ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2016 года по МПК B32B5/26 H01B3/48 

Область техники

Настоящее изобретение относится к материалам, подходящим для приложений, требующих обеспечения электрической изоляции.

Уровень техники

В элементах электрооборудования, таких, как электродвигатели, генераторы и трансформаторы, часто требуется изоляция посредством диэлектрика в той или иной форме для отделения проводника под одним напряжением от проводника под другим напряжением и/или для обеспечения механической защиты электрических компонентов. В различных областях техники для данной цели часто используют ламинаты из электроизолирующих материалов. Примеры таких материалов описаны в публикациях WO 2012/082180, JP 2000/008299, СА 2003221 и JP 9158092.

Сущность изобретения

Существует потребность в электроизоляционных материалах, имеющих высокий показатель огнестойкости (например, V-0 в соответствии со стандартом UL 94), и при этом обладающих высокой механической прочностью и остаточной гибкостью после термического старения.

Материалы в соответствии с настоящим изобретением подходят для изоляции электрических компонентов трансформаторов, электродвигателей, генераторов и прочих устройств, в которых требуется изоляция электрических компонентов, особенно в тех приложениях, где предъявляются высокие требования к огнестойкости. По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения обеспечивается уникальное гибкое электроизоляционное изделие, имеющее превосходные показатели механической прочности, гибкости и огнестойкости. По меньшей мере некоторые воплощения настоящего изобретения имеют высокие показатели огнестойкости, несмотря на то, что они содержат некоторые горючие материалы. По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения обеспечивается электроизоляционный материал, обладающий оптимальным соотношением таких свойств, как огнестойкость, электрическая прочность диэлектрика, модуль растяжения и прочность на разрыв. Кроме того, по меньшей мере некоторые воплощения настоящего изобретения имеют требуемые характеристики теплопроводности.

По меньшей мере в одном из воплощений настоящего изобретения обеспечивается изделие, содержащее слой нецеллюлозной нетканой ткани, имеющий первую и вторую расположенные друг напротив друга основные поверхности, и при этом к каждой из основных поверхностей слоя нетканой ткани присоединен слой нецеллюлозной нетканой бумаги, и при этом нетканая бумага, нетканая ткань или обе они являются электроизолирующими.

В контексте настоящего описания:

термин "нецеллюлозный" означает содержащий менее, чем 10 вес. % целлюлозного материала, предпочтительно, содержащий менее, чем 5 вес. % целлюлозного материала, более предпочтительно, содержащий только следовые количества целлюлозного материала, и наиболее предпочтительно, вовсе не содержащий целлюлозного материала.

термин "непосредственно соединенные друг с другом" означает отсутствие между слоями, к которым он относится, промежуточных слоев, таких, как, например, слой адгезива;

термин "нетканая бумага" означает листовой материал, преимущественно содержащий короткие волокна;

термин "нетканая ткань" означает листовой материал, преимущественно содержащий длинные волокна;

термин "короткие волокна" означает волокна длиной менее, чем 1 дюйм (2,54 см);

термин "длинные волокна" означает волокна длиной, большей или равной 1 дюйму (2,54 см);

термин "направление движения в машине" (сокращенно "MD") означает направление, параллельное направлению намотки непрерывного листового материала;

термин "направление, поперечное движению в машине" (сокращенно "CD") означает направление, перпендикулярное направлению намотки непрерывного листового материала.

Преимуществом по меньшей мере одного воплощения настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает показатель огнестойкости V-0 при испытании в соответствии со стандартом UL 94, несмотря на то, что оно содержит горючие волокнистые материалы, и при этом он является также гибким и имеет хорошую механическую прочность.

В приведенном выше описании сущности настоящего изобретения не подразумевалось подробно описать каждое из упомянутых воплощений настоящего изобретения. Более подробное описание воплощений настоящего изобретения приводится ниже.

Подробное описание изобретения

Приведенное ниже подробное описание изобретения подразумевает, что возможны и другие воплощения настоящего изобретения без отхода от его принципов и масштабов. Поэтому приведенное ниже подробное описание не следует рассматривать в ограничивающем смысле.

Если не указано иное, все численные значения, выражающие размер, количество и физические свойства элементов изобретения, используемые в описании и в формуле изобретения, следует во всех случаях понимать в сочетании с термином «примерно». Соответственно, если не указано противоположное, все числовые значения параметров, приведенные в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приближенными, и фактические значения тех же параметров при практической реализации идей настоящего изобретения сведущими в данной области техники могут отличаться от приведенных, в зависимости от требуемых свойств соответствующих элементов. Упоминание граничных числовых значений диапазонов включает все целые и нецелые значения внутри указанного диапазона (например, диапазон от 1 до 5 включает 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4 и 5).

По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения используется слой нетканой ткани, расположенный между двумя слоями нетканой бумаги. Другие воплощения настоящего изобретения содержат чередующиеся слои нетканой бумаги и нетканой ткани. В некоторых воплощениях используется множество слоев нетканой ткани, расположенных вплотную друг к другу и между слоями нетканой бумаги. Некоторые воплощения дополнительно включают адгезив, расположенный между двумя соседними слоями.

По меньшей мере некоторые воплощения изделий, обеспечивающие требуемые показатели огнестойкости, включают горючие материалы. Так, например, некоторые воплощения включают нетканые ткани из полиэтилентерефталата, которые являются горючими. Было определено, что по меньшей мере в некоторых воплощениях помещение слоя воспламеняющейся нетканой ткани между по меньшей мере двумя наружными слоями нетканой бумаги обеспечивает превосходные характеристики огнестойкости изделий.

По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения слой нетканой бумаги содержит листовой материал, изготовленный из коротких волокон, то есть волокон длиной менее, чем 1 дюйм (2,54 см). По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения волокна нетканой бумаги в своем большинстве являются органическими.

Однако многие воплощение могут включать нетканые бумаги с неорганическими волокнами или наполнителями.

Примеры имеющихся в продаже нетканых бумах, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают бумаги серии CeQUIN производства 3М Company (Сент-Пол, штат Миннесота, США), включая, но не ограничиваясь ими: CeQUIN I (содержит примерно 90% неорганических компонентов), CeQUIN II (представляет собой двухслойные композиты из бумаги CeQUIN I), CeQUIN X (обладает повышенной прочностью во влажном состоянии) и CeQUIN 3000 (содержит примерно 74% неорганических компонентов и армирована органическими волокнами); бумаги серии FLAME BARRIER FRB производства 3М Company (Сент-Пол, штат Миннесота, США), включая, но не ограничиваясь ими, FLAME BARRIER-FRB -NT (каландрованная изоляционная бумага) и FLAME BARRIER FRB-NC (некаландрованная изоляционная бумага); бумаги серии NOMEX производства DuPont (www2.dupont.com), включая, но не ограничиваясь ими, бумаги NOMEX типов 410, 411 (вариант с уменьшенной плотностью), 414, 418 (включает слюду), 419 (вариант 418 с уменьшенной плотностью), и Е56; бумаги серии X-FIPER производства SRO Group Limited (Китай); а также бумаги серии MET AST AR производства Yantai Metastar Special Paper Co. Ltd. (Китай).

Подходящие нетканые бумаги могут включать органические и неорганические волокна, включая, но не ограничиваясь ими, арамидные волокна, включая мета-арамидные и пара-арамидные волокна, полифениленсульфидные волокна, полиэфирные волокна, полиамидные волокна, акриловые волокна, меламиновые волокна, стеклянные, полиолефиновые и полиимидные волокна. По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения нетканая бумага содержит также полимерное связующее. Подходящие примеры полимерных связующих включают, но не ограничиваются ими: акриловый, нитриловый, стирол-акриловый латекс, гуаровую камедь, крахмал и натуральный каучуковый латекс.

По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения нетканая бумага содержит также один или более неорганических наполнителей. Подходящие неорганические наполнители включают, но не ограничиваются ими: каолиновую глину, тальк, слюду, карбонат кальция, тригидрат глинозема, монтмориллонит, смектит, бентонит, иллит, хлорит, сепиолит, аттапульгит, нитрид алюминия, галлуазит, вермикулит, лапонит, ректорит, перлит, карбид кремния, нитрид бора и их сочетания. Подходящие примеры каолиновой глины включают, но не ограничиваются ими: промытую водой каолиновую глину, расслоенную каолиновую глину, кальцинированную каолиновую глину и поверхностно-обработанную каолиновую глину.

В контексте настоящего изобретения неорганические бумаги, содержащие неорганические наполнители и/или неорганические частицы, могут именоваться бумагами на неорганической основе. Бумаги на неорганической основе характеризуются значительно более высокой долговременной стойкость к воздействию напряжения в присутствии коронных/частичных разрядов по сравнению, например, с мета-арамидными бумагами на полностью органической основе, поскольку неорганические материалы гораздо более устойчивы к коронному разряду, чем органические материалы (см., например, материалы конференции и выставки «The Electrical Insulation Conference (EIC)/Electrical Manufacturing and Coil Winding (EMCW) Expo 2001» (Цинциннати, штат Огайо, США, 15-18 октября 2001), "High Temperature Electrical Insulation Short Course", стр. 21). Бумаги на неорганической основе могут также обеспечивать повышенную стабильность геометрических размеров, а также повышенную теплопроводность, что обеспечивает более эффективное рассеяние тепла по сравнению, например, с мета-арамидными бумагами на полностью органической основе.

По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения слой нетканой ткани содержит листовой материал, изготовленный из длинных волокон, то есть волокон длиной, большей или равной 1 дюйму (2,54 см).

Нетканые ткани, как правило, в основном изготавливаются из органических волокон, но могут содержать неорганические волокна. Примеры подходящих органических волокон для изготовления нетканой ткани включают, не ограничиваясь ими, арамидные волокна, включая мета-арамидные волокна и пара-арамидные волокна. По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения нетканые ткани могут включать мета-арамидные и/или пара-арамидные волокна. По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения арамидные волокна являются предпочтительным компонентом слоя нетканой ткани. По меньшей мере некоторые воплощения нетканых тканей в соответствии с настоящим изобретением могут включать один или более типов арамидных волокон. Подходящие типы арамидных волокон включают, но не ограничиваются ими, мета-арамидные, пара-арамидные, модифицированные мета- или пара-арамидные волокна и прочие типы арамидных волокон. Нетканая ткань может содержать арамидные волокна в количестве от примерно 0 (ноль) до 100 вес. %. По меньшей мере в одном воплощении нетканая ткань содержит от примерно 20 вес. % до примерно 70 вес. % арамидных волокон.

Подходящие неарамидные органические волокна включают, но не ограничиваются ими: полифениленсульфидные, полиэфирные, включая полиэтилен-терефталатные (ПЭТ) и поли(циклогексилен-диметилентереэфталат)ные, гликоль-модифицированные полиэфирные, полифенилсульфоновые, полиамидные (нейлоновые) и полипропиленовые волокна. Нетканые ткани могут содержать неарамидные волокна в количестве от примерно 0 (ноль) до примерно 100 вес. %. По меньшей мере в одном воплощении нетканая ткань содержит от примерно 30 вес. % до примерно 80 вес. % неарамидных волокон. Нетканые ткани, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут содержать штапельные (то есть, не связующие) и связующие волокна. Штапельные волокна могут включать, например, мета-арамидные и пара-арамидные, полифенилен сульфидные, полиэфирные, включая полиэтилентерефталатные, гликоль-модифицированные полиэфирные,

полифенилсульфоновые, нейлоновые и полипропиленовые волокна. Связующие волокна могут включать, например, мета-арамидные, полифениленсульфидные, полиэфирные, включая полиэтилентерефталатные и поли(циклогексилен-диметилентереэфталат)ные, гликоль-модифицированные полиэфирные, полифенилсульфоновые и полипропиленовые волокна. Связующие волокна, как правило, размягчаются и становятся текучими при приложении тепла и/или давления, благодаря чему они могут скрепляться со штапельными волокнами. Связующие волокна могут содержать единственный полимер и/или могут иметь двухкомпонентную конфигурацию, то есть содержать два полимера, имеющих различные химические и/или физические свойства.

В нетканых тканях, подходящих для использования в настоящем изобретении и содержащих штапельные и связующие волокна, штапельные волокна могут, как правило, составлять от примерно 30 вес. % до примерно 80 вес. % состава полотна, а связующие волокна могут составлять, как правило, от примерно 20 вес. % до примерно 70 вес. % состава полотна.

В некоторых воплощениях в качестве альтернативы, или в дополнение к связующим волокнам, нетканые ткани могут содержать скрепляющие вещества, усиливающие скрепление различных материалов нетканой ткани друг с другом. Прочие способы скрепления материалов нетканой ткани или усиления нетканой ткани включают гидроспутывание, точечное скрепление и каландрование.

Для формирования нетканой ткани, как правило, используют волокна, смешанные друг с другом. Смешение различного типа волокон друг с другом позволяет изготовить полотна с самыми различными характеристиками, в частности, позволяет получить полотна с повышенной прочностью на разрыв, по сравнению с существующими способами изготовления полотен, такими, как, например, ламинирование нетканой бумаги со сплошной полиэфирной пленкой, что обычно делается для повышения механической прочности полотна.

Нетканые ткани, как правило, содержат в своей структуре сеть из волокон, образующих гибкий листовой материал. При этом волокна не являются вязаными или ткаными друг с другом, и скреплены друг с другом за счет одного или нескольких из следующих факторов: (i) механического переплетения по меньшей мере некоторых из волокон; (ii) сплавления друг с другом по меньшей мере частей некоторых из волокон; и (iii) скрепления по меньшей мере некоторых волокон друг с другом за счет использования скрепляющего материала. До скрепления или сплавления волокон друг с другом полученный полуфабрикат может напоминать ватин - мягкий материал из собранных друг с другом волокон.

Нетканые ткани могут быть любыми подходящими полотнами, неограничивающие примеры которых включают: кардованные нетканые полотна, полотна типа «спанбонд», полотна из волокон, выдуваемых из расплава, холсты, однонаправленные полотна, войлоки, полотна из волокон, сплетенных в процессе прядения, гидроспутанные полотна и им подобные.

По меньшей мере в одном воплощении кардованное нетканое полотно может включать от примерно 20 вес. % до примерно 70 вес. % смеси арамидных волокон и от примерно 30 вес. % до примерно 80 вес. % прочих, не арамидных волокон.

Нетканые ткани в соответствии с настоящим изобретением могут быть изготовлены любым подходящим способом из известных в данной области техники. Типичные способы изготовления могут включать процессы сухого формования полотна (сухой укладки) из волокон длиной, как правило, большей или равной 1 дюйму. Процессы сухого формования полотна из длинных волокон позволяют получить нетканые ткани, имеющие открытую (пористую) структуру и хорошую механическую прочность. Примеры процессов сухого формования включают формование из кардованных волокон и процесс типа «спанбонд». При типичном процессе сухого формования полотна из кардованных волокон жгуты из штапельных волокон механически разделяют на отдельные волокна и формируют из них прочное полотно. Для захвата и разделения пучков используются наборы близко расположенных друг к другу игл, движущихся в противоположные стороны. Чтобы иглы легче захватывали волокна, как правило, используются витые (волнистые) волокна.

Имеющиеся в продаже нетканые ткани, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают полотна THERMAL SHIELD (нетканый полифениленсульфидный материал) производства 3М Company, а также полотна NOMEX LT (включая, но не ограничиваясь им, тип 180) производства DuPont (www2.dupont.com).

Слои нетканых бумаг и нетканых тканей могут содержать один более листов (подслоев), из которых сформирован соответствующий слой. Листы (подслои) могут быть из одних и тех же материалов или из различных материалов. Листы могут быть соединены друг с другом любыми подходящими способами, например, с использованием химических адгезивов или таких процессов, как горячее каландрование.

По меньшей мере еще в одном воплощении другого типа слой нетканой ткани помещают между двумя слоями нетканой бумаги и непосредственно соединяют с данными двумя слоями нетканой бумаги. По меньшей мере в одном воплощении слой нетканой ткани и по меньшей мере один из слоев нетканой бумаги соединяют друг с другом механически и термически, под воздействием тепла и давления, в батарее горячих каландровочных валиков.

При изготовлении изделий в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения для слединения различных слоев или под-слоев друг с другом не наносится никакого адгезива (кроме того, что может использоваться для формирования слоя нетканой бумаги или нетканой ткани). Вместо этого слой нетканой бумаги и один или более слоев нетканой ткани скрепляются друг с другом путем каландрования и только за счет приложения тепла и давления.

При изготовлении изделий в соответствии с другими воплощениями настоящего изобретения могут использоваться прочие способы усиления взаимной адгезии между слоями. Так, например, адгезия между слоями может быть обеспечена за счет наличия между ними термопластического слоя, добавления между слоями адгезива, или поверхностной обработкой слоев, усиливающей взаимную адгезию между ними, такой, как, например, плазменная обработка. Может использоваться любой подходящий адгезив. Так, например, может использоваться адгезив на водной основе или адгезив на основе другого растворителя. Адгезив может включать любую подходящую клейкую композицию. Примеры подходящих композиций включают акриловые, стирольные и полиэфирные композиции. Кроме того, и предпочтительно, в адгезив может быть добавлен замедлитель горения. Замедлитель горения может быть любым подходящим материалом. Примеры подходящих замедлителей горения включают гидроксиды металлов, например, тригидрат глинозема и MgOH, а также органофосфаты. Замедлитель горения может составлять до 50% адгезива по весу, предпочтительно до 30% адгезива по весу. Введение слишком большого количества замедлителя горения уменьшает клейкие свойства адгезива.

Использование адгезива может быть особенно целесообразно в воплощениях, в которых используется относительно толстый слой нетканой бумаги. В таких воплощениях более толстых изоляционных материалов требуется большее время (и соответственно меньшая скорость технологической линии) для эффективного переноса тепла между слоями. Поэтому в некоторых случаях может быть целесообразным нанесение адгезива для скрепления определенных слоев друг с другом, чтобы можно было использовать более высокие скорости технологической линии.

Состав нетканой ткани может быть подобран таким образом, что он будет обеспечивать ее скрепление с нетканой бумагой или интегрирование в структуру нетканой бумаги, чтобы устранить необходимость нанесения адгезива. Так, например, присутствие связующих волокон, скрепляющих веществ или волокон типа «спанбонд» (термопластических) в слое нетканой ткани может обеспечивать соединение слоев нетканой бумаги и нетканой ткани друг с другом при приложении тепла и/или давления.

Слой нетканой бумаги и один или более слоев нетканой ткани могут быть соединены друг с другом или интегрированы друг в друга в непрерывном процессе (соединение на технологической линии) или в ходе процесса из отдельных этапов (соединение вне технологической линии).

Как было сказано выше, изделия в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться для изоляции электрических компонентов трансформаторов, электродвигателей, генераторов и прочих устройств, в которых требуется изоляция электрических компонентов. По меньшей мере некоторые воплощения настоящего изобретения могут использоваться в трансформаторах, к которым предъявляются определенные требования по огнестойкости, например, в трансформаторах, используемых в горно-добывающей промышленности, на водном транспорте и на железной дороге. Требуемые свойства продуктов, используемых в различных приложениях, могут быть обеспечены путем использования различных сочетаний нетканых бумаг и нетканых тканей в соответствии с настоящим изобретением. Так, например, могут использоваться различные весовые пропорции нетканой бумаги и нетканой ткани. По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения слой нетканой ткани составляет от примерно 3% по весу до примерно 50% по весу, а слои нетканой бумаги составляют от примерно 50% по весу до примерно 97% по весу от суммарного веса изоляционного материала. Наиболее предпочтительные пропорции будут зависеть от толщины слоев и прочих факторов.

Каждый слой изоляционного изделия может вносить свой вклад в свойства окончательной конструкции, в которой используется данное изделие. Так, например, в некоторых воплощениях нетканая бумага может обеспечивать огнестойкость, долговременную устойчивость к тепловым воздействиям и требуемые электрические свойства, в то время как нетканая ткань может обеспечивать превосходную износостойкость, а также повышать модуль растяжения и остаточную гибкость материала после термического старения. Сочетание упомянутых двух типов слоев позволяет получить изделие, имеющее достаточные огнестойкость, физическую прочность и требуемые электрические свойства, при сохранении превосходной гибкости после высокотемпературного термического старения примерно при 464°F (240°С).

По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения изоляционное изделие имеет пробойную напряженность диэлектрика, большую, чем 100 В/миллидюйм (3,9 кВ/мм), предпочтительно большую или равную 150 В/миллидюйм (5,9 кВ/мм), измеренную в соответствии со стандартом ASTM D149-09.

По меньшей мере в некоторых воплощениях настоящего изобретения изоляционное изделие имеет теплопроводность 0,18 Вт/(м·К) или более, измеренную в соответствии со стандартом ASTM Е1530-11.

Примеры

Описанные ниже примеры и сравнительные примеры приводятся для облегчения понимания настоящего изобретения, и их не следует рассматривать, как ограничивающие его масштаб. Если не указано иное, все процентные пропорции приведены по весу. Для оценки свойств материалов в примерах и сравнительных примерах использовали следующие методы и протоколы испытаний.

Список материалов

Методы измерений

Сравнительные примеры СЕ1 и СЕ2

Образцы в сравнительных примерах СЕ1 и СЕ2 содержали только слои нетканой бумаги, то есть не содержали слоев нетканой ткани. В сравнительных примерах СЕ1 и СЕ2 использовали имеющиеся в продаже нетканые бумаги, производители которых указаны в таблице «Список материалов» выше. Структура образцов, параметры процессов их изготовления и результаты испытаний приведены в Таблице 1. Структура композита "5-5-5" в сравнительном приме СЕ2 означает, что были уложены друг на друга и каландрованы в указанных условиях три слоя некаландрованной нетканой бумаги FLAME BARRIER FRB-NC, каждый из которых имел толщину 5 миллидюймов после каландрования.

Слои нетканой ткани

Для изготовления образов в примерах 1-27 и сравнительных примерах СЕ3-СЕ7 использовали шесть различных типов нетканых тканей. Нетканые ткани NW1-NW6 состояли из смеси p-арамидных волокон, полиэфирных (ПЭТ) штапельных волокон, нетянутых ПЭТ-волокон, двухкомпонентных полиэфирных связующих волокон, полифениленсульфидных связующих волокон и/или двухкомпонентных ПЭТ/полифениленсульфидных волокон в количествах, приведенных в Таблице 2. Смеси волокон пропускали через кардовальную машину, в результате чего получали нетканый материал типа ватина с массой на единицу площади, составлявшей 22-24 граммов/ярд². После этого полученный нетканый материал каландровали между стальными валиками, обтянутыми хлопковой тканью. Стальные валики были нагреты до температуры 230-240°F (110-116°С), а давление в зазоре между ними составляло 590 фунтов/дюйм (106 кг/см) - 800 фунтов/дюйм (143 кг/см).

Адгезив для ламинирования толстых композитных бумаг

Для приготовления адгезива, использовавшегося в примере 27, который будет описан ниже, к адгезивной дисперсии ROBOND L-330 добавляли катализатор CR-9-101 и перемешивали в течение 15 минут при комнатной температуре. Затем к смеси добавляли дисперсию TI-Rite #НА на водной основе и хорошо перемешивали до получения однородной дисперсии. Окончательный состав полученного адгезива приведен в таблице ниже.

Композитные изолирующие бумаги

Для изготовления композитных изолирующих бумаг в сравнительных примерах СЕ3-СЕ7 и примерах 1-27 укладывали стопкой слои нетканой ткани и нетканой бумаги, и соединяли их друг с другом механически и термически, за счет приложения тепла и давления в батарее горячего каландрования. Составы смеси волокон, толщина нетканой бумаги и конструкции композитов в сравнительных примерах СЕ3-СЕ7 и примерах 1-27 приведены в таблицах 3-7. Во всех примерах использовали некаландрированную нетканую бумагу FLAME BARRIER FRB-NC. Значения толщины слоев нетканой бумаги, приведенные в таблицах 2-7, соответствуют толщине слоев бумаги FLAME BARRIER FRB-NC, которую они имели бы после каландрования. В таблице ниже приводится эквивалентная толщина слоя нетканой бумаги до и после каландрования.

В столбце «Структура композита» в таблицах 3-7 символ "NW" означает один или более слоев нетканой ткани, а числа, между которыми они заключены, соответствуют толщине слоя нетканой бумаги. Так, например, структура композита "7-NW-7" означает, что один слой нетканой бумаги был заключен между двумя слоями нетканой бумаги, каждый из которых имел толщину 7×10^-3 дюйма после каландрования. В примерах 1-26 на поверхности никаких из слоев не наносили адгезива. Окончательное каландрование композита проводили между стальными валиками с температурой 375-385°F (191-196°С) при давлении в зазоре 1000 фунтов/дюйм (179 кг/см). Образцы в примерах СЕ3-СЕ4, 1-6 и 23-27 пропускали через зазор между стальными валиками дважды.

Образцы в примерах 1, 4, 5 и 6 состояли из трех слоев нетканой бумаги и двух слоев нетканой ткани, чередующихся друг с другом, то есть образцы имели структуру: нетканая бумага - нетканая ткань - нетканая бумага - нетканая ткань - нетканая бумага. Образцы в примерах 2, 7, 8 и 12-26 состояли из двух слоев нетканой ткани, расположенных между двумя слоями нетканой бумаги. Образцы в примерах 3, 9, 10 и 11 состояли из одного слоя нетканой ткани, расположенного между двумя слоями нетканой бумаги. Образец в примере 27 изготавливали путем помещения двух слоев нетканой ткани между двумя слоями нетканой бумаги, их каландрования друг с другом, в результате чего получалась композитная бумага, нанесения адгезива с огнестойкой добавкой, описанного выше, между двумя слоями полученной композитной бумаги, и каландрования всей стопки, в результате чего получали толстую композитную бумагу. Образцы в сравнительных примерах СЕ3-СЕ7 изготавливали из 1, 2 или 3 слоев нетканой бумаги, уложенных между двумя слоями нетканой ткани.

Стандартно определяемые характеристики, а также результаты испытания на горючесть вертикального образца в соответствии с UL 94 для образцов в примерах 1-26, а также в сравнительных примерах СЕ3-СЕ7 приведены в Таблицах 3-7. Образцы в примерах 1-6 и 23-26, а также в сравнительных примерах СЕ3 и СЕ4 имели толщину окончательного композита примерно 15×10^-3 дюйма (0,38 мм). Образцы в примерах 7, 8, 11, 12 и 15 - 18 имели толщину примерно 7×10^-3 дюйма (0,18 мм). Образцы в примерах 9, 10, 13 и 14, а также в сравнительных примерах СЕ5-СЕ7 имели толщину примерно 5×10^-3 дюйма (0,13 мм). Образцы в примерах 19-22 имели толщину окончательного композита примерно 10×10^-3 дюйма (0,25 мм). Образец в примере 27 имел толщину 24,6×10^-3 дюйма (0,62 мм).

Несмотря на то, что стандартная нетканая бумага FLAME BARRIER FRB-NT имеет прекрасные характеристики огнестойкости сама по себе, результаты испытаний образцов в сравнительных примерах СЕ1 и СЕ2 (Таблица 1) показывают, что использование такой бумаги в сочетании со слоями нетканой ткани повышает ее механическую прочность (модуль растяжения и прочность на разрыв) и остаточную гибкость после термического старения.

Хотя в данном документе иллюстрируются и описываются конкретные воплощения, сведущим в данной области техники будет понятно, что многочисленные альтернативные и/или эквивалентные воплощения могут заменить изображенные и описанные воплощения без отхода от объема настоящего изобретения. Настоящая заявка охватывает все возможные адаптации и вариации предпочтительных воплощений, описанных в ней. Поэтому подразумевается, что настоящее изобретение определено только пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.

Изобретение относится к электроизоляционным материалам. Электроизоляционное изделие содержит слой нецеллюлозной нетканой ткани, имеющий первую и вторую расположенные друг напротив друга основные поверхности, при этом к каждой из основных поверхностей слоя нетканой ткани прикреплен слой нецеллюлозной нетканой бумаги, при этом нетканая бумага и нетканая ткань выполнены электроизолирующими. Нетканая бумага представляет собой листовой материал, выполненный из коротких волокон. Нетканая ткань представляет собой листовой материал, выполненный из длинных волокон. По меньшей мере один из слоев нетканой бумаги соединен непосредственно со слоем нетканой ткани. Изобретение обеспечивает создание материала, имеющего высокий показатель огнестойкости, при этом обладающий высокой механической прочностью и остаточной гибкостью после термического старения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 табл., 2 пр.

1. Электроизоляционное изделие, содержащее:
слой нецеллюлозной нетканой ткани, имеющий первую и вторую расположенные друг напротив друга основные поверхности, при этом к каждой из основных поверхностей слоя нетканой ткани прикреплен слой нецеллюлозной нетканой бумаги, и при этом как нетканая бумага, так и нетканая ткань выполнены электроизолирующими, при этом
нетканая бумага представляет собой листовой материал, выполненный из коротких волокон, характеризующихся длиной менее одного дюйма (2,54 см), нетканая ткань представляет собой листовой материал, выполненный из длинных волокон, характеризующихся длиной, большей или равной одному дюйму (2,54 см), и при этом по меньшей мере один из слоев нетканой бумаги соединен непосредственно со слоем нетканой ткани.

2. Электроизоляционное изделие, содержащее:
слой нецеллюлозной нетканой ткани, имеющий первую и вторую расположенные друг напротив друга основные поверхности, при этом к каждой из основных поверхностей слоя нетканой ткани прикреплен слой нецеллюлозной нетканой бумаги, и при этом как нетканая бумага, так и нетканая ткань выполнены электроизолирующими, при этом
нетканая бумага представляет собой листовой материал, выполненный из коротких волокон, характеризующихся длиной менее одного дюйма (2,54 см), нетканая ткань представляет собой листовой материал, выполненный из длинных волокон, характеризующихся длиной, большей или равной одному дюйму (2,54 см), и при этом
по меньшей мере один из слоев нетканой бумаги прикреплен к слою нетканой ткани с помощью адгезива.

3. Электроизоляционное изделие по п. 2, характеризующееся тем, что адгезив содержит замедлитель горения.

4. Электроизоляционное изделие по п. 3, характеризующееся тем, что адгезив содержит замедлитель горения в количестве до 30 вес. %.

5. Электроизоляционное изделие по п. 3, характеризующееся тем, что адгезив содержит замедлитель горения в количестве до 50 вес. %.

6. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что содержит множество чередующихся слоев нетканой бумаги и нетканой ткани, при этом оба наружных слоя являются слоями нетканой бумаги.

7. Электроизоляционное изделие по п. 6, характеризующееся тем, что содержит пять чередующихся слоев.

8. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что по меньшей мере один из слоев нетканой бумаги содержит более одного листа нетканой бумаги.

9. Электроизоляционное изделие по п. 8, характеризующееся тем, что листы, составляющие по меньшей мере один слой нетканой бумаги, имеют различные свойства.

10. Электроизоляционное изделие по п. 9, характеризующееся тем, что упомянутые различные свойства выбраны из группы, состоящей из толщины, состава, плотности, гибкости, прочности на разрыв, модуля растяжения, электрической прочности диэлектрика и огнестойкости.

11. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что слой нетканой ткани содержит более одного листа нетканой ткани.

12. Электроизоляционное изделие по п. 6, характеризующееся тем, что по меньшей мере один слой нетканой ткани содержит более одного листа нетканой ткани.

13. Электроизоляционное изделие по п. 11, характеризующееся тем, что листы, составляющие по меньшей мере один слой нетканой ткани, имеют различные свойства.

14. Электроизоляционное изделие по п. 13, характеризующееся тем, что упомянутые различные свойства выбраны из группы, состоящей из толщины, состава, плотности, гибкости, прочности на разрыв, модуля растяжения, электрической прочности диэлектрика и огнестойкости.

15. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что имеет электрическую прочность диэлектрика композитной части, большую или равную 150 В/миллидюйм, измеренную в соответствии со стандартом ASTM D 149-09.

16. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что достигает класса огнестойкости V-0 в соответствии со стандартом UL 94.

17. Электроизоляционное изделие по п. 11, характеризующееся тем, что слой нетканой ткани содержит горючий материал.

18. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что нетканая ткань содержит арамидные волокна.

19. Электроизоляционное изделие по п. 1, характеризующееся тем, что весовое содержание слоя нетканой ткани составляет от примерно 3 вес. % до примерно 50 вес. %, а весовое содержание упомянутых одного или более слоев нетканой бумаги составляет от примерно 50 вес. % до примерно 97 вес. %.