具有高耐電暈性的涂層及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及絕緣材料的涂層。該涂層不僅可以施加到三維部件上，還可以施加到片材如薄膜和織物材料上。通過可濕化學(xué)制造的涂層中的硅烷組分和/或硅氧烷組分顯著提高耐電暈性。該層可以通過顆粒改性。
【專利說明】具有高耐電暈性的涂層及其制造方法
[0001]本發(fā)明涉及用于塑料的涂層。該涂層不僅可以施加到三維部件上，還可以施加到片材如薄膜和織物材料上。
[0002]電機(變壓器電機、發(fā)電機)根據(jù)它們的功率和構(gòu)造模式具有復(fù)雜的絕緣系統(tǒng)。用于這一用途的聚合物材料具有非常合適的電絕緣性質(zhì)并且便宜和容易地適應(yīng)所需幾何形狀。這些材料的缺點通常是針對高場強下的放電的低長期穩(wěn)定性。
[0003]本發(fā)明的一個目的是提供具有改進的電暈穩(wěn)定性并包含聚合物材料的優(yōu)點的材料。
[0004]通過如說明書、附圖和權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的主題實現(xiàn)該目的。
[0005]本發(fā)明相應(yīng)地提供聚合物絕緣材料的涂層，其包含I至10層并且是基本硅酸酯質(zhì)的(silikatisch)，其中所述涂層包含硅酸酯質(zhì)基礎(chǔ)單元與有機基團的合適的共混物，以便可將其施加到柔性基材上，各層的涂層厚度為0.1至100微米，各層可濕化學(xué)制造，其中前體是硅烷、硅氧烷和/或硅酸酯。本發(fā)明還提供制造聚合物絕緣材料的涂層的方法，其中所述涂層通過濕化學(xué)法以一層或多層施加，各層在固化后產(chǎn)生厚度為0.1至100微米/層的緊實層。
[0006]本涂層是基本硅酸酯質(zhì)的，意味著各層的主要構(gòu)造在每種情況下包含S1-O單元，其提供高的電暈穩(wěn)定性，但為了可容易地施加到柔性或易彎曲的載體上，根據(jù)層還包含不同的有機基團和/或不同濃度的有機基團，它們提供層的柔性和/或涂層在柔性表面上的粘合性。
[0007]根據(jù)一個有利的實施方案，硅烷前體是原硅酸四乙酯(TEOS)和/或甲基三乙氧基硅烷(MTES)。
[0008]合適的有機基團的實例是包含環(huán)氧基、氨基、丙烯酸基和/或乙烯基作為官能團的改性有機硅烷。在這種情況中，制成雜化聚合物層。
[0009]在三維部件上以及在片材如薄膜和織物材料上，該硅酸酯質(zhì)涂層具有在每層0.1至100微米范圍，優(yōu)選0.1至50微米范圍內(nèi)的層厚度。
[0010]該涂層可包含總共I至10層，有利地包含I至5層，尤其優(yōu)選I至3層。
[0011]根據(jù)一個有利的實施方案，其中特別提高涂層的層厚度及其柔性，該涂層除包含硅烷和/或硅氧烷組分外還包含常規(guī)樹脂體系，如環(huán)氧化物體系、不飽和聚酯體系、聚酯體系、酚體系、氰酸酯體系、乙烯基酯體系或其它已知的樹脂體系。
[0012]該樹脂體系或涂層溶膠本身在此還可包含填料，例如金屬氧化物材料、氧化硅、氧化鋁、碳化硅和/或氮化硅，或與無填料的聚合物/硅酸酯質(zhì)層相比提高熱導(dǎo)率的所有已知的其它顆粒材料。
[0013]各層的作用是調(diào)節(jié)該涂層的機械性質(zhì)。為了平衡在柔性帶和薄膜的情況中或由于涂層基材與涂層之間的熱膨脹差異引起的機械應(yīng)力，在此實現(xiàn)基材附近的涂層的聚合物-彈性結(jié)構(gòu)和遠離基材的涂層的高度無機結(jié)構(gòu)的梯度構(gòu)造。
[0014]因此，如果該涂層總共包含多個層，有利的是例如連接聚合絕緣體的層具有最高的有機基團比例以便柔性化，而位于最外的層具有最高的S1-O單元比例以確保電暈穩(wěn)定性。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)可穩(wěn)固生產(chǎn)和使用的便宜、新型、電暈穩(wěn)定的材料解決方案。借助此處提出的材料方案，可以通過調(diào)節(jié)雜化特性(有機和無機交聯(lián)結(jié)構(gòu))而在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)機械性質(zhì)(硬度、脆性、柔性)，尤其是對柔性的片材涂層方面而言。
[0016]因此可以設(shè)計電穩(wěn)固和機械穩(wěn)固的系統(tǒng)，其甚至在片狀絕緣材料的彎曲載荷下也可以可靠地使用。
[0017]不同于通過物理方法(物理氣相沉積，PVD)施加的現(xiàn)有SiOx層，可以調(diào)節(jié)該層以使涂布的薄膜材料不會在熱氧化負荷下加速脆化。
[0018]實施例:
通過濕化學(xué)法施加不同制品。合適的方法是刮刀涂施、旋涂、浸潰、噴涂，對分塊的基材分批操作，而對于連續(xù)條帶如薄膜或織物則卷到卷操作。
[0019]通過將無機前體原硅酸四乙酯(TEOS)與網(wǎng)絡(luò)改性劑甲基三乙氧基硅烷(MTES)和水(H2O)混合，一種材料制品例如產(chǎn)生具有雜化特性的材料。根據(jù)無機前體TEOS與有機改性的烷氧基硅烷MTES的摩爾比，可以實現(xiàn)從“二氧化硅玻璃”到“二氧化硅橡膠”的性質(zhì)變化。
[0020]除已存在的有機改性的烷氧基硅烷MTES外，還可以將本身也能與自身和與其它成分形成網(wǎng)絡(luò)的有機官能硅烷添加到該溶膠中。另外將3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)添加到該TE0S:MTES溶膠中。GPTMS能夠進入無機網(wǎng)絡(luò)中，也能參與有機交聯(lián)。
[0021]通過濕化學(xué)刮刀涂布法施加該制品。使用螺旋刮刀將該涂料溶液施加到已用離子發(fā)生器清潔的PET表面上。使涂布面在空氣中通風(fēng)/干燥至少20小時。在通風(fēng)后，該層在95-100° C下固化2.5小時。在涂布第二面時采用相同方案。
[0022]使用IEC 343b滑動裝置驗證侵蝕穩(wěn)定性方面的性質(zhì)特征。在標(biāo)準(zhǔn)EN 60343中描述了這種驗證并根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)用于本試驗。對于該滑動裝置，在樣品表面的切線上產(chǎn)生TE。對樣品施加TE和進行老化240小時。
[0023]在電老化后記錄表面效應(yīng):
在用TE負荷之后，絕緣材料樣品在表面上表現(xiàn)出不同的效應(yīng)。最常見的特征是可通過激光-光學(xué)手段定性和定量測定的剝蝕。
[0024]結(jié)果:
本發(fā)明的溶膠形成在240小時后在表面上僅產(chǎn)生點蝕的層。四個不同樣品薄膜的平均侵蝕深度為18微米。這意味著PET薄膜僅遭受局部劣化至初始厚度的最多一半，而沒有出現(xiàn)如參照的損傷。
[0025]唯一的附圖顯示涂布的PET絕緣薄膜與未涂布的PET薄膜的比較，各樣品存在標(biāo)
準(zhǔn)偏差。
[0026]兩個樣品的侵蝕深度的差異非常清晰可見。未涂布的PET薄膜通過該試驗而表現(xiàn)出幾乎225微米的侵蝕深度，而對于涂布薄膜侵蝕穿透度低10倍，最多僅為25微米。因此，由其制成的絕緣體的壽命提高10倍。
[0027]本發(fā)明涉及絕緣材料的涂層。該涂層不僅可以施加到三維部件上，還可以施加到片材如薄膜和織物材料上。通過可濕化學(xué)制造的涂層中的硅烷組分和/或硅氧烷組分顯著提聞耐電暈性。
【權(quán)利要求】
1.聚合物絕緣材料的涂層，其包含I至10層并且是基本硅酸酯質(zhì)的，其中所述涂層包含硅酸酯質(zhì)基礎(chǔ)單元與有機基團的合適的共混物，以便可將其施加到柔性基材上，各層的層厚度為0.1至100微米，各層可濕化學(xué)制造，其中前體是硅烷、硅氧烷和/或硅酸酯。
2.如權(quán)利要求1中所述的涂層，所述硅烷或含硅烷的化合物和/或硅氧烷或含硅氧烷的化合物由包含原硅酸四乙酯(TEOS)和/或甲基三乙氧基硅烷的前體制備。
3.如權(quán)利要求2中所述的涂層，所述涂層內(nèi)的有機基團含量隨層而變化，以使所述涂層內(nèi)的無機S1-O單元的含量向外提高，換言之向遠離基材的方向提高。
4.如權(quán)利要求3中所述的涂層，所述有機硅成分是包含環(huán)氧基、氨基、丙烯酸基和/或乙烯基作為官能團的改性有機硅烷。
5.如權(quán)利要求1-4中所述的涂層，所述體系進一步包含填料，例如金屬氧化物材料、氧化硅、氧化鋁、碳化硅和/或氮化硅。
6.如前述權(quán)利要求任一項中所述的涂層，其中所述涂層進一步包含常規(guī)樹脂體系，如環(huán)氧化物體系、不飽和聚酯體系、聚酯體系、酚體系、氰酸酯體系、乙烯基酯體系或其它已知的樹脂體系。
7.制造如權(quán)利要求1至6任一項中所述的涂層的方法，其中所述涂層通過濕化學(xué)法以一層或多層施加，各層在固化后產(chǎn)生厚度為0.1至100微米/層的緊實層。
【文檔編號】C23C18/12GK103718255SQ201280039387
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月12日
【發(fā)明者】S.皮哈勒, C.賽德爾 申請人:西門子公司