專利名稱：具有局部放電耐抗性的絕緣電線及制造絕緣電線的組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有局部放電耐抗性的絕緣電線及制造絕緣電線的組合物，更具體地涉及一種在絕緣基底樹脂中包括橡膠調整件(rubberymodifier)的具有局部放電耐抗性的絕緣電線及制造絕緣電線的組合物，該橡膠調整件能夠提高無機絕緣體和絕緣電線的撓性。
背景技術：
在對諸如電線的涂覆材料等電絕緣體進行局部放電的損壞機制中，由局部放電產生的充電粒子可能與絕緣體碰撞，絕緣體中的高分子量鏈可能通過碰撞而斷裂，而且由于局部升溫可能會引起熱分解。此外，由局部放電產生的臭氧可能導致絕緣體的化學損壞。公知的是，由使用電氣電子設備導致的局部放電、或者源自其它因素的各種損壞因素組合作用，以提高對于電絕緣體本質功能的各種壁壘。同時，公知的是，在近年來廣泛使用的逆變器控制器中產生的局部放電所引起的損壞，是由高電壓電涌產生的切換脈沖所導致的，其最終會損壞逆變器控制器中的線圈。
因此，美國專利No.4493873和No.6100474等提出改進構成絕緣體的材料，以防止或減小局部放電對電絕緣體造成的損壞。也就是說，美國專利No.4493873提出將例如無機材料的氧化物或氮化物、玻璃、云母等不易被局部放電所損壞的無機絕緣體作為絕緣體；而美國專利No.6100474提出一種方法將二氧化硅(SiO2)和氧化鉻的混合物與樹脂相混合，將合成的混合物涂覆于絕緣電線，并還原性煅燒該混合物。同時，公知的是，且不論上述無機絕緣體和方法，通過涂覆由散布諸如二氧化硅、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)等無機絕緣體的微粒而制備的絕緣涂料化合物，可制造出具有卓越的局部放電損壞耐抗性的絕緣電線。
在絕緣電線內的絕緣體中隨著無機絕緣體微粒含量的增加，可以提高局部放電耐抗性。但是，由含有大量無機絕緣體微粒的絕緣膜制成的絕緣電線也有缺點，即其物理特性如撓性、柔韌性、可彎曲性、延展性等會下降。如上所述，如果由物理特性如撓性、柔韌性、可彎曲性、延展性等下降的絕緣電線形成電線圈，則在涂覆絕緣電線時斷裂發生率增加，因此，絕緣電線的局部放電耐抗性由于斷裂的發生而無法充分提高。
為了解決上述問題，近來已提出一種具有多層結構的絕緣電線的制造方法。具有多層結構的絕緣電線可被用于多個分離層中的不同用途。也就是說，使用散布有無機絕緣體的絕緣層來改善局部放電損壞，而使用其它絕緣層來改善物理特性如撓性、柔韌性、可彎曲性、延展性等。但是，對于具有多層結構的絕緣電線，直徑至少為1.5mm的粗線仍有問題，即纏繞時在絕緣膜的尖銳彎曲區域中會發生斷裂。作為解決該問題的替換例，日本專利No.496633提出一種技術通過將毫微級的(nano-sized)無機氧化物溶液散布于溶劑中來制備一種膠質溶膠，然后將該膠質溶膠與絕緣涂料相混合，來提高撓性；美國專利No.6,734,361提出一種通過將二氧化硅與樹脂本身化學結合而提高撓性的方法。但是，通過傳統方法難以完全解決直徑至少為1.5mm的粗線存在的上述問題。
因此，強烈而穩步地致力于開發出一種具有局部放電耐抗性的絕緣電線，同時即使對于相關技術中直徑至少為1.5mm的粗線也具有足夠的柔韌性，因而基于上述技術背景而設計出本發明。
發明內容
設計本發明來解決現有技術的問題，因此本發明的目的在于提供一種具有局部放電耐抗性的絕緣電線及制造絕緣電線的組合物，該絕緣電線能夠提高由于大量無機絕緣體而降低的物理特性如撓性、柔韌性等，并且通過提高對于外力的分散效果，即使在具有預定直徑的粗線中也能保持足夠的撓性。
為了實現上述目的，本發明提供一種用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，包括絕緣基底樹脂，其構成絕緣電線的基本材料；無機絕緣體，其在100重量份的絕緣基底樹脂中所包含的含量為5至40重量份；以及橡膠調整件，其在100重量份的絕緣基底樹脂中所包含的含量為0.1至30重量份，以提高絕緣電線的撓性。
如果無機絕緣體的含量小于數值下限，則不會充分實現通過增加無機絕緣體而獲得的絕緣效果；而如果該含量超過數值上限，則雖然可以提高局部放電耐抗性，但其它物理特性如撓性、柔韌性、可彎曲性、延展性等會降低。
如果橡膠調整件的含量小于數值下限，則由于橡膠調整件的增加量小而不會實現增加橡膠調整件的效果；而如果該含量超過數值上限，則由于絕緣電線的機械特性下降，會導致絕緣電線的功能問題，并且由于制備絕緣涂料時粘性增大，會使工作無法進行。
該絕緣基底樹脂優選是選自聚酯(polyester)、聚酯酰亞胺(polyesterimide)、聚酰胺酰亞胺(polyamideimide)和聚酰亞胺(polyimide)中的單一材料或其共聚物、或者至少兩種材料的混合物。
該無機絕緣體優選是直徑為5至900nm的金屬氧化物或金屬氮化物。選作該無機絕緣體的金屬氧化物優選是選自硅(silicone，簡稱Si)、鈦(Ti)、鋯(Zr)和鈷(Co)中的單一材料或至少兩種材料的混合物；選作該無機絕緣體的金屬氮化物優選是選自硅(silicone，簡稱Si)、鈦(Ti)、鋯(Zr)和鈷(Co)中的單一材料或至少兩種材料的混合物。如果無機絕緣體的直徑小于數值下限，則無機絕緣體對于絕緣電線柔韌性的效果幾乎無法改善，而如果直徑超過數值上限，則相比于無機絕緣體的增加量而言，無機絕緣體對于絕緣電線柔韌性的效果并未改善，因而降低了無機絕緣體的附加效果。
該橡膠調整件優選是選自CTB橡膠(carboxyl-terminated butadienerubber，即端羧基聚丁二烯橡膠)、ATBN橡膠(amino-terminatedbutadieneacrylonitrile rubber，即端胺基聚丁二烯丙烯腈橡膠)和它們的共聚物中的單一材料或至少兩種材料的混合物。
為了實現以上目的，利用上述組合物制造本發明中提供的具有局部放電耐抗性的絕緣電線，其中該絕緣電線的直徑優選為至少1.0mm，但本發明不限于該數值范圍。
通過以下參照附圖對于實施例的說明，本發明的其它目的和方案將變得顯而易見。但是，應當理解，這里提出的說明只是僅用于說明目的的優選實例，不用于限制本發明的范圍。在附圖中圖1示出根據本發明一個實施例的絕緣電線的橫截面圖。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。但是，這里提出的說明只是僅用于說明目的的優選實例，不用于限制本發明的范圍，因此應當理解，可對本發明進行其它等效和修改而不脫離本發明的精神和范圍。為了更好的理解，將詳細描述本發明的優選實施例，從而使其對于所屬領域技術人員變得顯而易見。
可知的是，如果使通過添加和散布無機氧化物或氮化物或者通過將無機氧化物或氮化物固定至分子鏈端部而制造的絕緣膜受到應力，則應力集中在絕緣體中的無機物上，其中該絕緣體用于具有局部放電耐抗性的絕緣電線。因此，已提出一種方法，其中使用含有小顆粒尺寸的無機氧化物或氮化物的材料來使應力分散更容易。但是，可知由于應力不會通過應力分散而完全消失，所以無機氧化物或氮化物可能發生斷裂。
因此，通過在絕緣基底樹脂溶液中散布直徑小于微米(μm)的預定無機絕緣體，制造出根據本發明的具有局部放電耐抗性的絕緣電線，從而提高絕緣電線的撓性。此時，將預定的橡膠調整件添加至絕緣體的端部，從而確保纏繞絕緣電線時有足夠的撓性。
因而，由于即使將應力集中在無機絕緣體上，當應力轉移到添加至絕緣體端部的橡膠調整件時，應力也通過三軸向張力的作用而散布在橡膠的赤道平面上，因此具有局部放電耐抗性的絕緣電線通過整個絕緣體的剪切量(shear yield)而變形；并且由于一個橡膠分子連接到另一橡膠分子，所以這種剪切變形伴隨有整個基質(matrix)的剪切變形。因此，具有局部放電耐抗性的絕緣電線具有更高的撓性，這是因為在將折斷絕緣電線的能量傳送到絕緣體基質的內部的同時，絕緣電線吸收更多的能量。
合成實例1將6.44kg乙二醇、21.79kg三-2-羥乙基-異氰尿酸酯(tris-2-hydroxyethyl-isocyanurate，以下稱為“THEIC”)、26.97kg對苯二甲酸二甲酯(dimethyl terephtalate，以下稱為“DMT”)和0.09kg正鈦酸四丁酯(tetrabutyl titanate，以下稱為“TBT”)分別加入到配備有攪拌器、加熱器和冷凝器的200升反應池中，然后將合成的混合物逐漸加熱至200℃并保持18小時，以獲得約8kg的甲醇作為副產品，從而合成在端部具有羥基的耐熱絕緣聚酯樹脂。然后，加入20kg間甲酚并緩慢冷卻至100℃，然后加入2kg具有18％重量含量的丙烯腈(acronitrile)和29％重量含量的羧基的端羧基聚丁二烯丙烯腈(carboxyl terminated butadieneacrylonitrile，簡稱CTBN)并加熱至180℃且保持3小時，以使樹脂變形。隨后，加入二甲苯、TBT和少量酚醛樹脂，以獲得絕緣涂料(絕緣涂料1)，用于制造根據本發明的具有局部放電耐抗性的絕緣電線的絕緣體。
合成實例2將6.44 kg乙二醇、21.79kg THEIC、26.97kgDMT和0.09kg TBT分別加入到與合成實例1相同的反應池中，并逐漸加熱至200℃且保持18小時，以獲得約8kg的甲醇作為副產品，從而合成耐熱絕緣聚酯樹脂。隨后，加入20kg間甲酚、二甲苯、TBT和少量酚醛樹脂，以獲得絕緣聚酯涂料(絕緣涂料2)，用于制造根據本發明的具有局部放電耐抗性的絕緣電線的絕緣體。
合成實例3將22.5kg偏苯三酸酐(trimellitic anhydride，以下稱為“TMA”)、11.5kg二氨基二苯基甲烷(diaminodiphenyl methane，以下稱為“MDA”)、1kg2-甲基-1，3-丙二醇(2-methyl-1，3-propanediol)、19kg THEIC、14kgDMT和20kg MDA分別加入到與合成實例1相同的反應池中，并加熱至200℃以蒸發掉水和甲醇，然后制造出聚酯酰亞胺樹脂(polyesterimide resin)。隨后，加入4kg具有18％重量含量的丙烯腈(acronitrile)和29％重量含量的羧基的CTBN，并加熱至180℃且保持3小時，以使樹脂變形，從而生產出改性聚酯酰亞胺樹脂的絕緣涂料(絕緣涂料3)。
合成實例4將22.5kgTMA、11.5kg MDA、1kg 2-甲基-1，3-丙二醇、19kg THEIC、14kg DMT和20kgMDA加入到與合成實例1相同的反應池中，并加熱至200℃以蒸發掉水和甲醇，然后制造出聚酯酰亞胺樹脂。隨后，加入間甲酚(metacresol)和二甲苯(xylene)，以獲得絕緣聚酯酰亞胺涂料(絕緣涂料4)。
合成實例5將26.3kg4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯(4-diphenylmethane diisocyanate，以下稱為“MDI”)、19.2kgTMA和90kg氮甲基吡咯烷酮(N-methylpyrolidone，以下稱為“NMP”)分別加入到與合成實例1相同的反應池中，并從室溫緩慢加熱至150℃以去除作為副產品的二氧化碳。隨后，將2kg具有18％重量含量的丙烯腈和29％重量含量羧基的CTBN加入到反應池中，再加熱至140℃且保持1小時，以使合成的樹脂變形，從而生產出改性聚酯酰亞胺樹脂的絕緣涂料(絕緣涂料5)。
合成實例6將26.3kgMDI、19.2kgTMA和90kgNMP加入到與合成實例1相同的反應池中，并從室溫緩慢加熱至150℃以去除作為副產品的二氧化碳，然后緩慢冷卻，以獲得絕緣聚酰胺酰亞胺涂料(絕緣涂料6)。
通過使用分到下表1中所列的實施例1至8和比較實例1至5的絕緣膜材料，使用小塊(dice)，以根據上述合成實例1至6制造的絕緣涂料1至6，對裸銅線反復涂覆12次。此時，使用5m長的立式爐作為干燥爐，制作出絕緣線。如果利用絕緣涂料對裸銅線涂覆一次，則沒有層間厚度比；如果利用絕緣涂料對裸銅線涂覆兩次，則第一層與第二層之間的厚度比(第一層的厚度/第二層的厚度)的范圍優選為0.4至2.5。但是，在下表1中所列的實施例1至8和比較實例1至5中，厚度比均設置為1，分別制造絕緣線。
圖1示出根據本發明一個實施例的絕緣電線的橫截面圖。
參照圖1，由上述材料制成多層絕緣膜，其包括環繞導線100的第一層101和環繞第一層101的第二層102，并且必要時可以對其進一步設置環繞第二層102的第三膜層(未示出)。
表1
由表1中所列的各絕緣材料形成絕緣電線的膜，然后評價或測量其外觀、膜缺陷、介質擊穿電壓和VT特性如下。結果列于下表2中。
膜缺陷的評價膜缺陷是依照KSC-3506方法測量的。膜缺陷是用作膜柔韌性的測度的評價因素。
介質擊穿電壓的測量介質擊穿電壓是依照KSC-3506方法測量的。
VT特性的測量如果絕緣電線的膜扭曲為用于依照KSC-3506方法測量介質擊穿電壓的測試樣本的形狀，然后經受10kHz、1.5kV的正弦波，則以在介質擊穿開始時(即漏電流超過5mA時)所測量的時間表示VT特性。分別測量拉長20％的線圈中的VT值和普通線圈中的VT值，并相互比較以確定該特性的減小度。
表2
由表2可知，在全部實施例1至8中，在對于正常的線和拉長20％的線所測量的膜缺陷之間沒有變化；而在全部比較實例1至5中，與正常的線相比，在拉長20％的線中的膜缺陷變大至少一個等級。此外，確定的是在實施例和比較實例中的正常線的介質擊穿電壓之間沒有變化，但是在全部實施例1至8中，在不顯示正常線與經受外部應力的線(即拉長20％的線)的測量值之間的微小差異下，介質擊穿電壓保持不變；而在全部比較實例1至5中，介質擊穿電壓降低約50％。由此結果可知，當無機氧化物的含量接近100％時，膜特性遭到破壞。可以確定的是，在全部實施例1至8中，VT特性最多降低50％(實施例1)；而在全部比較實例1至5中，VT特性至少降低66.7％(比較實例3)。因此，由上述事實可以清楚地確定本發明的技術效果。
如上所述，揭示了本發明的最佳實施例。因此，特定術語用于說明書和隨附權利要求書中，但是應當理解，這里提出的說明只是僅用于說明目的的優選實例，不用于限制本發明的范圍。
工業實用性如上所述，本發明的具有局部放電耐抗性的絕緣電線可有利于防止發生纏繞絕緣電線所導致的斷裂，因為該絕緣電線具有足夠的局部放電耐抗性，并且增強了足夠的物理特性(如撓性、柔韌性、可彎曲性、延展性等)，從而通過連接至其端部的橡膠構件分散由外力施加的應力，以完整地保持電絕緣特性。
權利要求
1.一種用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，包括絕緣基底樹脂，其構成絕緣電線的基本材料；無機絕緣體，其在100重量份的絕緣基底樹脂中所包含的含量為5至40重量份；以及橡膠調整件，其在100重量份的絕緣基底樹脂中所包含的含量為0.1至30重量份，以提高絕緣電線的撓性。
2.如權利要求1所述的用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，其中該絕緣基底樹脂是選自聚酯、聚酯酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺和它們的共聚物中的單一材料或至少兩種材料的混合物。
3.如權利要求1所述的用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，其中該無機絕緣體是直徑為5至900nm的金屬氧化物或金屬氮化物。
4.如權利要求3所述的用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，其中選作該無機絕緣體的金屬氧化物是選自硅、鈦、鋯和鈷中的單一材料或至少兩種材料的混合物。
5.如權利要求3所述的用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，其中選作該無機絕緣體的金屬氮化物是選自硅、鈦、鋯和鈷中的單一材料或至少兩種材料的混合物。
6.如權利要求1所述的用于制造具有局部放電耐抗性的絕緣電線的組合物，其中該橡膠調整件的材料是選自端羧基聚丁二烯丙烯腈橡膠、端胺基聚丁二烯丙烯腈橡膠和它們的共聚物中的單一材料或至少兩種材料的混合物。
7.一種具有局部放電耐抗性的絕緣電線，其是利用如權利要求1至6中任一權利要求所限定的組合物制造的。
全文摘要
本發明公開一種具有局部放電耐抗性的絕緣電線及制造絕緣電線的組合物。根據本發明的具有局部放電耐抗性的絕緣電線包括絕緣基底樹脂，其構成絕緣電線的基本材料；無機絕緣體，其在100重量份的絕緣基底樹脂中所包含的含量為5至40重量份；以及橡膠調整件，其在100重量份的絕緣基底樹脂中所包含的含量為0.1至30重量份，以提高絕緣電線的撓性。本發明的具有局部放電耐抗性的絕緣電線可有利于防止由纏繞絕緣電線所導致的斷裂的發生，這是因為該絕緣電線具有足夠的局部放電耐抗性，并且還增強了足夠的物理特性如撓性、柔韌性、可彎曲性、延展性等，從而通過連接至其端部的橡膠構件分散由外力施加的應力，以完整地保持電絕緣特性。
文檔編號H01B3/02GK101017714SQ20071000678
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月6日 優先權日2006年2月6日
發明者李濬熙, 樸基洪 申請人:Ls電線有限公司