KR102582104B1 - 고열전도성 절연 수지 조성물을 적용한 변압기 권선의구조 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법은 코일 표면상에 글래스 네트층을 형성하여 글래스 네트 코일을 제조하는 제 1단계; 상기 글래스 네트 코일 외부에 외측 금형을 설치하는 제 2단계; 상기 글래스 네트 코일과 외측 금형의 사이에 고열전도성 에폭시 수지를 주입하고 경화하여 고열전도성 외피를 형성하는 제 3단계;를 포함하며, 상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지 및 제 1 규회석을 포함하고, 상기 제 1 규회석은 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에 관한 것이다.
변압기, 리액터 등은 전자기 유도현상을 이용하여 교류 전기의 전압, 전류를 변화시킬 수 있는 장치로, 발전소 등에서 생산된 전력은 각 가정 등에 전달되는 동안 여러 번의 변압기를 거쳐 가정에 공급된다. 이외에도 변압기는 다양한 곳에서 전압, 전류를 변화시키기 위해 활용되고 있다. 변압기는 통상적으로 내부에 2개의 코일을 포함하며, 2개의 코일의 전자기유도 현상에 의해 전압, 전류를 바꿀 수 있다.
이러한 변압기 또는 리액터는 전력 손실을 예방하며, 전류가 외부로 흘러 발생하는 안전사고 등을 예방하기 위하여 코일 외부에 절연성 외피 또는 케이스 등을 포함한다. 이러한 변압기의 경우 그 특성상 내부에서 많은 열이 발생하며, 발생한 열에 의해 코일 온도가 높아지는 경우 변압기 전체의 효율 저하를 유발할 수 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 열전도도가 높은 절연성 외피에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 통상적인 열전도도를 높이기 위한 열전도 필러는 탄소 나노튜브, 산화 그래핀, 그래핀 등의 탄소계 필러 또는 금속계 필러를 통상적으로 이용하며, 이러한 열전도 필러의 경우 전기 전도도 또한 높여 절연성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
이에, 절연성 저하를 유발하지 않으면서도, 높은 열전도도를 확보할 수 있는 외피를 포함하는 변압기의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 고열전도성의 외피를 포함하여 내부의 열을 외부로 쉽게 배출할 수 있으며, 이에 따라 온도 상승에 의한 변압기 효율 저하를 예방할 수 있는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외피의 절연성 및 난연성이 우수하여 안전성이 우수한 변압기 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법은 코일 표면상에 글래스 네트층을 형성하여 글래스 네트 코일을 제조하는 제 1단계;
상기 글래스 네트 코일 외부에 외측 금형을 설치하는 제 2단계;
상기 글래스 네트 코일과 외측 금형의 사이에 고열전도성 에폭시 수지를 주입하고 경화하여 고열전도성 외피를 형성하는 제 3단계;를 포함하며,
상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지 및 제 1 규회석을 포함하며,
상기 제 1 규회석은 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 코일은 원통형의 내부 금형상에 이형 필름을 부착하는 이형필름 부착단계;
상기 이형필름 상에 절연지를 부착하는 절연지 부착단계;
상기 절연지 상에 내부 글래스 네트를 설치하는 글래스 네트 설치단계; 및
상기 내부 글래스 네트 상에 전압 연결부를 설치하고 권선하는 권선단계;를 거쳐 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 3단계 후 형성된 고열전도성 외피는 두께가 0.2 내지 15 ㎝인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 글래스 네트는 두께가 0.1 내지 5 ㎝인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 3단계는 10 torr 이하의 압력 조건에서 에폭시를 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 고열전도성 외피는 열전도도가 0.8 W/mK 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지를 포함하는 제 1제 및 프탈산 무수물을 포함하는 제 2제를 혼합하여 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 1제는 비스페놀 F 에폭시 수지, 제 1 규회석, 제 1 알루미나, 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 2제는 제 2 규회석, 제 2 알루미나 및 프탈산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르는 수평균 분자량이 250 내지 450인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 25 내지 40 중량부의 비스페놀 F 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 80 내지 95 중량부의 제 1 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 2 규회석 및 제 2 알루미나는 말단에 아민기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 제 2제는 상기 제 2 규회석 100 중량부 대비 65 내지 90 중량부의 제 2 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법은 코일 표면상에 글래스 네트층을 형성하여 글래스 네트 코일을 제조하는 제 1단계; 상기 글래스 네트 코일 외부에 외측 금형을 설치하는 제 2단계; 상기 글래스 네트 코일과 외측 금형의 사이에 고열전도성 에폭시 수지를 주입하고 경화하여 고열전도성 외피를 형성하는 제 3단계;를 포함하며, 상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지 및 제 1 규회석을 포함하며, 상기 제 1 규회석은 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 하여 내부의 열을 외부로 쉽게 배출하며, 이에 따라 온도 상승에 의한 변압기 효율 저하를 예방할 수 있는 할 수 있으며, 외피의 절연성 및 난연성, 압축강도, 인장강도 등이 우수하여 안전성이 우수한 장점이 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조과정을 도시한 것이다.
도 4는 제조된 고열전도성 외피를 포함하는 변압기를 도시한 것이다.
도 4는 제조된 고열전도성 외피를 포함하는 변압기를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법은 코일 표면상에 글래스 네트층을 형성하여 글래스 네트 코일을 제조하는 제 1단계;
상기 글래스 네트 코일 외부에 외측 금형을 설치하는 제 2단계;
상기 글래스 네트 코일과 외측 금형의 사이에 고열전도성 에폭시 수지를 주입하고 경화하여 고열전도성 외피를 형성하는 제 3단계;를 포함하며,
상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지 및 제 1 규회석을 포함하며,
상기 제 1 규회석은 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법은 규회석의 표면이 에폭시 작용기를 포함하는 화합물로 개질되어 높은 열전도성을 나타냄으로써, 변압기에서 발생하는 열을 외부로 방출하여 온도 상승에 의한 변압기 효율 저하를 예방할 수 있는 장점이 있다.
아울러 외부 금형을 설치함으로써 두꺼운 외피를 형성하여 안전성을 높일 수 있는 장점이 있다. 이때 본 발명에 의한 변압기는 편의상 변압기로 기술하였으나 변압기 뿐만 아니라 리액터를 포함하는 개념으로 볼 수 있다.
본 발명에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법은 외부 금형을 이용함으로써 상기 제 3단계 후 형성된 고열전도성 외피는 두께가 0.2 내지 15 ㎝ 좋게는 1 내지 12 ㎝일 수 있으며, 이러한 두께에 의해 높은 절연성 및 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 제 3단계는 10 torr 이하, 구체적으로 2 내지 8 torr의 진공 조건에서 에폭시 수지를 주입하는 단계일 수 있으며, 이러한 조건에서 에폭시 수지를 주입하여 외피에 기포가 형성되어 절연성 및 열전도도가 낮아지는 문제를 예방할 수 있다.
상기 고열전도성 외피는 열전도도가 0.8 W/mK 이상, 좋게는 0.9 W/mK 이상, 더욱 좋게는 1 내지 1.7 W/mK를 만족할 수 있으며 이러한 높은 열전도도에 의하여 변압기 내부의 지나친 온도 상승을 예방할 수 있다.
상기 코일은 원통형의 내부 금형상에 이형 필름을 부착하는 이형필름 부착단계;
상기 이형필름 상에 절연지를 부착하는 절연지 부착단계;
상기 절연지 상에 내부 글래스 네트를 설치하는 글래스 네트 설치단계; 및
상기 내부 글래스 네트 상에 전압 연결부를 설치하고 권선하는 권선단계;를 거쳐 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코일은 알루미늄 또는 구리의 호일 또는 와이어를 권선하여 제조된 것일 수 있으며, 권선되는 알루미늄 또는 구리의 양은 제조되는 변압기의 사용 목적 등에 따라 달라질 수 있음이 자명하다.
아울러 상기 글래스 네트는 통상의 절연성 유리 네트인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 구체적으로 두께가 0.1 내지 5 ㎝, 좋게는 0.7 내지 1.7 ㎝인 것을 이용하여 절연성을 확보하고 기계강도를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 상기 외피에 이용되는 고열전도성 에폭시 수지에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법에서 상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지, 제 1 규회석, 제 1 알루미나, 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르를 포함하는 제 1제; 및
제 2 규회석, 제 2 알루미나 및 프탈산 무수물을 포함하는 제 2제;를 포함할 수 있으며, 상기 제 3단계에서 외측 금형에 수지의 주입 전 제 1제와 제 2제가 혼합되어 투입될 수 있다.
상기 제 1 규회석 및 제 2 규회석은 수지 조성물에 포함되어 절연성을 나타내면서도 열전도도를 향상시킬 수 있으며, 본 발명에서 제 1 규회석 및 제 2 규회석은 동일 또는 유사한 것을 이용할 수 있으며, 설명의 편의를 위하여 이하에서 제 1 규회석 및 제 2 규회석을 규회석(CaSiO3)이라 한다.
상기 규회석은 평균 입경이 3 내지 12 ㎛, 좋게는 3.5 내지 8 ㎛를 만족할 수 있다. 이러한 입경 범위를 만족하는 규회석을 이용함으로써 균일한 분산성을 확보하고, 표면개질 효과를 더욱 상승시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 제 1 알루미나 및 제 2 알루미나는 고열전도성 절연 수지 조성물에 포함되어 높은 난연성 및 절연성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에서 제 1 알루미나 및 제 2 알루미나는 동일 또는 유사한 것을 이용할 수 있으며, 설명의 편의를 위하여 이하에서 제 1 알루미나 및 제 2 알루미나를 통칭하여 알루미나라 한다.
상기 알루미나는 평균 입경이 6 내지 20 ㎛, 좋게는 7.5 내지 15 ㎛인 것을 이용할 수 있으며, 이러한 입경 범위를 만족함으로써 앞서 설명한 규회석과 혼합되어 높은 절연성 및 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이하, 상기 제 1제를 구체적으로 설명한다. 상기 제 1제는 비스페놀 F 에폭시 수지, 제 1 규회석, 제 1 알루미나, 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르를 포함하며, 좋게는 비스페놀 A 디글리시딜에테르를 더 포함할 수 있다.
상기 비스페놀 F 에폭시 수지는 통상적으로 이용되는 비스페놀 F 에폭시 수지를 이용할 수 있으며, 좋게는 에폭시 당량이 140 내지 175 g/eq, 좋게는 145 내지 165 g/eq를 만족하며, 25 ℃에서 점도가 900 내지 1,500 cps인 것을 이용할 수 있다. 이러한 물성을 만족하는 비스페놀 F 에폭시 수지를 이용함으로써 제 1제의 다른 조성 및 제 2제와 균일한 혼합을 확보하고 견고한 경화물을 형성할 수 있는 장점이 있다.
상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 25 내지 40 중량부, 좋게는 27 내지 35 중량부의 비스페놀 F 에폭시 수지를 포함할 수 있으며, 이러한 범위를 만족함으로써 절연성 및 난연성이 우수한 경화물을 제조할 수 있는 장점이 있다.
상기 제 1 알루미나는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 80 내지 95 중량부, 좋게는 82 내지 90 중량부의 제 1 알루미나를 포함할 수 있다. 알루미나를 소량 포함하는 경우 절연성 및 난연성 확보가 어려울 수 있으며, 알루미나를 다량 포함하는 경우 상대적으로 수지 함량이 낮아져 내구도가 저하될 수 있다.
상기 제 1제는 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 개질제로 개질된 제 1 규회석 및 제 1 알루미나를 포함한다. 이때 제 1 규회석 및 제 1 알루미나는 각각 개질되어 혼합되거나, 혼합 후 개질하는 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 규회석 및 제 1 알루미나를 개질하기 위해 제조된 개질제는 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 것을 이용할 수 있으며, 이러한 말단 에폭시 작용기를 포함하는 개질제를 이용함으로써, 추후 제 2제와 혼합되어 경화 시 제 2제에 포함된 산 무수물 작용기와 반응하여 결합을 형성하게 되고, 이에 따라 더욱 향상된 분산성을 나타내며, 입자상 물질이 견고하게 결합된 구조를 형성할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특징에 의하여 개질되지 않은 입자를 투입한 경우 대비 현저히 향상된 내구도를 나타내는 장점이 있다.
구체적으로, 상기 개질제는 말단 에폭시 작용기를 포함하는 실란 화합물일 수 있으며, 구체적인 일예로 상기 개질제는 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실) 에틸트리메톡시실란 및 2-(3,4-에폭시사이클로헥실) 에틸트리에톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있다.
이러한 개질제는 상기 규회석 100 중량부 대비 0.2 내지 0.8 중량부, 좋게는 0.3 내지 0.7 중량부 투입되어 규회석 및 알루미나 입자 표면에 코팅될 수 있으며, 개질제 투입량이 낮은 경우 개질에 의한 효과를 충분히 나타내기 어려울 수 있고, 개질제 투입량이 높은 경우 에폭시 수지 경화에 영향을 주어 물성 변화를 유발할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르는 수평균 분자량이 250 내지 450, 좋게는 280 내지 400인 것을 이용할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 높은 내구도를 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부, 좋게는 6 내지 9 중량부의 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르를 포함할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 내구도 저하를 예방하고 상기 제 2제와 혼합되어 균일한 경화물을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고열전도성 절연 수지 조성물에서 상기 제 1제는 비스페놀 A 디글리시딜에테르를 포함한다. 이러한 비스페놀 A 디글리시딜에테르를 포함함으로써 높은 내열성 및 내화학성을 나타내는 장점이 있다.
상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 16 내지 30 중량부, 좋게는 17 내지 23 중량부의 비스페놀 A 디글리시딜에테르를 포함할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 높은 내열성 및 내화학성을 나타내면서도 절연성이 우수한 경화물을 제조할 수 있는 장점이 있다.
이러한 상기 제 1제는 60 ℃에서 점도가 4,000 내지 10,000 cP, 좋게는 4,500 내지 8,000 cP를 만족할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 상기 제 2제와 빠른 속도로 균일한 혼합이 가능하며 작업 편의성을 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 제 2제는 제 2 규회석, 제 2 알루미나 및 프탈산 무수물을 포함하며, 좋게는 네오펜틸글리콜 비스(테트라하이드로프탈레이트)를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2제는 상기 제 2 규회석 100 중량부 대비 65 내지 90 중량부, 좋게는 70 내지 80 중량부의 제 2 알루미나를 포함할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 높은 절연성 및 난연성을 나타낼 수 있다.
상기 제 2제는 말단에 아민을 포함하는 개질제로 개질된 제 2 규회석 및 제 2 알루미나를 포함한다. 이때 제 2 규회석 및 제 2 알루미나는 각각 개질되어 혼합되거나, 혼합 후 개질하는 방법을 이용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2제가 말단에 에폭시 작용기가 아닌 아민 작용기를 포함하는 개질제를 이용함으로써, 제 2제에 포함된 산 무수물 작용기와 에폭시가 미리 반응하는 문제를 해결할 수 있다. 아울러, 아민 작용기를 갖는 개질제를 이용하여 상기 제 1제의 에폭시 작용기와 반응하여 결합을 형성함으로써 분산성을 향상시킬 뿐만 아니라 입자상 물질이 견고하게 결합된 구조를 형성할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로 상기 개질제는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필메틸디에톡시실란, 3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 비스((3-트리에톡시실릴)프로필)아민 및 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있다.
이러한 개질제는 상기 규회석 100 중량부 대비 0.2 내지 0.8 중량부, 좋게는 0.3 내지 0.7 중량부 투입되어 개질될 수 있으며, 개질제 투입량이 낮은 경우 개질에 의한 효과를 충분히 나타내기 어려울 수 있고, 개질제 투입량이 높은 경우 에폭시 수지 경화에 영향을 주어 내화학성, 내열성, 내구도 등의 저하를 유발할 수 있다.
상기 제 2제는 프탈산 무수물을 포함하며, 이러한 프탈산 무수물은 프탈산 무수물, 메틸 테트라하이드로프탈산 무수물, 시스-1,2,3,6-테트라하이드로 프탈산 무수물, 3,4,5,6-테트라하이드로프탈산 무수물, 이타콘산 무수물, 1,2,4-벤젠트리카복실산 무수물, 시트라콘산 무수물 및 2,3-디메틸말레인산 무수물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 프탈산 무수물을 제 2제에 투입됨으로써, 경화 후 내열성 및 절연성이 우수하고, 상기 규회석 및 알루미나를 다량 혼합하는 경우에도 우수한 작업성을 나타내는 장점이 있다.
상기 제 2제는 상기 제 2 규회석 100 중량부 대비 30 내지 45 중량부, 좋게는 32 내지 40 중량부의 프탈산 무수물을 포함할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 균일하고 견고하며 절연성이 우수한 경화물을 제조할 수 있다.
상기 제 2제는 네오펜틸글리콜 비스(테트라하이드로프탈레이트)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제 2제는 상기 제 2 규회석 100 중량부 대비 25 내지 40 중량부, 좋게는 30 내지 38 중량부의 네오펜틸글리콜 비스(테트라하이드로프탈레이트)를 포함할 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 내구성이 우수한 경화물을 형성할 수 있다.
상기 제 2제는 60 ℃에서 점도가 5,000 내지 15,000 cP, 좋게는 6,000 내지 14,000 cP를 만족할 수 있으며 이러한 범위에서 작업성을 높이고 제 1제와 빠른 혼합이 가능하다.
상기 제 1제 : 제 2제는 100 : 65 내지 85의 중량비, 좋게는 100 : 70 내지 80의 중량비로 혼합될 수 있으며, 이러한 범위를 만족하여 에폭시 수지가 충분히 경화되어 높은 내구도 및 절연성을 나타낼 수 있다. 아울러 본 발명의 일 실시예에 의한 절연 수지 조성물은 25 ℃에서 체적 저항이 1.2×1015 내지 2.2 ×1015 Ωcm를 만족하는 특징을 갖는다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
1. 제 1제용 표면개질된 규회석 및 알루미나의 제조
평균입경이 5.5 ㎛인 규회석 및 평균 입경이 11 ㎛인 알루미나를 준비하고, 규회석 100 g 및 알루미나 86.84 g을 혼합한 뒤, 45 ℃에서 교반기로 교반하면서 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 0.45 g을 분무기를 이용하여 고르게 분사하고 30분간 추가로 교반하여 제 1제용 표면개질된 규회석 및 알루미나를 제조하였다.
2. 제 2제용 표면개질된 규회석 및 알루미나의 제조
제 1제용과 동일한 규회석 및 알루미나를 준비하고, 규회석 100 g 및 알루미나 73.68 g을 혼합한 뒤, 45 ℃에서 교반기로 교반하면서 3-아미노프로필 트리에톡시실란((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 0.45 g을 분무기를 이용하여 고르게 분사하고 30분간 추가로 교반하여 제 2제용 표면개질된 규회석 및 알루미나를 제조하였다.
3. 변압기 외피용 고열전도성 절연 수지의 제조
앞서 제조된 제 1제용 표면개질된 규회석 100 g 및 알루미나 86.84 g 혼합물, 에폭시 당량이 약 155 내지 160 g/eq이며, 25 ℃에서 점도가 약 1300 cps인 비스페놀 F 에폭시 수지 31.58 g, 수평균 분자량이 약 370인 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르(PPGD) 7.89 g, 비스페놀A 디글리시딜에테르(bis A DGE) 21.05 g을 혼합하여 제 1제를 제조하였다.
이와 별개로, 앞서 제조된 제 2제용 표면개질된 100 g 및 알루미나 73.68 g, 메틸 테트라하이드로프탈산 무수물(MTH) 34.21 g, 시스-1,2,3,6-테트라하이드로프탈산 무수물(CTH) 1.32 g 및 네오펜틸글리콜 비스(테트라하이드로프탈레이트)(2,2-Dimethylpropane-1,3-diyl cyclohex-4-ene-1,2-dicarboxylate, NBT) 34.21 g을 혼합하여 제 2제를 제조하였으며, 경화 전 제 1제 : 제 2제를 100 : 75의 중량비로 혼합하였다.
[제조예 2 내지 6]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 하기 표 1과 같이 제 1제의 조성을 달리하여 혼합하여 수지 조성물을 제조하였으며, 표 1에서 개질제는 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란을 상기 제 1 규회석 및 제 1 알루미나를 개질하기 위해 투입한 양을 기재하였다. 아울러 하기 표 2의 제조예 2 내지 6은 제조예 1과 동일한 제 2제를 이용하였고, 표 1에서 단위는 g이다.
| 제조예 | 규회석 | 알루미나 | 비스페놀 F | PPGD | bis A DGE | 개질제 |
| 1 | 100 | 86.84 | 35.58 | 7.89 | 21.05 | 0.45 |
| 2 | 100 | 88.34 | 28.58 | 6.49 | 19.05 | 0.60 |
| 3 | 100 | 89.12 | 32.98 | 8.29 | 18.75 | 0.55 |
| 4 | 100 | 76.64 | 31.58 | 7.89 | 21.05 | 0.45 |
| 5 | 100 | 86.84 | 23.08 | 7.89 | 21.05 | 0.45 |
| 6 | 100 | 86.84 | 31.58 | 4.49 | 21.05 | 0.45 |
[제조예 7 및 8]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 하기 표 1과 같이 제 2제의 조성을 달리하여 혼합하여 수지 조성물을 제조하였으며, 하기 표 2의 제조예 7 및 8은 제조예 1과 동일한 제 1제를 이용하였고, 표 2에서 단위는 g이다.
| 제조예 | 규회석 | 알루미나 | MTH | CTH | NBT | 개질제 |
| 1 | 100 | 73.68 | 36.50 | 1.32 | 36.20 | 0.45 |
| 7 | 100 | 76.68 | 36.15 | 1.64 | 32.43 | 0.55 |
| 8 | 100 | 62.34 | 34.21 | 1.32 | 34.21 | 0.45 |
[제조예 9 및 10]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 제조예 9의 경우 제 1제에 표면개질되지 않은 규회석 및 알루미나를 이용하였으며, 제조예 10은 제 2제에 표면개질되지 않은 규회석 및 알루미나를 이용하였다.
[비교 제조예 1]
제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 메틸 테트라하이드로프탈산 무수물(MTH) 34.21 g, 시스-1,2,3,6-테트라하이드로프탈산 무수물(CTH) 1.32 g 및 네오펜틸글리콜 비스(테트라하이드로프탈레이트) 34.21 g 대신 폴리아미드계 경화제 69.74 g을 투입하여 고열전도성 절연 수지를 제조하였다. 이때 폴리아미드계 경화제는 카프로락탐, 헥사메틸렌 디아민 등을 중합하여 제조되며, 연화점이 약 142 ℃인 것을 이용하였다.
변압기 외피용 고열전도성 절연 수지 조성물의 물성 확인
각 제조예의 제 1제 : 제2제를 4 : 3의 중량비로 혼합하고 경화한 뒤, ISO 8894-1에 의거하여 열전도도를 측정하였으며, UL 94 기준에 따라 난연 등급을 측정하고, ISO R 527에 의거하여 인장 탄성률(Tensile modulus)를 측정하고 그 결과를 하기 표 3으로 나타내었다.
| 제조예 | 열전도도(W/mK) | UL 94 등급 | 인장탄성률(MPa) |
| 제조예 1 | 1.2 | V0 | 16,500 |
| 제조예 2 | 1.2 | V0 | 17,000 |
| 제조예 3 | 1.3 | V0 | 15,800 |
| 제조예 4 | 1.1 | V1 | 11,900 |
| 제조예 5 | 1.0 | V0 | 13,700 |
| 제조예 6 | 1.0 | V0 | 13,300 |
| 제조예 7 | 1.1 | V0 | 17,100 |
| 제조예 8 | 1.1 | V1 | 15,900 |
| 제조예 9 | 0.8 | V1 | 12,000 |
| 제조예 10 | 0.9 | V1 | 12,500 |
| 비교 제조예 1 | 0.6 | V1 | 11,500 |
표 3을 참고하면, 제조예 1 내지 3 및 제조예 7에 의해 제조된 고열전도성 절연 수지 조성물의 열전도도가 1.1 이상이며, 난연 등급이 V0를 만족하고, 인장 탄성률이 14,000 MPa 이상인 것을 확인할 수 있다.
[실시예 1] 변압기의 제조
본 발명의 실시예에 의한 변압기의 제조과정을 도 1 내지 3으로 나타내었다. 먼저 원통형의 내부 금형을 준비하고 이물질을 제거한다. 이후 내부 금형에 이형 필름 및 절연지를 순차로 부착한다. 이후 절연지 상에 글래스 네트를 2겹 부착하고 테이프로 고정한다. 상기 글래스 네트의 상에 전압 연결부를 필요한 위치에 연결한 뒤 구리 호일을 권선하여 코일을 형성한다. 여기에 외부용 글래스 네트를 부착하고 테이프로 고정한 뒤 외부 금형에 장착한다. 코일이 장착된 외부 금형을 약 70 ℃로 예열하고, 이와 별개로 제조예 1의 에폭시 수지를 배합한다. 배합된 에폭시 수지를 탈포한 뒤, 약 5 torr의 진공 상태에서 에폭시 수지를 외부 금형에 주입하고 120 ℃ 경화로에서 약 8시간 동안 경화한다. 경화 후 외부 금형과 내부 금형을 제거하여 최종적으로 고열전도성 외피를 포함하는 변압기를 제조하였다.
Claims (14)
- 코일 표면상에 글래스 네트층을 형성하여 글래스 네트 코일을 제조하는 제 1단계;
상기 글래스 네트 코일 외부에 외측 금형을 설치하는 제 2단계;
상기 글래스 네트 코일과 외측 금형의 사이에 고열전도성 에폭시 수지를 주입하고 경화하여 고열전도성 외피를 형성하는 제 3단계;를 포함하며,
상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지 및 제 1 규회석을 포함하며,
상기 제 1 규회석은 말단에 에폭시 작용기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 코일은 원통형의 내부 금형상에 이형 필름을 부착하는 이형필름 부착단계;
상기 이형필름 상에 절연지를 부착하는 절연지 부착단계;
상기 절연지 상에 내부 글래스 네트를 설치하는 글래스 네트 설치단계; 및
상기 내부 글래스 네트 상에 전압 연결부를 설치하고 권선하는 권선단계;를 거쳐 제조된 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 3단계 후 형성된 고열전도성 외피는 두께가 0.2 내지 15 ㎝인 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 글래스 네트는 두게가 0.1 내지 5 ㎝인 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 3단계는 10 torr 이하의 압력 조건에서 에폭시를 주입하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 고열전도성 외피는 열전도도가 0.8 W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 고열전도성 에폭시 수지는 비스페놀 F 에폭시 수지를 포함하는 제 1제 및 프탈산 무수물을 포함하는 제 2제를 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 제 1제는 비스페놀 F 에폭시 수지, 제 1 규회석, 제 1 알루미나, 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 제 2제는 제 2 규회석, 제 2 알루미나 및 프탈산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜에테르는 수평균 분자량이 250 내지 450인 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 25 내지 40 중량부의 비스페놀 F 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1제는 상기 제 1 규회석 100 중량부 대비 80 내지 95 중량부의 제 1 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 2 규회석 및 제 2 알루미나는 말단에 아민기를 포함하는 실란 화합물로 개질된 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 2제는 상기 제 2 규회석 100 중량부 대비 65 내지 90 중량부의 제 2 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 외피를 포함하는 변압기 제조방법.
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