无机电绝缘层压体和含有此类层压体的电器具的制作方法

专利名称：无机电绝缘层压体和含有此类层压体的电器具的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及无机纸和聚酯聚合物的改进电绝缘层压体，和含有此类层压体的电器件，该层压体显示出降低的劲度和脆性，因而当用模头切割并折叠成复杂形状物件时该折叠保留褶皱而且切边不会锐利得不能触摸。
2.相关技术描述从无机片材或纸和聚酯树脂薄膜制造的层压体已经用于变压器，其中该层压体用来作为介电绝缘材料。希望的是这样的绝缘层压体兼备特别适合于变压器制造商需要的物理性能。过去，这样的无机层压体已经通过聚酯薄膜的使用掺入了该聚酯层。然而，已经发现，有改善机械性能的层压体可以通过使用一种液体聚酯树脂而不是一种预制薄膜形成该层压体来获得。
美国专利申请US 20040180228 A1公开的就是这样一种改进的无机纸和聚酯聚合物层的层压体，较好由一个聚酯聚合物层分开的2枚无机纸的层压体。
当用来作为电器具中的电绝缘时，这些无机/聚酯层压体典型地先切成有复杂形状的物件，并使用一种能用模头冲切出所希望的物件的器具压出折线。然后，用手折叠这些冲切的物件而成为所希望的形状，然后配置在该电器具中。如果该层压体太脆，则冲切的物件当折叠时会龟裂，而如果该层压体太劲，则冲切的物件不会保留褶皱。更重要的是，如果该层压体太劲，则该冲切的物件的边会太锐利，而且对手指和手的多次割伤就会发生。
因此，目前需要的一种当折叠时能保留褶皱且当切割时切边不会锐利得不能触摸的层压材料。
发明概要本发明涉及一种包含一层配置于2枚非织造无机片材之间的弹性体聚酯树脂的层压体，和一种包含该层压体的电器具例如变压器。
附图简述

图1是本发明层压体的一种简化表述。
图2是一种从本发明层压体材料片材冲切的、然后可以用来作为电器具中的电绝缘的物件的简化表述的表述。
图3是一种可以用于电器具中的典型冲切复杂形状物件的细节，显示出切边、狭缝、和褶皱。
发明详细描述本发明涉及一种包含一层配置于2枚非织造无机片材之间的弹性体聚酯树脂的层压体。
无机非织造片材本发明的层压体较好使用无机纸形式的非织造无机片材。本文中所采用的纸这一术语是以其通常含义采用的，而且它可以使用惯常造纸方法和设备以及工艺来制备。
本发明的层压体利用无机片材或纸，这些术语系指要在本文中互换地使用。本发明中利用的片材或纸可以使用惯常造纸方法和设备以及工艺来制备。本发明的无机纸可以含有矿物质成分、无机增强成分、和粘结剂。这些成分合并成一种水浆状物并浇铸到一种筛网上，在此使其脱水、任选地加压、和干燥。若干层这样的片材可以合并以构建某一厚度的纸，而且这样的纸可以通过压延或其它压实方法进一步加固。可用于制造本发明中使用的无机纸和片材的制造的矿物质和/或无机材料包括但不限于玻璃、硅酸铝、和/或这些与其它无机填料的混合物；这样的无机材料可以以纤维形式存在。有用的粘结剂包括但不限于丙烯腈胶乳。本发明的较好层压体是从CeQuin和TufQuin无机片材制造的，该片材可购自Innovative Paper Technologies LLC，Tilton，NH。
该无机片材的厚度不是决定性的，而且取决于该层压体的终端用途以及最终层压体中所采用的无机层数目。尽管本发明采用了2层无机片材和一个聚合物层，但要理解的是，最终物品中可以存在的层或其它材料的数目没有上限。
本文中所采用的无机这一术语系指基本成分是非烃粘土、纤维、小片状物、小板状物或其它结构，尤其天然存在的矿物质例如硅酸铝，和加工的无机材料例如玻璃纤维。
弹性体聚酯树脂本发明中施用到无机片材上的熔融聚合物是一种弹性体聚酯树脂。本文中所使用的弹性体聚酯系指一种树脂，其中包含一个实质上连续的聚酯相和一个实质上不连续的、模量较低的聚合物相。
较好，该弹性体聚合物树脂是一种多相组合物，包含一个共聚酯连续相和一个低模量不连续相。由于该多相组合物，该树脂当用于一种层压体中时有弹性体的很多属性，即使该树脂中不存在实际公认的弹性体链段。这样一种组合物公开于Deyrup等的美国专利No.5,627,236中。
共聚酯连续相。共聚酯连续相，以100wt％该多相组合物为基准，是以55～98wt％的数量存在该多相组合物中的，而且是从约50～95mol％、较好70～90mol％芳香族二酸单体和约2～40mol％、较好4～14mol％脂肪族二酸单体衍生的。此外，该树脂的所有共聚单体的90～100mol％是要么芳香族二酸单体、要么脂肪族二酸单体、要么二醇单体。
该芳香族二酸单体较好是对苯二甲酸、间苯二甲酸、和/或萘二羧酸。该脂肪族二酸单体较好是壬二酸、己二酸、癸二酸、十二烷二酸或其甲酯，然而脂肪族单体可以全部是癸-1，10-二羧酸、琥珀酸、戊二酸、或其衍生物。二醇单体较好是70～100mol％乙二醇和/或二甘醇，且余额—若有的话—是另一种二醇例如1，3-丙二醇；2，4-二甲基-2-乙基己-1，3-二醇；2，2-二甲基-1，3-丙二醇；2-乙基-2-丁基-1，3-丙二醇；乙基-2-异丁基-1，3-丙二醇；1，3-丁二醇；1，4-丁二醇；新戊二醇；1，5-戊二醇；1，6-己二醇；1，8-辛二醇；2，2，4，4-三甲基-1，6-己二醇；硫代二甘醇；1，2-环己烷二甲醇；1，3-环己烷二甲醇；2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁二醇；聚乙二醇；聚四亚甲基醚二醇等。
除芳香族二酸单体、脂肪族二酸单体、和二醇单体外，该树脂还可以以不超过2mol％/100mol二酸、较好＜1mol％/100mol二酸的数量含有其它能提供交联的共聚单体。这样的支化剂或交联剂包括诸如1，2，4-苯三酸、季戊四醇、甘油、三(羟甲基)丙烷、三(羟乙基)丙烷等。该共聚酯可以使用诸如美国专利No.3,305,604和No.2,901,460中所述的惯常聚酯化程序生产。当然，这些酸的酯(例如对苯二甲酸二甲酯)也可以用于生产该聚酯。较好，该聚酯是通过熔体相聚合来得到的，随后还可以进行惯常固态聚合。较好，该共聚酯的特性粘度是大约0.6～1.1。
低模量不连续相。该实质上不连续相材料，以总树脂组合物的重量为基准，是以约2～45wt％、较好2～35wt％的数量存在于该树脂组合物中的。进而，以总树脂组合物的重量为基准，最好的组合物有7～25wt％不连续相材料。该不连续相是作为平均中位直径一般＜约40μm、较好＜约10μm的分立微粒存在于最终组合物中的，且最好的直径是约0.001～约2μm。进而，该连续聚酯相材料与该不连续相的拉伸模量比大于10∶1、较好大于20∶1。
该不连续相材料较好是弹性体的，然而该不连续相也可以是非弹性体的。不连续相材料聚合(无论无规聚合还是嵌段聚合)中可用的共聚单体包括乙烯；一氧化碳；二氧化碳；α-和β-烯键不饱和羧酸及其衍生物；二羧酸和二羧酸酐；一羧酸或二羧酸和此类酸的单酯的金属盐，包括其羧酸基的某一百分率是通过用金属离子例如钠或锌中和而离子化的那些；由胺末端己内酰胺低聚物等中和的二羧酸和该二羧酸的单酯；有4～22个原子的丙烯酸酯；有1～20个碳原子的酸的乙烯酸；3～20个碳原子的乙烯醚；卤乙烯和偏二卤乙烯以及有3～6个碳原子的腈；有能用有至少一个反应性基团的单体接枝的1～12个碳原子的侧烃链的不饱和单体；和选自有4～14个原子的支化、直链、和环状化合物组成的一组的不饱和单体。
上述单体包括马来酸；马来酸酐；马来酸单乙酯；酸单乙酯的金属盐；富马酸；富马酸单乙酯；衣康酸；乙烯基苯甲酸；乙烯基邻苯二甲酸；富马酸单乙酯的金属盐；马来酸、富马酸、或衣康酸的单酯；甲基丙烯酸缩水甘油酯；丙烯酸缩水甘油酯；烷基·缩水甘油醚；乙烯基·缩水甘油醚；衣康酸缩水甘油酯；邻苯二甲酸酐磺酰叠氮；邻苯二甲酸酐磺酰叠氮的甲酯和单十八烷酯；苯甲酸磺酰叠氮；萘甲酸磺酰叠氮；萘二酸磺酰叠氮；邻苯二甲酸和萘二酸磺酰叠氮的R-单酯(及其金属盐)；乙烯醚；苯甲酸乙烯酯；萘甲酸乙烯酸；R-酸的乙烯酯，其中R有可多达18个碳原子；氯乙烯；偏二氟乙烯；苯乙烯；丙烯；异丁烯；乙烯基萘；乙烯基吡啶；乙烯基吡咯烷酮；一氯、二氯、或三氯苯乙烯；R’-苯乙烯；其中R’是1～10个碳原子；丁烯；己烷；辛烯；癸烯；己二烯；降冰片二烯；丁二烯；异戊二烯；和二乙烯基烷基苯乙烯。
有用的不连续相组合物包括下列实质上交替或实质上无规的共聚物乙烯/丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸，乙烯/丙烯酸正丁酯/缩水甘油基/甲基丙烯酸或乙烯/丙烯酸甲酯/马来酸酐单乙酯或其0～100％中和的锌盐、钠盐、钙盐、锂盐、锑盐、或钾盐；乙烯/丙烯酸甲酯、乙烯/甲基丙烯酸、或乙烯/丙烯酸；乙烯/丙烯酸异丁酯/甲基丙烯酸；乙烯/丙烯酸甲酯/马来酸酐单乙酯或其锌盐或钠盐；乙烯/丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸及其锌盐；乙烯/乙酸乙烯酯/甲基丙烯酸及其锌盐；乙烯/甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸及其锌盐；乙烯/乙酸乙烯酯/一氧化碳；乙烯/丙烯酸异丁酯和乙烯/丙烯酸异丁酯/甲基丙烯酸的锌盐；乙烯/丙烯酸异丁酯/一氧化碳；乙烯/甲基丙烯酸硬脂酯/一氧化碳；乙烯/丙烯酸正丁酯/一氧化碳；乙烯/甲基丙烯酸2-乙基己酯/一氧化碳；乙烯/甲基·乙烯基醚/1氧化碳；乙烯/乙酸乙烯酯/马来酸酐；乙烯/乙酸乙烯酯/马来酸酐单乙酯；乙烯/乙酸乙烯酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯；乙烯/丙烯/1，4-己二烯-g-马来酸酐；乙烯/丙烯/降冰片二烯/1，4-己二烯-g-苯甲酸磺酰叠氮；乙烯/丙烯/1，4-己二烯-g-邻苯二甲酸酐磺酰叠氮；乙烯/丙烯/1，4-己二烯-g-马来酸酐；用胺末端的己内酰胺低聚物中和的乙烯/丙烯/1，4-己二烯-g-马来酸酐；用松香酸锌中和的乙烯/丙烯/1，4-己二烯/马来酸酐；乙烯/丙烯/1，4-己二烯-g-富马酸；乙烯/丙烯/1，4-己二烯/降冰片二烯-g-马来酸酐；乙烯/丙烯/1，4-己二烯/降冰片二烯-g-马来酸酐单乙酯；乙烯/丙烯/1，4-己二烯/降冰片二烯-g-富马酸；乙烯/丙烯/1，4-己二烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯；乙烯/丙烯/1，4-己二烯/降冰片二烯-g-邻苯二甲酸酐磺酰叠氮；异丁烯/异戊二烯-g-邻苯二甲酸酐磺酰叠氮；聚(异丁烯)-g-邻苯二甲酸酐磺酰叠氮；异戊二烯/邻苯二甲酸酐；天然橡胶；乙烯/马醚酸酐单乙酯；丙烯酸丁酯/富马酸单乙酯；丙烯酸乙酯/富马酸；表氯醇/环氧乙烷；乙烯/丙烯-g-邻苯二甲酸酐磺酰叠氮；乙烯/丙烯/5-偏亚乙基-2-降冰片烯-g-富马酸；乙烯/丙烯/二聚环戊二烯-g-马来酸单乙酯；乙烯/丙烯/5-丙烯基-2-降冰片烯-g-马来酸酐；乙烯/丙烯/四氢茚-g-富马酸；乙烯/丙烯/1，4-己二烯/5-偏亚乙基-2-降冰片烯-g-富马酸；乙烯/乙酸乙烯酯/CO/甲基丙烯酸缩水甘油酯；乙烯/乙酸乙烯酯/CO/丙烯酸缩水甘油酯；乙烯/丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯；乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酯缩水甘油酯；和丙烯酸系橡胶。
另一种有用的不连续相材料是一种有一个聚合物芯和一个聚合物壳的芯-壳型聚合物，其中该芯和壳是实质上化学接枝在一起的。该壳和芯较好是依次通过乳液聚合制备的。当用凝胶渗透色谱法测定时，该芯较好有大于约8000的重均分子量，而该壳较好有约5000～100000的重均分子量。较好的组合物包括从选自下列的单体聚合的那些丙烯酸甲酯；丙烯酸乙酯；丙烯酸丁酯；丙烯酸2-乙基己酯；丙烯酸癸酯；甲基丙烯酸甲酯；甲基丙烯酸乙酯；甲基丙烯酸羟乙酯；甲基丙烯酸丁酯；丙烯腈；丙烯酸；甲基丙烯酸；衣康酸；马来酸；富马酸；丙烯酸酐；甲基丙烯酸酐；马来酸酐；衣康酸酐；富马酸酐；苯乙烯；有取代苯乙烯；丁二烯；乙酸乙烯酯；丙烯酸和甲基丙烯酸的其它C1～C12烷酯；等。
较好的弹性体聚酯树脂是一种多相组合物，包含a)55～98wt％(以该多相组合物的100wt％为基准)一种共聚酯连续相，该共聚酯衍生自i)一种芳香族二酸，选自下列组成的一组对苯二甲酸；间苯二甲酸；萘二羧酸；及其混合物；和ii)60～约98mol％(以100mol％二醇为基准)乙二醇，且余额为二甘醇，其中该共聚酯只衍生自该二酸、该二醇和0～2mol一种支化剂/100mol二酸；b)2～45wt％(以该多相组合物的重量为基准)一种包含低模量乙烯共聚物的实质上不连续相。
该连续相材料和不连续相材料的混合可以由各种各样的惯常熔融配混器具完成，例如在一个足以引起各成分熔融流动的温度运行的单螺杆挤塑机。较好，该配混温度应当＜约270℃，最终材料的挤出温度较好应当＜约280℃。一些组合物的预配混可能不是必要的，而且挤塑可以直接以单一步骤进行。该不连续材料还可以在该连续材料聚合之后立即通过将该不连续材料注入该聚酯熔体流中然后用静态混合器混合来添加。
如同美国专利No.5,627,236中一般地公开的，树脂的熔融共混也可以在一种密闭系统例如一种有2～5个捏合块和至少一个能产生高切剪切力的逆螺距的多螺杆挤塑机如一台Werner Pfleiderer挤塑机中完成，该共混也可以在其它器具例如Brabender、Banbury Mill等中完成。该共混物的替代制造方法包括各该材料从溶液中共沉淀和掺合；或各该材料的干混。然后该共混物可以通过挤塑熔融制造。
添加剂。该树脂也可以含有添加剂，以增强性能特征。例如，结晶助剂，抗冲改善剂，表面润滑剂，不套叠剂，稳定剂，抗氧化剂，紫外线吸收剂，金属失活剂，着色剂例如二氧化钛和炭黑，核化剂例如聚乙烯和聚丙烯，磷酸盐稳定剂等。
此外，该树脂还可以含有少量其它热塑性树脂或其它已知的热塑性树脂添加剂，例如抗静电剂，阻燃剂，着色剂例如染料和颜料，润滑剂，增塑剂，核化剂，和无机填料。无机填料可以包括一种或多种如下物质云母，炭黑，石墨，硅酸盐例如硅石、石英粉、玻璃珠、磨碎玻璃纤维、玻璃泡、玻璃粉、玻璃小片状物、硅酸钙、硅酸铝、高岭土、滑石、粘土、硅藻土和硅灰石，呈各种氧化物、硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐、碳化物、氮化物、粉本、箔等形式的金属。
本发明的层压体本发明的层压体包含一层配置于2枚非织造无机片材之间的弹性体聚酯树脂。较好，该树脂接触这2枚非织造无机片材，且树脂厚度大于该层压体中任何一枚非织造片材。较好，这2枚非织造无机片材中每一枚都毗邻并附着到该层弹性体聚酯树脂的任意一面。
本发明的层压体有5～25密耳、较好7～15密耳的厚度，且较好有＜300Kpsi、更好＜250Kpsi的弹性模量。进而，相信本发明的层压体较好有约100Kpsi的弹性模量的较低约束。
由于一些聚酯聚合物的结晶性质，该层压体的边在剪裁和/或冲切之后会锐利得不能触摸。本发明的最终层压体，和此类层压体的冲切物件不显示出这种锐利性或割破可能操作这种材料的制造人员的手的自然倾向。
本发明的层压体的一个进一步优点是，它是一种能保留褶皱的可挠曲层压体。僵硬结构不是所希望的，而本发明的层压体显示出降低的劲度，而且是制造人员更容易折、缠和叠的。该层压体可以通过使用一种能冲切到该层压体材料中的模头冲切成较小的物件。该模头较好包括用于切裁该材料的切刃及其它用于在该冲切物件中产生压痕和折线的刃。然后，这些较小的物件可以通过围绕该电器具中的金属零部件折叠该冲切物件而用来作为电绝缘。该层压体也可裁切成带状结构并缠绕在小直径电线圈周围。
本发明的较好层压体的横截面剖视图显示于图1中。层压体1是以一层弹性体聚酯树脂2和一层无机纸3显示的，后者毗邻、共延伸和接触该聚酯树脂的任意一面。图2是层压体1片材的一种简单说明，而且已冲切出层压体冲切物件4。图3是典型冲切复杂形状物件8的细节，有清洁的切边5、清洁的切缝6、和压在该物件上的折线7。层压体的制造方法虽然无意限制，但本发明的层压体的一种制造方法是在2枚无机纸之间挤塑熔融聚合物，随后加压和骤冷来形成该层压体的。该熔融树脂可以以任何数目的方式挤塑到该无机片材上。例如，该树脂可以挤塑到一枚无机片材上、然后覆盖第二枚无机片材、然后使用一台压机或层压辊层压。在一种较好的方法中，该熔融树脂是一台挤塑机供给一个缝模的。该缝模是如此取向的，使得能以垂直向下的方式将一枚熔融树脂片材挤塑到一组水平层压辊上。2个无机纸供给辊将2枚独立的无机纸纤维网提供给该层压辊，2枚纤维网和该熔融树脂片材全都在该层压辊的辊隙会合，并将树脂配置在2枚纤维网之间。该层压辊使该纤维网和树脂加固在一起；然后，加固的层压体是通过使该层压体经由另一组冷却辊的辊隙运行进行骤冷的。替而代之，该水平层压辊可以进行冷却，以使该层压体既加固又骤冷。然后，可以将该层压体卷绕到辊筒上和/或切割成应用所需要的适当尺寸的片材。然后，将该片材模切成作为电器具中绝缘所需要的较小物件。
在以下实施例中，弹性模量是按照ASTM D828测定的，并将这种物理性能用来作为相对劲度的指标。
实施例本实施例说明本发明层压体的性能。该层压体是按照挤出复合法制造的。通过将聚合物挤出复合于2枚纸之间并使该层压体骤冷，将聚合物施用到呈购买时原样的2枚无机纸(尤其Innovative PaperTechnologies LLC制造的CeQuin I)的一个表面上。该层压体是使用5密耳(0.13mm)厚无机纸和5密耳(0.13mm)厚聚合物层生产的。本发明物品1的聚合物是一种改性PET聚酯，其中采用一种含有以金属阳离子盐中和的14％乙烯/甲基丙烯酸共聚物的0.70比浓对数粘度聚对苯二甲酸乙二醇酯。比较物品A是一种单相共聚物PET聚酯，其中采用一种含有14％支化共聚物和17％异构体共聚物的0.65比浓对数粘度聚对苯二甲酸乙二醇酯。比较物品B是一种高分子量PET聚酯，其中采用0.80比浓对数粘度聚对苯二甲酸乙二醇酯。然后，这些挤塑层压体的样品通过以一种兼备切刀、缺口和压线的可挠曲钢制规则模头冲切该层压体进行模切，以有助于手工折叠该冲切部。使用ASTMD828测试起始材料，以确定弹性模量，并评估模切形状的边缘锐利性。
表
权利要求
1.一种层压体，包含一层配置于2枚非织造无机片材之间的弹性体聚酯树脂。
2.权利要求1的层压体，其总厚度在5～25密耳(0.13～0.61mm)范围内。
3.权利要求1的层压体，其中该厚度在7～15密耳(0.18mm～0.38mm)范围内。
4.权利要求3的层压体，其中该层压体中聚酯树脂层的厚度大于该层压体中任何个体非织造片材的厚度。
5.权利要求1的层压体，其中该树脂接触该2枚非织造无机片材。
6.权利要求5的层压体，其中该2枚非织造无机片材毗邻并附着到该弹性体聚酯树脂层的任意一面。
7.权利要求1的层压体，其中该非织造无机片材包含无机纸。
8.权利要求7的层压体，其中该无机纸包含一种无机矿物质、一种无机增强剂、和一种粘结剂。
9.权利要求8的层压体，其中该无机矿物质包括硅酸铝。
10.权利要求8的层压体，其中该无机增强剂包括玻璃纤维。
11.权利要求8的层压体，其中该粘结剂包括丙烯腈胶乳。
12.权利要求1的层压体，其中该弹性体聚酯是一种包含一个实质上连续的聚酯相和一个低模量实质上不连续的聚合物相的树脂。
13.权利要求1的层压体，其中该弹性体聚酯树脂是一种多相组合物，包含a)55～98wt％(以该多相组合物的100wt％为基准)一种共聚酯连续相，该共聚酯衍生自i)一种芳香族二酸，选自下列组成的一组对苯二甲酸；间苯二甲酸；萘二羧酸；及其混合物；和ii)60～约98mol％(以100mol％二醇为基准)乙二醇，且余额为二甘醇，其中该共聚酯只衍生自该二酸、该二醇和0～2mol一种支化剂/100mol二酸；b)2～45wt％(以该多相组合物的重量为基准)一种包含低模量乙烯共聚物的实质上不连续相。
14.权利要求13的层压体，其中该共聚酯包含一种选自下列一组的支化剂1，2，4-苯三酸，季戊四醇，甘油，三(羟甲基)丙烷，三(羟乙基)丙烷，及其混合物。
15.一种电器具，含有权利要求1的层压体。
16.一种电器具，含有权利要求8的层压体。
17.一种电器具，含有权利要求13的层压体。
全文摘要
一种包含一层配置于2枚非织造无机片材之间的弹性聚酯的层压体，和一种包含该层压体的电器件例如变压器。
文档编号C08K3/34GK101031422SQ200580032785
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年9月30日
发明者D·W·安德森, D·W·考卡 申请人:纳幕尔杜邦公司