(57)【要約】  本発明は、電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物であって、９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、一方向フィラメント、または一方向ヤーン、または織ヤーンを含む支持体層であって、第１の紙層に結合される支持体層とを含み、積層体構造物は、１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力、４００秒以下のガーレイ多孔度および６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する、積層体構造物に関する。積層体構造物は、支持体層に結合された第２の紙層をさらに含み得、第２の紙層は、９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含み、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物であって、
ａ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、前記支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、
ｂ）一方向フィラメント、または一方向ヤーン、または織ヤーンを含む支持体層であって、第１および第２の面を有する支持体層と
を含み、
前記支持体層の前記第１の面は、前記第１の紙層の面に直接結合され、
前記積層体構造物は、１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力、４００秒以下のガーレイ多孔度および６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する、積層体構造物。
【請求項２】
前記フロックは、アラミド、セルロース、酢酸塩、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ガラス、ロックウール、アルミナのような多結晶、チタン酸カリウムのような単結晶またはそれらの混合物である、請求項１に記載の積層体構造物。
【請求項３】
前記第１の紙層内の前記フロックは、前記第１の紙層内の前記支持材料の全量に基づいて６０重量パーセント以上の量で存在する、請求項２に記載の積層体構造物。
【請求項４】
前記第１の紙層内の前記フロックは、前記第１の紙層内の前記支持材料の前記全量に基づいて８０重量パーセント以上の量で存在する、請求項３に記載の積層体構造物。
【請求項５】
前記アラミドは、ポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）である、請求項２に記載の積層体構造物。
【請求項６】
電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物であって、
ａ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、前記支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、
ｂ）一方向または織フィラメントヤーンを含む支持体層であって、第１および第２の面を有する支持体層と、
ｃ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第２の紙層であって、前記支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第２の紙層と
を含み、
前記支持体層の前記第１の面は、前記第１の紙層の面に直接結合され、かつ前記支持体層の前記第２の面は、前記第２の紙層の面に直接結合され、および
前記積層体構造物は、６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する、積層体構造物。
【請求項７】
前記フロックは、アラミド、セルロース、酢酸塩、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ガラス、ロックウール、アルミナのような多結晶、チタン酸カリウムのような単結晶またはそれらの混合物である、請求項６に記載の積層体構造物。
【請求項８】
１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力および４００秒以下のガーレイ多孔度を有する、請求項７に記載の積層体構造物。
【請求項９】
前記第１の紙層および前記第２の紙層の両方内の前記フロックは、前記それぞれの紙層内の前記支持材料の全量に基づいて６０重量パーセント以上の量で存在する、請求項８に記載の積層体構造物。
【請求項１０】
前記第１の紙層および前記第２の紙層の両方内の前記フロックは、前記それぞれの紙層内の前記支持材料の前記全量に基づいて８０重量パーセント以上の量で存在する、請求項９に記載の積層体構造物。
【請求項１１】
前記支持体層の前記第１または第２の面上に接着剤をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の積層体構造物。
【請求項１２】
前記支持材料は、アラミドフィブリドであるバインダーをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の積層体構造物。
【請求項１３】
前記支持体層の前記フィラメントまたは繊維は、ガラスフィラメントまたは繊維を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の積層体構造物。
【請求項１４】
０．６３５〜５．１センチメートル（０．２５〜２インチ）の幅を有するテープの形態における、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の積層体構造物。
【請求項１５】
含浸用樹脂、ワニスまたはそれらの混合物をさらに含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の積層体構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター、発電機およびインバーターなどのものにおいて電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者にとって、用語「マイカ紙」は、概して少なくとも９０重量パーセント以上の量の高濃度の無機鉱物マイカを使用して製造され、残部が、紙に対するある機械的結着性を提供するバインダーである、シートを指す。しかしながら、得られたマイカ紙は機械的に強い紙ではない。
【０００３】
Ｌｅｖｉｔらに対する米国特許第６，９９１，８４５号明細書および米国特許第７，３９９，３７９号明細書には、マイカの豊富な面およびマイカの少ない面を有するバリアプライと、バリアプライのマイカの少ない面に付着された可飽和裏層を含有する強化プライとを含む電気絶縁または耐燃性のためのシート構造物が開示されている。
【０００４】
米国特許第６，９９１，８４５号明細書およびＦｏｒｓｔｅｎらに対する米国特許第６，３１２，５６１号明細書には、ｍ−アラミド繊維、ｍ−アラミドフィブリドおよびマイカの均質なブレンドから製造されたアラミド−マイカ混合紙が開示されている。Ｌｅｖｉｔらは、この「アラミド−マイカ紙」が「マイカ紙」と比較して優れた機械的性質を有し、一切の裏強化なしで使用できることをさらに教示する。
【０００５】
か焼マイカは、「未か焼」マイカよりも改良された誘電性質を有するため、いくつかの場合、高電圧電気絶縁体市場において利用されるシート構造物内での「か焼」マイカの使用が望ましい。か焼は、天然または未か焼マイカフレークと比較したときにより小さいサイズのマイカプレートレットを提供し、それは、シート内のマイカの誘電体性能を改良すると考えられる。残念ながら、これらの小さいサイズのマイカプレートレットは、多孔性がより低い層も形成し、それは、層が母材樹脂を含浸することによって湿潤するのが難しいことがあり得ることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって必要とされるものは、改良された多孔度を有するか焼マイカを含有する積層体構造物を製造する改良された方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物であって、
ａ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、
ｂ）一方向フィラメント、または一方向ヤーン、または織ヤーンを含む支持体層であって、第１および第２の面を有する支持体層と
を含み、
支持体層の第１の面は、第１の紙層の面に直接結合され、
積層体構造物は、１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力、４００秒以下のガーレイ多孔度および６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する、積層体構造物に関する。
【０００８】
本発明は、電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物であって、
ａ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、
ｂ）一方向または織フィラメントヤーンを含む支持体層であって、第１および第２の面を有する支持体層と、
ｃ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第２の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第２の紙層と
を含み、
支持体層の第１の面は、第１の紙層の面に直接結合され、かつ支持体層の第２の面は、第２の紙層の面に直接結合され、および
積層体構造物は、６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する、積層体構造物にも関する。好ましくは、積層体構造物は、１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力および４００秒以下のガーレイ多孔度を有する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、驚くべき高い多孔度と高い誘電特性との組合せを有する積層体構造物であって、か焼マイカと支持材料とを含有する少なくとも第１の紙層と、支持体層とを含む積層体構造物に関する。第１の紙層の面は、支持体層の面に直接かつ均一に結合される。直接かつ均一に結合されるとは、２つの層が互いに本質的に接触していることを意味するが、ただし、語句「接触した」は、限定されないが、接着剤を使用して２つの層を一緒に付着させることを包含すると理解される。
【００１０】
本発明は、それぞれか焼マイカと支持材料とを含有する、少なくとも第１の紙層および第２の紙層を含む多層積層体構造物であって、支持体層は、紙の２つの層間に配置されかつそれらに付着される、多層積層体構造物にも関する。
【００１１】
本明細書中で用いられるとき、「か焼マイカ」は、天然マイカを高温（通常、８００°Ｃ超、場合により９５０°Ｃ超）に加熱することによって得られるか焼白雲母もしくは金雲母マイカまたはそれらのブレンドを意味する。この処理は、水および不純物を取り除き、マイカの温度耐性を改良する。か焼マイカは、通常、フレーク粒子の形態で使用され、白雲母タイプのマイカが好ましい。か焼マイカは、天然または未か焼マイカよりも改良された誘電性質および耐コロナ性を有する。か焼は、天然または未か焼マイカフレークと比較して小さいサイズのマイカプレートレットを提供する。残念ながら、これらの小さいサイズのマイカプレートレットは、多孔性がより低い層も形成し、それは、層が母材樹脂を含浸することによって湿潤するのが難しいことがあり得ることを意味する。層または積層体構造物の多孔度は、層または積層体構造物のガーレイ多孔度を測定することによって明らかにされ、それは、空気の特定の体積を材料の特定の面積を通って特定の圧力差で送るのにかかる秒単位の時間を測定する。より高い値、すなわちより長い時間は、多孔性がより低い構造物を意味する。より小さい値は、より多孔性の構造物を示す。
【００１２】
本明細書中で用いられるとき、「未か焼マイカ」は、好ましくは、均質化および精製して欠陥および不純物を取り除いた本質的に高純度の自然形態である白雲母または金雲母マイカなどのマイカを意味する。未か焼マイカは、天然マイカフレークのより大きいサイズのために非常に多孔性のマイカ層を形成することができる。それは、母材樹脂によって容易に湿潤および含浸される。残念ながら、未か焼マイカは、か焼マイカよりも絶縁耐力が小さい。
【００１３】
積層体構造物において使用される第１の紙層は、層内のか焼マイカおよび支持材料の全量に基づいて９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む。いくつかの好ましい実施形態において、第１の紙層は、層内のか焼マイカおよび支持材料の全量に基づいて９５〜９９パーセント均一に分散されたか焼マイカと、１〜５重量パーセント支持材料とを含む。均一に分散されたとは、マイカが紙層の全体にわたって均質に分散され得るか、またはマイカが、層の面の１つにより近い、紙の濃縮平面領域の全体にわたって均一に面積的に分散され得ることを意味する。最終積層体構造物の所望の電気的性能をもたらすためにマイカが十分に分散されることがこの定義に言外に含まれる。
【００１４】
第１の紙層において、ごく少量の支持材料が存在するが、その支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である。支持材料の重量による大部分（すなわち５０重量％超）がフロックであるとき、得られた紙層は、大量のか焼マイカが存在するにもかかわらず（９０〜９９重量％）、驚くべき良好な多孔度を有することが見出された。好ましくは、フロックは、紙層内の支持材料の全量に基づいて第１の紙層内の支持材料中に６０重量パーセント以上の量で存在する。別の実施形態において、フロックは、紙層内の支持材料の全量に基づいて第１の紙層内の支持材料中に８０重量パーセント以上の量で存在する。いくつかの実施形態において、フロックは、アラミド、セルロース、酢酸塩、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ガラス、ロックウール、アルミナのような多結晶、チタン酸カリウムのような単結晶またはそれらの混合物である。
【００１５】
一実施形態において、第１の紙層内の支持材料は、層内の支持材料中のフロックの全量に基づいて５０重量パーセント超〜６５重量パーセントのフロックを含む。別の実施形態において、第１の紙層内の支持材料は、層内の支持材料中のフロックの全量に基づいて６５〜８０重量パーセントのフロックを含む。いくつかの好ましい実施形態において、第１の紙層内の支持材料は、層内の支持材料中のバインダーおよびフロックの量に基づいて１〜２０重量パーセントのバインダーおよび８０〜９９重量パーセントのフロックを含む。
【００１６】
支持材料は、多量のフロックを含有し、残りの支持材料は、１つまたは複数のバインダーであり得る。バインダーは、１つまたは複数のタイプのバインダーであり得、バインダーは、フロックまたは繊維材料を結合して紙を形成するための当該技術分野で公知の任意の化学物質、または処理剤、または添加剤であり得るが、好ましい一実施形態において、バインダーは、バインダー粒子、好ましくは薄膜状構造を有する粒子である。好ましいバインダー粒子は、フィブリドであり、好ましいフィブリドは、アラミドフィブリドである。好ましい一実施形態において、第１の紙層内の支持材料は、アラミドフィブリドおよびアラミドフロックの形態のアラミドバインダーのみからなる。バインダー、フィブリドおよびフロックのための好ましいアラミドには、ポリ（メタ−フェニレンイソフタルアミド）が含まれる。
【００１７】
第１の紙層自体は、好ましくは、５０グラム／平方メートル以上の基本重量を有する。いくつかの実施形態において、１００グラム／平方メートル以上の基本重量が好ましい。実際的な観点から、層は、１５０グラム／平方メートル以上の最大基本重量を有する。好ましい実施形態において、第１の紙層自体は、３５０秒以下のガーレイ多孔度を有する。好ましくは、第１の紙層自体は、３００秒以下のガーレイ多孔度を有する。
【００１８】
積層体構造物において、第１の紙層は、支持体層に直接結合される。支持体層は、積層体構造物に対する機械的結着性を提供する。支持体層は、一方向フィラメント、または一方向ヤーン、または織ヤーンを含み、かつ支持体層を第１の紙層の面に直接結合するための第１の面と、任意選択の第２の紙層の面に潜在的に直接結合するための対向する第２の面とを有する。好ましい一実施形態において、支持体層のフィラメントまたは繊維は、ガラスフィラメントまたは繊維を含む。
【００１９】
支持体層のための有用なフィラメントおよび繊維は、１０〜５０マイクロメートルの範囲であり得る。支持体層のための有用な基本重量は、１０〜３０グラム／平方メートルの範囲であり得る。
【００２０】
多くのテープ用途のために最も有用である支持体層の形態は、フィラメントまたはフィラメントヤーンの一方向たて糸であると考えられる。これは、支持体層が重量および／または厚さの最小量を積層体構造物に寄与することを可能にする。これは、支持体層の材料が一般的にマイカ紙層の誘電体性能を有さない点において重要である。
【００２１】
積層体構造物は、電気絶縁物として使用するために適しており、か焼マイカと支持材料とを含有する第１の紙層と、支持体層とを含む。支持体層は、第１および第２の面を有し、支持体層の第１の面は、第１の紙層の面に直接結合される。
【００２２】
具体的には、一実施形態において、電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物は、
ａ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、
ｂ）一方向フィラメント、または一方向ヤーン、または織ヤーンを含む支持体層であって、第１および第２の面を有する支持体層と
を含み、
支持体層の第１の面は、第１の紙層の面に直接結合され、積層体構造物は、１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力、４００秒以下のガーレイ多孔度および６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する。この実施形態は、本明細書において２層実施形態とも称される。
【００２３】
一実施形態において、第１の紙層は、接着剤の使用によって支持体層に結合される。有用な接着剤には、限定されないが、ポリウレタン、エポキシ、ポリイミド、フェノール樹脂、メラミン、アルキド、ポリエステル、ポリエステルイミド、ベンゾオキサジン、シリコーンおよびそれらの組合せなどに基づいた接着剤が含まれる。
【００２４】
積層体構造物は、驚くべきことに、か焼マイカの使用による、積層体構造物の厚さ１ｍｍ当たり１５ｋＶ以上の高い絶縁耐力と、フロックとして存在する紙層中の多量の重量の支持材料による、４００秒以下の低いガーレイ多孔度との所望の組合せを有する。いくつかの実施形態において、絶縁耐力は、積層体構造物の厚さ１ｍｍ当たり１７．５ｋＶ超、積層体構造物の厚さ１ｍｍ当たり好ましくは２０ｋＶ超である。絶縁耐力は、異なる厚さを有する材料の絶縁破壊電圧を比較する有意義な値である。絶縁破壊電圧または電気的耐圧は、２つの電極間に配置された電気絶縁物において、規定された条件下で絶縁破損が起こる電位差である。
【００２５】
積層体構造物は、本明細書において、一括して母材樹脂とも称される含浸用樹脂、ワニスまたはそれらの混合物をさらに含み得る。好ましい一実施形態において、樹脂、ワニスまたはそれらの混合物は、積層体構造物中で部分的にまたは完全に硬化される。一般的に、積層体構造物またはテープは、最初に導体に適用され、次に構造物全体が含浸される。しかしながら、絶縁物として使用する前に積層体構造物を樹脂で予備含浸するいくつかの場合があり得る。
【００２６】
積層体構造物全体のガーレイ多孔度の測定値がより低くなることが望ましい。これらの積層体構造物は、ガーレイ多孔度の測定値がより高い積層体構造物よりも多孔性である。これは、モーターおよび発電機内の電気部品または主壁絶縁材において使用される場合など、積層体構造物が母材樹脂で急速に含浸され得ることを意味する。これは、積層体構造物が真空含浸を経て電気部品または壁絶縁材を形成する場合に特に重要である。積層体構造物は、４００秒以下のガーレイ多孔度を有するが、好ましくは、積層体構造物は、３７５秒以下のガーレイ多孔度を有する。
【００２７】
いくつかの好ましい実施形態において、積層体構造物は、テープの形態で電気絶縁物として使用される。本明細書中で用いられるとき、テープという語は、積層体構造物の比較的幅が狭いストリップ、好ましくは約０．６３５〜５．１センチメートル（０．２５〜２インチ）の幅を有するテープを意味する。いくつかの実施形態において、幅は、０．６３５〜２．５４センチメートル（０．２５〜１インチ）である。いくつかの実施形態において、幅は、好ましくは、１０〜２５ミリメートル（１〜２．５ｃｍまたは０．３９〜１．０インチ）である。これらの積層体構造物テープは、一般的に、積層体構造物のより幅が大きいシートまたはロールの正確なスリッチングによって製造される。
【００２８】
積層体構造物は、マイカの量と、一切の含浸用母材樹脂なしの積層体構造物の全重量とに基づいて６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する。マイカのこの全量は、十分な電気絶縁性能を提供するために積層体中で必要であると考えられる。いくつかの実施形態において、全積層体構造物の全マイカ含有量は、マイカの量と、一切の母材樹脂なしの積層体構造物の全重量とに基づいて７５重量パーセント以上である。
【００２９】
いくつかの実施形態において、支持体層は、母材樹脂なしの全積層体構造物の組成物の５〜３０重量パーセントのみを占める。いくつかの他の実施形態において、支持体層は、母材樹脂なしの全積層体構造物の組成物の１０〜２０重量パーセントを占める。さらに、いくつかの実施形態において、接着剤は、母材樹脂なしの全積層体構造物の０〜８重量パーセントの量で積層体構造物中に存在し得、いくつかの実施形態において、接着剤は、母材樹脂なしの全積層体構造物の４〜８重量パーセントである。いくつかの他の実施形態において、接着剤の量は、母材樹脂なしの全積層体構造物の組成物の０〜３重量パーセントである。使用される場合、接着剤は、好ましくは、約９ｇ／ｍ2までの量で適用され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態において、全積層体構造物の基本重量は、約７０ｇ／ｍ2〜３００ｇ／ｍ2までもある。しかしながら、いくつかの好ましい実施形態において、基本重量は、約１００ｇ／ｍ2〜２２５ｇ／ｍ2である。全積層体構造物の他の具体的な好ましい性質には、０．１０〜１．０ｍｍの範囲の全厚が含まれる。
【００３１】
さらに、積層体構造物は、自動ラッピング装置を使用して導体の周りに巻き付けられる十分な機械的強度を有することが好ましい。これは、紙またはテープのための最小引張強さとして表わすことができる。いくつかの実施形態において、巻き付け可能なテープの最小引張強さは、２０ニュートン／センチメートル幅である。積層体構造物の好ましい引張強さは、７０Ｎ／ｃｍ以上、好ましくは１００Ｎ／ｃｍである。さらに、多層積層体構造物のテープを使用する導体の有用な巻き付けのために、積層体構造物は、好ましくは、高速装置テープ巻き付けプロセスにおいて使用するために約１００Ｎ／ｍ未満、好ましくは約５０Ｎ／ｍ未満の可撓性または剛性を有するべきである。
【００３２】
モーター、インバーター、発電機および他の電気デバイスは、１つのワイヤーまたは導体が別のワイヤーまたは導体と接触することを防ぐように個別に絶縁された多数の巻回ワイヤーまたは導体を含み得る。多くの場合、これらの絶縁巻回ワイヤーまたは導体は、モーターの巻線の密度の高い均一な充填を確実にするために断面が矩形であるが、任意の断面形状の導体を使用することができる。導体およびワイヤーという語は、本明細書では交換可能に使用される。
【００３３】
いくつかの実施形態において、積層体構造物は、積層体構造物の細いテープを導体の周りにスパイラル状に巻き付けることによって適用され、重なり合う層を形成する。いくつかの場合、これは、ワニス樹脂または母材樹脂が絶縁物の層間に浸透して存在する経路を可能にする。本明細書中で用いられるとき、「スパイラル状に巻き付けられた」は、導体の外周の周りの１つまたは複数のテープのスパイラル状または螺旋状の巻き付けを含むことを意図する。
【００３４】
任意の１つの導体上の絶縁物の全厚は、テープの単巻き付けまたは複数の重なり合うテープから構成され得るため、いくつかの実施形態において、導体上の電気絶縁物のシースの総合密度は、約０．２〜０．６グラム／立方センチメートル、好ましくは約０．３〜０．５グラム／立方センチメートルである。いくつかの実施形態において、任意の１つの導体上の絶縁物の全厚は、０．６３５〜１．３ミリメートル（０．０２５〜０．０５インチ）であり得る。約０．６３５ミリメートル（ｍｍ）未満の絶縁物の厚さは、十分な絶縁耐力を提供するには少なすぎる量の絶縁材料を提供すると考えられる。約１．３ｍｍ（０．０５インチ）超の厚さは、多くの電気デバイスのために実用的でないと考えられる。絶縁物の全厚または「構造（ｂｕｉｌｄ）」は、重要なパラメーターであり得るため、重ねられるテープの実際の層数は変化し得、絶縁物は、積層体構造物の１層または２層の厚さから積層体構造物の１０〜さらに１００層でもあるか、またはより多い層が可能である。
【００３５】
別の実施形態において、電気絶縁物として使用するために適した積層体構造物は、
ａ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第１の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第１の紙層と、
ｂ）一方向または織フィラメントヤーンを含む支持体層であって、第１および第２の面を有する支持体層と、
ｃ）９０〜９９重量パーセントの均一に分散されたか焼マイカと、１〜１０重量パーセントの支持材料とを含む第２の紙層であって、支持材料の重量による大部分は、フロックの形態である、第２の紙層と
を含み、
支持体層の第１の面は、第１の紙層の面に直接結合され、かつ支持体層の第２の面は、第２の紙層の面に直接結合され、および積層体構造物は、６０重量パーセント以上の全マイカ含有量を有する。換言すれば、この実施形態において、支持体層は、第１の紙層と第２の紙層との間に挟まれ、両方の層に直接結合される。好ましくは、この実施形態の積層体構造物は、１５ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁耐力および４００秒以下のガーレイ多孔度を有する。この実施形態は、本明細書において３層実施形態とも称される。
【００３６】
この実施形態において、第１および第２の紙層は、必要に応じて同じ組成を有することができるか、または組成は、本明細書に記載された範囲内に収まる限り変化することができる。具体的には、第１の紙層および第２の紙層の両方内のフロックは、それぞれの紙層内の支持材料の全量に基づいて６０重量パーセント以上の量で存在し得、または第１の紙層および第２の紙層の両方内のフロックは、それぞれの紙層内の支持材料の全量に基づいて８０重量パーセント以上の量で存在し得る。第２の紙層の特性、特徴および優先度の他の範囲は、本明細書に記載された第１の紙層と同じである。接着剤など、第１の紙層が、本明細書において先に記載されたような支持体層に結合される方法は、支持体層への第２の紙層の結合にも適用される。いくつかの実施形態において、第２の紙層は、第１の紙層と同じである。さらに、好ましくは、積層体構造物のこの３層実施形態の性質は、２層実施形態について本明細書に開示される特性値の範囲によって記載されるかまたはその中に含まれる。
【００３７】
本明細書で使用されるとき、用語「フロック」は、短かい長さを有し、ウエットレイドシートおよび／または紙の調製において通常使用される繊維を意味する。典型的には、フロックは、約３〜約２０ミリメートルの長さを有する。好ましい長さは、約３〜約７ミリメートルである。フロックは、通常、当該技術分野で公知の方法を使用して必要とされる長さに連続繊維を切断することによって製造される。
【００３８】
本明細書で使用されるとき用語アラミドは、アミド（−ＣＯＮＨ−）結合の少なくとも８５％が直接２つの芳香族環に結合している芳香族ポリアミドを意味する。添加剤がアラミドと共に使用され得、ポリマー構造全体にわたり分散されていてもよい。最大で約１０重量パーセントもの他の支持材料をアラミドとブレンドできることが発見された。アラミドのジアミンを置換する約１０パーセントもの他のジアミン、またはアラミドの二酸塩化物を置換する約１０パーセントもの他の二酸塩化物を有するコポリマーを使用できることも発見された。
【００３９】
好ましいアラミドは、メタ−アラミドである。アラミドポリマーは、２個の環またはラジカルが分子鎖に沿って互いに対してメタ位に方向付けられるときにメタ−アラミドであると考えられる。好ましいメタ−アラミドは、ポリ（メタ−フェニレンイソフタルアミド）（ＭＰＤ−Ｉ）である。米国特許第３，０６３，９６６号明細書、米国特許第３，２２７，７９３号明細書、米国特許第３，２８７，３２４号明細書、米国特許第３，４１４，６４５号明細書および米国特許第５，６６７，７４３号明細書は、アラミドフロックを製造するために使用され得るアラミド繊維を製造するための有用な方法を説明している。
【００４０】
代わりに、アラミドフロックは、パラ−アラミドまたはアラミドコポリマーであり得る。アラミドポリマーは、２個の環またはラジカルが分子鎖に沿って互いに対してパラ位に方向付けられるときにパラ−アラミドであると考えられる。パラ−アラミド繊維を製造するための方法は、一般的に、例えば米国特許第３，８６９，４３０号明細書、米国特許第３，８６９，４２９号明細書および米国特許第３，７６７，７５６号明細書に開示されている。１つの好ましいパラ−アラミドは、ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）であり、１つの好ましいパラ−アラミドコポリマーは、コポリ（ｐ−フェニレン／３，４’ジフェニルエステルテレフタルアミド）である。好ましいアラミドフロックは、メタ−アラミドフロックであり、特に好ましいのは、メタ−アラミドポリ（メタ−フェニレンイソフタルアミド）（ＭＰＤ−Ｉ）から製造されるフロックである。
【００４１】
本明細書で使用されるとき、用語フィブリドは、それらの３つの寸法の少なくとも１つが最大の寸法に比べて規模が小さい非常に小さい非粒状、繊維質またはフィルム状の粒子を意味する。これらの粒子は、例えば、米国特許第２，９８８，７８２号明細書および米国特許第２，９９９，７８８号明細書に開示されるように、高い剪断下で非溶媒を用いて支持材料の溶液を沈殿させることによって調製される。アラミドフィブリドは、３２０℃を超える融点または分解点を有する芳香族ポリアミドの非粒状フィルム状粒子である。好ましいアラミドフィブリドは、メタ−アラミドフィブリドであり、特に好ましいのは、メタ−アラミドポリ（メタ−フェニレンイソフタルアミド）（ＭＰＤ−Ｉ）から製造されるフィブリドである。
【００４２】
フィブリドは、一般的に、約５：１〜約１０：１の長さ対幅のアスペクト比で約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内の最大寸法長さを有する。厚み寸法は、数分の一ミクロン、例えば約０．１ミクロン〜約１．０ミクロンのオーダーである。必須ではないが、アラミドフィブリドが未乾燥状態である間にフィブリドを層中に混入することが好ましい。
【００４３】
第１の紙層および第２の紙層において使用される層という用語は、好ましくは、特定の組成の薄い平面材料を指す。また、用語「層」は、一緒に付着される複数の薄い平面ウェブから製造される紙を指し、ここで、全ての平面ウェブは同じ組成を有する。用語「面」は、紙層の２つの主面のいずれかまたは支持体層の２つの主面のいずれか（すなわち、紙層または支持体層の一方の面または他方の面）を指す。
【００４４】
いくつかの実施形態において、か焼マイカと支持材料とを含有する個々の紙層は、０．５ミリメートル以下の厚さを有する。いくつかの他の実施形態において、個々の紙層は、０．２５ミリメートル以下の厚さを有する。好ましい一実施形態において、個々の紙層は、０．１３ミリメートル以下の厚さを有する。他の好ましい実施形態において、個々の紙層は、０．１ミリメートル以下の厚さを有する。さらに、個々の紙層は、十分なマイカを積層体構造物に提供するために少なくとも０．０６ミリメートルの厚さを有するべきであると考えられる。
【００４５】
２層実施形態において、第１の紙層は、接着剤の連続したまたは不連続な層の使用によって支持体層に直接結合され得る。３層実施形態において、第１の紙層および第２の紙層は、接着剤の連続したまたは不連続な層の使用によって支持体層に結合され得る。この３層実施形態の一実施において、層のそれぞれが別々に製造され、次に接着剤の層がその間に提供されて組み合わされ、層は、順に第１の紙層、支持体層、次いで第２の紙層である。実施形態の全てにおいて、第１の紙層および第２の紙層のそれぞれを製紙装置で別個に製造するため、所望の量および比率のマイカおよび支持材料の水性分散体をヘッドボックスに提供し、次にウェブとして組成物を製紙ワイヤー上にウエットレイする。次に、湿潤ウェブを乾燥機のドラム上で乾燥させて紙を形成することができる。好ましくは、次に紙を加圧および加熱下においてホットロールカレンダーのニップでカレンダー処理するかまたは他の手段によって処理して、さらに紙を、所望の厚さを有する紙層に固めて高密度化する。必要に応じて、同じ組成の２つ以上のより軽い基本重量またはより薄い湿潤ウェブまたは紙を別々に製造し、次に一緒にカレンダー処理して単一紙層に固めることができる。好ましい実施形態において、紙層のそれぞれは、積層体構造物中の支持体層と組み合わされる前に別々にカレンダー処理される。
【００４６】
紙層それぞれの面を支持体層の面に均質かつ連続的に結合する好ましい一実施形態において、液体接着剤は、比較的均一に層の少なくとも１つの面に適用される。接着剤は、隙間なく層の１つの面への接着剤の均一で連続的な適用をもたらす任意の方法を使用して紙層または支持体層のいずれかに適用され得る。このような方法には、ロールコーティング、またはナイフコーティング、または吹付コーティングを必要とする方法が含まれる。好ましくは、接着剤は、均一な厚さに適用され、接着剤は、積層体において連続している。代わりに、接着剤は、マイカ含有層および支持体層のそれぞれの間に挿入された固体シートの形態で提供され得る。次に、層および接着剤は、層を一緒に加圧または固化することができる任意の方法を使用して、接着剤を層間に配置して一緒に加圧される。このような方法には、カレンダーロールの組のニップに（接着剤をその間に有する）層を挟むことが含まれ得る。これは、所望の厚さを有する積層体構造物に層を固化し、層を一緒に完全にかつ直接結合する。必要に応じて、接着剤は、層が圧力を受けて加圧される前、その後またはその間に適用される熱を使用してさらに硬化され得る。
【００４７】
いくつかの好ましい実施形態において、最終積層体構造物は、（１）支持体層に付着された第１の紙層＋それらの層間に配置された任意選択の接着剤、または（２）支持体層に付着され、次に第２の紙層に付着される第１の紙層＋それらの層のそれぞれの間に配置された任意選択の接着剤から本質的になるか、またはそれらのみからなる。
【００４８】
いくつかの実施形態において、シートの形態の積層体構造物をテープに切断し、次にいくつかの可能な方法を使用して樹脂で含浸することができる。１つの一般的な方法は、積層体構造物が、絶縁される物品に挿入されるかまたはその周りに巻回された後にテープの形態のそれを樹脂で含浸する工程を含む。次に、樹脂が硬化される。第２の一般的な方法は、積層体構造物が、絶縁される物品に挿入されるかまたはその周りに巻回される前にテープの形態のそれを樹脂で含浸する工程と、次に樹脂を硬化させる工程とを含む。
【００４９】
積層体構造物は、工業モーター、風力タービン発電機における直接の使用が考えられるが、限定されないが、走行用モーター、ターボおよび水中発電機ならびに工業用パワーインバータなどの他の使用および用途が可能である。
【００５０】
試験方法
以下の試験方法が、以下に提供される実施例において使用された。
【００５１】
基本重量をＡＳＴＭ  Ｄ  ６４５およびＡＳＴＭ  Ｄ  ６４５−Ｍ−９６に従って測定し、ｇ／ｍ2単位で記録した。
【００５２】
厚さをＡＳＴＭ  Ｄ  ６４６−９６に従って測定し、ｍｍ単位で記録した。
【００５３】
引張強さを、幅２．５４ｃｍの試験片および１８ｃｍのゲージ長を使用してＡＳＴＭ  Ｄ  ８２８−９３に従って測定し、Ｎ／ｃｍ単位で記録した。
【００５４】
ガーレイ多孔度は、ＴＡＰＰＩ  Ｔ４６０に従って１．２２ｋＰａの圧力差を使用して紙の約６．４平方センチメートルの円形面積についてシリンダー変位１００ミリリットル当たりの秒単位の空気抵抗によって測定された。
【００５５】
剛性（可撓性）または剛軟度は、ＩＥＣ  ６０３７１−２に従って試験体を曲げるための最大曲げ荷重を試験体（幅１５ｍｍ×長さ２００ｍｍ）の長さで割った値であり、Ｎ／ｍで記録する。
【００５６】
絶縁耐力は、絶縁材料の絶縁破損が特定の条件下で起こる電位傾度である。それは、本明細書においてＡＳＴＭ  Ｄ１４９−９７Ａに従って測定され、ｋＶ／ｍｍ単位で記録された。
【００５７】
耐電圧性は、絶縁材料が表面コロナの作用下で長時間の交流電圧ストレスに耐えることができる時間である。本明細書において、それは、ＡＳＴＭ  Ｄ２２７５−０１に従ってコロナ条件下で長時間の交流電圧ストレスに対する耐性のメジアン破損時間として測定され、１２ｋＶ／ｍｍ、３６０ｈｚにおいて時間単位で記録された。
【実施例】
【００５８】
実施例１
積層体構造物は、マイカ紙層およびガラス織布支持体層から製造された。マイカ紙層は、厚さ０．１５ｍｍであり、９５重量パーセントのか焼マイカフレーク（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓａｍｉｃａ  Ｆｌａｋｅ  Ｃｏ．，Ｒｕｔｌａｎｄ，Ｖｅｒｍｏｎｔから入手可能な白雲母タイプ）と、米国特許第３，７５６，９０８号明細書に一般的に記載された方法で製造された２重量パーセントのポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）（ＭＰＤ−Ｉ）フィブリドと、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能な線密度０．２２ｔｅｘおよび長さ０．６４ｃｍのＮｏｍｅｘ（登録商標）繊維であるフロック３重量パーセントとを含有した。したがって、マイカ紙層内の支持材料のパーセンテージは、６０重量％のフロックおよび４０重量％のフィブリドであった。
【００５９】
ガラス織布をベースとした支持体層は、５０μｍのガラス糸を含有した。それは、マイカ紙層とガラス織布との間に置かれるエポキシ系接着剤（約９ｇ／ｍ2）によってマイカ紙層に付着された。次に、１５０℃に加熱されて２５００Ｎ／ｃｍのニップ圧力で作動するニップカレンダーロール間でこの集成体をカレンダー処理して接着剤を硬化させ、マイカ紙層、接着剤およびガラス織布支持体層を有する積層体構造物を製造した。得られた積層体構造物は、０．１６ｍｍの厚さおよび１９１ｇ／ｍ2の基本重量を有し、十分に接合され、優れた引張強さ、可撓性および良好なガーレイ多孔度を示した。この積層体構造物のデータは、表１および２に示される。
【００６０】
比較例Ａ
比較例Ａは、ポリマーフロックを全く含有しないが、代わりに５重量パーセントのポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）フィブリドと、９５重量パーセントのか焼マイカフレーク（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓａｍｉｃａ  Ｆｌａｋｅ  Ｃｏ．，Ｒｕｔｌａｎｄ，Ｖｅｒｍｏｎｔから入手可能な白雲母タイプとを含有すること以外、実施例１と同様の方法で製造された。得られた積層体構造物は、十分に接合され、０．１５１ｍｍの厚さおよび１８８ｇ／ｍ2の基本重量を有した。この積層体構造物のデータは、表１および２に示される。
【００６１】
表２に示されるように、積層体構造物の絶縁耐力は、実施例１の積層体構造物と同様であった。しかしながら、比較例Ａの積層体構造物のガーレイ多孔度は、実施例１の積層体構造物よりも劇的に高く、多孔性がはるかに低い構造を示した。したがって、マイカ紙層の支持材料中にフロックが存在しないことは、最終積層体構造物のガーレイ多孔度に予想外の効果を有し、それは、高温カレンダリング下での薄いか焼マイカフレークおよび膜状のフィブリドの過度の高密度化の結果であると考えられる。
【００６２】
比較例Ｂ
比較例Ａを繰り返したが、か焼マイカの代わりに未か焼マイカフレーク（ＳＷＥＣＯＩｎｃ．，Ｓｏｕｔｈ  Ｋｏｒｅａから入手可能な白雲母タイプ）をマイカ紙層において使用した。得られた全積層体構造物は、０．１８ｍｍの厚さおよび１８３ｇ／ｍ2の基本重量を有した。この積層体構造物のデータは、表１および２に示される。
【００６３】
表２に示されるように、未か焼マイカの使用は、低いガーレイ多孔度によって示されるように高多孔性基材をもたらした。しかしながら、絶縁耐力も望ましくなく低下した。
【００６４】
比較例Ｃ
比較例Ｃは、マイカ紙層が１００重量パーセントの未か焼マイカフレーク（ＳＷＥＣＯＩｎｃ．，Ｓｏｕｔｈ  Ｋｏｒｅａから入手可能な白雲母タイプ）のみを含有したこと以外、実施例Ａと同様の方法で製造された。得られた全積層体構造物は、０．２０ｍｍの厚さおよび１８２ｇ／ｍ2の基本重量を有した。この積層体構造物のデータは、表１および２に示される。
【００６５】
表２に示されるように、未か焼マイカを使用し、フィブリドを使用しないことにより、低いガーレイ多孔度によって示されるように好適に多孔性の基材をもたらした。しかしながら、絶縁耐力は、比較例Ｂよりもさらに一層低下した。
【００６６】
実施例２
多層積層体構造物が３つの別個の層から製造され、ここで、ガラス織物支持体層は、２つのマイカ紙層の間に配置され、かつそれらに付着された。マイカ紙層は、実施例１の場合と同様であったが、９０ｇ／ｍ2のより低い基本重量を有した。
【００６７】
ガラス織布をベースとした支持体層は、５０μｍのガラス糸を含有した。それは、エポキシ系接着剤（約９ｇ／ｍ2）で２つのマイカ紙層のそれぞれに付着され、次に１５０℃に加熱されて２５００Ｎ／ｃｍのニップ圧力で作動するニップカレンダーロール間で集成体をカレンダー処理して、マイカ紙層、接着剤、ガラス織布支持体層、接着剤および別のマイカ紙層を有する積層体構造物を製造した。全積層体構造物の厚さは、０．１７ｍｍであった。得られた積層体構造物は、０．１７ｍｍの厚さおよび２０１ｇ／ｍ2の基本重量を有し、十分に接合され、優れた引張強さ、可撓性および良好なガーレイ多孔度を示した。この積層体構造物のデータは、表１および２に示される。付加的な層を使用しても、３層積層体構造物は、絶縁耐力とガーレイ多孔度との良好な組合せを有した。
【００６８】
実施例３
実施例１および２の多層積層体構造物を幅１５ｍｍのテープのロールに切断する。次に、テープを使用して、１５０ｍｍ×７５ｍｍの断面寸法を有する金属導体にスパイラル状に巻き付ける。テープは、導体が十分に絶縁されるまで半巻きで（５０％重なり合わせて）巻き付けられる。巻き付けられた導体は、そのままでモーターにおいて使用されるものもあるが、モーターにおいて使用する前にエポキシ樹脂で含浸されるものもある。テープは、導体に良好な電気絶縁を提供する。
【００６９】
【表１】
2019514746.tif 000002
【００７０】
【表２】
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【国際調査報告】
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2019514746.tif 000005
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