本發(fā)明屬于少膠真空壓力浸漬(vpi)絕緣處理技術領域，具體涉及一種適用于高壓電機的少膠云母帶及其制備方法。
背景技術：
目前，大型高壓電機主要采用少膠真空壓力浸漬(vpi)和多膠模壓兩種絕緣處理工藝；20世紀70年代，美國西屋電氣等跨國公司提出了電機絕緣少膠化理論，開始使用以少膠云母帶作為主絕緣材料的vpi絕緣新工藝生產高壓電機。由于少膠vpi主絕緣提高了云母含量，一方面可以大幅減薄絕緣厚度，同時還提高了電機的耐電壓，耐電暈等各方面性能，使得高壓電機技術水平有了質的飛躍，因此得到了更加廣泛的應用。
已知，云母帶通常由云母紙基材通過膠粘劑與補強材料結合構成；現有云母紙有非煅燒的白云母紙(通常稱為生紙)和煅燒的白云母紙(通常稱為熟云母紙)。目前用于高壓電機的少膠云母帶無一例外的采用非煅燒的白云母紙作為基材，玻璃布或薄膜作為補強材料，以確保云母帶具有較好的透氣性和滲透性，有利于vpi過程中浸漬樹脂的滲入，現階段大家普遍認為熟云母紙不適用于制作少膠云母帶，因為熟云母紙極易吸入大量的樹脂，導致膠含量很高，后期無法再浸入vpi浸漬樹脂，從而無法用于少膠云母帶，而只能制作多膠云母帶，用于模壓工藝。
本申請發(fā)明人通過對云母紙和云母帶制備工藝進行深入研究，克服本領域技術人員的偏見，創(chuàng)新將熟云母紙應用于制作少膠云母帶，不僅成功制備少膠云母帶而且所制備的少膠云母帶相比傳統(tǒng)少膠云母帶，在電氣強度和老化壽命方面取得了意想不到的進步。
技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是通過采用新的技術方案，提供一種可滿足vpi浸漬工藝，且具有更高電氣強度，更長電老化壽命和更小分散性的少膠云母帶。
本發(fā)明還提供了一種制備適用于高壓電機的少膠云母帶的方法。
為解決以上技術問題，本發(fā)明采取的一種技術方案如下：
一種適用于高壓電機的少膠云母帶，所述少膠云母帶包括云母紙層、補強材料層以及位于所述云母紙層和所述補強材料層之間的膠粘劑層，其中云母紙層由熟云母紙構成。
根據本發(fā)明，所述“熟云母紙”具有本領域通常的含義，是區(qū)別于非煅燒白云母紙(生紙)的云母紙；通常，“熟云母紙”通過對云母原料進行煅燒和/或化學處理后進一步抄造得到，其中煅燒，例如可在溫度600-900℃下進行，優(yōu)選在750-900℃下進行，進一步優(yōu)選在820-890℃下進行，其中化學處理，如在質量濃度3-8％的堿溶液和/或質量濃度3-8％的酸溶液中浸泡；優(yōu)選地，“熟云母紙”是不含結晶水的云母紙；更優(yōu)選地，“熟云母紙”是有機成分和金屬雜質分別低于20ppm和50ppm的云母紙。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述熟云母紙層的厚度為0.05～0.2mm。優(yōu)選地，所述熟云母紙層的厚度為0.05-0.15mm。更優(yōu)選地，所述熟云母紙層的厚度為0.08-0.12mm。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述熟云母紙層的滲透時間為30-60s。優(yōu)選地，所述熟云母紙層的滲透時間為35-55s。更優(yōu)選地，所述熟云母紙層的滲透時間為40-50s。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述熟云母紙層的單位面積質量為60-220g/m2。優(yōu)選地，所述熟云母紙層的單位面積質量為90-210g/m2。更優(yōu)選地，所述熟云母紙層的單位面積質量為130-190g/m2。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述“熟云母紙層”的云母鱗片尺寸分布為20-200目。優(yōu)選地，所述“熟云母紙層”的云母鱗片尺寸分布為30-150目。更優(yōu)選地，所述“熟云母紙層”的云母鱗片尺寸分布為40-120目。
根據本發(fā)明的一個具體方面，所述熟云母紙由云母原料經過煅燒和化學處理得到，其中所述煅燒為除去所述云母原料中的結晶水和有機雜質，所述化學處理為通過化學手段除去所述云母原料中的金屬雜質，所述煅燒在溫度600-900℃下進行，所述化學手段為堿洗和/或酸洗，優(yōu)選地，所述煅燒在溫度820-890℃下進行。
根據本發(fā)明的一個具體方面，所述熟云母紙可以通過本領域已知的方法去制備或通過商購獲得；然而，根據本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，所述熟云母紙由以下步驟制得：
(1)對云母原料進行煅燒以除去結晶水和有機雜質，然后冷卻至室溫；
(2)將經過步驟(1)的云母在質量濃度3-8％的堿溶液和質量濃度3-8％的酸溶液中浸泡；
(3)將步驟(2)處理過的云母抄造成紙，即得熟云母紙。
進一步地，在所述步驟(3)中，所述抄造成紙優(yōu)選包括：
a、清洗和篩分，將對經過步驟(2)的云母進行清洗、篩分，之后在5-7mpa的水壓力作用下進行分級，再在水槽中10-15m3/h壓力下進行水力浮選，再進行重力浮選，得到造紙漿料；
b、所述造紙漿料經儲漿，穩(wěn)壓后進行調漿和上漿，在毛氈輥上吸附、脫水烘干。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，熟云母紙制作方法如下：(1)將云母原料在600-900℃下煅燒10-30min，以除去結晶水和有機雜質，然后冷卻至室溫；(2)將煅燒冷卻的云母在質量濃度3-8％的堿溶液中浸泡20-30min，然后再在質量濃度3-8％的酸溶液中浸泡20-30min，然后加熱到80-100℃，保溫1-2h；(3)將化學處理的云母進行充分清洗和篩分；(4)將清洗篩分的云母在5-7mpa的水壓力作用下進行分級，在水槽中10-15m3/h壓力下進行水力浮選，再進行重力浮選，得到造紙漿料；(5)造紙漿料經儲漿，穩(wěn)壓后進行調漿和上漿，在毛氈輥上吸附、脫水烘干后抄造成紙。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，熟云母紙通過商購獲得。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述膠粘劑層為將無溶劑固體膠粘劑或半固體樹脂膠粘劑，均勻印刷、噴粉或擦膠于所述云母紙層或所述補強材料層上而形成。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述少膠云母帶中膠粘劑的含量一般為8-25g/m2，優(yōu)選為10-20g/m2，更優(yōu)選為14-18g/m2。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述少膠云母帶的膠粘劑中含有環(huán)烷酸鋅、異辛酸鋅或胺類環(huán)氧樹脂固化促進劑。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述補強材料層的材料的厚度為0.010-0.060mm，所述補強材料層的單位面積質量為15-50g/m2。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述補強材料層的材料為電工級無堿玻璃纖維布、聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜或耐電暈聚酰亞胺薄膜。
本發(fā)明采取的又一技術方案是：一種如上所述的適用于高壓電機的少膠云母帶的制備方法，所述方法包括：
步驟1：選取熟云母紙、膠粘劑和補強材料；
步驟2：所述膠粘劑為無溶劑固體膠粘劑或半固體樹脂膠粘劑，將無溶劑固體膠粘劑或半固體樹脂膠粘劑，均勻印刷、噴粉或擦膠于所述熟云母紙或所述補強材料上；
步驟3：將所述熟云母紙和所述補強材料通過熱壓復合而形成云母帶坯料。
步驟4：將配置成溶液的固化促進劑噴灑在所述云母帶坯料上，使其滲透進所述云母帶坯料中，烘除溶劑，即得所述少膠云母帶。
進一步地，所述固化促進劑為環(huán)烷酸鋅、異辛酸鋅或胺類環(huán)氧樹脂。
由于以上技術方案的采用，本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點：
1、本發(fā)明克服了目前大家普遍認為熟云母紙不適用于制作少膠云母帶的技術偏見，通過采用煅燒和/或化學處理的熟云母紙作為基材，同時將無溶劑固體膠粘劑或半固體樹脂膠粘劑均勻印刷、噴粉或擦膠于所述云母紙層或所述補強材料層上而形成膠粘劑層，再用熱壓合成為適用于高壓電機的少膠云母帶，一方面既具有熟云母紙所特有的高電氣強度、更加優(yōu)異的電老化性能和電氣性能均勻性方面的優(yōu)點，另一方面又保留了熟云母紙本身的孔隙，為實施先進的少膠vpi工藝對云母帶的滲透提供了保障。
2、本發(fā)明云母帶具有更高的電氣強度，更加優(yōu)異的電老化性能和電氣性能均勻性，進而可以為減薄現有vpi絕緣系統(tǒng)的絕緣厚度、縮小電機體積、減少銅線和硅鋼片的用量提供了可能性，將會節(jié)約電機的制造成本。
附圖說明
圖1為根據本發(fā)明的適用于高壓電機的少膠云母帶的結構示意圖；
其中：1、云母紙層；2、膠粘劑層；3、補強材料層。
具體實施方式
經過大量研究發(fā)現：之所以熟云母紙容易吸入大量樹脂的原因是，傳統(tǒng)云母帶的制備工藝均采用的是溶劑型液體樹脂，而熟云母紙經煅燒和化學處理其鱗片變得很小，孔隙率變得很高，則在毛細管作用下，容易吸入大量樹脂；基于此發(fā)現，如果對熟云母紙的鱗片和孔隙率進行控制，和/或，采用非溶劑型液體樹脂作為膠粘劑則可期望解決易吸入大量樹脂的問題。
基于上述發(fā)現，本發(fā)明提供一種適用于高壓電機的少膠云母帶及其制備方法；參見圖1，適用于高壓電機的少膠云母帶包括云母紙層1、補強材料層3以及位于所述云母紙層1和所述補強材料層3之間的膠粘劑層2；所述少膠云母帶的膠粘劑中還可添加環(huán)氧固化促進劑；其中云母紙層1由熟云母紙構成，熟云母紙的厚度可以為0.05-0.2mm，優(yōu)選地，所述熟云母紙的厚度為0.05-0.15mm，更優(yōu)選地，所述熟云母紙的厚度為0.08-0.12mm；所述熟云母紙的單位面積質量可以為60-220g/m2，優(yōu)選地，所述熟云母紙的單位面積質量為90-210g/m2，更優(yōu)選地，所述熟云母紙的單位面積質量為130-190g/m2；所述熟云母紙的滲透時間為30-60s，優(yōu)選地，所述熟云母紙的滲透時間為35-55s，更優(yōu)選地，所述熟云母紙的滲透時間為40-50s；補強材料層3可以為電工級無堿玻璃纖維布、聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜或耐電暈聚酰亞胺薄膜，補強材料層3厚度在0.010-0.060mm范圍內，單位面積質量為15-50g/m2；膠粘劑層2采用無溶劑固體或半固體樹脂作為膠粘劑，并將之均勻印刷、噴粉或擦膠(kiss-coating)于云母紙層1或補強材料層3上面，然后再通過熱壓復合而成，無溶劑固體或半固體樹脂作為膠粘劑的用量可以為8-25g/m2，優(yōu)選地，膠粘劑的含量為14-18g/m2；此外，膠粘劑層2中可含有200-900mg/m2的環(huán)烷酸鋅、異辛酸鋅或胺類環(huán)氧固化促進劑。
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明；應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點，而本發(fā)明不受以下實施例的范圍限制；實施例中采用的實施條件可以根據具體要求做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
實施例1
本實施例提供一種適用于高壓電機的少膠云母帶及其制備方法，其結構如圖1所示；該云母帶中，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為60-80℃)；云母紙層1為由經煅燒和化學處理的熟云母紙構成，熟云母紙的厚度為0.09mm，滲透時間為41s，單位面積質量為158g/m2(商購)；補強材料為電工級無堿玻璃纖維布，厚度為0.032mm，單位面積質量為23.1g/m2；潛伏性環(huán)氧固化促進劑為環(huán)烷酸鋅。
適用于高壓電機的少膠云母帶的制備方法如下：
(1)、選取熟云母紙、膠粘劑和補強材料，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為60-80℃)，補強材料為電工級無堿玻璃纖維布；
(2)、將固體雙酚a型環(huán)氧樹脂在0℃下低溫粉碎后過篩得到粒徑為90目、熔融溫度為75℃的粉末膠粘劑；
(3)、熟云母紙放卷，按16g/m2的用量噴撒步驟(2)制備的環(huán)氧樹脂粉末膠粘劑；
(4)、將步驟(3)噴撒了粉末膠粘劑的熟云母紙經70℃預熱，同時補強材料放卷，使補強材料和熟云母紙在熱壓輥熱壓作用(80℃，0.5mpa)下熱壓復合成云母帶坯料；
(5)、將環(huán)烷酸鋅(固化促進劑)溶于丙酮，得到25wt％固含量的固化促進劑溶液；
(6)、按固化促進劑450mg/m2的用量在云母帶坯料上噴灑步驟(5)配制的固化促進劑溶液，使溶液滲透到整個云母帶坯料中，其中采用高壓液體噴涂法來實施噴灑；
(7)、將經過步驟(6)的云母帶坯料中在100℃下進行溶劑的烘除，之后收卷，分切，即得。
所得適用于高壓電機的少膠云母帶總質量為197.6g/m2，厚度為0.125mm，環(huán)氧樹脂膠粘劑含量為16g/m2，潛伏性環(huán)氧固化促進劑環(huán)烷酸鋅的總含量為450mg/m2，滲透時間為45s，挺度28n/m。
實施例2
本實施例提供一種適用于高壓電機的少膠云母帶及其制備方法，其結構如圖1所示。該云母帶中，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為110-130℃)；云母紙層1由經煅燒和化學處理的熟云母紙構成，熟云母紙的厚度為0.11mm，滲透時間為43s，單位面積質量為181g/m2(商購)；補強材料為電工級無堿玻璃纖維布，厚度為0.032mm，單位面積質量為23.1g/m2；潛伏性環(huán)氧固化促進劑為環(huán)烷酸鋅。
適用于高壓電機的少膠云母帶的制備方法如下：
(1)、選取熟云母紙、膠粘劑和補強材料，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為110-130℃)，補強材料為電工級無堿玻璃纖維布；
(2)、將固體雙酚a型環(huán)氧樹脂在0℃下低溫粉碎后過篩得到粒徑為90目、熔融溫度為125℃的粉末膠粘劑；
(3)、熟云母紙放卷，按16g/m2的用量噴撒步驟(2)制備的環(huán)氧樹脂粉末膠粘劑；
(4)、將步驟(3)噴撒了粉末膠粘劑的熟云母紙經115℃預熱，同時補強材料放卷，使補強材料和熟云母紙在熱壓輥熱壓作用(130℃，0.5mpa)下熱壓復合成云母帶坯料；
(5)、將環(huán)烷酸鋅(固化促進劑)溶于丙酮，得到25wt％固含量的固化促進劑溶液；
(6)、按固化促進劑450mg/m2的用量在云母帶坯料上噴灑步驟(5)配制的固化促進劑溶液，使溶液滲透到整個云母帶坯料中，其中采用高壓液體噴涂法來實施噴灑；
(7)、將經過步驟(6)的云母帶坯料中在100℃下進行溶劑的烘除，之后收卷，分切，即得。
所得適用于高壓電機的少膠云母帶總質量為220.6g/m2，厚度為0.150mm，環(huán)氧樹脂膠粘劑含量為16g/m2，潛伏性環(huán)氧固化促進劑環(huán)烷酸鋅的總含量為450mg/m2，滲透時間為47s，挺度31n/m。
實施例3
本實施例提供一種適用于高壓電機的少膠云母帶及其制備方法，其結構如圖1所示；該云母帶中，膠粘劑為固體雙酚f型環(huán)氧樹脂(軟化點為110-130℃)；云母紙層1由經煅燒和化學處理的熟云母紙構成，熟云母紙的厚度為0.09mm，滲透時間為40s，單位面積質量為162g/m2(商購)；補強材料為電工級無堿玻璃纖維布，厚度為0.032mm，單位面積質量為23.1g/m2；潛伏性環(huán)氧固化促進劑為異辛酸鋅。
適用于高壓電機的少膠云母帶的制備方法如下：
(1)、選取熟云母紙、膠粘劑和補強材料，膠粘劑為固體雙酚f型環(huán)氧樹脂(軟化點為110-130℃)，補強材料為電工級無堿玻璃纖維布；
(2)、將固體雙酚f型環(huán)氧樹脂在0℃下低溫粉碎后過篩得到粒徑為90目、熔融溫度為125℃的粉末膠粘劑；
(3)、熟云母紙放卷，按16g/m2的用量噴撒步驟(2)制備的環(huán)氧樹脂粉末膠粘劑；
(4)、將步驟(3)噴撒了粉末膠粘劑的熟云母紙經115℃預熱，同時補強材料放卷，使補強材料和熟云母紙在熱壓輥熱壓作用(130℃，0.5mpa)下熱壓復合成云母帶坯料；
(5)、將異辛酸鋅(固化促進劑)溶于丙酮，得到25wt％固含量的固化促進劑溶液；
(6)、按固化促進劑450mg/m2的用量在云母帶坯料上噴灑步驟(5)配制的固化促進劑溶液，使溶液滲透到整個云母帶坯料中，其中采用高壓液體噴涂法來實施噴灑；
(7)、將經過步驟(6)的云母帶坯料中在100℃下進行溶劑的烘除，之后收卷，分切，即得。
所得適用于高壓電機的少膠云母帶總質量為201.6g/m2，厚度為0.130mm，環(huán)氧樹脂膠粘劑含量為16g/m2，潛伏性環(huán)氧固化促進劑環(huán)烷酸鋅的總含量為450mg/m2，滲透時間為43s，挺度29n/m。
實施例4
本實施例提供一種適用于高壓電機的少膠云母帶及其制備方法，其結構如圖1所示；該云母帶中，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為60-80℃)；云母紙層1由經煅燒和化學處理的熟云母紙構成，熟云母紙的厚度為0.09mm，滲透時間為40s，單位面積質量為163g/m2(商購)；補強材料為聚酯薄膜，厚度為0.040mm，單位面積質量為40g/m2；潛伏性環(huán)氧固化促進劑為硼胺絡合物。
適用于高壓電機的少膠云母帶的制備方法如下：
(1)、選取熟云母紙、膠粘劑和補強材料，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為60-80℃)，補強材料為聚酯薄膜；
(2)、將固體雙酚a型環(huán)氧樹脂在120℃下融化，并轉移到擦膠輥；
(3)、聚酯薄膜補強材料放卷，經擦膠輥擦膠17g/m2的雙酚a環(huán)氧樹脂；
(4)、熟云母紙放卷，與步驟(3)擦有雙酚a環(huán)氧樹脂的聚酯薄膜在75℃的熱壓輥熱壓作用下熱壓復合成云母帶坯料；
(5)、將硼胺絡合物(固化促進劑)溶于丙酮，得到25wt％固含量的固化促進劑溶液；
(6)、按固化促進劑700mg/m2的用量在云母帶坯料紙面上噴灑步驟(5)配制的固化促進劑溶液，使溶液滲透到云母紙層1中，其中采用高壓液體噴涂法來實施噴灑；
(7)、將經過步驟(6)的云母帶坯料中在100℃下進行溶劑的烘除，之后收卷，分切，即得。
所得適用于高壓電機的少膠云母帶總質量220.7g/m2，厚度為0.130mm，環(huán)氧樹脂膠粘劑含量為17g/m2，潛伏性環(huán)氧固化促進劑硼胺絡合物的總含量為700mg/m2，滲透時間為46s，挺度31n/m。
對比例
本對比例提供一種常規(guī)的非煅燒白云母紙少膠云母帶及其制備方法，該云母帶中，膠粘劑層為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為110-130℃)；云母紙層為非煅燒白云母紙，厚度為0.10mm，滲透時間為25s，單位面積質量為160g/m2；補強材料為電工級無堿玻璃纖維布，厚度為0.032mm，單位面積質量為23.1g/m2；潛伏性環(huán)氧固化促進劑為環(huán)烷酸鋅。
適用于高壓電機的少膠云母帶的制備方法如下：
(1)、選取非煅燒白云母紙、膠粘劑和補強材料，膠粘劑為固體雙酚a型環(huán)氧樹脂(軟化點為110-130℃)，補強材料為電工級無堿玻璃纖維布；
(2)、將固體雙酚a型環(huán)氧樹脂在0℃下低溫粉碎后過篩得到粒徑為90目、熔融溫度為120℃的粉末膠粘劑；
(3)、非煅燒白云母紙放卷，按16g/m2的用量噴撒步驟(2)制備的環(huán)氧樹脂粉末膠粘劑；
(4)、將步驟(3)噴撒了粉末膠粘劑的非煅燒白云母紙經115℃預熱，同時補強材料放卷，使補強材料和非煅燒白云母紙在熱壓輥熱壓作用(128℃，0.5mpa)下熱壓復合成云母帶坯料；
(5)、將環(huán)烷酸鋅(固化促進劑)溶于丙酮，得到25wt％固含量的固化促進劑溶液；
(6)、按固化促進劑450mg/m2的用量在云母帶坯料上噴灑步驟(5)配制的固化促進劑溶液，使溶液滲透到整個云母帶坯料中，其中采用高壓液體噴涂法來實施噴灑；
(7)、將經過步驟(6)的云母帶坯料中在100℃下進行溶劑的烘除，之后收卷，分切，即得。
所得適用于高壓電機的少膠云母帶總質量為199.6g/m2，厚度為0.140mm，環(huán)氧樹脂膠粘劑含量為16g/m2，潛伏性環(huán)氧固化促進劑環(huán)烷酸鋅的總含量為450mg/m2，滲透時間為29s，挺度29n/m。
參見表1，其中給出了繞包相同絕緣厚度1.82mm(額定電壓按照10kv計算)的實施例1～4(半疊包8層)和對比例(半疊包7層)的少膠云母帶的線棒主絕緣，浸漬環(huán)氧酸酐vpi絕緣樹脂的浸透時間，電氣性能，以及電老化壽命情況。該環(huán)氧酸酐vpi絕緣樹脂為分子蒸餾雙酚a環(huán)氧樹脂和甲基六氫苯酐樹脂按照1:1的重量比混合而成，60℃下旋轉粘度為72mpa*s。從表1可以看出，實施例1～4的線棒浸透時間與對比例常規(guī)少膠云母帶基本相當，但在相同絕緣厚度的情況下卻具有高得多的擊穿電壓和電氣強度，同時在相同絕緣厚度的條件下，顯著延長了電老化壽命。
表1
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。