Platte für elektrische Isolationszwecke und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung bezieht sich auf eine Platte für elektrische Isolationszwecke und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Platte. Die erfindungsgemässe Platte ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Polyester- oder Epoxyharz gebundene mineralische Stoffe in pulveriger oder feinkörniger Form, vorzugsweise Anhydrit oder Quarzmehl, in einem Gewichtsverhältnis des Harzes zu den mineralischen Stoffen von 1:0,8 bis 1:4, insbesondere 1:1 bis 1:3, enthält und beidseitig eine Deckschicht von in Polyester- oder Epoxyharz eingebetteten Fasern aus anorganischem Material, insbesondere Glasoder Asbestfasern, in einem Gewichtsverhältnis von 3:7 bis 7:3, insbesondere 4:6 bis 6:
:4, Fasermaterial zu Harz aufweist Eine solche Platte vereinigt die Vorteile einer guten elektrischen Isolation mit den Vorteilen einer grossen Festigkeit. Die faserverstärkten Oberflächenschichten, welche zweckmässig beidseitig vorgesehen sind, verleihen der Platte eine grosse Biege- und Bruchfestigkeit, wobei sich die Festigkeitserhöhung der durch die Faserarmierung zugfest gemachten Schichten insbesondere dadurch ergibt, dass diese Schichten durch die Zwischenschicht in Abstand gehalten werden. Diese Schichten wirken ähnlich wie die Zug- und Druckgurten eines Trägers.
Die aus Harz und mineralischen Stoffen gebildete Mittelschicht kann nun einen hohen Gehalt an mineralischen Stoffen, wie Anhydrit, Gips oder dgl., enthalten, ohne dass dadurch die Festigkeit der Platte verringert oder die Sprödigkeit erhöht wird, da ja die Festigkeit durch die Faserschichten gewährleistet ist und es kann auf diese Weise eine sehr grosse Isolationswirkung und eine grosse Durchschlagfestigkeit erreicht werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer solchen Platte besteht im wesentlichen darin, dass eine flüssige oder pastöse Mischung der Komponenten eines Polyester- oder Epoxyharzes und mineralischen Stoffen in pulveriger oder feinkörniger Form, vorzugsweise Anhydrit oder Quarz, im Gewichtsverhältnis 1:0,8 bis 1:4 in den Zwischenraum zwischen zwei, eine Form für die Platte begrenzenden Wänden eingebracht wird, von welchen beide vorher innen mit einer Schicht von geliertem, mit mineralischen Fasern verstärktem Polyester- oder Epoxyharz, im Gewichtsverhältnis von 3:6 bis 7:3, insbesondere 4:6 bis 6:4, Fasern aus anorganischem Material, insbesondere Glas- oder Asbestfasern, belegt wurden. Auf diese Weise können in der Form die Schichten aufgebaut werden.
Die faserverstärkten Oberflächenschichten können hiebei gemäss der Erfindung entweder an den Formwänden selbst bei auseinandergenommener Form aufgebaut werden, oder es können diese Schichten auch vorgefertigt, beispielsweise kalandriert werden. Im weiteren ist wesentlich, dass diese Schichten bereits teilweise ausgehärtet sind, bevor die Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen in die Form eingebracht wird, damit diese Schichten als solche erhalten bleiben. Es ist aber auch wesentlich, dass die Aushärtung noch nicht vollständig erfolgt ist, damit eine gute Verbindung der Mittelschicht mit den faserverstärkten Schichten gewährleistet ist.
Es ist daher für das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich, dass diese faserverstärkten Oberflächenschichten sich in geliertem Zustand befinden, wenn die die Mittelschicht bildende Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen eingebracht wird.
Zur Erreichung hoher Isolationswerte der Platte ist es vorteilhaft, dass Lufteinschlüsse in der Platte vermieden werden, da solche Lufteinschlüsse die Isolationswerte und die Durchschlagfestigkeit der Platte herabsetzen. Um solche Lufteinschlüsse zu vermeiden kann gemäss der Erfindung das Harz mit den mineralischen Stoffen vor Einfüllen in die Form unter Unterdruck vermischt werden.
Damit istwdie Voraussetzung geschaffen, dass die zur Verwendung gelangende Mischung vor dem Eingiessen frei von oder möglichst arm an Lufteinschlüssen ist. Zweckmässig wird ein Vakuum von 5,0 Torr angewendet. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Vakuum von 50 Torr bereits eine weitgehende Blasenfreiheit der Mischung erreicht werden kann. Bei extrem hohen Anforderungen an die Durchschlagfestigkeit erfindungsgemässer Platten kann eine völlige Blasenfreiheit dieser Platten erreicht werden, wenn bei Herstellung derselben, gemäss der Erfindung, dem Harz ein Lösungsmittel zugesetzt wird und dieses Lösungsmittel beim Vermischen unter Unterdruck im wesentlichen zur Gänze verdampft wird.
Diese Möglichkeit ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Platten mit durch Polyesterharz gebundenen mineralischen Stoffen anwendbar, da in diesem Falle bereits verdampftes monomeres Quervernetzungsmittel zur Entfernung von Gaseinschlüssen im Gemisch der Komponenten des Polyesterharzes und der mineralischen Füllstoffe ausgenutzt werden kann. Bei Verwendung von einem Gemisch aus ungesättigten Polyestern und Styrol als Polyesterharzkomponente kann dementsprechend gemäss der Erfindung als Lösungsmittel überschüssiges Styrol, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 7 %, insbesondere 3 bis 5 /0, bezogen auf das Gemisch der Polyesterharzkomponenten, verwendet werden.
Um nun die Bildung von Luftblasen auch während des Eingiessens mit möglichster Sicherheit zu vermeiden, wird zweckmässig die Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen in die hochkant gestellte Form von unten eingegossen oder eingepresst, wobei noch durch Rütteln oder durch Anwendung von Ultraschall weiter einer Blasenbildung entgegengewirkt und eine vollständige Ausfüllung der Form gewährleistet werden kann.
Das Eingiessen oder Einpressen der Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen in eine Form, deren Wände sich in festem Abstand untereinander befinden, bringt wesentliche Vorteile gegenüber einem Pressen in Pressformen in bezug auf die Masshaltigkeit und vor allem in bezug auf die gleichmässige Dichte der Platte mit sich, da auf diese Weise ein gleich grosser Fülldruck gewährleistet werden kann. Es ist aber auch der Aufwand wesentlich geringer als bei Pressformen.
Um die Form besser ausnützen zu können und eine gleichmässigere Durchhärtung zu ermöglichen, kann gemäss der Erfindung so vorgegangen werden, dass die Platten bis zur beginnenden Formbeständigkeit in der Form und hierauf in ausgeformtem Zustand, hängend ausgehärtet werden, wobei die Aushärtung gegebenenfalls durch Wärme (50 bis 150 "C, insbesondere 70 bis 100 "C) beschleunigt wird.
Dadurch, dass die völlige Aushärtung der Platten frei erfolgt, wird gleichmässigeres Durchhärten gewährleistet, so dass ein nachträgliches Verziehen der Platten nicht zu befürchten ist und dadurch, dass die völlige Aushärtung der Platten in hängender Lage erfolgt, wird die ebene Form der Platten gewährleistet.
Obzwar Epoxyharze wegen ihrer Reaktion mit Hydroxylgruppen von Polyesterharzen einen festen Verbund zwischen ausgehärtetem Epoxyharz und ausgehärtetem Polyesterharz bewirken, ist es doch zweckmässig sowohl in den Deckschichten, als auch in der Zwischenschicht die gleiche Harztype vorzusehen.
Für erfindungsgemässe Platten sind als mineralische Stoffe ausser Anhydrit beispielsweise Gips, auch gebrannter Gips, Baryt, Strontianit und silikatische Gesteine, wie Granit, Asbestmehl, brauchbar.
Ausser Glasfasern können in den Deckschichten der erfindungsgemässen Platte auch Asbestfasern oder Schlakkenwolle enthalten sein.
Die zur Herstellung der Platten verwendeten Komponenten der Epoxyharze und Polyesterharze sind an sich bekannt und die Aushärtung der Komponenten zum Harz erfolgt ebenfalls in an sich bekannter Weise. Selbstverständlich werden auch im vorliegenden Falle die Formwände mit üblichen Formtrennmitteln versehen.
Platten mit besonders wertvollen elektrischen und mechanischen Eigenschaften werden erhalten, wenn Epoxyharze zur Herstellung derselben verwendet werden, da diese mit den an der Oberfläche Hydroxylgruppen aufweisenden Fasern aus anorganischem Material und den pulverigen oder feinkörnigen mineralischen Stoffen chemisch reagieren und damit einerseits einen festen Verbund ergeben und anderseits den Isolationswiderstand der Platte, insbesondere unter Feuchtigkeitseinfluss, stark erhöhen.
Für gewisse Anwendungsfälle erscheint es zweckmässig, die Platte auch an den Schmalseiten mit Deckschichten aus glasfaserverstärkten Epoxyharzen bzw. Polyesterharzen zu versehen. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn erfindungsgemässe Platten in feuchter Atmosphäre eingesetzt werden sollen. Die Stärke der Deckschichten soll zweckmässig mindestens 0,3 mm betragen. Bei einer Gesamtstärke der Platte von mehr als 10 mm wird die Stärke der glasfaserverstärkten Deckschichten zweckmässig proportional der Gesamtstärke der Platte erhöht.
Durch entsprechende Kombination der Mengenverhältnisse von Harz und Füllstoffen und der Schichtstärke der einzelnen Schichten, lassen sich für einen bestimmten elektrischen Verwendungszweck besonders geeignete Platten herstellen.
In dieser Weise gelingt es, Platten für elektrische Isolationszwecke herzustellen, deren elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften in derart günstiger Weise kombiniert sind, wie es nach den bisher bekannten Verfahren nicht oder nur unter unverhältnismässig hohen Kosten möglich ist. Im besonderen weisen die in der beschriebenen Art hergestellten Platten eine hervorragende Kriechstromfestigkeit, (Stufe T5, bzw. Ka 3c nach VDE 0303), einen Oberflächenwiderstand von 71.1012 Ohm und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 0,72.1015 Ohm cm auf. Die genannten Platten fallen in die Wärmebeständigkeitsklasse B.
In der folgenden Tabelle sind nach VDE Vorschriften gemessene elektrische Werte einer Platte angegeben, die aus einem luftblasenfreien Kern aus gebranntem Gips und mit Styrol vernetztem Polyesterharz (60 /o Gips + 40 /0 Kunstharz) besteht und die beidseitig 0,3 mm dicke Decklagen aus glasfaserverstärktem Polyesterharz besitzt.
Dicke der Platte 7,9 mm
Fläche der Platte 1000 x 1000 mm2
Durchschlagspannung unter Öl 116 kV auf 7,9 mm
Durchschlagfestigkeit unter Öl 147 kVlcm VDE 0111 µ 15d
Durchschlagsspannung in Luft in Kugelsenkung 50 kV auf 1,2 mm Durchschlagfestigkeit in Luft in Kugelsenkung 41,6 kV/mm VDE 030312 µ 9E Kriechstromfestigkeit Stufe T5 (KA 3c) VDE 0303/Teil 1 Lichtbogenfestigkeit Stufe L2 VDE L303/Teil 5 Wasseraufnahme, Probe 50 x 50 mm2 4,2 mg/Probe DIN 53475
Bei Verwendung von Asbestfasern statt Glasfasern in den Deckschichten kann die Lichtbogenfestigkeit von L2 auf L4 erhöht werden.
Einzeln oder in Kombination können beispielsweise die Platten folgende Merkmale aufweisen Stärke der Deckschicht 0,3 1,0 2,0 5,0 6,0 mm Stärke der Kernschicht 4,0 5,0 10 20 50 mm Gewichtsverhältnis Harz : Faser 1:1 1:1,5 1:2 1:3,5 1:2,7 Gewichtsverhältnis Harz : Füllstoff 1:0,8 1:1,2 1:1,5 1:1,7 1:2,0