专利名称：具有局部放电耐抗性的绝缘电线及制造绝缘电线的组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有局部放电耐抗性的绝缘电线及制造绝缘电线的组合物，更具体地涉及一种在绝缘基底树脂中包括橡胶调整件(rubberymodifier)的具有局部放电耐抗性的绝缘电线及制造绝缘电线的组合物，该橡胶调整件能够提高无机绝缘体和绝缘电线的挠性。
背景技术：
在对诸如电线的涂覆材料等电绝缘体进行局部放电的损坏机制中，由局部放电产生的充电粒子可能与绝缘体碰撞，绝缘体中的高分子量链可能通过碰撞而断裂，而且由于局部升温可能会引起热分解。此外，由局部放电产生的臭氧可能导致绝缘体的化学损坏。公知的是，由使用电气电子设备导致的局部放电、或者源自其它因素的各种损坏因素组合作用，以提高对于电绝缘体本质功能的各种壁垒。同时，公知的是，在近年来广泛使用的逆变器控制器中产生的局部放电所引起的损坏，是由高电压电涌产生的切换脉冲所导致的，其最终会损坏逆变器控制器中的线圈。
因此，美国专利No.4493873和No.6100474等提出改进构成绝缘体的材料，以防止或减小局部放电对电绝缘体造成的损坏。也就是说，美国专利No.4493873提出将例如无机材料的氧化物或氮化物、玻璃、云母等不易被局部放电所损坏的无机绝缘体作为绝缘体；而美国专利No.6100474提出一种方法将二氧化硅(SiO2)和氧化铬的混合物与树脂相混合，将合成的混合物涂覆于绝缘电线，并还原性煅烧该混合物。同时，公知的是，且不论上述无机绝缘体和方法，通过涂覆由散布诸如二氧化硅、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)等无机绝缘体的微粒而制备的绝缘涂料化合物，可制造出具有卓越的局部放电损坏耐抗性的绝缘电线。
在绝缘电线内的绝缘体中随着无机绝缘体微粒含量的增加，可以提高局部放电耐抗性。但是，由含有大量无机绝缘体微粒的绝缘膜制成的绝缘电线也有缺点，即其物理特性如挠性、柔韧性、可弯曲性、延展性等会下降。如上所述，如果由物理特性如挠性、柔韧性、可弯曲性、延展性等下降的绝缘电线形成电线圈，则在涂覆绝缘电线时断裂发生率增加，因此，绝缘电线的局部放电耐抗性由于断裂的发生而无法充分提高。
为了解决上述问题，近来已提出一种具有多层结构的绝缘电线的制造方法。具有多层结构的绝缘电线可被用于多个分离层中的不同用途。也就是说，使用散布有无机绝缘体的绝缘层来改善局部放电损坏，而使用其它绝缘层来改善物理特性如挠性、柔韧性、可弯曲性、延展性等。但是，对于具有多层结构的绝缘电线，直径至少为1.5mm的粗线仍有问题，即缠绕时在绝缘膜的尖锐弯曲区域中会发生断裂。作为解决该问题的替换例，日本专利No.496633提出一种技术通过将毫微级的(nano-sized)无机氧化物溶液散布于溶剂中来制备一种胶质溶胶，然后将该胶质溶胶与绝缘涂料相混合，来提高挠性；美国专利No.6,734,361提出一种通过将二氧化硅与树脂本身化学结合而提高挠性的方法。但是，通过传统方法难以完全解决直径至少为1.5mm的粗线存在的上述问题。
因此，强烈而稳步地致力于开发出一种具有局部放电耐抗性的绝缘电线，同时即使对于相关技术中直径至少为1.5mm的粗线也具有足够的柔韧性，因而基于上述技术背景而设计出本发明。
发明内容
设计本发明来解决现有技术的问题，因此本发明的目的在于提供一种具有局部放电耐抗性的绝缘电线及制造绝缘电线的组合物，该绝缘电线能够提高由于大量无机绝缘体而降低的物理特性如挠性、柔韧性等，并且通过提高对于外力的分散效果，即使在具有预定直径的粗线中也能保持足够的挠性。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，包括绝缘基底树脂，其构成绝缘电线的基本材料；无机绝缘体，其在100重量份的绝缘基底树脂中所包含的含量为5至40重量份；以及橡胶调整件，其在100重量份的绝缘基底树脂中所包含的含量为0.1至30重量份，以提高绝缘电线的挠性。
如果无机绝缘体的含量小于数值下限，则不会充分实现通过增加无机绝缘体而获得的绝缘效果；而如果该含量超过数值上限，则虽然可以提高局部放电耐抗性，但其它物理特性如挠性、柔韧性、可弯曲性、延展性等会降低。
如果橡胶调整件的含量小于数值下限，则由于橡胶调整件的增加量小而不会实现增加橡胶调整件的效果；而如果该含量超过数值上限，则由于绝缘电线的机械特性下降，会导致绝缘电线的功能问题，并且由于制备绝缘涂料时粘性增大，会使工作无法进行。
该绝缘基底树脂优选是选自聚酯(polyester)、聚酯酰亚胺(polyesterimide)、聚酰胺酰亚胺(polyamideimide)和聚酰亚胺(polyimide)中的单一材料或其共聚物、或者至少两种材料的混合物。
该无机绝缘体优选是直径为5至900nm的金属氧化物或金属氮化物。选作该无机绝缘体的金属氧化物优选是选自硅(silicone，简称Si)、钛(Ti)、锆(Zr)和钴(Co)中的单一材料或至少两种材料的混合物；选作该无机绝缘体的金属氮化物优选是选自硅(silicone，简称Si)、钛(Ti)、锆(Zr)和钴(Co)中的单一材料或至少两种材料的混合物。如果无机绝缘体的直径小于数值下限，则无机绝缘体对于绝缘电线柔韧性的效果几乎无法改善，而如果直径超过数值上限，则相比于无机绝缘体的增加量而言，无机绝缘体对于绝缘电线柔韧性的效果并未改善，因而降低了无机绝缘体的附加效果。
该橡胶调整件优选是选自CTB橡胶(carboxyl-terminated butadienerubber，即端羧基聚丁二烯橡胶)、ATBN橡胶(amino-terminatedbutadieneacrylonitrile rubber，即端胺基聚丁二烯丙烯腈橡胶)和它们的共聚物中的单一材料或至少两种材料的混合物。
为了实现以上目的，利用上述组合物制造本发明中提供的具有局部放电耐抗性的绝缘电线，其中该绝缘电线的直径优选为至少1.0mm，但本发明不限于该数值范围。
通过以下参照附图对于实施例的说明，本发明的其它目的和方案将变得显而易见。但是，应当理解，这里提出的说明只是仅用于说明目的的优选实例，不用于限制本发明的范围。在附图中图1示出根据本发明一个实施例的绝缘电线的横截面图。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明的优选实施例。但是，这里提出的说明只是仅用于说明目的的优选实例，不用于限制本发明的范围，因此应当理解，可对本发明进行其它等效和修改而不脱离本发明的精神和范围。为了更好的理解，将详细描述本发明的优选实施例，从而使其对于所属领域技术人员变得显而易见。
可知的是，如果使通过添加和散布无机氧化物或氮化物或者通过将无机氧化物或氮化物固定至分子链端部而制造的绝缘膜受到应力，则应力集中在绝缘体中的无机物上，其中该绝缘体用于具有局部放电耐抗性的绝缘电线。因此，已提出一种方法，其中使用含有小颗粒尺寸的无机氧化物或氮化物的材料来使应力分散更容易。但是，可知由于应力不会通过应力分散而完全消失，所以无机氧化物或氮化物可能发生断裂。
因此，通过在绝缘基底树脂溶液中散布直径小于微米(μm)的预定无机绝缘体，制造出根据本发明的具有局部放电耐抗性的绝缘电线，从而提高绝缘电线的挠性。此时，将预定的橡胶调整件添加至绝缘体的端部，从而确保缠绕绝缘电线时有足够的挠性。
因而，由于即使将应力集中在无机绝缘体上，当应力转移到添加至绝缘体端部的橡胶调整件时，应力也通过三轴向张力的作用而散布在橡胶的赤道平面上，因此具有局部放电耐抗性的绝缘电线通过整个绝缘体的剪切量(shear yield)而变形；并且由于一个橡胶分子连接到另一橡胶分子，所以这种剪切变形伴随有整个基质(matrix)的剪切变形。因此，具有局部放电耐抗性的绝缘电线具有更高的挠性，这是因为在将折断绝缘电线的能量传送到绝缘体基质的内部的同时，绝缘电线吸收更多的能量。
合成实例1将6.44kg乙二醇、21.79kg三-2-羟乙基-异氰尿酸酯(tris-2-hydroxyethyl-isocyanurate，以下称为“THEIC”)、26.97kg对苯二甲酸二甲酯(dimethyl terephtalate，以下称为“DMT”)和0.09kg正钛酸四丁酯(tetrabutyl titanate，以下称为“TBT”)分别加入到配备有搅拌器、加热器和冷凝器的200升反应池中，然后将合成的混合物逐渐加热至200℃并保持18小时，以获得约8kg的甲醇作为副产品，从而合成在端部具有羟基的耐热绝缘聚酯树脂。然后，加入20kg间甲酚并缓慢冷却至100℃，然后加入2kg具有18％重量含量的丙烯腈(acronitrile)和29％重量含量的羧基的端羧基聚丁二烯丙烯腈(carboxyl terminated butadieneacrylonitrile，简称CTBN)并加热至180℃且保持3小时，以使树脂变形。随后，加入二甲苯、TBT和少量酚醛树脂，以获得绝缘涂料(绝缘涂料1)，用于制造根据本发明的具有局部放电耐抗性的绝缘电线的绝缘体。
合成实例2将6.44 kg乙二醇、21.79kg THEIC、26.97kgDMT和0.09kg TBT分别加入到与合成实例1相同的反应池中，并逐渐加热至200℃且保持18小时，以获得约8kg的甲醇作为副产品，从而合成耐热绝缘聚酯树脂。随后，加入20kg间甲酚、二甲苯、TBT和少量酚醛树脂，以获得绝缘聚酯涂料(绝缘涂料2)，用于制造根据本发明的具有局部放电耐抗性的绝缘电线的绝缘体。
合成实例3将22.5kg偏苯三酸酐(trimellitic anhydride，以下称为“TMA”)、11.5kg二氨基二苯基甲烷(diaminodiphenyl methane，以下称为“MDA”)、1kg2-甲基-1，3-丙二醇(2-methyl-1，3-propanediol)、19kg THEIC、14kgDMT和20kg MDA分别加入到与合成实例1相同的反应池中，并加热至200℃以蒸发掉水和甲醇，然后制造出聚酯酰亚胺树脂(polyesterimide resin)。随后，加入4kg具有18％重量含量的丙烯腈(acronitrile)和29％重量含量的羧基的CTBN，并加热至180℃且保持3小时，以使树脂变形，从而生产出改性聚酯酰亚胺树脂的绝缘涂料(绝缘涂料3)。
合成实例4将22.5kgTMA、11.5kg MDA、1kg 2-甲基-1，3-丙二醇、19kg THEIC、14kg DMT和20kgMDA加入到与合成实例1相同的反应池中，并加热至200℃以蒸发掉水和甲醇，然后制造出聚酯酰亚胺树脂。随后，加入间甲酚(metacresol)和二甲苯(xylene)，以获得绝缘聚酯酰亚胺涂料(绝缘涂料4)。
合成实例5将26.3kg4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(4-diphenylmethane diisocyanate，以下称为“MDI”)、19.2kgTMA和90kg氮甲基吡咯烷酮(N-methylpyrolidone，以下称为“NMP”)分别加入到与合成实例1相同的反应池中，并从室温缓慢加热至150℃以去除作为副产品的二氧化碳。随后，将2kg具有18％重量含量的丙烯腈和29％重量含量羧基的CTBN加入到反应池中，再加热至140℃且保持1小时，以使合成的树脂变形，从而生产出改性聚酯酰亚胺树脂的绝缘涂料(绝缘涂料5)。
合成实例6将26.3kgMDI、19.2kgTMA和90kgNMP加入到与合成实例1相同的反应池中，并从室温缓慢加热至150℃以去除作为副产品的二氧化碳，然后缓慢冷却，以获得绝缘聚酰胺酰亚胺涂料(绝缘涂料6)。
通过使用分到下表1中所列的实施例1至8和比较实例1至5的绝缘膜材料，使用小块(dice)，以根据上述合成实例1至6制造的绝缘涂料1至6，对裸铜线反复涂覆12次。此时，使用5m长的立式炉作为干燥炉，制作出绝缘线。如果利用绝缘涂料对裸铜线涂覆一次，则没有层间厚度比；如果利用绝缘涂料对裸铜线涂覆两次，则第一层与第二层之间的厚度比(第一层的厚度/第二层的厚度)的范围优选为0.4至2.5。但是，在下表1中所列的实施例1至8和比较实例1至5中，厚度比均设置为1，分别制造绝缘线。
图1示出根据本发明一个实施例的绝缘电线的横截面图。
参照图1，由上述材料制成多层绝缘膜，其包括环绕导线100的第一层101和环绕第一层101的第二层102，并且必要时可以对其进一步设置环绕第二层102的第三膜层(未示出)。
表1
由表1中所列的各绝缘材料形成绝缘电线的膜，然后评价或测量其外观、膜缺陷、介质击穿电压和VT特性如下。结果列于下表2中。
膜缺陷的评价膜缺陷是依照KSC-3506方法测量的。膜缺陷是用作膜柔韧性的测度的评价因素。
介质击穿电压的测量介质击穿电压是依照KSC-3506方法测量的。
VT特性的测量如果绝缘电线的膜扭曲为用于依照KSC-3506方法测量介质击穿电压的测试样本的形状，然后经受10kHz、1.5kV的正弦波，则以在介质击穿开始时(即漏电流超过5mA时)所测量的时间表示VT特性。分别测量拉长20％的线圈中的VT值和普通线圈中的VT值，并相互比较以确定该特性的减小度。
表2
由表2可知，在全部实施例1至8中，在对于正常的线和拉长20％的线所测量的膜缺陷之间没有变化；而在全部比较实例1至5中，与正常的线相比，在拉长20％的线中的膜缺陷变大至少一个等级。此外，确定的是在实施例和比较实例中的正常线的介质击穿电压之间没有变化，但是在全部实施例1至8中，在不显示正常线与经受外部应力的线(即拉长20％的线)的测量值之间的微小差异下，介质击穿电压保持不变；而在全部比较实例1至5中，介质击穿电压降低约50％。由此结果可知，当无机氧化物的含量接近100％时，膜特性遭到破坏。可以确定的是，在全部实施例1至8中，VT特性最多降低50％(实施例1)；而在全部比较实例1至5中，VT特性至少降低66.7％(比较实例3)。因此，由上述事实可以清楚地确定本发明的技术效果。
如上所述，揭示了本发明的最佳实施例。因此，特定术语用于说明书和随附权利要求书中，但是应当理解，这里提出的说明只是仅用于说明目的的优选实例，不用于限制本发明的范围。
工业实用性如上所述，本发明的具有局部放电耐抗性的绝缘电线可有利于防止发生缠绕绝缘电线所导致的断裂，因为该绝缘电线具有足够的局部放电耐抗性，并且增强了足够的物理特性(如挠性、柔韧性、可弯曲性、延展性等)，从而通过连接至其端部的橡胶构件分散由外力施加的应力，以完整地保持电绝缘特性。
权利要求
1.一种用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，包括绝缘基底树脂，其构成绝缘电线的基本材料；无机绝缘体，其在100重量份的绝缘基底树脂中所包含的含量为5至40重量份；以及橡胶调整件，其在100重量份的绝缘基底树脂中所包含的含量为0.1至30重量份，以提高绝缘电线的挠性。
2.如权利要求1所述的用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，其中该绝缘基底树脂是选自聚酯、聚酯酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和它们的共聚物中的单一材料或至少两种材料的混合物。
3.如权利要求1所述的用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，其中该无机绝缘体是直径为5至900nm的金属氧化物或金属氮化物。
4.如权利要求3所述的用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，其中选作该无机绝缘体的金属氧化物是选自硅、钛、锆和钴中的单一材料或至少两种材料的混合物。
5.如权利要求3所述的用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，其中选作该无机绝缘体的金属氮化物是选自硅、钛、锆和钴中的单一材料或至少两种材料的混合物。
6.如权利要求1所述的用于制造具有局部放电耐抗性的绝缘电线的组合物，其中该橡胶调整件的材料是选自端羧基聚丁二烯丙烯腈橡胶、端胺基聚丁二烯丙烯腈橡胶和它们的共聚物中的单一材料或至少两种材料的混合物。
7.一种具有局部放电耐抗性的绝缘电线，其是利用如权利要求1至6中任一权利要求所限定的组合物制造的。
全文摘要
本发明公开一种具有局部放电耐抗性的绝缘电线及制造绝缘电线的组合物。根据本发明的具有局部放电耐抗性的绝缘电线包括绝缘基底树脂，其构成绝缘电线的基本材料；无机绝缘体，其在100重量份的绝缘基底树脂中所包含的含量为5至40重量份；以及橡胶调整件，其在100重量份的绝缘基底树脂中所包含的含量为0.1至30重量份，以提高绝缘电线的挠性。本发明的具有局部放电耐抗性的绝缘电线可有利于防止由缠绕绝缘电线所导致的断裂的发生，这是因为该绝缘电线具有足够的局部放电耐抗性，并且还增强了足够的物理特性如挠性、柔韧性、可弯曲性、延展性等，从而通过连接至其端部的橡胶构件分散由外力施加的应力，以完整地保持电绝缘特性。
文档编号H01B3/02GK101017714SQ20071000678
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月6日 优先权日2006年2月6日
发明者李濬熙, 朴基洪 申请人:Ls电线有限公司