KR102575285B1 - 전기 전도체에 운모 페이퍼를 래핑하는 방법 및 이에 적합한 운모 페이퍼 테이프 - Google Patents

전기 전도체에 운모 페이퍼를 래핑하는 방법 및 이에 적합한 운모 페이퍼 테이프 Download PDF

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Abstract

전기 전도체 주위에 운모 페이퍼를 적용하는 방법으로서, 해당 공정은 운모 페이퍼를 포함하는 테이프를 전도체의 부착점에서 전도체에 부착하는 단계; 부착점으로부터 전도체 둘레의 적어도 25%인 지점까지 테이프가 권취될 때까지 전도체 표면 주위에 테이프를 권취하는 단계; 이어서, 부착점에서 시작하여 테이프로부터 지지층의 연속 제거를 개시하는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태를 유지함); 원하는 양의 전도체 표면이 운모 페이퍼의 적어도 하나의 층으로 완전히 덮일 때까지 제거점에서 지지층을 제거하는 동시에 전도체 주위에 테이프를 계속 권취하는 단계를 포함하되, 제거점은 원하는 양의 전도체 표면이 완전히 덮일 때까지 권취점 뒤에 전도체 둘레의 적어도 25%로 유지되는 방법이 개시된다. 운모 페이퍼 및 지지층의 테이프로서, 지지층의 초기 연신율이 운모 페이퍼의 초기 연신율 이하이고, 10 N/10 mm 이하의 층간 박리력이 지지층에 가해질 때 지지층이 운모 페이퍼로부터 분리될 수 있도록 지지층이 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 테이프가 또한 개시된다.

Description

전기 전도체에 운모 페이퍼를 래핑하는 방법 및 이에 적합한 운모 페이퍼 테이프{METHOD OF WRAPPING MICA PAPER ON AN ELECTRICAL CONDUCTOR AND MICA PAPER TAPE SUITABLE FOR SAME}
본 발명은 절연재로서의 운모 페이퍼를 전기 전도체에 적용하는 방법 및 이러한 방법에 유용한 운모 페이퍼에 관한 것이다.
운모 함량이 높은 페이퍼는 모터, 발전기 및 인버터에서 절연재로서 유용하다. 운모 함량이 더 높은 운모 페이퍼는 높은 운모 함량과 관련된 운모 페이퍼의 기계적 약점을 보완하기 위해 일반적으로 유리 직물 또는 폴리에스테르 필름과 같은 기계적 지지층을 갖는다. 그러나, 많은 절연 불량은 이러한 기계적 지지층 및 기계적 지지층의 더 낮은 코로나 저항성, 상이한 열팽창 및 상이한 전도성에 기인하기 때문에, 기계적 지지층은 전기 장비에 사용하기에 바람직하지 않다.
전도체 주위에 테이프를 빠르게 래핑하면서 테이프에 장력을 유지하도록 특별히 고안된 기계를 이용하여 전도체 주위에 테이프 형태의 전기 절연재를 와선형 또는 나선형으로 래핑하는 것이 일반적이다. 이러한 기계는 일반적으로 기계적 지지층을 갖는 운모 페이퍼의 사용을 필요로 하므로, 바람직한 전기적 성능 미만의 기계적 지지층이 절연재의 일부가 된다.
따라서, 전기 전도체 주위에 운모 페이퍼를 성공적으로 래핑하는 방법으로서, 전기 절연재에 기계적 지지층을 포함할 필요가 없는 방법이 필요하다.
본 발명은 전기 전도체 주위에 운모 페이퍼를 적용하는 방법으로서, 해당 공정은
i) 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 면 및 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 지지층을 포함하는 면을 갖는 테이프; 및
ii) 길이와 그 길이에 수직인 둘레를 갖는 표면을 갖는 전기 전도체를 포함하고,
상기 방법은,
a. 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 테이프의 면을 전도체 표면 상의 부착점에서 전도체에 부착하는 단계;
b. 전도체 표면 상의 부착점으로부터 전도체 둘레의 적어도 25%인 권취점까지 테이프가 권취될 때까지 전도체 주위에 테이프를 권취하는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태임); 이어서,
c. 부착점에서 시작하여 테이프로부터 지지층의 연속 제거를 개시하는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태를 유지함); 및
d. 원하는 양의 전도체 표면이 운모 페이퍼의 적어도 하나의 층으로 완전히 덮일 때까지 제거점에서 지지층을 제거하는 동시에 전도체 주위에 테이프를 계속 권취하는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 적어도 부분적 접촉 상태이고, 권취점에서 표면과 연속적으로 접촉함)를 순서대로 포함하되,
제거점은 원하는 양의 전도체 표면이 완전히 덮일 때까지 권취점 뒤에 전도체 둘레의 적어도 25%로 유지되는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 제1면 및 지지층을 포함하는 제2면을 갖는 테이프로서, 운모 페이퍼가 70 내지 99 중량%의 운모 및 1 내지 30 중량%의 바인더를 포함하고, 지지층이 필름, 페이퍼, 부직포, 또는 직포를 포함하고, 지지층의 초기 연신율이 운모 페이퍼의 초기 연신율 이하이고, 10 N/10 mm 이하의 층간 박리력이 지지층에 가해질 때 지지층이 운모 페이퍼로부터 분리될 수 있도록 지지층이 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 테이프에 관한 것이다.
도 1 내지 4는 단면이 직사각형인 전도체에 절연 테이프를 적용하는 방법의 특정 양태들을 도시한다.
본 발명은 박리 가능한 지지층과 함께 운모 페이퍼를 사용하여 전기 전도체에 절연재를 적용하는 방법에 관한 것이다. 이러한 박리 가능한 지지층은 전기 전도체의 길이를 따른 권취 공정 중에 장력 하에서 운모 페이퍼를 지지하기 위해 일시적으로 사용되며, 박리 가능한 지지층은 이후 전기 전도체를 따라 테이핑을 진행하면서 제거된다. 이 방법은 어떠한 다른 추가 층도 존재하지 않고 전도체에 운모 페이퍼만 래핑되도록 할 수 있다.
운모 페이퍼는 여러 종류의 전기 부품에 유용하지만, 보다 구체적으로는, 저전압(1000 V 미만의 공칭 전압)과 같은 회전 장비에 유용하다. 전기 부품의 예는 모터, 발전기 및 인버터를 포함한다. 바람직한 전기 전도체는 운모 페이퍼가 적용되는 코일이다. 운모 적용 방법은 허용되는 기계적 강도를 유지하면서 열 안정성 및 코로나 방전 저항성을 갖는 전기 절연재에 유용하다.
본원에 사용된 운모 페이퍼는 무기 재료 운모를 함유하는 페이퍼를 의미한다. 예시적으로, 운모 함량은 적어도 45 중량%일 수 있지만, 가장 유용한 전기적 특성은 운모 페이퍼가 적어도 70%의 운모를 가질 때, 바람직하게는 운모 페이퍼가 적어도 85 또는 90 중량%의 운모를 가질 때 존재한다. 본원에 사용된 용어 “운모”는 규산염 광물 형태에 관한 통상적인 의미로 사용된다. 일반적으로 다양한 형태의 플레이크 형태를 갖는 운모 입자, 예컨대 백운모 또는 금운모 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있지만, 백운모 형태의 운모가 바람직하다. 전기 절연에 바람직한 형태의 운모는 선택적으로 금운모가 존재하는 백운모이다.
페이퍼 내 운모 함량이 증가함에 따라, 페이퍼의 기계적 강도 및 응집력은 일반적으로 감소한다. 바인더와 같은 첨가제는 일반적으로 페이퍼의 기계적 강도를 증가시키지만, 운모 함량이 증가함에 따라 이러한 첨가제는 감소한다.
박리 가능한 층을 갖는 운모 페이퍼를 전기 전도체에 적용하는 바람직한 방법은 고속 기계를 사용하여 표면 주위에 재료를 래핑하는 것이다. 이러한 고속 기계는 매우 잘 알려져 있다. 그러나, 본원에 개시된 방법은 수동으로 수행될 수 있는 것으로 이해되며, 이는 사람이 전기 전도체를 따라 그 주위에 운모 페이퍼를 적용하고 래핑할 것이라는 것을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 “박리 가능한 지지층”은 이러한 지지층이 손으로 또는 기계에 의해 운모 페이퍼로부터 제거, 즉 분리될 수 있음을 나타낸다. 박리 가능한 지지층과 접촉하는 운모 페이퍼 롤을 잡고 있는 사람은 운모 페이퍼를 손상시키지 않고 박리 가능한 지지층을 제거할 수 있다. 이와 같이, 지지층은 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된다고 할 수 있다. 탈착 가능하게 부착된다는 것은 10 N/10 mm 이하의 층간 박리력이 지지층에 가해질 때 지지층이 운모 페이퍼로부터 분리될 수 있도록, 지지층이 운모 페이퍼로부터 박리될 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 지지층의 초기 연신율이 운모 페이퍼의 초기 연신율 이하이다. 본 발명자들은 놀랍게도, 지지층이 운모 페이퍼보다 더 큰 연신율 또는 신축성을 갖는 경우, 운모 페이퍼를 찢지 않고 운모 페이퍼로부터 지지층을 제거하기는 어렵다는 것을 발견하였다.
박리 가능한 층의 적절한 예는 필름, 페이퍼, 부직포, 또는 직포를 포함하며; 특정 예는 셀룰로오스 페이퍼, 중합체 필름, 직조 직물, 부직 구조, 아라미드 페이퍼 및 금속 호일을 포함한다.
본 발명은 전기 전도체 주위에 운모 페이퍼를 적용하는 방법으로서, 해당 공정은
i) 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 면 및 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 지지층을 포함하는 면을 갖는 테이프; 및
ii) 길이와 그 길이에 수직인 둘레를 갖는 표면을 갖는 전기 전도체를 포함하고,
상기 방법은,
a. 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 테이프의 면을 전도체 표면 상의 부착점에서 전도체에 부착하는 단계;
b. 전도체 표면 상의 부착점으로부터 전도체 둘레의 적어도 25%인 권취점까지 테이프가 감겨질 때까지 전도체 주위에 테이프를 감는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태임); 이어서,
c. 부착점에서 시작하여 테이프로부터 지지층의 연속 제거를 개시하는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태를 유지함); 및
d. 원하는 양의 전도체 표면이 운모 페이퍼의 적어도 하나의 층으로 완전히 덮일 때까지 제거점에서 지지층을 제거하는 동시에 전도체 주위에 테이프를 계속 권취하는 단계(운모 페이퍼는 전도체 표면과 적어도 부분적 접촉 상태이고, 권취점에서 표면과 연속적으로 접촉함)를 순서대로 포함하되,
제거점은 원하는 양의 전도체 표면이 완전히 덮일 때까지 권취점 뒤에 전도체 둘레의 적어도 25%로 유지되는 방법에 관한 것이다.
운모의 연속 표면을 포함하는 테이프의 면이 전도체 표면 상의 부착점에서 전도체에 부착된다. 이는 테이프의 전방 에지 또는 단부를 전기 전도체에 적용함으로써 달성될 수 있는데, 운모 페이퍼의 연속 표면의 전방 에지 또는 단부는 (i) 전기 전도체 상에 또는 (ii) 운모 페이퍼 표면의 전방 에지 또는 단부 상에 점착제를 사용하여 전도체에 부착된다. 모든 경우에, 점착제가 전도체의 에지, 전방 에지 상에 있을 필요는 없지만, 전기 전도체와 접촉하는 운모 페이퍼의 단부 상에 있을 것으로 이해된다. 권취 장력이 테이프에 가해질 때 운모 페이퍼는 전기 전도체와 접촉 상태를 유지할 필요가 있다.
이어서, 전도체 표면 상의 부착점으로부터 전도체 둘레의 적어도 25%인 권취점까지 테이프가 권취될 때까지 전도체 주위에 테이프를 권취하고(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태임), 이어서, 부착점에서 시작하여 테이프로부터 지지층의 연속 제거를 개시한다(운모 페이퍼는 전도체 표면과 접촉 상태를 유지함). 래핑되는 전도체는 전도체 상의 운모 페이퍼의 적절한 지지를 제공하기 때문에 초기 부착점과 권취점 사이가 이 거리일 때 지지층의 연속 제거가 개시될 수 있다. 전도체 둘레의 적어도 25%인 초기 부착점(또는 제거점)과 권취점 간의 거리는 최소의 실질적 거리이며, 전도체가 일반적으로 원형 또는 타원형 단면 형상을 갖는 경우에 유용하다. 일 구현예에서, 초기 부착점(또는 제거점)과 권취점 간의 거리는 전도체 둘레의 적어도 50%이다. 이는 전도체가 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 단면 형상을 갖는 경우에 특히 바람직하다. 이렇게 함으로써 전도체의 직사각형 모서리 주위에 테이프가 래핑되어 지지층의 제거 이전에 추가적인 지지를 제공할 수 있다.
직사각형 단면의 전도체에 래핑하는 기술이 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 지지층(3) 및 운모 페이퍼(4)를 갖는 전기 절연 테이프(2)가 전도체(1)에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 절연 테이프의 단부는 전도체 표면에 부착점(5)을 형성한다. 도 2에서, 전도체 주위에 테이프가 권취되고, 테이프가 권취될 때, 테이프와 전도체 간 접촉 선단은 권취점(6)이다. 도시된 바와 같이, 전도체 상의 지점(7)은 부착점(5)으로부터 전도체 둘레의 50% 지점이며, 이 지점에서 지지층은 부착점(5)에서 운모 페이퍼로부터 제거되기 시작할 수 있다. 도 3에서, 권취가 진행되고, 이때 권취점은 (8)로 도시되어 있고, 제거점(9)은 권취점 뒤의 전도체 둘레의 50%이다. 이때 지지층(10)은 초기 부착점으로부터 제거점(9)까지 운모 페이퍼로부터 박리되었다. 도 4는 권취점(8) 및 제거점(9)을 가지고 전도체 표면 주위에 진행된 래핑을 추가로 도시한다. 이러한 방식으로 전도체 주위에 래핑이 계속된다.
부착점(또는 제거점)과 권취점 간의 최대 거리는 반드시 전도체 둘레의 100% 미만이어야 하며, 그렇지 않을 경우 지지층이 전도체에 권취될 것이다. 실질적인 의미에서, 부착점(또는 제거점)과 권취점 간의 실질적인 최대 거리는 전도체 둘레의 90%인 것으로 여겨진다.
이 방법은 원하는 양의 전도체 표면이 운모 페이퍼의 적어도 하나의 층으로 완전히 덮일 때까지 제거점에서 지지층을 제거하는 동시에 전도체 주위에 테이프를 계속 권취하여(운모 페이퍼는 전도체 표면과 적어도 부분적 접촉 상태이고, 권취점에서 표면과 연속적으로 접촉함) 계속되고, 단, 운모 페이퍼로부터 지지층이 제거되는 지점인 제거점은 원하는 양의 전도체 표면이 완전히 덮일 때까지 권취점 뒤에 전도체 둘레의 적어도 25%로 유지된다.
바람직하게, 테이프는 전도체 주위에 나선형 또는 와선형으로 권취된다. 또한, 바람직하게 테이프의 적어도 일부는 미리 래핑된 운모 페이퍼 층과 적어도 부분적으로 중첩하는 한 층의 운모 페이퍼로 권취된다. 일반적으로, 래핑된 테이프의 중첩이 바람직하고, 테이프 폭의 약 50%의 중첩이 가장 바람직하다.
본원에서의 목적을 위해, 단어 “전도체 표면”은 절연 랩이 요구되는 전기 전도체의 외측 표면을 포함하는 의미이다. “전도체 표면”은 전도체의 노출된 금속 표면에만 한정되는 것이 아니라, 금속 표면 또는 금속 표면에 적용된 다른 재료 상의 코팅을 가졌을 수도 있는 전도체, 또는 전도체에 적용된 또 다른 형태의 절연재의 외측 표면도 포함하는 것으로 이해된다.
전도체에 권취하기 위한 바람직한 하나의 테이프는 박리 가능한 지지층과 함께 연속적인 운모 페이퍼 층을 갖는 테이프이다. 즉, 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 제1면 및 지지층을 포함하는 제2면을 갖는 테이프로서, 운모 페이퍼가 70 내지 99 중량%의 운모 및 1 내지 30 중량%의 바인더를 포함하고, 지지층이 필름, 페이퍼, 부직포, 또는 직포를 포함하고, 지지층의 초기 연신율이 운모 페이퍼의 초기 연신율 이하이고, 10 N/10 mm 이하의 층간 박리력이 지지층에 가해질 때 지지층이 운모 페이퍼로부터 분리될 수 있도록 지지층이 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 테이프이다.
일부 바람직한 구현예에서, 운모 페이퍼의 층은 90 내지 99 중량%의 운모를 가지며, 일부 특정 구현예에서, 운모 페이퍼는 95 내지 99 중량%의 운모를 갖는다. 운모 페이퍼는 하나 이상의 첨가제를 함유할 수 있다. 일반적으로, 이러한 첨가제는 운모 페이퍼에 응집력을 부여하기 위한 바인더, 및 섬유 또는 플록과 같은 다른 재료를 포함한다.
일부 구현예에서, 운모 페이퍼는 셀룰로오스, 아세테이트, 아크릴, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르 섬유, 유리 섬유, 암면, 알루미나와 같은 다결정 섬유, 티탄산칼륨과 같은 단결정, 또는 이들의 혼합물을 더 포함한다. 일부 바람직한 구현예에서, 운모 페이퍼 내 바인더는 아라미드 피브리드를 포함한다. 일부 바람직한 구현예에서, 운모 페이퍼는 아라미드 플록을 포함한다. 특히 바람직한 하나의 구현예는 폴리(메타페닐렌 이소프탈아미드)로 제조된 아라미드 피브리드 및 플록의 사용이다.
본원에 사용된 용어 플록은 습식 적층(wet-laid) 시트 및/또는 페이퍼의 제조에 통상적으로 사용되는 길이가 짧은 섬유를 의미한다. 일반적으로, 플록은 약 3 내지 약 20 mm의 길이를 갖는다. 바람직한 길이는 약 3 내지 약 7 mm이다. 플록은 일반적으로 당업계에 잘 알려진 방법을 이용하여 연속 섬유를 필요한 길이로 절단하여 제조된다.
본원에 사용된 용어 아라미드는 아미드(-CONH-) 결합의 적어도 85%가 두 개의 방향족 고리에 직접 결합된 방향족 폴리아미드를 의미한다. 선택적으로, 첨가제가 아라미드와 함께 사용될 수 있고 중합체 구조 전체에 분산될 수 있다. 최대 약 10 중량%만큼의 다른 중합체 재료가 아라미드와 혼합될 수 있는 것으로 확인되었다. 아라미드의 디아민 대신 약 10%만큼의 다른 디아민으로 치환되거나 아라미드의 이산 염화물 대신 약 10%만큼의 다른 이산 염화물로 치환된 공중합체가 사용될 수 있다는 것도 확인되었다.
바람직한 아라미드는 메타-아라미드이다. 아라미드 중합체는 두 개의 고리 또는 라디칼이 분자 사슬을 따라 서로에 대해 메타 배향될 때 메타-아라미드로 간주된다. 바람직한 메타-아라미드는 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드)(MPD-I)이다. 미국 특허 3,063,966호; 3,227,793호; 3,287,324호; 3,414,645호; 및 5,667,743호는 아라미드 플록을 제조하는 데 사용될 수 있는 아라미드 섬유를 제조하는 유용한 방법의 예시이다.
대안적으로, 아라미드 플록은 파라-아라미드 또는 아라미드 공중합체일 수 있다. 아라미드 중합체는 두 개의 고리 또는 라디칼이 분자 사슬을 따라 서로에 대해 파라 배향될 때 파라-아라미드로 간주된다. 파라-아라미드 섬유를 제조하는 방법은 일반적으로, 예를 들어, 미국 특허 3,869,430호; 3,869,429호; 및 3,767,756호에 개시되어 있다. 바람직한 하나의 파라-아라미드는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)이며; 바람직한 하나의 파라-아라미드 공중합체는 코폴리(p-페닐렌/3,4'디페닐 에스테르 테레프탈아미드)이다. 바람직한 아라미드 플록은 메타-아라미드 플록이며, 특히 바람직한 것은 메타-아라미드 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드)(MPD-I)로 제조된 플록이다.
본원에 사용된 용어 피브리드는 3차원 치수 중 적어도 하나가 가장 큰 치수에 비해 작은 크기를 갖는 매우 작은 비과립상의 섬유질 또는 필름과 같은 입자를 의미한다. 이러한 입자는, 예를 들어 미국 특허 2,988,782호 및 2,999,788호에 개시된 바와 같이, 높은 전단력 하에서 비용매를 사용하여 중합체 재료의 용액을 침전시켜 제조된다. 아라미드 피브리드는 320℃보다 높은 융점 또는 분해점을 갖는 방향족 폴리아미드의 비과립상 필름과 같은 입자이다. 바람직한 아라미드 피브리드는 메타-아라미드 피브리드이며, 특히 바람직한 것은 메타-아라미드 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드)(MPD-I)로 제조된 피브리드이다.
피브리드는 일반적으로 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위의 최대 치수 길이를 갖고 약 5:1 내지 약 10:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는다. 두께 치수는 미크론의 일부 정도, 예를 들어, 약 0.1 미크론 내지 약 1.0 미크론이다. 필요한 것은 아니지만, 피브리드가 건조되지 않은 상태에서 아라미드 피브리드를 층에 혼입시키는 것이 바람직하다.
아라미드에 플록과 피브리드의 조합이 사용되는 경우, 피브리드에 대한 플록의 바람직한 중량비는 0.5 내지 4.0, 더 바람직하게는 0.8 내지 2.0의 범위이다.
운모 페이퍼는 서로 부착된 복수의 얇은 평면 웹으로 제조될 수 있다. 본원에 사용된 용어 “면”은 층 또는 페이퍼의 두 개의 주 표면 중 어느 하나(즉, 층 또는 페이퍼의 한쪽 면 또는 다른쪽 면)를 지칭한다.
운모 페이퍼가 너무 두꺼울 경우, 권취 공정을 방해할 것이다. 바람직하게, 운모 페이퍼는 750 μm 이하, 더 일반적으로는 500 μm 이하일 것이다. 일부 다른 구현예에서, 운모 페이퍼는 250 μm 이하의 두께를 갖는다. 바람직한 하나의 구현예에서, 운모 페이퍼는 130 μm 이하의 두께를 가지며; 바람직한 또 다른 구현예는 100 mm 이하의 두께를 갖는다.
운모 페이퍼는 제지 기계에서 원하는 양과 비율의 운모 및/또는 아라미드 고체를 헤드박스에 제공한 후 제지 와이어 상에 웹으로서 습식 적층하여 제조될 수 있다. 이어서, 습식 웹은 건조기 드럼에서 건조되어 페이퍼를 형성할 수 있다. 바람직하게, 페이퍼를 원하는 두께의 층으로 강화하고 고밀화하기 위해, 페이퍼는 이후 가압 및 가열 하에 열간 압연 캘린더의 닙에서, 또는 다른 수단에 의해 추가로 캘린더링된다. 원하는 경우, 동일한 조성의 둘 이상의 더 가벼운 평량 또는 더 얇은 습식 웹을 개별적으로 제조한 후 함께 캘린더링하고 강화하여 단일층으로 만들 수 있다.
지지층은 10 N/10 mm 이하의 층간 박리력이 지지층에 가해질 때 지지층이 운모 페이퍼로부터 분리될 수 있도록 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된다. 지지층은 실온에서 폭 10 mm 당 10 뉴턴의 층간 박리력이 점착제에 가해질 때 응집 또는 접착 불량을 갖는 적절한 점착제를 통해 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착될 수 있다. 이러한 박리력 또는 층간 박리력은 Instron®과 같은 적절한 측정 장치로 실온(20℃)에서 운모 페이퍼로부터 지지층을 잡아 당기는 힘을 측정하여 결정될 수 있다. 층간 박리력을 측정하기 위해, 지지층을 초기에 운모 페이퍼로부터 분리하고, 개별 지지층 및 운모 페이퍼를 Instron®의 반대편 턱에 놓고(즉, 180°의 박리 각도), 두 층을 분리하는 데 필요한 힘을 100 mm/분의 속도로 측정한다.
지지층을 운모 페이퍼에 부착하고 또한 이후 폭 10 mm 당 10 뉴턴의 층간 박리력이 점착제에 가해질 때 지지층이 운모 페이퍼로부터 박리되도록 할 수 있는 임의의 점착제가 사용될 수 있다. 본 발명자들은 가볍게 도포하는 Scotch® 브랜드 스프레이 마운트 점착제가 적절한 점착제이지만, 다른 종류의 점착제 및 다른 양의 점착제가 사용될 수 있음을 확인하였다.
운모 페이퍼 층에 탈착 가능하게 부착된 지지층을 갖는 테이프를 만들기 위해, 적절한 점착제를 지지층의 면에 적용한 후 이 점착제에 운모 페이퍼의 면을 적용하거나; 또는 대안적으로, 적절한 점착제를 운모 페이퍼의 면에 적용한 후 이 점착제에 지지층의 면을 적용하는 것이 편리하다. 본 발명자들은 적절한 하나의 박리 가능한 지지층은 0.0254 mm의 공칭 두께를 갖는 폴리에틸렌 코팅된 폴리에스테르 필름(DuPont에서 Mylar® 상표로 판매)임을 확인하였다. 지지층으로 적절한 다른 재료는 페이퍼, 부직포, 또는 직포를 포함한다.
점착제를 적용하는 하나의 방법은 약 6 내지 8 인치의 거리로부터 지지층의 일면에 가볍게 균일한 점착제 코팅을 스프레이 도포하는 것이다. 필요한 경우, 이후 점착제를 짧은 시간(최대 1 내지 5분) 동안 건조시킨 후 운모 페이퍼를 점착제에 적용한다. 지지층 상의 점착제의 두께는 바람직하게 0.05 내지 0.030 mm이다.
또한, 점착제를 사이에 두고 두 개의 층을, 예를 들어 캘린더 닙을 사용하여, 적절한 압력(바람직하게는 약 5.5 MPa 이하)으로 함께 눌러 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 지지층을 갖는 최종 테이프를 제조할 수 있다.
또한, 전도체의 래핑 중에 운모 페이퍼와 지지층의 적절한 장력을 확보하기 위해 지지층은 폭 10 mm 당 적어도 60 뉴턴의 인장력을 견딜 수 있어야 하는 것이 바람직하다. 일부 경우에, 폭 10 mm 당 적어도 50 뉴턴의 인장력을 견디는 것이 적절하다. 테이프와 두 층의 적절한 장력은 권취 중에 바람직하지 않은 주름 또는 구김을 방지하는 데 도움이 되는 것이 바람직하다. 또한, 다층 적층 구조의 테이프를 이용한 전도체의 유용한 래핑을 위해, 적층 구조는 고속 기계 테이프-래핑 공정에서 사용하기 위한 약 100 N/m 미만, 바람직하게는 약 50 N/m 미만의 가요성 또는 강성을 가져야 하는 것이 바람직하다.
시험 방법
평량은 ASTM D 645 및 ASTM D 645-M-96에 따라 측정되고 g/m2로 보고된다.
두께는 ASTM D 646-96에 따라 측정되고 mm로 보고된다.
인장 강도 및 초기 연신율은 폭 2.54 cm의 시험 시편 및 18 cm의 게이지 길이로 ASTM D 828-93에 따라 측정되고 MPa로 보고된다.
절연 강도는 ASTM D 149-97A에 따라 측정되고 kV/mm로 보고된다.
층간 박리력(또는 박리력)은 ASTM D 3330 Method F에 따라 측정되고 N/10 mm로 보고된다.
강성(가요성) 또는 굽힘 저항은 IEC 60371-2에 따라 시편을 구부리는 최대 굽힘 하중을 시험 시편(폭 15 mm × 길이 200mm)의 길이로 나눈 값이며, N/m로 보고된다.
실시예
실시예 1
하나의 운모 페이퍼 층과 하나의 기계적 지지층을 적층하여, 박리 가능한 지지층을 갖는 운모 페이퍼의 테이프를 제조하였다. SWECO사(한국)의 운모(SRF-105T) 95 중량% 및 메타-아라미드 피브리드 5 중량%로 운모 페이퍼 층을 제조하였다. 기계적 지지(박리 가능한) 층은 0.0254 mm 두께의 폴리에스테르 필름(Mylar® DuPont)이었다. 폴리에스테르 필름에 재부착 가능하고 점착성이 있는 끈적한 표면을 만들기 위해, 폴리에스테르 필름의 일면에 Scotch® Spray Mount™ 점착제를 도포하였다. 필름 표면으로부터 6 내지 8 인치의 거리로부터 가볍게 균일한 점착제 코팅을 5 내지 10초 동안 분무하고 1분 동안 건조시켰다. 폴리에스테르 필름 상의 이 점착제 층의 두께는 약 0.020 mm이다. 폴리에스테르 필름의 이 분무된 점착 표면에 운모 페이퍼 층을 놓고, 5.5 Mpa의 캘린더 닙 압력 하에서 이 층들을 결합시켜 적층 구조물을 형성하였다. 이어서, 적층 구조물을 15 mm 폭의 테이프로 분할하였다.
비교예 A
상업용 등급의 하소된 운모 페이퍼(SRF-105T)는 SWECO사(한국)로부터 제조되었다. 이 운모 페이퍼는 상업용 유리 백시트 및 폴리에스테르 필름으로 지지된 운모 페이퍼의 전구체로서 95%의 하소된 운모 및 5%의 메타-아라미드 피브리드로 구성되었다. 이 운모 페이퍼를 15 mm 폭의 테이프로 분할하였다. 얻어진 이 테이프의 특성이 표에 열거되어 있다. 기계적 강도가 낮기 때문에, 풀기/되감기 장력이 설정되더라도 테이프는 계속 끊어졌다.
실시예 2
다음과 같은 방식으로 실시예 1의 테이프로 전도체를 와선형으로 래핑하였다. 시험된 직사각형 전도체의 단면 크기는 150 mm x 75 mm였다. 이 테이프의 권취 시작점에서, 운모 페이퍼 표면을 폴리이미드 필름 테이프(Nitto Denko P-224 AMB)로 알루미늄 전도체 표면에 고정하였다. 직사각형 알루미늄 전도체 둘레의 50%를 덮을 때까지 전도체의 두 면을 테이프로 래핑한 후, 운모 페이퍼로부터 지지층의 박리 개시를 시작하였다. 전도체 주위의 그 다음 와선형 권취가 이전 래핑의 50%를 덮도록(50% 중첩 또는 1/2 래핑) 전도체의 와선형 래핑을 진행하였다. 필요에 따라 폭 10 mm 당 최대 40 N의 장력을 테이프에 가하여 눈에 띄는 구김 및 주름을 제거하였다. 운모 페이퍼의 층을 전도체에 성공적으로 래핑하였다. 지지층이 제거되는 동안 운모 페이퍼와 지지층 간의 각도는 약 90도였다. 얻어진 테이프의 특성이 표에 열거되어 있다.
실시예 3
박리 가능한 지지층 상의 운모 페이퍼의 테이프를 실시예 1에서와 같이 준비하고, 다시 실시예 2에서와 같이 직사각형 전도체에 권취하였지만, 전도체는 13.3 mm x 3.3 mm의 단면 치수를 갖는 더 작은 직사각형 구리 전도체였다. 필요에 따라 폭 10 mm 당 최대 50 N의 약간 더 높은 장력을 가하여 눈에 띄는 구김 및 주름을 제거하였다. 운모 페이퍼의 층을 전도체에 성공적으로 래핑하였다. 지지층이 제거되는 동안 운모 페이퍼와 지지층 간의 각도는 약 90도였다. 얻어진 테이프의 특성이 표에 열거되어 있다.
실시예 4
박리 가능한 지지층 상의 운모 페이퍼의 테이프를 실시예 1에서와 같이 준비하고, 다시 실시예 2에서와 같이 전도체에 권취하였지만, 전도체는 직경 160mm의 원형 단면의 알루미늄 와이어였다. 이 경우, 테이프는 운모 페이퍼로부터 지지층의 박리 개시를 시작하기 전에 단지 원형 단면 전도체 둘레의 25%까지만 전도체에 래핑되기만 하면 됐다.
필요에 따라 폭 10 mm 당 최대 40 N의 장력을 테이프에 가하여 눈에 띄는 구김 및 주름을 제거하였다. 운모 페이퍼의 층을 전도체에 성공적으로 래핑하였다. 지지층이 제거되는 동안 운모 페이퍼와 지지층 간의 각도는 약 90도였다. 얻어진 테이프의 특성이 표에 열거되어 있다.
[표]

Claims (6)

  1. 운모 페이퍼의 연속 표면을 포함하는 제1면 및 지지층을 포함하는 제2면을 갖는 테이프로서,
    상기 운모 페이퍼는 70 내지 99 중량%의 운모 및 1 내지 30 중량%의 바인더를 포함하고, 상기 지지층은 필름, 페이퍼, 부직포, 또는 직포를 포함하고,
    상기 지지층의 초기 연신율이 상기 운모 페이퍼의 초기 연신율 이하이고,
    상기 지지층은 10 N/10 mm 이하의 층간 박리력이 상기 지지층에 가해질 때 상기 지지층이 상기 운모 페이퍼로부터 분리될 수 있도록 상기 운모 페이퍼에 탈착 가능하게 부착된 테이프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 운모 페이퍼는 아라미드, 셀룰로오스, 아세테이트, 아크릴, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 테이프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 운모 페이퍼는 유리 섬유, 암면, 알루미나와 같은 다결정 섬유, 티탄산칼륨과 같은 단결정 섬유, 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 테이프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 운모 페이퍼 내 상기 바인더는 아라미드 피브리드를 포함하는 테이프.
  5. 제4항에 있어서, 상기 운모 페이퍼는 아라미드 플록을 더 포함하는 테이프.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아라미드 피브리드 및 상기 아라미드 플록은 폴리(메타페닐렌 이소프탈아미드)로 제조된 테이프.
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