絕緣制劑的制作方法
【專利摘要】可用作電氣設(shè)備絕緣的可固化環(huán)氧樹脂制劑組合物，所述組合物包含（a）至少一種二乙烯基芳烴二氧化物；（b）至少一種不同于組分（a）的二乙烯基芳烴二氧化物的環(huán)氧樹脂；（c）至少一種酸酐硬化劑；（d）至少一種填充劑；和（e）至少一種固化催化劑；其中所述環(huán)氧樹脂制劑組合物經(jīng)固化后提供的固化產(chǎn)物具有電、機(jī)械和熱性質(zhì)的必要平衡，所述性質(zhì)例如Tg、拉伸強(qiáng)度、介電強(qiáng)度和體積電阻率，使得所述固化產(chǎn)物可用于在大于或等于100℃溫度下工作的應(yīng)用中。
【專利說明】絕緣制劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂制劑，更具體地涉及可用作電氣設(shè)備絕緣材料的環(huán)氧樹脂制劑。
【背景技術(shù)】
[0002]有幾種已知的涉及用作電絕緣材料的固化填充環(huán)氧樹脂的現(xiàn)有技術(shù)方法，其中改進(jìn)了所述電絕緣材料的一種性質(zhì)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中迄今沒有成功地提供一種用于電絕緣材料的填充環(huán)氧樹脂制劑，所述制劑具有對于100°c和更高的工作溫度而言所需要的性質(zhì)例如電、機(jī)械和熱性質(zhì)的必要平衡。
[0003]通常具有二氧化硅填充劑的固化環(huán)氧樹脂澆鑄型絕緣材料制劑具有約70_95°C的玻璃化轉(zhuǎn)變、約70-90MPa的拉伸強(qiáng)度、通常大約小于1.0W/mK的熱導(dǎo)率、約1015至1016ohm-cm的體積電阻率，包括許多其它性質(zhì)。用于各種最終用途的固體絕緣材料需要這些性質(zhì)、例如前面提到的性質(zhì)的必要平衡。另外，絕緣材料應(yīng)該具有加工特性，包括例如，環(huán)氧樹脂制劑固化前的必要的粘度，以成功地用作例如電氣設(shè)備例如電力變壓器領(lǐng)域的絕緣材料。`
[0004]玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是絕緣中尤其關(guān)鍵的性質(zhì)，因?yàn)殡S著接近(和隨后經(jīng)過)玻璃化轉(zhuǎn)變，利用動態(tài)力學(xué)分析器通過溫度掃描進(jìn)行測量或在烘箱/環(huán)境室中在某升高的溫度或溫度斜坡下測量的機(jī)械和熱機(jī)械性質(zhì)例如儲能模量降低、拉伸強(qiáng)度降低；電絕緣性質(zhì)例如體積電阻率和介電強(qiáng)度降低；以及熱線性膨脹系數(shù)增加。上述性質(zhì)組合的改變可以引起絕緣材料過早失效，這進(jìn)而引起短路。例如，Journal of Applied PolymerScience, 1981，26，2211描述了在固化環(huán)氧樹脂中隨著接近Tg，介電強(qiáng)度降低。還已知隨著接近Tg，固化環(huán)氧樹脂產(chǎn)物的拉伸強(qiáng)度降低和熱線性膨脹系數(shù)增加。環(huán)氧絕緣材料Tg的增加是提高例如電力變壓器的使用溫度(包括短期較高溫度襲擊)的方式。然而，隨著固化環(huán)氧樹脂中Tg提高，材料的強(qiáng)度降低；因此，絕緣材料的脆性可能增加，使得所述絕緣材料更容易破裂。于是，破裂造成電絕緣材料故障，以電短路作為證明。
[0005]填充環(huán)氧制劑應(yīng)該在固化之前具有合適的粘度(例如小于20，000mPa-s),使得所述制劑可以澆鑄以制造制品例如電力變壓器。開發(fā)具有平衡的性質(zhì)例如加工粘度、Tg、拉伸強(qiáng)度、體積電阻率、介電擊穿強(qiáng)度和熱導(dǎo)率的填充環(huán)氧制劑，使得具有所需的性質(zhì)例如電、機(jī)械和熱性質(zhì)平衡的絕緣材料可以在100°c和更高的運(yùn)行溫度下使用，對于電絕緣應(yīng)用將是有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及可用作電氣設(shè)備例如電力變壓器的電絕緣材料的環(huán)氧可固化制劑或物質(zhì)組合物。例如，本發(fā)明的可固化組合物可以包含兩種或更多種環(huán)氧樹脂的混合物或摻合物，其中所述混合物中的至少一種環(huán)氧樹脂包含二乙烯基芳烴二氧化物；至少一種酸酐硬化劑；至少一種填充劑；至少一種固化催化劑；和其他任選的材料。在一種實(shí)施方式中，所述填充劑可以是導(dǎo)熱和電絕緣的。
[0007]在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的填充環(huán)氧制劑可以設(shè)計(jì)為Tg大于或等于約80°C、熱導(dǎo)率大于約0.8W/mK、介電擊穿強(qiáng)度大于或等于約20kV/mm、體積電阻率大于約1015ohm_cm、和拉伸強(qiáng)度大于約65MPa，提供機(jī)械、熱和電性質(zhì)的總的平衡，以利用所述制劑在絕緣電氣設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域中作為電絕緣。
[0008]在另一種實(shí)施方式中，所述制劑在固化之前，在澆鑄溫度下具有小于約20，000mPa-s的粘度，這允許所述制劑施加(例如通過涂層、浸潰和/或澆鑄)到變壓器的線圈和繞組周圍。 [0009]由于在澆鑄溫度下的加工粘度平衡和在所述制劑固化后的性質(zhì)平衡，本發(fā)明提供了對于電絕緣的必要性質(zhì)、及其可澆鑄性。本發(fā)明提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)環(huán)氧電絕緣體系的改進(jìn)，因?yàn)檫@種在先已知的體系不能有效地用于在較高溫度下運(yùn)行的電力變壓器。
[0010]在本發(fā)明的又一種實(shí)施方式中，制劑可以包含二乙烯基芳烴二氧化物例如二乙烯基苯二氧化物(DVBD0)，以用于例如變壓器介電絕緣，作為改善加工性和/或物理性質(zhì)狀況的手段。具有DVBD0的本發(fā)明制劑引起制劑粘度降低和Tg增加，Tg增加不一定引起電氣設(shè)備中必要的關(guān)鍵性質(zhì)例如強(qiáng)度的顯著降低。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 在最廣泛的范圍內(nèi)，本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂制劑組合物，所述組合物包含(a)至少一種二乙烯基芳烴二氧化物；(b)至少一種不同于(a)的二乙烯基芳烴二氧化物的環(huán)氧樹脂；(c)至少一種酸酐硬化劑；(d)至少一種填充劑jP(e)至少一種固化催化劑或助催化劑。
[0012]為了本發(fā)明的制劑組合物方便起見，基于總制劑，(d)填充劑的量在一種實(shí)施方式中通常將為約40重量％ (wt%)至約90wt%，在另一種實(shí)施方式中從約50wt%至約80wt%，在又一種實(shí)施方式中從約60wt%至約70wt%,和在再一種實(shí)施方式中從約62wt%至約68wt% ；同時(shí)(a)至少一種二乙烯基芳烴二氧化物、(b)除二乙烯基芳烴二氧化物以外的至少一種環(huán)氧樹脂、(c)至少一種酸酐硬化劑和(e)至少一種固化催化劑或助催化劑的組合在一種實(shí)施方式中將從約10wt%至60wt%，在另一種實(shí)施方式中從約20wt%至約50wt%,在又一種實(shí)施方式中從約30wt%至約40wt%，在再一種實(shí)施方式中從約32wt%至約38wt%。當(dāng)使用任選的組分(f)時(shí)，它們的重量百分比將包括在對于(b)、(c)、(d)和(e)部分描述的總wt%中。
[0013]在一種實(shí)施方式中，可用于本發(fā)明中的組分(a) 二乙烯基芳烴二氧化物可以包含，例如，在任何環(huán)位置帶有一個(gè)或多個(gè)乙烯基氧化物基團(tuán)的任何取代或未取代的芳烴核。例如，二乙烯基芳烴二氧化物的芳烴部分可以由苯、取代苯、(取代的)環(huán)-環(huán)狀苯或同系鍵合的(取代)苯、或其混合物構(gòu)成。所述二乙烯基芳烴二氧化物的二乙烯基苯部分可以是鄰位、間位或?qū)ξ划悩?gòu)體、或其任何混合物。其他的取代基可以由耐h202的基團(tuán)構(gòu)成，所述耐H202的基團(tuán)包括飽和烷基、芳基、鹵素、硝基、異氰酸酯、或R0-(其中R可以是飽和烷基或芳基)。環(huán)-環(huán)狀苯可以由萘、四氫萘等構(gòu)成。同系鍵合的(取代)苯可以由聯(lián)苯、二苯醚等構(gòu)成。
[0014]用來制備本發(fā)明制劑的二乙烯基芳烴二氧化物通常可以由如下的通用化學(xué)結(jié)構(gòu)ι-1v來說明:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.作為電氣設(shè)備的電絕緣的可固化環(huán)氧樹脂制劑組合物，所述組合物包含(a)至少一種二乙烯基芳烴二氧化物；(b)至少一種不同于組分(a)的二乙烯基芳烴二氧化物的環(huán)氧樹脂；(c)至少一種酸酐硬化劑；(d)至少一種填充劑；和&)至少一種固化催化劑；其中所述環(huán)氧樹脂制劑組合物經(jīng)固化后提供的固化產(chǎn)物具有包括Tg、拉伸強(qiáng)度、介電強(qiáng)度和體積電阻率的性質(zhì)的平衡。
2.權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂制劑組合物，其中所述填充劑是導(dǎo)熱和電絕緣填充劑。
3.權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂制劑組合物，其中所述環(huán)氧樹脂制劑組合物經(jīng)固化后提供的固化產(chǎn)物具有包括至少約80°C的Tg、至少約65MPa的拉伸強(qiáng)度、至少約20kV/mm的介電強(qiáng)度、和至少約5E+15ohmcm的體積電阻率的性質(zhì)平衡。
4.權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂制劑組合物，其中所述填充劑包含用填充劑處理進(jìn)行處理的填充劑。
5.權(quán)利要求4的環(huán)氧樹脂制劑組合物，其中所述填充劑包含用硅烷處理的填充劑。
6.權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂制劑組合物，其包含反應(yīng)性稀釋劑、柔韌劑、加工助劑、或增韌劑。
7.權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂制劑組合物，其中所述組合物在澆鑄溫度下具有從約200mPa-s至小于約20，000mPa-s的粘度。
8.制備作為電氣設(shè)備的電絕緣的可固化環(huán)氧樹脂制劑組合物的方法，所述方法包括混合(a)至少一種二乙烯基芳烴二氧化物；(b)至少一種不同于組分(a)的二乙烯基芳烴二氧化物的環(huán)氧樹脂；(c)至少一種酸酐硬化劑；(d)至少一種填充劑jP(e)至少一種固化催化劑；其中所述環(huán)氧樹脂制劑組合物經(jīng)固化后提供的固化產(chǎn)物具有包括Tg、拉伸強(qiáng)度、介電強(qiáng)度和體積電阻率的性質(zhì)的平衡。
9.制備用于電氣設(shè)備的環(huán)氧絕緣材料的方法，所述方法包括以下步驟:(i)提供權(quán)利要求1的組合物；(?)將權(quán)利要求1的組合物施加到基材上；和(iii)固化所述基材和組合物以形成絕緣材料；其中所生成的絕緣材料具有對于大于或等于約70°C的工作溫度而言所需的包括電、機(jī)械和熱性質(zhì)的所需性質(zhì)的平衡。
10.通過權(quán)利要求9的方法制成的產(chǎn)品。
11.權(quán)利要求10的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品包括絕緣材料、灌封材料、或澆鑄材料，它們具有對于大于或等于約70°C的工作溫度而言所需的包括電、機(jī)械和熱性質(zhì)的性質(zhì)平衡。
12.權(quán)利要求13的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品包括電氣設(shè)備。
13.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中所述電氣設(shè)備包括電力變壓器。
14.權(quán)利要求13的產(chǎn)品，其中所述電氣設(shè)備包括干式變壓器。
【文檔編號】C08G59/22GK103649158SQ201280034287
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月13日
【發(fā)明者】M·埃塞格希爾, W·J·哈里斯 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司