Электроизоляционная бумага и электроизоляционный материал на ее основе

 

Сущность изобретения: электроизоляционная бумага содержит полиарамидные фибриды и смесь полиэфирных волокон с различной линейной плотностью соответственно равной 0,12 0,22 и 0,33 0,60 текс. Она также может дополнительно содержать поливинилспиртовое волокно. Электроизоляционный материал выполнен из одного или двух слоев вышеуказанной электроизоляционной бумаги и слоя полиэфирной пленки, соединенной с помощью связующего со слоем или слоями электроизоляционной бумаги. В качестве связующего он содержит смесь полиэфирной и эпоксидной смолы при их соотношении 1 5 5 1. Связующее дополнительно может содержать отвердитель, например, полиизоцианат. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к электроизоляционным бумагам и композиционным материалам на основе бумаг в сочетании с термостойкими полимерными пленками.

Известны и широко применяются в электротехнике бумаги на основе полиарамидных [1] и полиэфирных волокон [2] Наиболее близкой к предлагаемой бумаге по технической сущности является электроизоляционная бумага, содержащая полиарамидные фибриды и волокнистый компонент из полиэфирного волокна. При этом полиэфирные волокна имеют одинаковую линейную плотность [3] Эта известная бумага имеет недостаточно равномерную структуру, а высокая сомкнутость и гладкость поверхности этой бумаги ограничивают возможность ее использования в производстве электроизоляционных композиционных материалов.

Известен электроизоляционный материал на основе электроизоляционной бумаги, выполненный из одного или двух слоев указанной бумаги, содержащей волокнистый компонент из полиэфирных волокон, и слоя полиэфирной пленки, соединенной со слоем или слоями бумаги с помощью связующего. В качестве связующего используют полиамидную или полиимидную смолу [4] При этом связующее наносят на электроизоляционную бумагу в два приема. Сначала на бумагу наносят лаковый слой на основе полиимида, затем после сушки лаковый слой полиамида, после чего бумагу вновь подвергают сушке каландрированию при температуре 190-210^оС и давлении 6 кг/м². После такой обработки бумага дублируется с полиэтилентерефталатной пленкой при температуре 50^оС и скорости 6 м/мин.

Процесс получения такого материала крайне сложен технически и мало производителен.

Техническим результатом изобретения является повышение равномерности структуры электроизоляционной бумаги, снижение сомкнутости и гладкости ее поверхности при сохранении высоких физико-механических параметров.

Этот технический (эффект) результат достигается тем, что в электроизоляционной бумаге, содержащей полиарамидные фибриды и волокнистый компонент из полиэфирных волокон, согласно изобретению, волокнистый компонент выполнен из двух видов полиэфирных волокон с различной линейной плотностью, соответственно равной 0,12-0,22 и 0,33-0,60 текс при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Полиарамидные фибриды 100 Полиэфирное волокно с ли- нейной плотностью 0,12- 0,22 текс 20-300 Полиэфирное волокно с ли- нейной плотностью 0,33- 0,60 текс 8-130 При этом бумага может дополнительно содержать поливинилспиртовое волокно в количестве 6,5-11,0 мас.ч. на 100 мас.ч. полиарамидных фибридов.

Другим техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности электроизоляционного материала, технологичности и производительности процесса его изготовления.

Этот технический результат достигается тем, что в электроизоляционном материале на основе электроизоляционной бумаги, выполненном из одного или двух слоев указанной бумаги, содержащей волокнистый компонент из полиэфирных волокон, и слоя полиэфирной пленки, соединенной со слоем или слоями бумаги с помощью связующего, согласно изобретению, бумага дополнительно содержит полиарамидные фибриды, волокнистый компонент выполнен из двух видов полиэфирных волокон с различной линейной плотностью, соответственно равной 0,12-0,22 и 0,33-0,6 текс при следующем соотношении компонентов мас.ч. Полиарамидные фибриды 100 Полиэфирное волокно с ли- нейной плотностью 0,12- 0,22 текс 20-300 Полиэфирное волокно с ли- нейной плотностью 0,33- 0,60 текс 8-130, а в качестве связующего материала содержит смесь полиэфирной и эпоксидной смол при их соотношении соответственно 1:5-5:1.

При этом бумага может также дополнительно содержать поливинилспиртовое волокно в количестве 6,5-11,0 мас.ч. на 100 мас.ч. полиарамидных фибридов, а связующее отвердитель в количестве 3-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего.

Применение указанной смеси полиэфирных волокон позволяет получить устойчивую волокнистую суспензию без комков и хлопьев, возникающих за счет перепутывания и свойлачивания волокон в процессе диспергирования, что в дальнейшем позволяет получить равномерную структуру листа бумаги.

Указанное соотношение этих полиэфирных (ПЭ) волокон и полиарамидных (ПА) фибрид оказало неожиданное влияние на сомкнутость поверхности при ее термообработке на каландрах в сторону снижения (уменьшение показателя объемной плотности). Кроме того, в процессе термообработки такой бумаги на каландрах на одной из сторон бумаги образуется шероховатость, что, по-видимому, связано с разложением незакристаллизованной (аморфной) части полимера волокна и выход его на поверхность бумаги (легкое прилипание к горячим цилиндрам). Это явление приводит к снижению гладкости поверхности одной из сторон бумаги.

Введение в состав (композицию) бумаги дополнительно поливинилспиртовых (ПВС) волокон, прекрасно смачиваемых водой и набухающих в ней, способствуют равномерному распределению полиэфирных волокон и полиарамидных фибридов в суспензии, что, соответственно, улучшает просвет бумаги и повышает равномерность структуры листа.

Поливинилспиртовое волокно, будучи высокополярным полимером с большим количеством гидроксильных групп в процессе сушки бумаги и ее термообработки хорошо смачивает (обволакивает) поверхность гидрофобных полиэфирных волокон, тем самым создавая, по-видимому, дополнительные активные центры в бумаге, что положительно сказалось на адгезионной прочности электроизоляционного материала.

Использование в материале слоев бумаги, имеющей пониженную сомкнутость и гладкость поверхности, содержащую поливинилспиртовое волокно, и использование в качестве связующего смеси полиэфирной и эпоксидной смол, способных реагировать с активными группами бумаги, позволяют повысить адгезионную прочность материала, упростить технологию и повысить производительность получения материала.

Электроизоляционную бумагу изготавливают следующим образом.

Полиэфирные волокна линейной плотности 0,12-0,22 текс и 0,33-0,60 текс длиной резки 4-6 мм диспергируют в воде при концентрации 0,4-1,0% и смешивают с суспензией полиарамидных фибрид, размолотых до 48-52^о ШР и СДВ 90-110 дг.

При изготовлении бумаги с поливинилспиртовым волокном диспергируют в воде смесь полиэфирных м поливинилспиртовых волокон, а затем смешивают с суспензией полиарамидных фибрид.

Из полученной суспензии отливают полотно на бумагоделательной машине с наклонной сеткой при концентрации 0,01-0,03% Сушат бумажное полотно при температуре 70-100^оС. Бумагу подвергают термомеханической обработке на каландрах при температуре 215-250^оС, преимущественно 230-240^о и давлении 96-144 бар при скорости 20 м/мин.

П р и м е р 1. Полиэфирные волокна различной плотности длиной 4-6 мм диспергируют в воде при концентрации 0,6% и смешивают с суспензией полиарамидных фибрид, размолотых до 50^о ШР и средневзвешенной длины волокна 96 дг (опыты 1-5), а также с суспензией поливинилспиртовых волокон (опыты 6-11).

Полученную суспензию подают на буммашину. Формуют полотно бумаги и сушат его при температуре 70-100^оС. Затем бумагу подвергают термомеханической обработке на каландрах при температуре 240^оС и давлении 96 бар при скорости 20 м/мин.

Полученную бумагу подвергают испытанию. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Как видно из данных, приведенных в таблице, предлагаемая бумага, по сравнению с бумагой по прототипу, имеет меньшую сомкнутость (ниже объемную массу) и гладкость поверхности при сохранении механических и электрических свойств.

Полученную бумагу перерабатывают в электроизоляционный материал. При изготовлении электроизоляционного материала в качестве связующего используют смесь полиэфирной и эпоксидной смолы. При этом связующее дополнительно может содержать отвердитель. В качестве полиэфирной смолы используют сложные полиэфирные смолы с температурой плавления 65-155^оС, например, полиэфирная смола на основе диметилового эфира терефталиевой кислоты и этиленгликоля или диметилового эфира терефталевой кислоты, этиленгликоля и диэтиленгликоля.

В качестве эпоксидной смолы может использоваться эпоксиднодиановая смола с эпоксидным числом 8-22, например, ЭД-8, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22, эпоксидноноволачная смола, например, УП-643.

В качестве отвердителя могут использоваться полиизоционаты, например, тример-толуилендиизоционат (Суризон БТП-Д). Могут использоваться также отвердители латентного типа, например, комплекс трехфтористого бора.

П р и м е р 2. Электроизоляционный материал получают следующим образом. Готовят раствор связующего. Для чего берут 250 г полиэфирной смолы на основе диметилового эфира терефталевой кислоты, этиленгликоля и диэтиленгликоля и растворяют в формальгликоле. После полного растворения полиэфира в раствор добавляют 50 г эпоксиднодиановой смолы (марка ЭД-20) и перемешивают смесь до получения однородного раствора. Полученный раствор связующего наносят на одну или обе стороны полиэтилентерефталатной пленки толщиной 125 мм и пропускают через сушильную камеру пропиточно-лакировочной машины со скоростью 25 м/мин при температуре 120-130^оС для удаления растворителя. Затем на отлакированную сторону пленки накладывают бумагу, полученную по примеру 1 и опыт 1 и с той же скоростью при той же температуре припрессовывают на валковом прессе (каландре) при давлении 5 кг/см². Получают композиционный материал односторонний: пленка ПЭТ + бумага (опыты 15-16) или двухсторонний: бумага + пленка + бумага (опыт 17).

П р и м е р 3. Электроизоляционный материал получают аналогично примеру 2, отличие заключается в том, что используют бумагу по примеру 1, опытам 6, 10, в качестве связующего используют полиэфирную смолу на основе диметилтерефталата и этиленгликоля и эпоксидную смолу марки ЭД-22 при их соотношении 1:1.

П р и м е р 4. Электроизоляционный материал получают аналогично примеру 2. Отличие состоит в том, что используют бумагу по примеру 1, опыту 8, в качестве связующего используют полиэфирную смолу на диметилтерефталате, диэтиленгликоле и глицерине и эпоксидную смолу марки ЭД-16 при соотношении 1:5.

П р и м е р 5. Электроизоляционный материал получают аналогично примеру 2, отличие заключается в том, что в раствор связующего, после полного растворения полиэфирной и эпоксидной смолы, вводят отвердитель Суризон БТП-Д в количестве 5 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего.

Показатели полученных материалов приведены в табл.2. Там же приведены результаты испытаний материала по прототипу (пример 6).

Как видно из данных, приведенных в табл.2, предлагаемый материал имеет более высокую адгезионную прочность, при сохранении электрических и механических свойств.

Кроме того, при изготовлении материала используют непропитанную бумагу (исключается предварительная 2-х ступенчатая пропитка бумаги) и композиционный электроизоляционный материал получают за один проход (вместо двух проходов при получении материала прототипа) при скорости 25 м/мин (вместо 6 м/мин при изготовлении материала прототипа). То есть, предлагаемый материал позволяет повысить и производительность его изготовления.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата и соответствует требованию промышленной применимости, так как осуществимо на действующем оборудовании с использованием промышленно выпускаемого сырья и химикатов.

Формула изобретения

1. Электроизоляционная бумага, содержащая полиарамидные фибриды и полиэфирные волокна, отличающаяся тем, что она содержит смесь полиэфирных волокон с различной линейной плотностью, соответственно равной 0,12 0,22 и 0,33 0,60 текс, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Полиарамидные фибриды 100 Полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,12 0,22 текс 20 300 Полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,33 0,60 текс 8 130 2. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит поливинилспиртовое волокно в количестве 6,5 11,0 мас.ч.

3. Электроизоляционный материал, выполненный из одного или двух слоев электроизоляционной бумаги, содержащей полиэфирные волокна, и слоя полиэфирной пленки, соединенной с помощью связующего со слоем или слоями электроизоляционной бумаги, отличающийся тем, что электроизоляционная бумага дополнительно содержит полиарамидные фибриды, при этом она содержит смесь полиэфирных волокон с различной линейной плотностью, соответственно равной 0,12 0,22 и 0,33 0,60 текс, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.

Полиарамидные фибриды 100 Полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,12 0,22 текс 20 300 Полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,33 0,60 текс 8 130
а в качестве связующего материал содержит смесь полиэфирной и эпоксидной смолы при их соотношении от 1:5 до 5:1.

4. Материал по п.3, отличающийся тем, что связующее дополнительно содержит отвердитель, например полиизоцианат, в количестве 3 10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего.

5. Материал по п.3, отличающийся тем, что бумага дополнительно содержит поливинилспиртовое волокно в количестве 6,5 11,0 мас.ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2