CH355825A - Process for the production of components from inorganic fiber material and an aqueous suspension - Google Patents

Process for the production of components from inorganic fiber material and an aqueous suspension

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CH355825A
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CH
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German (de)
Inventor
H Vondracek Charles
C Westervelt Dean
F Hofmann Charles
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/48Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances fibrous materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/34Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders
    • C04B28/346Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders the phosphate binder being present in the starting composition as a mixture of free acid and one or more phosphates

Description

  

  Verfahren     zur    Herstellung von Bauteilen aus anorganischem Fasermaterial  und einer wässerigen     Suspension       Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren  zur Herstellung von Bauteilen aus einem anorgani  schen Fasermaterial und einer     wässrigen    Suspen  sion durch Imprägnieren und Trocknen einer     Fa-          serstoffbahn    und Aushärten der aus Stücken der  Bahn geformten Bauteile unter Wärme. Solche Bau  teile können Temperaturen bis zu 500 C und mehr  aushalten, ohne dass Blasenbildung, Absplitterung  oder andere Fehler auftreten.  



  Früher sind bereits zahlreiche ähnliche Bauteile  für die Verwendung als .elektrische Isolatoren vorge  schlagen worden. In der Elektroindustrie werden  aber elektrische     Isolierkörper    benötigt, welche rela  tiv lange bei hohen Temperaturen, z. B. bei 500  C  und höher, zufriedenstellend funktionieren, ohne  Blasen zu bilden oder abzusplittern.  



  Nach der Erfindung verwendet man zum Im  prägnieren eine wässerige Suspension, die minde  stens ein Aluminiumphosphat,     Phosphorsäure    und  einen festen anorganischen feinverteilten Füllstoff  enthält.  



  Nach einer bevorzugten Ausführungsform des  erfindungsgemässen Verfahrens werden geschich  tete Bauteile hergestellt durch Imprägnieren einer  Vielzahl von Lagen von anorganischem Fasermate  rial mit einer     flüssigen    Suspension, die vorzugsweise       folgende        Zusammensetzung        hat:    2     bis        36        Gew.%     Aluminiumphosphat, 2 bis 36     Gew        19/o    Phosphor  säure, 10 bis 80     Gew.o/o    Füllstoff von festen an  organischen     Feststoffpartikelchen    und den Rest  Wasser.

   Die imprägnierten     Faserstoffbahnen    wer  den dann aufeinandergelegt und unter Hitze und  Druck miteinander zu einem einheitlichen Körper  vereinigt.    Im     einzelnen    ;werden diese geschichteten Bau  teile     vorteilhaft    dadurch hergestellt, dass eine Bahn  aus anorganischem faserigem Material, wie z. B.  Glasgewebe, mit der beschriebenen flüssigen Suspen  sion     in    einem     Imprägnierungsverhältnis    von -1,5 bis  6,0 imprägniert wird.

   Der Ausdruck      Imprägnie-          rungsverhältnis ,    wie er in der vorliegenden Be  schreibung benutzt wird, bezieht sich auf das Ver  hältnis des Gewichtes des unbehandelten Gewebes  plus Gewicht der     ungetrockneten        Suspeinslon,     welche in das Gewebe imprägniert wird, zum Ge  wicht des unbehandelten Gewebes. Der Feuchtig  keitsgehalt des imprägnierten Gewebes wird dann  auf ungefähr 6 bis 10     Gew.o/o    reduziert, wodurch  sich die Imprägnierung im wesentlichen trocken an  fühlt. Dies kann leicht erreicht werden, entweder  indem man das imprägnierte Gewebe mehrere Tage  an der Luft liegen lässt oder indem man es ge  nügend lange, im allgemeinen 5 bis 15 Min., bei  60 bis l00  C hält.  



  Das trocken scheinende imprägnierte Gewebe  wird dann     in    mehrere Blätter geschnitten, welche  aufeinandergelegt und z. B. in eine Presse gegeben  werden, wo sie beispielsweise bei einem Druck von  3,5 bis 70     kg,,'cm'2    und einer Temperatur von 40  bis 100  C während 5 Min. bis zu mehreren Stunden  je nach der Grösse des hergestellten Bauteils ver  formt werden. Der     Schichtstoff    wird dann z. B.       in        einem    Ofen -vorzugsweise bei 200 bis 500 C   während mehrerer Minuten bis     mehrerer    Stunden  vollständig ausgehärtet. Auch Temperaturen über  500  C, z.

   B. 1000 und 1200  C, können, wenn ge  wünscht, angewendet werden, jedoch ist eine Tem  peratur von 500  C zufriedenstellend, da dies die      Temperatur ist, bei der der fertige Schichtstoff ein  gesetzt werden soll.  



  Diese erfindungsgemässen geschichteten Bauteile  eignen sich für die     Verwendung    als Bestandteil in  Flugzeugen und in ferngelenkten Geschossen, wie  z. B. als Röhren, Raketendüsen.  Die Erfindung bezieht sich auch auf geschich  tete Bauteile mit hervorragenden, elektrisch isolieren  den Eigenschaften, wie z. B.     Sperrschichtrohre,     Keile und dgl. Diese Bauteile sind also für eine  längere     Verwendung    bei Temperaturen von     50011C     und höher geeignet.  



  Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden  in der     Imprägnierungssuspension        Aluminiumphos-          phate    benutzt. Solche Aluminiumphosphate sind z. B.       Aluminium-ortho-phosphat        AIPO4,        Alumimiummono-          hydrogen-phosphat        Al2(HP04)3    und     Aluminium-          dihydrogen-phosphat        AI(HZP04)3.    Auch Mischungen  von zwei oder mehreren hiervon können eingesetzt  werden.  



  Aluminiumphosphat     wird    in der wässerigen       Imprägnierungssuspension    angewendet, und zwar  z. B. in Mengen von ungefähr 10 bis 40     Gew        "/o,     vorzugsweise 18 bis 23     Gew        fl/oa.     



  Als Phosphorsäure, wie sie in die     Imprägnierungs-          suspension    eingebracht werden kann, eignet sich  nicht nur     Orthophosphorsäure    der Formel     H.,P04     (85     o/oig),    sondern auch     Pyrophosphorsäure    der For  mel     H4P207    und     Metaphosphorsäure    der Formel       (HP03),.    Die     letzteren        zwei    Säuren     bilden        Ortho-          phosphorsäure,    sobald sie in das Wasser einge  bracht sind.  



  Die Phosphorsäure wird zusammen mit Alumi  niumphosphat und Wasser in der beschriebenen       Imprägnigrungssuspension,    z.     B.    in     Mengen    von  ungefähr 10 bis 40     Gew.o/o,    vorzugsweise 27 bis  30     Gew        o/oa,    angewendet.  



  Für die Verwendung bei Temperaturen von  500 C und höher geeignete zufriedenstellende Bau  teile werden nicht erhalten, wenn das anorgani  sche Fasermaterial nur mit einem wässerigen Ge  misch von Aluminiumphosphat und Phosphorsäure       imprägniert    wird. Es muss vielmehr     ein    fester an  organischer     feinverteilter    Füllstoff in der Imprä  gniersuspension vorhanden sein. Wie wichtig die  Gegenwart dieses     Füllstoffes    ist, zeigt sich daran,  dass ein herkömmlicher Bauteil, der keinen an  organischen Füllstoff enthält, während oder nach  der Warmhärtung rissig wird.

   Der Mechanismus,  nach welchem sich diese Füllstoffe mit der wässe  rigen Suspension von     Aluminiumphosphat    und  Phosphorsäure verbinden oder reagieren, ist zur  Zeit noch nicht aufgeklärt. Jedoch zeigen Schicht  stoffe, welche den Füllstoff     nicht        enthaltet:,    eine  geringe     Hitzeschockbeständigkeit    und eine geringe  mechanische Schlagfestigkeit. Ferner     werden    in  Abwesenheit von anorganischem Füllstoff die Bau  teile so feuchtigkeitsempfindlich, dass sie Wasser  absorbieren, wobei die Bindung zwischen den auf  einanderfolgenden Schichten zerstört wird, wodurch    der Bauteil bröcklig wird, was die Isoliereigen  schaften des geschichteten Bauteiles meist voll  ständig zerstört.  



  Geeignete anorganische Füllstoffe, die in der  wässerigen Suspension neben Aluminiumphosphat  und Phosphorsäure im erfindungsgemässen Ver  fahren verwendet werden, sind die Oxyde und  Silicate von     Calcium,    Barium, Magnesium, Cad  mium, Aluminium, Zink, Blei und Titan. Diese       Füllstoffe    können allein oder im Gemisch von zwei  oder mehreren angewendet werden. Der Füllstoff  kann zusammen mit den anderen     Komponenten     der flüssigen     Imprägnierungssuspension,    z. B. in  Mengen von 10 bis 80     Gew.o/o,    angewendet wer  den.

   Die Teilchen sollen vorteilhaft eine durch  schnittliche Grösse von 5 bis 150     Mikron    haben,  vorzugsweise 5 bis 75     Mikron.    Wenn die Partikel  chen kleiner als 5     Mikron    sind, wird die Imprä  gnierung für eine bequeme Verarbeitung in den  kommerziellen Apparaturen     zu        thixotrop.     



  Eine geeignete Vorrichtung zur Ausübung des       Imprägnierens    und     Trocknens    gemäss dem erfin  dungsgemässen Verfahren ist schematisch in     Fig.l     der Zeichnung dargestellt. Hier zeigt 10 eine Rolle  eines anorganischen Fasermaterials, aufgewickelt  auf .eine Walze 12. Das anorganische faserige Ma  terial kann aus Glasgewebe, Glaspapier, Glasmatte,  Asbestgewebe, Asbestpapier, Asbestmatte, Quarz  matte und Mischungen von zwei oder mehreren  anorganischen Fasern bestehen.  



  Das Fasermaterial 10, z. B. Glasgewebe, wird  von der Walze 12 abgewickelt, über eine Rolle 14  und unter eine Rolle 16 geleitet, die in einem  Trog 18, der die flüssige     Imprägnierungssuspen-          sion    20 enthält, aufgehängt ist. Die Suspension kann  z. B. enthalten: 7,5     Gew:o/o    Aluminiumphosphat,  17,5     Gew        11/a    Phosphorsäure, 25     Gew.o/o    Wasser und  50     Gew:o/a    des Füllstoffes.     Letzterer    ist zusammen  gesetzt aus gleichen Mengen     Calciumsilicat    und  Aluminiumoxyd mit einer durchschnittlichen Teil  chengrösse von 10 bis 15     Mikron.     



  Das Gewebe 10 wird mit der Suspension 20  in dem Trog 18 in einem     Imprägnierungsverhältnis     von 1,5 zu 6,0 imprägniert.  



  Das imprägnierte Gewebe 22 wird dann durch  einen Ofen oder einen Trockenturm 24     -,geleitet,     der mit einer genügenden Anzahl Heizelemente 26  versehen ist, um den Feuchtigkeitsgehalt des im  prägnierten Gewebes 22 auf ungefähr 6 bis     10 /v     zu reduzieren, wobei sich das Gewebe 28 nach  Verlassen des Turmes trocken     anfühlt.    Das ge  trocknete Gewebe 28 wird über die Rollen 30 und  32 und unter eine Rolle 34 geleitet und wird dann  zur Aufbewahrung auf eine Rolle 36 gewickelt.  



  Für die weitere Verarbeitung nach dem erfin  dungsgemässen Verfahren wird das imprägnierte  Glasgewebe 28 von der Rolle 36 abgenommen und  in Blätter von bestimmtem     Fo;mat    geschnitten.  Mehrere der genannten Blätter werden dann auf  einandergelegt und teilweise in einer Presse bei      geeigneter Wärme und Druck gehärtet. Dies kann  bequem ausgeführt werden, indem man die auf  einandergelegten Blätter einem Druck von 3,5 bis  70 kg     cm2    während ungefähr 5 Min. bis zu meh  reren Stunden und einer Temperatur von 40 bis       10011C    aussetzt.

      Im allgemeinen sollen     Bauteile    von Abmessun  gen von ungefähr 12,7 mm Dicke und 77,5     cm2     Fläche einem Druck von ungefähr 3,5     kg,'cm2    bei  einer Temperatur von etwa 70 bis 80 C während  einer Stunde ausgesetzt werden.  



  Der teilweise gehärtete Bauteil wird dann aus  der Presse genommen und durch Einbringen in  einen Ofen hitzegehärtet, wobei die Temperatur  langsam von 200 auf 500 C gesteigert wird und  noch so lange hierauf gehalten wird, bis im wesent  lichen alle Spuren an freiem Wasser entfernt sind.  Bauteile der Dimension von ungefähr<B>12,7</B> mm  Dicke können in einem solchen Ofen entweder  allein oder in Stapeln von 15 oder mehr gehärtet  werden. In letzterem Fall ist es vorzuziehen, per  forierte Metallplatten zwischen die aufgeschich  teten Teile in den Stapeln zu schieben, um ein  starkes Werfen der Teile zu verhüten. Die Hitze  härtung in dem Ofen erfordert ungefähr drei Stun  den, um einen zufriedenstellenden Bauteil zu er  halten.  



       Fig.    2 zeigt einen Querschnitt einer Längsseite  einer erfindungsgemässen Platte 38, die aus zwei  Lagen des imprägnierten Glasgewebes 28 aufge  baut ist.  



  Es ist ein wichtiges Kennzeichen der vorliegen  den Erfindung, dass das imprägnierte Gewebe 28  auf einen Dorn gewickelt werden kann unter Bil  dung von Rohren gewünschter Grösse und Form.  Solche Rohre werden hitzegehärtet, indem man die  gewickelten Rohre mit dem noch     unversehrten     Dorn in einen Ofen einbringt und     hitzehärtet    in  der Weise, wie es bereits oben beschrieben worden  ist. Solche Rohre können kreisförmig, viereckig,  sechseckig, achteckig sein oder irgendeinen     anderen     Querschnitt haben.  



  In     Fig.    3 ist eine Ansicht eines zylindrischen  Rohres 40 gezeigt, welches nach dem erfindungs  gemässen Verfahren hergestellt ist.  



  Es ist ein weiterer wichtiger Vorteil des er  findungsgemässen Verfahrens, dass das imprägnierte  Glasgewebe 28 in kleinere     Partikelchen        zerklei4          nert    werden kann, z. B. durch Zerhacken, Schnei  den, Mahlen oder     dgl.    Dieses zerkleinerte Mate  rial kann dann in     Strangpressformen    oder     Press-          werkzeugen    der verschiedensten Typen gepresst und  schliesslich     wärmegehärtet    werden, wie     d'ics    oben  beschrieben ist, um Gegenstände von komplizierter  Form herzustellen.  



       Fig.    4 ist eine Ansicht einer Reihenklemme  50, die auf diese Weise hergestellt ist. Die Rippen  52 und die Unterlagen 54 werden vorzugsweise im  ganzen gepresst und dann werden die Löcher 56  gebohrt. Erfindungsgemäss geschichtete Bauteile,    die in Übereinstimmung mit der Erfindung herge  stellt sind, haben neben ausgezeichneten .elektrisch  isolierenden Eigenschaften hervorragende physi  kalische Eigenschatten. Sie sind besonders geeignet  für die Verwendung in Transformatoren, z. B. als       Sperrschichtrohre,    Keile und dgl.  



  Andere Füllstoffe als die hier beschriebenen  Oxyde und Silicate können auch     in    Mengen bis       zu        ungefähr        30%        in        die        Imprägnierungssuspension     eingearbeitet werden. Wenn gewünscht, können  auch Pigmente und Farbstoffe hinzugefügt wer  den. Solche     Füllstoffe    sind z. B. Glimmer, Eisen  oxyd, Kieselsäure und dgl. Diese letzteren Füll  stoffe müssen in     feinverteilter    Form verwendet wer  den. Sie können allein oder in Kombination von  zwei oder mehreren verwendet werden.  



  Die Erfindung wird anhand der folgenden Bei  spiele veranschaulicht. Wenn nicht anders ange  geben, bedeuten die Teile und Prozente Gewichts  teile     bzw.    Gewichtsprozente.  



  <I>Beispiel 1</I>  Eine Länge eines Glasgewebes lässt man eine  flüssige Suspension passieren, die 50 Teile     C#--1.Icium-          silicat        mit    einer durchschnittlichen Teilchengrösse  von ungefähr 50     Mikron,    10 Teile     Aluminium-          phosphat,        10        Teile        Orthophosphorsäure        (85%ig)     und 30 Teile Wasser enthält.

   Das Gewebe wird mit  der Suspension in     einem        Imprägnierungsverhält-          nis    von 2,6 bis 3,0 imprägniert und dann so lange  in .einen Ofen gegeben, in dem eine Temperatur  von ungefähr     60 C    herrscht, bis die im imprägnier  ten Gewebe enthaltene Feuchtigkeit auf ungefähr       6%        reduziert        ist        und        das        Gewebe        sich        trocken     anfühlt. Dann wird das Gewebe in 6 Blätter ge  schnitten, je 77,5     cm2    gross.

   Die Blätter werden  dann aufeinandergelegt und 10 Min. in eine  Presse bei einem Druck von 14     kg'cm2    und einer  Temperatur von 100 C gegeben. Die Platte wird  dann aus der Presse genommen und in einem  Ofen hitzegehärtet. Die Temperatur in dem Ofen  wird allmählich von Raumtemperatur auf ungefähr       25011C    erhöht. Die Platte wird 30     Minuten    bei  250 C gehalten. Die so hergestellte geschichtete  Platte konnte bei Temperaturen von 500  C ver  wendet werden, ohne Blasen zu bilden,     abzusplittern     oder in anderer Weise zu versagen.  



  Zufriedenstellende geschichtete Bauteile werden  auch erhalten     in        Übereinstimmung    mit dem \'erfah  ren, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, indem  man     Calciumsilicat    durch einen oder mehrere der  folgenden Füllstoffe ersetzt, nämlich durch     Calcium-          oxyd,        Bariumoxyd    oder     Bariumsilicat,    Magnesium  oxyd oder     Magnesiumsilicat,        Cadmiumoxyd    oder       Cadmiumsilicat,    Aluminiumoxyd oder Aluminium  silicat, Zinkoxyd oder Zinksilicat,

       Bfeioxyd    oder  Bleisilicat und     Titanoxyd    oder     Titansilicat.     



  <I>Beispiel 2</I>  Asbestpapier lässt man eine flüssige Suspension  durchlaufen, die aus folgenden Bestandteilen ge-           mischt        wurden:    6     %        Aluminiumdihydrogenphosphat,          60/9        Pyrophosphorsäure,        28%        Wasser        und        60%     eines     feinverteilten        Füllstoffes,

      der aus gleichen  Gewichtsteilen     Siliciumdioxyd    und Aluminiumsili  cat mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von  75     Mikron    zusammengesetzt ist. Das imprägnierte  Asbestpapier passiert dann einen Ofen, in dem  eine Temperatur von 100 C herrscht mit einer  solchen Geschwindigkeit, dass der     Feuchtigkeits-          gehalt        des        imprägnierten        Gewebes        auf        etwa        10%          reduziert    wird.

   Das Asbestpapier wird zu einem  Rohr geformt, in dem man es auf einen Dorn auf  rollt, der einen Durchmesser von 3,81 cm hat.  Zunächst wurde eine Lage     Polyäthylenterephthalat     auf den Dorn gewickelt, um zu verhüten, dass das Rohr  auf dem Dorn festklebt. Dann wurde genügend im  prägniertes Asbestpapier auf den Dorn aufgewickelt,  um ein Rohr zu erzeugen, das einen äusseren Durch  messer von 5,08 cm hat. Das gewickelte Rohr  wurde in einen Ofen gegeben und wärmegehärtet,  indem man die Temperatur langsam auf 285  C  erhöhte und ungefähr 3 Stunden auf dieser Tem  peratur hielt.

   Das so hergestellte Rohr war nach  dem Entfernen des Dorns zufriedenstellend und es  konnte in einem     Transiformator    eingesetzt wer  den, bei dem hohe Temperaturen von ungefähr  500' C auftreten     können.  



  Method for producing components from inorganic fiber material and an aqueous suspension The invention relates to a method for producing components from an inorganic fiber material and an aqueous suspension by impregnating and drying a fibrous web and curing the components formed from pieces of the web under heat. Such components can withstand temperatures of up to 500 C and more without blistering, chipping or other defects occurring.



  In the past, numerous similar components have already been proposed for use as electrical insulators. In the electrical industry, however, electrical insulators are required, which rela tively long at high temperatures, eg. B. at 500 C and higher, function satisfactorily without forming bubbles or chipping.



  According to the invention, an aqueous suspension is used for the impregnation which contains at least an aluminum phosphate, phosphoric acid and a solid inorganic finely divided filler.



  According to a preferred embodiment of the process according to the invention, layered components are produced by impregnating a large number of layers of inorganic fiber material with a liquid suspension, which preferably has the following composition: 2 to 36% by weight of aluminum phosphate, 2 to 36% by weight of phosphoric acid , 10 to 80% by weight filler of solid organic solid particles and the remainder water.

   The impregnated fibrous webs are then placed on top of each other and combined under heat and pressure to form a single body. In detail, these layered construction parts are advantageously made by a sheet of inorganic fibrous material, such as. B. glass fabric, is impregnated with the described liquid suspension in an impregnation ratio of -1.5 to 6.0.

   The term impregnation ratio, as it is used in the present description, refers to the ratio of the weight of the untreated fabric plus the weight of the undried suspeinsion which is impregnated into the fabric to the weight of the untreated fabric. The moisture content of the impregnated fabric is then reduced to about 6 to 10% by weight, which makes the impregnation feel essentially dry. This can easily be achieved either by letting the impregnated fabric lie in the air for several days or by keeping it at 60 to 100 ° C. for a sufficient length of time, generally 5 to 15 minutes.



  The impregnated fabric, which appears dry, is then cut into several sheets, which are laid on top of one another and z. B. be placed in a press, where they are for example at a pressure of 3.5 to 70 kg ,, 'cm'2 and a temperature of 40 to 100 C for 5 minutes to several hours depending on the size of the component produced be deformed. The laminate is then z. B. in an oven-preferably at 200 to 500 C for several minutes to several hours fully cured. Temperatures above 500 C, e.g.

   B. 1000 and 1200 C, can be used if desired, but a Tem temperature of 500 C is satisfactory, since this is the temperature at which the finished laminate is to be set.



  These inventive layered components are suitable for use as a component in aircraft and in remote-controlled projectiles, such as. B. as tubes, rocket nozzles. The invention also relates to geschich ended components with excellent, electrically isolate the properties such. B. barrier pipes, wedges and the like. These components are therefore suitable for prolonged use at temperatures of 50011C and higher.



  According to the process according to the invention, aluminum phosphates are used in the impregnation suspension. Such aluminum phosphates are z. B. aluminum ortho-phosphate AIPO4, aluminum monohydrogen phosphate Al2 (HP04) 3 and aluminum dihydrogen phosphate AI (HZP04) 3. Mixtures of two or more of these can also be used.



  Aluminum phosphate is used in the aqueous impregnation suspension, namely e.g. B. in amounts of about 10 to 40% by weight, preferably 18 to 23% by weight.



  Suitable phosphoric acid, as it can be introduced into the impregnation suspension, is not only orthophosphoric acid of the formula H., P04 (85%), but also pyrophosphoric acid of the formula H4P207 and metaphosphoric acid of the formula (HP03). The latter two acids form orthophosphoric acid as soon as they are brought into the water.



  The phosphoric acid is together with aluminum phosphate and water in the impregnation suspension described, for. B. in amounts of about 10 to 40 wt o / o, preferably 27 to 30 wt o / o, used.



  Satisfactory construction parts suitable for use at temperatures of 500 ° C. and higher are not obtained if the inorganic fiber material is impregnated only with an aqueous mixture of aluminum phosphate and phosphoric acid. Rather, a solid, finely divided organic filler must be present in the impregnation suspension. How important the presence of this filler is can be seen from the fact that a conventional component that does not contain any organic filler cracks during or after heat curing.

   The mechanism by which these fillers combine or react with the aqueous suspension of aluminum phosphate and phosphoric acid has not yet been clarified. However, laminates which do not contain the filler show poor heat shock resistance and poor mechanical impact strength. Furthermore, in the absence of inorganic filler, the construction parts are so sensitive to moisture that they absorb water, the bond between the successive layers being destroyed, whereby the component becomes crumbly, which usually completely destroys the insulating properties of the layered component.



  Suitable inorganic fillers which are used in the aqueous suspension in addition to aluminum phosphate and phosphoric acid in the process according to the invention are the oxides and silicates of calcium, barium, magnesium, cadmium, aluminum, zinc, lead and titanium. These fillers can be used alone or in admixture of two or more. The filler can be used together with the other components of the liquid impregnation suspension, e.g. B. in amounts of 10 to 80 Gew.o / o, who applied the.

   The particles should advantageously have an average size of 5 to 150 microns, preferably 5 to 75 microns. If the particles are smaller than 5 microns, the impregnation becomes too thixotropic for convenient processing in the commercial equipment.



  A suitable device for carrying out the impregnation and drying according to the inventive method is shown schematically in Fig.l of the drawing. Here, 10 shows a roll of an inorganic fiber material, wound on a roller 12. The inorganic fibrous material can consist of glass fabric, glass paper, glass mat, asbestos fabric, asbestos paper, asbestos mat, quartz mat and mixtures of two or more inorganic fibers.



  The fiber material 10, e.g. B. glass fabric, is unwound from the roller 12, passed over a roller 14 and under a roller 16, which is suspended in a trough 18 which contains the liquid impregnation suspension 20. The suspension can e.g. B. contain: 7.5% by weight of aluminum phosphate, 17.5% by weight of phosphoric acid, 25% by weight of water and 50% by weight of the filler. The latter is composed of equal amounts of calcium silicate and aluminum oxide with an average particle size of 10 to 15 microns.



  The fabric 10 is impregnated with the suspension 20 in the trough 18 in an impregnation ratio of 1.5 to 6.0.



  The impregnated fabric 22 is then passed through an oven or drying tower 24 -, which is provided with a sufficient number of heating elements 26 to reduce the moisture content of the impregnated fabric 22 to about 6 to 10 / v, whereby the fabric 28 feels dry to the touch after leaving the tower. The dried fabric 28 is passed over rollers 30 and 32 and under a roller 34 and is then wound onto a roller 36 for storage.



  For further processing according to the method according to the invention, the impregnated glass fabric 28 is removed from the roll 36 and cut into sheets of a certain format. Several of the sheets mentioned are then placed on top of one another and partially cured in a press with suitable heat and pressure. This can be conveniently carried out by subjecting the superimposed sheets to a pressure of 3.5 to 70 kg cm 2 for approximately 5 minutes to several hours and a temperature of 40 to 100 ° C.

      In general, components with dimensions of approximately 12.7 mm thick and 77.5 cm2 in area should be subjected to a pressure of approximately 3.5 kg, cm2 at a temperature of approximately 70 to 80 ° C. for one hour.



  The partially hardened component is then removed from the press and heat-hardened by placing it in an oven, the temperature being slowly increased from 200 to 500 C and held there until all traces of free water are removed. Components approximately 12.7 mm thick can be cured in such a furnace either alone or in stacks of 15 or more. In the latter case, it is preferable to push perforated metal plates between the stacked parts in the stacks in order to prevent the parts from being thrown excessively. The heat curing in the oven takes about three hours to get a satisfactory component.



       Fig. 2 shows a cross-section of a longitudinal side of a plate 38 according to the invention, which is built up from two layers of the impregnated glass fabric 28.



  It is an important feature of the present invention that the impregnated web 28 can be wound on a mandrel to form tubes of the desired size and shape. Such pipes are heat-hardened by placing the wound pipes with the still intact mandrel in an oven and heat-hardening in the manner already described above. Such tubes can be circular, square, hexagonal, octagonal, or any other cross-section.



  In Fig. 3 is a view of a cylindrical tube 40 is shown, which is manufactured according to the fiction, according to method.



  Another important advantage of the method according to the invention is that the impregnated glass fabric 28 can be pulverized into smaller particles, e.g. B. by chopping, cutting, grinding or the like. This comminuted mate rial can then be pressed in extrusion molds or pressing tools of various types and finally thermoset, as described above, to produce objects of complex shape.



       Fig. 4 is a view of a terminal block 50 made in this manner. The ribs 52 and pads 54 are preferably pressed in whole and then the holes 56 are drilled. According to the invention, layered components that are Herge in accordance with the invention, in addition to excellent .electrically insulating properties, excellent physical properties. They are particularly suitable for use in transformers, e.g. B. as barrier pipes, wedges and the like.



  Fillers other than the oxides and silicates described here can also be incorporated into the impregnation suspension in amounts of up to approximately 30%. Pigments and dyes can also be added if desired. Such fillers are e.g. B. mica, iron oxide, silica and the like. These latter fillers must be used in finely divided form who the. They can be used alone or in combination of two or more.



  The invention is illustrated by the following examples. Unless otherwise indicated, the parts and percentages mean parts by weight or percentages by weight.



  <I> Example 1 </I> A length of glass fabric is allowed to pass through a liquid suspension containing 50 parts of C # - 1st calcium silicate with an average particle size of about 50 microns, 10 parts of aluminum phosphate, 10 parts of orthophosphoric acid ( 85%) and 30 parts of water.

   The fabric is impregnated with the suspension in an impregnation ratio of 2.6 to 3.0 and then placed in an oven at a temperature of approximately 60 C until the moisture contained in the impregnated fabric is approximately 6% reduction and the fabric feels dry to the touch. Then the tissue is cut into 6 sheets, each 77.5 cm2 in size.

   The sheets are then placed on top of one another and placed in a press at a pressure of 14 kg cm2 and a temperature of 100 ° C. for 10 minutes. The plate is then removed from the press and heat set in an oven. The temperature in the oven is gradually increased from room temperature to about 25011C. The plate is held at 250 ° C. for 30 minutes. The layered sheet thus produced could be used at temperatures of 500 ° C. without blistering, chipping, or otherwise failing.



  Satisfactory layered components are also obtained in accordance with the experience described in Example 1 by replacing calcium silicate with one or more of the following fillers, namely calcium oxide, barium oxide or barium silicate, magnesium oxide or magnesium silicate, Cadmium oxide or cadmium silicate, aluminum oxide or aluminum silicate, zinc oxide or zinc silicate,

       Lead oxide or lead silicate and titanium oxide or titanium silicate.



  <I> Example 2 </I> Asbestos paper is allowed to run through a liquid suspension which is mixed from the following ingredients: 6% aluminum dihydrogen phosphate, 60/9 pyrophosphoric acid, 28% water and 60% of a finely divided filler,

      which is composed of equal parts by weight of silicon dioxide and aluminum silicate with an average particle size of 75 microns. The impregnated asbestos paper then passes through an oven at a temperature of 100 C at such a rate that the moisture content of the impregnated fabric is reduced to around 10%.

   The asbestos paper is formed into a tube by rolling it onto a mandrel that is 3.81 cm in diameter. First, a layer of polyethylene terephthalate was wrapped around the mandrel to prevent the tube from sticking to the mandrel. Sufficient impregnated asbestos paper was then wrapped around the mandrel to create a tube that had an outer diameter of 5.08 cm. The coiled tube was placed in an oven and thermoset by slowly increasing the temperature to 285 C and maintaining it for about 3 hours.

   The pipe so produced was satisfactory after removal of the mandrel and it could be used in a transformer who can experience high temperatures of about 500 ° C.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus anorganischem Fasermaterial und einer wässerigen Suspension durch Imprägnieren und Trocknen einer Faserstoffbahn und Aushärten der aus Stücken der imprägnierten Bahn geformten Bauteile unter Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Im prägnieren eine wässerige Suspension verwendet, die mindestens ein Aluminiumphosphat, Phosphor säure und einen festen anorganischen feinverteil ten Füllstoff enthält. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM I A process for the production of components from inorganic fiber material and an aqueous suspension by impregnating and drying a fibrous web and curing the components formed from pieces of the impregnated web under heat, characterized in that an aqueous suspension is used for impregnation which contains at least one aluminum phosphate , Phosphoric acid and a solid inorganic finely divided filler. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Imprägnieruiigssus- pension eine wässerige Mischung aus 2 bis 36 Gew.o/o Aluminiumphosphat, 2 bis 36 Gew % Phosphorsäure, 4 bis 72 Gew.O/o Wasser und fer ner 10 bis 80 Gew 0/a des anorganischen fein verteilten Füllstoffes verwendet. 2. Process according to patent claim I, characterized in that an aqueous mixture of 2 to 36% by weight of aluminum phosphate, 2 to 36% by weight of phosphoric acid, 4 to 72% by weight of water and furthermore 10 to 80% by weight is used as the impregnation suspension Weight 0 / a of the inorganic finely divided filler used. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwendung von Al'uminium-orthophos- phat hergestellte wässerige Imprägnierungsuspen- sion verwendet. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwzndung von Aluminium-monohy- drogen-phosphat hergestellte wässerige Imprägnie- rungssuspension verwendet. 4. Process according to patent claim 1 and sub-claim 1, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using aluminum orthophosphate is used. 3. The method according to claim 1 and claim 1, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using aluminum monohydrogen phosphate is used. 4th Verfahren nach Patentanspruch I und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwendung von Aluminium-dihydrogen- phosphat hergestellte wässerige Imprägnierungs- suspension verwendet. 5. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man unter Verwendung eines Gemisches der Aluminium-Phosphate hergestellte wässerige Imprä- gnierungssuspension verwendet. 6. Process according to claim 1 and claim 1, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using aluminum dihydrogen phosphate is used. 5. The method according to claim 1 and the subclaims 1 to 4, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using a mixture of aluminum phosphates is used. 6th Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwendung von 3,6 bis 20,7 Gew.% Aluminium-Phosphaten hergestellte wässrige Imprägnierungssuspension verwendet. 7. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwendung von Orthophos- phorsäure hergestellte wässerige Imprägnierungs- suspension verwendet. B. Process according to patent claim 1 and the dependent claims 1 to 5, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using 3.6 to 20.7% by weight of aluminum phosphates is used. 7. The method according to claim 1 and the subclaims 1 to 6, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using orthophosphoric acid is used. B. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwendung von Pyrophos- phorsäure hergestellte wässerige Imprägnierungs- suspension verwendet. 9. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine unter Verwendung von Metaphos- phorsäure hergestellte wässerige Imprägnierungs- suspension verwendet. 10. Process according to patent claim 1 and the subclaims 1 to 6, characterized in that an aqueous impregnation suspension produced using pyrophosphoric acid is used. 9. The method according to claim I and the subclaims 1 to 6, characterized in that an aqueous impregnation suspension prepared using metaphosphoric acid is used. 10. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man 5,4 bis 27,9 Gew Na Phosphorsäure verwendet. , 11. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, dass man als Füllstoff die Oxyde von Metal len der II. und 111. Hauptgruppe und der 1I. und IV. Nebengruppe des periodischen Systems ver wendet. 12. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als Füllstoff die Silicate von Metallen der Il. und III. Hauptgruppe und der Il. und IV. Nebengruppe des periodischen Systems verwendet. 13. Process according to patent claim 1 and the dependent claims 1 to 9, characterized in that 5.4 to 27.9 wt. Na phosphoric acid is used. , 11. The method according to claim 1 and the dependent claims 1 to 10, characterized in that the oxides of metals of the II. And 111th main group and the 1I. and IV. Subgroup of the periodic system used. 12. The method according to claim I and the dependent claims 1 to 10, characterized in that the silicates of metals of the Il as filler. and III. Main group and the Il. and IV. subgroup of the periodic system used. 13th Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als Füllstoff Gemische von Oxyden und Silicaten verwendet. 14. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man als einen Teil des Füllstoffes die Oxyde von Ca, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb und Ti ver wendet. 15. Verfahren nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man als einen Teil des Füllstoffes die Silicate von Ca, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb und Ti verwendet. 16. Process according to patent claim 1 and the dependent claims 1 to 10, characterized in that mixtures of oxides and silicates are used as filler. 14. The method according to claim 1 and the dependent claims 1 to 13, characterized in that the oxides of Ca, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb and Ti are used as part of the filler. 15. The method according to claim 1 and the dependent claims 1 to 13, characterized in that the silicates of Ca, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb and Ti are used as part of the filler. 16. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man als Füllstoff die Gemische von Oxyden und Silicaten von Ca, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb und Ti verwendet. PATENTANSPRUCH 11 Bauteil, hergestellt mittels des Verfahrens flach Patentanspruch 1. PATENTANSPRUCH<B>111</B> Anwendung des Verfahrens nach Patentan spruch 1 zur Herstellung von elektrisch isolierenden Schichtstoffen. Process according to patent claim I and the dependent claims 1 to 13, characterized in that the mixtures of oxides and silicates of Ca, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb and Ti are used as fillers. PATENT CLAIM 11 Component produced by the method flat claim 1. PATENT CLAIM <B> 111 </B> Application of the method according to claim 1 for the production of electrically insulating laminates.
CH355825D 1958-01-30 1959-01-28 Process for the production of components from inorganic fiber material and an aqueous suspension CH355825A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0503555A1 (en) * 1991-03-13 1992-09-16 Deutsche Rockwool Mineralwoll-GmbH Mineral wool product

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