复合片材及其制造方法技术

一种复合片材，它由一种用纤维状有机化合物构成的模塑件、用无机填料增强的有橡胶弹性的基体树脂复合而成。该复合片材的内部空隙率不大于１０％，比重在１～２之间，厚度方向的导热率不小于０．４Ｗ／ｍＫ。该复合片材，电绝缘性和导热性兼备，耐热性和挠性优越，可以适用于散热性能得到改善的电气设备。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种导热性、耐热性、电气性能、耐药品性以及机械性能等都非常优越的。更具体而言，本专利技术涉及适于用作旋转电机、变压器领域电绝缘材料的复合片材。进一步来说，本专利技术涉及配有这种复合片材的电气设备。
技术介绍
迄今，要求耐热性的电绝缘领域正使用着以耐热高分子为原料的模塑件。特别是含芳族聚酰胺(以下叫做Aramid)的模塑件是一种优越的工业材料，该材料具备由其分子结构而来的耐热性、耐药品性、阻燃性。其中，由聚间亚苯基间苯二甲酰胺的纤条体(fibrid)及纤维制成的薄纸(商品名Nomex(注册商标))正被广泛地用作耐热性优良的电绝缘纸。近几年来，旋转电机、变压器领域的机器日趋小型化，目的在于削减构件和节省空间。为实现这一目的，人们非常希望有导热性优良的电绝缘材料，能使旋转部分或线圈产生的热量迅速消散。迄今所用的Aramid薄纸因其内部含有空气而导热不良，因而目前还没有完全符合上述要求的材料。迄今，作为功率晶体管、闸流晶体管等发热电子部件的主要散热片材，正在研究的有良导热填料加到高耐热硅酮树脂中的聚有机硅氧烷(即硅酮树脂)组合物及模塑件。这种单用硅酮树脂不能实现的导热性，借助加入填料而得到改善。(1)特开昭52-14654号公报中公开了一种聚有机硅氧烷组合物，该组合物包含聚有机硅氧烷、聚有机氢硅氧烷与硅土系填料、碳酸锌粉以及铂催化剂。(2)特开昭53-155506号公报中公开了一种导热性硅酮橡胶组合物，它是向聚有机硅氧烷中加入氮化硼、低分子量聚有机硅氧烷以及硬化剂形成的。(3)特开昭56-2349号公报中公开了一种良导热的散热用橡胶状模塑件，它是把填料、有机过氧化物催化剂及硅酮油配混到聚二有机硅氧烷中，然后硫化成型。象这些具有电绝缘性和导热性的硅酮树脂组合物及模塑件是公知的。但(1)～(3)的硅酮树脂组合物及模塑件的不足之处是硅酮树脂原有的易撕裂性不仅没克服，反而因填料量多，使其机械强度受损。为了解决这一问题，提出象下面那样用其他材料来增强硅酮树脂。(4)特开昭58-21446号公报中公开了一种导热性绝缘片材的制造方法，其特征在于，把提高导热性的填料配混到一种加成聚合型液态硅酮橡胶中，将制成的混合物涂布到增强的织物或非织造织物上进行片材成型，而后进行交联。这里所说的织物或非织造织物是指由玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维等无机纤维，或聚酯、氟树脂等有机纤维中的任一种制成的织物。(5)特开昭58-219034号公报中公开了一种电绝缘性散热橡胶片材的制造方法，该方法包括把含有氧化铝粉末的流动性硅酮橡胶组合物涂布到网状绝缘物上，随后使之固化。此处所谓的网状绝缘物是指织物、编织物、非织造织物和它们的层合物，在具有与硅酮树脂耐热性匹敌的耐热性玻璃纤维中可以举出石棉、碳化硅纤维等实例。该(4)、(5)两项都采用流动性好、低粘度的硅酮树脂，以便促使与增强材料形成整体。在这种导热性优良的硅酮树脂片材制造时，用纤维制成的织物、非织造织物增强，以使撕裂强度改善的方法是众所周知的。但是，这些制造方法只是希望用于促进功率晶体管、闸流晶体管等的发热性电气电子部件的散热，对于旋转电机、变压器之类电气设备所用的电绝缘材料来说，未必总能适用。在旋转电机、变压器的电绝缘材料的情况下，除电绝缘性以外，还有下列特性是特别重要的。(A)长期可靠性在大型旋转电机、变压器领域中，所要求的耐热温度往往达到155℃～180℃。特别是在近几年来设备的小型化和高度集成化过程中，为了确保在更严酷环境下的长期可靠性，能够自然地使用的材料受到限制。为此，作为增强材料，具有耐热性等于或高于硅酮树脂的材料是优选的。(B)耐热骤变性电机绝缘材料用于那些频繁地反复加热-冷却的部位。因此，为了防止热骤变带来的剥离和微小破坏，关键在于选择那些线膨胀系数与硅酮树脂相同(2～5×10-5/度)的具有相同耐热性的材料。(C)低介电常数作为主绝缘材料使用的场合下，当外加交流电场时，绝缘材料因内部的电损失而发热。其发热程度与绝缘材料的介电常数和介电损失的乘积成正比。因此，这两个数值越小越好。(D)挠性用作旋转电机、变压器中导体的绝缘胶带时，为了实现与导体充分配合，形成无皱褶的“膜卷”状态，对胶带进行适度的拉伸是必要的。(E)轻量性作为设备小型化的重要因素，绝缘材料的轻量性是一个不可忽视的方面。(F)无空隙空隙即有独立的气泡，与电晕发生原因有关，同时又是妨碍导热的主要原因，这不是人们所希望的。从上述观点可以指出，采用过去所建议的制造方法制成的、用织物和非织造织物增强的导热性硅酮树脂片材存在着如下问题。即，在长期可靠性方面，上述无机纤维及高耐热性有机纤维是可取的。但无机纤维存在的问题是(a)线膨胀系数小(如E玻璃纤维5×10-6/度)、(b)介电常数大(如E玻璃介电常数6.7-(1Mz))、(c)由于拉伸度小(通常小于2％)，因此用无机纤维织物、非织造织物增强的硅酮树脂片材的挠性差。而且一般由于无机纤维比重大于有机化合物，不利于轻量化。另一方面，有机纤维中，耐热性等于或高于硅酮树脂的，限于芳族聚酰胺纤维、聚醚醚酮纤维、聚四氟乙烯纤维等。而当有机纤维织物用作增强材料时，实用上还存在着如下问题(d)其纵横向的各向异性大、(e)由于是受约束的结构物，在片材使用过程中，相互粘合的纤维与硅酮树脂之间产生的“移动差”会使粘合性缓慢减弱、(f)不易纵裂成带材、(g)织物一般较贵。况且，用上述耐热性非织造织物与加成聚合型液态硅酮橡胶进行片材成型时，前者的保液性不足，可能影响产量。另外，上述(4)和(5)两种制造方法中，还没有完全顾及到特别是变压器要注意的空隙的消除。
技术实现思路
象这样，目前的状况可以说的确没有一种兼有电绝缘性和导热性的、既耐热又柔软的片材，以充分满足变压器、旋转电机应用的要求。因此，本专利技术的目的是提供一种电绝缘性和导热性兼备，耐热性和挠性优越的。本专利技术的目的还提供一种配有这种复合片材、使散热性能得到改善的电气设备。本专利技术人鉴于上述状况，为解决上述课题，进行大力研究的结果，以具有橡胶弹性的树脂为母体，用纤维状有机化合物构成的模塑件和无机填料予以增强，使其内部空隙率不大于10％，比重在1～2之间，使该复合片材具有优越的性能，从而找到上述问题的解决办法，达到了本专利技术的目的。这就是说，1)按照本专利技术的第1实施方案所提供的复合片材，其特征在于，它包含纤维状有机化合物构成的模塑件、无机填料，及用上述的模塑件和上述无机填料予以增强的、由有橡胶弹性的树脂构成的基体树脂，复合片材内部空隙率在10％以下，比重在1～2之间，厚度方向的导热率在0.4W/mK以上。2)上述1)中所述的复合片材中，由该纤维状有机化合物构成的模塑件可以是一种用Aramid纤条体和Aramid纤维制成的Aramid纸；上述无机填料的导热率不小于1W/mK(20℃)。3)上述2)中所述的复合片材中，上述Aramid纸的坪重为10g/m2～200g/m2，可以至少含该Aramid纸5％(重量)。4)上述2)或3)中所述的复合片材中，构成上述Aramid纸的芳族聚酰胺优选是聚间亚苯基间苯二甲酰胺。5)上述1)～4)任一项中所述的复合片材中，该无机填料的导热率优选是在20℃不小于5W/mK。6)上述1)～5)任一项中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合片材，其特征在于，该片材包含由纤维状有机化合物构成的模塑件、无机填料、用该模塑件和该无机填料增强的、有橡胶弹性基体树脂，该片材的内部空隙率不大于１０％，比重在１～２之间，厚度方向的导热率不小于０．４Ｗ／ｍＫ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中石昭夫，
申请(专利权)人：杜邦帝人先进纸有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]