导热电绝缘材料制造技术

本发明专利技术描述了一种具有大于0.4W/m‑K的热导率的导热电绝缘纸。导热电绝缘纸为非织造纸，所述非织造纸包含芳族聚酰胺纤维、芳族聚酰胺纸浆、基料材料；以及导热填料的协同共混物，其中所述协同共混物包含初级导热填料；以及第二导热填料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导热电绝缘材料
技术介绍

本专利技术涉及适用于电绝缘应用的材料。具体地，本专利技术涉及适用于变压器、马达、发生器和其它电气装置的电绝缘材料。具体地，本技术涉及一种具有导热填料的协同共混物的导热电绝缘材料。
技术介绍
热量为电力变压器、马达、发生器和其它电气装置的不期望的副产物。较高操作温度通常减小装置寿命和可靠性以及对实际装置设计施加设计约束。在电力变压器、马达和发生器中所用的电绝缘材料(诸如常规电绝缘纸)通常为不良热导体并且可限制装置的热耗散。改善电气装置的热转移性能可以为常规电气装置设计提供较低的温度增加或者可实现新的较小电气装置设计。较低装置操作温度根据阿仑尼乌斯方程提供改善的可靠性，该方程推断，操作温度增加10℃使绝缘材料的寿命缩短一半。较低装置操作温度也可以通过减少电阻(焦耳加热)损耗来改善电气装置的效率。较低装置操作温度还可使电气装置在较高功率水平下运行或提供较高过载容量。较低温度升高也可使装置重新设计为更紧凑的装置尺寸，并且通过使用少量金属来更有效地使用原材料，这可降低总装置系统成本。热转移性能可以通过将热传递介质改变成具有更高热导率的介质或者通过将具有高热阻的材料替换成具有更低热阻或者更高热导率的材料来改善。用于电绝缘的纸包括牛皮纸或纤维素基纸、有机纸、无机/有机杂合纸和无机纸。适用于本专利技术的可商购获得的非织造纸的示例包括以商品名CeQUIN得自美国3M公司(3MCompany,USA)的那些，包括但不限于CeQUINI(约90％的无机元素)、CeQUINII(CeQUINI的两层复合物)、CeQUINX(用于B阶段应用的增强湿强度)以及CeQUIN3000(约74％的无机元素加有机纤维增强材料)；ThermaVolt无机绝缘纸、ThermaVoltAR无机绝缘纸、FLAMEBARRIERFRB(包括但不限于FLAMEBARRIER-FRB-NT压延绝缘纸和FLAMEBARRIERFRB-NC未压延绝缘纸)。可从杜邦公司(www2.dupont.com)商购获得的电绝缘材料的示例可以商品名NOMEX获得，包括但不限于NOMEX纸410型、411型(较低密度版本)、414型、418型(包含云母)、419型(418型的低密度版本)和E56型。可从SRO集团(中国)有限公司(SROGroup(China))商购获得的电绝缘材料的示例可以商品名X-FIPER获得；并且从中国烟台美士达特种纸业股份有限公司(YantaiMetastarSpecialPaperCo.,Ltd.,China)以商品名METASTAR获得。许多这些常规纸通常用于高温电绝缘应用中，在这些应用中这些纸的热稳定性、电学特性和机械特性十分重要。常规电绝缘材料通常具有0.25W/m-K或更小的热导率。当这些纸用于电磁线圈绕组时，在导体中生成的热量积聚，并且线圈的温度升高，因为热量不能有效地从线圈绕组传输出去。由于可能因常规电绝缘纸的热导率相对低而引起的热量积聚，线圈的功率密度受到限制。因此，需要较高热导率的电绝缘纸，其可改善热耗散并在电力变压器、马达、发生器和其它电气装置中提供较低装置操作和热点温度。
技术实现思路
在某些电绝缘应用中，需要在电气设备应用中达到合适性能的具有较高热导率的材料。本专利技术的材料适用于在变压器、马达、发生器以及需要电气部件绝缘的其它装置中为电气部件提供绝缘。本专利技术的至少一些实施方案提供一种导热电绝缘纸。导热电绝缘纸为非织造纸，该导热电绝缘纸包含：芳族聚酰胺纤维、芳族聚酰胺纸浆、基料材料；以及导热填料的协同共混物，其中该协同共混物包含初级导热填料；以及第二导热填料。该纸可以另外包含以下中的至少一种：丙烯酸纤维、低导热性无机填料，诸如高岭土和阻燃剂。在其它实施方案中，导热电绝缘纸包含20重量％-30重量％的有机组分，其中该有机组分的一部分是纤维状的；以及70重量％-80重量％的无机组分，其中该无机组分的一部分为导热填料的协同共混物，其中该协同共混物包含初级导热填料；以及第二导热填料。有机组分包括聚合物纤维、聚合物纸浆和基料材料的组合。并且在一些方面，该纸包括以下组合：对位芳族聚酰胺纤维、丙烯酸类纤维；对位芳族聚酰胺纸浆和丙烯酸胶乳基料材料。在一些实施方案中，无机组分还包括以下中的至少一种：低导热填料、无机阻燃剂和无机颜料。在一个示例性方面，第一导热填料为具有大于或等于40W/m-K的热导率的高热导率填料，并且第二导热填料为具有小于40W/m-K的热导率的低热导率填料。在一些实施方案中，第一导热填料为氮化硼，并且第二导热填料为以下中的至少一种：二氧化硅、氧化铝和ATH。本文所述的示例性纸的热导率大于0.4W/m-K。在一个示例性方面，示例性纸是不含纤维素的，并且同样地该纸具有适用于电绝缘系统热类155(F类)、180(H类)、200(N类)和220(R类)中的高热稳定性。如本说明书中所用：“不含纤维素的”是指仅含有痕量纤维素基材料，例如含有小于0.5重量％纤维素基材料，优选含有小于0.1重量％纤维素基材料，更优选不含纤维素基材料；“直接融合”是指无居间层，例如粘合剂层；“非织造纸”是指主要由短纤维构成的片状材料；“短纤维”是指长度短于一英寸的纤维；“MD”或“纵向”是指与材料的连续片材的卷绕方向平行的方向；并且“其它无机填料”为具有小于0.6W/m-K的热导率的无机填料。本文所述的非织造纸的至少一个实施方案的优点在于，其在导热填料的相同总体浓度下实现比具有单一高热导率填料的材料高的热导率，同时具有足够的介电强度以及良好的机械强度。所公开的非织造纸的另一种属性包括高温度热稳定性，例如，该示例性材料适用于电绝缘系统热类155(F类)、180(H类)、200(N类)和220(R类)。示例性绝缘纸表现出良好的柔韧性，使得能够在线圈内成绕组或成形，这使得它们能够用于电变压器、马达、发生器和需要电气部件绝缘的其它装置中。本专利技术的上述
技术实现思路
并非旨在描述本专利技术的每个公开的实施方案或每种实施方式。下文的详细描述更具体地示出了本专利技术的实施方案。附图说明在下文中将引用本专利技术的非限制性实施例且参考附图对本专利技术进行部分描述，在附图中：图1为示出在根据本专利技术的示例性导热电绝缘纸中由于导热填料的协同共混物而引起的热导率增强的图表。图2为示出通过比较所计算和测量的相对热导率因子获得的在根据本专利技术的示例性导热电绝缘纸中的热导率的改善的图表。虽然本专利技术可修正为各种修改形式和另选形式，但其具体形式已在附图中以举例的方式示出，并且将详细描述。然而，应当理解，本专利技术不将本专利技术限制于所描述的特定实施方案。正相反，本专利技术覆盖落入如由所附权利要求书所限定的本专利技术的范围内的所有修改、等同物和另选方案。具体实施方式在以下说明中，应当理解，其它实施方案是设想的并且可在不脱离本专利技术范围的情况下完成。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非相反的指明，否则在本说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望性能而变化。使用由端值表述的数值范围包括该范围内的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热电绝缘纸，所述导热电绝缘纸包含：芳族聚酰胺纤维；芳族聚酰胺纸浆；基料材料；以及导热填料的协同共混物，其中所述协同共混物包含第一导热填料；以及第二导热填料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.25 US 62/379,5141.一种导热电绝缘纸，所述导热电绝缘纸包含：芳族聚酰胺纤维；芳族聚酰胺纸浆；基料材料；以及导热填料的协同共混物，其中所述协同共混物包含第一导热填料；以及第二导热填料。2.根据权利要求1所述的纸，所述纸还包含丙烯酸纤维。3.根据权利要求1所述的纸，所述纸还包含其它无机填料。4.根据权利要求3所述的纸，其中所述其它无机填料包括以下中的至少一种：高岭土、滑石、云母、碳酸钙、氧化铝三水合物、蒙脱土、绿土、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、以及它们的组合。5.根据权利要求3所述的纸，其中所述其它无机填料包括高岭土。6.根据权利要求1所述的纸，所述纸还包含第三导热填料。7.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述第一导热填料为具有大于或等于40W/m-K的热导率的高热导率填料，并且所述第二导热填料为具有小于40W/m-K的热导率的低热导率填料。8.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述第一导热填料为氮化硼并且所述第二导热填料为以下中的至少一种：二氧化硅、氧化铝、碳酸钙和氧化铝三水合物。9.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述基料材料为聚合物胶乳材料，并且其中所述聚合物胶乳为以下中的至少一种：丙烯酸胶乳、丙烯酸共聚物胶乳、腈胶乳和苯乙烯胶乳。10.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述基料材料为丙烯酸胶乳。11.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述纸的所述热导率大于0.4W/m-K。12.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述芳族聚酰胺纤维为具有小于0.5英寸的长度的对位芳族聚酰胺纤维。13.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述芳族聚酰胺纸浆为对位芳族聚酰胺纸浆。14.根据前述权利要求中任一项所述的纸，其中所述纸是不含纤维素的。15.一种导热电绝缘纸，所述导热电绝缘纸包含：20重量％至30重量％的有机组分，其中所述有机组分的一部分是纤维状的；以及70重量％至80重量％的无机组分，其中所述无机组分的一部分为导热填料的协同共混物，其中所述协同共混物包含第一导热填料；以及第二导热填料。16.根据权利要求15所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：米切尔·T·黄，罗伯特·H·特平，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US