(57)【要約】      （修正有）【課題】電気絶縁システムおよび関連する絶縁ステータバーを提供する。【解決手段】電気絶縁システムは、電気絶縁性マイカ紙１２と、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面１４に配置された繊維ガラス１８とを含む。電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスには、硬化性バインダー樹脂組成物が含浸されている。硬化性バインダー樹脂組成物は、約２．５のエポキシド官能価を有する約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約２のエポキシド官能価を有する約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、金属アセチルアセトネート触媒と、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤とを含む。【選択図】図１
2018119131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁システムであって、
（ａ）電気絶縁性マイカ紙（１２）と、
（ｂ）前記電気絶縁性マイカ紙（１２）の第１の表面（１４）に配置された繊維ガラス（１８）と
を備え、
前記電気絶縁性マイカ紙（１２）および前記繊維ガラス（１８）は、硬化性バインダー樹脂組成物で含浸され、前記硬化性バインダー樹脂組成物は、
約２．５のエポキシド官能価を有する約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、
約２のエポキシド官能価を有する約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、
約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、
金属アセチルアセトネート触媒と、
ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤と
を備える、電気絶縁システム。
【請求項２】
前記強化剤の濃度が、前記硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約１５重量％の範囲である、請求項１に記載の電気絶縁システム。
【請求項３】
前記強化剤がポリエーテルスルホンである、請求項１に記載の電気絶縁システム。
【請求項４】
前記ポリエーテルスルホンの濃度が、前記硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約１０重量％である、請求項３に記載の電気絶縁システム。
【請求項５】
前記強化剤は前記メチルメタクリレートブタジエンスチレンであって、前記メチルメタクリレートブタジエンスチレンの濃度が前記硬化性バインダー樹脂組成物の約１０重量％〜約１５重量％である、請求項１に記載の電気絶縁システム。
【請求項６】
前記固体または半固体エポキシ樹脂はエポキシノボラック樹脂であって、前記エポキシノボラック樹脂の濃度が前記硬化性バインダー樹脂組成物の約５３重量％〜約６１重量％である、請求項１に記載の電気絶縁システム。
【請求項７】
前記液体エポキシ樹脂はビスフェノールＡ系エポキシ樹脂であって、前記ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂の濃度が、前記硬化性バインダー樹脂組成物の約２３重量％〜約２６重量％である、請求項６に記載の電気絶縁システム。
【請求項８】
前記金属アセチルアセトネート触媒はアルミニウムアセチルアセトネートであって、前記アルミニウムアセチルアセトネートの濃度が前記硬化性バインダー樹脂組成物の約０．０２重量％である、請求項７に記載の電気絶縁システム。
【請求項９】
前記電気絶縁性マイカ紙（１２）の第２の表面（１６）に配置されたポリエチレンテレフタレート層をさらに備える、請求項１に記載の電気絶縁システム。
【請求項１０】
ステータバー（３０）であって、
グループで配設された複数の導体（３２）と、
前記複数の導体（３２）のグループを囲む接地壁絶縁体（３８）とを備え、前記接地壁絶縁体（３８）は、電気絶縁性マイカテープ（１０）の１つ以上の層を備え、前記電気絶縁性マイカテープ（１０）は、
（ａ）電気絶縁性マイカ紙（１２）と、
（ｂ）前記電気絶縁性マイカ紙（１２）の第１の表面（１４）に配置された繊維ガラス（１８）と
を備え、
前記電気絶縁性マイカ紙（１２）は、硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態を介して前記繊維ガラス（１８）に結合され、前記硬化性バインダー樹脂組成物は、
約２．５のエポキシド官能価を有する約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、
約２のエポキシド官能価を有する約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、
約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、
金属アセチルアセトネート触媒と、
ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤と
を備える、ステータバー（３０）。
【請求項１１】
前記強化剤の濃度が、前記硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約１０重量％の範囲である、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項１２】
前記強化剤がポリエーテルスルホンである、請求項１１に記載のステータバー（３０）。
【請求項１３】
前記強化剤はメチルメタクリレートブタジエンスチレンであって、前記メチルメタクリレートブタジエンスチレンの濃度が前記硬化性バインダー樹脂組成物の約１１重量％〜約１５重量％である、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項１４】
前記固体または半固体エポキシ樹脂はエポキシノボラック樹脂であって、前記エポキシノボラック樹脂の濃度が前記硬化性バインダー樹脂組成物の約５３重量％〜約６１重量％である、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項１５】
前記液体エポキシ樹脂はビスフェノールＡ系エポキシ樹脂であって、前記ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂の濃度が前記硬化性バインダー樹脂組成物の約２３重量％〜約２６重量％である、請求項１４に記載のステータバー（３０）。
【請求項１６】
前記接地壁絶縁体（３８）が、約０．４％〜約０．９％の範囲の曲げ歪み破壊を有する、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項１７】
前記ステータバー（３０）が、１５５℃で約３％〜約６％の範囲の熱散逸係数を有する、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項１８】
前記ステータバー（３０）が、約５００ＶＰＭ〜約２０００ＶＰＭの範囲の電気的破壊強度を有する、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項１９】
前記接地壁絶縁体（３８）が、１２〜２０層の電気絶縁性マイカテープ（１０）を備える、請求項１０に記載のステータバー（３０）。
【請求項２０】
ステータバー（３０）であって、
グループで配設された複数の導体（３２）と、
前記複数の導体（３２）のグループを囲む接地壁絶縁体（３８）とを備え、前記接地壁絶縁体（３８）は、電気絶縁性マイカテープ（１０）の１つ以上の層を備え、前記電気絶縁性マイカテープ（１０）は、
（ａ）電気絶縁性マイカ紙（１２）と、
（ｂ）前記電気絶縁性マイカ紙（１２）の第１の表面（１４）に配置された繊維ガラス（１８）と
を備え、
前記電気絶縁性マイカ紙（１２）は、硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態を介して前記繊維ガラス（１８）に結合され、前記硬化性バインダー樹脂組成物は、
約２．５のエポキシド官能価を有する約５３重量％〜約６１重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、
約２のエポキシド官能価を有する約２３重量％〜約２６重量％の液体エポキシ樹脂と、
約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、
金属アセチルアセトネート触媒と、
ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤と
を備える、ステータバー（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電気絶縁システムに関する。より詳細には、本開示は、電気絶縁性マイカテープベースの絶縁システムおよび電気機械の絶縁部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイカベースの電気絶縁システムは、現在、高電圧機械および中電圧機械に用いられている。マイカベースの電気絶縁システムは、一般に、電気絶縁システムのための十分な機械的強度および放電抵抗を提供するバインダー樹脂（例えば、熱硬化性樹脂）およびキャリアテープ（例えば、マイカテープ）の組み合わせを含む。バインダー樹脂は、多くの場合部分的に架橋され、加熱により溶融して硬化し、最終形状がキャリアテープに提供される。
【０００３】
強化繊維の含浸を容易にする熱硬化性樹脂は、一般に、好適なバインダー樹脂として使用される。エポキシ樹脂などの熱硬化性バインダー樹脂は、望ましい機械的特性、熱安定性、および耐化学性を有する。しかしながら、より高い温度で使用する場合、これらの熱硬化性樹脂のいくつかの性能は不十分である可能性があり、顕著な熱劣化が生じる。熱特性を改善するために、ガラス繊維のような補強繊維が熱硬化性バインダー樹脂に含浸されることが多い。しかしながら、従来の含浸材料の多くは、電気機械の動作温度で亀裂を発生させる。したがって、発電機などの高電圧電気機械または中電圧電気機械に使用される電気絶縁システムの機械的特性を改善することが望ましい。
【０００４】
エポキシ樹脂は架橋ポリマーであり、高強度、高剛性および良好な耐溶剤性などの望ましい特性を有することによって接着剤、シーラント、コーティングおよび電気用途のような用途での使用に適する。しかしながら、エポキシ樹脂の剛性が向上すると、樹脂が本質的に脆くなり、その結果、亀裂伝播が生じる。添加剤、変性剤、充填剤、可塑剤および他のポリマーを使用するエポキシ樹脂の改質は、これらの材料の特性をカスタマイズする機会をもたらす。エポキシ樹脂の機械的特性（例えば、破壊靱性）を、例えばゴムおよび熱可塑性樹脂のような第２相ポリマーを添加することによって異なるアプローチで改善する努力がなされている。エポキシ樹脂にゴムを添加すると樹脂の靱性は向上するが、樹脂の剛性は低下する。硬質熱可塑性物質を添加すると、エポキシ樹脂の靱性は向上するが、樹脂の耐溶剤性は低下する。一般に知られている強化剤を脆性エポキシ樹脂にランダムに添加することにより、強化要件を満たす界面を形成することができる。しかしながら、そのような強化剤をランダムに添加すると、耐溶剤性および剛性を含む他の望ましい特性が損なわれることが多い。
【０００５】
したがって、高温および高電圧で使用することができ、耐溶剤性または剛性などの他の望ましい特性に影響を与えることなく所望の機械的強度を提供する、マイカテープベースの電気絶縁システムが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３２６４８１号明細書
【発明の概要】
【０００７】
電気絶縁システムの１つ以上の実施形態が提供される。電気絶縁システムは、電気絶縁性マイカ紙と、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置された繊維ガラスとを備える。電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスには、硬化性バインダー樹脂組成物が含浸されている。硬化性バインダー樹脂組成物は、約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、金属アセチルアセトネート触媒と、約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤とを含む。強化剤は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、またはポリエーテルスルホンとメチルメタクリレートブタジエンスチレンとの組み合わせから選択される。固体または半固体エポキシ樹脂は、約２．５のエポキシド官能価を有し、液体エポキシ樹脂は、約２のエポキシド官能価を有する。
【０００８】
ステータバーの１つ以上の実施形態が提供される。ステータバーは、グループで配設された複数の導体と、複数の導体のグループを囲む接地壁絶縁体とを備える。接地壁絶縁体は、電気絶縁性マイカテープの１つ以上の層を含む。電気絶縁性マイカテープは、電気絶縁性マイカ紙と、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置された繊維ガラスとを備える。電気絶縁性マイカ紙は、硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態を介して繊維ガラスに結合される。硬化性バインダー樹脂組成物は、約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、金属アセチルアセトネート触媒と、約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤とを備える。強化剤は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、またはポリエーテルスルホンとメチルメタクリレートブタジエンスチレンとの組み合わせのいずれかである。固体または半固体エポキシ樹脂は、約２．５のエポキシド官能価を有し、液体エポキシ樹脂は、約２のエポキシド官能価を有する。
【０００９】
いくつかの他の実施形態では、ステータバーが提供される。ステータバーは、グループで配設された複数の導体と、複数の導体のグループを囲む接地壁絶縁体とを備える。接地壁絶縁体は、電気絶縁性マイカテープの１つ以上の層を含む。電気絶縁性マイカテープは、電気絶縁性マイカ紙と、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置された繊維ガラスとを備える。電気絶縁性マイカ紙は、硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態を介して繊維ガラスに結合される。硬化性バインダー樹脂組成物は、約５３重量％〜約６１重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約２３重量％〜約２６重量％の液体エポキシ樹脂と、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、金属アセチルアセトネート触媒と、約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤とを備える。強化剤は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、またはポリエーテルスルホンとメチルメタクリレートブタジエンスチレンとの組み合わせから選択される。固体または半固体エポキシ樹脂は、約２．５のエポキシド官能価を有し、液体エポキシ樹脂は、約２のエポキシド官能価を有する。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態による、電気絶縁性マイカテープの断面図の概略図である。
【図２】本開示の一実施形態による、電気絶縁性マイカテープの断面図の概略図である。
【図３】本開示の一実施形態による、電気絶縁性マイカテープで巻いたステータバーの一部分の断面図を示す。
【図４】本開示の一実施形態による、様々な硬化性バインダー樹脂サンプルに対する曲げ歪み破壊を示す。
【図５】本開示の一実施形態による、様々な硬化性バインダー樹脂サンプルの散逸係数を示す。
【図６】本開示の一実施形態による、様々な硬化性バインダー樹脂サンプルの破壊強度を示す。
【図７】本開示の一実施形態による、様々な硬化性バインダー樹脂組成物を含む、電気絶縁性マイカテープで巻いたバーの曲げ歪み破壊を示す。
【図８】本開示の一実施形態による、２０℃および１５５℃の様々な硬化性バインダー樹脂組成物を含む、電気絶縁性マイカテープで巻いたバーの散逸係数％を示す。
【図９】本開示の一実施形態による、様々な硬化性バインダー樹脂組成物を含む、電気絶縁性マイカテープで巻いたバーの破壊強度を示す。
【図１０】本開示の一実施形態による、様々な硬化性バインダー樹脂組成物を含む、電気絶縁性マイカテープで巻いたバーの層間剪断強度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明は例示的なものであり、本発明または本発明の使用を限定するものではない。本明細書を通して、特定の用語の例示は、限定されない例とみなすべきである。単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈が特に他のことを明確に示さない限り、複数の指示対象を含む。本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、概略を表す言葉（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｎｇ  ｌａｎｇｕａｇｅ）は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」などの用語により修飾された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。他に指示がない限り、明細書および特許請求の範囲で使用される成分の量、分子量などの特性、反応条件などを表すすべての数字は、すべての場合において「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、反対のことが示されていない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。必要に応じて、範囲が与えられ、それらの範囲はその間のすべての部分範囲を包括する。
【００１３】
特許請求する発明の主題をより明確かつ簡潔に記載するために、下記の説明および添付の特許請求の範囲に使用される特定の用語に対して、下記の定義が提供される。
【００１４】
本明細書で使用する「エポキシ樹脂」という用語は、通常少なくとも２個のエポキシド基を含有する低分子量プレポリマーまたは高分子量ポリマーを指す。
【００１５】
本明細書で使用する「固体エポキシ樹脂」という用語は、室温（２０℃）で固体状態にある高分子量エポキシポリマーを指す。固体エポキシ樹脂の平均分子量は、一般に１０００ｇ／ｍｏｌより大きい。用語「半固体エポキシ樹脂」は、室温（２０℃）で半固体状態にあるエポキシ樹脂を指す。半固体エポキシ樹脂は、一般に５００〜７００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する。
【００１６】
ここで、「液体エポキシ樹脂」とは、無溶媒でも室温（２０℃）で液体の状態にあるエポキシ樹脂をいう。液体エポキシ樹脂の平均分子量は、一般に３００ｇ／ｍｏｌより大きく５００ｇ／ｍｏｌより小さい。
【００１７】
本明細書で使用される「エポキシ官能価」という用語は、エポキシ樹脂分子の（１個当たりの）エポキシ基の平均数を指す。例えば、２．５のエポキシ官能価を有するエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂がエポキシ樹脂１分子当たり平均して２．５個のエポキシ基を含有することを意味する。
【００１８】
本明細書で使用される場合、用語「配置された」とは、当該技術分野における任意の既知の方法を使用して、表面に層をコーティング、堆積および／または形成することを指す。「配置された」という語句は、層が表面に直接またはバインダー樹脂を介して接触するように、表面（例えば、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面）に層（例えばガラス繊維層）を形成する例を含む。
【００１９】
本明細書で使用される場合、用語「曲げ歪み破壊」は、部品の屈曲または曲げが行われるときの部品（例えばビーム）の材料の抵抗を指す。曲げ歪み破壊は、曲げ応力に対する曲げ変形の場合の曲げ応力の比として計算される。例えば、ビームのベンディングモーメントまたは曲げモーメントに関連する歪みは、曲げ歪み破壊として指定することができる。曲げ歪み破壊は一般にパーセンテージで測定される。
【００２０】
本明細書で使用される場合、用語「熱散逸係数」は、熱として誘電体材料中で散逸する電力の、印加される電力に対する比を指す。熱散逸係数は、交番電場で使用される場合の電気絶縁材料における誘電損失および熱として放散されるエネルギーの尺度である。熱散逸係数は一般にパーセンテージで測定される。
【００２１】
本明細書で使用する場合、用語「電気的破壊強度」または「破壊強度」（ＢＤＳ）は、印加されたＡＣまたはＤＣ電圧下での誘電材料の絶縁破壊抵抗の尺度を指す。破壊前の印加電圧を誘電材料の厚さで割ると破壊強度値が得られる。ＢＤＳは、一般に、ミリメートル当たりのボルト（Ｖ／ｍｍまたはＶＰＭ）などの長さ単位にわたる電位差の単位で測定される。
【００２２】
本開示の１つ以上の実施形態は、電気絶縁システムに関する。電気絶縁システムは、電気絶縁性マイカ紙と、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置された繊維ガラスとを備える。電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスには、硬化性バインダー樹脂組成物が含浸されている。
【００２３】
いくつかの実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、熱硬化性樹脂組成物および強化剤を含む。熱硬化性樹脂は、少なくとも１種の触媒性エポキシ樹脂、エポキシ樹脂を触媒するための触媒、および促進剤を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の触媒性エポキシ樹脂は、固体または半固体エポキシ樹脂および液体エポキシ樹脂を含む。固体または半固体エポキシ樹脂、液体エポキシ樹脂、促進剤および触媒を含む熱硬化性樹脂は、ここではエポキシ樹脂混合物と呼ばれる。特定の一実施形態では、熱硬化性樹脂は、固体または半固体エポキシ樹脂、液体エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラック促進剤、金属アセチルアセトネート触媒および強化剤を含み、強化剤は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、またはポリエーテルスルホンとメチルメタクリレートブタジエンスチレンとの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、促進剤は、エポキシ：ノボラック比に関して化学量論的レベルよりも少ない量で存在する。いくつかの実施形態では、ビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックは、酸性触媒によって触媒され、１２０のヒドロキシル当量を有する。
【００２４】
いくつかの例示的な実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約８５重量％〜約９７．５重量％の熱硬化性樹脂組成物と、約２．５重量％〜約１５重量％強化剤とを含み、強化剤は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレンおよびそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、熱硬化性樹脂組成物は本質的に、約２．５のエポキシド官能価を有し、熱硬化性樹脂組成物の量が約２５重量％〜約７５重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約２のエポキシド官能価を有し、熱硬化性樹脂組成物の量が約１０重量％〜約５０重量％の液体エポキシ樹脂と、金属アセチルアセトネート触媒と、熱硬化性樹脂組成物の量が約５重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラック促進剤とを含む。このような実施形態において、熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂の基本特性に実質的に影響を及ぼさない他の成分をさらに含有していてもよい。例えば、熱硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂組成物の絶縁特性に悪影響を及ぼさない追加の充填材を含むことができる。
【００２５】
１つの例示的な実施形態において、熱硬化性樹脂組成物は、約２５重量％〜約７５重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、約１重量％〜約５０重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、金属アセチルアセトネート触媒とを含む。この例示的な実施形態では、固体または半固体エポキシ樹脂は約２．５のエポキシド官能価を有し、液体エポキシ樹脂は約２のエポキシド官能価を有する。
【００２６】
いくつかの例示的な実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラック促進剤と、金属アセチルアセトネート触媒と、約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤とを含む。この実施形態では、列挙された重量％はすべて、硬化性結合組成物に関するものである。強化剤は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、またはポリエーテルスルホンとメチルメタクリレートブタジエンスチレンとの組み合わせであってもよい。この例示的な実施形態では、固体または半固体エポキシ樹脂は約２．５のエポキシド官能価を有し、液体エポキシ樹脂は約２のエポキシド官能価を有する。
【００２７】
硬化性バインダー樹脂組成物は、室温（例えば２０℃）および電気絶縁システムの製造中に電気絶縁性マイカ紙および／または繊維ガラスへのその透過を可能にするのに十分な高温において、本質的に非反応性である。また、電気絶縁システムで巻かれたまたはテープされた物品の処理中に水分および揮発性物質を除去するために必要な温度において、本質的に非反応性である。しかしながら、樹脂組成物の硬化特性に悪影響を及ぼすことなく、より高温で硬化する。例えば、硬化性バインダー樹脂組成物は、約１２０℃までの温度で実質的に非反応性であってもよいが、約１６５℃の温度でエポキシ−エポキシ反応を経て、ガラス繊維でコーティングされたマイカ紙を電気絶縁材料として機能させるのに適した機械的、熱的および電気的特性を有する固体材料を形成する。
【００２８】
電気絶縁システムは、一般に、繊維ガラスを裏打ちシートとして使用して、電気絶縁性マイカ紙を繊維ガラスと接着することによって形成される。いくつかの実施形態では、電気絶縁性マイカ紙は、小さなマイカフレークがシート上に敷設されたセルロースシートである。マイカフレークは、白雲母（ＫＡｌ2ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ2））、または金雲母（ＫＭｇ3ＡｌＳｉ3Ｏ1O（ＯＨ）2）、または白雲母と金雲母の混合物から選択されてもよい。マイカ紙のフェルト化、マイカ紙の敷設、またはマイカ紙の裏打ちシートへの結合の間に、マイカフレークは、Ｃｒ、ＳｎまたはＺｎ金属イオンの少なくとも１つにインターカレートしてもよい。マイカは部分放電に対して高い耐性を有し、それによって絶縁材料の耐電圧および寿命を増加させる。
【００２９】
繊維ガラスは、電気絶縁性マイカ紙の裏打ちシートとして使用して支持体を提供することができる。いくつかの実施形態では、繊維ガラスは、電気絶縁システムを形成するためにマイカの補強および裏打ちのための基材として使用される。繊維ガラスは著しく高い絶縁性および耐久性を有する。繊維ガラスはまた、寸法安定性、電気抵抗性および耐熱性を有する。さらに、硬化性バインダー樹脂を含浸させたときの繊維ガラスは、剛性の絶縁ベースを形成し、電子産業および電気産業で使用する電気絶縁システムの製造に有用である。
【００３０】
本明細書に記載の電気絶縁システムのいくつかの実施形態では、繊維ガラスは、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置される。電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスには、硬化性バインダー樹脂組成物が含浸されている。含浸を容易にするために、硬化性バインダー樹脂のプリプレグ形態を使用することができる。「プリプレグ形態」は、樹脂組成物の中間形態であり、ラッピング、カプセル化、巻き上げ、または結合の間にゲルを形成する。例えば、樹脂のプリプレグ形態は、ステータバーのラッピング中にゾル−ゲル転移を起こさない。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂のプリプレグ形態が、電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスに含浸されて、電気絶縁性マイカテープを形成する。いくつかの他の実施形態では、硬化性バインダー樹脂のプリプレグ形態が、電気絶縁性マイカ紙と繊維ガラスとの間に配置され、電気絶縁性マイカテープを形成する。硬化性バインダー樹脂のプリプレグ形態は、電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスを透過し得る。いくつかの実施形態では、電気絶縁性マイカ紙は、ステータバーの導体の周りを巻くのに十分なほど柔軟である。ステータバーの導体の周りに巻かれた硬化性バインダー樹脂のプリプレグ形態を有する電気絶縁性マイカテープは、その後、空気、水分および他の揮発性物質を除去するために硬化され、電気絶縁ステータバーを形成する。電気絶縁性マイカテープの硬化は、高電圧発生器での使用に適した電気絶縁システムをもたらす。
【００３１】
図１に示すように、電気絶縁システムマイカテープ１０は、しなやかな裏打ちシート１８（例えば繊維ガラスの裏打ち）によって支持された電気絶縁性マイカ紙１２から構成される。電気絶縁性マイカ紙１２は、第１の表面１４と第２の表面１６の２つの表面を有する。繊維ガラス１８は、電気絶縁性マイカ紙１２の第１の表面１４に配置される。電気絶縁性マイカ紙１２および繊維ガラス１８には、硬化性バインダー樹脂組成物が含浸されている。プリプレグ形態の硬化性バインダー樹脂組成物は、電気絶縁性マイカ紙１２および繊維ガラス１８を透過し、電気絶縁性マイカ紙１２および繊維ガラス１８の両方を一緒に保持して、電気絶縁性マイカテープ１０を形成することができる。このように、硬化性バインダー樹脂組成物は、プリプレグ状態および電気絶縁性マイカテープ１０に巻かれたステータバーの硬化後に、電気絶縁性マイカテープ１０の特性に影響を及ぼす。
【００３２】
硬化性バインダー樹脂組成物の強化剤は、電気絶縁性マイカテープの機械的特性を改善するのに役立つ。硬化性バインダー樹脂組成物中の強化剤の存在はまた、電気絶縁性マイカテープで巻かれているステータバーのような物品の機械的特性を改善する。エポキシ樹脂混合物用の任意の従来の強化剤のランダムな選択は、必ずしも靱性の要求される改善を達成するとは限らない。例えば、多くの場合、強化剤の使用は高い絶縁損失をもたらし、絶縁性能に有害である。さらに、強化剤の選択基準は、個々の強化剤とエポキシ樹脂混合物との相溶性にも依存する。様々な材料を、硬化性バインダー樹脂サンプル中の強化剤としての適性について試験した（実施例２参照）。これらの硬化性バインダー樹脂サンプルおよびこれらの硬化性バインダー樹脂サンプルを用いて形成された電気絶縁性マイカテープの靱性も試験した。また、硬化性バインダー樹脂サンプルについてその機械的特性および誘電特性を決定するために多数の試験を行った（図４〜図６）。強化剤は、誘電特性を著しく低下させることなく、電気絶縁システムの機械的特性を改善するように選択された。エポキシ樹脂混合物中の強化剤としてポリエーテルスルホンまたはメチルメタクリレートブタジエンスチレンを使用した場合、所望の特性および性質が達成された。いくつかの実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、または強化剤としてのポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）とメチルメタクリレートブタジエンスチレン（ＭＭＢＳ）との組み合わせを含む。一実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物に使用される強化剤はポリエーテルスルホンである。いくつかの他の実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物に用いられる強化剤は、メチルメタクリレートブタジエンスチレンである。いくつかの実施形態では、２つの強化剤ＰＥＳＵとＭＭＢＳとの組み合わせが使用される。
【００３３】
１つ以上の実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物中の強化剤の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約２．５重量％〜約１５重量％の範囲である。いくつかの実施形態において、強化剤の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約１５重量％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、強化剤の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約８重量％〜約１２重量％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、強化剤の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約１０重量％〜約１５重量％の範囲である。
【００３４】
いくつかの例示的な実施形態では、強化剤はＰＥＳＵであり、ＰＥＳＵの濃度は硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約１０重量％の範囲である。いくつかの実施形態では、ＰＥＳＵの濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約８重量％〜約１０重量％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、ＰＥＳＵの濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約８重量％の範囲である。
【００３５】
いくつかの他の例示的な実施形態では、強化剤はＭＭＢＳであり、ＭＭＢＳの濃度は硬化性バインダー樹脂組成物の約１０重量％〜約１５重量％の範囲である。いくつかの実施形態では、ＭＭＢＳの濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約１２重量％〜約１５重量％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、ＭＭＢＳの濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約１０重量％〜約１２重量％の範囲である。
【００３６】
固体または半固体エポキシ樹脂は、硬化性バインダー樹脂組成物の主成分を構成する。プリプレグ形態の硬化性バインダー樹脂組成物の望ましい接着特性は、固体または半固体エポキシ樹脂成分を使用することによって達成される。さらに、硬化性バインダー樹脂の望ましい固体または半固体コンシステンシーは、固体または半固体エポキシ樹脂成分を使用することによって達成される。一実施形態では、固体または半固体エポキシ樹脂はエポキシノボラック樹脂である。市販のエポキシノボラック樹脂の非限定的な例には、ＤＥＮ４３９、ＤＥＮ４３８およびＤＥＮ４８５（ＤＯＷ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）が含まれる。
【００３７】
１つ以上の実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、約２．５重量％のエポキシド官能価を有する約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂を含む。特定の実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約２．５重量％のエポキシド官能価を有する約３０重量％〜約６０重量％の固体または半固体エポキシ樹脂を含む。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約２．５のエポキシド官能価を有する約４０重量％〜約５０重量％の固体または半固体エポキシ樹脂を含む。いくつかの実施形態では、固体または半固体エポキシ樹脂は、エポキシノボラックであり、エポキシノボラック樹脂の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約５３重量％〜約６１重量％の範囲である。一実施形態では、エポキシノボラック樹脂の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約５４重量％〜約５８重量％の範囲である。
【００３８】
１つ以上の実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂を含む。液体エポキシ樹脂は約２のエポキシド官能価を有する。特定の実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、約２のエポキシド官能価を有する液体エポキシ樹脂約１０重量％〜約４０重量％を含む。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約２のエポキシド官能価を有する液体エポキシ樹脂約２０重量％〜約３０重量％を含む。いくつかの実施形態では、液体エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂である。これらの実施形態では、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約２３重量％〜約２６重量％の範囲内であり得る。例示的な実施形態において、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約２３．５重量％であり得る。
【００３９】
より柔らかくよりしなやかなシート材料（例えば電気絶縁性マイカテープ）が望ましい場合には、液体エポキシ樹脂の固体または半固体エポキシ樹脂に対する濃度の比を調整してもよい。例えば、より多量の液体エポキシ樹脂を使用して、得られるエポキシ樹脂混合物の粘度を低下させることができる。このような調整は、樹脂組成物の反応性またはその硬化特性に著しい影響を与えることなく、特定の濃度の固体または半固体エポキシ樹脂に対して行うことができる。液体エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂またはＦ−ジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂であってもよい。一実施形態では、液体エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂である。ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約２３重量％〜約２６重量％の範囲内であり得る。例示的な実施形態において、液体エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ−ジグリシジルエーテルエポキシ樹脂である。ビスフェノールＡ−ジグリシジルエーテルエポキシ樹脂の非限定的な例には、Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．から市販されているＥｐｏｎ８２６、Ｅｐｏｎ８２８、Ｅｐｏｎ８３０が含まれる。
【００４０】
硬化性バインダー樹脂組成物は促進剤も含む。促進剤は、室温で実質的に非反応性であるビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックであってもよい。「実質的に非反応性である」ビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックは、ビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラック促進剤の少なくとも９０％が室温で反応しないことを意味する。ビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックは、酸触媒によって触媒され、１２０のヒドロキシ当量を有する。いくつかの実施形態において、硬化性バインダー樹脂組成物は、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックを含む。いくつかの他の実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約６重量％〜約１２重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックを含む。いくつかの他の実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約８重量％〜約１０重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックを含む。
【００４１】
硬化性バインダー樹脂組成物は、触媒、例えば、金属アセチルアセトネート触媒も含む。一実施形態では、金属アセチルアセトネート触媒はアルミニウムアセチルアセトネートである。１つの例示的な実施形態において、アルミニウムアセチルアセトネートの濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約０．０２重量％である。
【００４２】
硬化性バインダー樹脂組成物を繊維ガラス上に堆積させて層またはコーティングを形成することができる。硬化性バインダー樹脂組成物を電気絶縁性マイカ紙に堆積させて層を形成することもできる。硬化性バインダー樹脂組成物の層またはコーティングは、当該技術分野における任意の既知の堆積方法を使用することによって、繊維ガラスまたは電気絶縁性マイカ紙のいずれかに形成され得る。コーティング形成およびその後の含浸の要件に応じて、硬化性バインダー樹脂の粘度は、固体エポキシ樹脂または液体エポキシ樹脂の濃度を変化させることによって、または溶媒を添加することによって改変され得る。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、２つの異なるタイプのエポキシ樹脂、例えば、より高い粘度を有するものとより低い粘度を有するものとを含有し得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、より高い割合の溶剤およびより低い粘度を有することができる。このタイプの硬化性バインダー樹脂は、電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラス内部の硬化性バインダー樹脂の浸透に使用されることが多い。硬化性バインダー樹脂は、例えば、繊維ガラスと電気絶縁性マイカ紙表面との間に適用して、電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスを通した透過を助けて電気絶縁性マイカテープを形成することができる。含浸された電気絶縁性マイカテープの形態では、硬化性バインダー樹脂は、マイカの個々のフレークを、電気絶縁性マイカ紙を有する繊維ガラスと同様に、紙の中に保持することができる。
【００４４】
いくつかの他の実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、より低い割合の溶剤および比較的高い粘度（例えば、約１５０ｃＰ）を有し得る。このような実施形態では、硬化性バインダー樹脂は、電気絶縁性マイカ紙の表面に留まり、電気絶縁性マイカ紙の表面にコーティングを形成し得る。これらの実施形態の硬化性バインダー樹脂のこのようなコーティングは、繊維ガラスを電気絶縁性マイカ紙の表面に保持することができる。特定の実施形態では、硬化性バインダー樹脂の一部は、電気絶縁性マイカ紙の表面にコーティングを形成し、硬化性バインダー樹脂の別の部分は、電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスの細孔を通って浸透する。硬化性バインダー樹脂は、浸漬コーティングを含む任意の適切な技術を用いて、電気絶縁性マイカ紙または繊維ガラスに適用されてもよい。１つの例示的な実施形態において、蒸気プロセス含浸（ＶＰＩ）を使用して、硬化性バインダー樹脂組成物の薄膜コーティングを、繊維ガラス、電気絶縁性マイカ紙、または繊維ガラスおよび電気絶縁性マイカ紙の両方に形成することができる。ＶＰＩ技術は費用効果があり、熱伝達を改善することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、電気絶縁システムは、電気絶縁性マイカ紙の第２の表面に配置されたポリエチレンテレフタレート層をさらに含む。図２に示すように、電気絶縁性マイカテープ１０は、単一の織り繊維ガラスの裏打ち１８によって支持された電気絶縁性マイカ紙１２から構成されてもよく、追加の層２２は、電気絶縁性マイカ紙１２の第２の表面１６上に配置される。いくつかの実施形態では、追加の層２２はポリエチレンテレフタレート層である。硬化性バインダー樹脂組成物は、電気絶縁性マイカ紙１２および繊維ガラス１８を透過し、電気絶縁性マイカテープ１０を形成することによって、電気絶縁性マイカ紙１２および繊維ガラス１８の両方を一緒に保持することができる。ポリエチレンテレフタレートの追加の層は、電気絶縁性マイカ紙上に配置される。ポリエチレンテレフタレートは、電気絶縁性マイカテープの引張強さを向上させるのに役立つ。
【００４６】
本開示の１つ以上の実施形態は、電気絶縁システムを使用する電気機械の絶縁部品に関する。電気絶縁システムは、電気機器用のプリプレグ電気絶縁材料および高電圧発生器ステータバーの接地壁絶縁体のような部品としての使用に適した、電気絶縁性マイカテープを含む。電気絶縁性マイカテープは、既存の接地絶縁体システムと比較して、改善された電圧耐久性を提供する。さらに、電気絶縁性マイカテープは、電気絶縁システムの誘電特性を著しく損なうことなく、靱性の向上などの改善された機械的特性を提供する。電気絶縁性マイカテープは、硬化性バインダー樹脂組成物が含浸された電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスを含む。電気絶縁性マイカテープは、中間形態の硬化性バインダー樹脂（プリプレグ形態）が生成され、次いで電気部品を絶縁するために使用することができるように、部分的に硬化されてもよい。硬化性バインダー樹脂組成物のプリプレグ形態を含むマイカテープは、本明細書では「プリプレグ電気絶縁性マイカテープ」と呼ばれる。
【００４７】
一実施形態では、ステータバーは、グループで配設された複数の導体と、複数の導体のグループを囲む接地壁絶縁体とを含む。接地壁絶縁体は、電気絶縁性マイカテープの１つ以上の層を含む。電気絶縁性マイカテープは、電気絶縁性マイカ紙と、電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置された繊維ガラスとを含み、電気絶縁性マイカ紙は、硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態を介して繊維ガラスに結合される。硬化性バインダー樹脂組成物は、約２１重量％〜約７３重量％の固体または半固体エポキシ樹脂と、約０．８重量％〜約４９重量％の液体エポキシ樹脂と、約４重量％〜約１５重量％のビスフェノールＡ−ホルムアルデヒドノボラックと、金属アセチルアセトネート触媒と、ポリエーテルスルホン、メチルメタクリレートブタジエンスチレン、またはポリエーテルスルホンとメチルメタクリレートブタジエンスチレンとの組み合わせから選択される約２．５重量％〜約１５重量％の強化剤とを備える。固体または半固体エポキシ樹脂は、約２．５のエポキシド官能価を有し、液体エポキシ樹脂は、約２のエポキシド官能価を有する。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ステータバー絶縁体に使用される硬化性バインダー樹脂組成物は、強化剤としてポリエーテルスルホンを含む。いくつかの実施形態において、強化剤の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約５重量％〜約１０重量％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、ステータバーに使用される硬化性バインダー樹脂組成物は、強化剤としてメチルメタクリレートブタジエンスチレンを含む。メチルメタクリレートブタジエンスチレンの濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約１１重量％〜約１５重量％の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物に用いられる固体または半固体エポキシ樹脂はエポキシノボラック樹脂である。エポキシノボラック樹脂の濃度は、硬化性バインダー樹脂組成物の約５３重量％〜約６１重量％の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物に用いられる液体エポキシ樹脂はビスフェノールＡ系エポキシ樹脂であり、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂の濃度は硬化性バインダー樹脂組成物の約２３重量％〜約２６重量％である。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ステータバーの接地壁絶縁体は、プリプレグ電気絶縁性マイカテープの１つ以上の層で導体のグループを巻き、続いてプリプレグ電気絶縁性マイカテープ中の硬化性バインダー樹脂組成物を硬化させることによって作製される。ステータバーは、一次絶縁システムを提供するのに適した絶縁材料をさらに含むことができる。ステータバーは、銅またはアルミニウム製であってもよい。プリプレグ電気絶縁性マイカテープは、その柔軟性によりステータバーの導体のグループを巻くのに適している。プリプレグ電気絶縁性マイカテープで巻かれたステータバーの導体のグループの硬化は、１）硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態による電気絶縁性マイカ紙および繊維ガラスの結合と、２）硬化した電気絶縁性マイカテープへのステータバーの導体のグループの結合とをもたらす。いくつかの実施形態では、電気絶縁性マイカ紙は、硬化性バインダー樹脂組成物の硬化形態を介して繊維ガラスに結合される。これらの実施形態では、電気絶縁性マイカテープで巻かれたステータバーの導体は、高温で硬化され、その結果、電気絶縁性マイカ紙と繊維ガラスの結合構造が得られる。硬化すると、電気絶縁性マイカテープのプリプレグ形態は、ステータバーの導体の周りに巻かれた電気絶縁性マイカテープの硬化形態に変換される。電気絶縁性マイカテープに巻かれたステータバーの導体の硬化形態は、高電圧発生器での使用に適した電気絶縁ステータバーである。
【００５０】
図３は、電気絶縁ステータバー３０を示す。ステータバー３０は、ストランド絶縁体３４によって互いに絶縁された多数の導電性銅ストランド３２から構成されている。さらに、導電性ストランド３２は、ストランドセパレータ３６によって分離された、２つのアレイを形成するように配設されている。両方のアレイの周囲には、本開示のいくつかの実施形態に従って製造された電気絶縁性マイカテープ１０の複数のラッピングによって形成された、接地壁絶縁体３８がある。図３に示すように、ステータバー３０の接地壁絶縁体は、電気絶縁性マイカテープ１０の１つ以上の層で複数の導体のグループの周りを巻くことによって提供される。一般に、電気絶縁性マイカテープベースの絶縁システム１０の複数の層は、電圧要件に応じて複数の導体のグループの周りを巻くために使用される。このような電気絶縁性マイカテープ１０は、敷設された小さなマイカフレークの紙またはフェルトであってもよい。上述したように、ステータバーの接地壁絶縁体は、電気絶縁性マイカテープの１つ以上の層でステータバーの複数の導体のグループの周りを巻くことによって達成されてもよい。特定の実施形態では、接地壁絶縁体は、１２〜２０層の電気絶縁性マイカテープを備える。これらの実施形態では、１２〜２０層の電気絶縁性マイカテープが、ステータバーの複数の導体のグループの周囲を巻き、所望の絶縁特性を提供する。いくつかの他の実施形態では、接地壁絶縁体は、１５〜２０層の電気絶縁性マイカテープを備える。いくつかの他の実施形態では、接地壁絶縁体は、１７〜２０層の電気絶縁性マイカテープを備える。電気絶縁性マイカテープは、ハーフラップで適用してもよいし、当接してもよいし、そうでなくてもよい。
【００５１】
電気絶縁性マイカテープの製造に使用される硬化性バインダー樹脂組成物は、任意の適切な硬化技術に従って硬化されてもよい。いくつかの実施形態では、硬化性バインダー樹脂組成物は、約１８℃〜約１２０℃の範囲の温度で加熱することによって硬化させることができる。特定の実施形態では、約５０℃〜約１５０℃の範囲の温度が、硬化性バインダー樹脂の硬化のために使用され得る。硬化に必要な時間は、ステータバーの最終用途によって変化する場合がある。例えば、必要な時間幅は、電気絶縁性マイカテープで巻かれた導体を含むステータバーの厚さに依存して変化し得る。いくつかの実施形態では、バインダー樹脂組成物を硬化させるのに十分な時間幅は、約２時間〜約１２時間の範囲であり得る。
【００５２】
硬化組成物を使用して電気絶縁性マイカテープを製造する実施形態では、熱硬化工程中に圧力を加えることが望ましい場合がある。硬化方法の一例は、真空圧含浸方法であり、この方法では、電気絶縁性マイカテープで巻かれた複数の導体を含有するステータバーを、閉じ込められた空気および他のガスを抜き出す高真空下の圧力容器内に配置する。電気絶縁性マイカテープで巻かれた導体を含むステータバーは、圧力容器内に導入され、容器全体が、典型的には少なくとも９０ｐｓｉ以上に加圧されて、ステータバーの全貫入を達成する。一実施形態では、導体の周りを電気絶縁性マイカテープで巻かれたステータバーの硬化は、オートクレーブを使用して達成される。適切な硬化技術は、いくつかの実施形態では細流処理を含み得る。いくつかの他の実施形態では、マイクロ波、高周波、電離放射線、電子ビーム、またはそれらの組み合わせを使用して、硬化工程に影響を及ぼすことができる。
【００５３】
硬化性バインダー樹脂組成物のエポキシ樹脂混合物の成分は、硬化すると架橋することができ、所望の硬度、電気絶縁性および強化特性を提供することができる。さらに、固体または半固体エポキシ樹脂は、硬化性バインダー樹脂組成物が処理のために所望の粘度を提供するような割合で、液体エポキシ樹脂と混合されてもよい。しかしながら、エポキシ樹脂混合物の架橋後に形成される硬化組成物は、典型的には硬質であり、高温での使用中に亀裂形成を発生しやすい可能性がある。硬化性組成物の粘度および所望の誘電特性を維持しながら、組成物の機械的特性を改善するために、ＰＥＳＵまたはＭＭＢＳなどの強化材料が添加される。強化材料は、エポキシ樹脂（固体、半固体または液体）と反応し、より長い鎖を有する均一な架橋構造を形成して、改善された機械的特性を提供することができる。
【００５４】
固体または半固体エポキシ樹脂、液体エポキシ樹脂、促進剤、触媒および強化剤の相対量を制御することによって、電気絶縁システムのための特性（電気絶縁性、熱散逸、曲げ強さ、破壊靱性および粘度など）の所望の組み合わせを得ることができる。硬化性組成物が「実質的に溶媒を含まない」とは、硬化性組成物が１０％を超える溶媒を含有しないことを意味する。電気絶縁性マイカ紙を使用して、所望の電気絶縁特性を有する電気絶縁性マイカテープを形成する。繊維ガラスは、電気絶縁性マイカ紙のための適切な裏打ちを提供して、電気絶縁性マイカテープを形成し、また電気絶縁材料として機能する。
【００５５】
導体のグループの周りに巻かれた電気絶縁性マイカテープの１つ以上の層を含むステータバーを硬化することにより、曲げ歪み、熱散逸係数または電気的破壊強度などの所望の特性を有する絶縁ステータバーが生成される。
【００５６】
特定の強化剤の効果は、異なる硬化性バインダー樹脂サンプル（図４に示す）または硬化後に生成される電気絶縁ステータバー（図７に示す）の曲げ歪み破壊を測定することによって決定することができる。電気絶縁ステータバーは、約０．４％〜約０．９％の範囲の曲げ歪み破壊を有する（図７）。曲げ歪み試験は、一般に、ＡＳＴＭ規格Ｄ７９０に基づいている。
【００５７】
硬化形態の硬化性バインダー樹脂組成物および電気絶縁性マイカテープを含むステータバーは、パーセンテージとして表される熱散逸係数（ＤＦ）を決定することを特徴とする。散逸係数の低値は、誘電損失が低いことを示す。ＤＦは、室温（例えば２０℃）またはより高温（例えば１５５℃）で決定されてもよい。発電機に使用される絶縁されたステータバーは一般に高温（例えば、１２０℃）で動作するため、より高温で熱散逸係数を決定することがより重要である。特定の強化剤の効果は、図５に示すような異なる硬化性バインダー樹脂サンプルのＤＦを測定することによって決定することができる。特定の実施形態では、ステータバーは、図８に示すように、１５５℃で約３％〜約６％の範囲の熱散逸係数を有する。
【００５８】
硬化形態の硬化型バインダー樹脂組成物の破壊強度（図６）、および硬化した電気絶縁性マイカテープが複数の導体の周囲に巻かれた電気絶縁されたステータバーの破壊強度（図９）もまた、印加電圧によって決定することができる。破壊強度を決定するために、典型的には、電気絶縁ステータバーの絶縁破壊抵抗が測定される。破壊強度の高値は、絶縁されたステータバーのより良好な品質を表す。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のステータバーは、約５００ＶＰＭ〜約２０００ＶＰＭの範囲の電気的破壊強度を有する。いくつかの他の実施形態では、ステータバーは、約１０００ＶＰＭ〜約２０００ＶＰＭの範囲の電気的破壊強度を有する。いくつかの実施形態では、ステータバーは、約１５００ＶＰＭ〜約２０００ＶＰＭの範囲の電気的破壊強度を有する。いくつかの例示的な実施形態では、ステータバーは、約５００ＶＰＭ〜約８００ＶＰＭの範囲の電気的破壊強度を有する（図９）。
［実施例］
材料：エポキシノボラック樹脂（ＤＥＮ４３９）はＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入し、ビスフェノールＡホルムアルデヒドノボラックはＨｅｘｉｏｎから購入し、アルミニウムアセチルアセトネートはＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶媒およびビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（Ｅｐｏｎ８２６）はＳｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｃｏから購入した。強化剤ポリエーテルスルホン１０２００（ＶＷ（商標）１０２００）は、Ｖｉｒａｎｔａｇｅ（登録商標）から購入し、強化剤アクリレートコアシェルゴムＥＸＬ２３００Ｇ（パラロイド（商標）ＥＸＬ２３００Ｇ）、メチルメタクリレートブタジエンスチレンコアシェルゴム（パラロイド（商標）ＴＭＳ−２６７０）およびポリオール誘導体（Ｆｏｒｔｅｇｒａ（商標）１００）は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入し、強化剤シリコーンコアシェルゴム（Ａｌｂｉｄｕｒ（登録商標）ＥＰ２２４０）およびエポキシシリコーンコポリマー（Ａｌｂｉｆｌｅｘ（登録商標））はエボニック（Ｅｖｏｎｉｋ）から購入し、強化剤ポリメチルメタクリレート−ポリブチルアクリレートコポリマー（Ｍ５１）はＮａｎｏｓｔｒｅｎｇｔｈ（登録商標）から購入した。
【００５９】
実施例１：硬化性バインダー樹脂組成物の調製
エポキシ樹脂混合物と強化剤とを組み合わせることによって、硬化性バインダー樹脂組成物の異なるサンプルを作製した。エポキシ樹脂混合物は、約５４．２重量％のＤＥＮ４３９、約２３．３重量％のＥｐｏｎ８２６、約８．６重量％のビスフェノールＡホルムアルデヒドノボラック、および約８．８重量％のＥＰＯＮ８２６を、フラスコ内で２．４％アルミニウムアセチルアセトネートおよび２０％ＭＥＫ（溶媒）に混合することによって作製した。アルミニウムアセチルアセトネート触媒サンプルは、アルミニウムアセチルアセトネートをＥｐｏｎ８２６の一部に添加することによって調製し、アルミニウムアセチルアセトネートの濃度は、Ｅｐｏｎ８２６／アルミニウムアセチルアセトネート混合物の２．４％であった。アルミニウムアセチルアセトネートの最終濃度は、アルミニウムアセチルアセトネートを含むＥＰＯＮ  ８２６の全濃度が硬化性バインダー樹脂組成物の８．８重量％である場合、硬化性バインダー樹脂組成物の０．２重量％であった。このエポキシ樹脂混合物に約５重量％の強化剤を添加し、約９０℃で加熱撹拌した。ロータリーエバポレーターを用いて真空下で溶媒を除去した。硬化性バインダー樹脂組成物を硬化用モールドに注入した。
【００６０】
硬化性バインダー樹脂組成物を約１００℃で約４０分間加熱し、続いて１００℃で１時間インキュベートすることにより、硬化性バインダー樹脂組成物をオーブン内で硬化させた。次に温度を３５分間で１００℃から１７０℃に上げ、硬化性バインダー樹脂組成物を１７０℃で約１０時間インキュベートした。次に硬化性バインダー樹脂組成物を５時間かけて１７０℃から３０℃に冷却した。
【００６１】
実施例２：硬化性バインダー樹脂組成物に適した強化剤の選択
様々な硬化剤を用いて、表１に列挙した異なる硬化性バインダー樹脂組成物サンプルを作製した。サンプルは、実施例１に記載したように調製し、硬化させた。強化剤ＡｌｂｉｄｕｒおよびＡｌｂｉｆｌｅｘの場合、最初にＤＥＮ４３９を９０℃に加熱し、次いでフラスコに注ぎ、硬化性バインダー樹脂組成物の残りの成分（強化剤を除く）を添加した。１４０ｇのＭＥＫ溶媒を混合物に加え、続いて９０℃で１時間混合した。混合物を実施例１に記載したように硬化させた。表１に列挙した各サンプル中の異なる成分の濃度は、重量％（ｗｔ％）で表される。各サンプルにおいて、強化剤の濃度は、サンプル３を除いて５重量％であり、強化剤（Ａｌｂｉｄｕｒ２２４０）の濃度は１２重量％であった。強化剤を除いた対照サンプルは、強化剤以外はサンプル１と同じ成分を用いて同様の方法（実施例１）で調製した。
【００６２】
表１：硬化性バインダー樹脂組成物の異なるサンプル
【００６３】
【表１】
2018119131.tif 000003
表１に列挙した硬化性バインダー樹脂組成物サンプルの様々な機械的特性を測定し、表２に列挙する。機械的特性の改良に基づいて、電気絶縁性マイカテープの含浸に適した硬化性バインダー樹脂組成物を配合するために、強化剤ＰＥＳＵ（ＰＥＳＵ  １０２００）およびＭＭＢＳ（ＴＭＳ２６７０）を選択した。表２において、「＊」は、他の望ましくない特性によりサンプルが既に現行の適用例に対して考慮されていないため、参照された特性が特定のサンプルについて測定されなかったことを示す。例えば、サンプル３の散逸係数および曲げ歪みは、サンプルが亀裂傾向を示し、本適用例にとって望ましくないため、測定されなかった。
【００６４】
表２：異なる機械的特性に対する異なる強化剤の効果
【００６５】
【表２】
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実施例３：電気絶縁ステータバーの生成
電気絶縁性マイカテープは、電気絶縁性マイカ紙と電気絶縁性マイカ紙の第１の表面に配置された繊維ガラスとの複合構造に、硬化性バインダー樹脂組成物を適用することによって形成した。硬化性バインダー樹脂組成物の適用は、電気絶縁性マイカテープのプリプレグ形態を形成する。電気絶縁性マイカテープのプリプレグ形態は可撓性で、ステータバーの導体のグループを巻くのに適しており、バー試験用のサンプルを提供する。アルミニウムバーの導体のグループに、プリプレグ電気絶縁性マイカテープを合計１０〜１４層で巻き、電気絶縁性マイカテープはハーフラップで適用した。次に、１０〜１４層の電気絶縁性マイカテープを含むアルミニウムバーをオートクレーブ内で熱硬化させて、電気絶縁ステータバーを作製した。硬化は、電気絶縁性マイカテープで巻いた導体を、真空サイクルの間約８時間かけて約０．１４℃／分〜約０．２４℃／分の速度で約８０℃〜１４０℃に過熱することによって達成した。次に約８時間かけて温度を約１６５℃まで急速に上昇させて硬化させる。バー試験では、硬化性バインダー樹脂の異なる組成を用いて作製されたステータバーのサンプルをその物理的特性について試験した。
【００６６】
硬化性バインダー樹脂および絶縁ステータバーの特徴付け：実施例４（図７）、実施例５（図８）、実施例６（図９）および実施例９（図１０）のバー試験に使用した様々な硬化性バインダー樹脂組成物を表３に示す。
【００６７】
表３：実施例４、５、６および９のバー試験に使用した様々な硬化性バインダー樹脂組成物
【００６８】
【表３】
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実施例４：曲げ歪み破壊の測定
曲げ歪み試験は、ＡＳＴＭ規格Ｄ７９０に基づいていた。表１の硬化性バインダー樹脂サンプルの曲げ試験のために、サンプルを長方形のキャビティを有する長方形のアルミニウム型にキャストし、オーブン内で熱硬化させた。サンプルを硬化させた後、サンプルをＡＳＴＭ  Ｄ７９０規格に従って曲げ試験のための最終寸法に研磨した。得られた硬化した硬化性バインダー樹脂組成物の各々について、図４に示すように、曲げ歪み破壊を測定した。表１に記載したサンプルＣ（対照）の１、２、５、６および７を使用して、硬化性バインダー樹脂組成物の曲げ歪み破壊を測定した。強化剤１０２００ＰＥＳＵ（サンプル１）およびＴＭＳ２６７０（サンプル６）は、それぞれ約４．２％および３．８％の曲げ歪み破壊についてより高い値を示した。
【００６９】
電気絶縁性マイカ紙、ガラス繊維および硬化性バインダー樹脂組成物を備える硬化した電気絶縁ステータバーサンプルの曲げ特性を評価するために、アルミニウムバーを約１インチ×５インチ×０．１５インチの小片に切断し、続いて曲げ試験のために硬化することによって、試験サンプルを準備した。得られた硬化した電気絶縁ステータバーは、約０．４％〜約０．９％の範囲の曲げ歪み破壊を示した（図７）。表３に記載したサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥを使用して、絶縁ステータバーの曲げ歪みを決定した。
【００７０】
実施例５：散逸係数（ＤＦ）の測定
サンプルを長方形のバー形状ではなく円形のディスク形状にキャストしたことを除いて、硬化性バインダー樹脂サンプルは上記のように準備した。より良好な電極接触のために、金電極を試験サンプル上にスパッタリングした。試験は６０Ｈｚの誘電分光計を用いて行った。図５は、２０℃および１５５℃で試験した硬化性バインダー樹脂組成物の異なるサンプルについてのＤＦ％を示す。表１に記載したサンプルＣの１〜２および５〜７をＤＦ分析した。サンプル２およびサンプル７は、閾値より高いＤＦを有する。強化剤Ｍ５１（サンプル７）および強化剤ＥＸＬ２３００Ｇ（サンプル２）を含む硬化性バインダー樹脂組成物は、ＤＦ％の高値を示し、これらは本絶縁システムには適していないと考えられた。
【００７１】
様々な電気絶縁性マイカテープサンプルの散逸係数を試験するために、電気絶縁性マイカテープサンプルで巻いたアルミニウムバーを試験標本として使用した。電気絶縁性マイカテープで巻いたアルミニウムバーの導体をオートクレーブで硬化させた後、電気絶縁性マイカテープで巻いたアルミニウムバーの導体に銀電極および保護電極を適用して、６０Ｈｚで異なる電圧レベルでのエネルギー散逸を試験した。得られた硬化した電気絶縁性アルミニウムバーの散逸係数％は、室温（ＲＴ）で約１．２％〜約１．５％の範囲であり、１５５℃で約２％〜約２．５％の範囲であった（高温すなわちＨＴ）（図８に示す）。表３に記載したサンプルＦおよびサンプルＧを使用して、絶縁ステータバーのＤＦを決定した。
【００７２】
実施例６：破壊強度（ＢＤＳ）の測定
ＢＤＳを決定するためのサンプル準備は、実施例４の方法と同一であった。５ｋｖの試験電圧を１分間保持して、異なる硬化性バインダー樹脂サンプルの各工程に適用した。最終的な電気的破壊不良が起こるまで電圧を上昇させた。異なるサンプルをＢＤＳについて試験したが、図６に示すように、サンプルの大部分が１５００ｖｐｍの閾値を超えた。図６では、表１に記載したようにサンプルＣの１〜３および５〜７を試験して、硬化性バインダー樹脂組成物のＢＤＳを決定した。異なる濃度の様々な強化剤を含むサンプルを使用した。サンプル３は、ＢＤＳが閾値未満である。
【００７３】
絶縁バーのＢＤＳ試験のために、長方形の断面積を有する長さ１４０ｃｍのアルミニウムバーを電気絶縁性マイカテープで巻き、全体の厚さを約４ｍｍにした。電気絶縁性マイカテープはハーフラップで適用した。一般に、約１１〜１８層の電気絶縁性マイカテープを導体バー上に配置して、絶縁体の全体の厚さを約４ｍｍにする。バーを巻いた後、オートクレーブ内で硬化させて絶縁バーを形成した。硬化後、破壊試験を行う前に、電極および応力等級塗料を絶縁バーに適用した。破壊試験のために、各工程について１分間の保持時間で５ｋｖの試験電圧を適用した。最終的な電気的破壊不良が起こるまで電圧を上昇させた。絶縁バーの異なるサンプルをＢＤＳについて試験した。例えば、表３に記載したようにサンプルＤ、ＥおよびＦを使用して絶縁ステータバーのＢＤＳを測定したところ、図９に示すように５００ｖｐｍの閾値を超えた。
【００７４】
実施例７：硬化プロセス中の硬化性バインダー樹脂サンプルの亀裂
表１の硬化性バインダー樹脂サンプルを長方形のキャビティを有する長方形のアルミニウム型にキャストし、実施例１に記載したようにオーブン内で熱硬化させた。硬化性バインダー樹脂サンプルを１７０℃で５時間インキュベートした。表２の２つのサンプル３および４は、それぞれ亀裂および亀裂形成の傾向を示した。
【００７５】
実施例８：層間の界面結合強度の評価
積層間試験は、ＡＳＴＭ試験規格Ｄ２３４４に基づいていた。試験サンプルは、実施例６に記載したように準備した。積層間試験用の各サンプルは、厚さ４ｍｍの絶縁アルミニウムバーから切断し、最終寸法に研磨し、ＡＳＴＭ  Ｄ２３４４規格に従って試験した。バーは３点曲げで載置した。この試験では、異なる層の間の界面結合強度を評価することによって絶縁バーの強度を決定した。異なるサンプルの結果を図１０に示す。表３に記載したサンプルＡ、Ｄ、ＥおよびＦを使用して、層間剪断強度を決定した。サンプルＤは、サンプルＡ、サンプルＥおよびサンプルＦと比較してより高い層間剪断強度を示した。
【００７６】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを例示および記載してきたが、当業者には多くの改変および変更が思い浮かぶことと思われる。したがって、添付の特許請求はそのようなすべての改変および変更を本発明の真の精神の範囲に包含されるものとして含むように意図されていることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００７７】
１０  電気絶縁性マイカテープ、電気絶縁システムマイカテープ
１２  電気絶縁性マイカ紙
１４  第１の表面
１６  第２の表面
１８  繊維ガラス、繊維ガラスの裏打ちシート
２２  追加の層
３０  電気絶縁ステータバー
３２  導電性（銅）ストランド
３４  ストランド絶縁体
３６  ストランドセパレータ
３８  接地壁絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2018119131000001.pdf