电绝缘复合物材料及包含其的电学装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于纸或压板形式的电绝缘复合物材料，其中所述电绝缘复合物材料通过经由照射处理的后处理方法获得。
【背景技术】
[0002]油浸式配电和电力变压器的绝缘可以通过纤维素或聚合物的纸和压板实现。纤维素纸或压板主要用于具有较低热稳定性要求的变压器中，而聚合物纸或压板主要用于具有较高热稳定性要求的变压器中。杜邦的Nomex和3M的Thermal Shield是常见的市售聚合物纸或压板。通常而言，纤维素纸或压板比聚合物纸或压板更广泛地使用。主要原因是纤维素纸或压板的成本比聚合物制成的低很多。但是，纤维素纸或压板在高温下的使用受限于纤维素材料的低热稳定性。另一方面，由于聚合物纸或压板具有较高的成本，因此其应用也是不令人满意的。此外，对于一些应用，需要纸或压板不仅具有合适的高热稳定性，还具有增加的机械性能，以使得纸或压板能够提供更好的电绝缘性能。
[0003]过去，已有尝试对纸或压板的性能进行改进，大部分尝试主要集中在选择不同的聚合物和不同的加工方法。照射处理，例如电子束照射处理，γ照射处理和X光照射处理是增加一些聚合物材料的交联密度的有效方法，由此增加了聚合物的机械性能。然而，直到目前，在涉及电绝缘纸或压板的申请中也鲜有关于照射处理的报道。
[0004]US 6 824 728 Β2涉及一种交联聚丙烯酸酯组合物的方法，其中，通过用电子束选择性地照射压敏粘合剂组合物，聚合物仅在特定的结构上固化，因此，可以制备结构化的压敏胶组合物。
[0005]US 3 707 692公开了一种通过用包含纤维素溶胀剂和能够与纤维素分子交联的化合物的组合物来浸渍纤维素，由此增加纤维素材料的尺寸稳定性的方法。所述交联在升高的温度下，在不存在酸性催化剂的情况下发生，并且交联的纤维素材料可用作电学装置中的绝缘器。
[0006]仍需要提供具有改进性能的纸或压板形式的电绝缘的复合物材料，所述性能例如改进的热稳定性和更好的机械性能。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种纸或压板形式的电绝缘的复合物材料，其中所述电绝缘复合物材料可以通过经由照射处理的后处理方式获得。
[0008]本发明一个方面涉及用于后处理的照射处理，其中所述用于后处理的照射处理是电子束照射、γ照射和X光照射或其结合。根据本发明的一个实施方案，所述电子束照射、γ照射和X光照射在环境空气气氛下或者在注入惰性气体的情况下进行。根据本发明的另一个实施方案，电子束照射、Y照射和X光照射的剂量为30kGy至300kGy，优选50kGy至200kGyo
[0009]本发明的另一个方面涉及电绝缘复合物材料，其中所述复合物材料由纤维和纤条体组成。根据本发明的一个实施方案，所述纤维包含以下纤维中的至少一种:聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯腈纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚磺酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯醚纤维、聚醚砜纤维、聚醚醚酮纤维、聚醚酰亚胺纤维和纤维素纤维。根据本发明的另一个实施方案，所述纤条体包含以下纤条体中的至少一种:聚丙烯腈类纤条体、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤条体、聚萘二甲酸乙二醇酯纤条体、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤条体、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤条体、聚间苯二甲酰间苯二胺纤条体和聚磺酰胺纤条体。
[0010]根据本发明的一个实施方案，基于电绝缘复合物材料的总重量计，电绝缘复合物材料中的纤维的量为5重量％至95重量％，纤条体的量为5重量％至95重量％。
[0011]根据本发明的一个实施方案，所述电绝缘复合物材料为纸或压板的形式。
[0012]本发明的另一个方面涉及包含上述电绝缘复合物材料的电学装置，例如电力变压器或电动机。
[0013]本发明的发明人出乎意料地发现，通过使用电子束照射、γ照射和X光照射进行后处理可以提供一种具有改进的机械性能和热稳定性的电学装置，尤其是高压绝缘装置。具体而言，电绝缘复合物材料在这种照射处理之后显示出显著不同的性能。例如，由聚丙烯腈纤条体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维制备的电绝缘复合物材料(实施例1)，在电子束照射处理之后，降解5%的温度从323°C升高到339°C，抗拉强度从约10MPa升高到约115MPa，并且可压缩性从3.5%降低至3.1%。
【附图说明】
[0014]下文将参照本文所附的附图示例性地说明本发明的实施方式，附图中:
[0015]图1是根据本发明的一个实施方案的方法的示意性流程图。
【具体实施方式】
[0016]下文将参照所附的附图更加详细地描述本发明的实施方式，附图中显示了特定的实施方案。但是，不同形式的其他实施方案也属于本发明公开的范围。另外，以下实施方案通过示例的方式提供，以使得本发明公开的内容更加完整，并能够向本领域技术人员完整地传达本发明公开内容的范围。
[0017]本发明提供一种纸或压板形式的电绝缘复合物材料，其中所述电绝缘复合物材料可以通过经由照射处理的后处理获得。
[0018]优选地，本发明的压板的厚度大于0.9mm。更优选地，压板的厚度为I _ 12mm，最优选为1- 8mm。本发明的纸的厚度小于0.9mm，优选小于0.8mm，更优选为0.05 - 0.5mm。
[0019]影响聚合物材料的机械性能和热稳定性的一个重要因素是交联度。术语交联用于表示大量原先可溶的直链或支链的大分子被连接在一起形成三维聚合物网络(交联聚合物、网状聚合物)，其为不可溶的，而是只能溶胀。交联可能是由于形成了共价键或非共价键(配位键、离子物理键，盐状)。交联可以在大分子的实际制造过程中和/或通过在预形成的(预)聚合物一一其通常含有官能团一一上发生反应期间进行。
[0020]通常，聚合物的交联可以通过加热或照射引发。由于一些电绝缘复合物材料的较差的热稳定性，照射处理应是进行交联的更好的方法。照射处理通常包括紫外光(UV)照射，电子束(EB)照射，γ照射和X光照射处理。特别地，UV交联是非常简单的方法，仅需要简单的涂覆和几个低压汞灯即可进行。UV交联对于具有低膜厚度的聚合物组合物的作用特别好。另一方面，ΕΒ、γ照射和X光照射技术在装置上更加昂贵，但能够适用于更大膜厚度和更快纸幅速度的交联。
[0021]本发明一个方面涉及用于后处理的照射处理，其中所述用于后处理的照射处理是电子束照射处理、γ照射处理和X光照射处理或其结合。根据本发明的一个实施方案，所述电子束照射、γ照射和X光照射在环境空气气氛下或者在注入惰性气体的情况下进行。
[0022]现认为通过电子束照射、γ照射和X光照射进行的后处理可以增加电绝缘复合物材料的交联密度，还可以诱导材料的降解。通过使用合适的照射后处理来平衡交联反应和降解反应，我们可以增加电绝缘复合物材料的热稳定性和机械特性。根据本发明，电绝缘复合物材料的热稳定性通过降解5%的温度来评价，这是本领域技术人员已知的，且常用于本领域中。例如，对于由聚丙烯腈纤条体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维制备的电绝缘复合物材料(实施例1)，在EB照射后，压板的体积增加仅有35%，远远低于相应的不进行EB照射的压板(50%)，这意味着交联密度增加。此外，在这种EB照射处理之后，压板降解5%的温度从323°C增加到339°C，压板的抗拉强度从约10MPa增加至约115MPa，压板的可压缩性从3.5%降低至3.1%，这意味着机械性能得以改进。
[0023]本发明的另一个方面涉及电绝缘的复合物材料，其中所述复合物材料由纤维和纤条体组成。纤维可以是聚合物纤维。用于纸和压板制备的聚合物纤维是短纤维，其通常由具有常规直径的普通连续纤维制成。短的聚合物纤维可以通过进一步搅打进行处理，以改进其造纸性能。所述纤条体可以是聚合物纤条体。聚合物纤条体是一种用于粘合的纤维状的粒状物，具有不规则的形状，并由聚合物溶液制备。
[0024]根据本发明的一个实施方案，所述纤维包含如下纤维中的至少一种:聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯腈纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚磺酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯醚纤维、聚醚砜纤维、聚醚醚酮纤维、聚醚酰亚胺纤维、纤维素纤维及其组合。
[0025]根据本发明的一个实施方案，所述纤条体包含以下纤条体中的至少一种:聚丙烯腈纤条体、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤条体、聚萘二甲酸乙二醇酯纤条体、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤条体、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤条体、聚间苯二甲酰间苯二胺纤条体，聚磺酰胺纤条体及其组合。
[0026]根据本发明的一个实施方案，基于电绝缘复合物材料的总重量计，电绝缘复合物材料中的纤维的量为5重量％至95重量％，优选20重量％至60重量％。根据本发明的另一个实施方案，基于电绝缘复合物材料的总重量计，纤条体的量为5重量％至95重量％，优选40重量％至80重量％。
[0027]进行了广泛的研宄后，本发明的发明人发现，在处于一定范围内的一个温度下，特定的剂量在制备电绝缘的复合物材料而不使最终材料破坏性降解上获得了良好的平衡，这具有出乎预料的整体特性，例如机械强度和热稳定性。根据本发明的一个实施方案，电子束照射、γ照射和X光照射的合适剂量为30kGy至300kGy。为了获得更好的交联，可以进一步优化该剂量。根据本发明的一些实施方案，ΕΒ、γ照射和X光照射的合适剂量优选为50kGy至200kGy。特别地，对于由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤条体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维制备的压板，优选的EB照射的剂量约为200kGy (实施例2)。更特别地，对于由聚丙烯腈纤条体和纤维素纤维制备的压板，优选的EB照射的剂量约为10kGy (实施例4).
[0028]复合物材料是电绝缘的，并且适合用作电学装置中的绝缘材料。复合物材料可以被用于例如电学装置中的电绝缘，例如在电力变压器中，由此复合物材料可以是高压绝缘材料。
[0029]如上文所提及的，电绝缘复合物材料可以在油性环境中具有尤其有利的电绝缘性能。因此，电绝缘复合物材料可以至少是部分浸油的。
[0030]本发明还提供一种包含本发明的电绝缘复合物材料的电学装置。电学装置可以是任何包含电绝缘的电学装置，例如电力变压器或电导体或电动机，它们尤其可以受益于复合物材料，例如具有改进的机械性能，在变压器的制造期