KR20190125390A - 변압기용 복합 재료 - Google Patents

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루드거 라흔
레지스 레메트르
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Abstract

본 발명은 복합 재료, 특히 제1 및 제2 방향성 전기 스트립 층과 그 사이에 배열된 중합체 층을 포함하는 변압기에 사용하기 위한 복합 재료에 관한 것이며, 중합체 층은 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체를 포함하며 3 내지 10 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는다.

Description

변압기용 복합 재료
본 출원은 복합 재료, 특히 변압기에 사용하기 위한 복합 재료 및 본 발명에 따른 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 다른 관점에서, 본 발명은 철심 및 변압기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 철심의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 기술로부터 알려져 있는 변압기에서, 방향성 전기 스트립은 라멜라(lamellae) 형태로 설치된다. 자기 변형의 영향으로 인해, 교류 전류가 가해지면 이들은 진동하여 변압기의 특징적인 소음인 윙하는 소리를 유발한다. 변압기는 주거 지역이나 그 근처에 설치되기 때문에, 소음 공해를 줄이기 위해 부차적인 흡음 조치를 취해야 한다. 이러한 조치들은 매우 많은 비용이 소요된다.
소음 공해를 감소시키는 종래 기술로부터 알려진 다른 수단은 변압기에 설치되는 구조-매개 흡음 복합 시트이다. 예를 들어, 미국특허 6,499,209 B1은 복수의 복합 시트로부터 제조된 변압기를 개시하고 있다. 여기서 개별적인 복합 시트는 2개의 외부 자성 층과 그 사이에 놓인 점탄성 필름으로 구성되며, 점탄성 필름은 대략 25 ㎛의 두께이고 가교 아크릴 중합체에 기초한다.
비록 이러한 시스템들은 상응하게 큰 층 두께로 인해 필요한 음향 특성 및 적절한 접착성 값을 나타내지만, 공지된 시스템들은 여전히 변압기에 사용하기에 충분한 자기 특성 및 철심에 이들을 사용하여 달성할 수 있는 충분한 철 충전율을 갖고 있지 않다. 그러므로, 이들 복합 시트에 대한 추가의 개발 가능성이 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 개선된 복합 재료, 특히 모놀리식 전기 스트립과 비교하여 개선된 특성을 갖는 변압기에 사용하기 위한 복합 재료를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 복합 재료에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 실시예 및 변형은 종속항 및 아래의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따라, 복합 재료 특히 변압기에 사용하기 위한 복합 재료는 제1 및 제2 방향성 전기 스트립 층과 그 사이에 배열된 중합체 층을 포함하고, 중합체 층은 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체를 포함하며 층 두께는 3 내지 10 ㎛ 범위이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 복합 재료는 종래 기술로부터 알려진 복합 재료와 비교하여 모놀리식 전기 스트립 플레이트의 범위에서 연자성 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 복합 재료가 0.60 내지 1.0 W/kg 범위, 보다 바람직하게는 0.60 내지 0.90 W/kg 범위, 가장 바람직하게는 0.60 내지 0.8 W/kg 범위의 P1.7; 50Hz에서 손실을 나타내고 및/또는 DIN EN 60404-2에 따라 결정된 1.88 내지 1.96 T 범위, 보다 바람직하게는 1.90 내지 1.96 T 범위의 J800에서 전계 강도를 나타낸다.
또한, 놀랍게도, 이후 응용 변압기 분야에서 본 발명에 따른 복합 재료는 현재의 기술 상태에서의 것과 필적하는 철 충전율을 갖고 있으며, 따라서 성능 저하를 나타내지 않는 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 복합 재료를 사용하는 변압기에서 철 충전율은 96.0 내지 99.0%, 보다 바람직하게는 98.0 내지 99.0%, 더욱더 바람직하게는 98.3 내지 99.0%이다.
본 발명에 따른 복합 재료의 사용은 변압기에서 결과적인 구조-매개 소음을 현저하게 감소시킬 뿐만 아니라, 예를 들어 사용된 전기 스트립 시트 두께를 변화시키는 것에 의해 증가된 효율을 허용한다.
중합체 층이 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체를 포함한다는 사실은 떨림 및/또는 진동이 더 잘 흡수되고 열 에너지로 변환될 수 있음을 의미한다. 결과적으로, 구조-매개 소음의 현저한 감소가 달성되므로 부차적인 흡음 조치의 사용이 현저하게 감소되거나 심지어 완전히 제거된다.
전기 스트립 시트의 이력 손실은 사용된 시트의 두께에 크게 의존한다. 일반적으로 전기 스트립의 두께가 얇을수록 손실이 줄어든다. 본 발명에 따른 복합 시트를 사용함으로써, 예를 들어 0.40 mm의 두께를 갖는 전기 스트립에 비해, 0.20 mm의 두께를 갖는 상응하게 더 우수한 품질의 2개의 전기 스트립이 서로 접착될 수있다. 변압기 유형과 관련하여, 이것은 변압기의 효율을 크게 높이거나 동일한 효율을 갖는 더 작은 변압기를 구성할 수 있다.
실제로, 복합 재료 자체 및 이로부터 제조된 부품은 때때로 중합체 층을 공격하여 박리를 일으키는 다양한, 때로는 매우 공격적인 오일과 접촉하게 된다. 그러므로, 중합체 층은 이러한 기술적인 오일에 내성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체는 바람직하게는 하나 이상의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체의 공중합된 혼합물로 구성되고, 여기에서 이들 양자는 1 내지 12개의 탄소 원자를 가진 알킬기, 글리시딜 단량체, 불포화 카르복실산 단량체 및 가교제를 갖는 경우, 중합체 층의 팽윤 또는 복합 재료의 박리가 전혀 나타나지 않는 것으로 밝혀졌다 ,
더욱 바람직한 실시예에서, 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체는 2 가지 성분, 즉 공중합된 혼합물 및 가교제만으로 구성된다.
추가의 바람직한 실시예에서, 공중합된 혼합물은 하나 이상의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체를 포함하고, 여기서 이들 양자는 1 내지 12개의 탄소 원자를 가진 알킬기, 글리시딜 단량체 및 불포화 카르복실산 단량체를 갖는다.
바람직하게는, 글리시딜 단량체는 알릴 글리시딜 에테르, 글리시딜 아크릴레이트 에스테르, 글리시딜 메타크릴레이트 에스테르 및/또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
바람직하게는, 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체는 4 내지 12개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는다.
중합체 층이 -15℃보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 경우, 바람직한 실시예에 따라, 1 내지 4개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체가 공중합될 혼합물에 추가될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체는 4 내지 12개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는 적어도 55 내지 85 중량%의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체, 1 내지 4개의 탄소 원자를 가진 0 내지 35 중량%의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체, 0.01 내지 2 중량%의 글리시딜 단량체, 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 13 중량%의 불포화 카르복실산 단량체의 공중합된 혼합물, 및 0.05 내지 1 중량%의 가교제로 구성된다.
바람직하게는, 공중합된 혼합물은 500 내지 1500 kDa, 보다 바람직하게는 600 내지 1000 kDa, 더욱 바람직하게는 700 내지 900 kDa, 가장 바람직하게는 800 kDa ± 20 kDa 범위의 평균 몰 질량을 갖는다. 평균 몰 질량은 GPC에 의해 결정된다. 보정을 위해, 폴리스티렌 표준이 사용되었다.
바람직하게는, 4 내지 12개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 아크릴산 부틸 에스테르, 2-메틸부틸 아크릴레이트, 4-메틸-2-펜틸 아크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 및/또는 이들의 혼합물로부터 선택된다.
바람직하게는, 불포화 카르복실산 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산 및/또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직한 혼합물은 아크릴산 및 메타크릴산, 아크릴산 및 푸마르산, 또는 메타크릴산 및 푸마르산으로 구성된다.
바람직한 실시예에 따라, 공중합은 용매 혼합물, 바람직하게는 에틸 아세테이트와 아세톤의 혼합물의 도움으로 수행된다. 바람직하게는, 용매 혼합물은 68 내지 78℃ 범위에서 환류를 허용하는 비율을 갖는다.
공중합 동안 고체 함량은 바람직하게는 40 내지 60 중량%의 범위이다.
공중합을 위해 AIBN이 바람직하게 라디칼 개시제로서 사용된다.
또한, 공중합은 바람직하게는 질소 분위기 하에서 수행되어, 고분자량의 공중합체, 바람직하게는 500 kDa 이상의 평균 몰 질량을 갖는 고분자량의 공중합체가 달성된다.
바람직하게는, 가교제는 알루미늄 아세틸아세토네이트(AlACA), 철 아세틸아세토네이트(FeACA), 티타늄 아세틸아세토네이트(TiACA) 또는 지르코늄 아세틸아세토네이트(ZrACA)로부터 선택된다.
추가의 바람직한 실시예에 따라, 전기 스트립 층은 50 내지 1500 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 내지 500 ㎛ 범위, 더욱더 바람직하게는 150 내지 350 ㎛ 범위, 가장 바람직하게는 180 내지 270 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 복합 재료를 제조하기 위해, 동일한 두께 또는 상이한 두께를 갖는 2개의 전기 스트립 층이 사용될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 방향성 전기 스트립 층은 각각 0.3 내지 5 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 2.5 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는, 하나 또는 바람직하게는 2 내지 5개, 보다 바람직하게는 2 내지 3개의 표면층을 갖는다. 표면층은 방향성 전기 스트립 층의 철 규산염 부분에 대해 인장 응력을 가하므로, 개별 시트와 완성된 변압기(소위 구성 인자)의 자기 손실의 차이는 최소화된다.
각 층은 실리케이트, 바람직하게는 마그네슘 실리케이트, 대안적으로 포스페이트 화합물, 바람직하게는 포스포실리케이트 화합물로 구성될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 중합체 층은 4 내지 8 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 4.5 내지 7.5 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 방법 단계들을 포함하는 복합 재료를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다:
- 제1 방향성 전기 스트립 층을 제공하는 단계,
- 고분자량의 아크릴레이트계 공중합체 및 가교제를 포함하는 중합제로 제1 방향성 전기 스트립 층을 코팅하는 단계,
- 코팅된 제1 방향성 전기 스트립 층을 가열하는 단계,
- 제2 방향성 전기 스트립 층을 제공하고 가열하는 단계,
- 3 내지 10 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체를 포함하는 중합체 층을 갖는 복합 재료를 얻기 위해 2개의 방향성 전기 스트립 층을 라미네이팅하는 단계.
바람직하게는, 제1 방향성 전기 스트립 층 및 제2 방향성 전기 스트립 층이 코일로서 제공되어, 본 발명에 따른 복합 재료를 제조하기 위한 연속 공정이 실현될 수 있다.
바람직하게는, 제1 방향성 전기 스트립 층의 코팅은 코터에 의해 수행된다. 결과적으로, 중합제의 균일한 층이 제1 방향성 전기 스트립 층에 도포된다. 라미네이팅 단계 후에, 복합 재료가 3 내지 10 ㎛, 바람직하게는 4 내지 8 ㎛, 더욱 바람직하게는 4 내지 8 ㎛, 가장 바람직하게는 4 내지 7 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는 중합체 층을 갖도록 적용된다.
추가의 바람직한 실시예에 따라, 제1 전기 스트립 층의 전처리는 제1 전기 스트립 층을 제공하는 단계와 중합체 층의 도포 단계 사이에서 일어난다. 바람직하게는, 전처리는 세정이다. 여기서, 사용된 전기 스트립의 표면에는 먼지 입자 및 오일이 부착되어 있지 않고, 따라서 중합제의 도포를 위해 준비된다.
바람직한 실시예에서, 고분자량의 아크릴레이트계 공중합체는 1 내지 12개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는 적어도 하나의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체, 글리시딜 단량체 및 불포화 카르복실산 단량체의 공중합된 혼합물로부터 형성된다.
바람직하게는, 전기 스트립 층은 150 내지 250℃ 범위, 보다 바람직하게는 160 내지 190℃의 범위, 더욱 바람직하게는 175 내지 185℃ 범위의 온도로 가열된다. 전기 스트립 층의 가열은 통상적인 노에 의해 또는 유도에 의해 수행될 수 있다. 해당 기술들은 당업자에게 공지되어 있다.
2개의 템퍼드 전기 스트립 층은 바람직하게는 복제 스테이션에 의해 적층된다. 이 경우, 중합제가 도포된 제1 전기 스트립 층이 제2 전기 스트립 층과 합쳐지게 되어 본 발명에 따른 복합 재료가 얻어진다.
여전히 고온인 복합 재료는 일반적으로 냉각 섹션을 통과하며, 여기에서 실온으로 냉각되고 코일로 감겨진다.
특히 바람직한 변형 실시예에 따라, 다음 공정 단계에서, 열적 활성화 접착제가 코일 코팅 방법에 의해 복합 재료의 한면에, 보다 바람직하게는 양면에 도포된다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해서 제조된 복합 재료에 관한 것이다.
바람직하게는, 이러한 방식으로 제조된 복합 재료는 종래 기술로부터 공지 된 복합 재료와 비교하여, 모놀리식 방향성 전기 스트립 시트의 범위에서 연자성 특성을 갖는다.
바람직하게는, 복합 재료는 0.60 내지 1.0 W/kg 범위, 보다 바람직하게는 0.60 내지 0.90 W/kg 범위, 가장 바람직하게는 0.60 내지 0.8 W/kg 범위의 P1.7; 50Hz에서 손실을 나타내고 및/또는 DIN EN 60404-2에 따라 결정된 1.88 내지 1.96 T 범위, 보다 바람직하게는 1.90 내지 1.96 T 범위의 J800에서 전계 강도를 나타낸다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 복합 재료의 복수의 라멜라를 포함하는 철심(iron core)에 관한 것이다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 철심을 포함하는 변압기에 관한 것이다.
또한 본 발명의 다른 양태는 다음의 단계들을 포함하는, 철심의 제조 방법에 관한 것이다:
- 본 발명에 따른 복합 재료를 제공하는 단계,
- 복합 재료로부터 복수의 라멜라를 분리하는 단계, 및
- 라멜라를 철심에 연결하는 단계.
바람직하게는 코일 형태인 복합 재료로부터 라멜라의 분리는, 예를 들어 적합한 펀칭 또는 절삭 공구에 의해 수행될 수 있다. 분리된 라멜라는 패키지로 적층되어 서로 연결된다.
바람직하게는 코일 형태로 복합 재료를 제공하는 것은, 동일한 수의 라멜라를 구비한 철심을 제공하기 위해 분리 단계의 절반만이 필요하기 때문에 모놀리식 전기 스트립 시트를 사용한 철심의 제조에 대해 분리를 위한 공정 이점을 제공한다.
라멜라는 펀치 번델링에 의해 연결되는 것이 바람직하며, 이에 의해 개별 라멜라 사이에 기계적 연결이 생성된다. 이러한 연결은 개별 라멜라 내로 펀칭되는 융기부에 의해 형성된다.
보다 바람직한 변형 실시예에 따라, 개별 라멜라가 함께 접착된다. 바람직하게는, 열적 활성화 접착제가 접합을 위해 사용된다. 열적 활성화 접착제는 라멜라의 적층 전에, 적층 도중에 또는 적층 후에 활성화될 수 있다. 따라서, 열적 활성화 접착제는 다양한 공정 단계를 통해 활성화될 수 있고 따라서 접착 상태가 되므로, 시간적 및/또는 공간적 구분이 제공된다.
대안적으로, 라멜라를 함께 접착시키기 위해 소부 에나멜 또는 점상 접착 결합을 사용하는 것도 가능하다.
추가의 양태에서, 본 발명은 변압기용 철심을 제조하기 위한 본 발명에 따른 복합 재료의 용도에 관한 것이다.
이하에서, 본 발명은 실시예에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
예들
다양한 중합제들이 제조되었다:
용액 1:
이를 위해, 207 g의 아크릴산 부틸 에스테르, 61.2 g의 2-에틸헥실 아크릴레이트, 23.1 g의 아크릴산 및 0.1 g의 2,3-에폭시프로필 메타크릴레이트의 단량체 용액을 제조하였다. 다음에, 68.5 g을 단량체 용액으로부터 제거하고 질소로 퍼지 된 1.5 리터 반응기에 공급하였다. 반응기에는 교반기 수단, 환류 응축기 및 서미스터가 장착되었다. 이어서, 29.7 g의 에틸 아세테이트 및 18 g의 아세톤을 단량체 용액에 첨가하였다. 용액을 환류하에서 가열하였다. 이어서, 0.05 g의 AIBN(듀폰)을 4.5 g의 에틸 아세테이트에 용해시키고 환류 용액에 첨가하였다. 이어서, 용액을 15 분 동안 강한 환류하에 유지시켰다. 나머지 단량체 용액을 195 g의 에틸 아세테이트, 40 g의 아세톤 및 0.24 g의 AIBN과 혼합하고 반응기에서 환류하는 용액에 용액으로서 3 시간에 걸쳐 지속적으로 첨가하였다. 첨가를 완료한 후, 용액을 추가로 1 시간 동안 환류시켰다. 이어서, 0.12 g의 AIBN, 9 g의 에틸 아세테이트 및 4 g의 아세톤의 용액을 반응기에 첨가하고 이 용액을 추가로 1 시간 동안 환류시켰다. 이 과정은 두 번 더 반복되었다. 첨가 완료 후, 용액을 추가로 1 시간 동안 환류시켰다. 이어서, 178 g의 톨루엔 및 27 g의 n-헵탄을 첨가하였다. 얻어진 조생성물은 고형분 함량이 36 중량%이고 점도가 8000 Pa s였다. 점도는 브록필드 점도계(#4 스핀들, 12 rpm)에 의해 결정되었다. 수득된 공중합체는 71 중량%의 부틸 아크릴레이트, 21 중량%의 2-에틸헥실 아크릴레이트, 8 중량%의 아크릴산 및 0.03 중량%의 2,3-에폭시프로필 메타크릴레이트로 구성되었다. 이어서, 공중합체를 0.1 중량%의 알루미늄 아세틸아세토네이트와 혼합하여 중합제를 수득하였다.
용액 2:
이를 위해, 30 g의 부틸 메타크릴레이트, 150 g의 아크릴산 부틸 에스테르, 27 g의 에틸 메타크릴레이트, 55 g의 2-에틸헥실 아크릴레이트, 18.7 g의 메타크릴산 및 0.1 g의 2,3-에폭시 프로필 아크릴레이트의 단량체 용액을 제조하였다. 다음에, 75.5 g을 단량체 용액으로부터 취하여 질소로 퍼지된 1.5 리터 반응기에 공급 하였다. 반응기에는 교반기 수단, 환류 응축기 및 서미스터가 장착되었다. 이어서, 32g의 에틸 아세테이트 및 20g의 아세톤을 단량체 용액에 첨가하였다. 용액을 환류하에서 가열하였다. 이어서, 0.05 g의 AIBN(듀폰)을 4.5 g의 에틸 아세테이트에 용해시키고 환류 용액에 첨가하였다. 이어서, 이 용액을 15 분 동안 강한 환류하에 유지시켰다. 나머지 단량체 용액을 195 g의 에틸 아세테이트, 40 g의 아세톤 및 0.24 g의 AIBN과 혼합하고 반응기에서 환류하는 용액에 용액으로서 3 시간에 걸쳐 지속적으로 첨가하였다. 첨가를 완료한 후, 용액을 추가로 1 시간 동안 환류시켰다. 이어서, 0.12 g의 AIBN, 9 g의 에틸 아세테이트 및 4 g의 아세톤 용액을 반응기에 첨가하고 용액을 추가로 1 시간 동안 환류시켰다. 이 과정은 두 번 더 반복되었다. 첨가 완료 후, 용액을 추가로 1 시간 동안 환류시켰다. 이어서, 183 g의 톨루엔 및 27 g의 n-헵탄을 첨가하였다. 얻어진 조생성물은 고형분 함량이 38 중량%이고 점도가 7500 Pa s였다. 점도는 브록필드 점도계(#4 스핀들, 12 rpm)에 의해 결정되었다. 생성된 공중합체는 10 중량%의 부틸 메타크릴레이트, 53 중량%의 부틸 아크릴레이트, 10 중량%의 에틸 메타크릴레이트, 20 중량%의 2-에틸헥실 아크릴레이트, 6.5 중량%의 메타크릴레이트 및 0.03 중량%의 2,3-에폭시프로필 아크릴레이트로 이루어졌다. 이어서, 공중합체를 0.1 중량%의 알루미늄 아세틸아세토네이트와 혼합하여 중합제를 수득하였다.
용액 3(참고):
참고로, 3M의 점탄성 진동 감쇠 재료 ISD 110이 사용되었다. 최소 25 또는 50 ㎛ 두께에 상응하는 1 및 2 밀의 필름을 갖는 데이터 시트에 따라 도포가 수행되었다. 접착제는 종이 라이너와 함께 25 및 50 ㎛ 두께로 공급되었고 용매를 함유하지 않았다. 가열될 때, 5 내지 30 ㎍/㎠ 휘발성 물질(탄화수소, 유기 에스테르, 에스테르, 알코올, 아크릴레이트, 아세테이트 등)이 탈기되었다. 데이터 시트에 따라 적용가 수행되었다. 공기 내포는 차단되었다.
용액 4(참고):
또한, UHU®의 범용 접착제가 사용되었다. 이것은 무색의 투명한 겔이며 겔과 같은 요변성 농도를 가졌다. 제제는 0.95 g/cm3의 밀도를 갖는 폴리비닐 에스테르에 기초한 32 중량%의 고체 함량을 가졌다. 사용된 용매는 저비점 에스테르와 알콜의 혼합물이었다. 제제는 50 내지 70 중량%의 메틸 아세테이트 및 5 내지 10 중량%의 에탄올 및 아세톤으로 구성되었다.
예 1
총 20개의 변압기 코어가 제작되었다. 표 1에 따른 모든 예에서, 복합 재료는 전기 스트립 등급 23HP85D(공칭 두께 230 ㎛) 또는 27HP85D(공칭 두께 270 ㎛), 및 각각의 중합제의 2개의 방향성 전기 스트립을 사용하여 제조되었다.
이를 위해, 방향성 전기 스트립은 용액 1, 2 및 4의 경우 코터에 의해 특정 층 두께의 접착제 시스템으로 코팅되었다. 용액 3의 경우, 상응하는 두껍고 고체 인 접착층이 롤러를 사용하여 방향성 전기 스트립에 기포가 없이 도포되었다. 이어서, 재료는 용매를 제거하기 위해 110℃에서 1 분 동안 사전 건조되었다. 표 1에 따른 용액 1 내지 4를 사용한 라미네이션 공정을 위해, 상응하는 전기 스트립을 약 180℃까지 연속로(노 시간 약 50초)에서 가열하였다. PMT(피크 금속 온도)에 도달 한 직후, 이들을 180℃로 가열된 방향성 전기 스트립 시트와 함께 롤러 밀에서 압력하에서 라미네티팅 되었다. 용액 3의 경우, 2 개의 코팅된 방향성 전기 스트립을 함께 라미네이팅 함으로써 약 50 ㎛의 층 두께가 달성되었다.
0.8 t(230 ㎛의 두꺼운 시트의 경우) 또는 48 t(270 ㎛의 두꺼운 시트의 경우)의 복합 재료로부터, 3 개의 레그를 갖는 변압기가 종래 기술에 따라 만들어졌고 EN60076-10에 따른 소음과 관련하여 특징지어졌다.
Figure pct00001
또한, 중합체 층의 안정성을 조사하였다. 이를 위해, 수득된 복합 재료로부터 크기로 상응하게 절단된 시험편(2.5 × 10 cm)들을 상응하는 시험 액체[기어 오일 Shell ATF 134 FE, 변압기 오일 Nynas Nytro Taurus(IEC 60296) Ed. 4 - 표준 등급]에서 120℃에서 164 시간 동안 놓아두었다. 노출 시간의 종료시에, 시험편을 육안으로 검사하였다. 이 경우에, 중합체 층의 박리 또는 팽윤이 검출되지 않았다.
이하에서, 본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 재료의 제1 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 재료의 제2 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 제2 변형 실시예에 따른 복합 재료를 사용한 다층 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합 재료의 제조 공정도를 도시한 도면이다.
도 1에는, 본 발명 및 제1 실시예에 따른 복합 재료(1)의 3층 구조가 도시되어 있다. 복합 재료(1)는 제1 전기 스트립 층(2), 제2 전기 스트립 층(4) 및 이들 사이에 배치된 중합체 층(3)을 포함한다.
도 2는 제1 및 제2 전기 스트립 층(2, 4)과 그 사이에 배치된 중합체 층(3)을 갖는, 본 발명에 따른 복합 재료(5)의 제2 변형 실시예를 도시한다. 중합체 층(3)의 양쪽에서, 2개의 전기 스트립 층(2, 4)은 각각 절연층(6)을 갖는다. 바람직한 변형 실시예에 따라, 절연층은 열적 활성화 접착제에 의해 형성된다.
도 3에는, 제2 변형 실시예에 따른 복합 재료(5)를 사용한 다층 구조(7)가 도시되어 있다. 이 경우에, 복합 재료(5)의 개별 층들은 스택을 형성하기 위해 서로 상하로 배치된다. 절연층(6)이 열적 활성화 접착제에 의해 형성되는 경우, 다층 구조(7)는 개별적인 라멜라(도시되지 않음) 사이에 균일 절연층(6)을 갖는다.
도 4는 스트립 코팅 시스템(10)에 의해 본 발명에 따른 복합 재료(1, 5)의 연속 생산을 위한 공정도를 도시한다. 시스템(10)은 제1 및 제2 스트립 권출 스테이션(11, 12)을 가지며, 이들 권출 스테이션에 의해서 제1 및 제2 방향성 전기 스트립 층(2, 4)이 제공된다. 또한, 시스템(10)은 스테이플링 장치(13) 및 제1 및 제2 스트립 어큐뮬레이터(14, 20)를 가지며, 이들은 프로세스의 중단없이 코일의 변경을 허용한다. 필요한 경우, 제1 전기 스트립 층(2)은 전기 스트립 층(2)의 표면에 먼지 입자 및 오일이 부착되는 것을 방지하기 위해 전처리 단계(15)에 먼저 보내진다. 이어서, 중합제(도시되지 않음)가 도포 롤러(16)를 통해 일측에 도포된다.다음에, 중합제로 코팅된 전기 스트립 층(2)은 2-구역 노(17)를 통과하며, 도포된 코팅은 노 안의 100 -120℃에서 미리 건조된다. 이 경우, 용매가 제거된다. 노(17)의 제2 구역에서, 전기 스트립 층(2)은 PMT(170 -190℃)로 가열된다. 또한, 제2 전기 스트립 층(4)은 제2 권출 스테이션(12)에 의해 제공되고 가열 스테이션(17)에 우선 공급되며, 여기서 제2 전기 스트립 층(4)은 마찬가지로 PMT로 가열된다. 복제 스테이션(18)에서, 2개의 전기 스트립 층(2, 4)은 5 kN의 압력 및 150 -170℃의 온도에서 함께 라미네이팅되어 복합 재료(1, 5)를 형성한다. 다음에, 여전히 고온의 복합 재료(1, 5)는 냉각 스테이션을 통과하여 실온으로 냉각되며 이후에 스트립 권취 스테이션(21)에서 코일로 감겨진다.
1 : 복합 재료
2 : 제1 전기 스트립 층
3 : 중합체 층
4 : 제2 전기 스트립 층
5 : 복합 재료
6 : 절연층
7 : 다층 설계
10 : 스트립 코팅 시스템
11 : 스트립 권출 스테이션
12 : 스트립 권출 스테이션
13 : 스테이플링 장치
14 : 스트립 어큐뮬레이터
15 : 전처리 스테이지
16 : 도포 롤러
17 : 가열 스테이션
18 : 복제 스테이션
19 : 냉각 스테이션
20 : 스트립 어큐뮬레이터
21 : 스트립 권취 스테이션

Claims (15)

  1. 복합 재료, 특히 변압기에 사용하기 위한 복합 재료로서,
    - 제1 및 제2 방향성 전기 스트립 층과,
    - 그 사이에 배열된 중합체 층으로 구성되고, 상기 중합체 층은 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체를 포함하고 3 내지 10 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체는
    - 공중합된 혼합물, 및
    - 가교제로 구성되며,
    상기 공중합된 혼합물은
    - 1 내지 12 개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는 적어도 하나의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체,
    - 글리시딜 단량체, 및
    - 불포화 카르복실산 단량체로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  3. 제2항에 있어서,
    공중합된 혼합물이 500 내지 1500 kDa 범위의 평균 몰 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    방향성 전기 스트립 층은 50 내지 1500 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 스트립 층은 0.5 내지 2 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는 절연층을 가진 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  6. 복합 재료를 연속적으로 제조하는 방법으로서,
    - 제1 방향성 전기 스트립 층을 제공하는 단계,
    - 고분자량의 아크릴레이트계 공중합체 및 가교제를 포함하는 중합제로 제1 전기 스트립 층을 코팅하는 단계,
    - 코팅된 제1 방향성 전기 스트립 층을 가열하는 단계,
    - 제2 방향성 전기 스트립 층을 제공하고 가열하는 단계,
    - 3 내지 10 ㎛ 범위의 층 두께를 갖는 고분자량의 가교 아크릴레이트계 공중합체를 포함하는 중합체 층을 갖는 복합 재료를 얻기 위하여 2개의 방향성 전기 스트립 층을 라미네이팅 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료를 연속적으로 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    고분자량의 아크릴레이트계 공중합체는
    - 1 내지 12 개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 갖는 적어도 하나의 알킬 아크릴레이트 에스테르 단량체 및/또는 알킬 메타크릴레이트 에스테르 단량체,
    - 글리시딜 단량체, 및
    - 불포화 카르복실산 단량체의 공중합된 혼합물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 재료를 연속적으로 제조하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    방향성 전기 스트립 층은 150 내지 250℃ 범위의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 복합 재료를 연속적으로 제조하는 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 복합 재료.
  10. 제9항에 있어서,
    복합 재료는 0.60 내지 1.0 W/kg 범위의 P1.7; 50Hz에서 손실을 나타내고 및/또는 DIN EN 60404-2에 따라 결정된 1.88 내지 1.96 T 범위의 J800에서 전계 강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  11. 제1항 내지 제5항 또는 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복합 재료의 복수의 라멜라를 포함하는 변압기용 철심.
  12. 제11항에 따른 철심을 포함하는 변압기.
  13. 변압기용 철심의 제조 방법으로서,
    - 제1항 내지 제5항 또는 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복합 재료를 제공하는 단계,
    - 복합 재료로부터 복수의 라멜라를 분리하는 단계, 및
    - 라멜라를 철심에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기용 철심의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    라멜라는 열적 활성화 접착제에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 변압기용 철심의 제조 방법.
  15. 변압기용 철심을 제조하기 위한 제1항 내지 제5항 또는 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복합 재료의 용도.
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