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Elektrischer Freiluftisolator
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Freiluftisolatoren, wie insbesondere Stütz-, Hänge- und Durchführungsisolatoren, die gute elektrische Eigenschaften besitzen und sich durch hohe Witterungsbeständigkeit auszeichnen.
Zur Herstellung von Freiluftisolationen wurde bisher fast ausschliesslich Porzellan verwendet, da Porzellan gegen Feuchtigkeit absolut unempfindlich ist. Porzellan besitzt aber verschiedene Nachteile. Isolatoren, z. B. aus Porzellan, lassen sich nur sehr schwierig massgenau herstellen. Die Sprödigkeit des Porzellans, die in dem niedrigen Wert für die Schlagzähigkeit zum Ausdruck kommt, wirkt sich auf Transport und Montage ungünstig aus. Infolge seiner Sprödigkeit ist Porzellan auch temperaturempfindlich. Durch extreme Temperaturschwankungen der Atmosphäre können Porzellanisolatoren zerstört werden. Es wurde auch schon versucht, bei der Herstellung von Freiluftisolatoren das Porzellan durch Kunststoff zu ersetzen.
Es hat sich aber gezeigt, dass die bisher für diesen Zweck vorgeschlagenen Kunststoffe, welche günstige elektrische Eigenschaften besitzen, nicht wetterbeständig sind. Witterungseinflüsse, wie Aufnahme von Feuchtigkeit und Einwirkung von ultravioletten Strahlen vermindern Kriechstrom- und Lichtbogenfestigkeit und erhöhen den Coronaeffekt.
In der deutschen Auslegeschrift 1018121 ist ferner ein speziell konstruierter Freiluft-Hochspannungs- verbundisolator beschrieben, dessen tragender Kern aus einem die Zug- und Biegekräfte sowie die dielektrische Beanspruchung übernehmenden Epoxyharzkunststoff besteht, während für den äusseren Mantel ein kriechstromfester, kratz-und witterungsfester Kunststoff, nämlich Melaminharz, gewählt ist, der mechanisch und dielektrisch nur unbedeutend in Anspruch genommen ist. Die Konstruktion eines derartigen Verbundisolators ist relativ umständlich und kostspielig, ferner können für manche konstruktive Ausbildungen von Freiluftisolatoren die relativ schlechten mechanischen und dielektrischen Eigenschaften des den Mantel bildenden Melaminharzes nicht toleriert werden.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass Kunststoffmassen, welche durch Aushärtung von cycloaliphatischen Polyepoxyden mit cycloaliphatischen oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydriden erhalten werden, die oben erwähnten Nachteile nicht aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein elektrischer Freiluftisolator, bei dem mindestens die der Witterung ausgesetzten Teile aus einem witterungsbeständigen Kunststoffmaterial bestehen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das witterungsbeständige Material durch Härtung einer cycloaliphatischen 1, 2-Epoxydverbindung, die eine l, 2-Epoxydäquivalenz grösser als 1 besitzt, mit einem cycloaliphatischen oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydrid als Härtungsmittel erhalten wird.
Unter den als Ausgangsstoffe verwendeten cycloaliphatischen 1, 2-Epoxydverbindungen mit einer Epoxydäquivalenz grösser als 1 sind solche Verbindungen zu verstehen, die auf die Durchschnittszahl des Molekulargewichtes berechnet n Gruppen der Formel
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enthalten, wobei n eine ganze oder gebrochene Zahl grösser als 1 ist. Es kann sich dabei um endständige oder um innere 1, 2-Epoxydgruppen handeln. Von den endständigen l, 2-Epoxydgruppen kommen insbe-
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sondere 1, 2-Epoxyäthyl- oder 1, 2-Epoxypropylgruppen in Betracht. Vorzugsweise handelt es sich um 1, 2-Epoxypropylgruppen, die an ein Sauerstoffatom gebunden sind, d. h. Glycidyläther-oder Glycidyl- estergruppen.
Als Beispiele cycloaliphatischer Polyepoxyde, welche nur endständige 1, 2-Epoxydgruppen enthalten, seien die Verbindungen nachstehender Formeln genannt :
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ferner die halogenhaltigen Epoxydverbindungen der Formeln
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Bei Verwendung bzw. Mitverwendung derartiger Polyepoxyde, die noch Halogen, wie insbesondere Chlor oder Brom enthalten, werden zusätzlich flammhemmende Eigenschaften der gehärteten Harze erhalten.
Verbindungen mit inneren Epoxydgruppen enthalten wenigstens eine 1, 2-Epoxydgruppe in einer aliphatischen Kette
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oder an einem cycloaliphatischen Ring.
Besonders gute Resultate werden erhalten, wenn man solche cycloaliphatische Polyepoxydverbindungen verwendet, die mindestens eine an einem cycloaliphatischen Ring sitzende, innere l. Z-Epoxydgruppe
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enthalten. Genannt seien z. B. epoxydierte cyclische Diene, wie 1, 2,4, 5-Diepoxycyclohexan, Dicyclopentadiendiepoxyd, Limonendiepoxyd und Vinylcyclohexendiepoxyd, ferner cycloaliphatische Epoxy- - äther, Epoxy-ester und Epoxy-acetale mit mindestens einem cycloaliphatischen Fünf- oder Sechsring, an welchem wenigstens eine 1, 2-Epoxydgruppe sitzt, wie beispielsweise die Verbindungen nachstehender Formeln :
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gleichen Giessharzmischung wurden Platten 12 x 12 x 0, 4 cm vergossen und wie oben gehärtet. Eine solche Platte wurde nach DIN 53484 (VDE 0303 Teil 5) auf Lichtbogenfestigkeit geprüft und dabei die hohe Stufe L 4 erreicht. Eine weitere Platte wurde zur Bestimmung der Lichtbeständigkeit während 2000 h dem Xeno-Test unterworfen. Es konnte keine Veränderung der Oberfläche nachgewiesen werden.
Beispiel 2: Es wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, verfahren, jedoch wurden an Stelle von Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel 43 Gew.-Teile Tetrahydrophthalsäureanhydrid (Probe A) oder 47 Gew.-Teile Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid (Probe B) bei zirka 80 bzw. 100 C in der Diepoxydverbindung gelöst. Für Probe C wurde eine Giessharzmischung eingesetzt, die durch Lösen bei zirka 400C von 70 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäureanhydrid in 100 Gew.-Teilen eines bei Raumtemperatur flüssigen Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt von 5, 3 Epoxydäquivalenten/kg (hergestellt durch Umsetzung von Epichlorhydrin mit Bisfp-hydroxyphenylldimethylmethan in Gegenwart von Alkali) erhalten wird.
Je ein Teil der so hergestellten Giessharzmischungen wurde wie im Beispiel 1 zu Isolatoren vergossen und während 24 h bei 140 C ausgehärtet. Die mit den Proben A und B erhaltenen Isolatoren zeigten eine gleich gute Witterungsbeständigkeit wie der gemäss Beispiel 1 hergestellte Isolator. Dagegen zeigte der mit der Probe C hergestellte Isolator nach der Bewitterung eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften und nach dem Xeno-Test während 2000 h eine starke Verfärbung der Oberfläche.
Aus je einem Teil der gleichen Giessharzmischungen wurden Platten 12 X 12 x 0, 6 cm und Giesslinge 4 X 14 x 1 cm vergossen und wie oben gehärtet.
Die an den gehärteten Platten und Giesslingen bestimmten Kriechstromfestigkeiten, Schlagbiegefe- stigkeiten, Biegefestigkeiten und mechanischen Formbeständigkeiten in der Wärme nach Martens (DIN) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt :
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<tb>
<tb> Proben <SEP> Lichtbogen-Schlagbiege-Biegefestigkeit <SEP> mechanische <SEP> Formfestigkeit <SEP> festigkeit <SEP> kg/mm <SEP> beständigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Stufe <SEP> cmkg/cm2 <SEP> Wärme <SEP> nach <SEP> Martens
<tb> (DIN) <SEP> OC <SEP>
<tb> A <SEP> L4 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 175
<tb> B <SEP> L <SEP> 4 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 127
<tb> C <SEP> L1 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 7 <SEP> 93
<tb>
Beispiel 3 :
Es wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, Isolatoren und Platten hergestellt, aber an Stelle von 100 Gew.-Teilen 3, 4-Epoxyhexahydrobenzal-3', 4'-epoxy-l', l'-bis- (oxymethyl)-cyclohe- xan und 45 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäureanhydrid verwendet man in Probe D 100 Gew.-Teile des in der franz.
Patentschrift Nr. 1. 317. 513 (Beispiel 1) beschriebenen Glycerin-bis-8 (oder 9)- [3, 4-epoxy- -tetrahydro-exo-dicyclopentadienyll-äthers mit einem Epoxydgehalt von 4, 9 Epoxydäquivalenten/kg und 56 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel ;
in Probe E 100 Gew.-Teile des von der Firma Röhm und Haas unter der geschützten Markenbezeichnung"AG-13E"verkauften Äthylenglykol- bis- (3, 4-epoxy-tetrahydro-exo-dicyclopentadienyl)-äthers mit einem Epoxydgehalt von 5,05 Epoxyd- äquivalenten/kg und 58 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel ; in Probe F 100 Gew.-Teile der von der Firma Union Carbide unter der geschützten Markenbezeichnung"UNOX-201" verkauften Diepoxydverbindung der Formel
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mit einem Epoxydgehalt von 6, 4 Epoxydäquivalenten/kg und 42 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel und in Probe G 100 Gew.-Teile der in der franz.
Patentschrift Nr. l. 261. 102 (Beispiel 1) beschriebenen Polyepoxydverbindung der Formel
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mit einem Epoxydgehalt von 6, 4 Epoxydäquivalenten/kg und 81, 5 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel. Die Härtung erfolgte bei allen Proben während 24 h bei 140 C + 24 h bei 2000C. Die so erhaltenen Isolatoren zeigen alle eine gleich gute Witterungsbeständigkeit wie der gemäss Beispiel 1 hergestellte Isolator.
Die an den Platten bestimmtenLichtbogenfestigkeiten und Kriechstrom-
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wendet man folgende Giessharzmischungen :
In Probe H wurden 100 Gew.-Teile der im Beispiel 1 verwendeten Diepoxydverbindung mit einem Epoxydgehalt von 6, 2 Epoxydäquivalenten/kg und 75 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel, in Probe J 100 Gew.-Teile des im Beispiel 2 (Probe C) beschriebenen Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt von 5, 3 Epoxydäquivalenten/kg und 77 Gew.-Teile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel eingesetzt.
Beiden Proben wurden 6 Gew.-Teile eines Natriumalkoholates, welches durch Auflösen von 0, 82 Gew.-Teilen Natriummetall in 100 Gew.-Teilen 2, 4-Dihydroxy-3-hy- droxymethyl-pentan bei zirka 1300C erhalten wird, als Beschleuniger, sowie 300 Gew.-Teile des unter der Bezeichnung Quarzmehl "K 8" im Handel erhältlichen Siliciumdioxyds und 50 Gew.-Teile Aluminiumoxydtrihydrat als Füllmittel zugesetzt.
Die Härtungsbedingungen waren für Probe H 6 h bei 1100C und für Probe J 16 h bei 140 C. Der mit Probe H erhaltene Isolator zeigte eine annähernd gleich gute Witterungsbeständigkeit wie der im Beispiel 1 hergestellte Isolator, während der mit Probe J erhaltene Isolator nach der Bewitterung eine Verfärbung der Oberfläche und eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften zeigte.
In der nachfolgenden Tabelle sind die an Hand von Prüfplatten bestimmten Lichtbogenfestigkeiten, mechanischen Formbeständigkeiten in der Wärme nach Martens (DIN) und Biegefestigkeiten der gehärteten Proben H und J gegenübergestellt :
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<tb>
<tb> Probe <SEP> Härtungs-Lichtbogen-Mechanische <SEP> Form-Biegefestigkeit <SEP>
<tb> bedingungen <SEP> festigkeit <SEP> beständigkeit <SEP> in <SEP> der <SEP> kg/mm
<tb> Stunden <SEP> bei <SEP> OC <SEP> Stufe <SEP> Wärme <SEP> nach <SEP> Martens
<tb> (DIN) <SEP> OC
<tb> H <SEP> 6 <SEP> 110 <SEP> L <SEP> 4 <SEP> 138 <SEP> 7, <SEP> 1 <SEP>
<tb> J <SEP> 16 <SEP> 140 <SEP> L <SEP> l <SEP> 110 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
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Probe N wurde erhalten durch Lösen von 88, 5 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäureanhydrid bei 400C in 100 Gew.-Teilen des in der franz.
Patentschrift Nr. 1. 251. 608 (Beispiel 1) beschriebenen Diglycidyl- äthers der allgemeinen Formel
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Der aus Probe N hergestellte Isolator zeigte eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit ; der mit Probe 0 hergestellte Isolator zeigte nach der Bewitterung eine Verfärbung der Oberfläche und eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften.
Die an den Platten bestimmte Lichtbogenfestigkeit ergab für die gehärtete Probe N die höchste Stufe L 4 und für die gehärtete Probe 0 die tiefste Stufe L 1.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Freiluftisolator, bei dem mindestens die der Witterung ausgesetzten Teile aus einem witterungsbeständigen Kunststoffmaterial bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass das witterungsbeständige Material durch Härtung einer cycloaliphatischen 1, 2-Epoxydverbindung, die eine J., 2-Epoxydäquiva- lenz grösser als 1 besitzt, mit einem cycloaliphatischen oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydrid als Härtungsmittel erhalten wird.