一种新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘材料技术领域，具体是涉及一种新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法。

背景技术

新能源汽车油冷电机设计是将电机与变速箱集成在一起，用变速箱油来冷却结构里的电机或者发电机，节约空间，提高冷却效率。油冷设计对绝缘系统带来了新的挑战。由于电机的绝缘材料会在高低温条件下与ATF油(化学介质)长期接触，所以油冷电机的绝缘评估既需考虑到传统的热、电、环境因素等，也要考虑材料及系统与变速箱油的兼容性。如果绝缘材料和ATF油有兼容性问题，会造成驱动电机的绝缘提前失效，进而导致电机故障。

新能源汽车的变速箱工作温度会在120-130℃以上，电机表面的局部温度甚至有可能超过180℃，远高于传统汽车变速箱100℃的正常工作温度。高温的出现会对绝缘材料提出更高的要求，比如绝缘材料的氧化、热稳定性以及耐水解要求，而且油冷电机对于绝缘材料的局放性能要求也较传统电机要求高一些。然而，目前新能源汽车电机的槽绝缘普遍采用的是纯聚芳纶纤维纸、聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料(NHN)、聚萘二甲酸乙二醇酯聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料(NPN)、聚苯硫醚聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料(NSN)，这些材料并不能在保有较高绝缘性能的同时保持较高的局放性能及热裂解和耐水解性能，安全性较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，改善现有汽车油冷电机用材料存在的薄膜易热裂解或不耐水解的现状，提高材料的局放性能，提供一种新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法，在材料保有较高的绝缘性能的同时提高其局放性能及热裂解和耐水解性能，从而提高油冷电机的安全性及寿命。

为达到本发明的目的，本发明的新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料包括自上而下依次设置的高密度芳纶纤维层(0.8-1.2g/cm

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述高密度芳纶纤维层的厚度为100-250μm。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述云母芳纶纤维层采用云母含量为20-70％的膜，厚度为50-360μm。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述低密度芳纶纤维层的厚度为40-80μm。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸改性聚氨酯胶水的制备方法包括以下步骤：

(a)将丙烯酸酯使用溶剂溶解形成20-70％质量比的溶液；

(b)将多元醇使用溶剂溶解形成20-70％质量比的溶液；

(c)将异氰酸酯添加溶剂进行溶解，形成20-70％质量比的溶液；

(d)将使用溶剂溶解好的丙烯酸溶液、多元醇溶液及异氰酸酯溶液搅拌均匀，得到丙烯酸改性聚氨酯胶水。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸溶液、多元醇溶液与异氰酸酯溶液按照10：1-2：1-3的质量比搅拌均匀。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸酯是4-羟基丁基丙烯酸酯、丙烯酸-2-羟乙基酯、4-羟基苯甲酰丙烯酸酯中的一种或多种。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯、缩二脲多异氰酸酯中的一种或多种。

另一方面，本发明还提供了一种前述新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备丙烯酸改性聚氨酯胶水；

(2)在高密度芳纶纤维层表面均涂覆所述丙烯酸改性聚氨酯胶水；

(3)将涂覆所述丙烯酸改性聚氨酯胶水的高密度芳纶纤维层经烘道烘干，去除丙烯酸改性聚氨酯胶水中的溶剂，制得带所述胶粘剂的高密度芳纶纤维纸基材；

(4)在所得高密度芳纶纤维纸基材上贴合云母芳纶纤维层，经热压复合后收卷，固化处理后得到复合芳纶纤维材料基材；

(5)在低密度芳纶纤维层表面均涂覆所述丙烯酸改性聚氨酯胶水；

(6)将涂覆所述丙烯酸改性聚氨酯胶水的低密度芳纶纤维层经烘道烘干，去除丙烯酸改性聚氨酯胶水中的溶剂，制得带所述胶粘剂的低密度芳纶纤维纸基材；

(7)在所得低密度芳纶纤维纸基材上贴合步骤(4)所得复合芳纶纤维材料基材的云母芳纶纤维面，经贴合后收卷，固化处理后得到新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸胶水涂布转移方式为微凹、网纹辊或逗号刮刀施胶，施胶量在高密度芳纶纤维层为12-30g/m

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述施胶后的高密度芳纶纤维层和低密度芳纶纤维层表面经过干燥工艺、冷却工艺，包括：所述芳纶纤维层施胶后，经烘道干燥，所述干燥的烘道为3-7节，温度从55℃逐级升至100℃，其中，每节的温度允许有±5℃的公差。其中，生产速度根据烘道长度适当调整。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明采用云母粉与芳纶纤维混合抄纸而成的云母芳纶纸与高密度芳纶纤维以及低密度芳纶纤维进行复合，充分利用了云母的耐电晕优势，提高了材料的局放性能，既利用了高密度芳纶纤维的机械强度及耐电压性能，同时又利用了低密度芳纶纤维的延展性，可以明显弥补纯芳纶纤维耐电晕的缺陷，还可以明显弥补薄膜类复合材料在油冷电机里的因薄膜热裂解或水解导致的机械性能下降的缺陷。

(2)本发明所得的绝缘材料具有较高的绝缘性能，优良的延展性能，优良的耐电动机油性能，同时具有高局放性能，提高了其安全性能，可以使电机长期平稳运行，从而有效的提高了电机运行的安全性及延长了电机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料的结构示意简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。

此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

(a)将4-羟基丁基丙烯酸酯使用丙酮溶解形成50％质量比的溶液；

(b)将多元醇三羟甲基丙烷(TMP)使用丙酮溶解形成40％质量比的溶液；

(c)将甲苯二异氰酸酯使用乙酸乙酯溶剂溶解形成70％质量比的溶液；

(d)将所得4-羟基丁基丙烯酸酯溶液、多元醇溶液及甲苯二异氰酸酯溶液按照10:1:2的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；

(e)在0.18mm的高密度(0.96g/cm

(f)将带所述胶粘剂胶液的高密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的高密度芳纶纤维纸；

(g)在所述带胶粘剂的高密度芳纶纤维纸贴合0.05mm的云母纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到云母芳纶纤维基材；

(h)在0.05mm的低密度(0.71g/cm

(i)将带所述胶粘剂胶液的低密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的低密度芳纶纤维纸；

(j)在所述带胶粘剂的低密度芳纶纤维纸贴合所述的云母芳纶纤维基材，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料。

实施例2

(a)将4-羟基丁基丙烯酸酯使用乙酸乙酯溶解形成50％质量比的溶液；

(b)将多元醇三羟甲基丙烷(TMP)使用乙酸乙酯溶解形成50％质量比的溶液；

(c)将缩二脲多异氰酸酯使用乙酸甲酯溶剂溶解形成75％质量比的溶液；

(d)将所得4-羟基丁基丙烯酸酯溶液、多元醇溶液及缩二脲多异氰酸酯溶液按照20:4:5的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；

(e)在0.13mm的高密度(0.96g/cm

(f)将带所述胶粘剂胶液的高密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的高密度芳纶纤维纸；

(g)在所述带胶粘剂的高密度芳纶纤维纸贴合0.08mm的云母纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到云母芳纶纤维基材；

(h)在0.05mm的低密度(0.69g/cm

(i)将带所述胶粘剂胶液的低密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的低密度芳纶纤维纸；

(j)在所述带胶粘剂的低密度芳纶纤维纸贴合所述的云母芳纶纤维基材，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料。

实施例3

(a)将4-羟基苯甲酰丙烯酸酯使用乙酸乙酯溶解形成35％质量比的溶液；

(b)将多元醇一缩二丙二醇(IPG)使用乙酸乙酯溶解形成40％质量比的溶液；

(c)将异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯使用丙酮溶解形成60％质量比的溶液；

(d)将所得4-羟基苯甲酰丙烯酸溶液、多元醇溶液及缩二脲多异氰酸酯溶液按照15:2:4的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；

(e)在0.18mm的高密度(1.02g/cm

(f)将带所述胶粘剂胶液的高密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的高密度芳纶纤维纸；

(g)在所述带胶粘剂的高密度芳纶纤维纸贴合0.05mm的云母纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到云母芳纶纤维基材；

(h)在0.04mm的低密度(0.71g/cm

(i)将带所述胶粘剂胶液的低密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的低密度芳纶纤维纸；

(j)在所述带胶粘剂的低密度芳纶纤维纸贴合所述的云母芳纶纤维基材，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料。

对比例1

(a)将饱和聚酯树脂使用丙酮溶解形成40％质量比的溶液；

(b)将异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯使用丙酮溶解形成70％质量比的溶液；

(c)将所述饱和聚酯树脂溶液与所述异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯溶液按照8:1的质量比搅拌均匀，得到复合用聚氨酯胶粘剂胶液；

(d)在0.18mm的高密度(0.96g/cm

(e)将带所述胶粘剂胶液的高密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述聚氨酯胶粘剂的高密度芳纶纤维纸；

(f)在所述带胶粘剂的高密度芳纶纤维纸贴合0.05mm的云母纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到云母芳纶纤维基材；

(g)在0.05mm的低密度(0.71g/cm

(h)将带所述胶粘剂胶液的低密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述聚氨酯胶粘剂的低密度芳纶纤维纸；

(i)在所述带胶粘剂的低密度芳纶纤维纸贴合所述的云母芳纶纤维基材，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到绝缘材料。

对比例2

(a)将4-羟基苯甲酰丙烯酸使用乙酸乙酯溶解形成35％的溶液；

(b)将多元醇一缩二丙二醇(IPG)使用乙酸乙酯溶解形成40％的溶液；

(c)将异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯使用丙酮溶解形成60％的溶液；

(d)将所得4-羟基苯甲酰丙烯酸溶液、多元醇溶液及缩二脲多异氰酸酯溶液按照15:2:4的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；

(e)在0.115mm的聚苯硫醚薄膜的两面均涂覆所得丙烯酸改性胶粘剂的胶液，涂胶量为22g/m

(f)将带所述胶粘剂胶液的聚苯硫醚薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的薄膜；

(g)在所述带胶粘剂薄膜的两面分别贴合0.18mm的高密度(0.96g/cm

对比例3

(a)将4-羟基苯甲酰丙烯酸酯使用乙酸乙酯溶解形成35％质量比的溶液；

(b)将多元醇一缩二丙二醇(IPG)使用乙酸乙酯溶解形成40％质量比的溶液；

(c)将异氰酸聚亚甲基聚亚苯基酯使用丙酮溶解形成60％质量比的溶液；

(d)将所述4-羟基苯甲酰丙烯酸溶液、所述多元醇溶液及所述缩二脲多异氰酸酯溶液按照15:2:4的质量比搅拌均匀，得到丙烯酸改性胶粘剂胶液；

(e)在0.18mm的高密度(1.02g/cm

(f)将带所述胶粘剂胶液的高密度芳纶纤维纸基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的高密度芳纶纤维纸；

(g)在所述带胶粘剂的高密度芳纶纤维纸贴合0.05mm的云母纤维纸，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到云母芳纶纤维基材；

(h)在0.04mm的聚苯硫醚薄膜的表面均涂覆所述丙烯酸改性胶粘剂的胶液，涂胶量为9g/m

(i)将带所述胶粘剂胶液的聚苯硫醚薄膜基材经烘道烘干，去除所述改性胶粘剂胶液中的溶剂，制得带所述丙烯酸改性胶粘剂的聚苯硫醚膜；

(j)在所述带胶粘剂的聚苯硫醚膜贴合所述的云母芳纶纤维基材，经80℃热压复合后收卷，固化处理后得到绝缘材料。

测试结果对照

(一)局放测试结果：

(二)耐油测试方案：

(a)取ATF油按照0.5％的体积比例添加去离子水，搅拌均匀；

(b)将试样及对照样分别放入不锈钢罐中；

(c)将搅拌好的含水ATF油倒入放有材料的不锈钢罐中，密封；

(d)将不锈钢罐放入高低温试验箱。

(e)设置测试条件：①25℃→155℃40h→25℃，②25℃→-45℃8h→25℃；①+②为一个循环，总计8个循环，温度升降速率：1～2℃/min。

测试结果如下：

(三)耐热测试方案：

将实施例样品与对比例样品一起放到200℃干燥箱中放置250h后测试机械性能。

测试结果如下：

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。