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Elektrisches Isoliermaterial
Die vorliegende Erfindung betrifft Isoliermaterialien und insbesondere Isoliermassen für ultra-hochfrequenztechnische Zwecke.
Gegenstand der Erfindung ist ein Isoliermaterial, welches bei Ultra-Hochfrequenzen niedrige Isolationsverluste und bei verbessertem Leistungsfaktor und verbesserter Dielektrizitätskonstante eine vorzügliche Alterungscharakteristik aufweist. Das erfindungsgemässe Isoliermaterial hat im Vergleich zu anderen Isoliermassen besonders bei niedrigen Temperaturen eine bessere Biegsamkeit ; es ist ein synthetisches Isoliermaterial besonderer Beständigkeit und neigt bei hohen Temperaturen nur wenig zum Abbau.
Es war bisher möglich, synthetische Isoliermassen zu erzeugen, welche bei Ultra-Hochfrequenzen wohl gut verwendbar sind, jedoch bei hohen Temperaturen, wie z. B. bei über 700 C, infolge Oxydation, Plastizitätsver- minderung, Phasenumkehr usw. hart und brüchig werden. Auch sind schon polymerisierte Isolier- stoffe, die durch hohe Temperaturen kaum abge- baut werden, erzeugt worden, doch sind diese
Massen wegen ihrer schlechten elektrischen Eigen- schaften für Ultra-Hochfrequenzen nicht ver- wendbar.
Das erfindungsgemässe Isoliermaterial ist bei hohen Temperaturen beständig und hat bei
Ultra-Hochfrequenz verbesserte dielektrische
Eigenschaften. Unter Ultra-Hochfrequenzen werden Frequenzen im Bereich von 100 bis 3000
Mega-Hertz verstanden, doch eignet sich die erfindungsgemässe Isoliermasse auch zur Ver- wendung bei niedrigen Frequenzen.
Die Erfindung beruht vor allem auf der be- sonderen Mischung eines polymerisierten, aro- matischen Vinylkohlenwasselstoffes, eines niedrig- molekularen und eines hochmolekularen poly- merisierten Monoolefins, sowie eines zyklisierten
Kautschuks, welche an sich als Isolierstoffe be- kannten Komponenten in einer geeigneten Vor- richtung, beispielsweise in einem"Banbury"-
Mischer, vermischt werden ; diese Mischung wird in einer Kautschuk- oder Kunststoff-Wahmühle im kalten Zustande stark durchgearbeitet.
Nach Bedarf können als Presshilfsmittel Kohlenwasser- stoffe wie Paraff nwachs, Zeresinwachs usw. zugese'tf werden
Das et ssndroy gemässe Isoliermaterial besteht aus einer im wesentlichen homogenen Mischung folgender Substanzen, u. zw. im wesentlichen in den angegebenen Gewichtsverhältnissen : zyklisierter Kautschuk............ 5-20% ein polymerisiertes aliphatisches Monoolefin vom ungefähren mittleren Molekulargewicht 12. 000..........,. 10-30 ein polymerisiertes aliphatisches Monoolefin vom ungefähren mittleren Molekulargewicht 60. 000-120. 000... 10-30% ein polymerisierter aromatischer Vinylkohlenwasserstoff vom ungefähren mittleren Molekulargewicht 70. 000... 30-55%.
Eine sehr geeignete Mischung besteht z. B. aus 10 Gew.-Teilen zyklisierten Kautschuk, 20 Teilen Polyisobutylen von mittleren Molekulargewicht 12.000, 20 Teilen Polyisobutylen von mittlerem Molekulargewicht 100.000, 50
Teilen Polystyrol von mittlerem Molekular- gewicht 80.000 und 2 Teilen Paraffinwachs.
Im"Banbury"-Mischer werden diese Materialien zu einer gleichmässigen Masse vermischt, durch besonders konstruierte Rotoren zerrissen, wobei sich die Masse durch Reibung erhitzt. Das
Material ist mit einem Gewicht beschwert, um zu gewährleisten, dass es gänzlich zerkleinert wird.
Während des Mischprozesses steigt die
Temperatur der Masse im Mischer ungefähr bis auf 160 C ; nach gründlicher Durchmischung wird sie in eine Kaltwalzmühle übertragen, wo sie sich rasch auf zirka 30 C abkühlt. Das
Material wird kräftig kaltgewalzt, um eine gründ- liche Verteilung des Polystyrol zu gewährleisten.
Die Verwendung von Polyisobutylenen zweier verschiedener Molekulargewichte und der Zusat2 von 10% zyklisiertem Kautschuk an Stelle des gebräuchlicheren Schaumgummis hat erfindungs- gemäss besondere Vorteile des Isolierungsmaterial : zur Folge.
Es ist anzunehmen, dass das niedrigmolekulart
Polyisobutylen das hochmolekulare Isobutyler plastisch macht und ein plastisches Material vor kleiner Struktur ergibt. Der zyklisierte Kautschul
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ist in der Mischung löslich und wirkt in dieser als Versteifungsmittel und wahrscheinlich zusätzlich als Bindemittel zwischen den dispergierten Polystyrolteilchen und dem Polyisobutylenanteil. Die beschriebene Mischung zeigt bei erhöhten Temperaturen keine Aggregatbildung von Polystyrolteilchen und beim Biegen keine Brüchigkeit wie dies vergleichsweise bei den bisher entwickelten Isoliermassen der Fall ist.
Der Gehalt an dem niedrigmolekularen Polyisobutylen hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Mischung bei tiefer Temperatur biegsam ist, während sie der hohe Gehalt an dem inerten Füllstoff, nämlich Polystyrol, bei erhöhten Temperaturen hart macht. So zeigt z. B. eine wie oben hergestellte Masse bei-40 C keine Brüchigkeit, während sie durch siebentägiges Erhitzen auf 75 C weder deformiert noch erweicht wird.
Die oben angegebenen Bestandteile der Mischung verleihen dieser im Vergleich zu anderen Isoliermassen bei Ultra-Hochfrequenzen einen verbesserten Leistungsfaktor und eine verbesserte Dielektrizitätskonstante. So hat beispielsweise die besprochene Mischung einen Leistungsfaktor von zirka 0. 0007 und eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 2-40, wenn bei 100 MegaHertz gemessen wird.
An Stelle von Polyisobutylenen und Polystyrol können auch andere polymerisierte aliphatische Monoolefine und polymerisierte aromatische Vinylkohlenwasserstoffe verwendet werden. So sind von aliphatischen Mcuoolenncn ganz allgemein die Polymeren von Äthylen, Butylen, Propylen, Amylen, Hexylen, Heptylen, Octylen, Nonylen und Decylen verwendbar, wobei Polyisobutylen und Polyäthylen bevorzugt werden. Zu den brauchbaren polymerisierten, aromatischen Vinylkohlenwasserstoffen gehören polymerisiertes Paramethylstyrol, polymerisiertes Vinylnaphthalin, die Copolymeren von Styrol mit α-Methyl-p-methylstyrol usw.
Als zyklisierter Kautschuk kann ein zäher, horniger, biegsamer und im wesentlichen reiner zyklisierter Kohlenwasserstoffkautschuk mit einem
Leistungsfaktor von 0-00019 (bei 1000 Kilo-Hertz) und einer Dielektrizitätskonstante von 3-49 ver- wendet werden ; dieser ist in der U. S. A.-Patent- schrift Nr. 2,321. 764 als "praktisch reiner, chlor- freier und keine andere als die normal vorhandene
Verunreinigung aufweisender zyklisierter Kaut-
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und 2,270. 930 beschrieben.
Bezüglich des Prozentgehaltes an aromatischem Vinylkohlenwasserstoff, beispielsweise Polystyrol, wurde gefunden, dass dieser nicht unter 40% liegen soll, wenn eine gute Beständigkeit bei erhöhten Temperaturen gefordert wird und andererseits 55"o nicht übersteigen darf, soll ein Hartwerden nach längerem Erhitzen auf hohen Temperaturen vermieden werden ; ist eine grosse Beständigkeit gegen hohe Temperaturen nicht wesentlich, so kann der Gehalt an Polystyrol bis auf 30" u herabgesetzt werden. Bei Verwendung eines 50 kg"Banbury"-Mischers werden für verschiedene Prozentgehalte an Polystyrol beispiels-
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A. 30 Gew.-T. 25 Gew.-T. 25 Gew.-T. 20 Ges.-T.
B. 45Gew.-T. 21 Gew.-T. 21 Gew.-T. 13 Ges.-T.
C. 55 Gew.-T. 20 Gew.-T. 20 Gew.-T. 5 Ges.-T.
Es wird bemerkt, dass beste Resultate erhalten werden, wenn der Gehalt an zyklisiertem Kautschuk in Abhängigke :'om Polystyrolgehalt variiert wird, so dass die Gumme dieser beiden
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ist eeit, derartige Monoolefin mit Molekulargewichten von 60.000 bis 120.000 geeignet. Das Molekulargewicht des niedrigmolekularen Polyisobutylens beträgt in den aufgezeigten Beispielen rund 12.000 und das des Polystyrols zirka 80.000.
Diese Zahlen sind aber nur Hinweise auf den gewünschten oder bevorzugten Molekulargewichtsbereich. Zur Bestimmung des Molekulargewichtes der verwendeten Hochpolymeren dient zweckmässigerweise die viskosimetrische Methode nach Staudinger.
Es ist auch möglich, der beschriebenen Isoliermasse mineralische Füllstoffe zuzusetzen, doch werden durch diese die elektrischen Eigenschaften notwendigerweise gegenteilig beeinflusst. So würde z. B. eine als Dielektrikum für Frequenzen bis 3000 Mega-Hertz geeignete Mischung durch Zusatz mineralischer Füllstoffe in ihrer Anwendung auf den Bereich von ungefähr 100 MegaHertz beschränkt werden. Ist die Masse nicht für hochfrequenztechnische Zwecke gedacht, können
Füllstoffe wie Talk, speziell behandelter Ton usw., zugesetzt werden.
. PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Isolierungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einer im wesent- lichen homogenen Mischung folgender Substanzen, u. zw. im wesentlichen in den angegebenen
Gewichtsverhältnissen, besteht : zyklisierter Kaut- schuk 5-20%, ein polymerisiertes aliphatisches
Monoolefin vom ungefähren mittleren Molekular- gewicht 12.000 10-30%, ein polymerisiertes aliphatisches Monoolefin vom ungefähren mitt- leren Molekulargewicht 60.000 bis 120. 000 10-30%, ein polymerisierter aromatischer Vinyl- kohlenwasserstoff vom ungefähren mittleren Mole- kulargewicht 80.000 30-55%.
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