用于制造用于電絕緣紙的多孔顆粒復合材料的方法
【專利摘要】一種用于制造用于電絕緣紙的多孔顆粒復合材料的方法，所述方法具有下述步驟：將由小板狀的顆粒（1）、載液和官能劑組成的分散系混合，所述官能劑分布在載液中并且在分散系中具有下述質量份額，所述質量份額相對于顆粒（1）的質量份額對應于預先確定的質量比例；通過沉淀分散系而產生沉淀物，由此將小板狀的顆粒（1）基本上層狀地以平面平行方式設置在沉淀物中；從沉淀物中去除載液；將能量引入到沉淀物中，以用于克服官能劑與顆粒（1）的下述化學反應的活化能，所述化學反應在所述顆粒（1）經(jīng)由來自沉淀物中的官能劑聯(lián)結的情況下形成顆粒復合材料，其中，所述質量比例預先確定為，使得顆粒復合材料具有多孔結構。
【專利說明】用于制造用于電絕緣紙的多孔顆粒復合材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造用于電絕緣紙的多孔顆粒復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]電機械，例如電動機和發(fā)電機，具有電導體、電絕緣體和定子疊片鐵心。絕緣體的目的在于:將導體相對彼此、相對定子疊片鐵心，并且相對環(huán)境電絕緣。在機器運行時的機械或熱負荷能夠在絕緣體和定子疊片鐵心之間的分界面上或者在絕緣體和導體之間的分界面上形成空腔，在所述空腔中由于部分放電而產生火花。通過火花能夠在絕緣體中構成所謂的“樹枝化”通道。由于“樹枝化”通道，能夠引起穿過絕緣體的電擊穿。抵抗部分放電的屏障通過在絕緣體中使用具有高抗部分放電性的云母實現(xiàn)。云母以具有從幾百微米至幾微米的常規(guī)顆粒粒度的小板狀云母顆粒的形式被使用，其中所述云母顆粒被加工成云母紙。
[0003]在制造云母紙時，小板狀云母顆粒層狀地設置，使得顆粒盡可能平行于彼此地設置，其中直接彼此疊置的云母顆粒在構成接觸面的情況下重疊。在接觸表面之間由于范德華力和氫橋鍵構成給予云母紙高機械負荷能力的進而穩(wěn)定形狀的交互作用。
[0004]在制造絕緣體時，將云母紙圍繞待絕緣的導體卷繞并且用樹脂浸透。接著，將由樹脂和云母紙組成的復合材料硬化。附加地，云母紙能夠施加到由玻璃和聚酯構成的承載織物上，其中，承載織物給予云母紙額外的穩(wěn)定性。粘合劑將承載織物和云母紙連接成云母帶。為了避免當機器運行時在導體中的高溫，必須將熱從導體引出到環(huán)境中。云母紙的導熱性在室溫下僅為大約0.2ff/mK至0.25ff/mK,由此阻礙了從電導體中進行熱導出。
[0005]熱傳導的改進不僅能夠通過縮小絕緣體的厚度實現(xiàn)，也能夠通過改善絕緣體的導熱性實現(xiàn)。已知使用小板狀的氧化鋁顆粒來替代小板狀的云母顆粒，其中具有大約25W/mK至40W/mK的氧化鋁具有明顯更高的導熱性。
[0006]在使用小板狀的氧化鋁顆粒的情況下仍存在下述缺點:通常顆粒粒度在100微米以下，由此，相鄰氧化鋁顆粒的接觸面小至使得這些氧化鋁顆粒的用于形成顆粒復合材料的交互作用構成為僅是弱的。伴隨于此的是所述顆粒復合材料的低強度，由此很難制造由氧化鋁顆粒構成的絕緣紙。

【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的目的在于，提出一種用于制造用于電絕緣紙的顆粒復合材料的方法，其中所述顆粒復合材料具有足以制造絕緣紙的強度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的用于制造用于電絕緣紙的多孔顆粒復合材料的方法具有下述步驟:將由小板狀顆粒、載液和官能劑組成的分散系混合，所述官能劑分布在載液中并且在分散系中具有下述質量份額，所述質量份額相對于顆粒的質量份額對應于預先確定的質量比例；通過沉淀分散系而產生沉淀物，由此將小板狀的顆?；旧蠈訝畹匾云矫嫫叫蟹绞皆O置在沉淀物中；從沉淀物中去除載液；將能量引入到沉淀物中，以用于克服官能劑與顆粒的下述化學反應的活化能，所述化學反應在顆粒經(jīng)由來自沉淀物中的官能劑聯(lián)結的情況下構成顆粒復合材料，其中，質量比例預先確定為，使得顆粒復合材料具有多孔結構。顆粒的這樣構成的聯(lián)結強化了顆粒彼此間的交互作用，從而使得顆粒復合材料有利地具有足以用于制造紙的強度。
[0009]載液優(yōu)選是官能劑能在其中溶解的溶劑，其中所述官能劑溶解在所述溶劑中。官能劑優(yōu)選選擇為，使得所述官能劑在顆粒的表面上構成基本上單分子的薄層。用于聯(lián)結顆粒的化學反應在薄層之間進行。
[0010]在將分散系混合之前，顆粒優(yōu)選構成為在顆粒的表面上具有基本上單分子的薄層，其中薄層由另外的官能劑制成。用于聯(lián)結顆粒的化學反應在薄層和官能劑之間進行。
[0011]替選地，可優(yōu)選將下述顆粒加入由具有基本上單分子的薄層的顆粒和載液組成的分散系，所述顆粒具有與原本在分散系中已有的顆粒的薄層不同的基本上單分子的薄層。用于聯(lián)結顆粒的化學反應在兩個或更多個不同的薄層之間進行。
[0012]優(yōu)選地，顆粒選擇為，使得所述顆粒具有氧化鋁。氧化鋁的優(yōu)點是其與云母相比高的導熱性。
[0013]優(yōu)選地，官能劑選擇為，使得所述官能劑是塑料，尤其是熱塑性塑料。塑料優(yōu)選選擇為，使得所述塑料是聚烯烴乙醇，尤其是聚乙二醇，或者是分子量在1000和4000之間的不完全水解的聚乙烯醇，或者是聚烷基硅氧烷，尤其是甲氧基封端的聚烷基硅氧烷，或者硅樹脂聚酯。此外，官能劑優(yōu)選選擇為，使得所述官能劑是烷氧基硅烷并且在顆粒的表面上構成基本上單分子的薄層。烷氧基硅烷優(yōu)選選擇為，使得所述烷氧基硅烷具有環(huán)氧基，尤其是3-縮水甘油醚丙基二甲氧基硅烷，或者所述烷氧基硅烷具有氨基，尤其是3-氨丙基二甲氧硅烷。此外，官能劑優(yōu)選選擇為，使得所述官能劑具有顆粒，尤其是由具有表面的環(huán)氧官能度的二氧化硅構成的納米顆粒。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選如下地執(zhí)行:以熱和/或輻射的形式輸送用于克服活化能的能量。此外，根據(jù)本發(fā)明的 方法優(yōu)選如下地執(zhí)行:去除載液通過過濾和接著的熱輸送來進行。通過輸送熱來去除溶劑和輸送熱以用于克服活化能能夠有利地在方法步驟中進行。在此，載液優(yōu)選選擇為，使得所述載液是水。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面，借助于所附示意圖詳細闡釋本發(fā)明。附圖示出根據(jù)本發(fā)明制造的顆粒復合材料的透視圖。
【具體實施方式】
[0016]如附圖所示，小板狀的氧化鋁顆粒I具有顆粒表面2。設在顆粒表面2上的是羥基3和結合的氧原子4。例如，示出三個不同的結合到顆粒表面2上的基團:一個通過氧原子4結合的羥基5，一個通過三個氧原子4結合的具有環(huán)氧基7的甲硅烷基6，以及一個通過氧原子結合的具有可變殘基Y的二羥甲硅烷基。這些基團在顆粒表面2上構成基本上單分子的薄層9。
[0017]下面，借助于三個實例來詳細闡述根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0018]由小板狀的氧化鋁顆粒1、水和官能劑3-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷制成分散系。3-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷在縮合反應中在氧化鋁顆粒2的表面上構成基本上單分子的薄層9，所述薄層具有通過三個氧原子4結合的甲硅烷基6，所述甲硅烷基具有環(huán)氧基7。在構成薄層9之后，將塑料聚乙二醇加入到分散系中，所述塑料聚乙二醇溶解在溶劑水中。將分散系沉淀，由此小板狀的氧化鋁顆粒I層狀地以平面平行方式定向。將出現(xiàn)的沉淀物吸濾并且在爐中烘干。用于干燥的熱量選擇為，使得所述熱量足以克服下述化學反應的活化能，所述化學反應在將氧化鋁顆粒I彼此聯(lián)結的情況下形成顆粒復合材料。化學反應發(fā)生在表面的環(huán)氧基7和聚乙二醇的羥基之間。官能劑關于顆粒質量的質量比例選擇為，使得所述顆粒復合材料具有多孔結構。
[0019]由小板狀的氧化鋁顆粒1、水和官能劑3-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷制造分散系。3-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷在縮合反應中在氧化鋁顆粒2的表面上形成基本上單分子的薄層9，所述薄層具有通過三個氧原子4結合的甲硅烷基6，所述甲硅烷基具有環(huán)氧基7。在構成薄層之后，將表面已經(jīng)配有第二薄層9的小板狀的氧化鋁顆粒I加入到分散系中。所述第二薄層9借助于官能劑3-氨丙基三甲氧硅烷制造，并且具有通過三個氧原子結合的甲硅烷殘基，所述甲硅烷殘基具有氨基。將所述分散系沉淀，由此小板狀的氧化鋁顆粒I層狀地以平面平行方式定向。將出現(xiàn)的沉淀物吸濾并且在爐中烘干。用于干燥的熱量選擇為，使得所述熱量足以克服下述化學反應的活化能，所述化學反應在將氧化鋁顆粒I彼此聯(lián)結的情況下構成顆粒復合材料。化學反應在具有第一薄層9的顆粒的表面環(huán)氧基7和具有第二薄層9的顆粒的表面氨基之間進行。官能劑關于顆粒質量的質量比例選擇為，使得顆粒復合材料具有多孔結構。[0020]由小板狀的氧化鋁顆粒1、水和具有納米級二氧化硅顆粒的官能劑制造分散系。納米級二氧化硅顆粒具有表面的甲硅烷基，所述甲硅烷基具有環(huán)氧基。將分散系沉淀，由此小板狀的氧化鋁顆粒I層狀地以平面平行方式定向。將出現(xiàn)的沉淀物吸濾并且在爐中烘干。用于干燥的熱量選擇為，使得所述熱量足以克服下述化學反應的活化能，所述化學反應在將氧化鋁顆粒彼此聯(lián)結的情況下形成顆粒復合材料?；瘜W反應發(fā)生在硅顆粒的表面環(huán)氧基和氧化鋁顆粒I的羥基3之間。官能劑關于顆粒質量的質量比例選擇為，使得所述顆粒復合材料具有多孔結構。
【權利要求】
1.一種用于制造用于電絕緣紙的多孔顆粒復合材料的方法，所述方法具有下述步驟: -將由小板狀的顆粒(I)、載液和官能劑組成的分散系混合，所述官能劑分布在所述載液中并且在所述分散系中具有下述質量份額:所述質量份額相對于所述顆粒的質量份額對應于預先確定的質量比例； -通過沉淀所述分散系而產生沉淀物，由此將小板狀的所述顆粒(I)基本上層狀地以平面平行方式設置在所述沉淀物中； -從所述沉淀物中去除所述載液； -將能量引入到所述沉淀物中，以用于克服所述官能劑與所述顆粒(I)的下述化學反應的活化能:所述化學反應在所述顆粒(I)經(jīng)由來自所述沉淀物中的所述官能劑聯(lián)結的情況下構成所述顆粒復合材料， 其中，所述質量比例預先確定為，使得所述顆粒復合材料具有多孔結構。
2.如權利要求1所述的方法， 其中，所述載液是能溶解官能劑的溶劑， 其中，所述官能劑被溶解在所述溶劑中。
3.如權利要求2所述的方法， 其中，所述官能劑選擇為， 使得在混合所述分散系時，所述官能劑在所述顆粒的表面上構成基本上單分子的薄層(9 )。
4.如權利要求2所述的方法， 具有下述步驟: -在將所述分散系混合之前，所述顆粒構成為在所述顆粒的表面上具有基本上單分子的薄層(9)， 其中，由另外的官能劑制造所述薄層(9 )，使得在所述薄層(9 ) 和所述官能劑之間發(fā)生用于聯(lián)結所述顆粒(I)的化學反應。
5.如權利要求3或4所述的方法， 具有下述步驟: -再混合所述分散系， 其中，在構成單分子的所述薄層(9)之后，將附加的顆粒(I)混合到所述分散系中，所述附加的顆粒具有基本上單分子的薄層(9)，從而使得在所述薄層(9)之間發(fā)生用于聯(lián)結所述顆粒(I)的化學反應。
6.如權利要求1至5中的任一項所述的方法， 其中，所述顆粒(I)具有氧化鋁。
7.如權利要求2至6中的任一項所述的方法， 其中，所述官能劑是塑料。
8.如權利要求7所述的方法， 其中，所述塑料是熱塑性塑料。
9.如權利要求7或8所述的方法， 其中，所述塑料是聚烯烴乙醇，尤其是聚乙二醇， 或者是分子量在1000和4000之間的不完全水解的聚乙烯醇， 或者是聚烷基硅氧烷，尤其是甲氧基封端的聚烷基硅氧烷，或者硅樹脂聚酯。
10.如權利要求2至6中的任一項所述的方法，其中，所述官能劑是烷氧基硅烷，其中，所述烷氧基硅烷具有環(huán)氧基(7),尤其是3-縮水甘油醚丙基二甲氧基硅烷，或者所述烷氧基硅烷具有氨基，尤其是3-氨丙基二甲氧硅烷。
11.如權利要求1所述的方法，其中，所述官能劑是納米顆粒，尤其是由具有表面的環(huán)氧基的二氧化硅構成的納米顆粒。
12.如權利要求1至11中的任一項所述的方法，其中，以熱和/或輻射的形式輸送用于克服活化能的能量。
13.如權利要求1至12中的任一項所述的方法，其中，通過過濾和接著的熱輸送來完成從所述沉淀物中去除所述載液。
14.如權利要求1至13中的任一項所述的方法，其中，所述載液是水。
【文檔編號】C09C3/10GK103502365SQ201280021961
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月11日 優(yōu)先權日:2011年5月5日
【發(fā)明者】弗洛里安·埃德爾, 彼得·格勒佩爾, 維基·格呂貝爾, 斯特芬·朗 申請人:西門子公司