Поверхностно модифицированная система электроизоляции с улучшенной трекингостойкостью и эрозионной стойкостью
Изобретение относится к системе изоляции. Поверхностно модифицированная система электроизоляции, включающая отвержденную композицию синтетического полимера, содержащую, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости дополнительные добавки, в которой поверхность указанной композиции синтетического полимера модифицирована нанесением тонкого покрытия - указанное тонкое покрытие нанесено плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD) с толщиной в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм; и/или указанное тонкое покрытие нанесено золь-гель процессом с толщиной в диапазоне от около 0,5 микрон до около 2 мм; и в которой указанное тонкое покрытие является неэлектропроводным полимерным материалом с точкой плавления существенно выше точки плавления или температуры разложения синтетической полимерной композиции, содержащей наполнитель; и способ изготовления указанной электрической системы, который включает создание закаленной или отвержденной композиции синтетического полимера, нанесение на поверхность указанной композиции синтетического полимера тонкого покрытия плазменно-химическим осаждением из газовой фазы. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к поверхностно модифицированной системе электроизоляции с улучшенной трекингостойкостью и эрозионной стойкостью. Настоящее изобретение главным образом относится к поверхностно модифицированной системе электроизоляции, содержащей композицию синтетического полимера, включающую наполнитель и дополнительные добавки, на указанную композицию синтетического полимера нанесена композиция тонкого покрытия, точка плавления которой заметно выше точки плавления или температуры разложения полимерной композиции.
Наружная электрическая изоляция в процессе эксплуатации часто подвергается поверхностным разрядам. Температура поверхностных разрядов обычно выше 1000°С (>1000°С). В случае электроизоляционных систем на основе синтетических полимеров, наполненных композицией наполнителя, такие высокие температуры разряда ведут к эрозии и карбонизации (также называемой трекингом) изоляционного материала, так как температура разложения полимерного материала изоляции обычно намного ниже 1000°С, и в основном ниже 400°С (<400°С). Композиции эпоксидной смолы обычно начинают разлагаться при температуре около 250°С.
Уровень техники
В US 6541118 раскрыт электрический изолятор с керамическим поясом, на поверхность которого нанесено гидрофобное покрытие, включающее полимер, полученный методом полимеризации в плазме, нанесенное непосредственно на керамику. Керамические материалы являются очень устойчивыми и обладают высокой стабильностью размеров и большой термостойкостью. Поэтому керамические поверхности возможно покрывать тонким покрытием, например покрытием из полимера, полученного методом полимеризации в плазме, нанесенным непосредственно на керамическую поверхность.
Наружная электрическая изоляция, особенно для высоковольтных применений, очень часто выполнена на основе синтетических полимеров, наполненных композицией наполнителя. Такие предпочтительные синтетические полимерные композиции являются, например, композициями на основе эпоксидной смолы, включающими наполнители и дополнительные добавки. Эти композиции эпоксидной смолы часто выполнены на основе циклоалифатической эпоксидной смолы с содержанием наполнителя в виде диоксида кремния около 60-80% и обычно около 65%, по отношению к общему весу изоляционной системы. Существует потребность в увеличении времени, в течение которого такой полимерный изолятор может противостоять воздействию высоких температур поверхностных разрядов без разложения. Устойчивость таких изоляторов к высоким температурам поверхностных разрядов без разложения определяется стандартным тестом трекинга в наклонной плоскости (Международная Электротехническая Комиссия) IEC 60587.
Раскрытие изобретения
В настоящий момент установлено, что на систему электроизоляции, выполненную из композиции синтетического полимера, особенно изготовленную из композиции циклоалифатической эпоксидной смолы, включающей, по меньшей мере, один наполнитель и необязательно дополнительные добавки, может быть нанесен тонкий слой толщиной в диапазоне от около 50 нм (50 нм или 50×10-3 мкм) до около 50 мкм (микрон), указанный тонкий слой является неэлектропроводным полимерным материалом и с точкой плавления, которая заметно выше точки плавления синтетической полимерной композиции, содержащей наполнитель, таким образом заметно увеличивая время, в течение которого такая полимерная система изоляции может противостоять действию высоких температур поверхностных разрядов без разложения. Предпочтительно указанная полимерная система изоляции содержит наполнитель в диапазоне около 60-80% масс. по отношению к общему весу системы изоляции. Этот эффект является неожиданным, так как поверхность системы электроизоляции, выполненной из композиции синтетического полимера, является проницаемой для компонентов внутри системы изоляции, а также многие другие ее свойства, такие как стабильность размеров и термостойкость значительно отличаются от свойств керамической поверхности.
Объем притязаний настоящего изобретения определен в формуле изобретения. Настоящее изобретение определенно относится к поверхностно модифицированной системе электроизоляции, включающей закаленную или отвержденную композицию синтетического полимера, содержащую, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости дополнительные добавки, характеризующейся тем, что поверхность указанной композиции синтетического полимера модифицирована нанесением тонкого покрытия;
- указанное тонкое покрытие, нанесенное плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD) с толщиной в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм; и/или
- указанное тонкое покрытие, нанесенное золь-гель процессом с толщиной в диапазоне от около 0,5 микрона до около 1 мм; и в котором
- указанное тонкое покрытие является неэлектропроводным полимерным материалом с точкой плавления заметно выше точки плавления или температуры разложения синтетической полимерной композиции, содержащей наполнитель.
В соответствии с настоящим изобретением также возможно, чтобы оба типа тонких покрытия были нанесены одно поверх другого в любой желательной последовательности.
Настоящее изобретение, кроме того, относится к способу изготовления указанной поверхностно модифицированной системы электроизоляции. Настоящее изобретение также относится к применению указанной поверхностно модифицированной системы электроизоляции в качестве системы изоляции в электрических изделиях. Настоящее изобретение кроме того относится к электрическим изделиям, включающим указанную поверхностно модифицированную систему электроизоляции.
Поверхностно модифицированная система электроизоляции в соответствии с настоящим изобретением включает композицию синтетического полимера. Указанный полимер может быть выбран из полимеров известного уровня техники, используемых в композициях электрических изоляторов, таких как полиэфиры, например поли(метилметакрилат), или поли(алкилакрилонитрил), или термореактопласты, такие как полиуретаны или композиции на основе эпоксидной смолы. Предпочтительными являются композиции на основе эпоксидной смолы, предпочтительно соединения на основе циклоалифатических эпоксидных смол. Указанные композиции на основе эпоксидных смол обычно содержат отвердитель для ускорения процесса отверждения, а также дополнительные добавки. Эти соединения известны как таковые.
Соединения на основе циклоалифатических эпоксидных смол, входящие в объем притязаний настоящего изобретения, содержат, по меньшей мере, две 1,2-эпоксидных группы на молекулу. Соединения на основе циклоалифатических эпоксидных смол, пригодные для настоящего изобретения, включают незамещенные глицидильные группы и/или замещенные метальными группами глицидильные группы. Эпоксидное число (экв./кг) этих глицидильных соединений предпочтительно составляет, по меньшей мере, три, предпочтительно, по меньшей мере, четыре и главным образом пять или выше, предпочтительно около 5,0-6,1. Предпочтительными являются, например, при необходимости замещенные эпоксидные смолы формулы (I)
где
D=-O-, -SO2-, -СО-, -СН2-, -С(СН3)2-, -С(CF3)2-
n=0 или 1
Предпочтительными являются соединения формулы (I), где D представляет собой -(CH2)- или [-С(СН3)2-]. Другими соединениями циклоалифатических эпоксидных смол, применимых в настоящем изобретении, кроме того, являются, например, бис-глицидиловый эфир гексагидро-о-фталевой кислоты, бис-глицидиловый эфир гексагидро-m-фталевой кислоты или бис-глицидиловый эфир гексагидро-р-фталевой кислоты. Предпочтительные соединения циклоалифатических эпоксидных смол являются жидкими при комнатной температуре или при нагреве до температуры около 65°С. Предпочтительными соединениями циклоалифатических эпоксидных смол являются, например, Araldite® CY 184 (Huntsman Advanced Materials Ltd.), соединение циклоалифатических эпоксидных смол (диглицидиловый эфир) с содержанием эпоксидной группы 5,80-6,10 (экв./кг) или Araldite ® CY 5622 (Huntsman Advanced Materials Ltd.), модифицированное соединение эпоксидной смолы (диглицидиловый эфир) с содержанием эпоксидной группы 5,80-6,10 (экв./кг). Araldite® CY 5622 является составом гидрофобной циклоалифатической рецептурой эпоксидной смолы для придания гидрофобности и применения в композициях эпоксидной смолы для наружного использования. Гидрофобный состав циклоалифатической эпоксидной смолы означает, что материал наполнителя предварительно обработан силаном, или силан был добавлен к композиции.
Отверждаемая композиция эпоксидной смолы обычно включает эпоксидную смолу и отвердитель. Отвердителями являются, например, гидроксил и/или карбоксилсодержащие полимеры, такие как полиэфиры с концевым карбоксилом и/или карбоксилсодержащие акрилатные и/или метакрилатные полимеры и/или ангидриды карбоновых кислот. Полезными отвердителями являются алифатические, циклоалифатические поликарбоновые кислоты. Предпочтительными ангидридами являются жидкие циклоалифатические ангидриды с вязкостью при 25°С около 70-80 мПас. Такой жидкий циклоалифатический ангидрид является, например, отвердителем Aradur® HY 1235 (Huntsman Advanced Materials Ltd.). При необходимости отвердитель может использоваться с концентрацией в диапазоне 0,2-1,2, эквивалента присутствующих отверждающих групп, например одна группа ангидрида на 1 эпоксидный эквивалент.
Неорганический наполнитель содержится в композиции синтетического полимера в диапазоне около 60-80% масс. предпочтительно в диапазоне около 60-70% масс. и предпочтительно около 65% масс. по отношению к общему весу композиции синтетического полимера.
Средний размер частицы неорганического наполнителя типичен для использования в системах электроизоляции и обычно находится в диапазоне от 10 микронов до 3 мм и не является критичным для настоящего изобретения. Минеральный наполнитель предпочтительно выбран из типичных материалов наполнителя, которые обычно используются в качестве наполнителей в электроизоляции. Предпочтительно указанный наполнитель выбран из диоксида кремния, кварца, известных силикатов, оксида алюминия, тригидрата алюминия (гидроксид алюминия) [АТН], оксида титана или доломита [CaMg(CO3)2], нитридов металлов, таких как нитрид кремния, нитрид бора и нитрид алюминия или карбидов металлов, таких как карбид кремния. Предпочтительными являются диоксид кремния и кварц с минимальным содержанием SiO2 около 95-97% масс.
В качестве необязательных добавок композиция может дополнительно включать ускоритель отверждения для увеличения полимеризации эпоксидной смолы с отвердителем. Дополнительные добавки могут быть выбраны из смачивающих/диспергирующих агентов, пластификаторов, антиоксидантов, светопоглотителей, кремнийорганических соединений, пигментов, антипиренов, волокон и других добавок, обычно используемых в электрических применениях. Они известны специалистам в данной области техники и не являются критичными для настоящего изобретения.
Если указанное тонкое покрытие наносится плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD), его толщина будет в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм; предпочтительно в диапазоне от около 100 нм до около 30 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 200 нм до около 20 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 250 нм до около 10 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 300 нм до около 5 мкм.
Указанное тонкое покрытие является неэлектропроводным полимерным материалом и по существу состоит из полимера, полученного плазменной полимеризацией, или аморфного стеклообразного покрытия. Точка плавления тонкого покрытия существенно выше точки плавления композиции синтетического полимера, т.е. точка плавления, по меньшей мере, на 200°С, выше точки плавления или температуры разложения композиции синтетического полимера.
Полимерное покрытие, нанесенное плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD), также называется «плазменным полимером». Плазменные полимеры, полученные PECVD, отличаются от синтетических полимеров, полученных полимеризацией исходного мономера. При использовании плазменно-химического осаждения из газовой фазы (PECVD) исходный мономер нагревают в газе-носителе до относительно высокой температуры, при необходимости вместе с компонентом наполнителя. Плазма дает ионизированные молекулы за счет высоких температур, вызванных приложением, например, сильного электрического поля или радиочастоты (RF). Плазменный полимер образуется на поверхности композиции синтетического полимера направлением потока материала, ионизированного в плазменном реакторе, на поверхность композиции синтетического полимера, на которую наносится покрытие, которая соответственно модифицируется. Аналогичные способы с использованием плазменной технологии были описаны и известны специалистам в данной области техники.
В качестве газа-носителя предпочтительно используются кислород, азот или углеводород, предпочтительно метан или этан. В качестве исходных материалов для создания тонкого покрытия предпочтительно используются летучие соединения, имеющие неполярные группы, предпочтительно выбранные из органосилановых соединений, алкоксиортосиликатов, фторорганических соединений и их смесей. Предпочтительными соединениями являются соединения, выбранные из гексаалкилдисилоксанов, предпочтительно гексаметилдисилоксана или винилатриметилсилана; тетраалкилортосиликатов, предпочтительно тетраэтилортосиликата; или их смесей. Эти соединения могут быть при необходимости смешаны с мелкодисперсным материалом наполнителя, предпочтительно с мелкодисперсным диоксидом кремния или кварцем с минимальным содержанием SiO2 около 95-97% масс. и предпочтительно со средним размером частицы в нанометровом диапазоне или очень низкого микронного размера (1-10 мкм).
Плазменный полимер состоит из многочисленных различных звеньев, получаемых из ионизированных частиц плазмы, и не имеет точного химического состава по сравнению с синтетическим полимером, полимеризованным известными способами полимеризации. Неожиданно устойчивый гидрофобный стеклообразный плазменный полимер получается на поверхности композиции синтетического полимера, модификацией указанной поверхности и причем указанный стеклообразный материал также имеет высокую точку плавления и/или температуру разложения.
Если указанное тонкое покрытие наносится золь-гель процессом, то его толщина находится в диапазоне от около 0,5 мкм до около 2 мм; предпочтительно в диапазоне от около 1,0 мкм до около 1 мм, предпочтительно в диапазоне 1-500 мкм, предпочтительно в диапазоне 1-100 мкм.
Покрытия, приготовленные на основе силана золь-гель процессом (плотно сшитая сетчатая структура, получаемая после удаления растворителя), на композициях синтетических полимеров, предпочтительно на композициях циклоалифатических эпоксидных смол, неожиданно улучшают трекингостойкость и эрозионную стойкость изоляционной системы, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением.
Силаны, которые используются в золь-гель процессе на основе силана, для формирования тонкого слоя на композициях синтетического полимера в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно выбраны из алкоксисиланов и фторсиланов. Органо-алкоксисиланы относятся к классу молекул алкоксисиланов с одной органической цепью и тремя алкокси группами, связанными с атомом кремния. Они соответствуют следующей формуле: [R-Si(OR1)3], где R дополнительный (-OR1)- заместитель или алкил или замещенный алкил предпочтительно (C1-C22) алкил, необязательно замещенный амином, эпоксидной группой, акрилатом, метакрилатом, фенольным остатком или остатком меламина. R1 предпочтительно является (С1-4) алкилом, предпочтительно метилом. Таким образом, гидролизом и конденсацией получается комбинация органическо-неорганической сетчатой структуры. Последовательность реакций и специальная технология получения тонкой пленки, соответственно покрытия, известны и описаны в Е.Р.Plueddmann, Silane Coupling Agents, 2. Ed., 1990, Plenum Press, NeВатт York.
Подходящими соединениями, которые используются для осуществления настоящего изобретения, которые соответствуют формуле [R-Si(OR1)3], как определено выше, являются, например, гексадецилтриметоксисилан, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан, 3-глицидоксипропилтриэтоксисилан, 3-аминопропилтриэтоксисилан, тетраэтоксисилан, метакрилоксипропилтриметоксисилан, винилтриалкоксисилан, где алкокси может быть этокси или метокси группой.
Реакции гидролиза и конденсации сильно зависят от содержания кислоты (значение рН), но при оптимальных условиях гидролиз протекает сравнительно быстро (несколько минут), тогда как реакция конденсации проходит медленнее (несколько часов). В умеренно кислых условиях нейтральные алкоксисиланы гидролизируются с образованием мономерных силантриолов, которые затем медленно конденсируются до полимерных органических силоксанолов. На начальных стадиях реакции существует конкуренция между реакциями гидролиза и конденсации. В ходе гидролиза следует принимать дополнительные меры предосторожности для избежания сшивки, поскольку, если это случается, то смесь будет реагировать с образованием полимеризованного силоксана с высокой молекулярной массой и не будет способна образовывать покрытие на желаемой поверхности. Поэтому следует готовить любой золь-гель на основе силана в две стадии. На первой стадии проводят гидролиз раствора силана в растворителе. На следующей стадии уже гидролизованную смесь наносят на подложку, предпочтительно эпоксидную подложку и проводят сшивку.
Настоящее изобретение также относится к способу изготовления поверхностно модифицированной системы электроизоляции, содержащей композицию синтетического полимера, включающую, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости дополнительные добавки, как определено в настоящем изобретении, включающему следующие стадии: (i) создание закаленной или отвержденной композиции синтетического полимера, содержащей, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости дополнительные добавки с использованием известных способов; и (ii) нанесение на поверхность указанной композиции синтетического полимера тонкого покрытия с толщиной в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм (как определено в описании ранее), указанное тонкое покрытие нанесено плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD); и/или нанесение на поверхность указанной композиции синтетического полимера тонкого покрытия с толщиной в диапазоне от около 0,5 микрон до около 2 мм (как определено в описании ранее) золь-гель процессом; и (iii), в котором для получения указанного тонкого покрытия используется неэлектропроводящий мономер, как определено в описании ранее.
Поверхностно модифицированная система электроизоляции в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используется в линиях электропередач и разводке, например, электроизоляционных материалах, особенно в области обмоток с пропиткой и в производстве электрических компонентов, например, таких как трансформаторы, встроенные контакты, проходные изоляторы, высоковольтные изоляторы для внутреннего и наружного применения, особенно для наружных изоляторов, связанных с высоковольтными линиями, в качестве длинностержневых, комбинированных и изоляторов колпачкового типа, датчиках, инверторах и в концевой заделке кабеля, а также для опорных изоляторов в секторе среднего напряжения, в производстве изоляторов для наружных силовых переключателей, измерительных преобразователях, вводах и защите от перенапряжения, в распределительных устройствах.
Следующие примеры иллюстрируют изобретение.
Пример 1
Пример 1 описывает получение стеклообразного покрытия с толщиной в диапазоне 0,3-1,2 мкм, нанесенного плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD) на подложку из циклоалифатического эпоксидного наружного изолятора. PECVD может быть выполнено так, что подложка не подвергается нагреву выше 100°С.
Используется кислородная плазма в атмосфере гексаметилендисилоксана (HMDSO). Таким образом связи в молекулах HMDSO разрываются высокой энергией плазмы и ускоряются по направлению к подложке. Когда элементы рекомбинируют на поверхности подложки, проходит много химических реакций, образуются и выделяются кислород, водород и диоксид углерода. Покрытие, которое образуется на поверхности подложки, имеет плотную сшитую аморфную структуру и по существу содержит атомы кремния и кислорода в отношении около 1:2. Точный состав покрытия трудно определить. Поэтому покрытие называется «плазменным полимером» или «SiOx-полимер».
Приготовление подложки
Состав циклоалифатического эпоксида (СЕР), используемый в качестве материала подложки в этом примере, дан в таблице 1. Все компоненты, кроме катализатора, предварительно нагреваются до 45°С. Затем их интенсивно смешивают вместе при атмосферном давлении пропеллерной мешалкой. Полученную смесь затем дегазируют в вакуумной печи при перемешивании, при давлении около 5 мбар, в течение 20 минут при 60°С.
Затем смесь формуют в пластины 6 мм толщиной с использованием стальной пресс-формы, предварительно нагретой до 90°С и покрытой средством, улучшающим разъем пресс-форм Huntsman QZ13. Для гарантии полноты отверждения применяют цикл 2 часа при 90°С, с последующими 24 часами при 140°С.
| Таблица 1 | |
| Компоненты | % |
| Huntsman CY184 (Смола) | 100 |
| Huntsman HY1235 (Отвердитель) | 90 |
| Huntsman DY062 (Катализатор) | 0,54 |
| Huntsman DW9134 (Пигмент, TiO2) | 2,7 |
| Quarzwerke W 12EST (Наполнитель) | 359 |
Araldite® CY 184: циклоалифатическая эпоксидная смола (Huntsman)
Aradur® HY1235: модифицированный циклоалифатический ангидрид (Huntsman)
Катализатор DY062: жидкий третичный амин
W 12EST:SiO2 (QuarzWerke GmbH)
PECVD Покрытие
SiOx покрытие наносят на СЕР подложку плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD). Используемое оборудование для PECVD по существу является вакуумной камерой с радиочастотным (RF) генератором плазмы. Оборудование разработано для покрытия плоских полимерных пленочных подложек. Размеры образцов для испытания трекинговой эрозии составляют 6 мм × 50 мм × 120 мм. Толщина нанесенного покрытия из SiOx составляет 0,3 мкм. В течение процесса осаждения температура эпоксидной смолы не превышает 100°С.
Другие образцы покрывают до толщины, кратной 0,3 мкм, т.е. 0,6 мкм, 0,9 мкм и 1,2 мкм. Желаемая толщина покрытия достигается изменением времени осаждения покрытия. Для достижения толщины 0,3 мкм используется время осаждения 60 секунд и увеличивается до 120 секунд, 280 секунд и 240 секунд соответственно для получения большей толщины.
Чтобы гарантировать хорошую адгезию SiOx покрытия к СЕР подложке поверхность образца очищают в ультразвуковой ванне в ацетоне перед помещением в камеру. В камере плазму зажигают в отсутствии рабочего газа для активирования поверхности образца. Параметры этой предварительной обработки и последующего осаждения покрытия даются в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Вакуумная камера | |
| Основное давление | 3-8×10-3 мбар |
| Предварительная плазменная обработка | |
| Мощность (RF) | 50 Вт |
| Объем кислорода (О2) | 50 см3/мин |
| Давление | 0,1 мбар |
| Время | 6 с |
| Осаждение | |
| Мощность (RF) | 212 Вт |
| Объем HMDSO | 10 см3/мин |
| Объем O2 | 150 см3/мин |
| 02: HMDSO (отношение в смеси) | 15:1 |
| Давление | 0,1 мбар |
| Температура СЕР подложки | 25°С |
| Время осаждения | 60 с |
Стойкость к трекингу и эрозии (IEC 60587)
Используется испытание трекинга и эрозии в наклонной плоскости (IEC 60587, изд. май 2007) для оценки стойкости к трекингу и эрозии образцов с покрытием и без покрытия. Четыре определяемых стандартом испытательных уровня напряжения (2,5 кВrms, 3,5 кВrms, 4,5 кВrms и 6 кВrms) являются потенциалом, приложенным между двумя электродами в основании и на вершине образца в течение испытания. Раствор хлорида натрия, содержащий неионогенный смачивающий реагент, с заданной проводимостью, протекает по поверхности образца от верхнего до нижнего электродов с заданной скоростью потока. Это схема вызывает образование дуги на поверхности образца, сосредоточенной в основании электрода. Стандарт позволяет два способа определения выхода из строя образца, обозначаемые как критерий А и В. В этой работе используется критерий А, определяемый как утечка тока через образец, превышающий 60 mArms в течение 2 секунд. Образец считается прошедшим испытание, если он выдерживает 6 часов испытания без выхода из строя. Для материала, прошедшего испытание, все 5 образцов должны сохраняться в течение 6 часов.
Оценку стойкости к трекингу и эрозии СЕР образцов с покрытием и без покрытия проводят способом наклонной плоскости. СЕР образцы проверяют после зачистки и без зачистки. Результаты представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||
| Результаты испытаний стойкости к трекингу и эрозии по IEC 60587 | |||
| 3,5 кВrms | 4,5 кВrms | 6 кВrms | |
| СЕР (зачищенный) | Прошел | Не прошел (все 5 образцов вышли из строя за 30 минут) | |
| СЕР (не зачищенный) | Не прошел (4 образца прошли, 1 образец вышел из строя после 40 минут) | ||
| СЕР с покрытием 0,3 мкм из SiO2 (не зачищенный) | Прошел | Прошел |
Когда материал классифицируется как "не прошел" для определенного испытательного напряжения, 1 или более из 5 образцов не прошли испытание. Когда он классифицируется как прошедший испытание, ни один из 5 образцов не вышел из строя.
Образцы с толщиной покрытия 0,6 мкм, 0,9 мкм и 1,2 мкм проверяют вместе при 6 кВrms. Все образцы выдерживают 6 часов, и не обнаруживается различий между их характеристиками и покрытием толщиной 0,3 мкм. Результаты показывают, что определение трекинга и эрозии (IEC 60587) демонстрирует четкое улучшение стойкости к трекингу и эрозии образцов с покрытием PECVD, по результатам испытания ICE способом наклонной плоскости.
Пример 2
Пример 2 описывает получение стеклообразного покрытия с толщиной в диапазоне 0,5 мкм-2 мм, нанесенного гибридным золь-гель процессом на подложку циклоалифатического эпоксидного наружного изолятора. Изготовление подложки выполняют, как описано в примере 1, с компонентами, указанными в таблице 1.
Силаны, используемые в гибридном золь-гель процессе покрытия, являются функционализированными алкоксисиланами, т.е. тетраэтоксисилан (TEOS), 3-глицидилоксипропилтриметоксисилан (GPTMS, триметоксисилан с эпокси-группами) и гексадецилтриметоксисилан (HDMS) с гидрофобным заместителем с длинной цепью.
Составы покрытия и условия проведения золь-гель процесса покрытия на основе силана представлены в таблице 4. Эти химикаты смешивают вместе при комнатной температуре и хранят отдельно, чтобы избежать сшивки между ними. Нанесение покрытия выполняют при комнатной температуре.
| Таблица 4 | ||||||||
| Мольное отношение | ||||||||
| Состав покрытия | TEOS | GPTMS | HDMS | Вода | Этанол | Аэросиль | HCl | Условия процесса |
| А | 2 | 1 | -.- | 2 | 27 | -.- | 0,07 | (А) |
| В | 1 | -.- | -.- | 2 | 27 | -.- | 0,07 | (В) |
| С | -.- | 1 | -.- | 2 | 27 | -.- | 0,07 | (С) |
| D | -.- | -.- | 1 | 2 | 27 | -.- | 0,07 | (D) |
| Е | -.- | -.- | 1 | -.- | 27 | 5% масс. HDMS | 0,07 | (Е) |
Условия проведения процесса
(A) Сначала гидролизируют TEOS в течение 6 часов и затем медленно добавляют GPTMS и перемешивают в течение 18 часов при 25°С
(B) Гидролиз в течение 10 часов при 25°С
(C) Гидролиз в течение 10 часов при 25°С
(D) Белые осадки получают через 1 минуту гидролиза, поэтому эта рецептура покрытия не используется
(Е) Перемешивают в течение 4 часов при 25°С
Стойкость к трекингу и эрозии (IEC 60587)
Для золь-гель покрытий состава А или В+С (в отношении 70:30% об.) или В+С+Е (в отношении 60:30:10% об.) на СЕР подложках и отверждении 2 ч при 100°С, определение стойкости к трекингу и эрозии СЕР образцов согласно настоящему примеру 2 показывает, что они улучшены по результатам IEC 60587. Полученные результаты аналогичны результатам примера 1, таблица 3.
1. Поверхностно модифицированная система электроизоляции, включающая закаленную или отвержденную композицию синтетического полимера, содержащую, по меньшей мере, один наполнитель, характеризующаяся тем, что поверхность указанной композиции синтетического полимера модифицирована нанесением тонкого покрытия;
причем
- указанное тонкое покрытие нанесено плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD) и имеет толщину в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм; и/или нанесено
- золь-гель процессом и имеет толщину в диапазоне от около 0,5 микрона до около 2 мм; и
- указанное тонкое покрытие является неэлектропроводным полимерным материалом с точкой плавления существенно выше точки плавления или температуры разложения синтетической полимерной композиции, содержащей наполнитель.
2. Система электроизоляции по п.1, характеризующаяся тем, что оба типа тонких покрытий нанесены одно поверх другого в любой требуемой последовательности.
3. Система электроизоляции по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что указанный синтетический полимер выбран из полимеров, используемых в композициях электроизоляторов, предпочтительно из полиэфиров, предпочтительно поли(метилметакрилата) или поли(алкилакрилонитрила); или из термореактопластов, предпочтительно полиуретанов или композиций на основе эпоксидной смолы.
4. Система электроизоляции по п.3, характеризующаяся тем, что указанный синтетический полимер является композицией на основе эпоксидной смолы, предпочтительно на основе циклоалифатической эпоксидной смолы.
5. Система электроизоляции по п.1, характеризующаяся тем, что неорганический наполнитель содержится в композиции синтетического полимера в диапазоне около 60-80 мас.%, предпочтительно в диапазоне около 60-70 мас.% и предпочтительно около 65 мас.%, в пересчете на общий вес композиции синтетического полимера.
6. Система электроизоляции по п.1, характеризующаяся тем, что композиция синтетического полимера дополнительно содержит добавки, выбранные из смачивающих/диспергирующих агентов, пластификаторов, антиоксидантов, светопоглотителей, силиконов, пигментов, антипиренов, волокон.
7. Система электроизоляции по п.1, характеризующаяся тем, что указанное тонкое покрытие нанесено плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD) с толщиной в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм; предпочтительно в диапазоне от около 100 нм до около 30 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 200 нм до около 20 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 250 нм до около 10 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 300 нм до около 5 мкм.
8. Система электроизоляции по п.7, характеризующаяся тем, что исходными материалами для получения тонкого покрытия являются летучие соединения с неполярными группами, предпочтительно выбранные из соединений органосиланов, алкоксиортосиликатов, фторорганических соединений и их смесей.
9. Система электроизоляции по п.8, характеризующаяся тем, что указанный исходный материал выбран из гексаалкилдисилоксанов, предпочтительно гексаметилдисилоксана или винилтриметилсилана; тетраалкилортосиликатов, предпочтительно тетраэтилортосиликата; или смесей этих соединений.
10. Система электроизоляции по п.9, характеризующаяся тем, что указанные исходные материалы смешивают с мелкодисперсным материалом наполнителя, предпочтительно с мелкодисперсным диоксидом кремния или мелкодисперсным кварцем, с минимальным содержанием SiO2 около 95-97 мас.%, и предпочтительно со средним размером частиц в наноразмерном диапазоне или в очень низком микронном диапазоне размеров частиц (1 мкм-10 мкм).
11. Система электроизоляции по п.1, характеризующаяся тем, что указанное тонкое покрытие нанесено золь-гель процессом с толщиной в диапазоне от около 0,5 мкм до около 1 мм; предпочтительно в диапазоне около 1,0 мкм до около 1 мм, предпочтительно в диапазоне около 1-500 мкм, предпочтительно в диапазоне около 1-100 мкм.
12. Система электроизоляции по п.11, характеризующаяся тем, что указанное покрытие получено золь-гель процессом на основе силана, в котором исходные силаны выбраны из алкоксисиланов и фторсиланов.
13. Система электроизоляции по п.12, характеризующаяся тем, что алкоксисиланы и фторсиланы выбраны из соединений формулы: [R-Si(OR1)3], где R дополнительный (-OR1]-заместитель, или алкил или замещенный алкил предпочтительно (С1-C22) алкил, при необходимости замещенный амином, эпоксидной группой, акрилатом, метакрилатом, фенольным остатком или остатком меламина, и R1 является (C1-4) алкилом, предпочтительно метилом.
14. Система электроизоляции по п.13, характеризующаяся тем, что алкоксисиланы и фторсиланы выбраны из группы, включающей гексадецилтриметилсилан, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан, 3-глицидоксипропилтриэтоксисилан, 3-аминопропилтриэтоксисилан, тетраэтоксисилан, метакрилоксипропилтриметоксисилан, винилтриалкоксисилан, где алкокси может быть этокси или метокси группой.
15. Способ изготовления поверхностно модифицированной системы электроизоляции по любому пп.1-14, включающий следующие стадии: (i) создание закаленной или отвержденной композиции синтетического полимера, содержащей, по меньшей мере, один наполнитель и (ii) нанесение на поверхность указанной композиции синтетического полимера тонкого покрытия с толщиной в диапазоне от около 50 нм до около 50 мкм, указанное тонкое покрытие наносят плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD); и/или нанесением на поверхность указанной композиции синтетического полимера тонкого покрытия с толщиной в диапазоне от около 0,5 микрон до около 2 мм золь-гель процессом и (iii) причем для получения указанного тонкого покрытия используется неэлектропроводящий исходный мономер.
16. Способ по п.15, в котором оба типа тонких покрытий наносят одно поверх другого в любой требуемой последовательности.
17. Применение поверхностно модифицированной системы электроизоляции по любому из пп.1-14 в линиях электропередач и разводке, предпочтительно электроизоляционных материалах, особенно в области обмоток с пропиткой электрических компонентов, таких как трансформаторы, встроенные контакты, проходные изоляторы, высоковольтные изоляторы для внутреннего и наружного применения, особенно для наружных изоляторов, связанных с высоковольтными линиями, в качестве длинностержневых, комбинированных и изоляторов колпачкового типа, датчиках, инверторах и в концевой заделке кабеля, а также для опорных изоляторов в секторе среднего напряжения, изоляторов для наружных силовых переключателей, измерительных преобразователей, вводов и защиты от перенапряжения, в распределительных устройствах.
18. Электрические изделия, включающие поверхностно модифицированную систему электроизоляции по любому из пп.1-14.
