TWI523045B - 絕緣材料的配方、組成物、製作絕緣材料的方法與電力設備 - Google Patents

Description

絕緣材料的配方、組成物、製作絕緣材料的方法與 電力設備

本發明是有關於一種用於電力設備的絕緣材料，且特別是有關於一種絕緣材料的配方、組成物、製作絕緣材料的方法與電力設備。

電力設備諸如變壓器、電機馬達、匯流排等，一般除了具有輸送電流的線路外，均需要能阻電抗熱的絕緣材料。然而現有的絕緣材料仍無法跟上高壓電力設備的發展，目前亟需具有高絕緣能力的絕緣材料，且如能配合抗熱衝擊等效能，將可突破高壓電力之電力設備的發展的瓶頸。

本發明提供一種絕緣材料的配方，能用來製作高絕緣能力的絕緣材料。

本發明提供一種絕緣材料組成物，能改善絕緣能力並大幅提升其耐熱能力。

本發明提供一種製作絕緣材料的方法，能在室溫室壓下固化得到具有高絕緣能力的絕緣材料。

本發明提供一種電力設備，包含高絕緣能力的絕緣材料。

本發明的絕緣材料的配方包括環氧樹脂、硬化劑與無機材料。環氧樹脂包括50wt%~70wt%的4,4-(1-甲基亞乙基)雙苯酚與(氯甲基)環氧乙烷的聚合物、20wt%~35wt%的甲醛與環氧氯丙烷和苯酚的聚合物、以及10wt%~20wt%的2,2’-[1,4-丁二基二(氧亞甲基)]二-環氧乙烷。硬化劑則可從以下第一與第二硬化劑中選擇一種使用，其中第一硬化劑包括90wt%~98wt%的1,3-間苯二甲胺、1wt%~9wt%的對叔丁基苯酚以及1wt%~9wt%的水楊酸；第二硬化劑包括50wt%~64wt%的5-氨基-1,3,3-三甲基環己甲胺、25wt%~35wt%的1,3-間苯二甲胺、10wt%~20wt%的多元烯基多元胺以及1wt%~10wt%的叔胺。

本發明的製作絕緣材料的方法是先混合均勻上述絕緣材料的配方中的環氧樹脂與硬化劑，以得到一混合物，其中所述環氧樹脂佔所述混合物之總重的70wt%~88wt%之間。然後，在所述混合物中混入無機材料並進行攪拌。

在本發明的另一實施例中，上述無機材料的含量為50wt%~95wt%以及上述混合物的含量為5wt%~50wt%。

在本發明的另一實施例中，進行所述攪拌步驟之後還可 包括在室溫室壓下進行固化。

在本發明的另一實施例中，在混合均勻上述環氧樹脂與硬化劑之前，可先加熱上述環氧樹脂。

本發明的絕緣材料組成物包括環氧樹脂、硬化劑以及無機材料。所述環氧樹脂主要是由雙酚A與環氧乙烷反應的聚合物以及環氧氯丙烷和苯酚反應的聚合物所組成，且環氧樹脂佔所述硬化劑與環氧樹脂之重量總和的70wt%~88wt%之間。硬化劑則是用以交聯上述環氧樹脂並連結無機材料及環氧樹脂，所述硬化劑主要是由間苯二甲胺組成。

在本發明的又一實施例中，上述環氧樹脂於25℃的動態黏度為1000mPa．S。

本發明的電力設備包括使用上述方法製作的絕緣材料，其中所述絕緣材料的絕緣電阻值在3G Ω以上。

在本發明的再一實施例中，上述電力設備中的絕緣材料的溫度等級應可達Class F 155℃。

在本發明的各實施例中，上述無機材料是由氧化矽及氫氧化鋁組成的材料群中選擇的一種材料。

在本發明的各實施例中，上述無機材料的含量佔總量的50wt%~95wt%。

基於上述，本發明的絕緣材料因為藉由雙苯酚、苯酚和氧化甲基等調整材料的玻璃轉換溫度(Tg)，所以其絕緣能力較目前的絕緣材料有大幅的增加。同時，本發明的絕緣材料內含有環氧 乙烷、環氧氯丙烷等基本材，用來和上述材料做結合形成樹脂，以使樹脂之極性(dipole)與無機材料的極性相近，進而達到好的濕潤點(wet point)，有利於填充至電力設備中達到絕緣的目的。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100~110‧‧‧步驟

200‧‧‧電力設備

202‧‧‧絕緣材料

204‧‧‧金屬構件

圖1是依照本發明的第三實施例的一種製作絕緣材料的步驟圖。

圖2是依照本發明的第四實施例的一種電力設備的示意圖。

在本發明的第一實施例中，所述的絕緣材料組成物包括 環氧樹脂、硬化劑以及無機材料。所述環氧樹脂主要是由雙酚A(Diphenol A)與環氧乙烷(ethylene oxide)反應的聚合物(如4,4’-isopropylidenediphenol-Epichlorohydrin copolymer)、以及環氧氯丙烷(epichlorohydrin)和苯酚(phenol)反應的聚合物所組成，且環氧樹脂中尚可包括其他化學品，並不限於本實施例所述。上述環氧樹脂佔所述硬化劑與環氧樹脂之重量總和的70wt%~88wt%之間；如以混合後的各成分之間記性的相配性來看，較佳是75wt%~83wt%之間。上述環氧樹脂於25℃的動態黏度大約為1000mPa．S。

在第一實施例中，硬化劑主要是由間苯二甲胺(m-xylenediamine)組成，用以交聯上述環氧樹脂並連結無機材料及環氧樹脂，但是硬化劑中尚可包括其他化學品，並不限於本實施例所述。在第一實施例中，無機材料例如是由氧化矽及氫氧化鋁組成的材料群中選擇的一種材料，較佳是氧化矽(或稱矽砂)。上述無機材料的含量約佔所述絕緣材料組成物之總量的50wt%~95wt%。

玻璃轉換溫度(Tg)值為決定材料特性的因素之一，當Tg值越高，絕緣材料的耐熱性越好且絕緣性越好，機械強度也越強。但是如果Tg點太高則絕緣材料會變得脆，容易破碎，所以本實施例藉由雙苯酚、苯酚和氧化甲基來要調整Tg值，係採用不同數量官能基的結構提升Tg，但又不使Tg值過高。而所述環氧樹脂中所含的環氧乙烷、環氧氯丙烷是基本材，用來和其他材料做結合，形成樹脂。這些基本材的極性(dipole)與作為填充物的無機材料之極性相近，所以能有好的黏性，進而具有好的濕潤點(wet point)。如果沒有好的濕潤點，將會造成有機材料和無機材料很難結合。另外，環氧樹脂的黏性也需要控制在固定範圍內，以確保絕緣材料的流動率，有利於絕緣材料填滿電力設備中的空隙，達到絕緣的目的。至於第一實施例中的硬化劑的極性也要配合上述環氧樹脂，以便形成好的鍵結，並進行反應。隨著樹脂和硬化劑反應後，會放熱，隨著放熱的溫度升高，其絕緣材料的流動性也會升高。

另外，在本發明的第二實施例中，所述的絕緣材料的配 方包括環氧樹脂、硬化劑與無機材料。環氧樹脂包括50wt%~70wt%的4,4-(1-甲基亞乙基)雙苯酚與(氯甲基)環氧乙烷的聚合物、20wt%~35wt%的甲醛與環氧氯丙烷和苯酚的聚合物、以及10wt%~20wt%的2,2’-[1,4-丁二基二(氧亞甲基)]二-環氧乙烷。至於硬化劑可由以下兩種硬化劑中選擇一種使用。第一種硬化劑包括90wt%~98wt%的1,3-間苯二甲胺、1wt%~9wt%的對叔丁基苯酚以及1wt%~9wt%的水楊酸。第一種硬化劑的重量平均分子量(Mw)約小於或等於700。第二種硬化劑則包括50wt%~64wt%的5-氨基-1,3,3-三甲基環己甲胺、25wt%~35wt%的1,3-間苯二甲胺、10wt%~20wt%的多元烯基多元胺以及1wt%~10wt%的叔胺。根據上述配方，能簡單地在一般環境中完成絕緣材料的製備與固化。上述無機材料例如是由氧化矽及氫氧化鋁組成的材料群中選擇的一種材料，且無機材料的含量佔所述配方之總量的50wt%~95wt%。

圖1是依照本發明的第三實施例的一種製作絕緣材料的步驟圖。

請見圖1，先進行步驟100，混合均勻第二實施例所提到的絕緣材料的配方中的環氧樹脂與硬化劑，以得到一混合物，其中所述環氧樹脂佔所述混合物之總重的70wt%~88wt%之間，較佳是75wt%~83wt%之間。此外，在步驟100之前可選擇先加熱環氧樹脂，以利後續混合等步驟進行，但不需在步驟100以後加熱。

然後，進行步驟110，在所述混合物中混入第二實施例所提到的絕緣材料的配方中的無機材料並進行攪拌。所述無機材料 例如是由氧化矽及氫氧化鋁組成的材料群中選擇的一種材料，且於本實施例中是以矽砂為例。上述無機材料的含量佔配方整體總量的50wt%~95wt%。上述無機材料的含量為50wt%~95wt%、上述混合物的含量為5wt%~50wt%；以流動性與導熱性的觀點而言，較佳是無機材料的含量是在65wt%~90wt%之間、上述混合物的含量是在10wt%~35wt%之間。

隨後，完成的絕緣材料可直接在室溫室壓下進行固化，其中室溫是指0℃~50℃的溫度範圍內。因此，本實施例的方法適用於在工地中施作，毋須特定高溫或壓力即可完成固化。

圖2是依照本發明的第四實施例的一種電力設備的示意圖。在圖2的電力設備200中顯示有絕緣材料202與金屬構件204。所述絕緣材料202是利用第三實施例的方法搭配第二實施例的配方所製得，其絕緣電阻值可達3G Ω以上，且進一步經由荷蘭KEMA機構驗證能達到8G Ω以上。雖然圖2只簡單繪示絕緣材料202包覆金屬構件204，但是實際上本實施例的電力設備200可廣泛地代表變壓器、電機馬達、匯流排等設備。此外，所述絕緣材料經計算應能達到ClassF 155℃的溫度等級。因此本實施例的電力設備200在長期承受不超過上述絕緣系統等級所限定的高溫時，都不會發生絕緣性能明顯減弱的問題。

綜上所述，本發明的絕緣材料藉由調整材料的玻璃轉換溫度(Tg)能達到大幅增加材料之絕緣能力的效果，且能使材料內樹脂和無機材料在極性方面相近而達到好的濕潤點(wet point)，有利 於填充至電力設備中，達到電力設備之絕緣材料具有高絕緣電阻值的結果。另外，本發明的絕緣材料能不經特別環境完成其製備與固化，所以可用於工地施作。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧電力設備

202‧‧‧絕緣材料

204‧‧‧金屬構件

Claims (14)

1. 一種絕緣材料的配方，包括：環氧樹脂，包括50wt%~70wt%的4,4-(1-甲基亞乙基)雙苯酚與(氯甲基)環氧乙烷的聚合物、20wt%~35wt%的甲醛與環氧氯丙烷和苯酚的聚合物、以及10wt%~20wt%的2,2’-[1,4-丁二基二(氧亞甲基)]二-環氧乙烷；硬化劑，是選自第一與第二硬化劑其中之一：第一硬化劑，包括90wt%~98wt%的1,3-間苯二甲胺、1wt%~9wt%的對叔丁基苯酚以及1wt%~9wt%的水楊酸；第二硬化劑，包括50wt%~64wt%的5-氨基-1,3,3-三甲基環己甲胺、25wt%~35wt%的1,3-間苯二甲胺、10wt%~20wt%的多元烯基多元胺以及1wt%~10wt%的叔胺；以及無機材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述的絕緣材料的配方，其中所述無機材料是由氧化矽及氫氧化鋁組成的材料群中選擇的一種材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述的絕緣材料的配方，其中所述無機材料的含量佔所述配方之總量的50wt%~95wt%。
4. 一種絕緣材料組成物，包括：環氧樹脂，主要是由雙酚A與環氧乙烷反應的聚合物以及環氧氯丙烷和苯酚反應的聚合物所組成；硬化劑，用以交聯所述環氧樹脂，所述硬化劑主要是由間苯 二甲胺組成，其中所述環氧樹脂佔所述硬化劑與所述環氧樹脂之重量總和的70wt%~88wt%之間；以及無機材料，藉由所述硬化劑與所述環氧樹脂連結。
5. 如申請專利範圍第4項所述的絕緣材料組成物，其中所述環氧樹脂於25℃的動態黏度為1000mPa．S。
6. 如申請專利範圍第4項所述的絕緣材料組成物，其中所述無機材料是由氧化矽及氫氧化鋁組成的材料群中選擇的一種材料。
7. 如申請專利範圍第4項所述的絕緣材料組成物，其中所述無機材料的含量佔所述絕緣材料組成物之總量的50wt%~95wt%。
8. 一種絕緣材料的製造方法，包括：混合均勻申請專利範圍第1項所述的配方中的環氧樹脂與硬化劑，以得到一混合物，其中所述環氧樹脂佔所述混合物之總重的70wt%~88wt%之間；以及在所述混合物中混入無機材料並進行攪拌。
9. 如申請專利範圍第8項所述的絕緣材料的製造方法，其中所述無機材料的含量為50wt%~95wt%以及所述混合物的含量為5wt%~50wt%。
10. 如申請專利範圍第8項所述的絕緣材料的製造方法，其中所述無機材料包括氧化矽或氫氧化鋁。
11. 如申請專利範圍第8項所述的絕緣材料的製造方法，其中進行所述攪拌之後，更包括在室溫室壓下進行固化。
12. 如申請專利範圍第8項所述的絕緣材料的製造方法，其中在混合均勻所述環氧樹脂與所述硬化劑之前，還包括先加熱所述環氧樹脂。
13. 一種電力設備，包括使用申請專利範圍第8項所述的方法製作的絕緣材料，其中所述絕緣材料的絕緣電阻值在3G Ω以上。
14. 如申請專利範圍第13項所述的電力設備，其中所述絕緣材料的溫度等級為Class F 155℃。