Verwendung eines organischen, polymerisierbaren Kunststoffes zur Umhüllung elektrischer Bauelemente
Mit vorliegender Erfindung kann durch Verwendung geeigneter Kunststoffe und Füllstoffe, die Feuchtigkeitsdichtigkeit bzw. die Spannungsfestigkeit von Umhüllungen elektrischer Bauelemente, insbesondere Kondensatoren, Spulen, Widerstände, Richtleiter und dergleichen, wesentlich erhöht werden.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Durchlässigkeit für die Feuchtigkeit wesentlich von der Molekularbeweglichkeit innerhalb des Umhüllungsmateaals abhängig ist. Um insbesondere diese Molekularbeweglichkeit herabzusetzen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, einen organischen, polymerisierbaren, aus Kettenmolekülen aufgebauten Kunststoff zusammen mit anorganischen, aktiven Füllstoffen zur Umhüllung elektrischer Bauelemente zu verwenden. Auf Grund dieser sogenannten aktiven Füllstoffe, bei denen es sich um Teilchen mit nicht abgesättigten Valenzen handelt, wie sie beispielsweise im Buch von R. Houwink Elastizität, Plastizität und Struktur der Materie , Seiten 192/193, beschrieben sind, entsteht eine Vernetzung zu weniger beweglichen Makromolekülen, was zu einer hohen Wasserdichtigkeit derartiger Verbindungen führt.
Diese Erkenntnis hat insbesondere zu dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung geführt, bei der die Feuchtigkeitsdichte bzw. die elektrische Spannungsfestigkeit von Umhüllungen elektrischer Bauelemente durch Herabsetzung der Molekularbeweglichkeit bzw. der Ladungsträgerbeweglichkeit mittels Vernetzung der verwendeten anorganischen aktiven Füllstoffe miteinander bzw. mit den verwendeten organischen Kunststoffen erhöht werden kann.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert. Zunächst wird vorgeschlagen, solche anorganische aktive Füllstoffe zu verwenden, bei denen wenigstens ein den Füllstoff bildendes Element ein hohes Atomgewicht, insbesondere über 25, möglichst aber über 50 hat, weil dadurch die Beweglichkeit der Moleküle weiter herabgesetzt wird.
Zum Beispiel kann ein thermoplastischer Kunststoff, z. B. Polystyrol, mit einem aktiven Bleioxydpulver entsprechender Feinheit und Menge, vorzugsweise mit PbO- oder Pb3O4-Pulver, gefüllt sein.
Auch die Verwendung von härtbaren Kunststoffen, z. B. Polyestern mit den genannten aktiven Füllstoffen hat sich bei durchgeführten Versuchen als sehr geeignet erwiesen. In diesen Fällen empfiehlt es sich ferner, für die Bildung der Polyestersäuren, z. B. Karbonsäuren mit drei Karboxylgruppen, zu verwenden, um auf diese Weise eine feste Hauptvalenzenbindung mit dem Füllstoff im Metalloxyd, z. B. mit Kaolin-Zink-Oxyd-Füllstoffen, herbeizuführen. Schliesslich können anstelle von Polyestern auch andere aushärtbare, insbesondere weniger wasseraufnehmende polymerisierbare Stoffe, wie z. B.
Vinylcarbazol oder Athoxylinharze, z. B. mit Kaolin Zink-Oxyd-Füllung verwendet werden, die vermutlich infolge ihres hohen Klebevermögens in Verbindung mit den sich mit ihnen vernetzenden Füllstoffen zu einer sehr hohen Feuchtigkeitsdichte führen.
Natürlicherweise spielt auch die Grösse des Füllstoffkornes und die beigefügte Füllstoffmenge eine wichtige Rolle. Es erweist sich als vorteilhaft, beispielsweise das Füllstoffkorn möglichst klein zu machen. Eine Grenze ist in der Verarbeitungsmöglich- keit gegeben. Besonders vorzuziehen ist auch eine kolloidale Grössenordnung, bei der der mittlere Durchmesser möglichst gleich der mittleren Mole kularlänge des verwendeten Kunststoffes ist. Der Mengenanteil der aktiven Füllstoffe im Umhüllungs material kann mindestens 40, vorzugsweise 50 bis 60 Volumenprozent betragen. Massen mit so hohen Füllstoffzusätzen lassen sich leicht zu Umhüllungszwecken wegen ihrer verminderten Abfliessfähigkeit infolge Schlamm-, Pasten- oder Teig-Konsistenz verarbeiten.
Es kommen Tauch-, Spritz- und Pressverfahren zur Anwendung.
Zusätzlich zu der Bindung der Füllstoffe mit den Kunststoffen der Umhüllungsmasse empfiehlt sich vielfach auch die Verwendung von Füllstoffen, die sich unter Wasserabbindung verfestigen, z. B. von Zementen.
Bei der Wahl der verschiedenen Stoffe zur Verwendung als Umhüllungsmaterial ist ferner zweckmässigerweise darauf zu achten, dass im Umhüllungsmaterial die sauren bzw. basischen Restgruppen des Kunststoffes durch basische oder saure Füllstoffe abgebunden werden, und damit gleichzeitig die etwaige korrodierende Wirkung dieser Gruppen verhindert ist. Dies ist z. B. vor allem bei der Umhüllung von elektrischen Bauelementen mit korrosionsempfindlichen Metallteilen, insbesondere bei Kondensatoren mit aufmetallisierten dünnen Belegungsschichten, von Wichtigkeit. Schliesslich wird die Verwendung von Kunststoffen möglichst hohen Erweichungspunkten vorgeschlagen.
Nachfolgend wird die Herstellung einer Kunststoffmasse zur Verwendung als Kunststoffumhüllung hoher Feuchtigkeitsdichte und Spannungsfestigkeit für elektrische Bauelemente, insbesondere Kondensatoren, beschrieben. Es werden folgende Ausgangsstoffe verwendet:
Für die organische Grundmasse (organische polymerisierbare, aus Kettenmolekülen aufgebaute Kunststoffe) dient als Ausgangsmaterial: durch Veresterung von ungesättigten Dicarbonsäuren wie Maleinsäure, Fumarsäure, mit zweiwertigen Alkoholen, wie Butylenglykol, gebildete Polyester und leicht polymerisierbare flüssige Monomere, wie Styrol, Vinylacetat oder Acrylnitril, sowie ein Katalysator und ein Beschleuniger, für die anorganischen aktiven Füllstoffe: z. B. aktives Zinkoxyd und Kaolin.
Im Ausführungsbeispiel werden dem gebildeten Polyester aus Maleinsäure und Butylenglykol 300/0 (bezogen auf den Polyester) Styrol und 5 ovo Benzoylperoxyd als Katalysator und 0,5 0/o Kobaltnaphtenat als Beschleuniger zugesetzt. Zu dieser organischen Grundmasse werden 700/0 (bezogen auf die Menge des Polyesters) aktives Zinkoxyd und 160 /o aktiver Kaolin als Füllstoff zugegeben. Die nun gebildete Mischung ist von teigiger Konsistenz und gut verarbeitbar. Sie wird als Fell um den Kondensatorwickel gelegt und bei einer Temperatur von 1400 C verpresst. Die Masse polymerisiert unter sehr starker Vernetzung; sie ist in 15 Sekunden gehärtet.
Die zusätzliche Verfestigung der Masse durch anorganische aktive Füllstoffe, z. B. aktives Zinkoxyd, lässt sich durch Dichtigkeitsprüfungen nach- weisen. Die Verwendung der erfindungsgemässen Masse als Umhüllung bei Kondensatoren hat bei der praktischen Erprobung überraschend gute Ergebnisse gebracht. Die Lebensdauer der Kondensatoren, die ja weitgehend von einer feuchtigkeitsdichten Umhüllung abhängt, liess sich beträchtlich erhöhen. Es besteht natürlich die Möglichkeit, die hier im Ausführungsbeispiel genannten Substanzen in bezug auf die organische Grundsubstanz und die anorganischen Füllstoffe zu variieren und Substanzen zu verwenden, die in gleicher Weise bei der Vernetzung Hauptund Nebenvalenzen betätigen. Verschiedene Substanzen dieser Art sind in der Beschreibung genannt.
Use of an organic, polymerizable plastic to encase electrical components
With the present invention, through the use of suitable plastics and fillers, the moisture tightness or the dielectric strength of sheaths of electrical components, in particular capacitors, coils, resistors, directional conductors and the like, can be significantly increased.
The invention is based on the consideration that the permeability for moisture is essentially dependent on the molecular mobility within the covering material. In order to reduce this molecular mobility in particular, it is proposed according to the invention to use an organic, polymerizable plastic made up of chain molecules together with inorganic, active fillers to encase electrical components. Because of these so-called active fillers, which are particles with unsaturated valences, as described, for example, in R. Houwink's book Elasticity, Plasticity and Structure of Matter, pages 192/193, there is a crosslinking to less mobile ones Macromolecules, which leads to a high level of water tightness of such compounds.
This knowledge led in particular to the proposal of the present invention, in which the moisture density or the electrical dielectric strength of sheaths of electrical components are increased by reducing the molecular mobility or the charge carrier mobility by means of crosslinking the inorganic active fillers used with one another or with the organic plastics used can.
The invention is explained in more detail below by means of examples. First of all, it is proposed to use inorganic active fillers in which at least one element forming the filler has a high atomic weight, in particular over 25, but if possible over 50, because this further reduces the mobility of the molecules.
For example, a thermoplastic material, e.g. B. polystyrene, be filled with an active lead oxide powder of the appropriate fineness and quantity, preferably with PbO or Pb3O4 powder.
The use of curable plastics, e.g. B. Polyesters with the active fillers mentioned has proven to be very suitable in tests carried out. In these cases, it is also recommended for the formation of the polyester acids, for. B. carboxylic acids with three carboxyl groups, to use in this way a firm major valence bond with the filler in the metal oxide, e.g. B. with kaolin-zinc-oxide fillers. Finally, instead of polyesters, other curable, in particular less water-absorbing polymerizable substances, such as. B.
Vinyl carbazole or ethoxylin resins, e.g. B. be used with kaolin zinc oxide filling, which presumably lead to a very high moisture density due to their high adhesive power in connection with the fillers that cross-link with them.
The size of the filler grain and the amount of filler added naturally also play an important role. It has proven to be advantageous to make the filler grain as small as possible, for example. There is a limit to the processing options. Particularly preferred is also a colloidal order of magnitude in which the mean diameter is as close as possible to the mean molecular length of the plastic used. The proportion of active fillers in the wrapping material can be at least 40, preferably 50 to 60 percent by volume. Masses with such high filler additions can easily be processed for wrapping purposes because of their reduced flowability due to the consistency of sludge, paste or dough.
Dipping, spraying and pressing processes are used.
In addition to the binding of the fillers with the plastics of the coating compound, the use of fillers that solidify under water binding is also recommended in many cases, e.g. B. of cements.
When choosing the various substances for use as wrapping material, it is also advisable to ensure that the acidic or basic residual groups of the plastic in the wrapping material are bound by basic or acidic fillers, and thus at the same time the possible corrosive effect of these groups is prevented. This is e.g. B. especially when encasing electrical components with corrosion-sensitive metal parts, especially in the case of capacitors with metallized thin coating layers, of importance. Finally, the use of plastics with the highest possible softening points is proposed.
The production of a plastic compound for use as a plastic casing with high moisture density and dielectric strength for electrical components, in particular capacitors, is described below. The following raw materials are used:
The base material for the organic base material (organic polymerizable plastics made up of chain molecules) is: polyester formed by esterification of unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, with dihydric alcohols such as butylene glycol, and easily polymerizable liquid monomers such as styrene, vinyl acetate or acrylonitrile, as well a catalyst and an accelerator, for the inorganic active fillers: e.g. B. active zinc oxide and kaolin.
In the exemplary embodiment, styrene and 5 ovo benzoyl peroxide as a catalyst and 0.5% cobalt naphtenate as an accelerator are added to the polyester formed from maleic acid and butylene glycol 300/0 (based on the polyester). 700/0 (based on the amount of polyester) of active zinc oxide and 160 / o of active kaolin are added to this organic base material as filler. The mixture now formed has a doughy consistency and is easy to process. It is put around the condenser coil as a skin and pressed at a temperature of 1400 C. The mass polymerizes with very strong crosslinking; it cures in 15 seconds.
The additional consolidation of the mass by inorganic active fillers, e.g. B. active zinc oxide can be detected by leakage tests. The use of the composition according to the invention as a casing for capacitors has produced surprisingly good results in practical testing. The service life of the capacitors, which depends largely on a moisture-proof casing, could be increased considerably. It is of course possible to vary the substances mentioned here in the exemplary embodiment with regard to the organic base substance and the inorganic fillers and to use substances which act in the same way in the crosslinking of major and minor valences. Various substances of this type are mentioned in the description.