utilizar como revestimiento de ranura para proporcionar aislamiento a los componentes del motor eléctrico. La capa de poli(amida)imida parcialmente curada de la película aislante compuesta puede curarse aún más mediante el calor generado por el funcionamiento del motor eléctrico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Película aislante compuesta
Campo de la técnica
Se describe una película aislante compuesta flexible y autoportante para usar en aplicaciones de aislamiento eléctrico, un proceso para preparar una película aislante compuesta flexible y autoportante, y un método para proporcionar aislamiento, así como un motor o transformador eléctrico que comprende la película. Las películas aislantes compuestas incluyen una capa de poli(amida)imida parcialmente curada que ha sido laminada a una capa base de soporte mediante el uso de un adhesivo.
Antecedentes
Las composiciones resinosas de revestimiento a base de poli(amida)imida forman películas flexibles y duraderas y son particularmente útiles como esmaltes para cables, barnices, adhesivos para laminados, pinturas y similares. Tales composiciones de revestimiento a base de poli(amida)imida se destacan particularmente por su capacidad a largo plazo a altas temperaturas del orden de 220°C, lo que, además de sus otras cualidades, las hace particularmente útiles en aplicaciones de aislamiento eléctrico, tal como por ejemplo para esmaltes de cables magnéticos. Esto es en comparación con las composiciones habituales de revestimiento a base de poliéster y poliesterimida que no tienen una resistencia al calor altamente continua.
Las poli(amidas)imidas se preparan generalmente usando disolventes orgánicos relativamente caros, y se ha inhibido el uso económico de los revestimientos de amidaimida. Por lo tanto, ha sido costumbre usar tales composiciones de poli(amida)imida como revestimientos de cobertura sobre revestimientos base de poliéster o poliesterimida menos costosos.
Las películas de poli(tereftalato de etileno) (PET, por sus siglas en inglés) se usan ampliamente como películas aislantes eléctricas en vista de sus propiedades mecánicas y eléctricas, y sus costos de producción relativamente bajos. Sin embargo, las películas de PET poseen una baja resistencia térmica y, por lo tanto, se clasifican como aislamiento de clase B o inferior. Las películas de poliaramida, como las disponibles comercialmente de Du Pont bajo la marca comercial NOMEX, muestran una resistencia térmica superior en comparación con las películas de PET pero han informado problemas de ruptura dieléctrica.
Las películas de poli(amida)imida muestran propiedades mecánicas, propiedades térmicas, resistencia a la abrasión y resistencia química que las hacen adecuadas como materiales de aislamiento eléctrico. Si bien las películas de poli(amida)imida muestran una serie de propiedades físicas superiores en comparación con las películas de poliaramida y de poliéster, las consideraciones sobre el costo y las propiedades de las películas individuales libres han dificultado la comercialización de las películas de poli(amida)imida para aplicaciones de aislamiento eléctrico.
Como estado de la técnica en este contexto se podrían mencionar el Documento de Patente de los EE.UU. de Número US 4.521.956 y el Documento de Patente Europea de Número EP 0672521 A1.
Por lo tanto, lo que se necesita en la técnica es un material de aislamiento eléctrico rentable que presente una combinación adecuada de propiedades mecánicas, propiedades térmicas, resistencia a la abrasión y resistencia química.
Sumario
La presente sección de sumario está destinada a proporcionar un sumario de la descripción para proporcionar al lector una comprensión básica de la película aislante compuesta y de los métodos de preparación y uso. Esta sección de sumario no pretende constituir una descripción general extensa de la película compuesta y de los métodos de preparación y uso, y no identifica los elementos clave/críticos de la película compuesta o de los métodos ni delimita el alcance de la descripción. El único propósito de la presente sección de sumario es presentar algunos conceptos revelados en la presente invención de forma simplificada como una introducción a la descripción más detallada que se presenta a continuación.
Se proporciona una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte; y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada.
Según ciertas realizaciones ilustrativas, se proporciona una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de polímero; y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada.
También se proporciona un proceso para preparar una película compuesta flexible y autoportante que comprende proporcionar una capa base de soporte, formar por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre dicha capa base de soporte y curar parcialmente dicha capa de película de poli(amida)imida.
Según ciertas realizaciones ilustrativas, se proporciona un proceso para preparar una película compuesta flexible y autoportante que comprende proporcionar una capa base de polímero, formar por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre dicha capa base de polímero y curar parcialmente dicha capa de película de poli(amida)imida. Adicionalmente se proporciona un método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico que comprende proporcionar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre dicha capa base de soporte e insertar dicha película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico.
Según ciertas realizaciones ilustrativas, adicionalmente se proporciona un método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico que comprende proporcionar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de polímero y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre dicha capa base de polímero e insertar dicha película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico. Además se proporciona un motor o transformador eléctrico que comprende un componente a aislar y una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre dicha capa base de soporte adyacente a dicho componente.
Además se proporciona un motor o transformador eléctrico que comprende un componente a aislar y una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de polímero y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre dicha capa base de polímero adyacente a dicho componente.
Además se proporciona un método para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo e insertar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre dicha capa base de soporte en dicha ranura.
Además se proporciona un método para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo e insertar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de polímero y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre dicha capa base de polímero en dicha ranura.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un gráfico que representa un análisis termomecánico (TMA, por sus siglas en inglés) de una película de poli(amida)imida de alto peso molecular formada por colada sin curar.
La Figura 2 es un gráfico que representa un análisis termomecánico (TMA) de una película de poli(amida)imida de alto peso molecular formada por colada y completamente curada.
La Figura 3 es un gráfico que representa un análisis de calorimetría diferencial de barrido modulada (mDSC, por sus siglas en inglés) sobre una película de poli(amida)imida de alto peso molecular sin curar.
La Figura 4 es un gráfico que representa un análisis de calorimetría diferencial de barrido (mDSC) que muestra los componentes de flujo de calor reversible y no reversible en el primer ciclo de calentamiento de una película de poli(amida)imida de alto peso molecular.
La Figura 5 es un gráfico que representa un análisis de calorimetría diferencial de barrido (mDSC) que muestra el componente de flujo de calor reversible para un segundo ciclo de calentamiento de una película de poli(amida)imida de alto peso molecular curada.
La Figura 6 es un gráfico que representa un análisis termomecánico (TMA) de una película de poli(amida)imida de bajo peso molecular formada por colada sin curar.
La Figura 7 es un gráfico que representa un análisis termomecánico (TMA) de una película de poli(amida)imida de bajo peso molecular formada por colada completamente curada.
La Figura 8 es un gráfico que representa un análisis de calorimetría diferencial de barrido modulada (mDSC) que muestra los componentes de flujo de calor reversible y no reversible en el primer ciclo de calentamiento de una película de poli(amida)imida de bajo peso molecular.
La Figura 9 es un gráfico que representa un análisis de calorimetría diferencial de barrido (mDSC) que muestra el componente de flujo de calor reversible para un segundo ciclo de calentamiento de una película de poli(amida)imida de bajo peso molecular curada.
Descripción detallada
Se describe una película aislante compuesta flexible y autoportante según la reivindicación 1. También se describe un proceso para preparar una película compuesta flexible y autoportante según la reivindicación 4. Además se describe un método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico según la reivindicación 7, así como un motor o transformador eléctrico según la reivindicación 8.
Según ciertas realizaciones ilustrativas de la película aislante compuesta, la capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada primero se forma por colada sobre una superficie de la primera capa base de polímero.
La capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada se puede separar de la superficie de la primera capa base de soporte y laminar a la superficie de una segunda capa base de soporte mediante el uso de un adhesivo. Esto permite el uso de capas base de soporte más estables térmicamente o económicas, tales como tejido de fibra de vidrio, materiales no tejidos, papeles orgánicos y papeles inorgánicos.
Sin limitación, y solo a modo de ilustración, la primera capa base de soporte se puede seleccionar de una película de poliamida, una película de poliimida, una película de poliéster tal como poliéstertereftalato (PET, por sus siglas en inglés) o poliésternaftenato (PEN, por sus siglas en ingles), una película de polietersulfona, una película de polisulfona, tejido de fibra de vidrio, material no tejido, papeles inorgánicos, papeles orgánicos o una película de polieterimida. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la primera capa base de soporte comprende una película de poliéster.
La película aislante compuesta que comprende la primera capa base de soporte de un poliéster y con una capa de película de poli(amida)imida aplicada sobre la capa base puede tener un espesor de aproximadamente 50,8 gm (2 mils) a aproximadamente 508 gm (20 mils). Según ciertas realizaciones ilustrativas, la película aislante compuesta puede tener un espesor total de aproximadamente 63,5 gm (2,5 mils) a aproximadamente 406,4 gm (16 mils). La capa de poli(amida)imida parcialmente curada de la película aislante compuesta puede tener un espesor de aproximadamente 12,7 gm (0,5) a aproximadamente 50,8 gm (2 mils). La capa de poli(amida)imida se puede aplicar a una o ambas superficies enfrentadas opuestas de la capa de poliéster. La naturaleza delgada de la película compuesta muestra flexibilidad, integridad estructural suficiente para ser insertada en la ranura de un motor eléctrico y muestra un índice térmico de hasta aproximadamente 220°C.
La película aislante compuesta flexible y autoportante se puede preparar mediante un proceso que incluye proporcionar una capa base de soporte y aplicar una capa de poli(amida)imida sobre una superficie de la capa base de soporte.
Según ciertas realizaciones, la película compuesta se puede preparar proporcionando primero la capa base de película de polímero y formando por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre una superficie de la capa base de película de polímero. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la capa de película de poli(amida)imida se forma por colada sobre una superficie principal de la capa base de polímero. Sin embargo, según otras realizaciones ilustrativas, la capa de poli(amida)imida se puede formar por colada sobre las dos superficies principales enfrentadas opuestas de la capa base de polímero. A continuación, la capa o capas de poli(amida)imida se curan parcialmente. Esto proporciona una película compuesta flexible y autoportante con una integridad estructural que hace que la película sea adecuada para insertarla en una ranura de un motor eléctrico.
El proceso para preparar la película aislante compuesta según la invención incluye proporcionar una capa base de soporte que se selecciona de una película de poliamida, una película de poliimida, una película de poliéster, una película de polietersulfona, una película de polisulfona, papeles orgánicos, papeles inorgánicos o una película de polieterimida. Según ciertas realizaciones, el proceso incluye seleccionar o preparar una capa base de soporte de una película de poliéster con un espesor de aproximadamente 50,8 gm (2 mils) a aproximadamente 355,6 gm (14 mils). Sobre la superficie de la capa base de película de poliéster se forma por colada una capa de película de poli(amida)imida. La poli(amida)imida se puede formar por colada sobre la capa base de poliéster para conseguir un espesor de aproximadamente 12,7 gm (0,5 mil) a aproximadamente 50,8 gm (2 mil). La capa de poli(amida)imida se puede formar por colada sobre una o ambas superficies enfrentadas opuestas de la capa base de poliéster.
Una vez que la capa de película de poli(amida)imida se forma por colada sobre la superficie de la capa base de poliéster, la capa de poli(amida)imida se cura parcialmente para obtener una película aislante compuesta que es flexible y autoportante. La capa de película de poli(amida)imida se puede curar parcialmente calentando la capa a una temperatura de aproximadamente de 100°C a aproximadamente de 260°C durante de aproximadamente 20 segundos a aproximadamente 60 minutos. Alternativamente, la capa de película de poli(amida)imida se puede curar parcialmente calentando la capa a una temperatura de aproximadamente 150°C a aproximadamente 180°C durante de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 10 minutos.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, la película compuesta se puede preparar proporcionando primero la capa base de soporte que comprende un tejido de fibra vidrio y formando por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre una superficie de la capa base de tejido de fibra vidrio. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la capa de película de poli(amida)imida se forma por colada sobre una superficie principal de la capa base de tejido de fibra de vidrio. Sin embargo, según otras realizaciones ilustrativas, la capa de poli(amida)imida se puede formar por colada sobre las dos superficies principales enfrentadas opuestas de la capa base de tejido de fibra de vidrio. A continuación, la capa o capas de poli(amida)imida se curan parcialmente. Esto proporciona una película compuesta flexible y autoportante con una integridad estructural que hace que la película sea adecuada para insertarla en una ranura de un motor eléctrico.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, la película compuesta se puede preparar proporcionando primero la capa base de soporte que comprende un material no tejido y formando por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre una superficie del material base no tejido. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la capa de película de poli(amida)imida se forma por colada sobre una superficie principal de la capa base de material no tejido. Sin embargo, según otras realizaciones ilustrativas, la capa de poli(amida)imida se puede formar por colada sobre las dos superficies principales enfrentadas opuestas de la capa base de material no tejido. A continuación, la capa o capas de poli(amida)imida se curan parcialmente. Esto proporciona una película compuesta flexible y autoportante con una integridad estructural que hace que la película sea adecuada para insertarla en una ranura de un motor eléctrico.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, la película compuesta se puede preparar proporcionando primero la capa base de soporte que comprende un papel inorgánico y formando por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre una superficie de la capa base de papel inorgánico. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la capa de película de poli(amida)imida se forma por colada sobre una superficie principal de la capa base de papel inorgánico. Sin embargo, según otras realizaciones ilustrativas, la capa de poli(amida)imida se puede formar por colada sobre las dos superficies principales enfrentadas opuestas de la capa base de papel inorgánico. A continuación, la capa o capas de poli(amida)imida se curan parcialmente. Esto proporciona una película compuesta flexible y autoportante con una integridad estructural que hace que la película sea adecuada para insertarla en una ranura de un motor eléctrico.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, la película compuesta se puede preparar proporcionando primero la capa base de soporte que comprende un papel orgánico y formando por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre una superficie de la capa base de papel orgánico. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la capa de película de poli(amida)imida se forma por colada sobre una superficie principal de la capa base de papel orgánico. Sin embargo, según otras realizaciones ilustrativas, la capa de poli(amida)imida se puede formar por colada sobre las dos superficies principales enfrentadas opuestas de la capa base de papel orgánico. A continuación, la capa o capas de poli(amida)imida se curan parcialmente. Esto proporciona una película compuesta flexible y autoportante con una integridad estructural que hace que la película sea adecuada para insertarla en una ranura de un motor eléctrico.
La capa de película de poli(amida)imida formada por colada parcialmente curada se separa de la superficie de la primera capa base de soporte y se lamina a la superficie de una segunda capa base de soporte mediante el uso de un adhesivo. Esto permite el uso de capas base de tejido de fibra de vidrio más estables térmicamente o más económicas. El adhesivo puede ser adhesivo sensible a la presión y termoendurecible. Los adhesivos acuosos, los basados en disolventes o los sin disolventes son posibles materiales para adherir la película de poli(amida)imida parcialmente curada a la capa base de soporte. El adhesivo se puede aplicar a la superficie superior de la película de poli(amida)imida parcialmente curada o a la capa base de soporte. A continuación, se laminan juntas las dos capas con presión y con o sin calor. A continuación, la primera capa base de soporte se puede eliminar o separar de la película de poli(amida)imida parcialmente curada laminada con el adhesivo y la segunda capa base de soporte.
Alternativamente, pero no cubierto por las presentes reivindicaciones, la capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada se puede despegar de la primara capa base de soporte y luego laminar a una segunda capa base de soporte con un adhesivo. El adhesivo puede ser de una variedad de materiales. Se pueden usar adhesivos sensibles a la presión y termoendurecibles. Los adhesivos acuosos, los basados en disolventes o los sin disolventes son posibles materiales para adherir la película de poli(amida)imida parcialmente curada a la capa base de soporte. El adhesivo se puede aplicar a la superficie superior de la película de poli(amida)imida parcialmente curada o a la capa base de soporte. A continuación, las dos capas se laminan juntas con presión y con o sin calor.
No hay limitación para la poli(amida)imida como una resina básica que se puede usar para preparar la película aislante compuesta. Se puede usar una poliamidaimida, por ejemplo, obtenida por reacción directa de un anhídrido de ácido tricarboxílico y diisocianatos en un disolvente polar u obtenida por reacción de un anhídrido de ácido tricarboxílico con diaminas en un disolvente polar para introducir enlaces imida y luego llevar a cabo la amidación con diisocianatos, de la manera habitual. Otro método ilustrativo es la reacción de cloruro de anhídrido de ácido tricarboxílico con diaminas en un disolvente polar.
Como el anhídrido de ácido tricarboxílico que se puede usar para preparar esta resina básica para la capa formadora de película, generalmente se usa un anhídrido de ácido trimelítico. Se usa una variedad de anhídridos carboxílicos para fabricar poli(amida)imidas. Estos incluyen, pero no se limitan a: anhídrido trimelítico (TMA); anhídrido del ácido naftaleno-2,6,7-tricarboxílico; anhídrido del ácido difenilo-3,3',4-tricarboxílico; anhídrido del ácido benzofenona-3,3',4-tricarboxílico; anhídrido del ácido ciclopentano-1,3,4-tetracarboxílico; anhídrido del ácido difenilo-2,2',3-tricarboxílico; anhídrido del ácido difenilsulfona-3,3',4-tricarboxílico; anhídrido del ácido difenilisopropilideno-3,3',4-tricarboxílico; anhídrido del ácido preileno-3,4,10- tricarboxílico; anhídrido del 3,4-dicarboxifenil 3-carboxifenil éter; hidruro de etileno tricarboxílico; anhídrido del ácido naftaleno-1,2,5-tricarboxílico.
Cuando se hace reaccionar una parte de la cantidad del anhídrido del ácido tricarboxílico se puede reemplazar por un anhídrido de ácido tetracarboxílico. Como anhídrido de ácido tetracarboxílico en este caso, se puede hacer uso, por ejemplo, de dianhídrido del ácido piromelítico, dianhídrido del ácido benzofenona-3,3',4,4'-tetracarboxílico, o similares.
Además, una parte de la cantidad del anhídrido del ácido tricarboxílico se puede reemplazar por otro ácido o anhídrido de ácido, por ejemplo, ácido trimelítico, ácido isoftálico, ácido adípico, ácido maleico o ácido tereftálico.
Ejemplos no limitantes de los diisocianatos que pueden reaccionar con el anhídrido del ácido tricarboxílico incluyen diisocianatos aromáticos tales como diisocianato de 4,4-difenilmetano y diisocianato de tolueno, y ejemplos de la diamina incluyen diaminas aromáticas tales como m-fenilendiamina, 4,4'-diaminodifenil éter, 1,2-etilendiamina, 4,4'-diaminodifenilmetano, 4,4'-diaminodifenilsulfona y 4,4'-diaminobenzofenona.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, la resina de poli(amida)imida se puede usar en combinación con una o más resinas compatibles para preparar la película aislante compuesta. Por ejemplo, y sin limitación, la resina de poli(amida)imida se puede usar en combinación con una o más de las siguientes resinas compatibles para preparar la película aislante compuesta: poliimidas, polieterimida, polisulfona, poliétersulfona, alcohol polivinílico, polivinilbutiral, polietercetona, resinas fenoxi y combinaciones de las mismas.
Las resinas compatibles adicionales se pueden usar en combinación con la resina de poli(amida)imida para mejorar una variedad de diferentes propiedades de rendimiento de la película aislante compuesta. Por ejemplo, la una o más resinas adicionales se pueden usar en combinación con la resina de poli(amida)imida para mejorar la adhesión, la resistencia térmica y/o la flexibilidad de la película aislante compuesta resultante. Según ciertas realizaciones ilustrativas, la película de poli(amida)imida se puede usar en combinación con polietersulfona para mejorar la adhesión de la película aislante compuesta resultante al aluminio. Por ejemplo, y sin limitación, la polietersulfona se puede mezclar con la poli(amida)imida en una cantidad de aproximadamente el 1 por ciento en peso a aproximadamente el 99 por ciento en peso.
La presente descripción también incluye un método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico. El método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico incluye proporcionar una película compuesta flexible y autoportante según la invención e insertar la película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico.
Según ciertas realizaciones, el método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico incluye proporcionar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende un tejido de fibra vidrio y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la base capa de tejido de fibra de vidrio e insertar la película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, el método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico incluye proporcionar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende un material no tejido y una capa de película de poli(amida) parcialmente curada sobre la capa base de material no tejido e insertar la película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, el método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico incluye proporcionar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende un papel inorgánico y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la capa base de papel inorgánico e insertar la película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico.
Según ciertas realizaciones no cubiertas por las presentes reivindicaciones, el método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico incluye proporcionar una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende un papel orgánico y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la capa base de papel orgánico e insertar la película compuesta en una ranura de un motor o transformador eléctrico.
Las siguientes aminas no limitantes pueden ser útiles solas o en mezclas: p-xilendiamina, bis(4-aminociclohexil)metano, hexametilendiamina, heptametilendiamina, octametilenodiamina, nonametilendiamina, decametilendiamina, 3-metil-heptametilendiamina, 4,4'-dimetilheptametilendiamina, 2,11-diamino-dodecano, 1,2-bis-(3-amino-propoxi)etano, 2,2-dimetilpropilendiamina, 3-metoxi-hexametilendiamina, 2,5-dimetilhexametilendiamina, 2,5-dimetilheptametilendiamina, 5-metilnonametilendiamina, 1,4-diamino-ciclohexano, 1,12-diamino-octadecano, 2,5-diamino-1,3,4-oxadiazol, H2N(CH2)3O(CH2)2O(CH2)3NH2, H2N(CH2)S(CH2)3NH2, H2N(CH2)3N(CH3)(CH2)3NH2, metafenilendiamina, para-fenilendiamina, 4,4'-diamino-difenil propano, 4,4'-diamino-difenil metano bencidina, 4,4'-diaminodifenil sulfuro, 4,4'-diamino-difenil sulfona, 3,3'-diamino-difenil sulfona, 4,4'-diamino-difenil éter, 2,6-diamino-piridina, bis(4-amino-fenil)dietilsilano, bis(4-amino-fenil)difenilsilano, óxido de bis(4-amino-fenil)fosfina, 4,4'-diaminobenzofenona, bis(4-amino-fenil)-N-metilamina, bis(4-aminobutil)tetrametildisiloxano, 1,5-diaminonaftaleno, 3,3'-dimetil-4,4'-diamino-bifenilo, 3,3'-dimetoxibencidina, 2,4-bis(beta-amino-t-butil)toluen toluendiamina, bis(parabeta-amino-t-butil-fenil)éter, para-bis(2-metil-4-amino-pentil)benceno, para-bis(11,1-dimetil-5-aminopentil)benceno, m-xililendiamina y polimetilenpolianilina.
Para fabricar poliamidaimidas se puede usar cualquier poliisocianato, es decir, cualquier isocianato con dos o más grupos isocianato, bloqueados o no bloqueados. Poliisocianatos que son útiles solos o mezclados incluyen: tetrametilendiisocianato, hexametilendiisocianato, 1,4-fenilendiisocianato, 1,3-fenilendiisocianato, 1,4ciclohexilendiisocianato, 2,4-toluendiisocianato, 2,5-toluendiisocianato, 2,6-toluendiisocianato, 3,5-toluendiisocianato, 4-cloro-1,3-fenilendiisocianato, 1 -metoxi-2,4-fenilendiisocianato, 1 -metil-3,5-dietil-2,6-fenilendiisocianato, 1,3,5-trietil-2,4-fenilendiisocianato, 1 -metil-3,5-dietil-2,4-fenilendiisocianato, 1 -metil-3,5-dietil-6-cloro-2,4-fenilendiisocianato, 6-metil-2,4-dietil-5-nitro-1,3-fenilendiisocianato, p-xililendiisocianato, m-xililendiisocianato, 4,6-dimetil-1,3-xililendiisocianato, 1,3-dimetil-4,6-bis-(b-isocianatoetilo)-benceno, 3-(a-isocianatoetil)-fenilisocianato, 1 -metil-2,4-ciclohexilendiisocianato, 4,4'-bifenilendiisocianato, 3,3'-dimetil-4,4'-bifenilendiisocianato, 3,3'-dimetoxi-4,4'-bifenilendiisocianato, 3,3'-dietoxi-4,4-bifenilendiisocianato, 1,1-bis-(4-isocianatofenil)ciclohexano, 4,4'-diisocianatodifeniléter, 4,4'-diisocianato-diciclohexilmetano, 4,4'-diisocianato-difenilmetano, 4,4'-diisocianato-3,3'-dimetildifenilmetano, 4,4'-diisocianato-3,3'-diclorodifenilmetano, 4,4'-diisocianato-difenildimetilmetano, 1,5-naftilendiisocianato, 1,4-naftilendiisocianato, 4,4',4"-triisocianato-trifenilmetano, 2,4,4'-triisocianato-difeniléter, 2,4,6-triisocianato-1 -metil-3,5-dietilbenceno, o-tolidina-4,4'-diisocianato, m-tolidina-4,4'-diisocianato, benzofenona-4,4'-diisocianato, triisocianatos de biuret y polimetilenpolifenilen isocianato.
Se describe además un motor o transformador eléctrico que comprende un componente a aislar; y una película compuesta flexible y autoportante según la invención que se coloca junto al componente que se va a aislar. La película aislante compuesta se puede usar en un estator trifásico típico con revestimientos de ranuras. El estator se coloca dentro de una carcasa y tiene un rotor en el centro. El material metálico del estator constituye el núcleo. En las ranuras se insertan los revestimientos de ranura con la forma adecuada (tal como, por ejemplo, con forma de C). A continuación, se insertan las bobinas de cobre en las ranuras, usando el revestimiento de película aislante compuesta como una barrera de aislamiento entre el núcleo y las bobinas de cobre. Se inserta una segunda pieza de material que es el inverso del revestimiento de ranura (también en forma de C), que en la técnica se denomina "cuña", para mantener el cobre en la ranura para que no gire.
Se han probado las propiedades de fabricación de la película aislante eléctrica compuesta. El material exhibió un rendimiento superior en la capacidad para ser cortado, troquelado, laminado y procesado de otra manera. El corte con cuchilla de arrastre de pequeñas piezas también se pudo realizar sin problemas. El corte por láser del material también se realizó sin problemas ni carbonizaciones que normalmente se asocian con los materiales a base de NOMEX. También se examinó la formación de cuñas en un proceso automatizado y la película compuesta se comportó muy bien con el doblado y la inserción en una línea automatizada sin rayado ni deslaminación. La inserción de los cables en las ranuras del motor mostró una resistencia mínima en comparación con otros materiales conocidos.
Además se describe un método para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo. En la ranura se inserta una película compuesta flexible y autoportante según la invención se inserta en la ranura.
Además se describe un método para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo. En la ranura se inserta una película compuesta flexible y autoportante según la invención.
Además se describe un método para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo. En la ranura se inserta una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende un tejido de fibra vidrio y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la capa base de tejido de fibra vidrio.
Además, se describe un método no cubierto por las presentes reivindicaciones para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo. En la ranura se inserta una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende una capa de material no tejido y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la capa de material no tejido base.
Además, se describe un método no cubierto por las presentes reivindicaciones para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo. En la ranura se inserta una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende una capa de papel inorgánico y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la capa base de papel inorgánico.
Además, se describe un método no cubierto por las presentes reivindicaciones para proporcionar aislamiento a un motor eléctrico que comprende proporcionar un componente de motor eléctrico con una ranura en el mismo. En la ranura se inserta una película compuesta flexible y autoportante que comprende una capa base de soporte que comprende una capa de papel orgánico y una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada sobre la capa base de papel orgánico.
Los siguientes ejemplos se exponen para describir e ilustrar con mayor detalle las películas aislantes compuestas y los métodos. Los siguientes ejemplos no se deben interpretar como limitantes de las películas aislantes compuestas o del método de preparación de ninguna manera.
Ejemplos
Ejemplo 1: Síntesis de poli(amida)imida de peso molecular alto.
En un matraz de 3 l equipado con termopar, condensador de agua, entrada de nitrógeno y agitador de paletas accionado por aire, se añadieron 916,7 g de N-metil-2-pirrolidona (NMP) bajo agitación (flujo de nitrógeno 0,5 l/min). Se añadieron bajo agitación anhídrido trimelítico (107,2 g, 0,558 moles) y diisocianato de 4,4'-difenilmetano (153,5 g, 0,614 moles). La mezcla de reacción se calentó a 93°C y se mantuvo a esa temperatura durante aproximadamente una hora, y luego se calentó a 120°C y se mantuvo durante aproximadamente una hora. A continuación, la mezcla de reacción se calentó a 138-150°C y se controló la viscosidad mediante un tubo G-H (se extrajo una muestra de 15 g del matraz y se diluyó a 20 g en NMP para medir la viscosidad). Cuando la viscosidad alcanzó Z, se detuvo el calentamiento y se añadieron 300 g de NMP. Al enfriarse a 100°C, se añadieron 4,4 g de n-butanol y 90,7 g de NMP. Un análisis del producto de reacción reveló un 15,9 % de sólidos (después de 2 horas a 200°C) y una viscosidad de 2.751 mPa S (cps) a 25°C.
Ejemplo 2: Síntesis de poli(amida)imida de peso molecular intermedio.
En un matraz de 3 l equipado con termopar, condensador de agua, entrada de nitrógeno y agitador de paletas accionado por aire, se añadieron 916,7 g de N-metil-2-pirrolidona (NMP) bajo agitación (flujo de nitrógeno 0,5 l/min). Se añadieron bajo agitación anhídrido trimelítico (107,2 g, 0,558 moles) y diisocianato de 4,4'-difenilmetano (153,5 g, 0,614 moles). La mezcla de reacción se calentó a 93°C y se mantuvo durante una hora, y luego se calentó a 120°C y se mantuvo durante 1 hora. A continuación, la mezcla de reacción se calentó a 138-150°C y se controló la viscosidad mediante un tubo G-H (se extrajo una muestra de 15 g del matraz y se diluyó a 20 g en NMP para medir la viscosidad). Cuando la viscosidad alcanzó S, se detuvo el calentamiento y se añadieron 300 g de NMP. Al enfriarse a 100°C, se añadieron 4,4 g de n-butanol y 90,7 g de NMP. Un análisis del producto de reacción reveló un 15,4 % de sólidos (después de 2 horas a 200°C) y una viscosidad de 506 mPas (cps) a 25°C.
Ejemplo 3: Síntesis de poli(amida)imida de peso molecular bajo.
En un matraz de 3 l equipado con termopar, condensador de agua, entrada de nitrógeno y agitador de paletas accionado por aire, se añadieron 500,1 g de N-metil-2-pirrolidona (NMP) bajo agitación (flujo de nitrógeno 0,5 l/min). Se añadieron bajo agitación anhídrido trimelítico (124,2 g, 0,646 moles) y diisocianato de 4,4'-difenilmetano (161,6 g, 0,646 moles). La mezcla de reacción se calentó a 93°C y se mantuvo durante una hora, y luego se calentó a 120°C y se mantuvo durante 1 hora. La viscosidad se controló mediante un tubo G-H (se extrajo una muestra de 45 g del matraz y se diluyó a 66 g en NMP para medir la viscosidad). Cuando la viscosidad alcanzó Z, se detuvo el calentamiento y se añadieron 125 g de NMP. Al enfriarse a 100°C, se añadieron 2,3 g de metanol y 165 g de NMP. Un análisis del producto de reacción reveló un 25,4 % de sólidos (después de 2 horas a 200°C) y una viscosidad de 2.402 mPa s (cps) a 25°C.
Las disoluciones de resina se conformaron en forma de película sobre un soporte de vidrio y se curaron parcialmente a 150°C durante 60 minutos, seguido de un curado completo a 260°C durante 20 minutos. En las Tablas 1A y 1B mostradas a continuación se exponen las propiedades de las películas de poli(amida)imida de peso molecular bajo, intermedio y alto curadas.
Propiedades de la película curada
Tabla 1A
Tabla 1B
Las propiedades de la resistencia a la tracción y módulo de tracción de la película curada que se indican en la Tabla 1A se obtuvieron según la norma ASTM D-882-91 Método A.
La resistencia al desgarro Elmendorf se obtuvo según la norma ASTM D-1922-89.
La resistencia al desgarro Graves se obtuvo según la norma ASTM-D-1004-90.
Propiedades de la película sin curar
Las disoluciones de resina de poli(amida)imida se transforman en película por colada sobre el anverso y el reverso de una película base de poliéster PET (100 micrómetros) usando un método de revestimiento por ranuras. A continuación, la película compuesta se secó en un horno a 175°C durante aproximadamente 2 minutos para eliminar todo el disolvente, dejando 12,5 micras de una capa de PAI parcialmente curada tanto en el anverso como en el reverso de la película de PET. En las Tablas 2A y 2B mostradas a continuación se exponen las propiedades mecánicas (alargamiento, módulo de tracción, resistencia a la tracción) y la resistencia al desgarro de las películas aislantes compuestas que comprenden una capa de película de poliéster e incluyen capas de poli(amida)imida.
La capa de poli(amida)imida se puede separar de la base de PET y examinar el estado de curado mediante calorimetría de barrido diferencial modulada (Figura 3). Se observa una amplia exotermia entre 50 y 200°C que es un evento de flujo de calor no reversible (Figura 4). Esto sugiere que posiblemente se esté produciendo un evento de curado en estas condiciones. Un segundo calentamiento muestra una transición vítrea a aproximadamente 270°C que muestra las propiedades de la película completamente curada (Figura 5).
La película parcialmente curada también se confirma mediante análisis termomecánico (TMA). El TMA de la película de poli(amida)imida parcialmente curada muestra una posible transición vítrea a 115-127°C (Figura 1). Una película completamente curada (260°C durante 30 minutos) muestra una transición vítrea a aproximadamente 250-270°C con este método (Figura 2). Las Figuras 6-9 representan el mismo análisis térmico de la película de PAI de bajo peso molecular que se formó por colada sobre un polímero base PET.
Tabla 2A - Resistencia al desgarro
Tabla 2B - Propiedades de tracción
Las propiedades de resistencia al desgarro indicadas en la Tabla 2A se obtuvieron según la norma ASTM D624. Las propiedades de tracción de resistencia a la tracción y módulo de tracción se obtuvieron según la norma ASTM D638.
En la Tabla 3 mostrada a continuación se indican la resistividad volumétrica de las películas aislantes compuestas que comprenden una capa de película de PET e incluyen capas de poli(amida)imida parcialmente curada.
Tabla 3
Los valores de la resistividad volumétrica se obtuvieron según la norma ASTM D257.
En la Tabla 4 mostrada a continuación se expone la ruptura dieléctrica de películas aislantes compuestas que comprenden una capa de película de poliéster e incluyen capas de poli(amida)imida parcialmente curada.
Tabla 4
Los valores de la ruptura dieléctrica se obtuvieron según la norma ASTM D-115.
Las películas aislantes compuestas que comprenden una capa de película de poliéster e incluyen capas de poli(amida)imida sin curar se sometieron a pruebas de resistencia química. En la Tabla 5 mostrada a continuación se exponen los resultados de las pruebas de resistencia química. El material se sumergió en cada uno de los disolventes/disoluciones siguientes durante un día. A continuación, se observó el material en busca de cambios físicos.
Tabla 5
Ejemplo 4: poli(amida)imida sobre capa base de tejido de fibra de vidrio
Las disoluciones de resina de poli(amida)imida se conformaron en películas por colada sobre el lado frontal de una película base de poliéster PET con un agente de liberación de silicona (100 micrómetros) usando un método de revestimiento por ranura. A continuación, la película compuesta se secó en un horno a 175°C durante aproximadamente 2 minutos para eliminar el disolvente, dejando 25 micras de una capa de PAI parcialmente curada en ambos lados frontales de la película de PET. A continuación, se aplicó el adhesivo Dow Corning 282 a la superficie de la película de PAI mediante el método de recubrimiento por ranura. A continuación, la película compuesta se secó en un horno a 150°C durante aproximadamente 2 minutos para eliminar todo el disolvente, dejando 12,5 micras de adhesivo en la parte superior de la película de PAI. A continuación se laminó un tejido de fibra vidrio de 100 micras al soporte base de PAI/PET con presión. A continuación, se eliminó la capa de PET dejando la película de PAI laminada sobre el tejido de fibra de vidrio. Las propiedades eléctricas se probaron para dar una ruptura dieléctrica de 5.250 voltios. La resistencia mecánica fue equivalente a la del tejido de fibra vidrio nativa.
La película aislante compuesta y los métodos no se deben limitar a una sola realización, sino interpretarse en amplitud y alcance según la enumeración de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. Una película aislante compuesta flexible y autoportante que consiste en:
una capa base de soporte que comprende tejido de fibra de vidrio;
una capa adhesiva; y
una capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada laminada a dicha capa base de soporte mediante el uso del adhesivo.
2. La película aislante compuesta de la reivindicación 1, en donde el espesor de la película compuesta es de 63,5 μm (2,5 mils) a 406,4 μm (16 mils).
3. La película compuesta de la reivindicación 1, en donde el espesor de dicha capa de poli(amida)imida parcialmente curada es de 12,7-50,8 μm (0,5-2 mil).
4. Un proceso para preparar una película compuesta flexible y autoportante que comprende:
- proporcionar una primera capa base de soporte que se selecciona de una película de poliamida, una película de poliimida, una película de poliéster, una película de polietersulfona, una película de polisulfona, papeles orgánicos, papeles inorgánicos o una película de polieterimida;
- formar por colada una capa de película de poli(amida)imida sobre al menos una de las principales superficies enfrentadas opuestas de dicha capa base de soporte;
- curar parcialmente dicha capa de película de poli(amida)imida;
- separar dicha capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada de dicha capa base de soporte; y - laminar dicha capa de película de poli(amida)imida parcialmente curada a una segunda capa base de soporte de tejido de fibra de vidrio mediante el uso de un adhesivo.
5. El proceso de la reivindicación 4, en donde dicho laminado comprende laminar con adhesivo dicha capa de película a dicha segunda capa base de soporte y en donde dichos adhesivos se seleccionan entre adhesivos sensibles a la presión y adhesivos termoendurecibles.
6. El proceso de la reivindicación 5, en donde la primera capa base de soporte es una película de poliéster.
7. Un método para proporcionar aislamiento a un motor o transformador eléctrico que comprende: proporcionar una película compuesta flexible y autoportante de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3; e insertar dicha película compuesta en un motor o transformador eléctrico.
8. Un motor o transformador eléctrico que comprende:
un componente a aislar; y
una película compuesta flexible y autoportante de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -3 colocada junto a dicho componente.
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