Электроизоляционный материал, спо-соб изготовления электроизоляцион-ного материала и способ изготовле-ния изоляции обмоток электрическихмашин

(23) Приори .(43) Опубли делам изебретеии и еткрытий(54) ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛ МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ОБМОТОК ЭЛЕКТ 1ННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОКТРОИЗОЛЯ ЦИОН НОГОЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИЧЕСКИХ МАШИН Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству электротехнических материалов элекпроизоляционяого назначения и изоляции обмоток электричесиих маршан,Известны электроизоляционные материалы, включающие в себя слюдяную бумагу, гибкие армирующие подложки,и полимерное термореактивное связующее Ц, 2), 31 4,В качестве слюдяной бумаги в таких материалах, используют бумагу из термооб,работанной,или нетермообработанной слю дыв качестве подложки - тканые или нетканые волокнистые материалы или полимерные пленки, а в качеспве связующего полиэфирные, силиконовые, эдокседные или другие смолы и композиции.Подобные материалы применяют в виде лент или листов для непрерывной или гильзовой изоляции обмоток элеквричесиих машин и аппаратов.Наиболее широкое применение в качестве связующего нашли эпоксидные смолы и их композиции, поскольку они обеспечивают изоляции уникальный комплекс физико-механических, диэлектрических и технологический свойств. Непременным компонентом во всех эпоксидных композициях является отвердитель, который наряду со смолой обеспечивает комплекс свойств электрической изоляции,Известные решения предусматриваютприменение в качестве отвердителей неог 5 раниченно растворимых в эпоксидных смолах веществ, например кислых полиэфиров,аминов, элементоорганических соединений,комплексов трехфтористого бора и т. д., чтои оирвделяет их основные недостатки.10 В процессе изготовления, транспортировки и хранения известных материаловпроисходит частичное или полное желирование связующего за счет взаимодействияэпоксидных и функциональных групп отвердителей. Материал при этом становитсяжестким, хрупким, непригодным для изоля-.ции обмоток. Поскольку отвердители вводятся в материал в достаточно большихколичествах, они,иногда снижают потен 20 циально возможные электрофизическиесвойства изоляции,Даже такой относительно инертный прпкомнатной температуре отвердитель, какэтпламиновый комплекс трехфтористого бо 25 ра, вводимый в систему в небольших количествах (0,5 - 5 вес. ч. на 100 вес. ч. эпоксидной смолы), не позволяет хранить материал более трех месяцев. Низкая жизнеспособность известных материалов резкоЗ 0 ограничивает сферу их применения и вы40 45 50 55 60 65 нуждает потребителя нести дополнительные расходы на захолаживание материалов при транспортировании и хранении.Наиболее близким к предлагаемому электроизоляционному материалу является электроизоляционный материал, представляющий собой композицию из слюдинитовой бумаги, армированной стеклотканью, со связующим в виде смеси эпоксидной и новолачной смол, взятых в соотношении 0,02 - 0,03 г новолачной смолы на 1 г эпоксигрупп эпоксидной смолы, которая может быть модифицирована эфирами или спиртами с добавкой соответствующего ускорителя 51. Новолачная фенолоформальдегидная смола в данном случае выполняет роль отвердителя эпоксидной смолы. Связующее вводится в материал пропиткой из толуол-бутанольного раствора 30 - 40 О/о-ной концентрации. Уже в процессе пропитки и сушки от расвворителя незначительные перегревы приводят к желированию связующего. Готовый материал сохраняет свои технологические свойства не более трех месяцев, а в летний период - еще менее. В связи с высокой вязкостью связующего за счет относительно больших количеств новолачной смолы, используются низкоконцентрированные растворы (30 - 40%), что в процессе .пропитки и сушки приводит к взрыхлению слюдяной бумаги. В ней возникает большое количество воздушных полостей, и объем бумаги увеличивается более чем в два раза, Все это вынуждает применять в процессе изолировки обмоток большие удельные давления, однако и при этом тангенс угла ди. электрических потерь остается достаточно высоким.Такого рода электроизоляционные материалы изготавливаются следующим образом, Готовится слюдяная пульпа, из которой отливается слюдяная бумага. После этого бумага армируется с одной или двух сторон подложками, в качестве которых используются стекложани, и пропитывается эпоксидным компаундом 15.Если этот материал не пропитывается, то он может использоваться для изготовления изоляции обмоток электрических машин методом вакуум-нагнетательной пропитки, В этом случае на проводник обмотки на. кладывают электроизоляционный материал, содержащий армированную стеклотканью слюдяную бумагу, пропитывают ее вакуумнагнетательным методом и термообрабатывают. Известны способы изготовления обмоток электрических машин и аппаратов, заключающиеся в наложении на проводник пористой ленты на основе слюдяных бумаг, последующей вакуум-нагнетательной пропнтке пористой изоляции эпоксидным термореактивным связующим и термоотверждении связующего 16, 17. 5 10 15 20 25 30 35 Такие способы используются в основном при изготовлении обмоток высоковольтных машин, поскольку благодаря высокой плотности получаемая изоляция имеет весьма хорошие физико-механические и диэлектрические свойства и, в частности, низкие значения тангенса угла диэлектрических потерь (1 д 6).Все известные решения предусматривают применение в качестве пропиточного состава смеси из эпоксидной смолы и отвердителя, что и определяет их основные недостатки. Пропиточная система должна иметь низкую вязкость, поэтому стараются применять низковязкие эпоксидные смолы и отвердители. Однако и это не приводит к достаточно удовлетворительным результатам, в связи с чем пропитку проводят либо при повышенных температурах, либо еводят дополнительно разбавители, например олигоэфиракрилаты или стирол.Повышение температуры пропитки приводит к постепенному повышению вязкости пропиточного состава, который периодически приходится сбрасывать в отходы,Введение разбавителей приводит к ухудшению диэлектрических и физико-механических свойств изоляции. В процессе термоотверждения пропитанной изоляции по известным способам вследствие повышения температуры происходит вытекание пропиточного состава, что в свою очередь приводит к ухудшению свойств изоляции и к повышенным расходам связующего.Введение в изоляцию различными способами третичных аминов в качестве ускорителей отверждения не позволяет решить эти проблемы полностью,Наиболее близким к предлагаемому спо. собу является способ, согласно которому на обмотки наносится электроизоляционный материал, содержащий армированную стеклотканью слюдосодержащую ленту, после чего осуществляется пропитка указанного материала под вакуумом и давлением эпоксидным компаундом, причем, с целью устранения вытекания из изоляции пропиточного состава при отверждении и уменьшении расхода последнего, в изоляцию до пропитки вводится ускоритель, например триэтаноламин, в количестве не более 10 О/о к весу пропиточного состава, сокращающий время отверждения 181. После пропитки пропитывающий компаунд сливается, а изделие термообрабатывается. Таким образом, этот способ позволяет получать достаточно высокие физико-механические и электрические характеристики изоляции, Однако при массовом производстве обмоток электрических машин отмечено неуклонное нарастание вязкости пропитывающего компаунда, в результате чего в течение нескольких недель вязкость нарастает до критической величины, и компаунд сливают в отходы, Тем сасмолах и почти не взаимодействуют с ней в этих условиях, что обеспечивает весьма высокую жизнеспособность связующему и материалам на его основе. При температурах 150 - 180 С процесс отверждения протекает достаточно быстро - в течение 4 - 24 ч. Однако вследствие ограниченной растворимости таких соединений в эпоксидной смоле решающее значение приобретает величина поверхности контакта эпоксидной смолы с отвердителем, Даже весьма небольшие количества таких отвердителей (1 - 5%) при условии равномерного диспергирования его в массе эпоксидной смолы приводят к быстрому и полному отверждению при 150 - -180 С.Раздельное введение отвердителя и эпоксидного связующего позволяет использовать для пропитки не только высококонцентрированные растворы, но и расплавы эпоксидного связующего, Поскольку в концентрированных растворах и расплавах отсутствует отвердитель, они могут существовать неограниченно долго, не изменяя своей вязкости. Пропитка материала такими системами позволяет сохранить структуру слюдяной бумаги почти без изменений, бумага не увеличивается в объеме, что позволяет достигнуть низких значений тангенса угла диэлектрических потерь и высоких значений объемного электрического сопротивления.Полученные материалы имеют высокую жизнеспособность и высокие диэлектрические свойства.Реализация изобретения в части изготовления материала иллюстрируется сле. дующими примерами.П р и мер 1. Готовят слюдяную пульпу из термообработанной слюды мусковит.В бассейн с притотовленной пульпой концентрации 1 - 3% вводят водную суспензию 10 - 50%-ной концентрации одного из полихслатных соединений общей формулы 25 где Ме - Сц, 2 п, Со, щ,Й=Й=Н; Й 1=Й=СНз, Й=Н; Й=СНз,Й 1=СНСБНь Йг - .С 6 Н 5Слюдяная бумага может быть армирована по меньшей мере одной подложкой игропитана эпоксидной смолой.Поставленная цель достигается такжеспособом изготовления электроизоляционного материала путем приготовления слюдя 40ной пульпы и отлива из нее слюдяной бумаги, в котором перед отливом слюдянойбумаги .диспергируют в слюдяной пульпеотвердитель эпоксидных смол, малорастворимый в последних.Поставленная цель достигается такжеспособом изготовления изоляции обмотокэлектрических машин, включающим наложение на проводник обмотки электроизоляционного материала, содержащего армированную по меньшей мере одной подложкойслюдяную бумагу, вакуум-нагнетательнуюпропитку эпоксидным связующим и термо.отверждение изоляции, в котором используют бумагу, содержащую отвердительэпоксидных смол, малорастворимый в последних, и пропитку проводят эпоксиднойсмолой. Дальнейшее упрощение технологииможет быть достигнуто путем проведенияпропитки при температуре, обеспечивающей 60отверждение эпоксидной смолы,Указанные полихелатные соединения нерастворимы в обычных органических растворителях и при температуре до .160 Спрактически не растворимы в эпоксидных Мес,пуль- ассой льну опит. кон. по ы помым нормы расхода компаунда увеличиваются в 2 - 3 раза.Кроме того, пропитка ведется при температурах 40 - 70 С для обеспечения длительности срока жизни пропиточного компаунда, а затем температура повышаетсядо температуры режима обработки (150 -200 С). Применение ускорителей какой быни было активности не может обеспечитьполное предотвращение вытекания . пропиточного компаунда из изоляции,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей электроизоляционного материала, упрощение технологии изготовления изоляции обмоток 15электрических машин с использованием такого материала и повышение электрофизических характеристик изоляции,Поставленная цель достигается тем, чтоь электроизоляционном материале бумагасодержит отвердитель эпоксидных смол,малорастворимый в последних. В качестветакого отвердителя материал содержит полихелатное соединение общей формулы где Ме - Сц, 2 п, Со"-+, %,Й,=Й,=Н; Й,=Й,=СН,; Й,=Н; Й,=СЙ -- СНС 6 Нь, Й=СБНьИз обработанной таким образомпы отливают слюдинитовую бумагу м35 - 145 гм, Результаты испытанийведены в табл. 1.П р и м е р 2. Готовят слюдяную пиз нетермообработанной слюды флогВ бассейн с приготовленной польпойцентрации 2 - 4% вводят водную суспе10 - 50%-ной концентрации одного илихелатных соединений общей формулпримеру 1.794673 По предлагаемому способу Серийно выпускаемые Свойства и вид материала 3 4 5 35 - 145 Отсутствуют 10 - 250 Отсутствуют1000161,510,4 - 0,62 - 4 50 - 60 50-60 50 - 60 50 - 60 50 - 60 40 - 60 25 г/м ым раствоо содержа ют от расал массой аве 1% отй приведе 45 г/м иым раствоой смолы г/м и вытканью массон/о-ным ацетонова щей эпоксидн анно смолы 130 творитело,материал массо составе 3,2% испытаний пр й 375 г/м отвердитеиведены в вую бумагу о примеру 2 3 г/м поли- рмулы Слюди китов полученную по своем составе иненио общей,5 г/м поор мулы б Н 5 массой цетоно. смолы м и вы- ученный армирую 28 г/мвым ра УПсушива 45 г/м 2 и ной смолы Из обработанной таким образом пульпыотливают слюдопластовую бумагу массой 1. Слюдинитовая бума.га, масса г,и" Содержание полихелатов, %2. Слюдопластовая бумага, масса г/лРСодержание полихелатов, %3. Стеклослюдиннтоваяи стеклослюдопластовая лента или полотножизнеспособностьленты, е при 20 С5 о С100 С150 О СсЬ, ж 20 ОС100 С Электрическая прочность, кВ/мм П р и м е р 3. Слюдинитовую бумагу массой 70 г/м, полученную по примеру 1, и содержащую в своем составе 1,5 г/м полихелатного соединения общей формулы армируют стеклотканью массо пропитывают 70%-ным ацетоно ром эпоксидной смолы ЭДд нио смолы 55 г/м и высушива творитело. Полученный матер 150 г/лР содержит в своем сост вердитело. Результаты испытан ны в табл. 1.П р и м е р 4. Слюдопласто массой 120 г/м, полученную п и содержащую в своем составе хелатного соединения общей фо т лавсановои пленкои и пропитывают 70%-ным твором эпоксиноволачно до содержания смолы 60 т от растворителя. По 100 в 2 г/м. Результаты испытаний приведены в табл. 1.Таблица 1 материал массой 208 г/м 2 содержит в своем составе 5/о отвердитело. Результаты испытаний приведены в табл. 1.П р ы м е р 5, Слюдопластовую бумагу массой 200 г/м, полученную по примеру 2 и содержащую в своем составе 12 г/м по- лихелатного соединении общей формулы армируют стекло пропитывают 80 ром азотсодержУПдо содерж 20 сушивают от расПолученный содержит в своем ло. Результаты табл. 1. 25 Пример 6 массой 120 г/мЯ, и содержащую в лихелатного соед 35армируют стеклотканью массо пропитывают расплавом эпоксЗДдо содержания ее 85 г/м, Полученный материал массой 250 г/м имеет в своем составе 3, отвердителя. Результаты испытаний приведены в табл, 1.П р и м е р 7.Слюдинитовую бумагу 5 массой 65 г/м, полученную по примеру 1, , содержащую в своем составе 2,5 гам полихелатного соединения, как по примеру 6, армируют стеклотканью массой 45 гlм и пропитывают 60-ным толуольным раство ром смеси эпоксидных смол ЭДи Э(75: 25) до содержания смолы 75 г/м и высушивают от растворителя. Полученный материал содержит в своем составе 1,35 отвердителя. Результаты испытаний приведе ны в табл. 1.Таким образом, из полученных резуль. татов можно сделать вывод, что применение материалов, изготовленных по данному способу, обеспечивает высокую жизнеспо собность материала и более стабильные диэлектрические характеристики материала.За счет малой растворимости полихелатных соединений в эпоксидных смолах 25 скорость диффузии таких соединений очень мала, в связи с чем при изготовлении изоляции обмоток электрических машин создается возможность проводить отверждение в локальных объемах, не затрагивая 50 основной массы смолы. Оптимальные дозировки таких отвердителей по отношению к эпоксидной смоле составляют 3 - 15%, причем при наличии хорошей поверхности контакта достаточно 2 в 10. Именно эти 35 свойства такого рода полихелатных.соединений использованы в изобретении.Берут ленту, в слюдяном слое которой равномерно распределено порошкообразное полихелатное соединение в количестве 1 в 40 5 масс. , что в пересчете на эпоксидную смолу составляет 2 - 15 фо, и наматывают ее известным способом на проводник. Затем проводник помещают в форму, вакуумируют форму и нагнетают в нее нагретую до 45 50 - 100 С эпоксидную смолу без отвердителя таким образом, чтобы создалось давление 2 - 50 атм, При этой температуре под давлением происходит интенсивная пропитка пористой изоляции и частичное или пол ное, в зависимоспи от времени выдержки, отверждение эпоксидной смолы, причем только в пористом слое, в районе контакта ее с отвердителем, После этого сбрасывают давление, сливают из формы избыток 55 эпоксидной смолы и вынимают из формы нроводник с отвержденной на,нем изоляцией.При необходимости проводник с изоляцией можно подвергнуть дополнительной 50 термообработке на воздухе при 150 - 180 С. Получаемая по такому способу изоляция имеет весьма высокие физико-механические и диэлектические свойства.,За счет практически неограниченного использования не отверждающегося избытка эпоксидной смолы резко снижается ее расход,Кроме того, благодаря малой растворимости эти отвердители не диффундируют в массу эпоксидной смолы при пропитке, что обеспечивает даже при высоких температурах (150 - 200 С) ее высокую жизнеспособность. В то же время при высоких температурах за счет низкой вязкости эпоксидной смолы обеспечивается весьма быстрая и полная пропитка изоляции и одновременное отверждение эпоксидной смолы, проникшей в массу изоляции за счет контакта с отвердителем, распределенным в изоляции, в результате чего возможно совместить пропитку с термообработкой. Весь цикл пропитки и запечки изоляции снижается в 3 - 5 раз и может быть доведен до нескольких часов при высоком уровне свойств изоляции.Способ изготовления изоляции обмоток электрических машин иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 8. На медный стержень сече иием 22 х 100 наматывают (15 слоев) вполнахлеста слюдинитовую ленту, армированную с двух сторон стеклотканью и содержащую в слюдинитовом слое 1 - 5 полихелатного соединения общей формулыСтержень с намотанной на него пористой изоляцией помещают в автоклав на специальной кассете, фиксирующей его размеры, и вакуумируют ее до остаточного давления 0,3 мм рт. ст., затем автоклав заполняют нагретой до 50 С эпоксидной смолой ЭД. Снимают вакуум и создают в авто- клаве давление 10 ати, выдерживают под этим давлением 1 - 2 ч, снижают давление до атмосферного, сливают избыток эпоксидной смолы, вынимают стержень с пропитанной изоляцией, после чего термообра.- батывают при 150 С 12 ч. После охлаждения изоляция имеет параметры, указанные в табл. 2,.П р и м е р 9. На медный стержень сечением 22 х 100 наматывают (13 слоев) вполнахлеста слюдопластовую ленту, армированную с одной стороны стеклотканью и содержащую в слюдопластовом слое 1 - 5 О/О полихелатного соединения общей фор- мулы794673 12 5 масс. ",о полихелатного соединения общейформулы Стержень с намотанной на него пористой изоляцией вакуумируют, пропитывают под давлением нагретой до 80 С эпоксиноволачной смолой и термообрабатывают, как в примере 1. После охлаждения изоляция 5 имеет параметры, приведенные в табл. 2.П ример 10. На медный стержень сечением 6 х 30 наматывают (5 слоев) вполнахлеста слюдинитовую ленту, армированную с одной стороны стеклотканью, с 10 другой лавсановой бумагой и содержащую в слюдинитовом слое 1 - 5 оо полихелатного соединения общей формулы Стержень с изоляцией ва давлением н щей эпоксид рабатывают, рактеристики 5 П р и м е р 12. На обмотки наносилась сухая стеклослюдинитовая лента, содержащая 5% метилпиразольного полихелата цинка, после чего обматки ломещалась в пропиточную емкость, разогретую до 160 С, вакуумировались при остаточном давлении 0,5 мм рт, ст, в течение 1 и и затем в котел подавалась эпоксидная смола, разогретая до температуры 150 в 2 С, создавалось, избыточное давление 6 кгс/см азотом на поверхность смолы и выдерживалось в течение 5 ч, после чего смола сливалась, обмотки извлекались и испытывались; результаты испытаний приведены в табл. 2,Стержень с намотанной на него пористои изоляцией вакуумируют, пропитывают нагретой до 70 С смесью смол ЭДи УПв соотношении 1: 1 и термообрабатывают, как в примерах 1 и 2. Характеристики изоляции приведены в табл. 2.П р и м е р 11, На медный стержень сечением 6 х 30 мм наматывают вполнахлеста 8 слоев слюдопластовой ленты, армированной с одной стороны лавсановой пленкой и содержащей в слюдопластовом слое 1 -блица 2 Результаты испытаний обмото золяция, изготовленная в соответствии с изобретение Известная изоляция оказател 20 - 2 4 - 6 6 - 8 2 - 35 5 -5 - 30 28 - 32 Электрическая прочностьЗначение фо при крисп=при 20 ОСпри 130 С В/мм В о 2 - 4 2 - 5 5 -3 - 5 3 - 5 2 - 2,55 - 4 жит полихелатное соединение общей формулы зультаты испытании,аемая предлагаемым высокие и более стаеские показатели. Как показывают р изоляция, изготавлив способом, имеет более бильные электрофизи ения атериал на ичающий- функциоя бумага смол, мания яна ных де Ме - Сц Яп Со %й,:й,:Н; й,=й,:СНз; й,:Н; й,:К 1=СН 2 СвН 5, В 2= С 6 Нв.3. Электроизоляционный материп, 1 или 2, отличающийся телюдяная бумага армирована по ммере одной подложкой. л по , что ьшеи 2. Электроизоляционный материал по п. 1, от л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве отвердителя эпоксидных смол он содерФормула изобре1. Электроизоляционный основе слюдяной бумаги, о т с я тем, что, с целью расшир нальных возможностей, слю содержит отвердитель эпоксид лорастворимый в последних. амотанной на него пористой куумируют, пропитывают под агретой до 100 С азотсодержаной смолой УПи термообкак в примерах 8, 9 и 10. Хаизоляции приведены в табл. 2.794673 13 14 Составитель П, Забуга Редактор Т, Загребельная Корректор С, Файн Заказ 347/354 Изд.229 Тираж 795 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. ппед. Патент 4. Электроизоляционный материал по и. 3, отл и ч а ю щи й ся тем, что он пропитан эпоксидной смолой,5. Способ изготовления электроизоляционного материала, согласно которому гота. вят пульпу и отливают из нее слюдяную бумагу, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что перед отливом слюдяной бумаги диспергируют в слюдяной пульпе отвердитель эпоксидных смол, малорастворимый в последних.6. Способ изготовления изоляции обмоток электрических машин, согласно которому на проводник обмотки накладывают электроизоляционный материал, содержащий армированную по меньшей мере одной подложкой слюдяную бумагу, пропитывают изоляцию эпоксидным связующим под вакуумом и давлением и термоотверждают ее, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и повышения электрофизических характеристик изоляции, используют бумагу, содержащую отвердитель эпоксидных смол, малорастворимый в последвих, и пропитку проводят эпоксидной смолой,7. Способ по п, 6, отличающийсятем, что пропитку проводят при температуре, обеспечивающей отверждение эпоксидной смолы.5 Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1. Патент США3998983, кл. 427-374,10 1977.2. Патент ФРГ1765565, кл, 21 с, 2/02,1972.3. Патент ГДР55632, кл, 21 с, 2/02,1967.15 4. Патент ГДР77524, кл. 21 с, 2/02,1970.5. Авторское свидетельство СССР240082, кл. Н 01 В 3/02, 1964.6. Патент ФРГ1194022, кл. 21 с, 7/02,20 1965.7. Патент Швейцарии520391,кл, Н 01 В 13/30, 1972.8. Авторское свидетельство СССР262239, кл. Н 02 К 3/32, 1966.25