抗局部放電的導線搪瓷組合物和抗局部放電的磁導線的製作方法
2023-05-01 15:59:46
專利名稱：抗局部放電的導線搪瓷組合物和抗局部放電的磁導線的製作方法
技術領域：
本發明涉及抗局部放電的導線搪瓷組合物和抗局部放電的磁導線。
電絕緣材料的局部放電損壞的原理，據推測是由局部放電所產生的已充電顆粒與絕緣材料碰撞，碰撞導致絕緣材料的聚合物鏈斷開，並且因濺射和局部升溫引起熱分解，另外，局部放電產生的臭氧引起化學損壞和絕緣材料損壞，這些損壞的發展最終導致電動機械線圈的絕緣失效。
近來廣泛使用的變換控制裝置中的局部放電損壞，據推測是由這種現象造成的，即一個高壓衝擊重疊成為一個變換脈衝，導致變換控制裝置線圈的損壞。
與此相反，經模壓絕緣處理或夾層絕緣處理的常用高壓轉換器中的局部放電損壞，是由絕緣層中產生的細微空腔造成的。
作為不容易被局部放電損壞的絕緣材料，公知的是諸如金屬氧化物、金屬氮化物、玻璃、雲母等的無機絕緣材料。
另外，作為具有優異的抗局部放電損壞的磁導線，公知的是通過塗覆導線搪瓷組合物製備的磁導線，該組合物通過將諸如二氧化矽、氧化鋁、氧化鈦等的無機絕緣材料微粉分散來製備。
在這種抗局部放電的的磁導線中，絕緣塗料中無機絕緣材料微粉的含量越高，抗局部放電損壞的能力越強。
然而，在絕緣塗料中含有大量無機絕緣材料微粉的磁導線中，柔韌性、軟化性能、卷繞性能、可拉伸性能等都變差。如果電動機械線圈用柔韌性、軟化性能、卷繞性能、可拉伸性能等都變差的磁導線製成，在磁導線的塗層中將形成許多裂紋。因此，就不能發揮提高抗局部放電損壞能力的作用。
一種具有多層結構的分散有無機絕緣材料的磁導線，可用於同時滿足提高抗局部放電的損壞能力和改善柔韌性、軟化性能、卷繞性能、可拉伸性能等的要求。
圖1和2示出這種具有多層結構的分散有無機絕緣材料的磁導線的剖面圖。在圖1和2中，1表示導體，2表示聚醯胺-醯亞胺底塗層，3表示分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層，4表示聚醯胺-醯亞胺面塗層。
圖1中所示的具有多層結構的分散有無機絕緣材料的磁導線，包括導體1、塗覆在導體1上的分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層3，以及塗覆在分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層3上的聚醯胺-醯亞胺面塗層4。
圖2中所示的具有多層結構的分散有無機絕緣材料的磁導線，包括導體1、塗覆在導體1上的聚醯胺-醯亞胺底塗層2、塗覆在聚醯胺-醯亞胺底塗層2上的分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層3，以及塗覆在分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層3上的聚醯胺-醯亞胺面塗層4。
然而，在圖1和圖2中所示的上述磁導線中，大量無機絕緣材料分散在分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層3中，因此，柔韌性、軟化性能、卷繞性能、可拉伸性能等必然不如那些普通的經塗覆導線。例如，如果將這些磁導線拉伸10％後卷繞，在分散有無機絕緣材料的導線搪瓷組合物塗層3上就形成裂紋。
另外，在分散了大量無機絕緣材料的導線搪瓷組合物中，由於無機絕緣材料沉積或泛白的結果，顯示出對磁導線表面光滑度變差或電絕緣性和機械性能降低的擔憂。
基於上述問題提出了本發明，其目的是解決上述現有技術的問題，並提供一種其中的無機絕緣材料具有優異分散性的抗局部放電的導線搪瓷組合物，和同時具有柔韌性和抗局部放電損壞性的抗局部放電的磁導線。
本發明的抗局部放電的導線搪瓷組合物，是其中分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠的導線搪瓷組合物，所述導線搪瓷組合物含有100重量份導線塗料樹脂，和3～100重量份選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的至少一種微粒。
另外，本發明的抗局部放電的磁導線，是通過直接在導體上或在導體上的其他塗層上塗覆抗局部放電的導線搪瓷組合物並烘烤而得到的磁導線，所述導線搪瓷組合物中，分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠，並含有100重量份導線塗料樹脂和3～100重量份選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的至少一種微粒。
在本發明中，對於每100重量份的導線搪瓷組合物中導線塗料樹脂的含量，選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的微粒的含量為3～100重量份。如果含量小於3重量份，改善抗局部放電損壞的效果就不足，如果超過100重量份，柔韌性和抗拉伸性能將變差。
本發明的前景是，將含有與導線搪瓷組合物具有優異相容性的分散介質和分散在其中的選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的至少一種微粒的透明或乳白色的膠體(該膠體指溶膠)，分散在導線搪瓷組合物中，使微粒均勻分散。此時，優選的是使用平均粒徑為100nm(100×10-9m)或更小的金屬氧化物微粒或氧化矽微粒，以實現導線搪瓷組合物塗層的光滑或柔韌性。
在本發明的磁導線中，由其中分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠的導線搪瓷組合物組成的塗層可形成最外層。本發明磁導線的另一部分，是給磁導線帶來優異的滑動性能的潤滑塗層，該塗層可在由本發明導線搪瓷組合物組成的塗層上形成。
圖1是面塗了聚醯胺-醯亞胺的分散有無機絕緣材料的普通磁導線的剖面圖。
圖2是底塗了聚醯胺-醯亞胺、面塗了聚醯胺-醯亞胺的分散有無機絕緣材料的普通磁導線剖面圖。
圖3是實施例1的抗局部放電的經塗覆導線的剖面圖。
圖4是實施例3的面塗了潤滑的聚醯胺-醯亞胺的抗局部放電的磁導線的剖面圖。
以下描述本發明的抗局部放電的導線搪瓷組合物和抗局部放電的磁導線的在本發明中，銅線、鋁線、鎳線等可用作導體。
本發明的基本導線塗料可以是所有工業可用的導線搪瓷組合物，包括例如縮甲醛導線搪瓷組合物、聚酯導線搪瓷組合物、聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物、聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物、聚醯亞胺導線搪瓷組合物等。
本發明優選使用的金屬氧化物微粒溶膠，在導線搪瓷組合物中具有優異的可分散性，並具有改善抗局部放電性的能力，它包括例如氧化鋁微粒溶膠、氧化鋯微粒溶膠、氧化鈦微粒溶膠、氧化釔微粒溶膠等。本發明中優選使用的氧化矽微粒溶膠例如是二氧化矽微粒溶膠。另外，這些溶膠可以是溶劑可替代的。
本發明中優選使用的用於金屬氧化物微粒溶膠或氧化矽微粒溶膠的分散介質與導線搪瓷組合物有優異的可溶性，如水、甲醇、二甲基乙醯胺、甲基乙基異丁基酮、二甲苯/丁醇混合溶劑等。
另外，如果普通金屬氧化物或氧化矽以微粒狀態分散在導線搪瓷組合物中，則只有在每100重量份的包含在導線搪瓷組合物中的導線塗料樹脂中，金屬氧化物或氧化矽的含量達到50重量份或更多時，經塗覆導線的抗局部放電損壞性才會得到改善。另一方面，在本發明中，即使金屬氧化物微粒或氧化矽微粒的用量為3重量份，也能對提高抗局部放電的損壞性能發揮顯著作用。其原因是通過將金屬氧化物微粒溶膠或氧化矽微粒溶膠分散在導線搪瓷組合物中，就得到表現出均勻分散性的抗局部放電的導線搪瓷組合物，而通過將這種抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在導體上，就能得到同時具有優異的延伸性和抗局部放電損壞性的抗局部放電的經塗覆導線。
同樣，本發明的抗局部放電的磁導線除了具有優異的延伸性和抗局部放電損壞性外，還表現出各種優異的性能，如外觀、封閉附著力、柔韌性等。由於這種原因，在本發明的抗局部放電的磁導線中，底塗層或面塗層就可省去。當然，如果需要，在本發明的抗局部放電的導線搪瓷組合物塗層下或塗層上可提供底塗層或面塗層。
另外，在本發明的抗局部放電的磁導線中，如果需要，也可以提供自潤滑塗層作為最外層。
實施例以下列舉本發明的抗局部放電的導線搪瓷組合物和抗局部放電的磁導線的
(實施例1)將二氧化矽溶膠(分散介質二甲苯/丁醇，二氧化矽的平均粒徑12nm)加入三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有20重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有二氧化矽微粒的導線搪瓷組合物塗層。
圖3表示這樣得到的實施例1的抗局部放電的磁導線的剖面圖。在圖3中，1表示導體，10表示分散有微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
(實施例2)將二氧化矽溶膠(分散介質二甲苯/丁醇，二氧化矽的平均粒徑12nm)加入三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有60重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有二氧化矽微粒的導線搪瓷組合物塗層。
(實施例3)將二氧化矽溶膠(分散介質二甲苯/丁醇，二氧化矽的平均粒徑12nm)加入三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有30重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到32μm厚的分散有二氧化矽微粒的導線搪瓷組合物塗層。
另外，將潤滑的聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物(HI-406SL，日立化學公式製造)塗覆在抗局部放電的導線搪瓷組合物塗層上，通過塗覆和烘烤得到3μm厚的自潤滑塗層。
圖4表示實施例3潤滑的抗局部放電的磁導線的剖面圖。在圖4中，1表示導體，10表示分散有二氧化矽溶膠的導線搪瓷組合物塗層，11表示潤滑的聚醯胺-醯亞胺外塗層。
(實施例4)將二氧化矽溶膠(分散介質二甲基乙醯胺，二氧化矽的平均粒徑30nm)加入聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有40重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有二氧化矽微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
(實施例5)
將二氧化矽溶膠(分散介質二甲基乙醯胺，二氧化矽的平均粒徑30nm)加入聚醯胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有40重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有二氧化矽微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
(實施例6)將氧化鋯溶膠(分散介質水，氧化鋯的平均粒徑70nm)加入聚醯胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有40重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有金屬氧化物微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
(實施例7)將氧化鋁溶膠(分散介質水，氧化鋁的平均粒徑10～20nm)加入聚醯胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有40重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有金屬氧化物微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
(實施例8)將聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆4次並烘烤，得到20μm厚的聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗層。
將二氧化矽溶膠(分散介質二甲基乙醯胺，氧化鋁的平均粒徑12nm)加入聚醯胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有40重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗層上，塗覆2次並烘烤，得到10μm厚的分散有二氧化矽微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
另外，通過塗覆和烘烤將聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗覆在分散有二氧化矽微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層上，得到5μm厚的聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗層。
該實施例8的抗局部放電的磁導線是具有聚醯胺-醯亞胺底塗層、抗局部放電的中間塗層和聚醯胺-醯亞胺面塗層的三層結構的磁導線。
(比較例1)將二氧化矽溶膠(分散介質二甲苯/丁醇，二氧化矽的平均粒徑12nm)加入三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有2重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有二氧化矽微粒的導線搪瓷組合物塗層。
(比較例2)將二氧化矽溶膠加入三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到每100重量份導線塗料樹脂中含有120重量份二氧化矽微粒的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
然後，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的分散有金屬氧化物微粒溶膠的導線搪瓷組合物塗層。
(比較例3)將三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆4次並烘烤，得到20μm厚的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物塗層。
將65重量份二氧化矽微粒(不以溶膠形式，平均粒徑50nm)加入100重量份三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物中，攪拌混合得到抗局部放電的導線搪瓷組合物。
通過2次塗覆和烘烤，將所得抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆在聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物塗層上，得到10μm厚的分散有二氧化矽微粒的導線搪瓷組合物塗層。
另外，將聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗覆在分散有二氧化矽微粒的導線搪瓷組合物塗層上，得到5μm厚的聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗層。
該比較例3的抗局部放電的磁導線是具有聚酯醯亞胺底塗層、抗局部放電的的中間塗層和聚醯胺-醯亞胺面塗層的三層結構的磁導線。
(比較例4)將三-(羥乙基異氰尿酸酯)改性的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的聚酯醯亞胺導線搪瓷組合物塗層。
(比較例5)將聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗覆在直徑1.0mm的銅導體上，塗覆7次並烘烤，得到35μm厚的聚醯胺-醯亞胺導線搪瓷組合物塗層。
實施例和比較例的磁導線的結構和性能示於表1到表5中。磁導線通用性能的測試根據JIS-C3003進行。抗局部放電的性能的評價通過以下方法進行將磁導線試樣在正常條件下進行V-t性能測試(電壓-局部放電壽命時間性能測試)、拉伸10％後的V-t性能測試(電壓-局部放電壽命時間性能測試)，和拉伸20％後的V-t性能測試(電壓-局部放電壽命時間性能測試)。在表1到5中，三-(羥乙基異氰尿酸酯)縮寫為THEIC。
表1
表2
表3
表4
表5
從表1到5可知，在比較例1的抗局部放電的磁導線中，其中分散的二氧化矽溶膠用量僅為2重量份二氧化矽含量，正常條件下和拉伸後的V-t性能(抗局部放電的性能)相當差，達1.0～1.5小時。
在比較例2的抗局部放電的磁導線中，其中分散的二氧化矽溶膠用量為120重量份二氧化矽含量，正常條件下的抗局部放電的性能優異，然而，拉伸後的抗局部放電的性能相當差，達1.03～2.9小時。
在比較例3的普通型抗局部放電的磁導線中，拉伸後的抗局部放電的性能相當差，達0.1～0.2小時。在比較例4的聚酯醯亞胺磁導線中，拉伸後的抗局部放電的性能相當差，達0.28～0.3小時。在比較例5的聚醯胺-醯亞胺磁導線中，正常條件下和拉伸後的抗局部放電的性能相當差，達0.17～0.18小時。
然而，在實施例1到8的抗局部放電的經塗覆導線中，各種常規性能如外觀、柔韌性、塗層硬度、絕緣擊穿電壓等都很優異，而優異的抗拉伸性能和優異的抗局部放電的損壞性能也同時得到滿足。
本發明的抗局部放電的導線搪瓷組合物具有優異的均勻分散性和透明性，因而，如果將本發明的抗局部放電的導線搪瓷組合物塗覆並烘烤附著在導線上，就能得到同時具有優異的抗拉伸性能和優異的抗局部放電損壞性的抗局部放電的磁導線。這樣得到的本發明抗局部放電的經塗覆導線在各種常規性能如外觀、柔韌性、塗層硬度、絕緣擊穿電壓等上也是優異的，這在工業上是很有用的。
權利要求
1.一種抗局部放電的導線搪瓷組合物，該組合物中分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠，所述導線搪瓷組合物含有100重量份導線搪瓷塗料樹脂和3～100重量份選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的至少一種微粒。
2.權利要求1的抗局部放電的導線搪瓷組合物，其中金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠是透明或乳白色的膠質液體，該溶膠含有平均粒徑為100nm(100×10-9m)或更小的金屬氧化物微粒或氧化矽微粒，所述微粒分散在與導線搪瓷組合物具有優異相容性的分散介質中。
3.一種通過將導線搪瓷組合物直接塗覆在導體上或塗覆在該導體上的其它塗層上，並烘烤而得到的抗局部放電的磁導線，所述導線搪瓷組合物分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠，所述導線搪瓷組合物含有100重量份導線搪瓷塗料樹脂和3～100重量份選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的至少一種微粒。
4.權利要求3的抗局部放電的磁導線，其中金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠是透明或乳白色的膠質液體，該溶膠含有分散在與導線搪瓷組合物具有優異相容性的分散介質中的、平均粒徑為100nm(100×10-9m)或更小的金屬氧化物微粒或氧化矽微粒。
5.一種由如下方法得到的抗局部放電的經塗覆導線，包括給通過將導線搪瓷組合物直接塗覆在導體上或塗覆在該導體上的其它塗層上，並烘烤而製成的塗層的外圍提供潤滑塗層，所述導線搪瓷組合物中分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠。
全文摘要
本發明提供了一種抗局部放電的導線搪瓷組合物,其中分散有選自金屬氧化物微粒溶膠和氧化矽微粒溶膠的至少一種微粒溶膠,且每100重量份導線搪瓷塗料樹脂中,含有3～100重量份選自金屬氧化物微粒和氧化矽微粒的至少一種微粒。因此可以得到具有優異的無機微粒分散性的抗局部放電的導線搪瓷組合物。
文檔編號H01B3/10GK1310144SQ0111192
公開日2001年8月29日 申請日期2001年2月16日 優先權日2000年2月16日
發明者菊池英行, 鐵芳之 申請人:日立電線株式會社