专利名称:树脂铸塑线包的制作方法
本发明涉及一种树脂铸塑的线包，它是用热固性树脂混合物(以下简称树脂)铸塑线包而制成的;更具体地讲，是涉及一种适于防止产生裂纹，并且通过改善树脂的导热性，可使其外部尺寸减小的树脂铸塑线包。
传统用于铸塑线包的树脂的热膨胀系数高达68×10-6K-1。
如公开号为161842/1980的日本专利申请说明书所述，通常的作法是用无定形二氧化硅作为树脂的填料，使树脂具有接近于导体的线膨胀系数，从而防止铸塑线包产生裂纹。
使用二氧化硅可以将树脂的线膨胀系数降低，比如说，降至24-28×10-6K-1，此值与导体(铝)的线膨胀系数，即23×10-6K-1，非常接近。因此，可以降低浇铸线包的热应力，从而防止形成裂纹。
然而，由于无定形二氧化硅在具有较低的热膨胀系数的同时，其导热率却低于结晶二氧化硅，所以存在着线包温度增加较大的缺点。
图1和图2给出了一个例子。如上所述，填充无定形二氧化硅的树脂5的导热率如此之低，致使线包2内的最高温度θ′m增加，其平均温度也增加了。特别是，树脂层的温度梯度(θ′2-θ′1)或(θ′3-θ′4)增加了，从而增加了此层中的热应力。因此这种铸塑线包必须具有较大的尺寸，以减少产生的热量，若不然产品可能被加热到允许的温度范围以上。这不仅限制了产品尺寸的减小，也将导致成本增加。
另一方面，虽然结晶二氧化硅具有高导热率，其线膨胀系数(10-14×10-6K-1)却远大于无定形二氧化硅(0.5×10-6K-1)。
因此，用结晶的而不用无定形的二氧化制备的树脂的线膨胀系数将是33-39×10-6K-1(大于结晶二氧化硅本身的线膨胀系数)，此值远远大于导体的线膨胀系数(23×10-6K-1)，所以存在着在这种铸塑线包中形成裂纹的缺点。
表示粉状物料粒径分布的方程之一，是劳森-莱姆勒(Rosin-Rammler)方程。例如在公开号为123457/1978的日本专利申请说明书中提到了此方程，高-伊野屋(Koichi Iinoya)在《粉体科学手册》(1972，朝仓书店)第六版的第44-45页中对此方程也有介绍。
填料的粒径分布也可由上述劳森-莱姆勒方程表示。一种传统填料，其粒径分布不经任何特殊调整时，常数n的值落在0.95-1.05的范围内(n代表由劳森-莱姆勒方程表示的粒径分布的斜率)。在这种情况下，可以加到树脂中的填料的量的最大限度是40-45%(体积)。因此，使用结晶二氧化硅作为填料，迄今还不能使树脂具有接近于导体的线膨胀系数。
虽然上面提及的公开号为123457/1978的日本专利申请可做为有关的参考文献，但其中并没有做任何增加树脂导热率同时降低其线膨胀系数的尝试。
上述现有技术存在一个矛盾，即如果使树脂具有接近于导体的线膨胀系数，虽可防止产生裂纹，树脂的温度增加却较大;若采用结晶二氧化硅填料来控制温度的增加，树脂的线膨胀系数则大于导体的线膨胀系数，从而容易形成裂纹。因此，根据现有技术，在树脂铸塑线包的产生过程中，必须在两种方法间做出选择，一种方法是牺牲导热性而在抗裂性能上受益，另一种方法是牺牲抗裂性能而通过增加导热性在实现减少尺寸和降低成本方面受益。因而，传统的树脂铸塑线包不能使抗裂性和导热性同时得到改善，所以就可靠性而言它们是不能令人满意的。
本发明的目的是提供一种具有抗裂性能且能够(通过增加树脂的导热性)减小尺寸降低成本的树脂铸塑线包，并消除前面提到的种种缺点。
采用热固性树脂组合物铸塑线包的方法所制备的树脂铸塑线包可达到这个目的;热固性树脂组合物是将一种浓度抑制剂和一种填料加入环氧树脂中形成的，其中所说的填料是最大粒径等于或小于80μm(微米)的结晶二氧化硅，此填料以55%或大一些的体积比加入到所说的环氧树脂中。
在本发明的一个最佳实施方案中，所说填料的特征在于它具有这样的粒径分布，使得直径等于或大于d的颗粒的累积重量分数R(d)可由方程R(d)＝100exp(-b.dn)表示，其中b和n是常数，而且可以调整其粒径分布，使得n小于或等于0.9。
因为用作填料的结晶二氧化硅具有高导热率，所以树脂的导热率能够增加，从而在线包中产生的热量可以有效地传到外部。这样，尽管减小线包尺寸增加了电流密度，热量仍可有效地散去。而且由于可以调整结晶二氧化硅的粒径分布，使其最大颗粒直径小于或等于80μm并使n小于或等于0.9(其中n代表由劳森-莱姆勒方程表示的粒径分布的斜率)，这样树脂中便可以填充较大量的结晶二氧化硅填料[45%(体积)或更多]。这就有可能使树脂固有的高线膨胀系数接近结晶二氧化硅的线膨胀系数。粘度抑制剂具有阻止树脂粘度增加的功能，以保证树脂充分注入线包并防止形成孔洞。
附图的简要说明图1是一树脂铸塑线包的轴向剖面图，用来说明本发明的背景。
图2是沿上述剖面的温度分布曲线。
图3是沿作为本发明例子的一个树脂铸塑线包的A-A′截面处的轴向剖面。
图4是沿图3剖面的温度分布曲线。
图5是一立体图，显示了作为本发明例子的一个树脂铸塑线包的外部形状。
图6是粒径分布曲线，给出了由劳森-莱姆勒方程表示的粒径分布。
图7是一特性曲线，显示了二氧化硅(结晶的或无定形的)填充量与线膨胀系数间的关系。
图8是一特性图表，给出了本发明一实例中，填充量、导热率和线膨胀系数间的关系。
图9是一特性图表，给出了应用了本发明例子的一实际产品的导体温度，树脂表面温度，两者间的差值以及一个传统产品相应的比较数据。
图10是一特性图表，给出应用了本发明例子的一实际产品的外部尺寸、重量等，以及一传统产品的相应比较数据。
现在参考图3-图10来介绍本发明的一个实例。
图5显示了作为本发明例子的树脂铸塑线包的外部形状。图3是沿其A′-A截面的轴向剖面图。
图4显示了沿图3线包A-A′截面的温度分布。
在这个例子中，树脂铸塑的线包1，是用树脂3铸塑线包2制成的。树脂3是填充了结晶二氧化硅的环氧树脂(作为填料的结晶二氧化硅的线膨胀系数低于线包导体的线膨胀系数)且含有粘度抑制剂。此外，在树脂铸塑的线包1的外表面，引出与线包2相联的终端4。图7显示了环氧树脂与填料混合形成的树脂的线膨胀系数随填充量的变化。
图7表明，使用结晶二氧化硅作为填料时，为了将树脂的线膨胀系数减小到接近于线包导体铝的线膨胀系数，填充量为55%(体积)或更高是比较适当的。
在本例中，通过改善填料的粒径分布，同时将适量的硅烷偶联剂作为粘度抑制剂加到树脂中，以防止大量填料加入树脂后粘度增加，这使得有可能容易地将大量填料加到树脂中。
填料的粒径分布一般可由图6所示的劳森-莱姆勒图(下面简称为R.R.S图)来表示。此图是这样得到的，对下面劳森-莱姆勒方程(1)的两边取对数，取对数后经整理可变换为方程(2)，以方程(2)等号左边项为因变量，右边的logd项为自变量，对(2)作图。
R(d)＝100exp(-b.dn) ……(1)
log[2-logR(d)]＝n logd+logb-0.362 ……(2)式中d颗粒直径(μm)，R(d)直径大于等于d的颗粒的累积重量分数(%)，n代表粒径分布斜率的常数，b常数。
对于由通常粉碎方法制备的结晶二氧化硅粉料，n落在图6两虚线所围的范围内，即粒径分布的斜率是0.95至1.05之间。
相反，n小于或者等于0.9时，填料很容易混合且树脂的粘度也降低。也就是说，n小于等于0.9的事实，意味着此粉料是由各种不同粒径的颗粒均匀组成的所以填充量可以比较大，因为在这种情况下较小的颗粒将挤入较大颗粒之间的空隙中。
根据经验，当n是0.7到0.8时，可获得最理想的结果。
在这个例子中，通过限定结晶二氧化硅的最大颗粒直径为80μm，并调整粒径分布使得n的值等于或小于0.9，可将R.R.S图中粒径在10μm以上颗粒的积累重量分数确定在41%，这样就可能将结晶二氧化硅的填充量增至55%(体积)或更大，从而将树脂的线膨胀系数显著地降至大约30×10-6K-1，如图8所示。比如说，加入60%(体积)的填料，可以将此系数降至25×10-6K-1。
然而，当加入如此处大量的填料时，树脂的粘度将增加到50帕斯卡·秒(Pa·s)或更高，而树脂就不能充分地渗透到线包中去，这将导致线包内部形成孔洞并且使绝缘性能下降，所以为了降低树脂的粘度，需加入适量的硅烷偶联剂。用这种方法，即使填充量在55%(体积)或更大时，也可以将树脂的粘度降至50帕斯卡·秒(Pa·s)或更低。因为过量的填料能引起树脂与导体间线膨胀系数的差别，所以对铝导体而言最大填充量约为70%。
在这个例子中，树脂的导热率很高，使得线包内的温度分布比较平缓且线包内产生的热量能够有效地传到线包表面。
因此，线包内的平均温度较低且线包表面温度θ1或θ4与线包内最大温度θm之间的差值也较小。特别是，树脂层的温度梯度(θ2-θ1)或(θ3-θ4)小而且层中的热应力的得到减小，从而能够防止树脂本身的变形和开裂。
由于树脂间导热率不同所引起的导体间平均温度的差值θd可以根据下面方程通过数学方法决定θd＝qT( 1/(λR′) - 1/(λR) ) ……(3)式中q线包中所产生的热量，λR′无定形二氧化硅填充树脂的导热率，λR结晶二氧化硅填充树脂的导热率，T树脂层厚度。
当T＝0.01(米)(m)，q＝800(瓦/平方米)(W/m2)，λR′＝0.4(瓦/米℃)(W/m℃)，且λR＝0.8(瓦/米℃)(W/m℃)时，温度差值θd是10℃。这表明在树脂中填充结晶二氧化硅使导体的平均温度比填充无定形二氧化硅降低了10℃。
图9给出采用了本发明树脂的一个产品其不同部分的温度差别，以及一个采用传统树脂产品的相应数据。这个图表表明，当使用本发明的树脂时，导体的温度能够比使用传统树脂所观察到的降低大约10%。而且导体与树脂表面间的温度差能够比使用传统树脂所观察到的的减少10℃左右。图10给出了采用本发明的树脂铸塑线包的一个三相500千伏安(KVA)变压器的外部尺寸、安装面积、体积和重量，其中每一项都是以对传统产品相应项(作为100)的比例表示的。根据这个例子，与传统产品相比，安装面积和体积致少能减少10%左右，重量能减少5%左右。
虽然这个例子是参照铝作为导体的情况给出的，本发明同样可以应用于以铜作为导体的场合，而在这种情况下，填充量在大约70-80%(体积)是适当的。
在本例中，因为树脂粘度低且能够防止树脂与线包间形成孔洞，所以线包可以和树脂粘接得很好而且线包中所产生的热量可以有效地传到的外部。此外，由于不含孔洞因而可防止产生电晕，所以能够获得具有优异绝缘性能的树脂铸塑线包。
如前面已经介绍的，根据本发明，可以获得一种具有抗裂能力(这种能力是通过调整树脂的线膨胀系数，使之接近导体值而得到的)以及较高导热率的树脂铸塑线包，因此能够减小线包的尺寸降低成本。
权利要求
1.一种树脂铸塑线包，这种树脂铸塑线包是用通过把粘度抑制和填料加入到树脂中而得到的热固性树脂铸塑线包而制得，其中所说的填料为最大颗粒直径小于或等于80μm的结晶二氧化硅，填料在树脂中的填充量为55%(体积)或更大。
2.根据权利要求
1的一种树脂铸塑线包，其中所说树脂是环氧树脂，选定所说结晶二氧化硅的线膨胀系数小于所说的环氧树脂本身线膨胀系数。
3.根据权利要求
1或2的一种树脂铸塑线包，其中所说树脂是环氧树脂，选定所说结晶二氧化硅的导热率大于所说环氧树脂的导热率。
4.根据权利要求
1的一种树脂铸塑线包，其中用铝作为所说线包的导体，加入所说树脂中的所说结晶二氧化硅量限定在55-70%(体积)。
5.根据权利要求
1的一种树脂铸塑线包，其中所说树脂是环氧树脂，所说填料具有这样的粒径分布其积累重量分数R(d)可由下面方程表示R(d)＝100exp(-b.dn)(其中b和n是常数)并可调整此粒径分布，以使所说常数n可具有小于等于0.9值。
6.根据权利要求
5的一种树脂铸塑线包，其中选定所说结晶二氧化硅的线膨胀系数小于所说环氧树脂的线膨胀系数，而选定其导热率大于所说环氧树脂的导热率。
7.根据权利要求
5的一种树脂铸塑线包，其中所说常数n选定在0.7-0.8之间，用铝作为所说线包的导体，加入所说树脂中的所说结晶二氧化硅量选定在55-70%(体积)。
专利摘要
为了降低成本减小尺寸，用热固性树脂铸塑而制成的树脂铸塑线包应能防止裂纹的生成，并能提高树脂的导热性。根据本发明，在将填料加于树脂中而形成的热固性树脂混合物铸塑制造铸塑线包的过程中，所述树脂混合物是采用最大颗粒直径小于等于80微米的结晶二氧化硅为填料制成的，其填充量为55％(体积)或更大。
文档编号H01F27/32GK87101981SQ87101981
公开日1987年10月14日 申请日期1987年3月17日
发明者久保博文, 保板繁夫 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan