KR100625765B1 - 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 미세 운모 테이프를 전기 기계의 권선의 도체에 감은 후에, 용제없는 함침 수지를 함침시키고, 이어서, 열의 작용 하에 경화시키는 것을 포함하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법에 관한 것이다. 이 방법에서는, 미세 운모 필름에 경화제 함유 분말 도료 수지계를 산포하고, 미세 운모 필름 중 분말 도료가 산포된 측면을 압력과 열의 영향 하에 지지체에 접착하고, 접착할 때, 분말 도료 수지계가 고온에서 경화된다. 그렇게 제조되는 미세 운모 테이프는 고전압 기계에서 필요한 것과 같은 두꺼운 절연 벽 두께를 제공하는데 특히 적합하다.
Description
본 발명은 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프를 제조하는 방법으로서, 미세 운모 테이프를 전기 기계의 권선의 도체에 감은 후에 용제없는(solvent-free) 함침 수지를 함침시키고, 이어서, 열의 작용 하에 경화시키고, 미세 운모 필름에 분말 도료 수지계를 산포하고, 그 미세 운모 필름 중 분말 도료가 산포된 측면을 압력과 열의 영향 하에 지지체에 접착하는 것을 포함하는 상기 미세 운모 테이프 제조방법에 관한 것이다.
예를 들어, 회전하는 고전압 전기 기계의 도체 바아(bar)와 같은 권선 요소를 절연하기 위해, 최근, 진공 압력 함침법을 기초로 한 함침 기술이 널리 보급되어 왔다. 이 경우, 구조 기술적 이유로, 권선 요소는 예비성형된 코일이나 또는 도체 바아, 바람직하게는, 뢰벨 바아(Roebel bar)로 형성된다. 이들 권선 요소는 운모 함유 주 절연재를 구비하고, 진공 압력 함침법으로 더 처리된다. 여기서, 함침 수지로서, 에폭시 수지, 바람직하게는, 저점도의 용제없는 수지계가 사용된다.
이들 수지계는 다수의 권선 층으로 형성된 운모 함유 주 절연재에 함침되어, 권선 층들 사이에서 부분 방전을 일으킬 수 있는 공동(cavity)들을 완전히 채운다.
주 절연재의 권선 층은 운모 함유 절연 테이프로 형성된다. 이 테이프는 분말 형태의 접착 수지에 의해 지지체에 접착되는 미세 운모 필름으로 이루어진다. 그 지지체는, 용제없는 함침 수지가 그 지지체에 함침될 수 있도록 다공성이어야 한다. 경화 과정 중에 함침 수지의 가교 반응을 촉진시키기 위해, 사용되는 미세 운모 필름에 부가적으로 촉진제가 함침된다.
사용되는 분말 도료 수지계로서는, 경화제 없는 수지계인 것이 바람직하고, 이 수지계는 함침 수지에 완전한 용해성을 가지고, 경화 과정 중에 그 함침 수지와 반응한다.
이들 촉진제 함유 절연 테이프에서, 경화제 없는 분말 도료 수지계를 사용하여 약 3.5 mm까지의 절연 벽 두께를 완전히 그리고 비교적 짧은 함침 시간에 함침시킬 수 있다.
그러나, 발전기의 크기와 출력이 증가함에 따라, 비교적 두꺼운 절연 벽 두께가 필요하게 되고, 이 벽 두께가 함침 단계 중에 용제없는 함침 수지로 마찬가지로 완전히 함침되어야 한다는 것이 밝혀졌다.
그러나, 경화제 없는 분말 도료 수지계를 가지는 상기한 촉진제 함유 운모 테이프를 사용하는 경우, 3.5 mm보다 큰 두꺼운 절연 벽 두께에서는, 이 벽 두께가 함침 수지로 더 이상 완전히 함침되지 않는다는 것이 밝혀졌다. 함침되지 않은 권선 층은 절연 시스템에서의 결함이므로, 후의 있을 수 있는 고장의 원인이 된다.
본 발명의 목적은, 이들 촉진제 함유 운모 테이프에 있어서의 종래 기술로부터 알려진 결점들을 제거하는데 있다. 본 발명에 따르면, 본 명세서의 도입부에 기재된 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법에서, 미세 운모 필름이 지지체에 접착될 때 고온에서 매우 빠르게 경화하는 경화제 함유 분말 도료 수지계가 사용된다.
이 경우, 놀라웁게도, 촉진제 함유 운모 테이프에서 접착용 수지로서 경화제 함유 분말 도료 수지계를 사용함으로써, 3.5 mm를 초과하는 두꺼운 절연 벽 두께도 마찬가지로 완전히 함침될 수 있다는 것을 알았다.
이러한 기술적 효과는, 지지체를 미세 운모 필름에 접착할 때, 경화제 함유 분말 도료 수지계가 가교 결합하고, 함침 수지에 불용성인 점 형상의 접착을 형성하는 것에 의해 달성된다. 점 형상의 접착이 지지체의 함침 가능한 표면의 적은 비율만을 습윤하기 때문에, 나머지의 습윤되지 않은 표면 영역은 쉽게 함침될 수 있다. 또한, 접착제의 경화에 의해, 함침 단계 중의 분말 도료 수지와 함침 수지 사이의 바람직하지 않은 정도로 빠른 반응(경화제가 없고 약 60℃에서 함침 수지에 가용성인 수지계의 경우에서와 같은)이 회피되므로, 두꺼운 절연 벽 두께라도 함침 수지로 완전히 함침된다.
또한, 본 발명에서는, 사용되는 경화제 함유 분말 도료 수지계는 비스페놀-A 에폭시 수지 및 페놀 노볼락 에폭시 수지를 가지며, 사용되는 경화제는 아민 경화제, 바람직하게는, 1급 및/또는 2급 지방족 아민인 것이 제안된다.
아민 경화제는, 경화 중에 에폭시 수지의 옥시란(oxiran) 기와 아민 기의 완전한 변환이 보장되도록 최소의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
그리하여, 생성되는 혼합물은 1급 아민 관능기를 가지지 않고, 함침 수지에 불용성이어서, 함침 수지에 촉진 효과를 발휘할 수 없다.
본 발명에 따른 방법의 다른 이점, 사용되는 지지체가 유리 직물, 플리스(fleece)(성형된 직물) 또는 플라스틱 필름인 것, 및 사용되는 미세 운모 필름에 촉진제, 바람직하게는, 아연 나프텐산 아연(zinc naphthenate)가 예비 함침하는 것에 있다.
도 1은 경화제를 함유하는 분말 도료 수지계를 사용하여 제조된 절연 테이프(샘플 A)와 공지의 절연 테이프(샘플 B)에서의 함침된 절연 두께와 전체 절연 두께를 나타내는 그래프이다.
도 2는 함침 시간과 점도 증가의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 함침 시간과 점도 증가의 관계를 나타내는 그래프이다.
단위 면적당 중량이 160 g/㎡인 하소되지 않은 백운모(muscovite)로 된 미세 운모 필름에, 메틸 에틸 케톤에 용해된 나프텐산 아연 용액을 함침시킨다. 용제를 증발시킴으로써, 미세 운모 필름을 예비 함침시킨 다음, 그 미세 운모 필름에 에폭시 수지 혼합물을 기초로 한 경화제 함유 분말 도료 수지계를 산포(散布)시킨다. 에폭시 수지 혼합물은, 예를 들어, 페놀 노볼락 에폭시 수지와 비스페놀-A 에폭시 수지로 이루어진다. 경화제로서는, 고체 아민 경화제가 사용된다. 1급 및/또는 지방족 아민을 기초로 한 경화제가 특히 적합하다. 경화제 함유 분말 도료 수지계의 연화점은 약 85℃이다.
그 다음, 경화제 함유 분말 도료 수지계가 산포된 미세 운모 필름을 가열 가능한 칼렌더(calender)로 이송하여, 분말 도료 수지를 용융시키고, 롤러를 통해 공급되는 지지체에 접착한다.
지지체로서는,
a) 유연성이고 가교 결합된 아크릴 수지 2 g/㎡가 피복된 단위 면적당 중량 23 g/㎡의 유리 직물이 사용될 수 있다. 그 다음, 아크릴 수지를 경화시키기 위해, 그 유리 직물이 100℃의 온도로 열 처리된다. 또는
b) 나프텐산 아연 0.5 g/㎡가 피복된 단위 면적당 중량 23 g/㎡의 유리 직물이 사용되거나, 또는
c) 단위 면적당 중량 20 g/㎡의 폴리에스터 플리스가 사용되거나, 또는
d) 단위 면적당 중량 42 g/㎡ 의 폴리에스터 필름이 사용된다.
경화제 함유 분말 도료 수지계의 이점(利點)은, 경화제 없는 공지의 분말 도료 수지계 및 그로부터 제조된 절연 테이프와 비교하여, 진공 압력 함침 중에 함침된 층의 수를 사용하여 매우 양호하게 표시될 수 있다.
이 목적을 위해, 다수의 형재(形材) 로드(rod)에, 각각 20개 층의 절연 테이프를 절반 중첩 상태로 감고, 절연재의 끝면을 수지로 밀봉하고, 이렇게 하여 제조되고 도체 로드에, 용제없는 에폭시-산 무수물 함침 수지를 60℃에서 3시간 함침시킨다. 경화 후에, 함침 깊이를 측정하기 위해 도체 로드를 횡방향으로 절단한다.
도 1에 나타낸 도표에서는, 변형 실시형태 a)에 따라 경화제 함유 분말 도료 수지계를 사용하여 제조된 절연 테이프인 샘플 A에 기초한 결과를, 약 60℃에서 에폭시-산 무수물 함침 수지에 가용성인 경화제 없는 분말 도료를 함유하는 공지의 운모 함유 절연 테이프(샘플 B)와 비교하여 나타낸다.
이 도표로부터, 경화제 함유 분말 수지를 가지는 운모 테이프인 샘플 A가 권선 횡단면 전체에 함침되어 있는 것을 볼 수 있다. 이에 반하여, 경화제 없는 분말 도료로 제조된 운모 테이프를 나타내는 샘플 B는 층이 부분적으로만, 즉, 약 2/3까지만 함침된 것을 나타낸다. 이 불충분한 함침의 원인은, 분말 도료 수지와 용제없는 함침 수지 사이의 가교 반응이 경화제 없는 분말 도료 수지 및 촉진제에 의해 빠르게 진행하여, 함침 수지의 점도의 바라지 않는 증가가 일어나고, 최후으로는, 함침 단계가 완전히 정지하게 되는 것에 있다.
이에 반하여, 샘플 A에 따른 본 발명의 경우에는, 촉진제 성분이 분말 도료 수지계의 경화에 의해 바람직하게 차단되어, 전체 층의 함침이 이루어진다.
함침 단계에서의 점도의 이러한 바라지 않는 증가는 레오미터(rheometer)에 의한 각종 수지계에 대한 조사에 의해 설명되고, 도 2에 그래프로 도시되어 있다.
기준계(reference system)로서는,
- 나프텐산 아연으로만 촉진된 비스페놀-A/산 무수물 수지(곡선 A)와,
- 본 발명에 따른, 비스페놀-A/산 무수물 함침 수지, 나프텐산 아연, 및 경화제 함유 분말 도료 수지계(곡선 B), 및
- 종래 기술에 따른, 비스페놀-A/산 무수물 함침 수지, 나프텐산 아연, 및 경화제 없는 분말 도료 수지계(곡선 C)를
완전히 함침된 절연재에서 그들의 중량부의 비율로 함께 혼합하고, 레오미터에 의해 점도를 60℃에서 시간 경과에 따라 측정하였다.
곡선 A는 촉진제 함유 미세 운모 테이프의 함침의 경과, 즉, 테이프에 방해가 되는 첨가제(반응성 접착계)가 존재함이 없이 진행하는 경과를 나타낸다.
경화제 함유 분말 도료 수지계의 첨가에도 불구하고, 곡선 B에 따른 본 발명에서의 기준계는 곡선 A에 비하여 적은 점도 증가만을 나타낸다.
이에 반하여, 곡선 C에 따른 종래 기술에서의 기준계는 단시간 후에 큰 점도 증가를 나타내고, 이 증가는 필연적으로 함침 단계의 정지를 가져온다.
비교예 및 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같은 상기 그래프를 이용하여, 본 발명의 방법에 따라 제조된 미세 운모 테이프는, 사용되는 함침 수지가 만족스럽게 함침되어 절연 시스템의 결함이 회피될 수 있기 때문에, 특히 고전압 기계에서 필요한 것과 같은 두꺼운 절연 벽 두께를 제공하는데 매우 적합하다는 것을 알 수 있었다.
Claims (10)
- 미세 운모 테이프를 전기 기계의 권선의 도체에 감은 후에, 용제없는 함침 수지를 함침시키고, 이어서, 열의 작용 하에 경화시키고, 미세 운모 필름에 분말 도료 수지계를 산포(散布)하고, 그 미세 운모 필름 중 분말 도료 수지계가 산포된 측면을 압력과 열의 영향 하에 지지체에 접착하는 것을 포함하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법에 있어서, 사용되는 상기 분말 도료 수지계는 경화제를 함유하고, 상기 미세 운모 필름을 상기 지지체에 접착할 때, 경화제를 함유하는 상기 분말 도료 수지계의 연화점에 대응하는 온도에서 경화되는 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 경화제를 함유하는 상기 분말 도료 수지계가 비스페놀-A 에폭시 수지와 페놀 노볼락 에폭시 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 분말 도료 수지계에 사용되는 상기 경화제가 아민 경화제인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 지지체가 유리 직물인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미세 운모 필름에 촉진제가 예비함침되는 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 아민 경화제가 1급 지방족 아민인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 아민 경화제가 2급 지방족 아민인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 지지체가 플리스인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 지지체가 플라스틱 필름인 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 촉진제로서 나프텐산 아연이 사용되는 것을 특징으로 하는, 촉진제를 혼합한 함침 가능한 미세 운모 테이프의 제조방법.
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