KR100322167B1 - 전기절연페이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 합성수지분말 및 광물충전제의 존재 또는 부재하에, 멜라민 수지 섬유 및 중합체 원섬유 결합제로 이루어진 열안정성 전기 절연재료에 관한 것이다.

Description

전기 절연 페이퍼{ELECTRICAL INSULATING PAPER}

본 발명은 제조가 간단하고 저렴하며, 합성 수지 섬유 및 섬유에 대한 결합제로서 작용하는 중합체 파이프릴(fibril)을 기재로 하는 열안정성 전기 절연 페이퍼에 관한 것이다.

절연 시스템은 교류 및 직류 기계의 기능 및 유효수명에 대한 임계적 인자이다. 모터, 발전기, 변압기 및 축전기를 구성하고, 전기용품을 절연시키기 위한 현대의 고전압 절연 재료의 필수 요건으로는,

- 고온에서의 저손실률,

- 높은 열안정성,

- 양호한 전압 및 크립(creep) 전류 저항성,

- 내훈소성(smoldering resistance) 및

- 유전 파괴로부터의 안전한 보호가 있다.

상기 요건들은 시이트형 또는 성형된 절연 재료에 의해 최상으로 달성된다.

기존 절연 재료로는 예를 들어, 수지 함침된 유리 매트 또는 위브(weave), 셀룰로오스와의 특정 배합물로부터의 시이트형 구조물, 폴리에스테르 또는 폴리아미드의 필름, 및 방향족 폴리아미드로 제조된 페이퍼가 있다. 이들 절연 재료는 일반적으로 양호한 전기적 성질 및 양호한 기계적 성질을 갖지만, 제조에 고비용이 들며, 결과적으로 전기 기계의 가격의 상당한 비율을 차지한다. 상기 페이퍼 중의 일부는 부서지기 매우 쉬우며, 특히 굽힘시에 파괴된다. 방향족 폴리아미드로 제조된 페이퍼는 특히 우수한 열안정성을 갖지만, 이들의 기계적 특성, 특히 높은 탄성 회복율은 가공에 있어서 불리하다. 더욱이, 장기 내훈소성은 개선의 여지가 있다.

본 발명의 목적은 기계적 및 전기적 성질이 양호하고, 열에 안정하며, 제조 비용이 저렴한 전기 절연 재료를 제공하는 데에 있다.

본 발명자들은,

A. 15 내지 95 중량%의 합성 수지 섬유,

B. 5 내지 85 중량%의 중합체 파이브릴,

C. 0 내지 30 중량%의 합성 수지 분말 및

D. 0 내지 80 중량%의 광물 충전제를 포함하는 열안정성 전기 절연

페이퍼에 의해 본 발명의 목적이 달성됨을 발견하였으며, 여기에서 합성 수지 섬유(A)는 멜라민-포름알데히드 축합 생성물로 제조된다.

전기 절연 페이퍼의 개별적인 성분은 하기에 설명될 것이다:

A. 멜라민 수지 섬유가 높은 열안정성 및 비가연성으로 인해 특히 적합하다. 이들의 제조 방법 및 성질은 예를 들어 DE-A-2 364 091호에 공지되어 있다. 이들을 원심 방사, 필라멘트 인출(withdrawl), 압출 또는 피브릴화에 의해 멜라민-포름알데히드 사전 축합 생성물의 고농축 용액으로부터 생성되는 것이 바람직하다. 수득된 섬유는 예비건조되고, 가능한 경우에 배향되며, 멜라민 수지는 150 내지 250℃에서 경화된다. 섬유는 일반적으로 두께가 5 내지 25㎛ 이고, 길이가 2 내지 20mm 이다. 절연 페이퍼 중의 이들의 비율은 15 내지 95 중량%, 바람직하게는 50 내지 80 중량%이다. 열에 특히 안정한 섬유는 EP-A-221 330호 또는 EP-A-523 485호에 기재된 바와 같이, 멜라민 수지 중의 멜라민 1 내지 30몰%를 히드록시알킬멜라민으로 치환시키는 경우에 수득된다. 이러한 섬유는 200℃ 이하, 바람직하게는 220℃ 이하에서 장기 열안정성을 나타낸다. 합성 수지 섬유(A)는 일반적으로 1[㎡/g] 미만, 특히 0.7[㎡/g] 미만의 BET 비표면적(-190℃에서 동결건조된 섬유에 대해, 에스. 브루나우어(S. Brunauer)의 방법[참조: JACS 60[1938], 309]에 의해 측정됨을 갖는다.

B. 중합체 파이브릴 및 이들의 가지화된 구조는 기성 페이퍼에서 뿐만 아니라 페이퍼의 생성 도중에도 멜라민 수지 섬유를 함께 보유한다. 중합체 파이브릴은 크기 및 형태에 따라 셀룰로오스 섬유와 형태학적으로 유사한 가지화된 섬유 중합체 입자이다. 이들의 길이는 바람직하게는 0.2 내지 50mm 이고, 두께는 5㎛ 미만, 특히 0.01 내지 1㎛ 이며, 이러한 두께는 20,000 배율로 현미경하에 측정된 미세한 개개의 섬유의 두께이다. 이들의 비표면적(BET)은 3㎡/g를 초과하며, 특히 5㎡/g를 초과한다.

중합체 파이브릴은 바람직하게는 연화점이 100℃를 넘는 열안정성 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 방향족 폴리아미드, 폴리술폰 또는 폴리케톤으로 제조되거나 열경화성 수지, 예를 들어 폴리이미드 또는 멜라민-포름알데히드 축합물로 제조될 수 있으며; 최종적으로 파이브릴은 셀룰로오스로 또한 제조될 수 있다. 합성 중합체 파이브릴은 에너지를 공급하며 후속 경화시키거나 경화시키지 않으면서 중합체의 용액을 침전시키거나 짧은 섬유에 고전단력를 가함으로써 생성된다. 본 발명에 따라, 중합체 파이프릴 함량은 5 내지 85 중량%, 바람직하게는 10 내지 50 중량%이다.

C. 전기 절연 페이퍼는 섬유에 대한 추가 결합제로서 작용하는 합성수지 분말 0 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%를 함유한다. 합성 수지 분말은 페이퍼의 가압 도중에 경화하는 경화성 플라스틱, 예를 들어 아미노 수지 또는 에폭시 수지, 또는 가압 도중에 용융되는 열안정성 열가소성 수지로 제조될 수 있다.

D. 적합한 충전제는 미세 분할된 무기 재료, 예를 들어 시멘트, 활석, 고령토, 슬레이트 분말, 백악, 마그네시아, 카본 블랙, 규조토 또는 이들의 혼합물이다. 이들의 입자 크기는 0.1 내지 40㎛인 것이 바람직하다. 또한, 두께가 1 내지 100㎛인 운모(mica)와 같은 플레이틀렛(platelet)형 충전제, 또는 유리 또는 암면 섬유와 같은 섬유 광물 충전제가 사용될 수 있다. 충전제는 전기 절연 페이퍼에 80 중량% 이하, 바람직하게는 10 내지 50 중량%의 양으로 존재할 수 있다.

본 발명의 전기 절연 페이퍼는 제지 업계에 통상적인 방법에 의해 생성된다. 바람직한 구체예에 있어서, 섬유 또는 분말 출발 재료는 수중에서 슬러리화되어, 고체 함량이 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%인 분산액이 제조된다. 분산액은 통상적인 제지기, 예를 들어 길거나 둥근 와이어 기계에 도포되며, 여기에서 평평하게 펼쳐지고, 대부분의 물이 배출된다. 파이브릴은 멜라민 수지 섬유를 함께 보유하여, 형성되는 페이퍼에 적합한 초기 습윤 강도를 제공한다. 그 후, 이러한 미가공 페이퍼는 예를 들어 가열된 로울상으로 안내됨으로써 120 내지 180℃에서 건조된다. 그런 다음, 이것은 200℃를 넘는 온도에서 가압된다. 이러한 방법은 통상적인 평활 로울 및/또는 로울의 쌍에서 페이퍼에 비교적 높은 압력을 가하면서 수행될 수 있다.

존재하는 임의의 합성 수지 분말은 경화 또는 용융되어, 페이퍼를 추가로 강화시킬 것이다. 또한, 페이퍼는 수지, 예를 들어 에폭시, 멜라민, 폴리에스테르, 실리콘, 페놀 또는 아크릴레이트 수지, 또는 폴리이미드에 의한 후속 함침에 의해 추가로 강화될 수 있다. 적합한 마감재(finish)는 알킬페놀, 이미드 또는 실리콘을 기재로 하는 재료이다. 전기 절연 페이퍼에 필름, 예를 들어 폴리이미드 필름을 적층시킴으로써 복합 재료가 생성될 수 있다.

하기 실시예에 있어서, 부 및 %는 중량부 및 중량% 이다.

실시예 1

EP-A-523 485호의 실시예 1b에 따라, 멜라민 약 10 몰%를 5-히드록시-3-옥사펜틸아미노-1,3,5-트리아진으로 대체시킨 멜라민 수지를 생성시켰다. 이 멜라민 수지를 길이가 6mm이고, 두께가 15㎛이며, 비표면적이 0.52㎡/g인 섬유로 방사시켰다. 이러한 멜라민 수지 섬유 70부를 아라미드 파이브릴(Kevlar R T-979, 길이가 0.5 내지 6mm이고, 비표면적이 7.1㎡/g인 파이브릴) 15부와 함께 수중에서 슬러리화시켰다. 그런 다음, 시판되는 멜라민포름알데히드 예비축합물 수지(바스프(BASF)사 제품인 카우라민[등록상표: KAURAMIN] 700; 50% 농도 수용액의 특징: 20℃에서의 즉시 점도가 20 내지 50mPa·s이고, 20℃에서의 60시간 후 점도가 50 내지 80mPa ·s이고, pH가 8.8 내지 9이며, 밀도가 1.22g/㎤임) 15부를 균일하게 혼합시켰다. 고체 함량이 0.5%인 수득된 현탁액을 시이트 성형기에 도입시키고, 물을 배출시켰다. 수득된 페이퍼는 초기 습윤 강도가 120g이며, 두께가 1.5mm였다. 이것을 로울 상으로 안내시키고, 50초의 체류시간 동안 건조시킨 후, 가열된 평활 로울 사이에서 0.7의 두께로 압축시키고, 최종적으로 230℃의 온도 및 150bar의 압력에서 한 쌍의 로울에서 가압시켰다. 수득된 전기 절연 페이퍼는 하기의 특성을 가졌다:

두께: 0.25mm

유전 강도(DIN 53 481에 따름): 35KV/mm

유전 상수(10³Hz 및 50℃에서): 2.6

체적 저항율(DIN 53 482 에 따름): 4 × 10¹⁶[Ω ·cm]

파괴 강도(DIN 53 455 에 따름): 420N/cm

파괴 신장율(DIN 53 455에 따름): 20%

인열 강도(DIN 53 515 에 따름): 850N

Claims (7)

1. (A) 15 내지 95 중량%의 합성 수지 섬유,

   (B) 5 내지 85 중량%의 열안정성 열가소성 수지 파이브릴,

   (C) 0 내지 30 중량%의 경화성 합성 수지 분말 및

   (D) 0 내지 80 중량%의 광물 충전제를 포함하는 열안정성 전기 절연페이퍼로서, 합성 수지 섬유 (A)가 멜라민-포름알데히드 축합 생성물로 제조되는 전기 절연 페이퍼.
2. 제 1항에 있어서, 멜라민 수지 섬유 (A)의 비표면적(BET)이 1[㎡/g] 미만이며, 열안정성 열가소성 수지 파이브릴 (B)의 비표면적(BET)이 3[㎡/g]를 초과함을 특징으로 하는 전기 절연 페이퍼.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 멜라민 수지 섬유 (A)가 멜라민 1 내지 30몰%를 히드록시알킬멜라민으로 치환시킨 멜라민 수지로 제조됨을 특징으로 하는 전기 절연 페이퍼.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 충전제 (D)가 0.1 내지 40㎛의 평균 입자 크기를 갖는 분말 또는 1 내지 100㎛의 평균 두께를 갖는 플레이틀렛을 포함함을 특징으로 하는 전기 절연 페이퍼.
5. 제 1항의 전기 절연 페이퍼를 제조하는 방법으로서, 성분 (A) 및 (B)를 함유하며, 고체 함량이 0.1 내지 10 중량%인 수성 분산액을 제지기에서 가공하여 페이퍼를 형성시키고, 페이퍼를 120 내지 180℃에서 건조시키고, 최종적으로 200℃를 넘는 온도에서 가압에 의해 압축시키고 평활화시키는 것을 포함하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 수성 분산액이 성분 (C), (D) 또는 (C)와 (D) 둘 모두를 추가로 함유함을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 성분 (A)가 멜라민-포름알데히드 축합 생성물로 제조됨을 특징으로 하는 방법.