CN109454970A - 一种高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法。高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带由由一层或两层高导热玻璃丝布补强材料(1)、一层粘接材料层(2)和一层粉云母纸层(3)复合组成,包括以下步骤:1)由高导热填料与胶黏剂复合而成高导热粘接材料,然后与玻璃丝布复合,如图1所示,加热烘干制备成高导热玻璃丝布(1),如图2所示;2)高导热玻璃丝布浸胶(2),粉云母纸(3)与其复合。如图3与图4所示,如果是单层高导热玻璃丝布(1)浸胶(2)与粉云母纸(3)复合后,还需要在另一测云母纸表面涂覆隔离层(4);3)烘培;4)冷却成卷,分切制成云母带。由本发明的高导热云母带制造的线棒绝缘导热性能不小于0.35W/(m·k)。
Description
技术领域
本发明涉及一种高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法。
背景技术
大中型发电机是国家经济发展的动力来源,随着发电机容量不断增大,绝缘材料的耐热级不断提高,从50~60年代A级(90℃)绝缘发展到70~80年代B级(130℃)绝缘,80年代末期又发展到F级绝缘(155℃),每一次耐热级的提高都是一场绝缘材料的结构性改变,但是绝缘材料的导热性一直没有提高。定子绕组主绝缘导热性能提高后,在保持电机体积、额定电压和电机温升不变的基础上,能进一步提高机组的容量,提高了整机的经济技术指标,因此发电机主绝缘材料又有了新的发展要求,迫切需要提高定子绕组主绝缘材料的导热性能。另外国内外许多电厂的发电机组运行时间将要或已达到使用年限,在机组更新改造时保持其体积、额定电压、定子主绝缘厚度不变,利用高导热(High thermalconductive,HTC)绝缘能提高机组容量,减少了机组改造费用和提高了机组的经济效益,因此HTC绝缘在旧机组增容改造方面也有着广阔的市场前景。
国外高导热VPI绝缘材料的研究进展显著,已经开始应用在大型空冷或氢冷发电机的样机上。由于国内一直以多胶模压绝缘体系为主,20世纪末期国内开始研究高导热多胶主绝缘材料,研究历史尽管较短,但是涉足此方向的高校、企业及科研单位较多。国内电机定子线棒的主绝缘的绝缘结构由环氧桐马酸酐胶粘剂、云母纸与玻璃丝布复合构成,其中胶粘剂、云母、玻璃丝布的导热系数分别为0.17W/(m·k)~0.22w/(m·k)、0.3W/(m·k)~0.6W/(m·k)、0.8W/(m·k)~1.2W/(m·k),由于胶粘剂的导热系数最低,因此大部分研究人员的研究方向主要集中在提高绝缘胶粘剂的导热性能。1997年桂林电器科学研究所、申请单位、绝缘材料厂和合作单位开始联合立项研究,研究的重点方向是首先制造高导热胶粘剂,然后利用高导热胶粘剂将云母纸与玻璃丝布复合在一起,制造出高导热多胶粉云母带。从三合一的普通多胶粉云母带到四合一的高导热多胶粉云母带的生产过程中,由于加入高导热填料,给云母带的研制和生产及绝缘热压固化成型工艺带来了一系列问题,其中存在的根本性问题(云母带中云母含量减少)一直无法解决,经过20多年的发展一直无法应用。
鉴于国内南方部分企业已开发少胶VPI(真空压力浸渍)高导热绝缘材料,但是不适用于我国多胶模压绝缘体系,因此开发高导热多胶绝缘材料已到刻不容缓的地步。
发明内容
本发明的目的是为了保证电机定子线棒主绝缘电气性能稳定的同时,提高其导热性能,提供了一种高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,本方法可靠性好,解决了国内在高导热绝缘材料研究中一直存在的电气性能低、包扎工艺性差问题。本发明的技术方案为:
1、高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带由高导热玻璃丝布层(1)、粘接材料层(2)和粉云母纸层(3)复合而成;
1)高导热玻璃丝布层(1)中的玻璃丝布为电工无碱玻璃丝布,玻璃丝布厚度为0.025μm~0.05μm;
2)粉云母纸层(3)的材料为煅烧型高电压白云母纸,其云母定量在100g/m2~200g/m2之间;
3)高导热填料进行表面活化处理:高导热填料、表面活化剂及溶剂的质量百分比为100%:0.5%~1.0%:100%,表面活化剂与溶剂制备成溶液,然后加入高导热填料,搅拌10min~30min,混合液在120℃进行烘干处理,得到表面活化的高导热填料;
4)高导热填料表面活化处理后与胶粘剂复合制备成高导热粘接材料,由玻璃丝布再与高导热粘接材料复合制备成高导热玻璃丝布;然后高导热玻璃丝布涂敷粘接材料,与云母纸复合成高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带。
2、高导热粘接材料中的高导热填料由下面一种材料构成:BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO。
3、高导热粘接材料中的高导热填料由下面任意两种材料构成:BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO。
4、高导热粘接材料中的高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其颗粒由单一粒径的颗粒组成。
5、高导热粘接材料中的高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其颗粒可由多种粒径的颗粒组成。
6、高导热填料表面活化剂为下面一种材料:硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
7、表面活化的高导热填料与粘接材料按照质量比为30%~200%:100%进行混合,搅拌30min~60min后,得到高导热粘接材料。
8、高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种高分子材料构成:环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺。
9、高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种橡胶材料构成:乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶。
10、高导热粘接材料与玻璃丝布复合后制作成的高导热玻璃丝布,其厚度为0.025μm~0.05μm,其中高导热粘接材料与玻璃丝之间的粘接材料(2)为下面一种材料:环氧桐油酸酐树脂、环氧桐马酸酐树脂和环氧酚醛树脂。
11、当高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含两层所述无碱玻璃丝布时,粉云母纸层处在两层所述无碱玻璃丝布的中间。
12、当高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含一层所述无碱玻璃丝布时,高导热玻璃丝布粘接在云母纸一侧,云母纸另一侧表面需要涂敷隔离层(4)。
13、高导热玻璃丝布单面补强云母纸时,该隔离层(4)的原料组分组成和质量配比包括:含氢硅油树脂100份、P22铂络合物催化剂0.5~0.9份、以及溶剂235~1920份;含氢硅油树脂中氢的质量百分比含量为0.03%~1.6%;将含氢硅油树脂溶解在溶剂中,混合均匀,再加入P22铂络合物催化剂搅拌均匀,即制得隔离剂。
14、由高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带制作的定子线棒主绝缘导热率不小于0.35W/(m·k)。
技术效果
本发明认真总结了国内在高导热绝缘材料研究中存在的问题,找到了解决措施。按照以往研究方向,胶粘剂中添加高导热填料后再粘接云母纸和玻璃丝布,云母带中的胶粘剂的量明显较少,适合发展成少胶高导热绝缘,而国外就是采用此种方法制作高导热VPI云母带。国内研究还存在着根本性问题,即添加高导热添料后云母带增厚而云母纸厚度没有变化,致使云母含量减少(云母是绝缘材料中起到主要电气性能的材料)导致绝缘击穿强度和耐电老化性能下降;以往存在的其它问题(如包扎工艺性差)都属于工艺性问题,由于技术的进步都可以通过研究工艺而解决。因此本发明将更改国内高导热绝缘材料的研究方向,将导热填料先与玻璃丝布复合在一起,使复合玻璃丝布厚度几乎无变化,然后玻璃丝布与云母纸复合成云母带,使云母带的厚度几乎无变化,保证了高导热云母带中云母含量不变,而导热填料在玻璃丝布上相互连接成导热通道能提高云母带的导热性能。本发明的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的生产工艺与一般环氧多胶粉云母带的生产工艺没有实质性区别,例如:胶粘剂配制、高导热玻璃丝布上胶、云母纸复合、烘干、收卷、分切工序。
本发明开发的高导热绝缘材料将使我国发电制造业走在世界前列,提高我国发电制造业、绝缘材料制造业创新能力,为我国掌握高导热绝缘制造关键核心技术奠定基础,力争在此方面的工作逐步赶上并超过国外的步伐。与现有技术相比,本发明制造的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带具有良好的包扎工艺性能,如云母带柔软、服贴、不分层。本发明利用高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带制备的定子线棒,各项技术指标达到国外先进水平:
(1)线棒绝缘导热性能不小于0.35W/(m·k);(2)线棒介电损耗值tanδ0.2UN(UN为线棒额定电压)<1.0%,tanδ0.6UN-tanδ0.2UN<0.5%;(3)热态介质损耗(0.6UN,155℃)<5.0%;(4)定子线圈击穿电压大于5.5UN;(5)定子线圈2UN电老化寿命均大于1000h,3UN电老化寿命均大于10h。
本发明可推广到24kV及以上更高耐压级的火电、水电或核电定子线棒主绝缘结构上,具有广泛的应用前景,为水电百万、火电百万、核电百万机组的VPI定子线圈制造奠定了可靠的技术基础。
附图说明
图1:玻璃丝布的结构示意图
图2::高导热玻璃丝布的结构示意图
图3:两层高导热玻璃丝布的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带结构示意图
图4:一层高导热玻璃丝布的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带结构示意图
具体实施方式
本实施方式制得的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,由高导热玻璃丝布层1、粘接材料层2和粉云母纸层3复合而成,如图3与图4所示:高导热玻璃丝布层1中的玻璃丝布为电工无碱玻璃丝布,玻璃丝布厚度为0.025μm~0.05μm;粉云母纸层3的材料为煅烧型高电压白云母纸,其云母定量在100g/m2~200g/m2之间;高导热填料进行表面活化处理:高导热填料、表面活化剂及溶剂的质量百分比为100%:0.5%~1.0%:100%,表面活化剂与溶剂制备成溶液,然后加入高导热填料,搅拌10min~30min,混合液在120℃进行烘干处理,得到表面活化的高导热填料;高导热填料表面活化处理后与胶粘剂复合制备成高导热粘接材料,由玻璃丝布再与高导热粘接材料复合制备成高导热玻璃丝布;然后高导热玻璃丝布涂敷粘接材料,与云母纸复合成高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带。
高导热粘接材料中的高导热填料由下面一种材料构成:BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO。
高导热粘接材料中的高导热填料由下面任意两种材料构成:BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO。
高导热粘接材料中的高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其颗粒由单一粒径的颗粒组成。
高导热粘接材料中的高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其颗粒可由多种粒径的颗粒组成。
高导热填料表面活化剂为下面一种材料:硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
表面活化的高导热填料与粘接材料按照质量比为30%~200%:100%进行混合,搅拌30min~60min后,得到高导热粘接材料。
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种高分子材料构成:环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺。
高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种橡胶材料构成:乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶。
高导热粘接材料与玻璃丝布如图1所示,复合后制作成的高导热玻璃丝布如图2所示,其厚度为0.025μm~0.05μm,其中高导热粘接材料与玻璃丝之间的粘接材料2为下面一种材料:环氧桐油酸酐树脂、环氧桐马酸酐树脂和环氧酚醛树脂。
当高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含两层所述无碱玻璃丝布时,粉云母纸层处在两层所述无碱玻璃丝布的中间,如图3所示。
当高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含一层所述无碱玻璃丝布时如图4所示,高导热玻璃丝布粘接在云母纸一侧,云母纸另一侧表面需要涂敷隔离层4。
高导热玻璃丝布单面补强云母纸时,该隔离层4的原料组分组成和质量配比包括:含氢硅油树脂100份、P22铂络合物催化剂0.5~0.9份、以及溶剂235~1920份;含氢硅油树脂中氢的质量百分比含量为0.03%~1.6%;将含氢硅油树脂溶解在溶剂中,混合均匀,再加入P22铂络合物催化剂搅拌均匀,即制得隔离剂。
由高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带制作的定子线棒主绝缘导热率不小于0.35W/(m·k)。
取本实施方法制得的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,在包扎工艺试验中云母带柔软、服贴、不分层。采用热压工艺制作单边绝缘厚度为3.5mm的标准铝排线棒(线棒额定电压UN=15kV),其主绝缘导热率不小于0.35W/(m·k),常态介质损耗值0.2UN下tanδ小于1%,线棒击穿电压达到5.5UN。标准铝排线棒耐电老化试验,3.0UN电压下寿命大于10h,2.0UN电压下寿命大于1000h。
Claims (10)
1.一种高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带,其特征是:由高导热玻璃丝布层(1)、粘接材料层(2)和粉云母纸层(3)复合而成;
1)高导热玻璃丝布层(1)中的玻璃丝布为电工无碱玻璃丝布,玻璃丝布厚度为0.025μm~0.05μm;
2)粉云母纸层(3)的材料为煅烧型高电压白云母纸,其云母定量在100g/m2~200g/m2之间;
3)高导热填料进行表面活化处理:高导热填料、表面活化剂及溶剂的质量百分比为100%:0.5%~1.0%:100%,表面活化剂与溶剂制备成溶液,然后加入高导热填料,搅拌10min~30min,混合液在120℃进行烘干处理,得到表面活化的高导热填料;
4)高导热填料表面活化处理后与胶粘剂复合制备成高导热粘接材料,由玻璃丝布再与高导热粘接材料复合制备成高导热玻璃丝布;然后高导热玻璃丝布涂敷粘接材料,与云母纸复合成高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带。
2.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:高导热粘接材料中的高导热填料由下面一种材料构成:BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO;高导热粘接材料中的高导热填料由下面任意两种材料构成:BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO。
3.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征:高导热粘接材料中的高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其颗粒由单一粒径的颗粒组成;高导热粘接材料中的高导热填料的粒径由0.1μm~10μm,其颗粒可由多种粒径的颗粒组成。
4.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:高导热填料表面活化剂为下面一种材料:硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
5.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:表面活化的高导热填料与粘接材料按照质量比为30%~200%:100%进行混合,搅拌30min~60min后,得到高导热粘接材料;高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种高分子材料构成:环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺;高导热粘接材料中的胶黏剂由下面一种橡胶材料构成:乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶。。
6.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:高导热粘接材料与玻璃丝布复合后制作成的高导热玻璃丝布,其厚度为0.025μm~0.05μm,其中高导热粘接材料与玻璃丝之间的粘接材料(2)为下面一种材料:环氧桐油酸酐树脂、环氧桐马酸酐树脂和环氧酚醛树脂。
7.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:当高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含两层所述无碱玻璃丝布时,粉云母纸层处在两层所述无碱玻璃丝布的中间。
8.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:当高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带含一层所述无碱玻璃丝布时,高导热玻璃丝布粘接在云母纸一侧,云母纸另一侧表面需要涂敷隔离层(4)。
9.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:高导热玻璃丝布单面补强云母纸时,该隔离层(4)的原料组分组成和质量配比包括:含氢硅油树脂100份、P22铂络合物催化剂0.5~0.9份、以及溶剂235~1920份;含氢硅油树脂中氢的质量百分比含量为0.03%~1.6%;将含氢硅油树脂溶解在溶剂中,混合均匀,再加入P22铂络合物催化剂搅拌均匀,即制得隔离剂。
10.根据权利要求1所述的高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带的制造方法,其特征是:由高导热多胶环氧玻璃丝粉云母带制作的定子线棒主绝缘导热率不小于0.35W/(m·k)。
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