適用于電絕緣的多層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多層結(jié)構(gòu)，其包括：(a)包含聚酯和纖維素的第一層，其中(i)所述聚酯以0至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，(ii)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在，并且(iii)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，并且所述纖維素以25至99重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯和纖維素計的；和(b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯。所述第一層還可包含芳族聚酰胺。所述多層結(jié)構(gòu)尤其適用于變壓器。
【專利說明】適用于電絕緣的多層結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種適用于電絕緣的多層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由纖維素漿料制成的牛皮紙由于其絕緣特性良好且較為經(jīng)濟(jì)而被廣泛用作油浸變壓器中的固體電絕緣物。然而，該纖維素聚合物易于因長期暴露于高溫而水解。通過共混高溫合成纖維與纖維素漿料，能夠改善熱穩(wěn)定性以及機(jī)械強(qiáng)度。加入聚合物粘合劑以有利于合成纖維和纖維素漿料之間的粘結(jié)。然而，在紙材加工期間以及在高溫運(yùn)行時其與變壓器線圈接觸的使用期間，聚合物粘合劑可導(dǎo)致紙材中的不均勻性和粘著問題。
[0003]因此期望制備出一種具有改善的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的用于電絕緣的紙材，同時降低其在加工和最終使用期間的粘著性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明涉及多層結(jié)構(gòu)，其包括:
[0005](a)包含聚酯和纖維素的第一層，其中
[0006](i)所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，
[0007](ii)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在，并且
[0008](iii)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在,并且所述纖維素以25至99重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯和纖維素計的；和
[0009](b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯。
[0010]本發(fā)明在另一個實施例中涉及多層結(jié)構(gòu)，其包括:
[0011](a)包含聚酯、纖維素和芳族聚酰胺的第一層，其中
[0012]⑴所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，
[0013](ii)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在，
[0014](iii)所述芳族聚酰胺作為間位芳族聚酰胺以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，并且
[0015](iv)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在,所述纖維素以0.5至85重量％的量存在，所述芳族聚酰胺以0.5至75重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯、纖維素和芳族聚酰胺計的；
[0016](b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯或芳族聚酰胺。
[0017]本發(fā)明的其他實施例在第二層的不面向第一層的一側(cè)上包括一個或多個附加層，即附加層不位于第一層和第二層之間。如果存在至少三個或四個層，則認(rèn)為第一層表示某個構(gòu)造中的外層。
[0018]任何附加層均可具有第一層和第二層的構(gòu)造。四層構(gòu)造的例子包括第一層和第二層的組合物(按任何順序)。[0019]上述多層構(gòu)造為一種適用于具有電導(dǎo)體的裝置的電絕緣物。優(yōu)選的是用于變壓器中。
【具體實施方式】
[0020]如本文所用，術(shù)語“層”通常是指薄平面材料，有時其被描述為“紙”。通常紙將具有不超過1.0毫米的厚度。因此，在優(yōu)選的用途中，所公開的層將各自具有不大于1.0毫米的厚度。
[0021]如本文所用，術(shù)語“聚酯”是指熱塑性、形成膜、飽和的聚酯例如聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸丙二醇酯)、聚(對苯二甲酸丁二醇酯)、聚(對苯二甲酸環(huán)己二甲醇酯)(poly (cyclohexylene dimethylene terephthalate))、聚(4.4’ -亞異丙基-1,4’-二苯基碳酸酯)、聚(4，4’ -碳酰-2，2-二苯基丙烷)、以及其他聚酯。術(shù)語“聚酯”包括天然聚酯以及回收聚酯二者。
[0022]如本文中所用，術(shù)語“纖維素漿料”是指通過如下方式制備的纖維的纖維素材料:以化學(xué)方式或機(jī)械方式從木材、纖維作物或廢紙中分離出纖維。纖維素漿料纖維為本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)的一種所需的組分。優(yōu)選的纖維素漿料為未漂白的軟木漿料。
[0023]如本文所用，術(shù)語“絮狀物”是指被切割成短的長度且通常用于制備濕鋪紙片的纖維。通常，絮狀物具有3至20毫米的長度。優(yōu)選的長度為3至7毫米。絮狀物通常通過使用本領(lǐng)域熟知的方法將連續(xù)纖維切割成所需長度來產(chǎn)生。
[0024]如本文所用，術(shù)語“纖條體”是指非粒狀、纖維質(zhì)或膜狀顆粒，其中它們的三維尺寸中的至少一維尺寸相對于最大尺寸具有微小的量值。這些顆粒能夠通過使用非溶劑在高剪切下沉淀聚合材料的溶劑來制備。纖條體具有在0.2mm至Imm范圍內(nèi)的最大尺寸長度,其中長度與寬度的長寬比為5:1至10:1。厚度尺寸為大約幾分之一微米，例如0.1微米至約1.0微米。纖條體在被干燥之前可按潤濕狀態(tài)使用，并且能夠被沉積為形成組件的紙材。
[0025]如本文所用，術(shù)語“芳族聚酰胺(aramid) ”是指芳族聚酰胺(aromaticpolyamide),其中至少85%的酰胺(-C0NH-)連接基直接連接到兩個芳族環(huán)。任選地,可將添加劑用于芳族聚酰胺并且可分散在整個聚合物結(jié)構(gòu)中。已發(fā)現(xiàn)按重量計至多達(dá)約10%的其他聚合材料能夠與芳族聚酰胺共混。還發(fā)現(xiàn)能夠使用共聚物，所述共聚物具有多達(dá)10%的取代芳族聚酰胺的二胺的其他二胺或多達(dá)10%的取代芳族聚酰胺的二甲酰氯的其他二甲酰氯。間位芳族聚酰胺為其中酰胺連接基相對于彼此處在間位的那些芳族聚酰胺。一種優(yōu)選的間位芳族聚酰胺為聚(間苯二甲酰間苯二胺)。
[0026]本發(fā)明涉及多層結(jié)構(gòu)，其包括(a)包含聚酯和纖維素的第一層和(b)包含纖維素漿料纖維的第二層。
[0027]所述多層結(jié)構(gòu)中的第一層是包含聚酯和纖維素的層，其中所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，并且所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在。所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，并且所述纖維素以25至99重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯和纖維素的總重量計的。更優(yōu)選范圍的一個例子為25至50重量％的聚酯和50至75重量％的纖維素。如果使用的是絮狀物和纖條體的組合，則絮狀物與纖條體的優(yōu)選的重量比在0.5至4.0且更優(yōu)選地0.8至2.0范圍內(nèi)。[0028]所述第二層包含纖維素漿料纖維，前提條件是所述第二層不包含聚酯。
[0029]本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)通常在常規(guī)的造紙機(jī)上形成。常規(guī)的添加劑可用于第二層的形成，雖然此類添加劑不是必要的。合適添加劑的實例包括聚合物粘合劑諸如聚乙烯基醇、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚脲、聚氨酯、三聚氰胺甲醛和聚酯。
[0030]如果與所需第一層和第二層結(jié)合地使用一個或多個附加層，則能夠獲得改善的性能。希望在附加構(gòu)造中第一層為外層。另一個附加層可具有第一層的組成(具有相同或不同的聚酯/纖維素比率)或不具有聚酯的第二纖維素層可相同或不同于所述第二層。
[0031]本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)能夠用作電絕緣紙材，并且該結(jié)構(gòu)尤其適用于制造變壓器，SP通過感應(yīng)耦合的導(dǎo)體(變壓器線圈)將電能從一個電路傳遞至另一個電路的裝置。合適的變壓器包括大型裝置，其具有處理至少200kVA且更一般地至少400kVA的容量。此類大型變壓器通常將包含油，這是人們熟知的。適于用于變壓器中的油的例子為植物油，包括植物油的高油等級、多元醇酯、以及他們的混合物。所述多層結(jié)構(gòu)的至少一層可包含I至25重量％，或者更優(yōu)選I至10重量％的油。優(yōu)選地，當(dāng)電絕緣紙材包裹在變壓器的導(dǎo)電線圈周圍時，絕緣紙材的第一含聚酯層鄰近線圈定位。期望第一含聚酯層中不含聚合物粘合劑以防止粘附并在使用期間減少多層結(jié)構(gòu)的熱降解。
[0032]在另一個實施例中，本發(fā)明涉及多層結(jié)構(gòu)，其包括(a)包含聚酯、纖維素和芳族聚酰胺的第一層和(b)包含纖維素漿料纖維的第二層。
[0033]該多層結(jié)構(gòu)中的第一層是包含聚酯、纖維素和芳族聚酰胺的層，其中所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，并且所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在；并且所述芳族聚酰胺作為間位芳族聚酰胺以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在。所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，所述纖維素以0.5至85重量％的量存在，所述芳族聚酰胺以0.5至75重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯、纖維素和芳族聚酰胺的總重量計的。更優(yōu)選范圍的一個例子為0.5至30重量％的聚酯，25至75重量％的纖維素和5至55重量％的芳族聚酰胺。
[0034]所述第二層包含纖維素漿料纖維，前提條件是所述第二層不包含聚酯或芳族聚酰胺。
[0035]測試方法
[0036]在下文所提供的實例中使用了以下測試方法。
[0037]某重是根據(jù)ASTM D645和ASTM D645-M-96測量并按g/m2報告的。
[0038]屋度是根據(jù)ASTM D646-96測量并按mm報告的。
[0039]拉伸強(qiáng)度是根據(jù)ASTM D828-93用2.54cm寬的測試樣品和18cm的隔距來測量并按MPa報告的。
[0040]老化研究是根據(jù)ASTM D2413進(jìn)行的。將單一溫度單元老化系統(tǒng)放置在160°C下的具有氮填充的頂部空間的常規(guī)實驗室烘箱中并持續(xù)340至2，720小時。油浸潰是通過如下方式進(jìn)行的:將測試樣本在115±5°C的溫度和75Pa(0.5托)或更小的絕對壓力下徹底干燥至少16小時，隨后在大氣壓下暴露于油中8小時或更長時間以便使紙材完全浸潰在油中。
[0041]加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度是根據(jù)IS05267/2和TAPPI T227測量并按ml報告的。
[0042]肖伯-黎格勒游離度是根據(jù)IS05267/1測量并按ml報告的。[0043]
[0044]在下文中將采用以下實例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0045]比較例A
[0046]由100重量％纖維素的兩個層制備兩層結(jié)構(gòu)。每個層均由源自CelcoCompany (Chile)的纖維素木衆(zhòng)(軟木)的含水分散體制備而成。衆(zhòng)料被磨衆(zhòng)至250ml的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度。將含水分散體與8升水一起倒入到21 X 21cm的手抄紙模具中，并且形成濕鋪紙片。將兩個纖維素漿料纖維的濕鋪紙片一起放置在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手橫壓并放入手抄紙干燥器中在150°C下干燥10分鐘。將干燥的兩個層的片材以2800N/cm的線壓力在金屬輥和軟輥之間進(jìn)行壓延，其中金屬輥被加熱至80°C。所得兩層結(jié)構(gòu)的性質(zhì)列于表I中。
[0047]實例I和2
[0048]根據(jù)本發(fā)明的兩層結(jié)構(gòu)以與比較例A類似的方式制備，不同的是一個纖維素層被替換為聚酯/纖維素層。所述聚酯/纖維素層以與用于制備纖維素層的方法相似的方式制備，不同的是將一部分纖維素替換為6mm(l/4英寸)的聚酯絮狀物。所述聚酯絮狀物由紡絲自聚(對苯二甲酸環(huán)己二甲醇酯)(PCT,可得自Eastman Inc.)和聚(對苯二甲酸丙二醇酯)(Soroiia? PTT,可得自 E.1.du Pont de Nemours and C0., Wilmington, Delaware)的熔融共混物的熔融紡絲纖維制備。最終的組成列于表I中。所得兩層結(jié)構(gòu)的性質(zhì)列于表I中。
[0049]M I
[0050]兩層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
【權(quán)利要求】
1.多層結(jié)構(gòu)，包括: (a)包含聚酯和纖維素的第一層，其中 (i)所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在， (?)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在，并且 (iii)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，并且所述纖維素以25至99重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯和纖維素計的；和 (b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其中所述聚酯選自聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸丙二醇酯)和聚(對苯二甲酸環(huán)己二甲醇酯)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層不包含聚合物粘合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層包含以0.5至4.0的重量比存在的絮狀物和纖條體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，還包括至少一個附加層，其中所述附加層選自另一個第一層和另一個第二層。
6.裝置，包括電導(dǎo)體和電絕緣多層結(jié)構(gòu)材料，所述多層結(jié)構(gòu)材料包括: (a)包含聚酯和纖維素的第一層，其中 (i)所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在， (?)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在，并且 (iii)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，并且所述纖維素以25至99重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯和纖維素計的；和 (b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其為變壓器。
8.多層結(jié)構(gòu)，包括: (a)包含聚酯、纖維素和芳族聚酰胺的第一層，其中 (i)所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在， (?)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在， (iii)所述芳族聚酰胺作為間位芳族聚酰胺以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，并且 (iv)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，所述纖維素以0.5至85重量％的量存在，所述芳族聚酰胺以0.5至75重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯、纖維素和芳族聚酰胺計的；和 (b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯或芳族聚酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)，其中所述聚酯選自聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸丙二醇酯)和聚(對苯二甲酸環(huán)己二甲醇酯)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層不包含聚合物粘合劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層包含以0.5至4.0的重量比存在的聚酯或芳族聚酰胺絮狀物和纖條體。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)，還包括至少一個附加層，其中所述附加層選自另一個第一層和另一個第二層。
13.裝置，包括電導(dǎo)體和電絕緣多層結(jié)構(gòu)材料，所述多層結(jié)構(gòu)材料包括: (a)包含聚酯、纖維素和芳族聚酰胺的第一層，其中 (i)所述聚酯以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在， (?)所述纖維素以纖維素漿料纖維形式存在， (iii)所述芳族聚酰胺作為間位芳族聚酰胺以O(shè)至50重量％量的絮狀物和50至100重量％量的纖條體存在，并且 (iv)所述聚酯以0.5至75重量％的量存在，所述纖維素以0.5至85重量％的量存在，所述芳族聚酰胺以0.5至75重量％的量存在，所述百分比是基于所述聚酯、纖維素和芳族聚酰胺計的；和 (b)包含纖維素漿料纖維的第二層，前提條件是所述第二層不包含聚酯或芳族聚酰胺。
14.根據(jù)權(quán)利 要求13所述的裝置，其為變壓器。
【文檔編號】B32B5/22GK103917360SQ201280041383
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】B.S.康, G.芬伊維斯, S.雷鮑伊拉特 申請人:納幕爾杜邦公司