電絕緣紙、制造方法和由其制造的制品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了包括聚醚酰亞胺和其他合成纖維的纖維基質(zhì)，連同包括所述纖維基質(zhì)的電絕緣紙和制品的制備方法。
【專利說明】電絕緣紙、制造方法和由其制造的制品

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及電絕緣紙。

【背景技術(shù)】
[0002]各種類型的電機(jī)包括電絕緣紙以將未帶電荷的組件和殼體元件與帶電荷的組件和電導(dǎo)線非導(dǎo)電性地分離。電絕緣紙主要由以下兩種材料之一制成:纖維素或芳族聚酰胺纖維。這兩種材料都具有顯著的吸水性，這對材料的電性質(zhì)以及絕緣系統(tǒng)的系統(tǒng)水平性能具有負(fù)面影響。因此，需要觀察到深度的干燥操作以及制造護(hù)理，使得這些材料保持充分干燥。
[0003]此外，纖維素紙具有有限的熱能力，使得在暴露于超過約120°C的溫度的過程中，天然纖維素類材料開始示出了顯著長期的降解。此外，纖維素降解機(jī)理不僅由水催化，而且產(chǎn)生水作為副產(chǎn)物，這可以導(dǎo)致自動催化降解的級聯(lián)循環(huán)。
[0004]另一方面，芳族聚酰胺纖維紙如Nomex相對昂貴，并且對于它們用于其中的許多應(yīng)用，代表“熱量超級殺手(thermal-overkill) ”。例如，當(dāng)大多數(shù)電動機(jī)具有類別F(155°C )或類別H(180°C )絕緣系統(tǒng)時，Nomex是類別_220°C絕緣。在這種應(yīng)用中，Nomex電絕緣紙的全部熱能力不是設(shè)計要求，并且Nomex因此可以被視為不必要的額外成本。
[0005]因此，在本領(lǐng)域中，對于與纖維素和Nomex相比具有顯著較少的水分吸收性并且制造成本低的電氣等級絕緣紙仍然存在需要。如果這種纖維可以在高溫下操作，這將是進(jìn)一步的優(yōu)勢。對于用于生產(chǎn)這種電氣用紙的有效方法，仍然存在進(jìn)一步的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個實施方式中，提供一種電氣用紙，包括:具有第一側(cè)面和與所述第一側(cè)面相對的第二側(cè)面的纖維基質(zhì)，并且包括包含以下各項的纖維組合物的固結(jié)產(chǎn)物(consolidated product):35至70wt.%的聚酰亞胺纖維，至少5wt.%的纖維，其包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維，或者包括至少一種上述纖維的組合，以及至少1wt.%的聚碳酸酯纖維，各自基于在纖維組合物中纖維的總重量；布置在纖維基質(zhì)的第一側(cè)面上的第一聚酰亞胺層；和布置在纖維基質(zhì)的第二側(cè)面上的第二聚酰亞胺層，其中，所述電氣用紙具有大于O至小于75mm的厚度。
[0007]在另一個實施方式中，制備纖維基質(zhì)的方法，包括由包含懸浮液溶劑；以及包含以下各項的組合的纖維組合物的漿料形成層:35至70wt.%的聚酰亞胺纖維，至少5wt.%的纖維，其包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維，或者包括至少一種上述纖維的組合，和至少1wt.%的聚碳酸酯纖維，各自基于在纖維組合物中纖維的總重量；將所述層脫水；并且固結(jié)所述層以形成纖維基質(zhì)；其中，在所述固結(jié)步驟之前或者之后，在所述纖維基質(zhì)的每個表面上應(yīng)用聚酰亞胺薄膜層，并且基質(zhì)和聚酰亞胺層一起經(jīng)歷固結(jié)步驟。
[0008]在另一個實施方式中，公開了包括上述纖維基質(zhì)的制品。

【具體實施方式】
[0009]本
【發(fā)明者】已經(jīng)發(fā)現(xiàn):使用聚醚酰亞胺纖維、液晶聚合物纖維、以及可以用作粘合劑纖維的聚碳酸酯共聚物纖維的組合，可以制造耐濕電氣等級纖維基質(zhì)。通過將一些不同短切的、選擇以具有足以不同以允許固結(jié)的熔融溫度的熱塑性聚合物纖維混合生產(chǎn)紙，在這期間將主要聚合物壓在連續(xù)膜中，同時增強(qiáng)纖維聚合物仍然作為未熔融的纖維。在一種實施方式中，固結(jié)基質(zhì)包含熔融聚醚酰亞胺纖維，其形成連續(xù)或半連續(xù)基質(zhì)，形成紙中的膜狀結(jié)構(gòu)。
[0010]纖維基質(zhì)在高溫下可以是熱穩(wěn)定的，具有高的機(jī)械強(qiáng)度和模數(shù)，低蠕變，和/或良好的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0011]纖維基質(zhì)可以包括35wt.%至70wt.%的聚酰亞胺纖維,例如40wt.%至70wt.% >50wt.% 至 70wt.% >40wt.% 至 65wt.% >45wt.% 至 65wt.% >50wt.% 至 65wt.% >50wt.%至70wt.% >60wt.%至70wt.%、或65wt.%至70wt.%的聚酰亞胺纖維。
[0012]所述纖維基質(zhì)可以包括至少5wt.%的包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維或者包括至少一種上述纖維的組合的纖維，例如5至30wt.%、5至25wt.%、5至20wt.%>5至 15wt.%、5 至 1wt.%、10 至 30wt.%、10 至 25wt.%、10 至 20wt.%或者 10 至 15wt.%的包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維或者包括至少一種上述纖維的組合的纖維。
[0013]纖維基質(zhì)可以包括至少1wt.%的聚碳酸酯纖維，例如10至60wt.%、10至50wt.%、10 至 40wt.%、10 至 30wt.%、10 至 20wt.%、1 至 15wt.%、15 至 20wt.%>20 至30wt.%或者25至30wt.%的液晶聚合物纖維。
[0014]如在本文中使用的，術(shù)語“纖維”包括具有長徑比(長度:直徑)大于2，具體地，大于5、大于10、或大于100的單絲的各種各樣的結(jié)構(gòu)。術(shù)語纖維還包括短纖維(fibret)(高度支化且不規(guī)則、導(dǎo)致高表面積的非常短(長度小于1mm)、精細(xì)(直徑小于50 μ m)的原纖化纖維)，以及原纖維(纖維的細(xì)小絲狀元素)。纖維的直徑由它的纖維數(shù)表示，纖維數(shù)通常以dtex或dpf記錄。以“dtex”記錄的數(shù)值表示每10，000米纖維的以克表示的質(zhì)量。數(shù)值“dpf”表示每纖維的旦尼爾。旦尼爾測量體系用于兩個和單個細(xì)絲纖維，并且dpf =總旦尼爾/均勻細(xì)絲的量。一些常見的旦尼爾相關(guān)計算如下:
[0015]I 旦尼爾(deniter) = I 克 /9，000 米=0.05 克 /450 米=0.111 毫克 / 米。
[0016]實際上，測量9，000米是麻煩的，并且通常稱重900米的樣品并且將結(jié)果乘以10
以獲得旦尼爾重量。
[0017]如在本文中使用的，術(shù)語“纖條體”是指非常小、非顆粒狀的纖維或薄膜狀顆粒，它們的三維中的至少一個相對于最大尺寸是小尺寸的，使得它們基本上是二維顆粒，通常具有大于O至小于0.3mm的長度，以及大于O小于0.3mm的寬度，以及大于O至小于0.1mm的深度。在示例性的實施方式中，纖條體的大小是100 μ m χΙΟΟ μ m x0.1ym0
[0018]通常，通過將聚合物溶液流進(jìn)與溶液的溶劑不互溶的液體的凝固浴制備纖條體。當(dāng)聚合物凝固時，使聚合物溶液的流股經(jīng)歷劇烈剪切力和紊流。本發(fā)明的纖條體材料可以是間-或?qū)?芳族聚酰胺或它們的共混物。更具體地，纖條體是對-芳族聚酰胺。在干燥之前，這種芳香族聚酰胺纖條體可以濕地使用，并且可以沉積作為物理地纏繞在紙的絮狀物組分周圍的粘合劑。
[0019]在本專利申請中公開了各種數(shù)值范圍。由于這些范圍是連續(xù)的，它們包括最小值和最大值之間的每個值。除非另有明確說明，本申請中指定的各種數(shù)值范圍是近似值。涉及相同組件或特性的所有范圍的端點包括端點并且可獨立地組合。
[0020]術(shù)語“一個”和“一種”不表示數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個所指項。如在本文中使用的，“它們的組合”包括一種或多種所列舉的元件，可選地，連同沒有列舉的類似元件一起。貫穿整個說明書提及“一種實施方式”、“另一個實施方式”、“一些實施方式”等是指與實施方式結(jié)合描述的特定元素(例如，特征、結(jié)構(gòu)、特性、和/或性能)包括在本文中描述的至少一種實施方式中，并且可以或不可以存在于其他實施方式中。此外，應(yīng)當(dāng)理解所描述的元素能夠以任何合適的方式結(jié)合到各種實施方式中。
[0021]使用標(biāo)準(zhǔn)命名法描述了化合物。例如，沒有被任何指定基團(tuán)取代的任何位置應(yīng)理解為其化合價被指定的鍵或氫原子填充。不在兩個字母或符號之間的短線(用于指示取代基的連接點。例如，-CHO通過羰基中的碳連接。術(shù)語“烷基”包括C1-30支鏈和直鏈、具有指定數(shù)量碳原子的不飽和脂肪族烴基。烷基的實例包括但不限于:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、正己基和仲己基、正庚基和仲庚基、以及正辛基和仲辛基。術(shù)語“芳基”是指包含指定數(shù)目的碳原子以及可選地I至3個雜原子(例如，O、S、P、N、或Si)的芳香族部分，如連接至苯基、環(huán)庚三烯酮、茚滿基、或萘基。
[0022]除非另外指出，本申請中的所有分子量是指重均分子量。所有這些提及的分子量均以道爾頓表示。
[0023]除非另外指出，所有的ASTM測試均基于2003版ASTM標(biāo)準(zhǔn)年鑒。
[0024]聚醚酰亞胺包括大于1，例如，10至1，000，或10至500個式(I)的結(jié)構(gòu)單元:
[0025]

【權(quán)利要求】
1.一種電氣用紙，包括: 具有第一側(cè)面和與所述第一側(cè)面相對的第二側(cè)面的纖維基質(zhì)，并且包括包含以下各項的纖維組合物的固結(jié)產(chǎn)物: 35至70wt.%的聚酰亞胺纖維， 至少5wt.%的纖維，包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維，或者包括至少一種上述纖維的組合，以及 至少1wt.%的聚碳酸酯纖維，各自基于在所述纖維組合物中所述纖維的總重量； 布置在所述纖維基質(zhì)的第一側(cè)面上的第一聚酰亞胺層；以及 布置在所述纖維基質(zhì)的第二側(cè)面上的第二聚酰亞胺層， 其中，所述電氣用紙具有大于O至小于75毫米的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣用紙，其中，所述聚酰亞胺纖維包括聚醚酰亞胺纖維、聚醚酰亞胺砜纖維或者包括至少一種上述纖維的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電氣用紙，其中，所述聚酰亞胺纖維是具有多分散性指數(shù)為2.2至2.5的聚醚酰亞胺。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述芳香族聚酰胺是芳香族對位聚酰胺。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述芳香族聚酰胺是聚(對亞苯基對苯二甲酰胺)、聚(對亞苯基對苯二甲酰亞胺-共-3’4’_氧代二亞苯基對苯二甲酰亞胺)或者包括至少一種上述芳香族聚酰胺的組合。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述液晶聚合物是聚(4-羥基苯甲酸-共-6-羥基-2-萘甲酸)。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述電氣用紙具有: (1)至少1000M0hm-cm的電阻率； (2)至少236kV/cm的電擊穿強(qiáng)度； (3)超過NEMA類別F(155°C)和NEMA類別H(180°C )絕緣標(biāo)準(zhǔn)的熱能力，并且由于在100%相對濕度下的水飽和具有5wt.%或者更少的增益；以及 (4)抗撕強(qiáng)度，測量為埃爾門多夫抗撕強(qiáng)度至少為85mN。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中 所述聚酰亞胺纖維是短纖維； 所述芳香族聚酰胺纖維是纖條體；以及 所述液晶聚酯纖維是連續(xù)纖維或者短纖維。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述聚酰亞胺纖維具有4至8_的長度，以及1.5至5dtex的線性質(zhì)量密度。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述芳香族聚酰胺纖條體具有大于O至小于0.3mm的長度，以及大于O至小于0.3mm的寬度，以及大于O至小于0.1mm的m深度。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述液晶聚合物纖維具有3至6mm的長度，以及1.7至2.8dtex的線性質(zhì)量密度。
12.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述基質(zhì)厚度是1mm至1250mmo
13.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，其中，所述基質(zhì)厚度是50mm至250mmo
14.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙，進(jìn)一步包括浸入所述纖維基質(zhì)中的熱固性或熱塑性聚合物。
15.一種制品，包括前面權(quán)利要求中任一項所述的電氣用紙。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述制品是在發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或變壓器中的分相器、初級絕緣，在發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)或變壓器中的次級絕緣。
17.一種制備纖維基質(zhì)的方法，包括 由包括以下各項的漿料形成層: 懸浮溶劑；和包括以下各項的組合的纖維組合物: 35至70wt.%的聚酰亞胺纖維， 至少5wt.%的纖維，包括芳香族聚酰胺纖維、液晶聚合物纖維，或者包括至少一種上述纖維的組合，以及 至少1wt.%的聚碳酸酯纖維，各自基于在所述纖維組合物中所述纖維的總重量； 將所述層脫水；并且 將所述層固結(jié)以形成所述纖維基質(zhì)； 其中，在所述固結(jié)步驟之前或者之后，在所述纖維基質(zhì)的每個表面上施加聚酰亞胺薄膜層，并且所述基質(zhì)和聚酰亞胺層一起經(jīng)歷固結(jié)步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在靜壓下進(jìn)行所述固結(jié)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，在所述方法的至少一部分時期內(nèi)，將所述層暴露于低于大氣壓的壓力。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在連續(xù)滾壓機(jī)中進(jìn)行所述固結(jié)。
21.通過權(quán)利要求17至20中任一項所述的方法生產(chǎn)的纖維基質(zhì)。
22.—種制品，包括權(quán)利要求21所述的纖維基質(zhì)。
【文檔編號】D21H21/18GK104204325SQ201380017529
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】約翰·雷蒙德·克拉恩, 埃里克·奧托·托伊奇, 丹尼斯·洛克耶, 托馬斯·阿杰伊 申請人:沙特基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料Ip私人有限責(zé)任公司