Результат интеллектуальной деятельности: КАТАЛИЗАТОР СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ, ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ЛЕНТА, ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ КОЖУХ И УПЛОТНИТЕЛЬ

Изобретение относится к катализатору сополимеризации, электроизоляционной ленте с катализатором, электроизоляционному кожуху с электроизоляционной лентой и уплотнителю с катализатором.

Электрические машины, как, например, двигатели и генераторы, включают в себя электрические провода, главную изоляцию и пакет железа статора. Задачей главной изоляции является изолировать по току провода друг от друга, от пакета железа статора и от окружения. При работе электрической машины из-за частичных электрических разрядов могут возникать искры, которые могут образовывать так называемые "дендритные" каналы в главной изоляции. Образование дендритных каналов может привести к электрическому пробою главной изоляции. Барьер от частичных разрядов достигается применением в главной изоляции слюды, которая имеет высокую стойкость к частичному разряду. Слюда используется в виде чешуйчатых слюдяных частиц, обычно с размером частиц от нескольких сотен микрон до нескольких миллиметров, причем из слюдяных частиц изготавливают слюдяную бумагу. Для повышения прочности и для улучшения технологических свойств применяется электроизоляционная лента, которая помимо слюдяной бумаги содержит несущую структуру.

Для получения главной изоляции электроизоляционную ленту обматывают вокруг проводника и затем пропитывают синтетической смолой. Синтетическая смола отверждается в присутствии катализатора, при этом обычно применяется нафтенат цинка, то есть цинковая соль смеси циклопентановой кислоты и циклогексановой кислоты. Смесь образуется при дистилляции сырой нефти в определенном диапазоне температур, это может привести к тому, что из разных партий сырой нефти могут также получаться смеси разного состава. Из-за этого характер отверждения синтетической смолы может меняться от партии к партии. Поэтому каждую партию нафтената цинка необходимо подготавливать с большими затратами, например, устанавливая величину его pH, кислотное число и вязкость.

Документ EP 0198195A2 описывает октилат цинка в качестве катализатора. US 4178274 A описывает цинк-2-этилгексановую кислоту в качестве катализатора. Патент US 3449641A описывает октоат цинка в присутствии эпоксидной смолы. GB 1557641A описывает цинк-2-этилгексаноат в присутствии эпоксидной смолы. US 6190775 B1 описывает гибкую изоляционную ленту. GB 2019778 A раскрывает пропитанную слюдяную пленку. Патент EP 1850460A2 описывает нафтенат цинка в присутствии эпоксидной смолы.

Задачей изобретения является разработать катализатор сополимеризации, электроизоляционную ленту с катализатором, электроизоляционный кожух с электроизоляционной лентой и уплотнитель с катализатором, причем катализатор должен получаться с постоянным качеством.

Согласно изобретению в качестве катализатора сополимеризации смеси ангидрида карбоновой кислоты и оксирана применяется соединение со структурной формулой

R¹CO₂^-R²CO₂^-Zn²⁺,

в которой каждый из R¹ и R² независимо друг от друга означает линейную или разветвленную алкильную группу. Электроизоляционная лента согласно изобретению, предпочтительно электроизоляционная лента, содержащая слюду и/или оксид алюминия, включает соединение структурной формулы R¹CO₂^-R²CO₂^-Zn²⁺, в которой R¹ и R² являются линейной или разветвленной алкильной группой. Электроизоляционный кожух согласно изобретению для электропровода содержит электроизоляционную ленту по изобретению, причем смесь ангидрида карбоновой кислоты и оксирана отверждается в присутствии соединения структурной формулы R¹CO₂^-R²CO₂^-Zn²⁺, где каждый из R¹ и R² является линейной или разветвленной алкильной группой.

Уплотнитель согласно изобретению для лобовой части обмотки вращающейся электрической машины включает пористую и не проводящую ток основу, которая содержит соединение структурной формулы R¹CO₂^-R²CO₂^-Zn²⁺ и которая пропитана смесью ангидрида карбоновой кислоты и оксирана, отверждающейся в присутствии соединения структурной формулы R¹CO₂^-R²CO₂^-Zn²⁺, где каждый из R¹ и R² является линейной или разветвленной алкильной группой.

Выгодно, что соединение структурной формулы R¹CO₂^-R²CO₂^-Zn²⁺ можно приобрести на рынке с постоянным качеством и/или его можно получить с постоянным качеством. Таким образом, с выгодой гарантируется, что при применении этого соединения в качестве катализатора сополимеризация смеси протекает по существу одинаково для разных партий. Кроме того, электроизоляционная лента, которая содержит это соединение, благодаря неизменному качеству соединения всегда имеет неизменные параметры пропитки, благодаря чему электроизоляционную ленту можно с выгодой пропитать смесью постоянного качества. Благодаря одинаково протекающей сополимеризации и идентичной пропитке электроизоляционной ленты можно получать электроизоляционный кожух и уплотнитель неизменного качества, что выгодно.

Электроизоляционный кожух можно применять, например, в качестве главной изоляции электрогенератора. Допустимо также предусмотреть главную изоляцию в области лобовой части обмотки электрогенератора.

Если вместо или наряду со слюдой применяется оксид алюминия, то теплопроводность главной изоляции станет более высокой, в результате чего температуру главной изоляции можно удерживать низкой, тем самым удлиняя ее срок службы, что выгодно.

Предпочтительно каждый из R¹ и R² независимо друг от друга означает C₆-алкил, C₇-алкил, C₈-алкил, C₉-алкил или C₁₀-алкил. Неожиданно оказалось, что электроизоляционная лента, которая содержит катализатор с этими алкильными группами, быстрее и равномернее пропитывается смесью, чем в случае нафтената цинка, в результате чего после отверждения смеси ангидрида карбоновой кислоты и оксирана предпочтительно образуется однородный электроизоляционный кожух. Это же справедливо для уплотнителя.

Каждый из R¹ и R² независимо друг от друга предпочтительно представляет собой н-гептил, 1-метил-н-гексил, 2-метил-н-гексил, 3-метил-н-гексил, 4-метил-н-гексил, 5-метил-н-гексил, 3-этил-н-пентил, 2-этил-н-пентил, 1-этил-н-пентил, 1,1-диметил-н-пентил, 2,2-диметил-н-пентил, 3,3-диметил-н-пентил, 4,4-диметил-н-пентил, 1,2-диметил-н-пентил, 1,3-диметил-н-пентил, 1,4-диметил-н-пентил, 2,3-диметил-н-пентил, 2,4-диметил-н-пентил, 3,4-диметил-н-пентил, 1,1,2-триметил-н-бутил, 1,1,3-триметил-н-бутил, 1,2,3-триметил-н-бутил, 1,2,2-триметил-н-бутил, 2,2,3-триметил-н-бутил, 2,3,3-триметил-н-бутил, 1,3,3-триметил-н-бутил, 1-этил-1-метил-н-бутил, 1-этил-2-метил-н-бутил, 1-этил-3-метил-н-бутил, 2-этил-1-метил-н-бутил, 2-этил-2-метил-н-бутил, 2-этил-3-метил-н-бутил, 1-изопропил-н-бутил, 2-изопропил-н-бутил, 1,1,2,2-тетраметил-н-пропил, 1,1-диэтил-н-пропил, 2,2-диметил-1-этил-н-пропил, 1,2-диметил-1-этил-н-пропил, 1-изопропил-1-метил-н-пропил или 1-изопропил-2-метил-н-пропил или неононил, предпочтительно третичную C₉-алкильную группу, особенно предпочтительно 1,1-диметил-н-гептил, 1,1,2-триметил-н-гексил, 1,1,3-триметил-н-гексил, 1,1,4-триметил-н-гексил, 1,1,5-триметил-н-гексил, 1-этил-1-метил-н-гексил, 1,2-диметил-1-этил-н-пентил, 1,3-диметил-1-этил-н-пентил, 1,4-диметил-1-этил-н-пентил, 1,1-диметил-2-этил-н-пентил, 1,1-диметил-3-этил-н-пентил, 1,1,2,2-тетраметил-н-пентил, 1,1,2,3-тетраметил-н-пентил, 1,1,2,4-тетраметил-н-пентил, 1,1,3,3-тетраметил-н-пентил, 1,1,3,4-тетраметил-н-пентил, 1,1,4,4-тетраметил-н-пентил, 1,1-диэтил-н-пентил, 1-метил-1-н-пропил-н-пентил, 1-метил-1-изопропил-н-пентил, 1,1,2,2,3-пентаметил-н-бутил, 1,1,2,3,3-пентаметил-н-бутил, 1-этил-1,2,2-триметил-н-бутил, 1-этил-1,2,3-триметил-н-бутил, 1-этил-1,3,3-триметил-н-бутил, 2-этил-1,1,2-триметил-н-бутил, 2-этил-1,1,3-триметил-н-бутил, 1,2-диметил-1-н-пропил-н-бутил, 1,3-диметил-1-н-пропил-н-бутил, 1-этил-1-н-пропил-н-бутил, 1,2-диметил-1-изопропил-н-бутил, 1,3-диметил-1-изопропил-н-бутил, 1-этил-1-изопропил-н-бутил, 1,1-диэтил-2-метил-н-бутил, 1,1-диэтил-3-метил-н-бутил, 1,2-диэтил-1-метил-н-бутил, 1-метил-1-трет-бутил-н-бутил, 1,1-диэтил-2,2-диметил-н-пропил, 1-изопропил-1,2,2-триметил-н-пропил, 1,1-диизопропил-н-пропил или 6,6-диметил-н-гептил.

К этим соединениям относятся, например, октоат цинка и неодеканоат цинка, который выпускается в продажу, например, фирмой OMG Borchers, Германия, под торговой маркой Borchikat 15, Borchikat 22, Soligen Zink 11/12, Octa-Soligen-Zink 22, имея более высокую степень очистки по сравнению с нафтенатом цинка.

Ангидрид карбоновой кислоты предпочтительно является ангидридом циклической карбоновой кислоты, в частности фталевым ангидридом, метилгексагидрофталевым ангидридом и/или гексагидрофталевым ангидридом. Оксиран предпочтительно является бис-оксираном, в частности диглицидиловым эфиром бисфенола A и/или диглицидиловым эфиром бисфенола F. Предпочтительно, чтобы смесь ангидрида карбоновой кислоты и оксирана содержала реактивный разбавитель, в частности стирол, предпочтительно в массовом содержании от 0% до примерно 60% в расчете на смесь. Особенно предпочтительно иметь от примерно 3% до примерно 10% стирола. Реактивный разбавить снижает вязкость смеси, что выгодно для улучшения пропитки электроизоляционной ленты и/или уплотнителя кожуха, и участвует в реакции сополимеризации.

Электроизоляционная лента предпочтительно пропитана смесью ангидрида карбоновой кислоты и оксирана.

Предпочтительно электроизоляционный кожух содержит стойкие к частичному разряду наночастицы, предпочтительно с массовым содержанием частиц от 2% до 10% в расчете на смесь ангидрида карбоновой кислоты, оксирана и частиц. Тем самым повышается стойкость к частичному разряду электроизоляционного кожуха, благодаря чему повышается его срок службы, что выгодно. Предпочтительно, чтобы частицы были неорганическими, в частности, частицами, содержащими диоксид кремния, диоксид титана и/или оксид алюминия. Предпочтительно средний диаметр частиц составляет от 1 нм до 50 нм. Для получения электроизоляционного кожуха частицы добавляют в смесь ангидрида карбоновой кислоты и оксирана перед пропиткой электроизоляционной ленты. Вследствие силанизации поверхности частиц в результате реакции частиц с алкилалкосисиланами, в частности метилтриметоксисиланом, диметилдиметоксисиланом и/или триметилметоксисиланом, можно придать поверхности частиц органофильные свойства, чтобы частицы предпочтительно лучше смешивались со смесью ангидрида карбоновой кислоты и оксирана без нежелательной агломерации частиц. Однако частицы в смеси также ускоряют сополимеризацию. В присутствии наночастиц в смеси для обеспечения однородной структуры электроизоляционного кожуха необходимо предусмотреть катализатор в электроизоляционной ленте.

Предпочтительно электроизоляционная лента имеет пористую и непроводящую несущую структуру, в частности шнур, нетканый материал, пеноматериал, в частности пеноматериал с открытыми порами, стеклошнур, стеклоровинг, ткань и/или смоляной мат. Пористость несущей структуры при этом такова, чтобы она могла пропитаться смесью. Несущая структура предпочтительно содержит полиэфир, в частности дакрон, и/или полиэтилентерефталат (ПЭТ). Несущая структура предпочтительно проклеена изоляционной бумагой, в частности изоляционной бумагой, содержащей слюду и/или оксид алюминия. Изоляционная бумага предпочтительно имеет такую пористость, чтобы ее можно было пропитать смесью.

Основа уплотнителя предпочтительно содержит шнур, нетканый материал, пеноматериал, в частности пеноматериал с открытыми порами, стеклошнур, стеклоровинг, ткань и/или смоляной мат. Предпочтительно уплотнитель предусмотрен в области лобовой части обмотки электрической машины, в частности двигателя или генератора, и между электропроводами лобовой части обмотки. Предпочтительно уплотнитель размещается в области лобовой части обмотки таким образом, чтобы привести к повышению жесткости лобовой части обмотки, чтобы лобовая часть обмотки была нечувствительной к возбуждению колебаний при работе электрической машины и, таким образом, имела более длительный срок службы. При получении уплотнителя его можно одновременно с электроизоляционным кожухом пропитать смесью ангидрида карбоновой кислоты и оксирана. Предпочтительно основа уплотнителя содержит полиэфир, в частности дакрон, и/или полиэтилентерефталат (ПЭТ).

Далее изобретение подробнее поясняется на четырех примерах.

В первом примере электроизоляционный кожух получают следующим образом. Пористую и, тем самым, способную пропитываться содержащую слюдяную бумагу электроизоляционную ленту пропитывают раствором неодеканоата цинка в растворителе, в частности нафте. Альтернативно для пропитки можно применять способы накатывания, напыления, окунания, накапывания, способ Point-to-Point (поточечное нанесение) и/или контактный способ нанесения покрытий. Затем растворитель удаляют из электроизоляционной ленты, в частности, путем подвода тепла и/или путем вакуумной сушки. Электроизоляционную ленту обматывают вокруг электропровода. Обмотанный таким способом электропровод предпочтительно вводят в ванну, которая содержит стехиометрическую смесь диглицидилового эфира бисфенола A и гексагидрофталевого ангидрида. Электроизоляционную ленту и пустоты между отдельными витками электроизоляционной ленты пропитывают в ванне способом VPI (от английского: Vacuum Pressure Impregnation = пропитка в вакууме под давлением) смесью при приложении вакуума. Затем смесь в VPI-процессе отверждают при приложении давления и в результате получают электроизоляционный кожух.

Во втором примере электроизоляционный кожух получают следующим образом. Пористую слюдяную бумагу склеивают с помощью клея с пористым смоляным матом из ПЭТ и в итоге получают электроизоляционную ленту. Раствор н-октаноата цинка в нафте напыляют на электроизоляционную ленту и затем нафту удаляют из электроизоляционной ленты сушкой в вакууме. Электроизоляционную ленту обматывают вокруг электрического провода и обмотанный так электрический провод вводят в ванну, которая содержит стехиометрическую смесь диглицидилового эфира бисфенола A и метилгексагидрофталевого ангидрида. Для снижения вязкости смеси она содержит также 10 масс.% стирола в расчете на смесь. Электроизоляционная лента и пустоты между отдельными витками электроизоляционной ленты пропитываются смесью в ванне в процессе VPI при приложении вакуума. Затем смесь в VPI-процессе отверждается в результате приложения давления и тем самым получают готовый электроизоляционный кожух.

В третьем примере электроизоляционный кожух получают следующим образом. Пористую слюдяную бумагу склеивают с помощью клея со стеклошнуром и в итоге получают электроизоляционную ленту. Электроизоляционную ленту пропитывают раствором н-октаноата цинка в нафте, затем нафту удаляют из электроизоляционной ленты путем подвода тепла. Электроизоляционную ленту обматывают вокруг электропровода, и обмотанный таким способом электропровод вводят в ванну, которая содержит стехиометрическую смесь диглицидилового эфира бисфенола F и метилгексагидрофталевого ангидрида. Смесь содержит также частицы диоксида титана со средним диаметром 50 нм в количестве 3 масс.% в расчете на смесь. Для снижения вязкости смеси она содержит, кроме того, 10 масс.% стирола в расчете на смесь. Электроизоляционная лента и пустоты между отдельными витками электроизоляционной ленты пропитывают в ванне способом VPI смесью при приложении вакуума. Затем смесь в VPI-процессе отверждают при приложении давления и в результате получают готовый электроизоляционный кожух.

В четвертом примере уплотнитель получают следующим образом. Пористую и, тем самым, способную пропитываться ткань из ПЭТ пропитывают раствором неодеканоата цинка в растворителе, в частности нафте. Затем растворитель удаляют из ткани путем вакуумной сушки. Затем ткань обматывают вокруг лобовой части обмотки электрической машины. Электрическую машину с лобовой частью обмотки вводят в ванну, которая содержит стехиометрическую смесь диглицидилового эфира бисфенола A и гексагидрофталевого ангидрида. Ткань в процессе VPI пропитывают в ванне смесью при приложении вакуума. Затем смесь в VPI-процессе отверждают путем приложения давления и в результате получают уплотнитель. Полученный так уплотнитель приводит к повышению жесткости лобовой части обмотки, так что она меньше подвержена колебаниям при работе электрической машины.

Хотя изобретение было подробно описано и проиллюстрировано на предпочтительных примерах осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалист может вывести из них другие варианты, не выходя за объем защиты настоящего изобретения.