專利名稱：云母帶及其使用該帶的絕緣線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以在電氣設(shè)備如旋轉(zhuǎn)電機中所使用的絕緣線圈的云母帶，還涉及一種絕緣線圈。特別是，本發(fā)明涉及通過真空壓力浸漬所制成的云母絕緣線圈。
用于高壓旋轉(zhuǎn)電機的絕緣線圈通常是通過云母繞在線圈上、借助真空壓力浸漬用無溶劑熱固性樹脂浸漬云母、和加熱固化該樹脂等步驟而制成的。作為在制造該絕緣線圈中所使用的云母帶，已經(jīng)使用了云母紙和芳酰胺類纖維云母紙。云母紙是通過造紙工藝只用小云母片和水制成的。芳酰胺類纖維(aramide fibrid)云母紙(下面簡稱“芳酰胺云母”)是通過將5±3wt％的芳族聚酰胺漿狀顆粒(下面稱作“類纖維”)混合到云母紙中，并將所得混合物進行造紙?zhí)幚矶瞥傻?，正如日本專利申請公開號43-20421和1-47002中所述。
芳酰胺云母包含類纖維，其存在于小云母片中。由于類纖維利用了小云母片，所以所得芳酰胺云母絕緣帶在機械強度，耐熱性，和浸漬特性方面與不含類纖維的云母紙帶相比十分優(yōu)異。
如上所述，通過將類纖維混合到云母紙中并將該混合物進行造紙?zhí)幚?，從而獲得優(yōu)異的絕緣特性，以及優(yōu)異的耐熱性和浸漬特性。然而，芳酰胺云母的問題在于，其含有芳族聚酰胺。由于在芳族聚酰胺結(jié)構(gòu)式中含有氮，所以眾所周知在其燃燒時會產(chǎn)生有毒的氰化氫(例如，參見電氣與電子絕緣會議的報告集，1987，第18卷，第181-187頁)。
因此，當(dāng)絕緣線圈通過將芳酰胺云母繞在線圈上并將芳酰胺云母在加壓真空條件下用無溶劑熱固性樹脂浸漬時，絕緣線圈在其燃燒時也會產(chǎn)生有毒的氰化氫。有毒的氰化氫對于工人的健康來說將是很嚴(yán)重的問題。該問題將使其難以設(shè)計出無污染的對絕緣線圈的導(dǎo)電材料進行回收的工藝，以獲得循環(huán)利用的資源。
本發(fā)明的目的是提供一種云母帶，其在燃燒時不會產(chǎn)生有毒的氰化氫，并且其具有高的耐熱性，高浸漬特性，和優(yōu)異的絕緣特性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用云母帶所形成的絕緣線圈，該云母帶在燃燒時不會產(chǎn)生有毒的氰化氫，并且其具有高的耐熱性，高浸漬特性，和優(yōu)異的絕緣特性。
按照本發(fā)明，提供一種云母帶，其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均直徑0.1-20μm的無機材料制成的短纖維的纖維的混合物制成的。
按照本發(fā)明，提供一種云母帶，其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均長度為0.5-10mm的無機材料制成的短纖維的纖維的混合物制成的。
按照本發(fā)明，提供一種云母帶，其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由無機材料制成的短纖維的纖維的混合物制成的，其纖維表面用表面活性劑進行了處理。
按照本發(fā)明，提供一種絕緣線圈，其包括導(dǎo)電線圈和繞在導(dǎo)電線圈上的云母帶，其中云母帶是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均直徑0.1-20μm的無機材料制成的短纖維的纖維的混合物制成的，并且云母帶用無溶劑熱固性樹脂進行浸漬。
按照本發(fā)明，提供一種絕緣線圈，其包括導(dǎo)電線圈和繞在導(dǎo)電線圈上的云母帶，其中云母帶是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均長度為0.5-10mm的無機材料制成的短纖維的纖維的混合物制成的，并且云母帶用無溶劑熱固性樹脂進行浸漬。
按照本發(fā)明，提供一種絕緣線圈，其包括導(dǎo)電線圈和繞在導(dǎo)電線圈上的云母帶，其中云母帶是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由無機材料制成的短纖維的纖維的混合物制成的，短纖維的表面用表面活性劑進行處理，并且云母帶用無溶劑熱固性樹脂浸漬。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將在下面的說明中進行描述，并且其部分將通過描述而更加清楚，或可通過本發(fā)明的實施而獲得指導(dǎo)。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可借助于所附權(quán)利要求中所特別指出的工具和組合而實現(xiàn)并獲得。
包含在說明書中并構(gòu)成說明書一部分的附圖表示出現(xiàn)有的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其與上述給出的一般描述同下面給出的優(yōu)選實施例的詳細描述一起，可用于說明本發(fā)明的原理。


圖1是曲線圖，其表示絕緣線圈用樹脂浸漬的特性，其是按照本發(fā)明的實例與比較例的比較結(jié)果；和圖2是曲線圖，其是表示按照本發(fā)明的實例與比較例進行比較的絕緣線圈的tanδ-電壓特性。
按照本發(fā)明的云母帶，其特征在于，它可通過將云母紙和由無機材料制成的短纖維或由無氮有機材料制成的短纖維進行混合，并將所得混合物進行造紙?zhí)幚矶瞥傻摹?br> 適用于本發(fā)明的云母帶，由無機材料制成的短纖維的實例包括由E玻璃(電工玻璃)，S玻璃(高強度玻璃)，硅玻璃，氧化鋁等等制成的短纖維。由無氮有機材料制成的短纖維的適用實例包括具有優(yōu)異耐熱特性由聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘酸乙二醇酯(polyethlene naphtharate)，聚醚砜(polyether sulfon)，聚亞苯基醚(polyphenylene ether)等等制成的短纖維。
這些短纖維的直徑最好是0.1-20μm，更好是1-10μm。當(dāng)短纖維的直徑小于0.1μm時，可能會減低浸漬特性。當(dāng)直徑超過20μm時，由于纖維的水分散性降低，將難以制成帶形。
短纖維的長度最好為0.5-10mm，更好是3-6mm。當(dāng)短纖維的長度小于0.5mm時，將難以使云母帶內(nèi)存在空隙。當(dāng)長度超過10mm時，纖維的水分散性會降低，其結(jié)果將會使纖維很容易聚集。
短纖維的量基于云母紙最好為0.5-20wt％，更好是3-15wt％。當(dāng)短纖維的量小于0.5wt％時，將難以獲得優(yōu)異的機械強度，耐熱性，和浸漬特性。當(dāng)其量超過20wt％時，云母紙中的短纖維的分散特性會變差，其結(jié)果會使短纖維很容易聚集。
短纖維的表面最好是用表面活性劑進行處理。如果短纖維的表面用表面活性劑處理了的話，纖維對樹脂的敏感度會得到改進。結(jié)果，短纖維與浸漬樹脂之間的粘合表面的強度將得到加強，因此，改善了電氣特性，如所得絕緣線圈的tanδ(介質(zhì)損耗)-電壓特性。
適用的表面活性劑的實例包括具有全氟烷基的氟基表面活性劑，胺鹽型陽離子表面活性劑，等等。
本發(fā)明云母帶的制造如下首先，在如700-1000℃下煅燒云母礦，以便除去雜質(zhì)，并且將其破碎成預(yù)定尺寸的塊。然后，向云母塊噴水，由此獲得云母片。將上述短纖維加入如此獲得的云母片中。在水中攪拌混合物，從而產(chǎn)生云母-纖維分散溶液。
然后，將分散溶液進行造紙?zhí)幚硪员阍诓忌现瞥杉?，并進行干燥以獲得云母紙。在所獲得的云母紙表面上，用粘接劑粘接玻璃纖維布(用作基材)。結(jié)果，形成云母帶。
使用由此獲得的云母帶，將獲得絕緣線圈如下。
首先，將云母帶纏繞在線圈上，其線圈是以部分重疊的形式由預(yù)定倍數(shù)的導(dǎo)電材料制成的。其次，將繞有云母帶的線圈用浸漬樹脂在加壓的真空條件下浸漬。然后，通過將其加熱到130-180℃而使浸漬樹脂固化。采用這種方法，將獲得絕緣線圈。
用以獲得絕緣線圈的浸漬樹脂的實例包括表雙系列(epibis-series)環(huán)氧樹脂，環(huán)脂族(cycloaliphatic)環(huán)氧樹脂，等等。
由于如此獲得的本發(fā)明的絕緣線圈使用了由云母紙和無機材料制成的短纖維的混合物所制成的云母帶，所以在其燃燒時將不會產(chǎn)生有害的氰化氫。另外，由于在本發(fā)明中所使用的云母帶是通過造紙工藝由云母紙和0.1-20μm直徑，0.5-10mm長度的無機材料制成的短纖維或無氮有機材料制成的短纖維的混合物獲得的，所以無機或有機材料的短纖維體可分散在小云母片中。結(jié)果，在云母片中增加了空隙，有利于樹脂滲透到小云母片中。由此改善了云母帶的樹脂浸漬?？梢垣@得進一步的改進浸漬時間降低，可用高粘度樹脂浸漬，和使樹脂滲透到厚的絕緣層中以獲得用于高壓的絕緣線圈。
另外，當(dāng)短纖維的表面用具有優(yōu)良相容性和分散性的表面活性劑進行處理時，短纖維對浸漬樹脂的敏感度會得到改善。因此，短纖維與浸漬樹脂之間的粘接將會增強，由此改善了絕緣線圈的電氣特性，如tanδ(介質(zhì)損耗)-電壓特性。
再有，小云母片可通過具有高耐熱性和高剛性的無機材料制成的短纖維，或在耐熱和機械強度方面優(yōu)異的有機材料制成的短纖維壓制而成。因此，即使在操作過程中發(fā)生熱損耗，也不會在絕緣層中產(chǎn)生氣泡。介電強度將不會降低。
現(xiàn)在，將在下面解釋說明本發(fā)明的實例。
例1-4對應(yīng)于例1-4制成四種類型的云母帶。對于云母紙，可以使用強煅燒云母紙。對于短纖維，可以使用無機纖維和有機纖維，其在云母紙中具有優(yōu)良的水分散性和混合性，并且其具有0.1-20μm的直徑和0.5-10mm的長度。
特別是，例1的云母帶是通過將具有6μm平均直徑和3mm平均長度的E玻璃纖維塊(3份重量)與強煅燒云母紙(100份重量)進行混合，并且將該混合物進行造紙?zhí)幚矶@得。
例2的云母帶是采用與例1相同的方法獲得的，只是短E玻璃纖維塊的表面是用具有全氟烷基的氟基表面活性劑(如，F(xiàn)-177(商標(biāo)名稱)，由Dainippon lnk & Chemicals公司制造)處理的。
例3的云母帶是通過將具有20μm平均直徑和10mm平均長度的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成的短纖維塊(15重量份)和強煅燒云母紙(100重量份)進行混合，并將該混合物進行造紙?zhí)幚矶@得的。
例4的云母帶是采用與例3相同的方法獲得的，只是由聚對苯二甲酸乙二醇酯制成的短纖維塊表面用具有全氟烷基的氟基表面活性劑(如，F(xiàn)-l77(商標(biāo)名稱)，由Dainippon lnk & Chemicals公司制造)進行處理。
對于比較例1，所使用的云母紙帶是通過將小云母片和水的混合物進行造紙?zhí)幚矶@得的。
對于比較例2，所使用的芳酰胺云母帶是通過在云母紙(100重量份)中混合類纖維(5重量份)并將該混合物進行造紙?zhí)幚矶@得的。
檢查六條云母帶的抗拉負(fù)荷(試驗方法JIS C 2116,13)，介電強度(試驗方法JIS C 2116-1992,13)，和浸漬特性(試驗方法JlS C 2116,24)。在表1中示出了試驗結(jié)果。
表1
從表1中可以發(fā)現(xiàn)，例1-4的云母帶用樹脂浸漬的特性與比較例1相比明顯地得到改進。例1-4的云母帶的介電強度事實上也與比較例1和2相當(dāng)。
然后，檢驗在導(dǎo)電材料上所形成的云母絕緣層對樹脂的浸漬特性。以半搭接方式，將每條云母帶(例1-4和比較例1-2)纏繞在鋁矩形棒(10mm×50mm×800mm)上，使得各棒的云母絕緣層具有相同的厚度。在密封住繞制云母帶的兩端之后，在云母帶繞制棒中央處提供電極。在加壓真空條件下，用具有0.6Pa·s粘度的表雙系列(epibis series)環(huán)氧樹脂對云母帶進行浸漬。然后，通過測量云母絕緣層的靜電容量而對浸漬狀態(tài)進行檢查。
在圖1中示出了其結(jié)果。對于浸漬速度，在圖1中示出了與表1中相同的趨勢?？梢源_認(rèn)，例1-4的云母帶可以在比比較例1和2短的時間內(nèi)用樹脂浸漬。
至于下一步，就是以半搭接方式以預(yù)定倍數(shù)將例1-4和比較例1-2的每條云母帶纏繞在鋁矩形棒(10mm×50mm×800mm)上。在云母帶繞制棒上帶有類似液體。棒的云母帶在加壓真空條件下用表雙系列(epibis series)環(huán)氧樹脂浸漬以后，加熱固化引入的樹脂。采用這樣的方法，可以獲得每個絕緣線圈。
對如此獲得的絕緣線圈，在其形成以后和在其經(jīng)受200℃下40天的熱降解以后立即對電氣絕緣特性進行檢查。為了評價電氣絕緣特性，檢測擊穿電壓(BDV)，并且用肉眼觀察絕緣線圈的外觀。在恒定電壓上升速率(1kv/sec)下在油中測量線圈的BDV。檢測結(jié)果示于如下的表2。
表2
用例1-4的云母帶所繞制的絕緣線圈的BDV值在初始時間下和熱降解之后均優(yōu)于比較例1的結(jié)果。在熱降解之后，在絕緣線圈上觀察不到氣泡。另外，在形成以后立即對線圈的tanδ-電壓特性進行測量，其結(jié)果示于圖2中。
如圖2所示，使用例1-4云母帶的絕緣線圈的tanδ-電壓特性值明顯要比比較例1和2的低。這種趨勢對于例2和4用表面活性劑處理的絕緣線圈來說更加明顯。
然后，從使用例1-4云母帶的絕緣線圈上切開云母絕緣層，并且在300-800℃溫度范圍內(nèi)以100℃的間隔在電爐中進行烘烤。在烘烤時間內(nèi)所產(chǎn)生的氣體被收集在收集瓶中，并且對于氰化氫進行定量的檢查。結(jié)果，在任何實例中均未檢查到氰化氫。
還可以確認(rèn)，對于通過將由無機材料(S玻璃，硅玻璃，和氧化鋁)所制成的短纖維塊，或由無氮有機材料(聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚醚砜(polyether sulfon)，聚亞苯基醚(polyphenylene ether))制成的短纖維塊進行混合所制成的云母帶來說，可以獲得與例1-4相同的效果。
如上所述，按照本發(fā)明，由于云母帶是通過將云母紙與由無機材料制成的短纖維或由無氮有機材料制成的短纖維進行混合，并將該混合物進行造紙?zhí)幚矶瞥傻?，所以該云母帶在其燃燒時不會產(chǎn)生有害的氰化氫。另外，具有預(yù)定形狀的短無機纖維塊或短有機纖維塊被分散在小云母片中，其結(jié)果會在其中間增加空隙。由此，樹脂適合于滲透到小云母片中，使浸漬特性得以改善。再有，還可以獲得浸漬時間縮短方面，用高粘度樹脂浸漬方面，和為獲得用于高壓的絕緣線圈而將樹脂滲透到厚絕緣層中方面的改善。另外，當(dāng)短無機或有機纖維的表面用具有優(yōu)良相容性和分散性的表面活性劑進行處理時，短纖維對浸漬樹脂的敏感性將會改善。因此，增強了短纖維與浸漬樹脂之間的粘接，改善了絕緣線圈的電氣特性。
另外，由于小云母片是通過由具有高耐熱性和高剛性的無機材料制成的短纖維或通過由在耐熱和機械強度方面優(yōu)異的短有機纖維而制成，所以即使在操作過程中發(fā)生熱降解，也不會在絕緣層中形成氣泡。因此，介電強度不會降低?？梢垣@得具有優(yōu)異絕緣特性的絕緣線圈。
附加的優(yōu)點和改型對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通專業(yè)人員來說將是明顯的。因此，在更寬方面的發(fā)明不限于這里示出和描述的特定細節(jié)和所示實施例。因而，各種改型均不會脫離由所附權(quán)利要求及其等效物所限定的總發(fā)明概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種云母帶，其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均直徑0.1-20μm的無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的。
2.按照權(quán)利要求1的云母帶，其特征在于，由無氮有機材料制成的所述短纖維和由無機材料制成的所述短纖維具有0.5-10mm的平均長度。
3.一種云母帶，其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均長度0.5-10mm的無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的。
4.按照權(quán)利要求1或3的云母帶，其特征在于，所述短纖維的表面用表面活性劑進行處理。
5.一種云母帶，其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的，其所述纖維表面用表面活性劑進行了處理。
6.按照權(quán)利要求1,3和5中任一項的云母帶，其特征在于，由無氮有機材料制成的所述短纖維具有0.1-20μm的平均直徑。
7.按照權(quán)利要求1,3和5中任一項的云母帶，其特征在于，由無氮有機材料制成的所述短纖維具有0.5-10mm的平均長度。
8.按照權(quán)利要求1,3和5中任一項的云母帶，其特征在于，所述無氮有機材料為至少一種選自聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘酸乙二醇酯，聚醚砜，聚亞苯基醚的材料。
9.按照權(quán)利要求1,3和5中任一項的云母帶，其特征在于，所述無機材料是選自用E玻璃，S玻璃，硅玻璃和氧化鋁組成的組中的一種。
10.一種絕緣線圈，其包括導(dǎo)電線圈和繞在導(dǎo)電線圈上的云母帶，其特征在于，所述云母帶是通過造紙工藝而由成型云母，和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均直徑0.1-20μm的無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的，并且所述云母帶用無溶劑熱固性樹脂進行浸漬。
11.按照權(quán)利要求10的云母線圈，其特征在于，由無氮有機材料制成的所述短纖維和由無機材料制成的所述短纖維具有0.5-10mm的平均長度。
12.一種絕緣線圈，其包括導(dǎo)電線圈和繞在導(dǎo)電線圈上的云母帶，其特征在于，所述云母帶是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由具有平均長度為0.5-10mm的無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的，并且所述云母帶用無溶劑熱固性樹脂進行浸漬。
13.按照權(quán)利要求10或12的絕緣線圈，其特征在于，所述短纖維的表面用表面活性劑進行處理。
14.一種絕緣線圈，其包括導(dǎo)電線圈和繞在所述導(dǎo)電線圈上的云母帶，其特征在于，所述云母帶是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的，所述短纖維的表面用表面活性劑進行處理，并且所述云母帶用無溶劑熱固性樹脂浸漬。
15.按照權(quán)利要求10,12和14中任一項的絕緣線圈，其特征在于，由無氮有機材料制成的所述短纖維具有0.1-20μm的平均直徑。
16.按照權(quán)利要求10,12和14中任一項的絕緣線圈，其特征在于，由無氮有機材料制成的所述短纖維具有0.5-10mm的平均長度。
17.按照權(quán)利要求10,12和14中任一項的絕緣線圈，其特征在于，所述無氮有機材料為至少一種選自用聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚萘酸乙二醇酯，聚醚砜，聚亞苯基醚組成的組中的材料。
18.按照權(quán)利要求10,12和14中任一項的絕緣線圈，其特征在于，所述無機材料是選自用E玻璃，S玻璃，硅玻璃和氧化鋁組成的組中的至少一種。
全文摘要
一種云母帶,其是通過造紙工藝而由云母紙和至少一種選自用無氮有機材料制成的短纖維和由無機材料制成的短纖維的纖維形成的混合物制成的,和一種絕緣線圈,其是通過將云母帶繞在所述導(dǎo)電線圈上并將云母帶用無溶劑熱固性樹脂進行浸漬而制成。短纖維具有0.1－20μm的平均直徑和0.5－10mm的平均長度。
文檔編號H01B3/04GK1216852SQ9712281
公開日1999年5月19日 申請日期1997年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月21日
發(fā)明者巖田憲之, 三井久安, 幡野浩, 中津英明, 吉田拓夫 申請人:株式會社東芝, 株式會社日本理化工業(yè)所