產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法，其中，（i）提供了可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑和至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑，以及（ii）以任何期望的順序?qū)⒆贤廨椛浜蜔釕?yīng)用至所述可固化組合物并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間直到所述可固化組合物得以完全固化，以及根據(jù)所述方法獲得的產(chǎn)物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)可紫外輻射(UV)固化且可熱固化的組合物產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法，所述組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑和至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑。本發(fā)明還涉及所述可紫外輻射(UV)固化且可熱固化的組合物。
[0002]優(yōu)選地，本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生纖維增強(qiáng)復(fù)合物形式的纖維增強(qiáng)高壓電絕緣體的方法，該材料由可紫外輻射(UV)固化且可熱固化的組合物制成，該組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑、至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑和纖維增強(qiáng)材料，纖維增強(qiáng)材料諸如連續(xù)無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，如單纖維，或者以細(xì)絲或編織絲的形式，或者如短纖維，或者它們的組合，優(yōu)選地，通過(guò)使用濕法細(xì)絲纏繞工藝實(shí)施產(chǎn)生所述纖維增強(qiáng)高壓電絕緣體的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]用于產(chǎn)生高壓電絕緣體的可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂組合物通?；诎ōh(huán)氧樹(shù)脂組分和硬化組分的雙組分系統(tǒng)。在高溫下對(duì)這些組合物進(jìn)行持續(xù)若干小時(shí)固化，其需要較長(zhǎng)的固化和冷卻時(shí)間以及長(zhǎng)時(shí)間對(duì)模具的占用。而且，諸如酸酐的許多熱硬化組分可以產(chǎn)生排放物以及與此有關(guān)的健康和環(huán)境問(wèn)題。在一些生產(chǎn)工藝中，如濕法細(xì)絲纏繞，這種可熱固化組合物的使用具有額外的缺點(diǎn)，如由于滴落的材料損失(其可以多達(dá)10%的量)，對(duì)固化爐內(nèi)心軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的需要，以及當(dāng)纏繞時(shí)改變浸潰樹(shù)脂或者增強(qiáng)纖維時(shí)難以產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于產(chǎn)生高壓電絕緣體的可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂組合物可以基于陽(yáng)離子可固化環(huán)氧樹(shù)脂，不使用硬化組分，即，表示為單組分環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)，所述系統(tǒng)是可UV固化且可熱固化的。通過(guò)以可UV固化且可熱固化的單組分環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)代替可熱固化的雙組分環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)，能夠克服上述限制，同時(shí)產(chǎn)生以下優(yōu)點(diǎn):具有在分鐘范圍內(nèi)的較短的固化時(shí)間，降低能耗以及幾乎沒(méi)有能夠引起健康和環(huán)境問(wèn)題的排放物。
[0005]當(dāng)使用陽(yáng)離子可固化環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于UV光穿過(guò)材料的穿透深度受限，難以均勻地固化較厚或高填充的樹(shù)脂系統(tǒng)。因此，不能夠通過(guò)UV輻照產(chǎn)生具有若干毫米至厘米(Cm)厚度的足夠固化的部分，從而使得這些部分可以用作電高壓絕緣體。本發(fā)明在不限于涂布應(yīng)用和進(jìn)一步使用傳統(tǒng)脂肪族和/或芳香族環(huán)氧樹(shù)脂(盡管事實(shí)上芳香族樹(shù)脂吸收UV光)的情況下允許產(chǎn)生相對(duì)厚的層。
[0006]驚人地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用可UV固化且可熱固化的陽(yáng)離子可固化環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，通過(guò)應(yīng)用UV固化以及熱固化來(lái)固化所述可固化環(huán)氧樹(shù)脂，從而獲得優(yōu)質(zhì)的高壓絕緣體。該方法允許液態(tài)樹(shù)脂的較短的固化時(shí)間、在生產(chǎn)工藝中沒(méi)有材料的滴落和浪費(fèi)、沒(méi)有或僅有少量有害排放物、以及較短的模具占用時(shí)間和生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化，諸如在固化期間不需要旋轉(zhuǎn)烘箱中的心軸。
[0007]W02007/017307公開(kāi)了用于生產(chǎn)用于潮濕空間中的電子組件的漆的可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂配方。所述樹(shù)脂配方包含諸如乙醇和多元醇的稀釋劑。實(shí)驗(yàn)表明，這些配方不適合用作高壓絕緣體。US7, 795，744B2公開(kāi)了特別的可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂配方，該配方生產(chǎn)出對(duì)玻璃具有良好的密封和粘接性能的固化產(chǎn)物，當(dāng)將要附接的兩種材料中的至少一種是玻璃時(shí)該固化產(chǎn)物作為粘合劑。這些配方也不適合于高壓絕緣體的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]權(quán)利要求中限定了本發(fā)明。特別地，本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法，其特征在于:(i)提供了可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，該組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑和至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑，以及
(ii)以任何期望的順序?qū)⒆贤廨椛浼盁釕?yīng)用至所述可固化組合物并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間直到所述可固化組合物得以完全固化。
[0009]本發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生高壓電絕緣體的可紫外輻射固化且可熱固化的組合物的應(yīng)用，該組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑以及至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑。所述應(yīng)用包括以任何期望的順序以紫外輻射及熱處理所述可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，直到所述可固化組合物得以完全固化。
[0010]本發(fā)明還涉及一種產(chǎn)生作為纖維增強(qiáng)復(fù)合物的纖維增強(qiáng)高壓電絕緣體形式的高壓電絕緣體的方法，其特征在于:(i)提供了可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，該組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑、至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑以及另外的纖維增強(qiáng)材料，纖維增強(qiáng)材料優(yōu)選地為連續(xù)的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，如單纖維，或者以細(xì)絲或編織絲的形式，或者如短纖維，或者它們的組合，以及(ii)以任何期望的順序?qū)⒆贤廨椛湟约盁釕?yīng)用至所述可固化組合物，并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，直到所述可固化組合物得以完全固化。優(yōu)選地，通過(guò)使用濕法細(xì)絲纏繞工藝實(shí)施該方法，其中，以可紫外輻射固化且可熱固化的組`合物預(yù)浸潰細(xì)絲，且隨后以任何期望的順序以紫外輻射和熱處理該組合物。
[0011]本發(fā)明還涉及所述可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，其包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑、至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑以及可選擇的纖維增強(qiáng)材料，纖維增強(qiáng)材料優(yōu)選地為連續(xù)的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，如單纖維，或者以細(xì)絲或編織絲的形式，或者如短纖維，或者它們的組合，纖維增強(qiáng)材料對(duì)于產(chǎn)生高壓電絕緣體是有用的。
[0012]本發(fā)明也涉及上文描述的組合物，該組合物包含作為陽(yáng)離子光引發(fā)劑的二芳基碘鹽或三芳基锍鹽，以及作為陽(yáng)離子熱引發(fā)劑的三氟甲烷磺酸鐿。
[0013]本發(fā)明還涉及固化狀態(tài)的前文所限定的可固化環(huán)氧樹(shù)脂組合物，所述固化的組合物以電絕緣體系統(tǒng)的形式出現(xiàn)且優(yōu)選地以根據(jù)本發(fā)明制造的電絕緣體的形式存在。
[0014]本發(fā)明還涉及電器用品(electrical article),該電器用品包括根據(jù)本發(fā)明制造的電絕緣體系統(tǒng)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)生纖維增強(qiáng)高壓電絕緣體形式的高壓電絕緣體的方法優(yōu)選地用于高壓電涌放電器的生產(chǎn)。使用根據(jù)本發(fā)明的可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂配方允許明顯地減少固化和冷卻時(shí)間，以及省去高固化溫度的使用。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，可固化組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂。這種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)選地為芳香族和/或脂環(huán)族化合物。這些化合物本身是已知的。適合的環(huán)氧樹(shù)脂是每個(gè)分子包含至少兩個(gè)1，2-環(huán)氧基團(tuán)的活性的縮水甘油化合物?？捎糜诒景l(fā)明的環(huán)氧化合物包括未取代的縮水甘油基團(tuán)和/或以甲基基團(tuán)取代的縮水甘油基團(tuán)。這些縮水甘油化合物優(yōu)選地具有介于200和1200之間的分子量，特別地，介于200和1000之間。環(huán)氧值(當(dāng)量/100g)優(yōu)選地為至少3，優(yōu)選地，為至少4，且特別地，為約5，優(yōu)選地，為約4.9至約5.1。優(yōu)選的為具有縮水甘油醚基團(tuán)和/或縮水甘油酯基團(tuán)的縮水甘油化合物。這種化合物也可以同時(shí)包含這兩種縮水甘油基團(tuán)，例如，4-縮水甘油氧-苯甲酸-縮水甘油酯。優(yōu)選的為具有1-4縮水甘油酯基團(tuán)的聚縮水甘油酯，特別地為二縮水甘油酯和/或三縮水甘油酯。優(yōu)選的縮水甘油酯可以衍生自芳香酸、芳烷酸、脂環(huán)族酸、雜環(huán)酸、二羧酸或者衍生自具有2至10個(gè)碳原子的脂肪族二羧酸。
[0017]優(yōu)選的為例如化學(xué)式(III)的可選擇取代的環(huán)氧樹(shù)脂:
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法，其特征在于，(i)提供了可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑和至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑，以及(ii)以任何期望的順序?qū)⒆贤廨椛浜蜔釕?yīng)用至所述可固化組合物并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，直到所述可固化的組合物得以完全固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂是每個(gè)分子包含至少兩個(gè)1，2-環(huán)氧基團(tuán)的芳香族和/或脂環(huán)族活性縮水甘油化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂的分子量介于200和1200之間，優(yōu)選地，介于200和1000之間，且環(huán)氧值(當(dāng)量/100g)至少為3，優(yōu)選地，至少為4，且特別地，為約5，優(yōu)選地，為約4.9至5.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂在室溫下或當(dāng)加熱至高達(dá)約65°C的溫度時(shí)為液態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，陽(yáng)離子光引發(fā)劑化合物由結(jié)合有已知的陰離子的已知的锍陽(yáng)離子和/或碘鎗陽(yáng)離子組成，優(yōu)選地，與選自包括BF4'PF6_、AsF6_和SbF6_的組的陰離子結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述锍陽(yáng)離子是三芳基锍陽(yáng)離子[(C6H5)3S+]，在所述三芳基锍陽(yáng)離子的一個(gè)或多個(gè)芳基取代基處可選擇地進(jìn)行取代，且所述碘鎗陽(yáng)離子為二芳基碘鎗陽(yáng)離子[(C6H5)2I+]，在所述二芳基碘鎗陽(yáng)離子的一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)處可選擇地進(jìn)行取代。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，陽(yáng)離子與六氟銻酸根離子(SbF6O結(jié)合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑為六氟銻酸三芳基锍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任`一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在組合物內(nèi)存在的所述陽(yáng)離子光引發(fā)劑的量介于0.1% (按重量計(jì)算)至5.0% (按重量計(jì)算)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，介于0.2% (按重量計(jì)算)至3.0% (按重量計(jì)算)的范圍內(nèi)，且優(yōu)選地，為約1% (按重量計(jì)算)，每次均通過(guò)存在的環(huán)氧樹(shù)脂組分的重量進(jìn)行計(jì)算。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，陽(yáng)離子熱引發(fā)劑化合物為具有鐿陽(yáng)離子的鹽，優(yōu)選地為三氟甲烷磺酸鐿；或者為三氟甲磺酸的金屬鹽；或者為具有六氟陰離子的銨鹽，優(yōu)選地具有BF4_、PF6_、AsF6_或SbF6_，優(yōu)選地為NH4+SbF6_。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，陽(yáng)離子熱引發(fā)劑化合物是包含化學(xué)式為[(R1) (R2) (R3)S+]的锍陽(yáng)離子的鹽，其中，三個(gè)取代基中的至少一個(gè)且優(yōu)選地三個(gè)取代基中的兩個(gè)表示烷基，或者取代基中的兩個(gè)與S原子一起形成脂肪族環(huán)，所述锍陽(yáng)離子與已知的陰離子結(jié)合，優(yōu)選地與BF4_、PF6_、AsF6_或SbF6_結(jié)合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，化學(xué)式為[(R1)(R2) (R3)S+]的所述锍陽(yáng)離子是一種陽(yáng)離子，其中，R1和R2相互獨(dú)立地為(Cu)烷基、芐基、烯丙基，或者R1和R2與S原子一起形成環(huán)形飽和五元環(huán)，即，-(CH2)-殘基的兩端均結(jié)合至S原子，且R3優(yōu)選地為苯基或萘基。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在組合物內(nèi)存在的所述陽(yáng)離子熱引發(fā)劑化合物的量介于0.01% (按重量計(jì)算)至3.0% (按重量計(jì)算)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，介于0.05% (按重量計(jì)算)至2.0% (按重量計(jì)算)的范圍內(nèi)，且優(yōu)選地，為約1% (按重量計(jì)算)，每次均通過(guò)存在的環(huán)氧樹(shù)脂組分的重量進(jìn)行計(jì)算。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述可固化組合物加熱至約80°C至130°C的溫度，優(yōu)選地為約120°C，優(yōu)選地，持續(xù)約一小時(shí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，首先對(duì)所述組合物應(yīng)用UV輻射，隨后將所述組合物加熱至60°C至130°C的范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地，加熱至約80°C至120。。。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,使用約200nm至約800nm的范圍內(nèi)且輻照能量約為1200mJ/cm2的UVA和/或UVB光實(shí)施UV輻照。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，UV輻照與紅外輻照相結(jié)合。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)將纖維增強(qiáng)材料結(jié)合到所述可固化組合物中產(chǎn)生高壓電絕緣體，所述纖維增強(qiáng)材料優(yōu)選地為連續(xù)的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，如單纖維，或者以細(xì)絲或編織絲的形式，諸如粗紗，或者如短纖維，或者它們的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，無(wú)機(jī)纖維選自玻璃纖維和陶瓷纖維，優(yōu)選地選自氧化鋁纖維、玄武巖纖維和玻璃纖維。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，有機(jī)纖維選自芳綸纖維和聚酯纖維。`
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用濕法細(xì)絲纏繞工藝實(shí)施所述方法，其中，用可紫外輻射固化且可熱固化的組合物預(yù)浸潰細(xì)絲，然后將浸潰的纖維纏繞在心軸上。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述可固化組合物還包含選自填充材料、潤(rùn)濕劑/分散劑、塑化劑、抗氧化劑、光吸收劑的可選擇的添加劑，以及用于電器應(yīng)用的另外的添加劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)生高壓電絕緣體的方法，以作為纖維增強(qiáng)復(fù)合物的纖維增強(qiáng)高壓電絕緣體的形式，優(yōu)選地為高壓電涌放電器，其特征在于，(i)提供了可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，所述組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑、至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑和另外的纖維增強(qiáng)材料，所述纖維增強(qiáng)材料優(yōu)選地為連續(xù)的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，如單纖維，或者以細(xì)絲或編織絲的形式，或者如短纖維，或者它們的組合，以及(ii)以任何期望的順序?qū)⒆贤廨椛浜蜔釕?yīng)用至所述可固化組合物并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，直到所述可固化組合物得以完全固化。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)產(chǎn)生的電絕緣體的應(yīng)用，用于絕緣電線(xiàn)圈和用于諸如變壓器、套管、絕緣體、開(kāi)關(guān)、傳感器、整流器、電纜密封端和高壓電涌放電器的電氣組件的生產(chǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)產(chǎn)生的電絕緣體的應(yīng)用，用于室內(nèi)和室外使用的高壓絕緣體，尤其是用于與高壓線(xiàn)相關(guān)的室外絕緣體，如長(zhǎng)桿絕緣體、復(fù)合絕緣體和帽式絕緣體，且也用于中壓部分中的支座絕緣體，與室外電源開(kāi)關(guān)、測(cè)量變換器、導(dǎo)管和過(guò)電壓保護(hù)器相關(guān)的絕緣體的生產(chǎn)，用于開(kāi)關(guān)設(shè)備建造，用于電源開(kāi)關(guān)、干式變壓器和發(fā)電機(jī)，如用于晶體管和其他半導(dǎo)體元件和/或用于浸潰電氣組件的涂層材料。
26.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的方法的可紫外輻射固化且可熱固化的組合物，所述組合物包括至少一種可UV固化且可熱固化的環(huán)氧樹(shù)脂、至少一種陽(yáng)離子光引發(fā)劑、至少一種陽(yáng)離子熱引發(fā)劑和可選擇的纖維增強(qiáng)材料，所述纖維增強(qiáng)材料優(yōu)選地為連續(xù)的無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維，如單纖維，或者以細(xì)絲或編織絲的形式，或者如短纖維，或者它們的組合，所述纖維增強(qiáng)材料有助于產(chǎn)生高壓電絕緣體。
27.包括根據(jù)權(quán)利要求1至23`中的任一項(xiàng)制造的電絕緣體系統(tǒng)的電器用品。
【文檔編號(hào)】H01B3/40GK103874718SQ201180073346
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】安娜·狄·詹尼, 拉爾斯·E.·施密特, 帕特里克·邁爾, 馬爾科·圣杰爾馬諾 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司