用于绝缘片材的浸渍涂层和多层层压体的制作方法

本发明涉及生产浸渍绝缘涂层的领域。具体地，本发明涉及具有浸渍涂层的多层层压体，这些多层层压体包括含有结晶硅酸盐矿物粉末的非织造片材，比如用于芳族聚酰胺/云母电绝缘体的非织造片材。甚至更具体地，本发明涉及具有由丙烯酸酯树脂制成的浸渍涂层的多层层压体，这些多层层压体用于芳族聚酰胺/云母电绝缘体。

背景技术：

0、现有技术

1、近年来，随着电机的快速发展，在极端工作条件下具有优异绝缘特性和高机械特性的材料越来越受到人们的关注。例如，芳族聚酰胺/云母片材用于使马达电绝缘。

2、云母具有优异的物理、电学和热学特性并且即使在高温下也具有高稳定性和适应性；然而，它具有差的机械强度，并且因此不能直接用于制造绝缘片材。可以有利地将云母添加到芳族聚酰胺片材中以对所述片材赋予较大的耐局部放电性。

3、生产芳族聚酰胺/云母绝缘片材的主要问题之一是，当将云母引入芳族聚酰胺纸结构中时，它的内聚力少且往往会分离。因此，芳族聚酰胺/云母纸的表面有灰尘并且难以层压以及用环氧树脂和聚酯树脂浸渍，或用作旋转或静态电机中的绝缘体。

4、为了改善芳族聚酰胺/云母纸的特性，现有技术中已知的一些研究提出引入粘合剂层以提高芳族聚酰胺纤维与云母之间的表面粘合。

5、例如，us2014/0 028 140a1描述了一种缠绕在旋转线圈周围的芳族聚酰胺/云母带，其目的是使其相对于外部电绝缘。芳族聚酰胺/云母带还具有含有基于丙烯酰基的化合物的粘合树脂层，其用于改善云母与芳族聚酰胺之间的粘附性。然而，粘合树脂层施加到已经形成的芳族聚酰胺/云母纸上并且因此不会深入渗透到其中。因此，芳族聚酰胺/云母片材的密实度仅部分地增加。

6、us2021/0 062 429a1就其本身而言提出了一种用于改善芳族聚酰胺/云母片材的机械特性的替代方法，该方法基于使用芳族聚酰胺纳米纤维代替芳族聚酰胺微纤维，将其掺入到含有云母的绝缘片材中。以此方式，增加了芳族聚酰胺与云母之间相互作用的表面积并且提高了芳族聚酰胺/云母片材的密实度。然而，us2021/0 062 429a1中描述的用于制造芳族聚酰胺纳米纤维的方法复杂、费力且因此昂贵。

技术实现思路

1、鉴于与绝缘片材的生产相关的上述问题和缺点，本发明的目的之一是提供包括非织造片材的多层层压体，这些非织造片材含有结晶硅酸盐矿物粉末例如云母，这些多层层压体的特征在于高表面内聚力和密实的表面。例如，本发明的目的之一是提供包括芳族聚酰胺/云母绝缘片材的多层层压体，其中云母颗粒稳定地附接到这些芳族聚酰胺纤维，使得它们在使用期间不会分离。

2、根据本发明的一个实施例，提供了一种具有第一表面和第二表面的多层层压体，该多层层压体包括至少三层，其特征在于，这些层包括：

3、a)第一外层，其为含有结晶硅酸盐矿物粉末的第一非织造背衬片材(7)，

4、b)内层，其包括：

5、i)耐热絮状物和粘结剂并且不含结晶硅酸盐矿物粉末，或

6、ii)不含结晶硅酸盐矿物粉末的耐热聚合物膜；以及

7、c)第二外层，其为含有结晶硅酸盐矿物粉末的第二非织造背衬片材(7)，

8、其中第一外层、内层和第二外层彼此共延伸并且面对面粘结在一起，内层在第一与第二外层之间，并且其中多层层压体具有基于多层层压体中的所述结晶硅酸盐矿物粉末、絮状物和粘结剂的总量总共15至80重量百分比的结晶硅酸盐矿物粉末，

9、该多层层压体还包括基于丙烯酸酯衍生物的浸渍树脂涂层。

10、此构造特别有利地在于，含有结晶硅酸盐矿物粉末的非织造背衬片材(例如包括芳族聚酰胺纸)浸渍有涂覆树脂层，该涂覆树脂能够深入渗透到绝缘片材中并因此改善它们的密实度。

11、在多层层压体中，具有i)不含结晶硅酸盐矿物粉末的耐热絮状物和粘结剂、或ii)不含结晶硅酸盐矿物粉末的耐热聚合物膜的内层与含有结晶硅酸盐矿物粉末的两个外层的组合为多层层压体提供了与内层材料的特性相关的额外功能。由于内层被外层覆盖，因此适合用于内层的材料组成可以扩展，因为内层不需要具有用于电绝缘的结晶硅酸盐矿物粉末。

12、优选地，非织造片材包括芳族聚酰胺纸。有利地使用芳族聚酰胺纸，因为芳族聚酰胺是特征为高介电强度、优异的机械性能(比如柔性和弹性)以及高热稳定性的材料。

13、优选地，结晶硅酸盐矿物粉末包括云母。

14、根据优选的构造，提供芳族聚酰胺/云母绝缘片材，其中片材的表面涂覆有低粘度丙烯酸酯树脂，例如具有在5cps与150cps之间、优选等于10cps的粘度的树脂。由于低粘度，促进了树脂向片材中的渗透，使得浸渍树脂层在具有在0.08mm与0.15mm之间的厚度的芳族聚酰胺片材中具有例如至少5μm、优选至少10μm、甚至更优选至少15μm的厚度，并且在具有在0.2mm与0.25mm之间的厚度的芳族聚酰胺片材中具有至少15μm、优选至少40μm的厚度。

15、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘片材，其中结晶硅酸盐矿物粉末包括云母。

16、由于云母可以用作用于提高耐局部放电性的添加剂，因此此构造是有利的。其原因是云母的特征在于独特的物理、热学和电学特性以及高的稳定性、弹性和适应性。

17、根据优选的构造，提供了包含芳族聚酰胺和云母的绝缘片材。事实上，在其结构中包含一定量云母的芳族聚酰胺纸的特征在于比不含添加剂的芳族聚酰胺纸更高的耐局部放电性。

18、根据一个实施例，多层层压体的每个第一和第二非织造背衬片材包含基于每个第一和第二非织造背衬片材中的所述结晶硅酸盐矿物粉末、絮状物和粘结剂的总量15至80重量百分比的结晶硅酸盐矿物粉末、5至25重量百分比的耐热絮状物和20至60重量百分比的粘结剂，并且其中多层层压体的第一和第二表面中的每一个均涂覆有浸渍树脂，并且第一和第二表面中的每一个被同时覆盖并延伸到形成多层层压体的所述第一和第二表面的第一和第二外层中的每一个的所述浸渍树脂区域稳定化。浸渍树脂的区域延伸到每个外层中距所述第一和第二表面中的每一个10至50微米的距离，并且进一步地，浸渍树脂的区域在所述第一和第二表面中的每一个上具有5至50微米的浸渍树脂厚度。在一些实施例中，浸渍树脂区域在所述第一和第二表面中的每一个上具有5至25微米的浸渍树脂厚度。优选地，结晶硅酸盐矿物粉末是云母。

19、在一些优选的实施例中，多层层压体具有如根据astm d5470测量的大于0.18瓦特/米-开尔文的热导率；而在其他实施例中，多层层压体具有如根据astm d5470测量的大于0.25瓦特/米-开尔文的热导率。

20、根据一个实施例，多层层压体具有0.10至0.4毫米的总厚度，并且在另一个实施例中，多层层压体具有0.15至0.35毫米的总厚度。

21、在一些实施例中，多层层压体中的每个第一或第二非织造背衬片材包含20至70重量百分比的云母。在一些其他实施例中，多层层压体中的每个第一或第二非织造背衬片材包含30至60重量百分比的云母。

22、根据优选的实施例，多层层压体中的每个第一或第二非织造背衬片材包含耐热絮状物，优选芳族聚酰胺絮状物；并且优选的芳族聚酰胺絮状物是聚(间苯二甲酰间苯二胺)絮状物。在一些优选的实施例中，多层层压体中的每个第一或第二非织造背衬片材包含粘结剂，优选芳族聚酰胺纤条体的粘结剂；并且优选的芳族聚酰胺纤条体是聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤条体。

23、在一些实施例中，多层层压体的内层包含耐热絮状物，优选芳族聚酰胺絮状物；并且优选的芳族聚酰胺絮状物是聚(间苯二甲酰间苯二胺)絮状物。在一些优选的实施例中，多层层压体中的内层包含粘结剂，优选芳族聚酰胺纤条体的粘结剂；并且优选的芳族聚酰胺纤条体是聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤条体。

24、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘片材，其中涂层包含丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物的化合物。

25、此构造的优点是，丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物的化合物的特征在于高流动性和低分子量，例如在200道尔顿与500道尔顿之间的分子量，并且因此能够渗透穿过绝缘片材的孔隙。

26、根据优选的构造，提供了包含芳族聚酰胺和云母的绝缘片材并且其特征在于由丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物构成的树脂涂层。丙烯酸酯化合物渗透到芳族聚酰胺/云母纸中，将云母粉末压实并永久固定在芳族聚酰胺纸结构中。

27、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘片材，其中丙烯酸酯单体为双官能或三官能甲基丙烯酸酯，例如1,6-己二醇二丙烯酸酯(hdda)、二丙二醇二丙烯酸酯(dpgda)、丁二醇二甲基丙烯酸酯(bdma)、新戊二醇二丙烯酸酯(npgda)、丙烯酸异冰片酯(iboa)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、丙烯酸羟乙酯(hea)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)、季戊四醇三丙烯酸酯(petia)、丁二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯、丙氧基化物和/或乙氧基化物。

28、单官能、双官能或三官能丙烯酸酯单体是特别有利的，因为它们增加了聚合产物的键密度。

29、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘片材，其中丙烯酸酯低聚物为尿烷丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯和/或聚酯丙烯酸酯。

30、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘片材，其中浸渍树脂涂层包含不饱和聚酯酰亚胺材料。

31、此构造是特别有利的，因为聚酯酰亚胺树脂能够深入渗透到绝缘片材的基质中，避免任何灰尘脱落和掉落的可能性，由此改善绝缘材料的可加工性。此外，通过仅仅将光引发剂添加到树脂混合物中，可以将通常用于浸渍电动马达的此聚酯酰亚胺树脂从热固性涂层转变为可uv聚合的涂层。

32、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘片材，其中浸渍树脂还包含聚合光引发剂，特别是uv聚合光引发剂。

33、本发明中使用的光引发剂的非限制性实例包括omnirad tpo-l、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基氧化膦(tpo)、氧化膦(bapo)、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(bapo)、1-羟基环己基苯基酮(hcpk)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(hmpp)或属于双酰基氧化磷聚合物(tpo)类的光引发剂，或属于α-羟基酮类的光引发剂。

34、此构造的优点是，在将树脂施加到绝缘片材上并随后暴露于uv光之后，发生浸渍树脂的聚合。以此方式，浸渍树脂可以深入渗透到绝缘纸中并且可以将其压实，防止例如在随后的加工步骤中云母的分离和脱落。

35、根据本发明的另外的实施例，提供了绝缘纸，其中浸渍树脂还包含有机溶剂，例如甲基乙基酮。

36、此构造的优点是，降低了浸渍树脂的粘度。根据优选的构造，浸渍树脂包含甲基乙基酮(mek)，其是有机溶剂，其特征在于高蒸发速率并且其广泛用于丙烯酸和聚氨酯涂漆和涂料稀释剂中，以降低它们的粘度。

37、根据一些实施例，多层层压体的内层的耐热聚合物膜ii)包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚苯硫醚(pps)、聚酰亚胺、聚醚醚酮(peek)、其他聚芳醚酮(paek)型聚合物、或其混合物。

38、根据附加实施例，多层层压体的内层的耐热聚合物膜ii)进一步包含氧化铝或氮化硼。

39、根据另一个实施例，多层层压体的内层的耐热聚合物膜ii)是热塑性塑料，并且第一外层、内层和第二外层通过所述热塑性膜面对面粘结在一起。

40、在又另一个实施例中，多层层压体的内层的耐热絮状物和粘结剂i)是包含芳族聚酰胺絮状物和芳族聚酰胺纤条体粘结剂并且不含云母的芳族聚酰胺纸。

41、根据本发明的另外的实施例，提供了多层层压体，其中第一和第二非织造背衬片材中的每一个包含包括在每平方米绝缘片材1g与10g之间的量的基于丙烯酸酯衍生物的浸渍树脂。

42、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，该方法包括以下步骤：

43、a)提供包含15至80重量百分比的结晶硅酸盐矿物粉末(例如云母)的非织造背衬片材；

44、b)将基于丙烯酸酯衍生物的浸渍树脂涂层沉积在背衬片材上，从而获得树脂浸渍的片材。

45、此构造是特别有利的，因为背衬片材(例如由含有云母的芳族聚酰胺纸制成)浸渍有能够深入渗透到基质中的涂覆树脂层。以此方式，防止云母在实施过程期间暴露于各种机械应力之后从芳族聚酰胺纸上分离，但芳族聚酰胺/云母纸的电学特性不受影响。特别地，芳族聚酰胺/云母片材的特征在于比芳族聚酰胺片材更高的耐局部放电性。

46、因此，本发明的方法使得可以简化芳族聚酰胺/云母绝缘片材的后续加工和层压，并且有助于它们作为用于插入到例如电动马达的定子槽中的绝缘材料的用途。

47、优选地，芳族聚酰胺/云母背衬片材在卷轴上供应，并且通过“卷对卷”工艺将浸渍树脂施加到片材上。

48、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，其中涂层包含丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物的化合物。

49、此构造的优点是，丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物的化合物的特征在于高流动性和低分子量，例如在200道尔顿与500道尔顿之间的分子量，并且因此能够渗透绝缘片材的孔隙。

50、特别地，丙烯酸酯化合物能够深入渗透到芳族聚酰胺/云母纸中，将云母粉末压实并永久固定到芳族聚酰胺纸的结构中。

51、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，其中丙烯酸酯单体为双官能或三官能甲基丙烯酸酯，例如1,6-己二醇二丙烯酸酯(hdda)、二丙二醇二丙烯酸酯(dpgda)、丁二醇二甲基丙烯酸酯(bdma)、新戊二醇二丙烯酸酯(npgda)、丙烯酸异冰片酯(iboa)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、丙烯酸羟乙酯(hea)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)、季戊四醇三丙烯酸酯(petia)、丁二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯、丙氧基化物和/或乙氧基化物。

52、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，其中丙烯酸酯低聚物为尿烷丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯和/或聚酯丙烯酸酯。

53、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，其中涂层包含不饱和聚酯酰亚胺材料。

54、此构造是特别有利的，因为聚酯酰亚胺树脂能够深入渗透到绝缘片材的基质中，避免任何灰尘脱落和掉落的可能性，由此改善绝缘材料的可加工性。此外，通过将光引发剂添加到树脂混合物中，可以将通常用于浸渍电动马达的此聚酯酰亚胺树脂转变为可uv聚合的涂层。

55、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，其中涂层包含有机溶剂并且该方法还包括以下步骤：

56、c)通过将树脂浸渍的片材干燥使有机溶剂蒸发。

57、此构造的优点是，出于改善丙烯酸酯低聚物和单体的深度渗透的目的，将有机溶剂例如甲基乙基酮添加到涂料配制品中。出于降低涂料配制品的粘度的目的，将有机溶剂用作非反应性稀释剂，以允许通过轮转凹版印刷来施加湿涂层，并且因此获得均匀且均质的表面。当涂覆树脂渗透到背衬片材中时，有机溶剂被蒸发掉。

58、根据本发明的另外的实施例，提供了用于生产绝缘片材的方法，其中浸渍树脂还包含聚合光引发剂，特别是uv聚合光引发剂，例如omnirad tpo-l或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，并且其中该方法还包括以下步骤：

59、d)将树脂浸渍的片材暴露于uv辐射以引起涂层的聚合。

60、此构造的优点是，在将树脂施加到绝缘片材上并随后暴露于uv光之后，发生浸渍树脂的聚合。以此方式，浸渍树脂可以深入渗透到绝缘纸中并且可以将其压实，防止例如在随后的加工步骤中云母的分离和脱落。

61、优选地，通过暴露于紫外灯来引发uv聚合过程，该紫外灯优选地具有在200nm与400nm之间的范围内的波长，其发射集中在其上已施加含有光引发剂的液体配制品的基材上。在uv光照射后，产生与浸渍树脂相互作用的自由基，引起配制品的聚合和交联，配制品从液体变成固体。

62、由此浸渍的芳族聚酰胺/云母纸和多层层压体可以有利地用作例如电动马达的构造中的二次绝缘体(槽绝缘体)。

63、根据本发明的另外的实施例，提供了层压体，其包括至少一个绝缘片材(比如上文描述的那些)和至少一个塑料膜层，其中绝缘片材层压到塑料膜层的一侧上，优选地从而形成层压体的外侧。

64、此构造是特别有利的，因为至少一个芳族聚酰胺纸绝缘片材和至少一个塑料膜层的组合使得可以获得具有可以适应使用者需要的物理、介电、热学和机械特性的绝缘层压体。

65、优选地，芳族聚酰胺片材和塑料膜的各个层通过合适的粘合剂彼此粘附。

66、根据优选的构造，提供了层压体，其包括牢固地粘附到塑料膜层的一个或两个面上的芳族聚酰胺纸绝缘片材，使得此绝缘片材形成层压体的外层。层压体的外层是指与外部环境接触的层。

67、根据另外的优选构造，提供了层压体，其包括与芳族聚酰胺纸绝缘片材交替的若干个塑料膜层，其中所述绝缘片材形成层压体的至少一个外层。例如，层压体可以包括交替的塑料膜层和绝缘纸片材层，并且可以具有由芳族聚酰胺纸片材形成的一个外侧和由塑料膜层形成的一个外侧，或者它可以具有由芳族聚酰胺纸片材形成的两个外侧。

68、根据另外的优选构造，提供了层压体，其包括以任何顺序层压在一起的一个或多个塑料膜层和一个或多个芳族聚酰胺纸绝缘片材，其中所述绝缘片材形成层压体的至少一个外层。例如，层压体可以包括以任何顺序层压在一起的一个或多个塑料膜层和一个或多个绝缘纸片材层，并且可以具有由芳族聚酰胺纸片材形成的外侧和由塑料膜层形成的外侧，或者它可以具有由芳族聚酰胺纸片材形成的两个外侧。

69、根据本发明的另外的实施例，提供了比如上文描述的层压体，其包括多个绝缘片材和多个塑料膜层，其中绝缘片材与塑料膜层交替，优选地从而形成所述层压体的外侧。

70、此构造是特别有利的，因为多个芳族聚酰胺纸绝缘片材和多个塑料膜层的组合使得可以获得具有可以适应使用者需要的物理、介电、热学和机械特征的绝缘层压体。

71、优选地，芳族聚酰胺片材和塑料膜的各个层通过合适的粘合剂彼此粘附。

72、根据本发明的另外的实施例，提供了包括多层层压体的电动马达，该多层层压体包括比如上文描述的那些的片材。一种优选的用于生产此类包括至少三个层并具有第一表面和第二外表面的多层层压体的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

73、a)提供第一外层，其为含有结晶硅酸盐矿物粉末的第一非织造背衬片材(7)，该第一外层包括基于丙烯酸酯衍生物的浸渍树脂的涂层，

74、b)提供内层，其包括：

75、i)耐热絮状物和粘结剂并且不含结晶硅酸盐矿物粉末，或

76、ii)不含结晶硅酸盐矿物粉末的耐热聚合物膜，以及

77、c)提供第二外层，其为含有结晶硅酸盐矿物粉末的第二非织造背衬片材(7)，该第二外层包括基于丙烯酸酯衍生物的浸渍树脂的涂层，

78、d)将第一外层、内层和第二外层面对面粘结在一起，其中内层在第一与第二外层之间，

79、其中，所述多层层压体具有基于所述多层层压体中所述结晶硅酸盐矿物粉末、絮状物和粘结剂的总量总共15至80重量百分比的结晶硅酸盐矿物粉末。

80、此构造是特别有利的，因为可以通过多层层压体使相与电动马达的定子绝缘，该多层层压体的特征在于高耐局部放电性并且即使在极端工作条件下(例如在高电压下或暴露于机械应力期间)也具有优异的机械特性。