Покрытие с высокой короностойкостью, а также способ его получения

Покрытие с высокой короностойкостью, а также способ его получения

Реферат

Изобретение относится к покрытию для пластмассы. Такие покрытия могут быть нанесены как на трехмерные детали, так и на листовые материалы, такие как пленки и тканые материалы.

Электрические машины (трансформаторы, двигатели, генераторы) в зависимости от нагрузки и конструктивного принципа обладают сложной системой изоляции. Полимерные материалы для этого применения имеют вполне подходящие электрические изоляционные характеристики, являются экономичными и легко приспосабливаемыми к необходимой геометрической форме. Недостатком этих материалов, как правило, является низкая длительная стойкость к действию электрических разрядов при высокой напряженности поля.

Задача настоящего изобретения состоит в предоставлении материала с улучшенной устойчивостью к коронному разряду, который обладает преимуществами полимерных материалов.

Задача решается с помощью объекта настоящего изобретения в том виде, как он раскрыт с помощью описания, фигуры и формулы изобретения.

Соответственно, объектом настоящего изобретения является покрытие для полимерного изоляционного материала, которое включает от 1 до 10 слоев и в принципе является силикатным, причем покрытие содержит подходящую смесь силикатной основной структурной единицы с органическими остатками, благодаря чему оно может быть нанесено на гибкую подложку, и толщина отдельного слоя в покрытии лежит в диапазоне от 0,1 до 100 мкм, отдельные слои получаются мокрым химическим методом, причем предшественниками являются силан, силоксан и/или силикат. Кроме того, объектом изобретения является способ получения покрытия для полимерного изоляционного материала, причем с помощью мокрого химического метода наносят покрытие в один или более слоев, каждый из которых после отверждения дает компактное (плотное) наслоение с толщиной в диапазоне от 0,1 до 100 мкм на слой.

Данное покрытие в принципе является силикатным, что означает, что основная структура отдельных слоев в каждом случае включает фрагменты Si-О, которые содействуют высокой устойчивости к коронному разряду, но, чтобы быть хорошо наносимым на упругие или гибкие носители, включает – в зависимости от слоя - еще и различные органические остатки и/или органические остатки в различных концентрациях, которые содействуют гибкости наслоения и/или сцеплению покрытия с гибкими поверхностями, причем содержание органических остатков внутри покрытия изменяется от слоя к слою, так что содержание неорганических фрагментов Si-0 внутри покрытия возрастает наружу, то есть по мере отдаления от подложки.

Согласно одному выгодному варианту реализации силановыми предшественниками являются тетраэтилортосиликат (TEOS) и/или метилтриэтоксисилан (MTES).

Примерами пригодных органических остатков (радикалов) являются модифицированные органосиланы, которые в качестве функциональных групп содержат эпоксидные, аминные, акрилатные и/или винильные группы. В этом случае образуется гибридный полимерный слой.

Силикатное покрытие на трехмерных деталях, а также на листовых материалах, таких как пленки и тканые материалы, имеет толщину наслоения в диапазоне от 0,1 до 100 мкм, предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 50 мкм, на слой.

Покрытие может включать всего от 1 до 10 слоев, предпочтительно оно включает от 1 до 5 слоев, а особенно предпочтительно - от 1 до 3 слоев.

Согласно одному выгодному варианту реализации, при котором особенно повышается толщина слоя покрытия и его гибкость, покрытие включает кроме силанового и/или силоксанового компонента еще и классическую систему смол, такую как системы смол на основе эпоксидов, ненасыщенных сложных полиэфиров, сложных полиэфиров, фенолов, цианатов, виниловых сложных эфиров или других известных смол.

При этом системы смол или сам золь покрытия могут дополнительно содержать наполнители, например металлоксидные материалы, оксид кремния, оксид алюминия, карбид кремния и/или нитрид кремния, или все прочие известные дисперсные материалы, которые повышают теплопроводность по сравнению с ненаполненными полимерными/силикатными слоями.

Отдельные слои служат для приспособления механических свойств покрытия. При этом для компенсации механических напряжений в случае гибких лент и пленок или вследствие различий в тепловом расширении между подложкой покрытия и покрытием реализуется градиентное строение полимерно-эластичной структуры слоя покрытия ближе к подложке и сильно неорганической структуры слоя покрытия дальше от подложки.

Вследствие этого выгодно, когда покрытие в целом включает множественные слои, предпочтительно, чтобы слой, который, например, примыкает к полимерному изолятору, имел самое высокое содержание органических остатков для придания гибкости, а слой, который лежит снаружи, имел самое высокое содержание фрагментов Si-О для обеспечения устойчивости к коронному разряду.

Согласно изобретению могут быть реализованы решения недорогих, надежно изготовляемых и применяемых новых короностойких материалов. С помощью предлагаемых здесь композиций материалов механические свойства (твердость, хрупкость, гибкость) могут быть скорректированы в широком диапазоне специально для области гибкого покрытия листовых материалов путем регулирования его гибридного характера (органической и неорганической структуры сшивания).

Так, могут быть сформированы как электрически прочные, так и механически прочные системы, которые надежно применимы при прилагаемой к плоскому изоляционному материалу изгибающей нагрузке.

В отличие от известных до сих пор слоев SiОх, которые наносят физическими методами (физическое осаждение из паровой фазы, PVD), данные наслоения могут быть отрегулированы так, что покрытые пленочные материалы при термоокислительной нагрузке не ведут к ускоренному охрупчиванию.

Пример

Нанесение различных композиций производится мокрым химическим методом. Подходящими методами являются нанесение ракелем, нанесение центрифугированием, окунание, распыление в периодическом режиме работы для поштучных подложек и в процессе «с рулона на рулон» для непрерывных полотен, таких как пленки или ткани.

Одна композиция материалов приводит, например, к материалу с гибридным характером, в котором неорганический предшественник тетраэтилортосиликат (TEOS) смешивается с модификатором сетчатой структуры метилтриэтоксисиланом (MTES) в качестве и водой (Н₂О). В зависимости от молярного соотношения неорганического предшественника TEOS и органического модифицированного алкоксисилана MTES можно создавать вариации свойств от «кремнеземистого стекла» до «кремнеземистого каучука».

Наряду с уже имеющимся органическим модифицированным алкоксисиланом MTES, в золь может быть добавлен также органофункциональный силан, который сам может образовывать сетку с самим собой и с другими компонентами. К золю TEOS:MTES дополнительно добавляют 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (GPTMS). GPTMS может входить как в неорганическую сетку, так и в органическую сшивку.

Нанесение композиции выполняется посредством мокрого химического нанесения ракелем. Предназначенные для получения покрытия растворы наносили спиральным ракелем на очищенную ионизатором поверхность РЕТ. Покрытую сторону в течение по меньшей мере 20 ч «проветривали»/высушивали на воздухе. После такого «проветривания» слой отверждали при 95-100°С в течение 2,5 ч. По такой же схеме провели нанесение покрытия на вторую сторону.

Испытание характерных свойств в отношении эрозионной стойкости проводилось на фрикционном устройстве IEC 343b. Оно описано в стандарте EN 60343 и использовано для испытаний в соответствии с этим стандартом. При работе фрикционного устройства возникает трибоэлектрический эффект (ТЕ) тангенциально к поверхности образца. Образцы оставляют под действием ТЕ и состаривают за время 240 ч.

Регистрация поверхностных эффектов после электрического старения: образцы изоляционного материала после воздействия ТЕ проявляют различные эффекты на поверхности. Наиболее частым признаком является эрозионный износ, который может быть качественно и количественно определен лазерно-оптическим методом.

Результаты

Золь по изобретению образует слой, который после 240 ч допускает образование лишь точечной эрозии на поверхности. Средняя глубина эрозии на четырех различных образцах пленки составляет 18 мкм. Это значит, что пленка РЕТ была локально разрушена только до половины исходной толщины и не возникало повреждение, как в контрольном образце.

Единственная фигура показывает сравнение покрытой изоляционной пленки РЕТ с непокрытой пленкой РЕТ со среднеквадратичным отклонением для отдельных образцов.

Совершенно явственным оказалось различие в глубине эрозии у обоих образцов. В то время как непокрытая пленка РЕТ в результате испытания показывает глубину эрозии почти 225 мкм, в случае покрытой пленки эрозия проникает на глубину, в 10 раз меньшую, только до 25 мкм. Тем самым десятикратно возрастает долговечность изготовленной из нее изоляции.

Изобретение относится к покрытию для изоляционного материала. Покрытие может быть нанесено как на трехмерные детали, так и на листовые материалы, такие как пленки и тканые материалы. Короностойкость отчетливо повышается за счет применения силанового и/или силоксанового компонентов в получаемом мокрым химическим методом покрытии.

1. Покрытие для полимерного изоляционного материала в качестве подложки, которое включает от 1 до 10 слоев и является силикатным, причем покрытие содержит силикатную основную структурную единицу с органическими остатками, благодаря чему оно может быть нанесено на гибкие подложки, и толщина отдельного слоя в покрытии лежит в диапазоне от 0,1 до 100 мкм, отдельные слои получаются мокрым химическим методом из предшественников, которыми являются силан, силоксан и/или силикат, причем содержание органических остатков внутри покрытия изменяется от слоя к слою, так что содержание неорганических фрагментов Si-O внутри покрытия возрастает наружу, то есть по мере отдаления от подложки.

2. Покрытие по п.1, причем силан или содержащее силан соединение и/или силоксан или содержащее силоксан соединение получены из предшественника, который содержит или тетраэтилортосиликат (TEOS) и/или метилтриэтоксисилан.

3. Покрытие по п.2, причем содержание органических остатков внутри покрытия изменяется от слоя к слою, так что слой, примыкающий к полимерному изолятору, имеет самое высокое содержание органических остатков для придания гибкости.

4. Покрытие по п.3, причем кремнийорганические компоненты представляют собой модифицированные органосиланы, которые содержат в качестве функциональных групп эпоксидные, аминные, акрилатные и/или винильные группы.

5. Покрытие по любому из пп.1-4, причем покрытие дополнительно содержит наполнители, например металлоксидный материал, оксид кремния, оксид алюминия, карбид кремния и/или нитрид кремния.

6. Покрытие по любому из пп.1-4, причем покрытие дополнительно содержит систему смол, такую как системы смол на основе эпоксидов, ненасыщенных сложных полиэфиров, сложных полиэфиров, фенолов, цианатов, виниловых сложных эфиров.

7. Покрытие по п.5, причем покрытие дополнительно содержит систему смол, такую как системы смол на основе эпоксидов, ненасыщенных сложных полиэфиров, сложных полиэфиров, фенолов, цианатов, виниловых сложных эфиров.

8. Способ получения покрытия по любому из пп.1-7, причем покрытие наносят с помощью мокрого химического метода в один или более слоев, каждый из которых после отверждения дает компактное наслоение с толщиной в диапазоне от 0,1 до 100 мкм на слой.