云母带及使用该带的绝缘线圈 本发明涉及一种用以在电气设备如旋转电机中所使用的绝缘线圈的云母带，还涉及一种绝缘线圈。特别是，本发明涉及通过真空压力浸渍所制成的云母绝缘线圈。
用于高压旋转电机的绝缘线圈通常是通过云母绕在线圈上、借助真空压力浸渍用无溶剂热固性树脂浸渍云母、和加热固化该树脂等步骤而制成的。作为在制造该绝缘线圈中所使用的云母带，已经使用了云母纸和芳酰胺类纤维云母纸。云母纸是通过造纸工艺只用小云母片和水制成的。芳酰胺类纤维(aramide fibrid)云母纸(下面简称“芳酰胺云母”)是通过将5±3wt％的芳族聚酰胺浆状颗粒(下面称作“类纤维”)混合到云母纸中，并将所得混合物进行造纸处理而制成的，正如日本专利申请公开号43-20421和1-47002中所述。
芳酰胺云母包含类纤维，其存在于小云母片中。由于类纤维利用了小云母片，所以所得芳酰胺云母绝缘带在机械强度，耐热性，和浸渍特性方面与不含类纤维的云母纸带相比十分优异。
如上所述，通过将类纤维混合到云母纸中并将该混合物进行造纸处理，从而获得优异的绝缘特性，以及优异的耐热性和浸渍特性。然而，芳酰胺云母的问题在于，其含有芳族聚酰胺。由于在芳族聚酰胺结构式中含有氮，所以众所周知在其燃烧时会产生有毒的氰化氢(例如，参见电气与电子绝缘会议的报告集，1987，第18卷，第181-187页)。
因此，当绝缘线圈通过将芳酰胺云母绕在线圈上并将芳酰胺云母在加压真空条件下用无溶剂热固性树脂浸渍时，绝缘线圈在其燃烧时也会产生有毒的氰化氢。有毒的氰化氢对于工人的健康来说将是很严重的问题。该问题将使其难以设计出无污染的对绝缘线圈地导电材料进行回收的工艺，以获得循环利用的资源。
本发明的目的是提供一种云母带，其在燃烧时不会产生有毒的氰化氢，并且其具有高的耐热性，高浸渍特性，和优异的绝缘特性。
本发明的另一个目的是提供一种使用云母带所形成的绝缘线圈，该云母带在燃烧时不会产生有毒的氰化氢，并且其具有高的耐热性，高浸渍特性，和优异的绝缘特性。
按照本发明，提供一种云母带，其是通过造纸工艺而由云母纸和至少一种选自用无氮有机材料制成的短纤维和由具有平均直径0.1-20μm的无机材料制成的短纤维的纤维的混合物制成的。
按照本发明，提供一种云母带，其是通过造纸工艺而由云母纸和至少一种选自用无氮有机材料制成的短纤维和由具有平均长度为0.5-10mm的无机材料制成的短纤维的纤维的混合物制成的。
按照本发明，提供一种云母带，其是通过造纸工艺而由云母纸和至少一种选自用无氮有机材料制成的短纤维和由无机材料制成的短纤维的纤维的混合物制成的，其纤维表面用表面活性剂进行了处理。
按照本发明，提供一种绝缘线圈，其包括导电线圈和绕在导电线圈上的云母带，其中云母带是通过造纸工艺而由云母纸和至少一种选自用无氮有机材料制成的短纤维和由具有平均直径0.1-20μm的无机材料制成的短纤维的纤维的混合物制成的，并且云母带用无溶剂热固性树脂进行浸渍。
按照本发明，提供一种绝缘线圈，其包括导电线圈和绕在导电线圈上的云母带，其中云母带是通过造纸工艺而由云母纸和至少一种选自用无氮有机材料制成的短纤维和由具有平均长度为0.5-10mm的无机材料制成的短纤维的纤维的混合物制成的，并且云母带用无溶剂热固性树脂进行浸渍。
按照本发明，提供一种绝缘线圈，其包括导电线圈和绕在导电线圈上的云母带，其中云母带是通过造纸工艺而由云母纸和至少一种选自用无氮有机材料制成的短纤维和由无机材料制成的短纤维的纤维的混合物制成的，短纤维的表面用表面活性剂进行处理，并且云母带用无溶剂热固性树脂浸渍。
本发明的其他目的和优点将在下面的说明中进行描述，并且其部分将通过描述而更加清楚，或可通过本发明的实施而获得指导。本发明的目的和优点可借助于所附权利要求中所特别指出的工具和组合而实现并获得。
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图表示出现有的本发明的优选实施例，其与上述给出的一般描述同下面给出的优选实施例的详细描述一起，可用于说明本发明的原理。
图1是曲线图，其表示绝缘线圈用树脂浸渍的特性，其是按照本发明的实例与比较例的比较结果；和
图2是曲线图，其是表示按照本发明的实例与比较例进行比较的绝缘线圈的tanδ-电压特性。
按照本发明的云母带，其特征在于，它可通过将云母纸和由无机材料制成的短纤维或由无氮有机材料制成的短纤维进行混合，并将所得混合物进行造纸处理而制成的。
适用于本发明的云母带，由无机材料制成的短纤维的实例包括：由E玻璃(电工玻璃)，S玻璃(高强度玻璃)，硅玻璃，氧化铝等等制成的短纤维。由无氮有机材料制成的短纤维的适用实例包括：具有优异耐热特性由聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘酸乙二醇酯(polyethlene naphtharate)，聚醚砜(polyether sulfon)，聚亚苯基醚(polyphenylene ether)等等制成的短纤维。
这些短纤维的直径最好是0.1-20μm，更好是1-10μm。当短纤维的直径小于0.1μm时，可能会减低浸渍特性。当直径超过20μm时，由于纤维的水分散性降低，将难以制成带形。
短纤维的长度最好为0.5-10mm，更好是3-6mm。当短纤维的长度小于0.5mm时，将难以使云母带内存在空隙。当长度超过10mm时，纤维的水分散性会降低，其结果将会使纤维很容易聚集。
短纤维的量基于云母纸最好为0.5-20wt％，更好是3-15wt％。当短纤维的量小于0.5wt％时，将难以获得优异的机械强度，耐热性，和浸渍特性。当其量超过20wt％时，云母纸中的短纤维的分散特性会变差，其结果会使短纤维很容易聚集。
短纤维的表面最好是用表面活性剂进行处理。如果短纤维的表面用表面活性剂处理了的话，纤维对树脂的敏感度会得到改进。结果，短纤维与浸渍树脂之间的粘合表面的强度将得到加强，因此，改善了电气特性，如所得绝缘线圈的tanδ(介质损耗)-电压特性。
适用的表面活性剂的实例包括：具有全氟烷基的氟基表面活性剂，胺盐型阳离子表面活性剂，等等。
本发明云母带的制造如下：
首先，在如700-1000℃下煅烧云母矿，以便除去杂质，并且将其破碎成预定尺寸的块。然后，向云母块喷水，由此获得云母片。将上述短纤维加入如此获得的云母片中。在水中搅拌混合物，从而产生云母-纤维分散溶液。
然后，将分散溶液进行造纸处理以便在布上制成纸，并进行干燥以获得云母纸。在所获得的云母纸表面上，用粘接剂粘接玻璃纤维布(用作基材)。结果，形成云母带。
使用由此获得的云母带，将获得绝缘线圈如下。
首先，将云母带缠绕在线圈上，其线圈是以部分重叠的形式由预定倍数的导电材料制成的。其次，将绕有云母带的线圈用浸渍树脂在加压的真空条件下浸渍。然后，通过将其加热到130-180℃而使浸渍树脂固化。采用这种方法，将获得绝缘线圈。
用以获得绝缘线圈的浸渍树脂的实例包括表双系列(epibis-series)环氧树脂，环脂族(cycloaliphatic)环氧树脂，等等。
由于如此获得的本发明的绝缘线圈使用了由云母纸和无机材料制成的短纤维的混合物所制成的云母带，所以在其燃烧时将不会产生有害的氰化氢。另外，由于在本发明中所使用的云母带是通过造纸工艺由云母纸和0.1-20μm直径，0.5-10mm长度的无机材料制成的短纤维或无氮有机材料制成的短纤维的混合物获得的，所以无机或有机材料的短纤维体可分散在小云母片中。结果，在云母片中增加了空隙，有利于树脂渗透到小云母片中。由此改善了云母带的树脂浸渍。可以获得进一步的改进：浸渍时间降低，可用高粘度树脂浸渍，和使树脂渗透到厚的绝缘层中以获得用于高压的绝缘线圈。
另外，当短纤维的表面用具有优良相容性和分散性的表面活性剂进行处理时，短纤维对浸渍树脂的敏感度会得到改善。因此，短纤维与浸渍树脂之间的粘接将会增强，由此改善了绝缘线圈的电气特性，如tanδ(介质损耗)-电压特性。
再有，小云母片可通过具有高耐热性和高刚性的无机材料制成的短纤维，或在耐热和机械强度方面优异的有机材料制成的短纤维压制而成。因此，即使在操作过程中发生热损耗，也不会在绝缘层中产生气泡。介电强度将不会降低。
现在，将在下面解释说明本发明的实例。
例1-4
对应于例1-4制成四种类型的云母带。对于云母纸，可以使用强煅烧云母纸。对于短纤维，可以使用无机纤维和有机纤维，其在云母纸中具有优良的水分散性和混合性，并且其具有0.1-20μm的直径和0.5-10mm的长度。
特别是，例1的云母带是通过将具有6μm平均直径和3mm平均长度的E玻璃纤维块(3份重量)与强煅烧云母纸(100份重量)进行混合，并且将该混合物进行造纸处理而获得。
例2的云母带是采用与例1相同的方法获得的，只是短E玻璃纤维块的表面是用具有全氟烷基的氟基表面活性剂(如，F-177(商标名称)，由Dainippon lnk & Chemicals公司制造)处理的。
例3的云母带是通过将具有20μm平均直径和10mm平均长度的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的短纤维块(15重量份)和强煅烧云母纸(100重量份)进行混合，并将该混合物进行造纸处理而获得的。
例4的云母带是采用与例3相同的方法获得的，只是由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的短纤维块表面用具有全氟烷基的氟基表面活性剂(如，F-l77(商标名称)，由Dainippon lnk & Chemicals公司制造)进行处理。
对于比较例1，所使用的云母纸带是通过将小云母片和水的混合物进行造纸处理而获得的。
对于比较例2，所使用的芳酰胺云母带是通过在云母纸(100重量份)中混合类纤维(5重量份)并将该混合物进行造纸处理而获得的。
检查六条云母带的抗拉负荷(试验方法：JIS C 2116,13)，介电强度(试验方法：JIS C 2116-1992,13)，和浸渍特性(试验方法：JlS C 2116,24)。在表1中示出了试验结果。
表1 特性例1例2例3例4比较例1比较例2 类纤维的量(％重量) 0 0 0 0 0 5 短纤维的量(％重量) 3 3 15 15 0 0抗拉负荷(N/10mm宽度) 113 115 109 112 110 118 介电强度(KV) 3.4 3.5 3.3 3.5 3.4 3.6 浸渍特性(秒) 610 620 580 560 1850 680
从表1中可以发现，例1-4的云母带用树脂浸渍的特性与比较例1相比明显地得到改进。例1-4的云母带的介电强度事实上也与比较例1和2相当。
然后，检验在导电材料上所形成的云母绝缘层对树脂的浸渍特性。以半搭接方式，将每条云母带(例1-4和比较例1-2)缠绕在铝矩形棒(10mm×50mm×800mm)上，使得各棒的云母绝缘层具有相同的厚度。在密封住绕制云母带的两端之后，在云母带绕制棒中央处提供电极。在加压真空条件下，用具有0.6Pa·s粘度的表双系列(epibis series)环氧树脂对云母带进行浸渍。然后，通过测量云母绝缘层的静电容量而对浸渍状态进行检查。
在图1中示出了其结果。对于浸渍速度，在图1中示出了与表1中相同的趋势。可以确认，例1-4的云母带可以在比比较例1和2短的时间内用树脂浸渍。
至于下一步，就是以半搭接方式以预定倍数将例1-4和比较例1-2的每条云母带缠绕在铝矩形棒(10mm×50mm×800mm)上。在云母带绕制棒上带有类似液体。棒的云母带在加压真空条件下用表双系列(epibis series)环氧树脂浸渍以后，加热固化引入的树脂。采用这样的方法，可以获得每个绝缘线圈。
对如此获得的绝缘线圈，在其形成以后和在其经受200℃下40天的热降解以后立即对电气绝缘特性进行检查。为了评价电气绝缘特性，检测击穿电压(BDV)，并且用肉眼观察绝缘线圈的外观。在恒定电压上升速率(1kv/sec)下在油中测量线圈的BDV。检测结果示于如下的表2。
表 2 特性 例1例2例3例4比较例1比较例2初始时间 BDV(KV) 56 58 55 57 49 55变质之后 BDV(KV) 51 53 50 52 40 49线圈的绝缘层 无气泡 无气泡 无气泡 无气泡 气泡 无气泡
用例1-4的云母带所绕制的绝缘线圈的BDV值在初始时间下和热降解之后均优于比较例1的结果。在热降解之后，在绝缘线圈上观察不到气泡。另外，在形成以后立即对线圈的tanδ-电压特性进行测量，其结果示于图2中。
如图2所示，使用例1-4云母带的绝缘线圈的tanδ-电压特性值明显要比比较例1和2的低。这种趋势对于例2和4用表面活性剂处理的绝缘线圈来说更加明显。
然后，从使用例1-4云母带的绝缘线圈上切开云母绝缘层，并且在300-800℃温度范围内以100℃的间隔在电炉中进行烘烤。在烘烤时间内所产生的气体被收集在收集瓶中，并且对于氰化氢进行定量的检查。结果，在任何实例中均未检查到氰化氢。
还可以确认，对于通过将由无机材料(S玻璃，硅玻璃，和氧化铝)所制成的短纤维块，或由无氮有机材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚醚砜(polyether sulfon)，聚亚苯基醚(polyphenylene ether))制成的短纤维块进行混合所制成的云母带来说，可以获得与例1-4相同的效果。
如上所述，按照本发明，由于云母带是通过将云母纸与由无机材料制成的短纤维或由无氮有机材料制成的短纤维进行混合，并将该混合物进行造纸处理而制成的，所以该云母带在其燃烧时不会产生有害的氰化氢。另外，具有预定形状的短无机纤维块或短有机纤维块被分散在小云母片中，其结果会在其中间增加空隙。由此，树脂适合于渗透到小云母片中，使浸渍特性得以改善。再有，还可以获得浸渍时间缩短方面，用高粘度树脂浸渍方面，和为获得用于高压的绝缘线圈而将树脂渗透到厚绝缘层中方面的改善。另外，当短无机或有机纤维的表面用具有优良相容性和分散性的表面活性剂进行处理时，短纤维对浸渍树脂的敏感性将会改善。因此，增强了短纤维与浸渍树脂之间的粘接，改善了绝缘线圈的电气特性。
另外，由于小云母片是通过由具有高耐热性和高刚性的无机材料制成的短纤维或通过由在耐热和机械强度方面优异的短有机纤维而制成，所以即使在操作过程中发生热降解，也不会在绝缘层中形成气泡。因此，介电强度不会降低。可以获得具有优异绝缘特性的绝缘线圈。
附加的优点和改型对于本技术领域的普通专业人员来说将是明显的。因此，在更宽方面的发明不限于这里示出和描述的特定细节和所示实施例。因而，各种改型均不会脱离由所附权利要求及其等效物所限定的总发明概念的精神和范围。