КЛЕЙ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИОННОЙ ЛЕНТЫ В ИЗОЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЕ И ИЗОЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА
ADHESIVE FOR INSULATING TAPE IN INSULATION SYSTEM AND INSULATION SYSTEM

Изобретение относится к клею (адгезиву) для изоляционной ленты в изоляционной системе и к изоляционной системе, в частности, изоляционной системе для электрических машин, работающих в диапазоне высоких напряжений, начиная с 1 кВ, с пропиточной смолой, не содержащей ангидридов, например, пропиточной смолой с оксирановыми функциональными группами.
Электрические машины содержат в большом числе продольных пазов пакета железа статора особым образом выполненные катушки, как правило, из меди, которые через избирательную по времени подачу напряжения создают распространяющееся во все стороны магнитное поле, которое, в свою очередь, приводит в действие подвешенный в отверстиях статора свободно вращающийся ротор, который, например, благодаря множеству установленных постоянных магнитов может реагировать на индуцированное магнитное поле в форме вынужденного вращения и, таким образом, превращать электрическую энергию в кинетическую. При этом пакет железа статора находится при потенциале земли, а катушки, напротив, при высоком, киловольтном потенциале. Поэтому вставленные в пазы статора катушки должны быть электроизолированы от массы.
Кроме того, каждая катушка изолируется особой лентой на основе слюдяной бумаги (миколента) путем многократного обертывания внахлест. Используется слюда, так как она как чешуйчатый неорганический твердый изоляционный материал способна эффективно и надолго задерживать эрозию в условиях неполного электрического разряда и имеет хорошую химическую и термическую стойкость. Микаленты состоят, например, из слюдяной бумаги и одного или нескольких носителей (например, пленка), которые соединены друг с другом посредством клея. Предпочтительнее использовать миколенту, а не слюдяную бумагу, так как одна слюдяная бумага не имеет механической прочности, требуемой для процесса изоляции.
В зависимости от назначения, в клей можно добавлять дополнительные присадки, например, ускоритель, который действует каталитически на термическое отверждение пропиточного средства, подводимого извне: после того, как изолированные микалентой катушки установят в пакет железа статора и подключат к электрическому напряжению, в целях предотвращения частичного разряда при позднейшей работе воздух из пустот в обмотках и, в частности, в пазах пакета железа статора вытесняют пропиточным средством. Так как расстояние от обтекаемой током, изолированной катушки до пакета железа, как правило, удерживают как можно меньшим, напряженности поля в несколько кВ/мм в этом месте не являются редкостью. Поэтому выбирать изоляционный материал необходимо с учетом этого факта.
Для этой цели надежными показали себя термоотверждаемые смеси эпоксидная смола/ангидрид. В способе вакуумной пропитки, известном специалисту как "VPI-способ", собранные из отдельных деталей статоры электрической машины с вставленными и изолированными микалентой катушками целиком утапливают, согласно уровню техники, в вакуумной камере с маловязкой композицией из эпоксидной смолы и фталевого ангидрида и затем пропитывают, прикладывая давление. В зависимости от согласованности между ускорителем в микаленте и пропиточным средством уже в фазе пропитки может происходить застудневание впитавшегося в изоляционную микаленту пропиточного средства.
Однако поскольку фталевые ангидриды раздражающе действует на дыхательные пути, большой интерес представляет получение изоляционной системы, совсем не содержащей ангидридов, такой как пропиточные смолы с оксирановыми группами, какие известны, например, из DE 102014219844.5.
Окончательное отверждение проводится, как правило, при нормальном давлении в промышленной печи. При этом перед ускорителем в микаленте (ускоритель для ленты) стоит задача за желаемое время при заданной температуре желатинировать и отвердить нанесенное пропиточное средство (пока еще эпоксидную смолу с фталевым ангидридом). В качестве промышленного стандарта пропиточного средства признание получила смесь перегнанного диглицидилового эфира бисфенола A и метилгексагидрофталевого ангидрида, она представляет собой очень маловязкую композицию, которая в отсутствие ускорителя имеет желательную длительную стабильность при хранении при температуре пропитки (например, удвоение начальной вязкости только через несколько недель), но в присутствии веществ, действующих как катализатор, быстро вступает в реакцию с образованием высокомолекулярных полимеров. Однако поскольку микалента должна иметь также достаточно высокую стабильность при хранении, клей и ускоритель для него должны быть инертными по отношению друг к другу. В идеале все три компонента (клей, ускоритель и пропиточное средство) вступают в реакцию только в момент встречи в процессе VPI. В результате достигается наилучшая сшивка, а также связывание, совместимость и, наконец, отсутствие дефектов и усадочных раковин и, тем самым, длительный срок службы электрической машины, получаемой по окончании отверждения электроизоляции.
Так как до настоящего времени пропиточное средство ("пропиточная смола") представляло собой смесь эпоксидной смолы с фталевым ангидридом, для инициирования отверждения часто выбирали аминовое производное. Так, ускорителями клея часто являются замещенные амины, например, на основе пиперазина или подобного, так как эти вещества позволяют устанавливать относительно высокую температуру стеклования смесей эпоксидная смола/ангидрид при термоотверждении. Кроме того, апробированным ускорителем для клея является нафтенат цинка.
Так как клей для оптимальной совместимости или реакции с пропиточной смолой в идеальном случае также содержит оксирановые группы, возникает проблема стабильности при хранении в микаленте. В частности, при применении не содержащих ангидридов пропиточных смол используют ускорители, которые инициируют полимеризацию по анионному и/или катионному механизму и поэтому оказываются менее инертными по отношению к обычным клеям, чем ускорители для смеси ангидрида кислоты и реактивной смолы, обычной согласно уровню техники.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является разработать клей (адгезив) для не содержащей ангидридов пропиточной смолы с соответствующим реактивным ускорителем, который в остальном отвечает всем тем же требованиям, что и клеи, применявшиеся до сих пор в изоляционных системах с пропиточными средствами, содержащими ангидриды кислот.
Эта задача решена посредством объекта настоящего изобретения, какой раскрывается в формуле, описании и на фигурах.
n
Объектом настоящего изобретения является клей (адгезив) для изоляционной системы, имеющий динамическую вязкость 1-100 Па·с при температуре пропитки, который содержит продукт присоединения бисфенола, диола, триола и/или высшего спирта (далее обозначается как сегмент "A(OH)") к циклогексеноксиду и/или производному циклогексеноксида, обозначаемому далее как сегмент "Cy". Кроме того, объектом изобретения является изоляционная система, содержащая твердый изоляционный материал, не содержащую ангидридов пропиточную смолу, ускоритель и клей.
n
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, в качестве клея подходят соединения, которые реагируют в соответствии с химической реакцией оксирановых и гидроксильных групп с образованием новых соседних гидрокси-групп из циклогексеноксида и/или моноэпоксидных производных циклогексеноксида и диолов, триолов и/или высших спиртов, производных спирта, алифатических, циклоалифатических и/или ароматических сложных эфиров, а также ароматических и циклоалифатических бисфенолов A(OH), (при этом A соответствует, согласно номенклатуре суммарных формул Льюиса, формально сокращенному на n OH-групп остатку суммарной формулы) с n от 2 до 20, и после вакуумной и термической отгонки непрореагировавшие циклогексеноксиды или производные циклогексеноксида при температуре пропитки имеют вязкость 1-100 Па·с.
n
В качестве A(OH) годятся, например:
2
4
2
4
8
2
4
6
2
4
4
2
2
4
x
2
3
6
2
3
6
x
2
2
8
2
3
6
2
5
10
2
5
8
2
5
6
2
3
5
3
5
10
2
5
8
4
6
12
2
6
12
2
7
14
2
8
16
2
6
4
2
6
4
2
6
4
2
10
12
2
6
12
2
- моноэтиленгликоль (CH)(OH), бутандиолы (CH)(OH), бутендиолы (CH)(OH), бутиндиол (CH)(OH), полиэтиленгликоли H(OCH)(OH) с x от 1 до 5000, пропиленгликоль (CH)(OH), полипропиленгликоли H(OCH)(OH) с x от 1 до 5000, диэтиленгликоль (CHO)(OH), пропандииолы (CH)(OH), неопентилгликоль (CH)(OH), циклопентандиолы (CH)(OH), циклопентендиолы (CH)(OH), глицерин (CH)(OH), пентандиолы (CH)(OH), пентаэритрит (CH)(OH), гександиолы (CH)(OH), гексиленгликоли (CH)(OH), гептандиолы (CH)(OH), октандиолы (CH)(OH), поликапролактондиолы, поликапролактонтриолы, гидрохинон (CH)(OH), резорцин (CH)(OH), (пиро)катехол (CH)(OH), руцинол (CH)(OH), триэтиленгликоль (CH)(OH)
15
14
2
15
28
2
13
10
2
12
8
2
2
- полностью ароматический, частично и/или полностью гидрированный бисфенол-A (CH)(OH), (CH)(OH), бисфенол-F (CH)(OH), бисфенол-S (CHOS)(OH)
1
18
2
4
5
- трициклодекандиметанол (C2H)(OH), глицеринкарбонат (CH)(OH).
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, клей имеет вязкость 5-20 Па·с при 70°C.
Выбор соединений, подходящих в качестве клея, проводится с учетом его способности реагировать с анионно- и/или катионно-отверждающими ускорителями для обычных 1,2-диэпоксидов, в частности, диглицидилового эфира бисфенола A и/или диглицидилового эфира бисфенола F с числом повторяющихся звеньев n≥0. При этом общеизвестно, что используемый клей предпочтительно не содержит оксирановых групп. Инициирующий анионную полимеризацию ускоритель с относительно высоким сопротивлением вакууму, как, например, (три-N-метил-пиперазиновое производное TMPT), обеспечивает с не содержащими оксирановых групп клеями требуемую стабильность при хранении изоляционной микаленты.
n
Так как циклогексеноксид и/или дериватизированный на алифатическом цикле циклогексеноксид имеет всего одну оксирановую группу, реакция этой эпоксидной группы с гидрксильной группой сегмента A(OH) не дает циклоалифатических оксирановых групп, которые позднее были бы способны реагировать с ускорителями-донорами анионов и/или катионов в изоляционной ленте.
n
Синтез соединений клея по изобретению удается провести, например, путем реакции соответствующих исходных A(OH) с циклогексеноксидом и/или производным циклогексеноксида.
Поскольку реакция оксиранов и гидроксилов создает в целевой молекуле, в соответствии с химическим механизмом, новые гидроксильные группы при реакции оксирановых и гидроксильных групп, эти новые производные клеи способны также полимеризоваться с отверждаемыми по ионному механизму композициями, в частности, не содержащими ангидридов фталевой кислоты.
Соответственно, новые клеи подходят также в качестве подложки или для инкапсуляции ускорителей ионного действия, как, например, гексафторантимонаты, тетрафторбораты и гексафторфосфаты и/или производные сульфония как представители так называемых сверхкислот или солей сверхкислот, а также для стабильных к вакууму алкилметилимидазолов, в частности, 1-децил-2-метилимидазола.
С соединениями, содержащими гидроксильные группы, они не проявляют или проявляют лишь слабый катализирующий эффект на бимолекулярные реакции этерификации гидроксильных групп, даже при повышенных температурах, около 70°C.
Для пояснения целевых структур ниже приводится несколько примеров клеящих соединений, которые могут применяться по отдельности или в смеси, представленных в виде структурных формул:
клей при комнатной температуре является веществом с вязкостью от высокой до очень высокой или аморфно отверждающимся веществом, которое находится, например, в смеси с одним или несколькими ускорителями, твердыми или жидкими при комнатной температуре, в содержании 50-99,5 вес.%, предпочтительно 60-95 вес.%, особенно предпочтительно 70-90 вес.%.
В качестве ускорителя можно использовать, например, катализатор отверждения ионного действия, например, органическую и/или неорганическую сверхкислоту или соль сверхкислоты, алкилимидазол и/или производное алкилимидазола, алкилпиразол и/или производное алкилпиразола и т.д.
В качестве пропиточного средства предпочтительно применяется не содержащая ангидридов пропиточная смола, причем пропиточная смола содержит, например, одно или несколько соединений, выбранных из группы следующих соединений: неперегнанный и/или перегнанный, при необходимости разбавленный реактивным разбавителем, диглицидиловый эфир бисфенола A, неперегнанный и/или перегнанный, при необходимости разбавленный реактивным разбавителем, диглицидиловый эфир бисфенола F, гидрированный диглицидиловый эфир бисфенола A и/или гидрированный диглицидиловый эфир бисфенола F, чистая и/или разбавленная растворителем эпоксидная новолачная смола и/или эпоксидная фенолоноволачная смола, циклоалифатические эпоксидные смолы, как 3,4-эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексилкарбоксилат, например, CY179, ERL-4221; Celloxide 2021P, бис(3,4-эпоксициклогексилметил)адипат, например, ERL-4299; Celloxide 2081, винилциклогексендиэпоксид, например, ERL-4206; Celloxide 2000, 2-(3,4-эпоксициклогексил-5,5-спиро-3,4-эпокси)циклогексан-мета-диоксан, например, ERL-4234; диглицидиловый эфир гексагидрофталевой кислоты, например, CY184, EPalloy 5200; диглицидиловый эфир тетрагидрофталевой кислоты, например, CY192; глицидированные аминосмолы (N,N-диглицидил-para-глицидилоксианилин, например, MY0500, MY0510, N,N-диглицидил-мета-глицидилоксианилин, например, MY0600, MY0610, Ν,Ν,Ν',Ν'-тетраглицидил-4,4'-метилендианилин, например, MY720, MY721, MY725, а также любые смеси вышеуказанных соединений.
n
x
y
Для получения клея циклогексеноксид, 4-винилциклогексеноксид и/или любое другое производное циклогексена с остатком R1R1 на циклоалифатическом кольце, приводят в реакцию, при необходимости с применением катализатора K, с одноатомным спиртом и/или двух- и/или более атомном высшим алифатическим, циклоалифатическим, ароматическим и/или гетероциклическим спиртом, алкильным/арильным производным спирта, и/или сложным эфиром, и/или бисфенолом A(OH), причем A=(CH), где предпочтительно x=1-30 и y=1-100, т.е. n составляет от 1 до 5000, предпочтительно 2-10.
Благодаря настоящему изобретению впервые стало возможным разработать подходящий для обычных способов пропитки клей для изоляционной системы, содержащей твердый изоляционный материал, как слюда, не содержащую ангидридов пропиточную смолу и ускоритель для не содержащей ангидридов пропиточной смолы, причем свойства клея, такие как реакционная способность ускорителя или катализатора отверждения в не содержащей ангидридов пропиточной смоле, устанавливают с точки зрения стабильности при хранении системы в целом.