用于電絕緣的高導熱率復合材料及其制品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供導熱且電絕緣的復合組合物。所述復合組合物包含環(huán)氧樹脂和填料。所述環(huán)氧樹脂具有每分子至少兩個環(huán)氧基團和反應(yīng)性稀釋劑。基于所述復合組合物的總體積計算，所述復合組合物包含約5體積%-約20體積%的所述填料。本發(fā)明還提供具有所述復合組合物的涂層的電氣部件。
【專利說明】用于電絕緣的高導熱率復合材料及其制品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]概括地講，本發(fā)明涉及電絕緣材料，更具體地講，涉及用于例如馬達和發(fā)電機用線圈的電動機器的絕緣材料的具有改善的導熱率的復合組合物。
【背景技術(shù)】
[0002]電動機器(例如馬達和發(fā)電機)的功率密度通常由于難以移除由在定子和轉(zhuǎn)子中的銅繞組產(chǎn)生的熱而受限。熱傳遞通常受在銅繞組上使用的電絕緣材料的低導熱率妨礙。用于這些應(yīng)用的絕緣材料通常包括玻璃布、玻璃纖維、云母帶、熱塑性薄膜及類似材料。這類絕緣材料通常必須具有可耐受電動機器的各種電嚴苛條件、同時提供足夠絕緣的機械和物理性質(zhì)。另外，這些絕緣材料應(yīng)該耐受極端操作溫度變化且提供長壽命。
[0003]通常，諸如云母帶的這些絕緣材料在應(yīng)用到銅繞組之前用可固化的聚合材料浸潰，即通過真空浸潰技術(shù)預浸潰或過后浸潰。在兩種情況下，必須施用樹脂組合物并使其在沒有空隙的情況下適當固化，因為那些空隙會例如由于在電應(yīng)力下?lián)舸┒档徒^緣材料的使用壽命。出于這種原因，該樹脂組合物必須有效地不含溶劑。同時，該樹脂必須表現(xiàn)出相對低的粘度，以便在盤管繞組的周圍及之間容易地流動并且在預浸潰材料的制備過程中有效地滲透。
[0004]對于這些類型的應(yīng)用，環(huán)氧樹脂通常優(yōu)于聚酯樹脂，因為它們在熱穩(wěn)定性、粘合性、拉伸性、撓曲和抗壓強度及耐溶劑、油、酸及堿性方面具有明顯優(yōu)越的特性。然而，這些樹脂的粘度通常較高，例如為約4，000-6，000厘泊(cps)或更高。當加入某些硬化劑時，它們的粘度可在7，000-20, OOOcps范圍內(nèi)，這對于有用的浸潰用途而言常常太高。雖然這類的粘度可通過使用某些 環(huán)氧樹脂稀釋劑而明顯降低，但是過去沿著該路徑的一些嘗試僅用來減小組合物的熱穩(wěn)定性，由此損害絕緣性質(zhì)。
[0005]近年來，一般絕緣材料的導熱率已經(jīng)通過將無機填料加到聚合材料中而改善，例如從約0.2ff/m.K改善到約0.5ff/m.K。這些填料導熱，但電絕緣。然而，在絕緣材料中高水平的填料可能有損于材料的介電性質(zhì)。例如，大多數(shù)無機填料相對于絕緣材料具有較高的介電常數(shù)，這勢必增加復合絕緣材料的總介電常數(shù)。如果該材料的介電常數(shù)太高，則其可能限制可使用該材料的應(yīng)用。另外，含有這些填料的絕緣材料可能比未填充的材料更脆。
[0006]因此需要可改善在電動機器中的熱傳遞的高導熱率絕緣材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施方案涉及用于電動機器的絕緣的復合涂層。
[0008]在一個實施方案中，導熱且電絕緣的復合組合物包含環(huán)氧樹脂和填料。所述環(huán)氧樹脂具有每分子至少兩個環(huán)氧基團，且包含反應(yīng)性稀釋劑?；谒鰪秃辖M合物的總體積計算，所述復合組合物包含約5體積％-約20體積％的所述填料。
[0009]本發(fā)明的另一實施方案涉及具有用于電絕緣的復合組合物的涂層的電氣部件。所述復合涂層包含環(huán)氧樹脂和填料。所述環(huán)氧樹脂具有每分子至少兩個環(huán)氧基團，且包含反應(yīng)性稀釋劑。基于所述復合組合物的總體積計算，所述涂層包含約5體積％-約20體積％的所述填料。
[0010]更具體而言，本發(fā)明涉及:
1.導熱且電絕緣的復合組合物，其包含具有每分子至少兩個環(huán)氧基團和反應(yīng)性稀釋劑的環(huán)氧樹脂和基于所述復合組合物的總體積計算約5體積％_約20體積％的填料。
[0011]2.第I項的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑以基于所述環(huán)氧樹脂的總重量計算約3重量％-約33重量％的量存在。
[0012]3.第I項的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑選自苯乙烯、α -甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、叔丁基苯乙烯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、二乙烯基苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、和二異丙烯基苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物及其組合。
[0013]4.第I項的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑包括鄰乙烯基甲苯、間乙烯基甲苯、對乙烯基甲苯或其組合。
[0014]5.第I項的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑包括鄰叔丁基苯乙烯、間叔丁基苯乙烯、對叔丁基苯乙烯或其組合。
[0015]6.第2項的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑以約5重量％_約20重量％的量存在。
[0016]7.第I項的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂還包含以基于所述環(huán)氧樹脂的總重量計算約0.1重量％-約15重量％的量的酚類加速劑。
[0017]8.第I項的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂在25°C下具有小于約3000cps的粘`度。
[0018]9.第8項的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂在25°C下具有約lOOcps-約lOOOcps的粘度。
[0019]10.第I項的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂具有約6%-約12%的體收縮率。
[0020]11.第I項的復合組合物，其中所述填料包括選自氮化硼、氮化鋁、氮化硅和氧化鋁的材料。
[0021]12.第I項的復合組合物，其中所述填料以約8體積％_約15體積％的量存在。
[0022]13.第I項的復合組合物，其中所述填料包括具有約100納米-約100微米的平均粒度的粒子。
[0023]14.第I項的復合組合物，其中所述填料均勻地分散在所述環(huán)氧樹脂中。
[0024]15.電氣部件，其至少部分地用復合組合物的涂層覆蓋，所述復合組合物包含具有每分子至少兩個環(huán)氧基團和反應(yīng)性稀釋劑的環(huán)氧樹脂及基于所述復合組合物的總體積計算約5體積％-約20體積％的填料。
[0025]16.第15項的電氣部件，其包括工業(yè)馬達、啟動發(fā)電機和馬達、及高能設(shè)備。
[0026]17.第15項的電氣部件，其中所述涂層通過浸潰技術(shù)施用。
[0027]18.第15項的電氣部件，其中所述涂層通過刮刀技術(shù)、噴霧或噴淋施用。
[0028]19.權(quán)利要求15的電氣部件，其中所述涂層在約150°C -約170°C的溫度下在大氣條件下固化。
[0029]20.第15項的電氣部件，其中所述涂層具有約lW/m.K至約3W/m.K的導熱率。
[0030]21.第15項的電氣部件，其中所述涂層在約室溫-約150°C的溫度下具有約0.5%-約1.5%的耗散因數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]在參考附圖閱讀以下詳述時將更加透徹地理解本發(fā)明的這些和其他特點、方面和優(yōu)勢，其中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案含有填料的復合組合物的示意圖，
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案用云母帶包裹、用復合組合物涂布并浸潰的導桿的橫截面圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案提供有真空浸潰的復合組合物的電導體的放大的局部剖視圖；
圖4為表示比較樣品與本發(fā)明樣品的比較導熱率的曲線圖。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明包括涉及可在電動機器上(例如在定子或轉(zhuǎn)子中的銅繞組上)應(yīng)用或使用以便電絕緣的復合組合物的實施方案。在整個說明書中，“復合組合物”也可稱為“復合材料”或“絕緣材料”。
[0033]如下文詳細論述，本發(fā)明的一些實施方案提供用于電動機器的電絕緣的高導熱率復合組合物(或“材料”或“清漆”)及使用其的電動機器。除了諸如線性粘彈性、非線性粘彈性的粘彈性特點、動態(tài)模量之外，這些實施方案還有利地提供用于電絕緣的高導熱率的改善的涂層，而不會不利地影響諸如介電性質(zhì)、電阻率、電強度、熱穩(wěn)定性和熱膨脹系數(shù)的其他絕緣特點。
[0034]在介紹本發(fā)明的各種實施方案的要素時，冠詞“一”、“該”和“所述”是用來指存在一個或多個該要素。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”旨在包括在內(nèi)且意味著可存在除所列要素以外的其他要素。如本文使用的術(shù)語“和/或”包括相關(guān)的所列項中的一個或多個的任何和所有組合。
[0035]如本文使用的術(shù)語“可”和“可為”表示在一組情況下事件的可能性；具有所指定的性質(zhì)、特征或功能；和/或通過表述與所限定動詞相關(guān)的能力、性能或可能性中的一種或多種來限定另一動詞。因此，使用“可”和“可為”表示所修飾術(shù)語顯然適當、能夠或適于所指示的性能、功能或應(yīng)用，同時考慮到在一些情況下所修飾術(shù)語有時可能不適當、不能夠或不合適。例如，在一些情況下，可預期某個事件或性能，而在其他情況下，所述事件或性能不會發(fā)生。該區(qū)別由術(shù)語“可”和“可為”記錄。[0036]在整個說明書和權(quán)利要求書中使用的近似語言可用于修飾任何定量表述，這些表述可容許在不導致可能相關(guān)的基本功能發(fā)生變化的條件下進行改變。因此，由諸如“約”的術(shù)語修飾的值不限于所指定的精確值。在有些情況下，近似語言可對應(yīng)于用于測量所述值的儀器的精密度。
[0037]本發(fā)明的一些實施方案提供導熱且電絕緣的復合組合物。所述絕緣組合物包含環(huán)氧樹脂和填料。所述環(huán)氧樹脂包含每分子具有至少兩個環(huán)氧基團的環(huán)氧材料和反應(yīng)性稀釋齊?。所述環(huán)氧樹脂還可含有少量但有效量的酚類加速劑和催化硬化劑中的一種或兩種。所述硬化劑不含金屬鹵化物或含有金屬-鹵素鍵的化合物。本發(fā)明關(guān)注的各種環(huán)氧樹脂詳細地描述在美國專利4，603，182中，該專利通過引用結(jié)合到本文中來。
[0038]合適的環(huán)氧材料的一些實例可包括雙酚A- 二縮水甘油基醚環(huán)氧樹脂(諸如，由Shell Chemical C0.以商標EPON? 826和EPON 828出售的雙酚A-二縮水甘油基醚環(huán)氧樹脂)。該制劑的其他液態(tài)樹脂有，諸如，由Dow Chemical Company以商標DER? 330,331和332銷售的那些制劑、由Celanese Corporation以商標Ep1-REz? 508,509和510銷售的那些制劑及由Ciba-Geigy以商標Araldite? 6004、6005和6010銷售的那些制劑。該類型的其他合適樹脂有環(huán)氧甲階酹醒樹脂(諸如，Dow Chemical Company的DEN? 431和DEN438 和 Celanese Corp.的 Ep1-Rez SU-2.5)、鹵代環(huán)氧樹脂(諸如 Ciba-Geigy 的 Araldite8061)和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂(諸如 Union Carbide 的 ERL 4206、4221、4221E、4234、4090 和4289 和 Ciba-Geigy 的 Araldite CY182 和 183)。
[0039]所述催化硬化劑和所述加速劑提供所要的固化速率，且可增強最終產(chǎn)物的電絕緣和物理性質(zhì)特征。適合本發(fā)明的組合物的各種硬化劑和加速劑描述在美國專利4，603，182中。用于所選擇的環(huán)氧樹脂或樹脂混合物的硬化劑通常由酚類加速劑與不穩(wěn)定的無氯有機鈦酸鹽或乙酰丙酮酸金屬鹽的混合物組成。所述酚類加速劑的量通常為所述環(huán)氧樹脂的約0.1重量％-約15重量％，而當其為乙酰丙酮酸金屬鹽時，另一成分以所述環(huán)氧樹脂的約
0.025重量％-約5重量％的量使用，且當其為有機鈦酸鹽時，另一成分以約0.05重量％-約10重量％的量使用。在具體的實施方案中，兒茶酚是合乎需要的加速劑。
[0040]所述反應(yīng)性稀釋劑減小環(huán)氧樹脂的粘度。具體地講，苯乙烯、α -甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、叔丁基苯乙烯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、二乙烯基苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、和二異丙烯基苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物及其組合為在本發(fā)明的范圍內(nèi)選擇用以降低環(huán)氧樹脂的粘度的化合物。在一些特定的實施方案中，所述反應(yīng)性稀釋劑可為乙烯基甲苯的異構(gòu)體，即鄰乙烯基甲苯、間乙烯基甲苯、對乙烯基甲苯，或其組合。在一些其他的特定實施方案中，所述反應(yīng)性稀釋劑可為叔丁基苯乙烯的異構(gòu)體，即鄰叔丁基苯乙烯、間叔丁基苯乙烯、對叔丁基苯乙烯，及其組合。所使用的反應(yīng)性稀釋劑或稀釋劑組合的量可為總組合物的約3重量％-約33重量`％。在某些實施方案中，對于合乎需要的結(jié)果，所述反應(yīng)性稀釋劑的量可為約5重量％-約20重量％。
[0041]可將各種成分如硬化劑、加速劑和稀釋劑混配在一起或者按順序與所述環(huán)氧樹脂混配。在一些實施方案中，觀察到按特定的順序混合所述成分可有效獲得所述環(huán)氧樹脂的所需特點。
[0042]如在美國專利4，603, 182中所述，如上論述的包含硬化劑、加速劑和稀釋劑的這些環(huán)氧樹脂在約25°C下通常具有例如小于約3000cps的相對較低的粘度，且在某些情況下，這些環(huán)氧樹脂具有小于約lOOOcps的粘度。
[0043]這些環(huán)氧樹脂可作為涂層、在絕緣材料上的層或薄膜如絕緣紙和云母帶施用。樹脂通常浸潰在絕緣材料上。這可在將這些帶或?qū)邮┯玫诫姎獠考盎蛑笸ㄟ^預浸潰或后浸潰，例如通過真空壓力浸潰技術(shù)進行。其他技術(shù)可包括刮刀技術(shù)、噴霧、噴淋、擠出涂布和本領(lǐng)域已知的其他方法。
[0044]通常，隨后可將這些浸潰的涂層或?qū)釉诟邷叵鹿袒?。固化的環(huán)氧樹脂對例如銅的基質(zhì)絕緣材料表現(xiàn)出良好的粘著性。在固化后，與許多其他聚合物不同，這些低粘度環(huán)氧樹脂理想地表現(xiàn)出高收縮性質(zhì)且不釋放揮發(fā)性產(chǎn)物。如本文使用的術(shù)語“收縮”通常定義為由溫度、物理過程或化學過程或者材料的相變等引起的材料(例如，環(huán)氧樹脂)的尺寸或體積的成比例減小。尺寸減小(例如，平面尺寸，如長度)稱為“線收縮”，且材料體積的減小稱為“體收縮”。材料的線收縮率通常為材料體收縮率的約1/3。在一些實施方案中，所述環(huán)氧樹脂在約150°C下固化后表現(xiàn)出約1%-約4%的線收縮率和約3%-約12%的體收縮率。低收縮率材料通常具有至多約0.5%的線收縮率。在具體的實施方案中，所述環(huán)氧樹脂的體收縮率可為約6%-12%。所述環(huán)氧樹脂的體收縮率可通過改變在所述組合物中的反應(yīng)性稀釋劑的量來調(diào)節(jié)。
[0045]如上所述，將高導熱率材料加到環(huán)氧樹脂中以改善所述樹脂的導熱率并形成高導熱性復合組合物。合適的高導熱率填料的實例可包括氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)和氧化鋁(Al2O3)。也可使用其他類似的材料，諸如氧化鎂(MgO)、碳化硅或金剛石(碳)。在具體的實施方案中，六方形氮化硼是合乎需要的填料。氮化硼具有約270-300W/m.K的導熱率。另外，與一些其他所提到的填料相比，氮化硼具有相對較低的硬度。這類材料可非常適用于提供具有良好韌性且對熱膨脹不匹配不太敏感的高導熱性層或涂層。[0046]聲子分布通常負責在材料內(nèi)的熱傳輸。增強的聲子傳輸和減少的聲子散射導致材料的高導熱率。較大的粒子可增加聲子傳輸，而較小的粒子可影響聲子散射。因此，所述填料的粒度可足以維持這些作用，并滿足減少的聲子散射和增強的聲子傳輸?shù)牧Ｗ娱g距離(或粒子間距)需求。另外，可選擇所述填料粒子的粒度分布以在基質(zhì)絕緣帶或?qū)又械目障斗矫嫱瓿伤繕恕Ｔ谝粋€實施方案中，所述填料的平均粒度可為約10納米-100微米。在一些實施方案中，所述平均粒度為約100納米-約100微米，且在某一實施方案中，所述平均粒度為約30微米-約75微米。
[0047]在環(huán)氧樹脂內(nèi)的粒子分布為另一考慮對象。所述高導熱率填料通常分散在環(huán)氧樹脂中以使得填料粒子可形成具有短和較長范圍的周期性的有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。填料粒子的所述有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及合適的粒度和粒子間距可減少聲子散射并提供聲子傳輸以在所述填充材料內(nèi)產(chǎn)生良好的導熱界面。在一些實施方案中，所述填料粒子在整個環(huán)氧樹脂中均勻地分布。在一些實施方案中，所述填料粒子無規(guī)分布。
[0048]如本文使用的粒子間距是指在有序網(wǎng)絡(luò)中的兩個鄰近粒子之間的平均中心間距離。圖1 (并且如下所述)示出了均勻地分布在高收縮率環(huán)氧樹脂12中的填料的兩個鄰近粒子14之間的粒子間距‘d’。除了粒度之外，所述填料粒子之間的粒子間距的減小還可取決于其他參數(shù)，諸如填料的量和填料粒子的分布。分散在環(huán)氧樹脂中的較高水平的填料通常引起在填料粒子之間的粒子間距減小。然而，較大量的填料可能未必合乎需要，因為其可導致樹脂的介電性質(zhì)一定程度地減小。
[0049]在一個實施方案中，電氣部件包含所述復合組合物的涂層。說明可涉及包括在導桿上的銅繞組的電氣部件。所述涂層可在將云母帶施用在所述銅繞組上之前或之后施用在諸如云母帶的絕緣基礎(chǔ)材料上。在一個實施方案中，所述復合組合物的涂層通過例如預浸潰或后浸潰技術(shù)的浸潰技術(shù)施用。為了便于論述，所述復合組合物的這些涂層也可稱為“復合涂層”。所述復合涂層可通過在選定的溫度下在大氣條件下加熱所述涂層來固化。在一個實施方案中，固化溫度可為約150°C -約170°C。在一個實施方案中，所述復合涂層可在壓力(例如，約80ps1-約IOOpsi)下固化。
[0050]在不受任何理論限制的情況下，如先前論述的環(huán)氧樹脂的高體收縮率對于獲得高導熱率復合涂層是關(guān)鍵的。將填料分散在環(huán)氧樹脂中，且將所得復合組合物涂布在所述絕緣基礎(chǔ)材料上并固化。在固化后，在所述填料粒子之間的粒子間距減小，這可增強聲子傳輸，且因此可幫助在這些環(huán)氧樹脂復合涂層中實現(xiàn)高導熱率。圖1表示這一情形的示意圖。如所圖示，圖1表示在固化之前和固化之后的復合涂層，分別為10和20。復合涂層(10和20)具有均勻地分散在環(huán)氧樹脂12中的填料粒子14。在固化之前，涂層10含有具有粒子間距“d”的填料粒子14。在固化之后，在填料粒子14之間的粒子間距減小到在涂層20中的 “d，” (d，< d)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的大多數(shù)實施方案的復合涂層(或“清漆”)具有高導熱率。在一個實施方案中，所述復合涂層或清漆的導熱率可為約lW/m.K至約3W/m.K。例如，圖4示出了下文詳細描述的復合組合物的改善的導熱率。通常，當加到其他已知清漆中時，需要大量(大于約30體積％)的填料(例如，BN)以獲得相同水平的導熱率。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施方案，當加到所述環(huán)氧樹脂中并與所述環(huán)氧樹脂組合時，可使用量低得多的填料來實現(xiàn)高導熱率。在一些實施方案中，所述填料可在所述復合組合物中以約5體積％-約20體積％的量存在。在特定的實施方案中，所述填料可以約8體積％-約15體積％的量存在。
[0052]另外，所述復合組合物或涂層具有優(yōu)異的耗散因數(shù)?！昂纳⒁驍?shù)”是電磁場經(jīng)介電層的耗損率。較低的耗散因數(shù)與經(jīng)由介電層耗損或吸收的較低量的能量相關(guān)。所述填料的量和所述填料粒子的粒度可影響所述復合組合物的耗散因數(shù)。通常，所述填料的存在可理想地降低所述復合組合物的耗散因數(shù)。所述復合組合物的低耗散因數(shù)使得它們更適用于電絕緣應(yīng)用。在室溫和60Hz下，所述復合組合物的耗散因數(shù)可為約0.5%，且在約150°C和60Hz下，其可為約1.5%ο
[0053]本發(fā)明的實施方案因此提供用于電絕緣的高導熱率復合組合物。上述特性可改善在電動機器的各種組件如銅繞組之間或內(nèi)部的熱傳遞，且可改善所述機器的功率密度。所述復合組合物用相對較低量的填料有利地獲得高導熱率，且因此表現(xiàn)出改善的熱傳遞，而不會犧牲諸如介電性質(zhì)、其他電性質(zhì)和粘彈性特征的特點。以硬的韌性固體形式的所述復合組合物在25°C -約170°C的范圍以其固化形式具有優(yōu)異的電性質(zhì)。它們也基本不含離子物質(zhì)，離子物質(zhì)勢必會降低絕緣材料在高溫下的有效性。這些組合物的低粘度使得易于制造，即，易于在電氣部件上施加涂層。
[0054]當用本發(fā)明的復合組合物浸潰玻璃織物、云母紙、云母帶等時，根據(jù)一些實施方案，所得薄片或帶可用手或通過機器纏繞以便使電氣部件諸如圖2中所示的導桿絕緣。如所圖示的具有多個導體線匝或繞組32、通過絕緣材料33彼此絕緣的典型導桿30具有由線束分隔器34隔開的導體陣列。圍繞繞桿卷繞多層云母紙帶36，將其用本發(fā)明的復合組合物涂布并浸潰。在制備這種絕緣導桿的過程中，將整個組合件用犧牲性帶覆蓋并將其置于壓力槽中并且抽真空。抽真空的唯一目的在于除去夾帶的空氣。在真空處理之后，在壓力下將熔融的浙青或一些其他類型的加熱的傳送流體引入所述槽中以公知的方式將所述組合物固化。在完成固化步驟之后，將所述桿從浴中移出，冷卻并將所述犧牲性帶除去。
[0055]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個例示性非限制性實施方案提供有真空浸潰的絕緣材料42的電導體40的放大的局部剖視圖。有兩層云母紙43和44，其具有增強或背襯材料46，在這兩層之間具有小空間48。在內(nèi)部帶層44與導體40之間存在空間50。空間48和50用所述復合組合物填充；且?guī)?3和44用所述復合組合物涂布。該絕緣結(jié)構(gòu)的這種填充和該導體覆蓋物的無空隙性質(zhì)可歸因于所述浸潰組合物的低粘度。
[0056]從上述內(nèi)容將理解，作為上述程序的替代，在將本發(fā)明的復合組合物施用到欲由其絕緣的導體之前，本發(fā)明的復合組合物可使用標準浸潰和施用技術(shù)通過采用本發(fā)明的新型組合物應(yīng)用到這類織物或帶或紙上。
實施例
[0057]下文提供的實施例僅是說明性的且不應(yīng)該將其解釋為對所要求的發(fā)明的范圍的任何類型的限制。
[0058]比較樣品:使用低收縮率樹脂的復合組合物
樹脂組合物由約50重量％雙酚A-二縮水甘油基醚環(huán)氧樹脂、約50重量％ I, 3-異苯并呋喃二酮、六氫甲基-甲基六氫鄰苯二甲酸酐和約1-2%的三氯化硼-胺絡(luò)合物來制備。將12.5體積％具有60微米的平均粒度的氮化硼(得自Momentive Performance materials)使用高速行星式剪切混合器在真空下分散在液態(tài)樹脂組合物中，且混合不同的時間，以獲得均質(zhì)的粒子分散體。在將該涂布帶捆到銅桿上之前，所得含BN的樹脂組合物(清漆I)通過刮刀涂布機技術(shù)涂布在I英寸寬的云母帶上且在約150°C下固化約20分鐘以獲得涂布帶的b-段，。隨后將該涂布帶施用在該銅桿上，且將捆了帶的銅桿在約150°C下再次固化約6小時。
[0059]發(fā)明樣品:使用高收縮率環(huán)氧樹脂的復合組合物
高收縮率樹脂組合物通過混合70重量％雙酚A- 二縮水甘油基醚環(huán)氧樹脂、約15重量％乙烯基甲苯、約1 0重量％甲階酚醛樹脂和約5重量％兒茶酚來制備。將約12.5體積％的具有60微米的平均粒度的氮化硼(得自Momentive Performance materials)使用高速行星式剪切混合器在真空下分散到液態(tài)樹脂組合物中，且在不同的時間混合，以獲得均質(zhì)的粒子分散體。在將該涂布帶捆到銅桿上之前，所得含BN的復合組合物(清漆2)通過刮刀涂布機技術(shù)涂布在I英寸寬的云母帶上且在約150°C下固化約20分鐘以獲得涂布帶的b_段。隨后將該涂布帶施用在該銅桿上，且將捆了帶的銅桿在約150°C下再次固化約6小時。
[0060]圖4表示有和沒有氮化硼填料的低收縮率樹脂和高收縮率樹脂的導熱率的比較。低收縮率環(huán)氧樹脂和高收縮率環(huán)氧樹脂具有相當?shù)膶崧省Ｈ欢?，與比較樣品(具有BN填料的低收縮率樹脂)相比較，發(fā)明樣品(具有BN填料的高收縮率環(huán)氧樹脂)具有高得多的導熱率。很明顯，與具有相同量的BN填料的比較樣品(清漆I)相比較，發(fā)明樣品(清漆2)表現(xiàn)出了導熱率的更大程度的改善。
[0061]雖然本論述提供了在用于在電氣工業(yè)、通常在啟動馬達和發(fā)電機及工業(yè)馬達中使用的電動機器的絕緣復合組合物的情況下的實例，但所述絕緣組合物或清漆同樣適用于其他領(lǐng)域。需要增加熱傳導的工業(yè)將同樣地受益于本發(fā)明。實例包括能源、化工工藝和制造業(yè)(油和氣在內(nèi))及汽車和航空航天工業(yè)。其他焦點包括電力電子、轉(zhuǎn)換設(shè)備及集成電路，其中對于增強的部件密度的日益增加的要求使得需要從部件的各種區(qū)域中有效地散熱。
[0062]雖然在本文中僅說明并描述了本發(fā)明的某些特點，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多修改和變化。因此，應(yīng)理解隨附權(quán)利要求書旨在涵蓋在本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這類修改和變化。[0063] 兀素列表
10:在固化之前的復合涂層 20:在固化之后的復合涂層 12:聞收縮率環(huán)氧樹脂 14:粒子間距離 30:導桿
32:繞組
33:絕緣材料
34:線束分隔器 36:云母紙帶 40:電導體
42:真空浸潰的絕緣材料
43:云母紙層
44:云母紙層 46:背襯材料
48:兩層之間的小 間距 50:內(nèi)層與導體之間的間距
【權(quán)利要求】
1.導熱且電絕緣的復合組合物，其包含具有每分子至少兩個環(huán)氧基團和反應(yīng)性稀釋劑的環(huán)氧樹脂和基于所述復合組合物的總體積計算約5體積％-約20體積％的填料。
2.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑以基于所述環(huán)氧樹脂的總重量計算約3重量％-約33重量％的量存在。
3.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑選自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、叔丁基苯乙烯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、二乙烯基苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物、和二異丙烯基苯的異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物及其組合。
4.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑包括鄰乙烯基甲苯、間乙烯基甲苯、對乙烯基甲苯或其組合。
5.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑包括鄰叔丁基苯乙烯、間叔丁基苯乙烯、對叔丁基苯乙烯或其組合。
6.權(quán)利要求2的復合組合物，其中所述反應(yīng)性稀釋劑以約5重量％-約20重量％的量存在。
7.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂還包含以基于所述環(huán)氧樹脂的總重量計算約0.1重量％-約15重量％的量的酹類加速劑。
8.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂在25°C下具有小于約3000cps的粘度。
9.權(quán)利要求8的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂在25°C下具有約lOOcps-約lOOOcps的粘度。
10.權(quán)利要求1的復合組合物，其中所述環(huán)氧樹脂具有約6%-約12%的體收縮率。
【文檔編號】C09D5/25GK103881533SQ201310708144
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】W.張 申請人:通用電氣公司