Verfahren zur Herstellung von gefüllten Produkten mit erhöhter Lichtbogenfestigkeit aus Epoxydharz
Auf vielen Gebieten der Elektrotechnik werden Epoxyharze in Form von Giessharzen, Lacken und dergleichen angewendet. Die Anwendung dieser Harze wird aber in den Fällen, wo Lichtbogenfestigkeit gefordert wird, eingeschränkt, weil die Mehrzahl dieser Harze, vor allem diejenigen auf der Basis mehrwertiger Phenole, nicht lichtbogenfest ist.
Um den Anforderungen bei Geräten, wo Lichtbogenbildung auftritt, wie z. B. Schaltgeräten, Isolatoren usw., zu genügen, wurden bisher die den Lichtbögen ausgesetzten Teile meist aus keramischem Material hergestellt. Da solche Stoffe besonders gegen Schlagbeanspruchung ausserordentlich empfindlich sind, ist man dazu übergegangen, sie zumindest teilweise durch geeignete Pressmassen auf der Basis von Melamin harzen, Harnstoffharzen oder stickstoffhaltigen Phenolharzen zu ersetzen, weil beobachtet wurde, dass diese Stoffe eine ausreichende Lichtbogenfestigkeit besitzen.
Epoxyharze konnten jedoch bisher für diese Zwecke nicht verwendet werden, weil sie nur eine unzureichende Lichtbogenfestigkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefüllten Produkten mit erhöhter Lichtbogenfestigkeit aus Epoxyharzen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man einem ein Epoxyharz und ein Härtungsmittel enthaltenden Gemisch als Füllstoff mindestens ein Hydrat des Calciumsulfats zusetzt und diese Mischung aushärtet. Es kann als Füllstoff das Halbhydrat des Calciumsulfats oder das Dihydrat des Calciumsulfats verwendet werden. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass bei der Verarbeitung des Harzes, insbesondere bei der Härtung, keine Temperaturen angewendet werden, bei welchen das Dihydrat des Calciumsulfats vollständig entwässert wird. Die erfindungsgemäss verwendeten Füllstoffe können auch zusammen mit nichtwirksamen Füllstoffen verwendet werden.
Das Füllen von Epoxyharzen mit anorganischem Material kommt überdies der Verarbeitung sehr entgegen, weil durch das Füllen der Harze der Härtungsschwund stark verringert wird und das Verfahren durch die Anwendung billiger Füllstoffe wirtschaftlicher gestaltet werden kann.
Als Basis für verwendbare Epoxyharze kommen beispielsweise folgende Verbindungen in Frage: 4,4'-Dioxydiphenylpropan, 4,4'-Dioxydiphenylmethan, Dioxybenzole. Gegebenenfalls können auch Epoxyharze auf der Basis aromatischer Amine sowie epoxydierte Novolacke Verwendung finden.
Als Härter können die üblichen Verbindungen, wie Säureanhydride, aliphatische und aromatische Amine, Phenolharze verwendet werden. Ausserdem besteht auch die Möglichkeit, die Harze mit Hilfe von Katalysatoren, wie z. B. Borfluorid und dessen Aminaddukten zu härten.
Die gemäss der Erfindung gefüllten Epoxyharze können nach den üblichen Verfahren ausgehärtet werden. Die erhaltenen Produkte weisen eine erhöhte Licht bogenfestigkeit auf. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens können mit besonderem Vorteil Guss stücke, z. B. elektrotechnische Artikel, Einbettungen, Überzüge und Verklebungsschichten hergestellt werden.
Zur Feststellung der Lichtbogenfestigkeit bedient man sich des folgenden Verfahrens:
Auf dem zu untersuchenden Material, das möglichst in Form einer Platte vorliegen soll, wird zwischen zwei Wolframelektroden, von denen die eine stationär und die andere beweglich angeordnet ist, zunächst durch gegenseitiges Berühren der Elektrodenspitzen ein Lichtbogen erzeugt, der das zu untersuchende Material örtlich bis zur Verkohlung erhitzt. Die hierbei angelegte Spannung kann variiert werden. Nach Entstehen des Lichtbogens wird die eine Elektrode so in Bewegung gesetzt, dass sie sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit von der stationären Elektrode entfernt.
Hierbei bildet sich auf dem Material eine hellglühende Spur aus, die je nach Lichtbogenfestigkeit der untersuchten Probe früher oder später erlischt, d. h. die Länge der Spur ist ein Mass für die Lichtbogenbeständigkeit.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert:
Beispiel
200 g eines Harzes auf der Basis von Bisphenol A (Epoxydäquivalent 400) werden bei 1400 C zusammen mit 60 g Phthalsäureanhydrid aufgeschmolzen und mit 260 g Quarzmehl innig vermischt. In einer geeigneten Form wird aus dieser Mischung eine Platte gegossen und 15 Stunden¯ bei 1400 C ausgehärtet. An dieser Platte wird dann, wie oben beschrieben, die Prüfung auf Lichtbogenbesfändigkeit durchgeführt, wobei die Spannungen 300, 400, 500 und 600 Volt vorgegeben werden. In der folgenden Tabelle ist die erhaltene Spurlänge in Abhängigkeit der angelegten Spannung wieder gegeben.
300 Volt 30 mm
400 Volt 53 mm
500 Volt 77 mm
600 Volt 90 mm
Verwendet man anstelle von Quarzmehl im gleichen Mischungsverhältnis Schlämmkreide als Füllstoff, dann werden folgende Spurlängen beobachtet:
300 Volt 5 mm
400 Volt 24 mm
500 Volt 83 mm
600 Volt 85 mm
Wird Schwerspat (Bariumsulfat) unter den gleichen Bedingungen als Füllstoff verwendet, dann ergibt sich folgende Abhängigkeit:
300 Volt 0 mm
400 Volt 0 mm
500 Volt 16 mm
600 Volt 78 mm ähnliche Ergebnisse erhält man bei Verwendung von Bariumcarbonat, Strontiumsulfat, Strontiumcarbonat sowie wasserfreiem Calciumsulfat als Füllstoff.
Verwendet man jedoch eine wie oben beschriebene Harz-Härter-Mischung, die anstelle der bisher erwähnten Füllmaterialien das Halbhydrat des Calciumsulfats als Füllstoff enthält, dann ergibt sich ein gefülltes Epoxyharzprodukt von hervorragender Lichtbogenfestigkeit.
Die folgende Tabelle gibt das Ergebnis der Prüfung wieder:
300 Volt 0 mm
400 Volt 0 mm
500 Volt 0 mm
600 Volt 0 mm
Bei den Spannungen 300, 400 und 500 Volt zeigte sich keine Veränderung der Oberfläche des Giessharzkörpers. Bei der angelegten Spannung von 600 Volt ergab sich zwar lediglich eine kleine örtliche Ausbrennung, aber auch in diesem Fall entsteht beim Abwandern der beweglichen Elektrode keine glühende Spur, denn der zunächst bestehende Lichtbogen reisst sofort ab.
Process for the production of filled products with increased arc resistance from epoxy resin
In many fields of electrical engineering, epoxy resins are used in the form of casting resins, paints and the like. However, the use of these resins is restricted in cases where arc resistance is required because the majority of these resins, especially those based on polyhydric phenols, are not arc-proof.
To meet the requirements of equipment where arcing occurs, such as B. switching devices, insulators, etc., to meet the arcing parts were mostly made of ceramic material. Since such substances are particularly sensitive to impact stress, they have been replaced at least partially by suitable molding compounds based on melamine resins, urea resins or nitrogen-containing phenolic resins, because it has been observed that these substances have sufficient arc resistance.
However, epoxy resins could not heretofore be used for these purposes because they have insufficient arc resistance.
The present invention relates to a process for the production of filled products with increased arc resistance from epoxy resins, which is characterized in that at least one hydrate of calcium sulfate is added as filler to a mixture containing an epoxy resin and a curing agent and this mixture is cured. The hemihydrate of calcium sulfate or the dihydrate of calcium sulfate can be used as filler. In this case, however, it must be ensured that during processing of the resin, in particular during curing, no temperatures are used at which the dihydrate of calcium sulfate is completely dehydrated. The fillers used according to the invention can also be used together with inactive fillers.
Filling epoxy resins with inorganic material is also very convenient for processing, because the filling of the resins greatly reduces the hardening shrinkage and the process can be made more economical by using cheaper fillers.
The following compounds, for example, can be used as the basis for epoxy resins: 4,4'-dioxydiphenylpropane, 4,4'-dioxydiphenylmethane, dioxybenzenes. If necessary, epoxy resins based on aromatic amines and epoxidized novolaks can also be used.
The usual compounds such as acid anhydrides, aliphatic and aromatic amines, phenolic resins can be used as hardeners. There is also the possibility of using catalysts, such as. B. to harden boron fluoride and its amine adducts.
The epoxy resins filled according to the invention can be cured by the usual methods. The products obtained have an increased arc resistance. With the help of the method according to the invention, castings such. B. electrotechnical articles, embeddings, coatings and adhesive layers are produced.
The following procedure is used to determine the arc resistance:
On the material to be examined, which should be in the form of a plate if possible, an arc is generated between two tungsten electrodes, one of which is stationary and the other movable, by touching the electrode tips, which locally up to the examined material Charred heated. The voltage applied here can be varied. Once the arc has been created, one electrode is set in motion in such a way that it moves away from the stationary electrode in a straight line at a constant speed.
A glowing trace forms on the material, which, depending on the arc resistance of the examined sample, goes out sooner or later. H. the length of the track is a measure of the arc resistance.
The invention is explained using the following example:
example
200 g of a resin based on bisphenol A (epoxy equivalent 400) are melted at 1400 C together with 60 g of phthalic anhydride and intimately mixed with 260 g of quartz powder. A plate is cast from this mixture in a suitable mold and cured at 1400 ° C. for 15 hours. The test for arc resistance is then carried out on this plate, as described above, with the voltages 300, 400, 500 and 600 volts being specified. The following table shows the track length obtained as a function of the applied voltage.
300 volts 30 mm
400 volts 53 mm
500 volts 77 mm
600 volts 90 mm
If, instead of quartz flour, whiting chalk is used as filler in the same mixing ratio, the following track lengths are observed:
300 volts 5 mm
400 volts 24 mm
500 volts 83 mm
600 volts 85 mm
If barium sulfate is used as a filler under the same conditions, the following dependency results:
300 volts 0 mm
400 volts 0 mm
500 volts 16 mm
600 volts 78 mm similar results are obtained when using barium carbonate, strontium sulfate, strontium carbonate and anhydrous calcium sulfate as fillers.
However, if a resin-hardener mixture as described above is used which contains the hemihydrate of calcium sulfate as a filler instead of the filler materials mentioned above, then a filled epoxy resin product with excellent arc resistance results.
The following table shows the result of the test:
300 volts 0 mm
400 volts 0 mm
500 volts 0 mm
600 volts 0 mm
At the voltages of 300, 400 and 500 volts, there was no change in the surface of the cast resin body. At the applied voltage of 600 volts, there was only a small local burn, but in this case, too, there is no glowing trace when the moving electrode wanders, because the initially existing arc breaks off immediately.