Электроизоляционный листовой или ленточный материал Советский патент 1993 года по МПК H01B3/42 

1 Изобретение относится к усовершенствованным электроизоляционным материалам, выполняемым частично или полностью из полиэфирной синтетической пленки,

В соответствии с вышесказанным в рамках данного изобретения предложена усовершенствованная полиэфирнооснов- ная электроизоляционная лента в листовом или ленточном виде, одна из поверхностей которой аморфная, а другая поверхность кристаллическая. Установлено, что применение такой пленки дает ряд заметных практических преимуществ, существо которых поясняется ниже.

Наилучшим вариантом исполнения изобретения является композицонная тепло- рассеивающая электроизоляционная пленка, которая состоит из слоя упомянутой полиэфирной синтетической пленки, армированной непрерывными нитями стекловолокна, адгезионно скрепляемого с кристаллической поверхностью этой пленки, причем указанные нити проходят по всей длине пленки, закрывая практически всю кристаллическую поверхность ее полиэфирного слоя.

Для изготовления заявленных изоляционных материалов могут быть использованы самые различные пленкообразующие полиэфирные синтетические смолы известных типов. В то же время предпочтение отдается высокополимеризованному полиэфирному продукту, получаемому за счет химического взаимодействия двухосновной -кислоты с гликолем. В практическом аспекте наилучшими свойствами обладёют полиалкиленте- рефталатные синтетические смолы. Такие смолы могут быть приготовлены по обычной технологии из терефталевой кислоты или эфирообразующей ее производной и глико00

о

00

СО

ля. Последний имеет формулу: НО(СН2)п ОН где п 1-20, а предпочтительно 1-10. Более подробная информация по таким полиэфирам и их приготовлению имеется в упомянутом патенте Великобритании. Благодаря относительно низкой стоимости производства, универсальности, доступности и высоким потребным диэлектрическим и другим физическим свойствам полиэтилентерефта- лат является наиболее предпочтительным полиэфирным синтетическим материалом для осуществления данного изобретения.

Как отмечалось ранее, отличительной особенностью полиэфирной синтетической пленки, которая используется в данном изобретении, является то, что ее противоположные поверхности имеют соответственно аморфное и кристаллическое состояние. В практическом аспекте применение такого материала дает то преимущество, что аморфная поверхность под действием одновременно давления и тепла сцепляется адгезионно с любой защищаемой поверхностью, что касается в первую очередь поверхности изолируемого электрического провода или кабеля, на которые изоляция обычно наносится с прижимным контактом. В отличие от этого кристаллическая сторона не подвергается тому температурно-при- жимному воздействию, которое необходимо для закрепления на проводе аморфной стороны изоляционного материала, Таким образом, кристаллическая поверхность не будет ни размягчаться, ни подвергаться какому-либо заметному физическому изменению.

Необходимо отметить, что адгезионное закрепление аморфной стороны предложенной электроизоляционной ленты имеет место только при одновременном воздействии тепла и давления. Если какую-то часть или зону аморфной поверхности, на которую не воздействует давление, нагревать в процессе нанесения изоляционной ленты на провод, она не будет адгезионно скрепляться с ним, оставаясь в исходном аморфном состоянии. Однако это не исключает возможности скрепления указанной части аморфной поверхности изоленты с проводом при последующей операции обработки, когда одновременно будет создаваться давление прижатия и осуществляться нагрев.

Практическое воплощение данного изобретения предполагает спиральную намотку полиэфирной пленки в виде ленты или полосы на электрический проводник. При этом витки ленты в процессе спиральной намотки могут каким-то образом перекрывать друг друга внахлест или же укладываться встык. Изолента или полоса может иметь

любую необходимую толщину, например 0.00025-0,025 дюйма (0,006-0,635 мм).

Для приложения прижимающего давления к рассматриваемой изоленте в процессе

или после ее намотки на проводник может быть использован любой технический прием и любое подходящее средство, однако удобнее такое прижатие осуществлять просто за счет натяжения ленты в процессе ее

намотки, В этом случае аморфная поверхность ленты будет испытывать достаточно большое давление прижатия, надежно сцепляясь под действием нагрева с поверхностью покрываемого проводника. Нагрев

5 может производиться самым различным способом. Для этого покрываемый изоляцией проводник может пропускаться через нагревательную печь со скоростью проводки, достаточной для обеспечения необходи0 мого времени выдержки в печи и реализации надежного сцепления изоляции с поверхностью проводника.

В тех случаях, когда желательно или необходимо нанести на проводник постоян5 ную. прочно сцепленную с ним и несдирземую изоляцию, предусматривается применение полиэфирной ленты или полосового материала с аморфной внутренней поверхностью, обращенной в сторону по0 крываемого проводника. После приложения к изоленте в месте намотки тепла и дэ-вле ния ее аморфная поверхность прочно скрепится с защищаемым проводником.

Далее следует остановиться на альтер5 нативной ситуации, когда намотка электроизоляционной ленты осуществляется так, что к защищаемому проводнику обращена ее кристаллическая поверхность. Поскольку в процессе или после намотки ленты к ее

0 кристаллической поверхности не подводится тепло и не прикладывается давление, необходимые конкретно для закрепления аморфной поверхности, контактная поверх- ность изоленты не будет ни плавиться, ни

5 сцепляться с поверхностью проводника. Такой принцип в наибольшей степени пригоден для нанесения на проводники легкосъемной изоляции. Характерно то. что, если изолента наматывается внахлест, а са0 ма операция намотки осуществляется с натяжением ленты при наличии давления прижатия между перекрывающимися ее частями, после нагрева произойдет склеивание только этих частей (за исключением

5 внешней поверхности нанесенной изоляции). Таким образом, перекрывающиеся части соединятся друг с другом, а внешняя, открытая поверхность намотанной изолен ты останется в исходном аморфном состоянии. С учетом этого внешняя поверхность

изолированного проводника остается пригодной для последующей тепловой обработки и приложения давления, необходимого для реализации на ней адгезионного эффекта. Это может оказаться целесообразным, когда необходимо склеить внешнюю поверхность изолированного проводника с какой- то другой поверхностью, например с опорной конструкцией или с дополнительным защитным слоем без применения какого-то клеящего покрытия. Кроме того, это обстоятельство оказывается крайне положительным в тех случаях, когда провод с намотанной на него изолентой формируется в витки и обмотку. Витки в последующем могут быть подвергнуты нагреву и обжатию соответствующим давлением, в результате чего произойдет их сплавление по прилегающим аморфным поверхностям, вследствие чего витки соединятся вместе в общее сплошное тело.

В предпочтительном варианте исполнения изобретения полиэфирная синтетическая пленка указанного типа используется в сочетании со слоем сплошного стекловолокна, образуя составной электроизолирующий и теплорассеивающий материал. В этом случае наносимая на электрический проводник изоляция будет состоять из слоя полиэфирной пленки и слоя оплетки в виде стекловолокна, скрепленного адгезионно с поверхностью слоя упомянутой пленки. Для такого композиционного изолирующего материала важно то. чтобы нити стекловоло- конной оплетки располагались без перекрытия, пересечения друг друга, а по существу вдоль пленки и параллельно ее продольной оси. Эти нити могут иметь любой необходимый или стандартный диаметр, например, порядка 3-10 мил (0,76-0,254 мм). Желательно, чтобы диаметр . нитей стекловолокна составлял 5 мил (0,127 мм),или менее того, что необходимо для минимизации толщины рассматриваемой изолирующей ленты, В анализируемом предпочтительном варианте ее исполнения практически все нити стекловолоконной оплетки или армировки должны быть параллельны друг другу и продольной оси ленты, причем очень важно, чтобы ни одна из нитей не была скошена к указанной продольной оси, В дополнение к этому максимально желательно, чтобы каждая нить стекловолокна была сплошной и непрерывной, охватывая всю длину изоленты.

Весовое, соотношение между стекловолокном и полиэфирной синтетической пленкой может варьироваться в широком .диапазоне в зависимости от толщины применяемой композиционной изоляции и конкретного ее назначения. Допустимый диапазон значений такого соотношения составляет от 3:1 и до 15:1 или около того, при этом предпочтительным соотношением является

5:1 или менее.

Для нанесения стекловолокна на РЕТ- пленку может быть использована любая приемлемая технология или способ. В частности, нити стекловолокна могут закреп0 ляться с кристаллической стороны заготовочного листового материала полиэфирной пленки, скатанной в рулон, с по- .мощью термореактивного или какого-то другого подходящего клеящесвязующего

5 агента. Для этой цели рекомендуется использовать в качестве клея материал, который смачивает стекловолокно, не влияя отрицательно на конечный продукт. Из практики известны самые разнообразные

0 клеящие материалы, включая клеи на основе акриловых и синтетических каучуков. эпоксидные смолы и уретаны. Температура, необходимая для активирования клея (в случае когда он термореактивный), должна

5 быть ниже температуры, необходимой для активирования аморфной стороны пленки, так как в процессе приклеивания нити стекловолокна поджимаются к пленке. Получаемый таким образом составной листовой

0 материал в последующем разрезается на ленты или полосы необходимой ширины. То обстоятельство, что армирующие нити стекловолокна максимально непрерывны, позволяет разрезать заготовочный листовой

5 материал на ленты или полосы с минимальным разрывом их кромок.

Для облегчения процесса нанесения стекловолокна на кристаллическую поверхность полиэфирной пленки желательно,

0 чтобы указанная поверхность была матово- обработанной. Под матовостью в данном случае следует понимать микроскопическую неровность, шероховатость, необходимую для улучшения сцепления нитями стеклово5 локна и РЕТ-п.пенки. Подходящая в этом смысле РЕТ-пленка производится фирмой ICI Америкас под торговым наименованием Мелинекс (Melinex). Как показали испытания, эта пленка в наибольшей степени при0 емлема для использования в изоляционном материале данного изобретения при условии, что она имеет вышеупомянутые противоположные аморфную и кристаллическую поверхности.

5 Рассматриваемый композиционный изоляционный материал наносится на электрический проводник в виде ленты. Для этого может быть применен рассмотренный принцип спиральной намотки ленты внахлест. Примечательно, что данная лента может наноситься на проводник двумя различными способами: первый - это когда слой стекловолокна обращен к проводнику, второй -- когда слой стекловокна обращен к проводнику и когда к проводнику обращена аморфная поверхность ленты. В первом случае, когда к проводнику обращено стекловолокно, изоляция получается легкоснимаемой с проводника. Дополнительно следует .указать, что, поскольку слой стекловолокна не склеивается с проводником, образование трещин и изломов в этом слое при изги- бании или скручивании проводника сводится к минимуму. Это обусловлено возможностью взаимного скользящего смеще- ния между проводником и изоляцией. Если же стекловолоконная сторона ленты обращена наружу, изоляция будет прочно связана с защищаемым проводником. Непрерывность нитей стекловолокна явля- ется залогом: того, что они не будут отделяться от пленки, когда лента наматывается так. что слой стекловолокна обращен наружу.

Применение армирующего слоя стекло- волокна дает тройное преимущество. Во- первых, нити стекловолокна придают составной изоляции дополнительную механическую прочность и долговечность. Во- вторых, что более важно, благодаря относительно высокой теплопроводности стекловолокна она выполняет дополнительную функцию теплообменника, отводящего и рассеивающего тепло, которое выделяется в изолируемом проводнике при прохождении по нему электрического тока. И, наконец, что наиболее важно, наличие в составе изоляционной ленты стеклокомпонента способствует тому, что при высокой температуре в среде, окружающей проводник, возможно выгора- ние пленочного компонента изоленты и образование в ней воздушных зазоров, последние будут электрически предохраняться стеклянным компонентом. В результате этого электроизолирующая; . способность ленты, намотанной на проводник (провод), не будет ослабляться.

На фиг.1 изображен вид в плане с обры- вом«электроизоляционной ленты в предпочтительном варианте исполнения изобретения: на фиг.2 - разрез А-А.на фиг, 1; на фиг.З - разрез электропроводящего провода, обернутого изолентой.

Показанная на фиг.1--3 изоляционная лента, обозначенная в целом позицией 2, соответствует предпочтительному варианту исполнения и состоит из РЕТ-пленки б с наклеенными на нее нитями стекловолокна 4. Как отмечалось ранее, все нити 4 параллельны друг другу и продольной оси ленты

2. Поверхность 8 -пленки 6. к которой приклеиваются нити стекловолокна 4. имеет матовую чистоту и является кристаллической стороной пленки 6. Противоположная поверхность 10 пленки С-аморфная. Граница раздела между кристаллической и аморфной сторонами пленки 6 проходит посередине по ее толщине и обозначена пунктирной линией 12. Следует отметить, что в действительности фазовое изменение не имеет резко выраженного граничного перехода. Та часть пленки, которая обозначена позицией 14, является кристаллической. а та часть, которая имеет обозначение 16 - аморфная. На фиг.З показаны электропроводящий провод 18, обернутый изолентой, изображенной на фиг.1 и 2. Эта лента намотана по спирали с 50%-ным нахлестом между витками. Стекловолоконная поверхность 4 ленты 2 обращена к проводу 18, а аморфная поверхность 10 - в обратную сторону. При такой намотке перекрещивающиеся части аморфной стороны 10, контактирующие со стекловолоконной поверхностью 4, прочно сцеплены, склеены с нею. При склеивании аморфная поверхность 10 изоленты 2 как бы направляется на нити стекловолокна, препятствуя таким образом их отходу от изолирующего проводника. При этом свободная внешняя поверхность заизолиро- ванного проводника остается в аморфном состоянии и при необходимости в дальнейшем пригодна для приклеивания. В данном случае изолируемый проводник 18 находится в контакте только со стекловолокном, которое адгезионно не скреплено с ним. Такая изоляционная обмотка является легкосьем- ной и рассеивает выделяемое в проводнике тепло.

Рассматриваемая усовершенствованная полиэфирная и полиэфирно-композиционная изоляция может применяться для изоляционной защиты самых разнообразных электротокопроводящих тел и конструкций, включая низковольтные обмотки и провода, высоковольтные кабели и различные электрические устройства. В дополнение к высоким диэлектрическим и другим известным свойствам, обусловленным применением полиэфирной синтетической п-ленки, изоляция, представляющая настоящее изобретение, имеет ряд положительных особенностей практического характера. Одной из таких особенностей является то, что данная изоляция может использоваться с двумя различными ориентациями на проводнике, которые придают последнему раз- личные физические свойства. В предпочтительном варианте изобретения, предусматривающем применение композиционных материалов из полиэфирной пленки и стекловолокна, дополнительным отличительным признаком выполняемой изоляции является улучшенное теплорассе- яние, обусловленное относительно высоким соотношением в ней стекла и пленки,

Формула изобретения

1. Электроизоляционный листовой или ленточный материал с продольной осью, содержащий полиалкилентерефталатную пленку, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и надежности материала, одна сторона пленки имеет кристаллическую структуру, а другая - аморфную.

2. Материал по п. 1,отличающийся тем, чтО| . в качестве полиалкилентерефта- латной пленки он содержит полиэтиленте- рефталатную пленку.

Г

Д

3. Материал по пп. 1 и 2. отличаю - щ и и с я тем. что пленка имеет толщину 0,635-0,006 мм.

4. Материал по одному из пп. 1-3, о т - личающийся тем, что пленка имеет толщину 0,125 мм и менее.

5. Материал по одному из пп. 1-4, о т - личающийся тем, что он дополнительно содержит стекловолокно, выполненное в ви- де слоя непрерывных сплошных нитей, расположенных параллельно одна другой и продольной оси материала и приклеенной к кристаллической поверхности пленки.

6. Материал по одному из пп. 1-5, о т - личающийся тем, что кристаллическая поверхность пленки имеет матовую поверхность.

7; Электроизоляционный материал по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что массовое отношение стекловолокна к пленке составляет 3-15:1.

2

А

Использование: в качестве электроизоляционных пленочных материалов. Сущность изобретения: с целью повышения прочности и надежности электроизоляционный материал выполнен из полиалкиленте- рефталатной пленки, одна сторона котор ой имеет кристаллическую структуру, другая - аморфную. На поверхность пленки может быть наклеено стекловолокно, нити которого непрерывны и расположены параллельно друг другу и продольной оси материала. 6 з.п. ф-л,ы, 3 ил.