EP0122967A2 - Flächenisolierstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0122967A2
EP0122967A2 EP83112236A EP83112236A EP0122967A2 EP 0122967 A2 EP0122967 A2 EP 0122967A2 EP 83112236 A EP83112236 A EP 83112236A EP 83112236 A EP83112236 A EP 83112236A EP 0122967 A2 EP0122967 A2 EP 0122967A2
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surface insulating
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layers
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Werner Schäfer
Dieter Dr. Groitzsch
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Definitions

  • Flexible surface insulating materials are used, for example, in standard motors for phase separation, as slot insulation All-round insulation or deck slider used. They continue to be used as insulating material in dry-type transformers for layer insulation.
  • Multi-layer insulation materials based on polyester films film thickness: 0.03 mm to 0.3 mm
  • the multilayer structures usually have a thickness between 0.09 and 0.5 mm. They can be impregnated with insulating resins.
  • Non-laminate nonwovens For phase insulation in standard motors of insulation class F (155 ° C) and for layer insulation in transformers, thermally bound, i.e. Non-laminate nonwovens commonly used. These consist of polyester or aramid fibers, which are laid in a tangled fiber structure. The fiber thickness is usually 1.6 to 3.3 dtex. The ability of such nonwovens to be impregnated with insulating resins or insulating lacquers is very good, but the nonwovens have only relatively low dielectric strengths when not soaked.
  • the insulating materials are usually 0.1 to 0.7 mm thick. With a thickness of 0.2 mm e.g. the electrical breakdown voltage (ball / ball electrode) 0.6 to 1.8 KV.
  • the known, mostly single-layer nonwovens do not meet the above requirements. In particular, they have an insufficient dielectric strength when not soaked. It is therefore important to use aramid paper and multilayer insulating materials, e.g. based on polyester film as a carrier of electrical dielectric strength. In addition to its property as a carrier of the dielectric properties, the polyester film is also to be regarded as a component providing stiffness, the nonwovens or aramid papers laminated on one or both sides having the mechanical properties, e.g. influence the tear or tear strength and serve as carrier media for the insulating resins or varnishes.
  • the invention is based on the object of developing a flexible surface insulating material with a high dielectric strength, which is nevertheless stiff and cannot be excessively compressed.
  • the dielectric strength should be at least 30 KV / mm.
  • the surface insulating material should be free of laminating adhesives and should be soaked with insulating liquids. Even when not soaked, the insulating material should have a significantly improved electrical dielectric strength.
  • the object of the invention is achieved by the surface insulating material set out in the claims. According to the invention, a method for producing these substances is also proposed.
  • the surface insulating material is always made up of several, adhesive-free by calendering with interconnected nonwoven layers.
  • the stretched polyester and / or aramid fibers of the nonwoven are mixed with undrawn polyester fibers as binding fibers.
  • Polyethylene glycol terephthalate fibers are preferred as polyester fibers.
  • Polyester fibers based on poly (1,4-dimethylol) cyclohexane terephthalate are also very suitable.
  • Preferred aramid fibers are aramids based on aromatic poly-1,3-phenylene isophthalamide and poly-p-phenylene terephthalamide.
  • the multilayer structure consists of at least two layers. At least three layers are preferred. It is expedient to lay down the fibers of the piles which are later consolidated to form the nonwoven fabric in different orientations.
  • layers of longitudinal and transverse pile are alternately deposited with the aid of carding or carding devices.
  • the outer layers are longitudinal, while the inner layer is transverse.
  • the pile layers are then thermally consolidated to form the surface insulating material according to the invention.
  • the middle layer consists of a wet-laid nonwoven fabric of the fiber composition defined above.
  • the outer Nonwovens are thermally bonded nonwovens, formed by carding or carding machines and in particular spunbonded nonwovens.
  • a line pressure of the calender between 100 and 180 kp / cm is expediently maintained during the consolidation.
  • the calender temperature of the steel roller is 190 to 220 ° C.
  • Line pressure and calender temperature can be varied according to the product manufactured.
  • a particularly good result is e.g. at a line pressure of the calender of 140 to 160 kp / cm and a roller temperature of 210 ° C when a three-layer structure with a final thickness of 1.2 mm is produced.
  • the mixtures which are expedient for the respective area of application are selected, and according to the application, the term "fibers" means both staple fibers and continuous fibers. It is preferred if the outer layers each contain fewer binding fibers.
  • a mixture of 85 to 30% by weight, based on the total weight of the fibers, of stretched polyester and / or aramid fibers of a strength of 1.0 to 6.7 dtex together with 15 to 70% by weight of undrawn polyester fibers has proven useful Thickness from 0.8 to 8 dtex.
  • the outer layers composed in this way are generally longitudinal.
  • the inner layer which is expediently laid crosswise, consists of 50 to 100% by weight of undrawn polyester fibers, which are also binding fibers. These binding fibers have a thickness of 0.5 to 6.7 dtex. They are optionally used together with up to 50% by weight of stretched polyester and / or aramid fibers.
  • the weight of the cover layer is between 10 and 100 g / m2, with a total thickness of 0.2 mm, for example, about 30 g / m2.
  • a transversely laid middle layer of 80 to 100% by weight of undrawn polyester fibers (thickness 0.8 dtex) is then arranged between these longitudinally oriented layers.
  • the weight of this layer is between 50 and 350 g / sqm. With a total thickness of 0.2 mm, the weight is about 150 g / sqm.
  • the surface insulating material can be soaked excellently with conventional insulating liquids and is free of laminating adhesives due to its special structure and the proposed hardening process.
  • the special fiber arrangement ensures particularly high mechanical strength.
  • the always very high rigidity can be varied depending on the structure and thickness.
  • the compressibility is optimally low.
  • the following example shows a preferred manufacturing process for the surface insulating material.
  • a longitudinally oriented layer of a mixture of 30% by weight of undrawn polyethylene glycol terephthalate fibers is first deposited together with 70% by weight of drawn polyethylene glycol terephthalate fibers.
  • the strength of the drawn fibers is 1.7 dtex, while the undrawn fibers are 5.7 dtex strong.
  • the weight of the pile layer is 30 g / sqm.
  • a cross-laid pile of 90% by weight of undrawn polyethylene glycol terephthalate fibers with a thickness of 0.8 dtex is placed on this layer.
  • the weight of this layer is 90 g / m 2 .
  • a further longitudinally oriented layer of the composition specified above is then applied.
  • the stretching of the polyethylene glycol terephthalate fibers is 3 to 4 times that of the undrawn polyethylene glycol terephthalate fibers.
  • the three-layer structure is passed through a calender, the roll temperature of which is 210 ° C. With a line pressure of 150 kp / cm, the multilayer structure is solidified. It has a final thickness of 1.2 mm. The dielectric strength is about 35 KV / mm.

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

Es wird ein flexibler Flächenisolierstoff mit einer Durchschlagfestigkeit von mehr als 30 KV/mm vorgeschlagen, der aus mehreren, kaschierklebstofffrei mit einander verbundenen Vliesstoffschichten besteht. Durch eine bestimmte Orientierung der Fasern jeweils in den unterschiedlichen Schichten werden optimale Eigenschaften erreicht. Der Flächenisolierstoff ist zur Verwendung bei Systemen der Isolierstoffklasse F (155°C) geeignet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen flexiblen Flächenisolierstoff, der aus mehreren Schichten aufgebaut ist. Der Flächenisolierstoff hat eine besonders hohe Durchschlagfestigkeit. Es wird weiterhin ein Verfahren zur llerstellung eines solchen Flächenisolierstoffes vorgeschlagen.
  • Flexible Flächenisolierstoffe werden beispielsweise bei Normmotoren zur Phasentrennung, als Nutisolation, als Rundumisolation oder Deckschieber verwendet. Sie werden weiterhin als Isolierstoff bei Trockentransformatoren zur Lagenisolation eingesetzt.
  • Auf nassem Wege hergestellte Papiere auf der Basis aromatischer Polyamidfasern und auch Mehrschichtisolierstoffe, die aus derartigen Papieren, die mit Folien aus Poly- äthylenglykolterephthalaten kaschiert sind, sind bekannte Handelsprodukte. Es sind auch Mehrschichtisolierstoffe bekannt auf Basis von Polyesterfolien (Folienstärken: 0,03 mm bis 0,3 mm), die mit dünnen Vliesstoffen (in Stärken von 0,025 mm bis 0,125 mm), insbesondere mit Vliesstoffen, die Polyäthylenglykolterephthalatfasern oder Aramidfasern enthalten, kaschiert sind. Die Mehrschichtgebilde haben meist eine Dicke zwischen 0,09 und 0,5 mm. Sie können mit Isolierharzen getränkt werden.
  • Zur Phasenisolation bei Normmotoren der Isolierstoffklasse F (155° C) und zur Lagenisolation bei Transformatoren sind auch thermisch gebundene, d.h. kaschierklebstofffreie Vliesstoffe gebräuchlich. Diese bestehen aus Polyester-oder Aramidfasern, die in Wirrfaserstruktur abgelegt sind. Die Faserstärke beträgt in der Regel 1,6 bis 3,3 dtex. Die Tränkfähigkeit derartiger Vliesstoffe mit Isolierharzen oder Isolierlacken ist sehr gut, jedoch weisen die Vliesstoffe im ungetränkten Zustand nur relativ geringe dielektrische Festigkeiten auf. Die Isolierstoffe sind üblicherweise 0,1 bis 0,7 mm dick. Bei 0,2 mm Dicke beträgt z.B. die elektrische Durchschlagspannung (Kugel/Kugel-Elektrode) 0,6 bis 1,8 KV.
  • Hier ergibt sich der Nachteil, daß insbesondere bei der Phasenisolation kleinerer Normmotoren bei Vliesstoffen der üblichen Dicke von etwa 0,22 mm die Spannungsfestigkeit im ungetränkten Zustand nicht ausreicht. Nach nationalen (VDE) und internationalen (IEC) Richtlinien soll jedoch am ungetränkten Stator eines Normmotors eine Prüfung der Spannungsfestigkeit zwischen Phase/Phase bzw. Phase/Masse (sogenannte "Weißprüfung") mit der zweifachen Nennspannung plus 1000 Volt erfolgen (Up = 2 x UN + 1 KV).
  • Dies bedeutet bei einem Stator eines dreiphasigen Drehstrommotors eine Prüfspannung von 2 x 360 V + 1 KV = 1,72 KV.
  • Die bekannten, meist einschichtigen Vliesstoffe erfüllen die vorstehend angegebenen Anforderungen nicht. Insbesondere weisen sie ungetränkt eine unzureichende Durchschlagfestigkeit auf. Man ist deshalb auf die Verwendung von Aramidpapieren sowie von Mehrschichtisolierstoffen, z.B. auf Polyesterfolienbasis als Träger der elektrischen Spannungsfestigkeit angewiesen. Die Polyesterfolie ist neben ihrer Eigenschaft als Träger der dielektrischen Eigenschaften auch als steifigkeitsgebende Komponente anzusehen, wobei die ein- oder beidseitig aufkaschierten Vliesstoffe oder Aramidpapiere die mechanischen Eigenschaften, z.B. die Einreiß- oder Weiterreißfestigkeit beeinflussen sowie als Trägermedien für die Isolierharze oder -lacke dienen.
  • Die Kaschierung der Folien mit Vliesstoffen oder Aramidpapieren ist sehr arbeitsaufwendig und erfordert gezielte explosionsgeschützte Kaschieranlagen, weil die verwendeten Klebstoffe meist in organischen Lösungsmitteln gelöst sind. Je nach Art und Verarbeitung der Kaschierklebstoffe sind überdies negative Wechselwirkungen mit den Tränkmitteln und den elektrischen Aggregaten zu befürchten. Auch Störungen des thermischen Eigenschaftsprofils der Verbundmaterialien treten häufig auf.
  • Man hat deshalb nach Flächenisolierstoffen gesucht, die einerseits kaschiermittelfrei sind, andererseits die gewünschte Durchschlagfestigkeit aufweisen und überdies keine Wechselwirkungen mit Tränkflüssigkeiten der elektrischen Aggregaten aufweisen. Die bekannten thermisch gebundenen Vliesstoffe auf Polyester- bzw. Aramidbasis haben sich in der geeigneten Dicke von etwa 0,15 bis 0,7 mm zur Nutisolation beispielsweise als ungeeignet erwiesen, weil die elektrische Spannungsfestigkeit zu gering ist und die Produkte überdies in unerwünschtem Maße zusammengedrückt werden. Derartige Vliesstoffe sind überdies für eine automatische Einbringung als Nuthülsen oder Deckschieber nicht steif genug. Man ist also auch für diesen-Anwendungsbereich auf kalandrierte Aramidpapiere oder flexible Mehrschichtisolierstoffe auf der Basis von Polyesterfolien und Aramidpapieren bzw. Vliesstoffen, die mit Kaschierkleber versehen sind, angewiesen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen flexiblen Flächenisolierstoff mit einer hohen Durchschlagfestigkeit zu entwickeln, der dabei trotzdem steif ist und sich nicht übermäßig zusammendrücken läßt. Die Durchschlagfestigkeit soll wenigstens 30 KV/mm betragen. Der Flächenisolierstoff soll kaschierklebstofffrei sein und sich gut mit Isolierflüssigkeiten tränken lassen. Auch im ungetränkten Zustand soll der Isolierstoff eine deutlich verbesserte elektrische Spannungsfestigkeit zeigen.
  • Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird durch den in den Patentansprüchen wiedergegebenen Flächenisolierstoff gelöst. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Stoffe vorgeschlagen.
  • Der Flächenisolierstoff ist stets aus mehreren, klebstofffrei durch Kalandrieren mit einander verbundenen Vliesstoffschichten aufgebaut. Die verstreckten Polyester- und/oder Aramidfasern des Vliesstoffes sind mit unverstreckten Polyesterfasern als Bindefasern vermischt. Als Polyesterfasern werden Polyäthylenglyköltercphthalatfasern bevorzugt. Gut geeignet sind weiterhin Polyesterfasern auf Basis Poly-(1,4-dimethylol-)cyclohexanterephthalat. Bevorzugte Aramidfasern sind Aramide auf Basis aromatischer Poly-1,3-phenylenisophthalamid sowie Poly-p-phenylenterephthalamid.
  • Das Mehrschichtgebilde besteht aus mindestens zwei Schichten. Bevorzugt werden mindestens drei Schichten. Es ist zweckmäßig, die Fasern der später zu dem Vliesstoff verfestigten Flore jeweils unterschiedlich orientiert abzulegen. So wird nach dem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Flächenisolierstoffe mit Hilfe von Karden- oder Krempeleinrichtungen abwechselnd Schichten längs- und.querorientierter Flore abgelegt. Bei einem dreischichtigen Aufbau sind die äußeren Schichten längsorientiert, während die innere Schicht quergelegt ist. Mit Hilfe eines beheizten Kalanders werden die Florschichten dann thermisch zu dem erfindungsgemäßen Flächenisolierstoff verfestiqt.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung besteht die Mittelschicht aus einem naßgelegten Vliesstoff der vorstehend definierten Faser-Zusammensetzung. Die äußeren Vliesstoffe sind thermisch gebundene Vliesstoffe, gebildet über Karden- oder Krempelanlagen und insbesondere Spinnvliesstoffe.
  • Bei der Verfestigung wird zweckmäßig ein Liniendruck des Kalanders zwischen 100 und 180 kp/cm eingehalten. Die Kalandertemperatur der Stahlwalze beträgt 190 bis 220° C.
  • Liniendruck und Kalandertemperatur können dem hergestellten Produkt entsprechend variiert werden. Ein besonders gutes Ergebnis wird so z.B. bei einem Liniendruck des Kalanders von 140 bis 160 kp/cm und einer Walzentemperatur von 210° C erreicht, wenn ein dreischichtiges Gebilde mit 1,2 mm Endstärke hergestellt wird.
  • Unter den angegebenen Faserarten werden die für den je- weiligen Anwendungsbereich zweckmäßigen Mischungen ausgewählt, wobei anmeldungsgemäß unter der Bezeichnung "Fasern" sowohl Stapelfasern als auch Endlosfasern verstanden werden. Es ist bevorzugt, wenn die äußeren Schichten jeweils weniger Bindefasern enthalten. Bewährt hat sich eine Mischung aus 85 bis 30 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, an verstreckten Polyester- und/oder Aramidfasern einer Stärke von 1,0 bis 6,7 dtex zusammen mit 15 bis 70 Gew.% unverstreckten Polyesterfasern einer Stärke von 0,8 bis 8 dtex. Die so zusammengesetzten äußeren Schichten sind in der Regel längsorientiert. Die innere Schicht, die zweckmäßig quergelegt ist, besteht aus 50 bis 100 Gew.% unverstreckten Polyesterfasern, die gleichzeitig Bindefasern sind. Diese Bindefasern weisen eine Stärke von 0,5 bis 6,7 dtex auf. Sie werden gegebenenfalls zusammen mit bis zu 50 Gew.% verstreckten Polyester- und/oder Aramidfasern verwendet.
  • Nach dem Kalandrieren erhält man dann steife, jedoch flexible Flächenisolierstoffe einer Gesamtdicke zwischen 0,1 und 0,7 mm. Bevorzugt werden Flächengebilde von 0,2 bis 0,5 mm hergestellt. Bei diesen Stoffen beträgt die Durchschlagspannung 4,0 bis 8,0 KV. Die Durchschlagfestigkeit ist in jedem Falle größer als 30 KV/mm. Besonders bewährt haben sich Dreischichtgebilde aus außen angeordneten längsgelegten Vliesen aus 80 bis 60 Gew.% verstreckten Polyester- oder Aramidfasern zusammen mit 20 bis 40 Gew.% unverstreckten Polyesterfasern. Die Faserdicke beträgt hierbei 1,7 dtex bei den verstreckten Polyester- bzw. Aramidfasern. Die Dicke der unverstreckten Polyesterfasern beträgt 5,7 dtex. Das Gewicht der Deckschicht liegt dabei jeweils zwischen 10 und 100 g/qm, bei einer Gesamtdicke von 0,2 mm beispielsweise bei ca. 30 g/qm. Zwischen diesen längsorientierten Schichten ist dann eine quergelegte Mittelschicht aus 80 bis 100 Gew.% unverstreckten Polyesterfasern (Dicke 0,8 dtex) angeordnet. Das Gewicht dieser Schicht liegt zwischen 50 und 350 g/qm. Bei einer Gesamtdicke von 0,2 mm beträgt das Gewicht etwa 150 g/qm.
  • Der Flächenisolierstoff läßt sich ausgezeichnet mit üblichen Isolierflüssigkeiten tränken und ist aufgrund seines speziellen Aufbaus und des vorgeschlagenen Verfestigungsverfahrens frei von Kaschierklebstoffen. Durch die spezielle Faseranordnung ist eine besonders hohe mechanische Festigkeit gegeben. Die stets sehr hohe Steifigkeit läßt sich je nach Aufbau und Dicke variieren. Die Kompressibilität ist in optimalem Maße gering.
  • Das nachfolgende Beispiel zeigt ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für den Flächenisolierstoff.
    • Beispiel
  • Mit einer Kardenanlage wird zunächst eine längsorientierte Schicht einer Mischung aus 30 Gew.% unverstreckten Polyäthylenglykolterephthalatfasern zusammen mit 70 Gew.% verstreckten Polyäthylenglykolterephthalatfasern abgelegt. Die Stärke der verstreckten Fasern liegt bei 1,7 dtex, während die unverstreckten Fasern 5,7 dtex stark sind. Das Gewicht der Florschicht beträgt 30 g/qm.
  • Auf diese Schicht wird ein quergelegter Flor aus 90 Gew.% unverstreckten Polyäthylenglykolterephthalatfasern einer Stärke von 0,8 dtex abgelegt. Das Gewicht dieser Schicht beträgt 90 g/m2.
  • Es wird dann eine weitere längsorientierte Schicht der oben angegebenen Zusammensetzung aufgebracht.
  • Die Verstreckung der Polyäthylenglykolterephthalatfasern beträgt das 3- bis 4fache der unverstreckten Polyäthylenglykolterephthalatfasern.
  • Das dreischichtige Gebilde wird durch einen Kalander geführt, dessen Walzentemperatur 210° C beträgt. Bei einem Liniendruck von 150 kp/cm wird das Mehrschichtgebilde verfestigt. Es weist eine Endstärke von 1,2 mm auf. Die Durchschlagfestigkeit beträgt etwa 35 KV/mm.

Claims (6)

1. Flexibler Flächenisolierstoff mit einer Durchschlagfestigkeit von mehr als 30 KV/mm, gekennzeichnet durch mehrere klebstofffrei unter Anwendung von Hitze und Druck miteinander verbundene Vliesstoffschichten, die jeweils aus verstreckten Polyester- und/oder Aramidfasern sowie aus unverstreckten Polyesterfasern als Bindefasern aufgebaut sind, wobei die äußeren Vliesstoffschichten längsorientiert sind und wengistens eine innere Schicht aus querorientierten Fasern vorgesehen ist, die 50 bis 100 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, unverstreckte Polyesterfasern von 0,5 bis 6,7 dtex enthält und bis zu 50 Gew.% verstreckte Polyester- und/oder Aramidfasern.
2. Flächenisolierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus drei Vliesstoffschichten besteht und die äußeren längsorientierten Schichten aus einer Mischung von 85 bis 30 Gew.°ö, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, an verstreckten Polyester- und/oder Aramidfasern von 1,0 bis 6,7 dtex und 15 bis 70 Gew.% unverstreckten Polyesterfasern von 0,8 bis 8 dtex aufgebaut sind.
3. Flächenisolierstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere querorientierte Schicht vorgesehen ist, die 50 bis 100 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, unverstreckte Polyesterfasern von 0,8 dtex enthält.
'4. Flächenisolierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht ein naßgelegter Vliesstoff ist.
5. Flächenisolierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schichten Spinnvliesstoffe sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines Flächenisolierstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe bekannter Einrichtungen abwechselnd Schichten längs- und querorientierter Flore abgelegt werden, wobei die äußeren Schichten längsorientiert sind und wenigstens eine innere Schicht querorientiert ist, und daß die aufeinanderliegenden Flore dann mit einem beheizten Kalander bei einem Liniendruck von 150 bis 180 kp/cm und einer Walzentemperatur von 190 bis 220°C verfestigt und so zu einem steifen flexiblen Flächengebilde miteinander verbunden werden.
EP83112236A 1983-04-22 1983-12-06 Flächenisolierstoff und Verfahren zu seiner Herstellung Expired EP0122967B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE3314691 1983-04-22
DE3314691A DE3314691C1 (de) 1983-04-22 1983-04-22 Flaechenisolierstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

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