用于变压器的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种复合材料，尤其是用于变压器的复合材料，该复合材料包括第一和第二晶粒取向的电工钢带层和设置在其间的聚合物层，其中该聚合物层由交联的高分子量的丙烯酸酯基共聚物组成，并且层厚在3至10μm范围内。

Composite materials for transformers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于变压器的复合材料
本申请涉及复合材料，特别是用于变压器的复合材料，和用于制造根据本专利技术的复合材料的方法。在另一方面，本专利技术涉及铁芯和变压器。此外，本专利技术涉及一种生产铁芯的方法。
技术介绍
在由现有技术中已知的变压器中，晶粒取向的电工钢带以层压片的形式安装。由于磁致伸缩效应，其在施加交流电时振荡，这导致变压器的特征性嗡嗡声。由于变压器也安装在住宅区内或附近，因此必须采取额外的消声措施以减少噪音污染。这些措施非常昂贵。其它由现有技术中已知的减少噪声污染的方法是结构声吸收复合板，其安装在变压器中。例如，US6,499,209B1公开了一种由多个复合片材制成的变压器。这里，单独的复合片材由两个外磁性层和安置在其间的粘弹性膜组成，该膜厚度约为25μm并且基于交联的丙烯酸聚合物。尽管由于相应大的层厚度，这种系统具有所需的声学特性和合适的粘合力值，但是已知的系统仍然不具有足以用于变压器的磁性能，并且不能在使用这些系统时在铁芯中可实现的足够铁填充系数。因此，这些复合片材具有进一步的发展潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种相对于现有技术进行改进的复合材料，特别是提供一种用于变压器的复合材料，与整体电工钢带相比，该复合材料具有改进的性能。该目的通过具有权利要求1的特征的复合材料实现。本专利技术的有利实施例和变体方案由从属权利要求和以下说明中给出。根据本专利技术，复合材料，特别是用于变压器的复合材料，包括晶粒取向的第一和第二电工钢带层以及布置在其间的聚合物层，其中聚合物层由交联的高分子量丙烯酸酯基共聚物构成并且层厚度在3至10μm的范围内。令人惊奇地发现，与现有技术中已知的复合材料相比，根据本专利技术的复合材料具有在整体电工钢带范围内的经定义的软磁特性。根据DINEN60404-2测定，复合材料的损耗在P1.7；50Hz下优选在0.60至1.0W/kg的范围，更加优选为0.60至0.90W/kg的范围，最优选为0.60至0.8W/kg的范围，和/或在J800下场强在1.88至1.96T的范围内，更优选场强为1.90至1.96T。此外，令人惊讶地发现，在随后的变压器领域中的应用中，根据本专利技术的复合材料具有与现有技术中相当的铁填充系数，因此性能没有下降。优选地，使用根据本专利技术的复合材料的变压器中的铁填充系数为96.0％至99.0％，更优选为98.0％至99.0％，还要更优选为98.3％至99.0％。通过使用根据本专利技术的复合材料不仅能主动地显著降低变压器中产生的结构噪声，而且此外还允许通过例如改变所使用的电工钢带厚度来提高效率。通过使聚合物层由交联的高分子量丙烯酸酯基共聚物构成，振动和/或振荡可以被更好地吸收并转化成热能。由此，实现了结构噪声的显著降低，从而显著减少或甚至完全消除了二次声学措施的使用。电工钢带片材的磁滞损耗强烈取决于所用片材的厚度。通常，电工钢带的厚度越小，损耗越低。通过使用根据本专利技术的复合片材，与厚度为例如0.40mm的电工钢带相比，可以将厚度为0.20mm的相应更好质量的两个电工钢带胶合在一起。根据变压器类型，这可以显著提高变压器的效率，或者允许以相同的效率构造更小的变压器。在实践中，复合材料本身以及由其生产的组件有时会与各种部分非常具有侵蚀性的油接触，这些油会侵蚀聚合物层并因此导致分层。因此，希望聚合物层耐受这种技术油类。因此，已发现当高分子量的交联丙烯酸酯基共聚物优选由至少一种丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元(其中两者都具有1至12个碳原子的烷基)，缩水甘油基单体单元，不饱和羧酸单体单元的共聚混合物和交联剂组成时，不会看出聚合物层的溶胀或复合材料的分层。在更优选的实施形式中，高分子量的交联丙烯酸酯基共聚物仅由两种组分组成，即共聚混合物和交联剂。在进一步优选的实施形式中，共聚的混合物由至少一种丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元(其中每个单体单元具有含1至12个碳原子的烷基)，缩水甘油基单体单元和不饱和羧酸单体单元组成。优选地，缩水甘油基单体单元选自：烯丙基缩水甘油醚，缩水甘油基丙烯酸酯，缩水甘油基甲基丙烯酸酯和/或其混合物。优选地，丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元具有含4-12个碳原子的烷基。如果聚合物层的玻璃化转变温度高于-15℃，则在优选的实施形式中，可以向待共聚的混合物中加入具有1-4个碳原子的烷基的丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元。根据一个优选的实施形式，高分子量的交联丙烯酸酯基共聚物的组成为：至少55重量％至85重量％的丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元的共聚混合物，其中每种单体单元具有带有4-12个碳原子的烷基；0-35重量％的丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元，其中两者具有含1-4个碳原子的烷基；0.01％-2重量％的缩水甘油基单体单元的重量％；1重量％至15重量％，更优选3重量％至13重量％的不饱和羧酸单体单元；和0.05重量％至1重量％的交联剂。优选地，共聚混合物的平均摩尔质量为500-1500kDa，更优选600-1000kDa，甚至更优选700-900kDa，最优选800kDa±20kDa。这里通过GPC确定平均摩尔质量。使用聚苯乙烯标准品用于校准。优选地，具有含4-12个碳原子的烷基的丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元选自丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸异辛酯，丙烯酸丁酯，2-甲基丁基丙烯酸酯，4-甲基-2-戊基丙烯酸酯，甲基丙烯酸异癸酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物。优选地，不饱和羧酸单体单元选自丙烯酸，甲基丙烯酸，富马酸和/或其混合物。优选的混合物由丙烯酸和甲基丙烯酸组成，由丙烯酸和富马酸组成，或由甲基丙烯酸和富马酸组成。根据优选的实施形式，共聚借助于溶剂混合物，优选乙酸乙酯和丙酮的混合物进行。溶剂混合物优选具有允许在68至78℃范围内回流的比例。共聚期间的固体含量优选为40-60重量％。优选使用AIBN作为共聚合的自由基引发剂。此外，共聚合优选在氮气气氛下进行，从而获得高分子量，优选平均摩尔质量≥500kDa的共聚物。交联剂优选选自乙酰丙酮铝(AlACA)，乙酰丙酮铁(FeACA)，乙酰丙酮钛(TiACA)或乙酰丙酮锆(ZrACA)。根据另一个优选的实施形式，电工钢带层的层厚度在50至1500μm，更优选在100至500μm，甚至更优选在150至350μm，最优选在180至270μm的范围。为了生产根据本专利技术的复合材料，可以使用具有相同厚度或不同厚度的两个电工钢带层。根据另一个优选的实施形式，晶粒取向电工钢带层具有一个或优选2至5个，更优选2至3个表面层，其层厚度分别为0.3至5μm，更优选1至2.5μm。表面层在晶粒取向电工钢带层的硅酸铁部分上施加拉伸应力，使得各个片材和成品变压器的磁损耗之间的差异(所谓的构造因子)最小化。每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合材料，尤其用于变压器的复合材料，其包括/n-晶粒取向的第一和第二电工钢带层和/n-设置在其间的聚合物层，其中该聚合物层由交联的、高分子量丙烯酸酯基共聚物组成，其层厚为3至10μm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.复合材料，尤其用于变压器的复合材料，其包括
-晶粒取向的第一和第二电工钢带层和
-设置在其间的聚合物层，其中该聚合物层由交联的、高分子量丙烯酸酯基共聚物组成，其层厚为3至10μm。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述交联的、高分子量丙烯酸酯基共聚物由共聚混合物和交联剂组成，
所述共聚混合物至少为下述单体单元：
-丙烯酸烷基酯单体单元和/或甲基丙烯酸烷基酯单体单元，其中两者都具有含1至12个碳原子的烷基，
-缩水甘油基单体单元，
-不饱和羧酸单体单元。


3.根据权利要求2所述的复合材料，其中所述共聚混合物的平均摩尔质量为500-1500kDa。


4.根据权利要求1至3中任意一项所述的复合材料，其中晶粒取向的电工钢带层的层厚度在50-1500μm。


5.根据权利要求1至4中任意一项所述的复合材料，其中所述电工钢带层具有层厚度在0.5至2μm范围内的绝缘层。


6.用于连续生产复合材料的方法，所述方法包括以下方法步骤：
-提供晶粒取向的第一电工钢带层，
-用由高分子量的丙烯酸酯基共聚物和交联剂组成的聚合物组合物涂覆第一电工钢带层，
-加热经涂层的晶粒取向的第一电工钢带层，
-提供和加热晶粒取向的第二电工钢带层，
-层压两个晶粒取向的所述电工钢带层，以获得具有聚合物层的复合材料，所述聚合物层由高分子量的交联丙烯酸酯基共聚物组成，其具有3至20μm的...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·黑希特，卢德格尔·拉恩，雷吉斯·勒迈特，卡斯滕·舍佩尔斯，王潮湧，英戈·罗格纳，托比亚斯·莱韦，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司，蒂森克虏伯电工钢有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE