绝缘制剂的制作方法
【专利摘要】可用作电气设备绝缘的可固化环氧树脂制剂组合物，所述组合物包含（a）至少一种二乙烯基芳烃二氧化物；（b）至少一种不同于组分（a）的二乙烯基芳烃二氧化物的环氧树脂；（c）至少一种酸酐硬化剂；（d）至少一种填充剂；和（e）至少一种固化催化剂；其中所述环氧树脂制剂组合物经固化后提供的固化产物具有电、机械和热性质的必要平衡，所述性质例如Tg、拉伸强度、介电强度和体积电阻率，使得所述固化产物可用于在大于或等于100℃温度下工作的应用中。
【专利说明】绝缘制剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及环氧树脂制剂，更具体地涉及可用作电气设备绝缘材料的环氧树脂制剂。
【背景技术】
[0002]有几种已知的涉及用作电绝缘材料的固化填充环氧树脂的现有技术方法，其中改进了所述电绝缘材料的一种性质。然而，现有技术中迄今没有成功地提供一种用于电绝缘材料的填充环氧树脂制剂，所述制剂具有对于100°c和更高的工作温度而言所需要的性质例如电、机械和热性质的必要平衡。
[0003]通常具有二氧化硅填充剂的固化环氧树脂浇铸型绝缘材料制剂具有约70_95°C的玻璃化转变、约70-90MPa的拉伸强度、通常大约小于1.0W/mK的热导率、约1015至1016ohm-cm的体积电阻率，包括许多其它性质。用于各种最终用途的固体绝缘材料需要这些性质、例如前面提到的性质的必要平衡。另外，绝缘材料应该具有加工特性，包括例如，环氧树脂制剂固化前的必要的粘度，以成功地用作例如电气设备例如电力变压器领域的绝缘材料。`
[0004]玻璃化转变温度(Tg)是绝缘中尤其关键的性质，因为随着接近(和随后经过)玻璃化转变，利用动态力学分析器通过温度扫描进行测量或在烘箱/环境室中在某升高的温度或温度斜坡下测量的机械和热机械性质例如储能模量降低、拉伸强度降低；电绝缘性质例如体积电阻率和介电强度降低；以及热线性膨胀系数增加。上述性质组合的改变可以引起绝缘材料过早失效，这进而引起短路。例如，Journal of Applied PolymerScience, 1981，26，2211描述了在固化环氧树脂中随着接近Tg，介电强度降低。还已知随着接近Tg，固化环氧树脂产物的拉伸强度降低和热线性膨胀系数增加。环氧绝缘材料Tg的增加是提高例如电力变压器的使用温度(包括短期较高温度袭击)的方式。然而，随着固化环氧树脂中Tg提高，材料的强度降低；因此，绝缘材料的脆性可能增加，使得所述绝缘材料更容易破裂。于是，破裂造成电绝缘材料故障，以电短路作为证明。
[0005]填充环氧制剂应该在固化之前具有合适的粘度(例如小于20，000mPa-s),使得所述制剂可以浇铸以制造制品例如电力变压器。开发具有平衡的性质例如加工粘度、Tg、拉伸强度、体积电阻率、介电击穿强度和热导率的填充环氧制剂，使得具有所需的性质例如电、机械和热性质平衡的绝缘材料可以在100°c和更高的运行温度下使用，对于电绝缘应用将是有用的。
【发明内容】
[0006]本发明涉及可用作电气设备例如电力变压器的电绝缘材料的环氧可固化制剂或物质组合物。例如，本发明的可固化组合物可以包含两种或更多种环氧树脂的混合物或掺合物，其中所述混合物中的至少一种环氧树脂包含二乙烯基芳烃二氧化物；至少一种酸酐硬化剂；至少一种填充剂；至少一种固化催化剂；和其他任选的材料。在一种实施方式中，所述填充剂可以是导热和电绝缘的。
[0007]在一种实施方式中，本发明的填充环氧制剂可以设计为Tg大于或等于约80°C、热导率大于约0.8W/mK、介电击穿强度大于或等于约20kV/mm、体积电阻率大于约1015ohm_cm、和拉伸强度大于约65MPa，提供机械、热和电性质的总的平衡，以利用所述制剂在绝缘电气设备的应用领域中作为电绝缘。
[0008]在另一种实施方式中，所述制剂在固化之前，在浇铸温度下具有小于约20，000mPa-s的粘度，这允许所述制剂施加(例如通过涂层、浸溃和/或浇铸)到变压器的线圈和绕组周围。 [0009]由于在浇铸温度下的加工粘度平衡和在所述制剂固化后的性质平衡，本发明提供了对于电绝缘的必要性质、及其可浇铸性。本发明提供了相对于现有技术环氧电绝缘体系的改进，因为这种在先已知的体系不能有效地用于在较高温度下运行的电力变压器。
[0010]在本发明的又一种实施方式中，制剂可以包含二乙烯基芳烃二氧化物例如二乙烯基苯二氧化物(DVBD0)，以用于例如变压器介电绝缘，作为改善加工性和/或物理性质状况的手段。具有DVBD0的本发明制剂引起制剂粘度降低和Tg增加，Tg增加不一定引起电气设备中必要的关键性质例如强度的显著降低。
【具体实施方式】
[0011 ] 在最广泛的范围内，本发明涉及环氧树脂制剂组合物，所述组合物包含(a)至少一种二乙烯基芳烃二氧化物；(b)至少一种不同于(a)的二乙烯基芳烃二氧化物的环氧树脂；(c)至少一种酸酐硬化剂；(d)至少一种填充剂jP(e)至少一种固化催化剂或助催化剂。
[0012]为了本发明的制剂组合物方便起见，基于总制剂，(d)填充剂的量在一种实施方式中通常将为约40重量％ (wt%)至约90wt%，在另一种实施方式中从约50wt%至约80wt%，在又一种实施方式中从约60wt%至约70wt%,和在再一种实施方式中从约62wt%至约68wt% ；同时(a)至少一种二乙烯基芳烃二氧化物、(b)除二乙烯基芳烃二氧化物以外的至少一种环氧树脂、(c)至少一种酸酐硬化剂和(e)至少一种固化催化剂或助催化剂的组合在一种实施方式中将从约10wt%至60wt%，在另一种实施方式中从约20wt%至约50wt%,在又一种实施方式中从约30wt%至约40wt%，在再一种实施方式中从约32wt%至约38wt%。当使用任选的组分(f)时，它们的重量百分比将包括在对于(b)、(c)、(d)和(e)部分描述的总wt%中。
[0013]在一种实施方式中，可用于本发明中的组分(a) 二乙烯基芳烃二氧化物可以包含，例如，在任何环位置带有一个或多个乙烯基氧化物基团的任何取代或未取代的芳烃核。例如，二乙烯基芳烃二氧化物的芳烃部分可以由苯、取代苯、(取代的)环-环状苯或同系键合的(取代)苯、或其混合物构成。所述二乙烯基芳烃二氧化物的二乙烯基苯部分可以是邻位、间位或对位异构体、或其任何混合物。其他的取代基可以由耐h202的基团构成，所述耐H202的基团包括饱和烷基、芳基、卤素、硝基、异氰酸酯、或R0-(其中R可以是饱和烷基或芳基)。环-环状苯可以由萘、四氢萘等构成。同系键合的(取代)苯可以由联苯、二苯醚等构成。
[0014]用来制备本发明制剂的二乙烯基芳烃二氧化物通常可以由如下的通用化学结构ι-1v来说明:
[0015]
【权利要求】
1.作为电气设备的电绝缘的可固化环氧树脂制剂组合物，所述组合物包含(a)至少一种二乙烯基芳烃二氧化物；(b)至少一种不同于组分(a)的二乙烯基芳烃二氧化物的环氧树脂；(c)至少一种酸酐硬化剂；(d)至少一种填充剂；和&)至少一种固化催化剂；其中所述环氧树脂制剂组合物经固化后提供的固化产物具有包括Tg、拉伸强度、介电强度和体积电阻率的性质的平衡。
2.权利要求1的环氧树脂制剂组合物，其中所述填充剂是导热和电绝缘填充剂。
3.权利要求1的环氧树脂制剂组合物，其中所述环氧树脂制剂组合物经固化后提供的固化产物具有包括至少约80°C的Tg、至少约65MPa的拉伸强度、至少约20kV/mm的介电强度、和至少约5E+15ohmcm的体积电阻率的性质平衡。
4.权利要求1的环氧树脂制剂组合物，其中所述填充剂包含用填充剂处理进行处理的填充剂。
5.权利要求4的环氧树脂制剂组合物，其中所述填充剂包含用硅烷处理的填充剂。
6.权利要求1的环氧树脂制剂组合物，其包含反应性稀释剂、柔韧剂、加工助剂、或增韧剂。
7.权利要求1的环氧树脂制剂组合物，其中所述组合物在浇铸温度下具有从约200mPa-s至小于约20，000mPa-s的粘度。
8.制备作为电气设备的电绝缘的可固化环氧树脂制剂组合物的方法，所述方法包括混合(a)至少一种二乙烯基芳烃二氧化物；(b)至少一种不同于组分(a)的二乙烯基芳烃二氧化物的环氧树脂；(c)至少一种酸酐硬化剂；(d)至少一种填充剂jP(e)至少一种固化催化剂；其中所述环氧树脂制剂组合物经固化后提供的固化产物具有包括Tg、拉伸强度、介电强度和体积电阻率的性质的平衡。
9.制备用于电气设备的环氧绝缘材料的方法，所述方法包括以下步骤:(i)提供权利要求1的组合物；(?)将权利要求1的组合物施加到基材上；和(iii)固化所述基材和组合物以形成绝缘材料；其中所生成的绝缘材料具有对于大于或等于约70°C的工作温度而言所需的包括电、机械和热性质的所需性质的平衡。
10.通过权利要求9的方法制成的产品。
11.权利要求10的产品，其中所述产品包括绝缘材料、灌封材料、或浇铸材料，它们具有对于大于或等于约70°C的工作温度而言所需的包括电、机械和热性质的性质平衡。
12.权利要求13的产品，其中所述产品包括电气设备。
13.权利要求12的产品，其中所述电气设备包括电力变压器。
14.权利要求13的产品，其中所述电气设备包括干式变压器。
【文档编号】C08G59/22GK103649158SQ201280034287
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年5月13日
【发明者】M·埃塞格希尔, W·J·哈里斯 申请人:陶氏环球技术有限责任公司