Eunststoffschaumkörper
Geschäumte Kunststoffe verschiedener Art werden bereits als Materialien zur Wärmeisolierung, zur PolsterUng, als Bauteile und für andere Zwecke verwendet. Als Elektroisoliermaterialien wurden geschäumte Kunststoffe bisher jedoch kaum eingesetzt.
Es ist bekannt, dass Schwefelhexafluorid von Molekularsieben adsorbiert werden kann. Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, Molekularsiebe, die konventionelle Treibmittel wie z. B. gasförmige Fluorkohlenwasserstoffe oder Kohlendioxyd adsorbiert enthalten, als Schäummittel bei der Herstellung von Kunststoffschäumen zu verwenden. Die Verwendung von Schwefelhexafluorid als Mittel zum Aufschäumen von Kunststoffschäumen ist jedoch bisher nicht bekannt.
Auch die Verwendung von Molekularsieben mit adsorbiertem Schwefelhexafluorid als Schäummittel für Kunststoffschäume wurde bisher nicht vorgeschlagen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, dass verschiedene Kunststoffschäume unter Verwendung von an Molekularsieben adsorbiertem Schwefelhexafluorid als Schäummittel hergestellt werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft daher einen geschäumten Kunststoffschaumkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine Hohlräume mit gasförmigem Schwefelhexafluorid angefüllt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Gemisch aus einem härtbaren, ein kunstharzbildendes Material und ein kristallines zeolithischesMetallaluminosilikatin Form eines Molekularsiebs mit adsorbiertem Schwefelhexafluorid so lange erhitzt wird, bis das härtbare Kunstharz fest wird und das Schwefelhexafluorid aus dem Metallaluminosilikat absorbiert ist, so dass der feste Kunststoff Zellstruktur hat.
Dabei erhält man als Elektroisoliermaterial einsetzbare Produkte.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der geschäumten Kunststoffkörper als elektrische Isolation.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Isolatormuffe aus Kunststoffschaum.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Muffe gemäss Fig. 1 entlang der Linie 2 bis 2 von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen perspektivischen Schnitt durch einen rohrförmigen Leiter, welcher mit Kunststoffkörper überzogen ist.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Isolierscheibe zum Tragen eines Leiters, wobei die Scheibe aus verschäumtem Kunststoffmaterial gebildet ist.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen isolierten Leiter, wobei sich das Isoliermaterial innerhalb eines Gehäuses befindet, welches der Herstellform des Schaumstoffes entspricht.
Es wurde gefunden, dass Schwefelhexafluorid als Treibmittel nur in adsorbierter Form auf einem Molekularsieb eingesetzt werden kann. Versucht man, Schwefelhexafluorid als solches als gasförmiges Treibmittel einzusetzen, so sind sehr hohe Drücke erforderlich, um dieses Gas im Harzvorprodukt zu lösen. Wird der Druck entspannt, so entweicht das Gas unkontrollierbar (in manchen Fällen explosionsartig), so dass die Anwendung von Schwefelhexafluoridgas zur Herstellung von Kunststoffschäumen also unpraktisch bis unmöglich ist.
Kristalline zeolithische Metallaluminosilikate sind bekannte Materialien. Hierzu gehören die natürlich vorkommenden Zeolithe wie Erionit, Faujasit und Mordenite. Ferner gehören dazu synthetische Molekularsiebe, beispielsweise der in folgenden USA-Patentschriften beschriebenen Art: 2 882 243; 2 962 355; 2 991 151; 2 882 244; 3 130 007; 3 216 789; 3 012 852; 2 950 952; 3 030 181 und 3 374 056.
Die Molekularsiebe müssen eine solche Porengrösse besitzen, dass sie Schwefelhexafluorid adsorbieren können, das heisst die Porengrössen sollten mindestens etwa 10 Angström betragen. Ein besonders bevorzugtes Molekularsieb ist der Zeolite 13X , welcher eine Porengrösse von etwa 10 Angström aufweist. Moleküle, deren Dimensionen mehr als 10 Angström betragen, werden abgewiesen, während kleinere Moleküle adsorbiert werden. Der Zeolith 13X ist in der USA Patentschrift 2 882 244 beschrieben.
Für die vorliegenden Zwecke können zahlreiche Kunststoffe verwendet werden, z.B. Epoxyde, Urethane, Polyester, Silikone, Polyvinylchloridharze, Phenolharze, Poly äthylen, Polypropylen, Polystyrol und andere Kunststofftypen.
Bevorzugt werden Epoxyharze. Eine brauchbare Gruppe von Polyepoxyden umfasst die cycloaliphatischen Polyepoxyde. Dies sind Verbindungen mit mindestens einem cycloaliphatischen Ring mit Epoxygruppe und vorzugsweise mit zwei derartigen Ringen. Zu diesen cycloaliphatischen Polyepoxyden gehören z.B. 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3 ,4-epoxycyclohexan-carboxylat; 3 ,4-Epoxy- 1 -methylcyclo hexylmethyl-3 ,4-epoxy-1 -methylcyclohexan-carboxylat; 3,4 Epoxy-6-methylcycloh exylmethyl3 ,4-epoxy-6-methylcyclohexan-carboxylat und andere Diepoxyde mit Estergruppierung, siehe z.B. USA-Patentschrift 2716 123.
Eine weitere brauchbare Klasse cycloaliphatischer Polyepoxyde sind die Epoxycyclohexylester von Polycarbonsäuren.
Als Beispiele für diese Klasse seien genannt: Bis-(3,4epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)-adipat, Bis-(3,4-epoxycyclohexylmethyl)-adipat, Bis- (3 ,4-epoxycyclohexylmethyl)- succinat, Bis-(3 ,4-epoxy-6 -methylcyclohexylmethyl)-sebacat, Bis-(3 ,4-epoxycyclohexylmethyl)-terephthalat und weitere, siehe z.B USA-Patentschriften 2 750 395 und 2 863 881.
Eine weitere brauchbare Klasse sind die Polyol-poly (epoxycyclohexancarbonsäureester) wie z.B. Äthylenglycol bis-(3,4-epoxy-6-methylcyclohexan-carboxylat), Äthylengly col-bis-(3 ,4-epoxycyclohexan-carboxylat), 2-Äthyl- 1,3 hexandiol-bis-(3 ,4-epoxycyclohexan-carboxylat), Glycerintris-(3,4-epoxycyclohexan-carboxylat), Pentaerythrit tetrakis-(3 ,4-epoxycyclohexan-carboxylat) und ähnliche, siehe beispielsweise die USA-Patentschriften 2 745 847 und 2 884408.
Weitere geeignete Polyepoxyde sind die halogenierten cycloaliphatischen Polyepoxyde wie z.B. (1-Brom-3,4epoxycyclohexyl)-methyl- 1-brom-3 ,4-epoxycyclohexan- carboxylat und dergleichen, siehe USA-Patentschrift 2 847 167
Weitere bekannte und geeignete cycloaliphatische Polyepoxyde sind z.B. Vinyl-cyclohexen-dioxid, Bis-(2,3-epoxycyclopentyl)-äther und dergleichen.
Andere Polyepoxyd-Typen können zusammen mit oder anstelle der bevorzugten cycloaliphatischen Polyepoxyde eingesetzt werden. Hierzu gehören der Diglycidyldiäther von 2,2-Bis-(p-hydroxyphenyl)-propan, der Diglycidyldiäther von Bis-(p-hydroxyphenyl)-methan und dergleichen.
Das jeweilige Polyepoxyd kann unter Verwendung von Katalysatoren wie tertiären Aminen, Bortrifluorid-Komplex oder dergleichen, durch Umsetzung mit einem Härter wie beispielsweise einer Polycarbonsäure oder deren Anhydrid, einem Amin mit mindestens 2 Aminogruppen entstammenden Wasserstoffatomen, oder unter Verwendung von Katalysator und Härtungsmittel gehärtet werden. Diese Art der Härtung von Polyepoxyden ist an sich bekannt.
Auch Polyurethan-Kunststoffe können eingesetzt werden.
Bekanntlich werden Polyurethane durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit einem Polyol gebildet. Für die Zwecke vorliegender Erfindung geeignete organische Polyisocyanate sind beispielsweise 2,4- und 2,6-Tolylen-diisocyanat und Gemische der beiden Isomeren, Bis-(4-isocyanatophenyl)-methan und die durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensationsprodukten erhältlichen höhermolekularen Produkte, Bis-(2-isocyanatoäthyl)fumarat, 1,5-Naphthalin-diisocyanat, Xylylen-diisocyanat und dergleichen.
Als Polyole kommen beispielsweise solche der folgenden Klassen in Frage: (a) Polyester und Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen; (b) Polyhydroxyalkane und Alkylenoxyd-Addukte davon; (c) Trialkanolamine und Alkylenoxyd-Addukte davon; (d) durch Addition von Alkylenoxyden an Mono- und Polyamine erhältliche Alkohole; (e) nichtreduzierende Zucker, Zuckerderivate und Alkylenoxyd-Addukte davon; (f) Alkylenoxyd-Addukte von Kondensationsprodukten aus aromatischen Aminen/Phenol/Aldehyd; (g) Alkylenoxyd-Addukte von Phosphor- und Polyphosphorsäuren, Phosphite und Phosphonate mit endständigen Hydroxylgruppen; (h) Alkylenoxyd-Addukte von Polyphenolen; (i) Polytetramethylenglycole; (j) funktionale Glyceride wie Rizinusöl und dergleichen.
Beispiele für Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen sind Verbindungen, die hergestellt werden durch Polymerisation eines Lactons (vorzugsweise eines e-Caprolac- tons) in Gegenwart eines aktiven Wasserstoff enthaltenden Starters (siehe z.B. die USA-Patentschriften 2 914 556; 2 890 208; 2 878 236 und 2 977 385). Auch Polyester aus Adipinsäure und Diolen wie Äthylenglycol, Propylenglycol, Diäthylenglycol und dergleichen, Triolen wie 1,1,1-Trimethylolpropan, Glycerin und anderen sind verwendbar. Ferner können Copolymere aus Lactonen und Alkylenoxyden, siehe z.B. USA-Patentschrift 2 962 524, mit Erfolg eingesetzt werden.
Beispiele für Polyhydroxyalkane sind unter anderen Äthylenglycol, Propylenglycol, 1,3-Dihydroxybutan, Glycerin, 1,2,6-Trihydroxyhexan, 1,1,1 -Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit und dergleichen. Auch die Alkylenoxyd-Addukte dieser Polyhydroxyalkane können verwendet werden, vorzugsweise die Addukte mit Äthylenoxyd, Propylenoxyd, Epoxybutan, Epichlorhydrin oder Gemischen davon.
Eine weitere Klasse brauchbarer Polyole sind die Trialkanolamine und deren Alkylenoxyd-Addukte. Als Beispiele für Trialkanolamine seien Triäthanolamin und Triisopropanolamin genannt. Die geeigneten Alkylenoxyd-Addukte sind vorzugsweise solche, deren Oxyalkyleneinheiten 2 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen.
Weiterhin brauchbare Polyole sind die Alkylenoxyd Addukte von Mono- und Polyaminen. Die Mono- und Polyamine werden vorzugsweise mit Alkylenoxyden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen umgesetzt, beispielsweise mit Äthylenoxyd, 1,2-Epoxypropan, den Epoxybutanen und Gemischen davon. Zu den zur Umsetzung mit dem Alkylenoxyd brauchbaren Mono- und Polyaminen zählen unter anderen Äthylamin, Benzylamin, Anilin, Äthylendiamin, Di äthylentriamin, 1,3 -Butan-diamin, Phenylendiamine, Tolylendiamin und dergleichen. Besonders erwähnt seien auch die Alkylenoxyd-Addukte des Anilins oder substituierter Anilin/ Formaldehyd-Kondensationsprodukte.
Eine weitere Klasse geeigneter Polyole sind die nichtreduzierenden Zucker, die nichtreduzierenden Zuckerderivate, und besonders bevorzugt die Alkylenoxyd-Addukte davon mit Oxyalkyleneinheiten mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen. Geeignete Zucker oder Zuckerderivate sind Sucrose, Alkylglycoside wie Methylglycosid und dergleichen, Polyolglycoside wie Äthylenglycolglucosid, Propylenglycolglucosid und dergleichen.
Weiterhin brauchbar sind die Alkylenoxyd-Addukte, vorzugsweise die Addukte mit Äthylenoxyd, 1,2-Epoxypropan, Epoxybutan oder Gemischen davon, von ternären Kondensationsprodukten aus aromatischen Aminen/Phenol/Aldehyd.
Besonders erwähnt seien die Addukte von Propylenoxyd und Propylenoxyd-Äthylenoxyd an Anilin/Phenol/Formaldehyd Kondensationsprodukte.
Eine weitere brauchbare Polyol-Klasse sind die Alkylenoxyd-Addukte an Phosphor- und Polyphosphorsäuren. Bevorzugte Alkylenoxyde sind Äthylenoxyd, 1,2-Epoxypropan, die Epoxybutane, 3-Chlor-1,2-epoxy-propan und dergleichen. Brauchbar in diesem Zusammenhang sind Phosphor säure, die Polyphosphorsäuren wie Tripolyphosphorsäure und dergleichen. Ferner verwendbar sind Phosphite wie Tris-(dipropylenglycol)-phosphit und die Phosphonate, die daraus durch Erhitzen beispielsweise in Gegenwart von Butylbromid herstellbar sind, ferner deren Alkylenoxyd Addukte.
Die Hydroxylzahl des Polyols oder Polyol-Gemischs kann innerhalb eines breiten Bereichs variieren. Im allgemeinen kann die Hydroxylzahl der Polyole zwischen etwa 20 und darunter bis etwa 1000 und darüber betragen. Die Hydroxylzahl ist definiert als die Anzahl Milligramm Kalciumhydroxyd, welche zur vollständigen Neutralisation des Hydrolyseprodukts des vollständig acetylierten Derivats erforderlich sind, welches aus 1 g Polyol erhalten wurde. Die Hydroxylzahl wird somit durch folgende Gleichung definiert:
56,1 x 1000 x f
OH = Mol.gew.
OH = Hydroxylzahl des Polyols f = mittlere Funktionalität, d.h. durchschnittliche Anzahl Hydroxylgruppen pro Polyolmolekül Mol.gew. = mittleres Molekulargewicht des Polyols.
Die Wahl des Polyols hängt vom Verwendungszweck des Polyurethanproduktes ab. Zur Herstellung von Schaumstoffen werden Funktionalität und Hydroxylzahl so gewählt, dass man je nachdem einen flexiblen, einen halbflexiblen oder einen starren Schaum erhält. Zur Herstellung starrer Schäume verwendet man vorzugsweise Polyole mit Hydroxylzahl von etwa 200 bis etwa 800, zur Herstellung halbflexibler Schäume solche mit Hydroxylzahlen von etwa 50 bis etwa 250 und zur Herstellung flexibler Schäume solche mit Hydroxylzahlen von etwa 20 bis etwa 70.
Für die Zwecke vorliegender Erfindung werden die urethanbildenden Ausgangsmaterialien vorzugsweise derart gewählt, dass man einen starren Urethankunststoff erhält.
Für die vorliegenden Zwecke werden Polyisocyanat und Polyol häufig über das Quasi-Vorpolymer miteinander umgesetzt. Das heisst, dass ein Teil des Polyols mit dem Polyisocyanat umgesetzt wird unter Bildung eines Quasi Vorpolymers, welches dann mit restlichem Polyol bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Reaktion gelangt.
Über Methoden zur Herstellung von Polyurethanen siehe Saunders und Frisch, Polyurethanes-Chemistry and Technology , Interscience Publishers, New York (1963 and 1964), Teil 1 und II.
Bei Verwendung härtbarer Epoxyde und Urethane im vorliegenden Verfahren empfiehlt sich häufig der Einsatz eines oberflächenaktiven Mittels oder eines Emulgiermittels zur Regulierung der Porengrösse des Schaumstoffs. So kann man geringe Mengen, z.B. etwa 0,001 bis 5,0 Ges.%, bezogen auf das gesamte Reaktionsgemisch, eines Emulgiermittels wie eines Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Block-polymeren mit etwa 10 bis 80 Gew.% Siloxanpolymer und 90 bis 20 Gew. % Alkylenoxyd-Polymer anwenden (beispielsweise Blockpolymere gemäss USA-Patentschriften 2 834 748 und 2 917 480). Weitere brauchbare Emulgatoren sind die nicht hydrolysierbaren Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Blockpolyme- ren.
Diese Verbindungen unterscheiden sich von den oben erwähnten Blockpolymeren darin, dass der Polysiloxananteil an den Polyoxyalkylenanteil über direkte Kohlenstoff Silicium-Bindung gebunden ist und nicht über eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Silicium-Bindung. Die letztgenannten Polymeren enthalten im allgemeinen 5 bis 95 und vorzugsweise 5 bis 50 Gew. % Polysiloxanpolymer, Rest Polyoxyalkylenpolymer. Die Mischpolymeren können beispielsweise durch Erhitzen eines Gemisches aus (a) einem Polysiloxanpolymer mit siliziumständigen, halogensubstituierten einwertigen Kohlenwasserstoffresten und (b) einem Alkalimetallsalz eines Polyoxyalkylenpolymeren auf eine zur Bildung des Block Mischpolymeren ausreichende Temperatur hergestellt werden.
Weitere geeignete Emulgatoren und oberflächenaktive Mittel sind z.B. Dimethylsilikonöl, polyäthoxylierte Pflanzenöle, im Handel erhältlich unter den Handelsbezeichnungen Selectrofoam 6903 , Emulphor EL-720 und dergleichen. Obgleich der Emulgator nützlich ist zur Einstellung der jeweiligen Schaumstruktur, können brauchbare Schaumstoffe gelegentlich auch ohne Emulgatoren hergestellt werden.
Weiter sind geeignete Kunststoffe die Polyvinylchloridharze, insbesondere diejenigen vom Plastisol-Typ. Polyvinylchlorid-Plastisole sind Suspensionen aus Polyvinylchloridharz-Pulver in einem Weichmacher, welcher ein schlechtes Lösungsmittel für das Polyvinylchlorid bei niedriger Temperatur darstellt, in welchem sich das Harz jedoch bei höherer Temperatur leicht löst. Bei Lösung des Polyvinylchloridharzes im Weichmacher bei höheren Temperaturen entsteht ein fester, weichmacherhaltiger Polyvinylchlorid Kunststoff.
Das zur Herstellung des Schaum stoffs verwendete Molekularsieb wird in konventioneller Weise mit Schwefelhexafluorid beladen, beispielsweise indem man das Sieb in Abwesenheit anderer Stoffe (z. B. Wasser), die bevorzugt durch das Molekularsieb adsorbiert werden, in Berührung bringt.
Das Sieb kann bis zu etwa 35 Gew. % Schwefelhexafluorid adsorbieren. Vorzugsweise sollten mindestens etwa 20 Gew. % auf dem Sieb adsorbiert sein, damit genügend Schwefelhexafluoridgas zum Aufschäumen des Kunststoffs bereitsteht.
Das Gemisch aus beladenem Molekularsieb und härtbarem Kunstharz wird gehärtet, wobei gleichzeitig das Schwefelhexafluorid freigesetzt und dadurch der Kunststoff geschäumt wird. Die erforderliche Temperatur hängt von der Art des Kunstharzes und anderen Faktoren, beispielsweise dem Schäumungsgrad, ab. Im allgemeinen muss das Gemisch jedoch auf Temperaturen von mindestens etwa 100" C und vorzugsweise von etwa 121" C bis zu Temperaturen von etwa 150"C erhitzt werden, damit das Schwefelhexafluorid vom Molekularsieb desorbiert wird.
Die Reaktionszeit hängt wiederum von Faktoren wie der Art des Kunststoffs, der angewandten Temperatur und dergleichen ab. Im allgemeinen werden Reaktionszeiten bis zu etwa 1/2 Stunde benötigt.
Die Schaumstoffherstellung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Ein geeignetes Verfahren besteht darin, dass man das härtbare Kunstharz und das beladene Molekularsieb bei Raumtemperatur (oder je nach Viskosität und/oder Löslichkeit bei schwach erhöhter Temperatur) mischt und dann das Gemisch in eine beheizte Form giesst. Nach einer anfänglichen, relativ kurzen Formgebungszeit kann der geschäumte und gehärtete Kunststoffgegenstand dann in einem Ofen nachgehärtet werden, in welchem die endgültige Härtung stattfindet. Diese Arbeitsweise empfiehlt sich besonders für Epoxy-, Urethan- und andere Kunststoffe, die durch chemische Reaktion hergestellt werden.
Eine weitere Methode besteht darin, dass man einen Gegenstand in das Gemisch aus härtbarem, kunststoffbildendem Material und beladenem Molekularsieb eintaucht, wobei der Gegenstand mit einem Überzug versehen wird. Dieser überzogene Gegenstand (der vor dem Beschichten erhitzt worden sein kann) wird dann erhitzt, wobei der Kunststoff gehärtet und geschäumt wird. Selbstverständlich kann man auch auf andere Weise beschichten, z.B. durch Sprühen, Aufbürsten und dergleichen. Diese Methode ist insbesondere zum Beschichten mit geschäumtem Polyvinylchlorid-Plastisol geeignet.
In den folgenden Beispielen bestand das beladene Molekularsieb jeweils aus Zeolite 13X (Hersteller Linde Divi sion der Union Carbide Corporation) mit etwa 35 Gew. % Schwefelhexafluorid (bezogen auf das Gewicht des Molekularsiebs). Das Sieb war wie folgt beladen worden:
Nur mit Luft gefülltes Molekularsieb 13X (Porengrösse 10 Anström) wird in einen Behälter beliebiger Grösse gegeben. Dieser wird mit einem locker sitzenden Deckel bedeckt, dann wird ein Rohr bis zum Boden derZeolithschicht geführt. Durch dieses wird Schwefelhexafluorid mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 1 pro Stunde eingeführt. Der Behälter wird auf eine einfache Balkenwaage gestellt und die Gaszufuhr beendet, sobald das Gleichgewicht erreicht ist und keine Gewichtszunahme mehr erfolgt.
Das beladene Molekularsieb kann in verschlossenem Behälter bis zum Gebrauch aufbewahrt werden.
Beispiel 1
Mit Schwefelhexafluorid geschäumter Epoxyschaumstoff
Komponente Gew.-Teile Gew. % 1. 3 ,4-Epoxycyclohexylmethyl-
3,4-epoxycyclohexan-carboxylat 100 34,5 2. EMPOL 10401 80 27 3. Hydratis. Tonerde 75 25,7 4. Emulgator A2 0,4 0,1 5. ZZL 03343 11 3,8 6. SF6-beladenes Molekularsieb 20 6,9 7. Zinn(II)-oxalat 4 1,4 1 Trimere Säure hergestellt durch Trimerisieren ungesättigter C18-Fettsäuren; Gemisch aus etwa 90% trimerer Säure, 5% dimerer Säure und 5% einbasischen Säuren, Hersteller Emery Industries.
2 Silikon L520, Hersteller Union Carbide Corporation.
3 Flüssiges Carbonsäureanhydrid, Äquivalentgewicht 168 (Hersteller Union Carbide Corporation).
Mischverfahren
Die Komponenten 1, 2, 3 und 4 werden sorgfältig unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherkraft vermischt.
Die Mischtemperatur darf 66" C nicht übersteigen. Dann werden die Komponenten 5 und 7 und schliesslich die Komponente 6 beigemischt, wobei die Temperatur wiederum 66" nicht übersteigen darf.
Das Gemisch wird dann mit einer Temperatur von 66" C in die Form von 93" C eingegossen. Dann wird in einem Ofen von 135 C verfestigt, die Masse verbleibt dort eine halbe Stunde lang, wird aus der Form entnommen und dann in einem Umluftofen 16 Stunden lang bei 121"C gehärtet.
Die Angaben entsprechen einer typischen Verfahrensweise, das heisst Abweichungen von + 10% besitzen keinen kritischen Einfluss auf den herzustellenden Schaumstoff. Man erhält auf obige Weise ein Produkt mit porenfreier Oberfläche.
Zu erzielende Eigenschaften: spez. Gew. 0,78 Durchschlagfestigkeit 14 000 KV/mm Kriechstromfestigkeit a. geneigter Fläche > 10 000 Minuten b. 2,5 kV Druckdehnung 141 kg/cm2 Zugfestigkeit 109 kg/cm2 Druckfestigkeit 295 kg/cm2 Schlagfestigkeit 0,018 kg.m/2,5 cm Kerbe Wärmestörung 66 C Therm. Ausdehnungskoeffizient 9,4 x 10-5 cm/cm/ C Coronar Einsatzniveau > 50 kV bei 12,5 mm Dicke
Beispiel 2
Mit Schwefelhexafluorid geschäumter Epoxyschaumstoff
Ein Schaumstoff wurde mit folgender Formulierung hergestellt:
Komponente Gew.-Teile Gew. % 1. 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3 ,4-epoxycyclohexan-carboxylat 70 25,1 2. ERRA-4090t 30 10,7 3. Hexahydrophthalsäureanhydrid 80 28,6 4. Äthylenglycol 1,5 0,6 5. Emulgator A 0,4 0,2 6. Hydratis. Tonerde 75 26,9 7.
Benzyldimethylamin 2 0,7 8. SF6-beladenes Molekularsieb 20 7,2 1 In der Struktur der Komponente 1 ähnlich, enthält jedoch einen Kettenverlängerer zur Erhöhung der Elastizität (Hersteller Union Carbide Corporation).
Die Komponenten 1 bis 6 werden unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherkraft sorgfältig vermischt.
Die Mischtemperatur darf 66" C nicht übersteigen. Dann werden die Komponenten 7 und 8 beigegeben, wobei die Temperatur ebenfalls nicht über 66 C ansteigen darf.
Die Formgebung erfolgt dann nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise.
Zu erzielende Eigenschaften spez. Gew. 0,87 Durchschlagsfestigkeit 9000 KV/mm Kriechstromfestigkeit a. geneigter Fläche > 4000 Minuten b. 2,5 kV Druckdehnung 196 kg/cm2 Zugfestigkeit 87 kg/cm2 Druckfestigkeit 464 kg/cm2 Schlagfestigkeit 0,0196 kg.m/2,5 cm Kerbe Wärmestörung 106"C Therm. Ausdehnungs koeffizient 5,2 > < x 10-5 10- cm/cm/0 C Coronar Einsatzniveau > 50 kV bei 12,5 mm Dicke
Beispiel 3
Mit Schwefelhexafluorid geschäumter Urethanschaumstoff
Ein Urethanschaumstoff wurde aus folgenden Komponenten hergestellt:
Komponente Gew.-Teile 1. Quasi-Vorpolymers 50 2. Polyol2 50 3. SF6-beladenes Molekularsieb3 20 1 Isofoam PE-2 A (Hersteller Isocyanate Products, Inc.), hergestellt durch Umsetzung eines Polyätherpolyols mit Tolylendiisocyanat.
2 Isofoam PE-2 B , ein handelsübliches Polyätherpolyol, welches Fluorkohlenwasserstoff-Treibmittel enthielt, das vor Verwendung durch Vakuumdestillation entfernt wurde.
3 Mit 30 Gew.% Schwefelhexafluorid.
Die Komponenten 1 bis 3 wurden bis zur Erzielung einer kremigen Konsistenz vermischt. Diese Mischung wurde dann in eine Form mit einer Temperatur von 49 bis 66" C gegossen, worin man unter der exothermen Wärmetönung aufschäumen, gelieren und verfestigen liess. Dabei erhielt man einen mit Schwefelhexafluorid geschäumten Urethanschaum.
Zu erzielende Eigenschaften: spez. Gewicht 0,42 Durchschlagsfestigkeit 10 000 KV/mm Coronar-Einsatzniveau 50 kV bei 12,5 mm Dicke
Beispiel 4
Mit Schwefelhexafluorid geschäumter Polyvinylchlorid
Schaumstoff
Ein Polyvinylchlorid-Schaumstoff wurde gemäss folgender Formulierung hergestellt:
Komponente Gew.-Teile Gew. % 1. Polyvinylchloridharz At 48 25,1 2. Polyvinylchloridharz B2 12 6,3 3. Polyvinylchloridharz C3 35 18,4 4. Diisooctylphthalat 65 34,0 5. Tri-Base E 4 6 3,1 6. Antimontrioxyd 5 2,6 7. SF6-beladenes Molekularsieb 20 10,5 1 QYNV-2 (Union Carbide) 2 WO-2 (Goodyear) 3 M-90 (Goodyear) 4 Tri-Base E , basische Bleiverbindung, die als Stabilisator gegen das Auswerfen von Vinylverbindungen verwendet wird; Hersteller Nation Lead Corp.
Die Komponenten 1 bis 6 werden sorgfältig unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherkraft vermischt, wobei Temperaturen oberhalb 430 C vermieden werden.
Nachdem das Gemisch auf Raumtemperatur (21,1 bis 29,4 C) abgekühlt wurde, wird das Molekularsieb sorgfältig beigemischt. Dieses Gemisch kann längere Zeit gelagert werden (1 Monat bis 1 Jahr, je nach Lagertemperatur).
Jeder beliebige Gegenstand, der auf 190 + 25" C erhitzt werden kann, kann dann in diese Formulierung eingetaucht werden. Dabei erhält man einen geschäumten Polyvinylchlorid-Kunststoff, dessen Zellen mit gasförmigem Schwefelhexafluorid gefüllt sind. Dieser Schaum muss dann mindestens 30 Minuten lang bei 190"C gehärtet werden.
Typische Eigenschaften: spez. Gewicht 0,67 Durchschlagsfestigkeit 9000 KV/mm Coronar-Einsatzniveau sauber bis max. Widerstand
Das so erhältliche Material ist überraschenderweise als Elektroisolationsmaterial anwendbar und zeigt hier gegen über bekannten Materialien zahlreiche Vorteile, unter anderen folgende: (a) sehr glatte Oberflächen mit geringem Zugwiderstand, direkt nach Entfernung aus der Form und ohne Nachbehandlung; (b) leichte Herstellbarkeit in situ; (c) komplexe Krümmungen sind leicht herstellbar (in der Form), so dass man für besondere Anwendungsfälle den gewünschten Spannungsgradienten erhält; (d) automatische Reparatur nach Zusammenbrechen der Isolierung, da diese primär aus einem Gas besteht.
Dabei ist zu beachten, dass konventionelle feste Isoliermaterialien sich nicht automatisch selbst regenerieren; (e) niedriges Gewicht; (f) Träger und Leitungsteile können einen Teil der Form darstellen und mit dem isolierenden Schaumstoff während des Schäumens verbunden werden.
Das so erhältliche Material kann beispielsweise für freistehende Isolatoren verwendet werden. Die mechanische Festigkeit des Schaumstoffs reicht aus, um die Verwendung unter Kompression, Scherkräften und Zugspannung zu erlauben.
Ein weiterer Anwendungsfall sind Buchsen, wobei hier das zentral gelegene Leitungselement den Kern einer Form darstellt und während des Schäumens in der Form mit dem Isoliermaterial verbunden wird.
Fig. 1 und 2 illustrieren derartige Buchsen, die hergestellt werden können unter Verwendung von Schaumstoffen, die Schwefelhexafluorid oder gegebenenfalls ein anderes Gas mit den entsprechenden dielektrischen Eigenschaften enthalten. Man ersieht, dass die anderen, mit dem Schaumstoff zu verbindenden Elemente einen Teil der Form darstellen. Ein zentraler Leiter 10 mit Gewindeteilen 11 und 12 an den sich gegenüberliegenden Enden ist in ein spezielles Gehäuse zu verlegen, von welchem er isoliert werden soll. Ein Montageflansch 13 ist in einen Schaumstoffkörper 14 eingebettet ebenso wie die leitenden Abdeckplatten 15 und 16. Die Teile 10, 13, 15 und 16 werden durch die Schäumform in Stellung gehalten, und nachdem der Schaumstoff 14 gebildet ist, werden diese vom Schaumstoff zusammengehalten und bilden die fertige Buchse.
Es sei bemerkt, dass zur Herstellung des Isolierkörpers 14 auch andere Gase als Schwefelhexafluorid verwendet werden können.
Fig. 3 illustriert die Anwendung des neuen Isoliermaterials in Verbindung mit einem rohrförmigen Leiter 20, der mit einem Überzug 21 aus Schwefelhexafluorid-Schaumstoff überzogen ist. Diese Anordnung eignet sich insbesondere für unterirdische Leitungsverlegungen und dergleichen, allgemein für alle Anwendungsfälle, bei denen eine isolierende Hülle für einen Leiter erforderlich ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere Anwendung des beschriebenen Materials am Beispiel einer Isolierscheibe 30 in einer Hochspannungs-Übertragungsanlage. Ein Leiter 31 ist innerhalb eines rohrförmigen, leitenden Gehäuses 32 gelagert. Die Scheibe 30 kann als Isolierscheibe der in der USA-Patentschrift 3 345 450 beschriebenen Art dienen. Sie kann beliebig geformt werden, so dass man entlang ihrer Oberfläche den erwünschten Gradienten erzielt. Falls erwünscht, kann das Innere des Gehäuses 32 mit Schwefelhexafluorid erfüllt werden.
Fig. 5 illustriert einen weiteren Anwendungsfall, bei welchem ein zentral gelegener Leiter 40 umschlossen und getragen wird. Dieser zentrale Leiter ist vom isolierenden Schaumstoff 41 umgeben. Der Schaumstoff 41 befindet sich in einem Isolierrohr 42, welches beispielsweise aus unter Rotation vergossenem Epoxy-Vinylharz besteht und von einem Urethanüberzug 43 bedeckt ist. Das Rohr 42 weist hohe Durchschlagsfestigkeit auf, und aufgrund des Urethan überzugs 43 ist die Anordnung vor Feuchtigkeit und Pilzbefall geschützt.
Um den Leiter 40 im Rohr 42 zu halten und um dem Rohr 42 Druckfestigkeit zu verleihen, wird dieses mit dem Schaumstoff gefüllt, oder mit einem gleichwertigen Schaumstoff, der mit einem von Schwefelhexafluorid verschiedenen Gas gebildet ist.
Das Rohr 42 gemäss Fig. 5 kann zunächst in üblicher Weise mit einer Stahlform gegossen werden. Dann wird das Rohrinnere sandgestrahlt und an einem Ende festgehalten.
Der Leiter 40 aus Kupfer oder Aluminium wird zentral im Rohr 42 angeordnet, dann wird die Anordnung mit einer geeigneten Schaumstofformulierung gefüllt, sodann wird der Schaumstoff hergestellt. Auf die Aussenfläche des Rohres wird dann ein Überzug 43 aus Urethanharz, welches 2% Tributyl-Zinnoxyd als Fungicid enthält, aufgesprüht. Derartige Einheiten können in Abschnitten mit Längen von beispielsweise 6 m hergestellt werden, die anschliessend miteinander verbunden werden können. Ein solches System ist selbstverständlich weniger verletzlich als ein mit Gas ge fülltes System, da die dielektrischen Eigenschaften des Schaumstoffs 41 bei Leckbildung sich nicht verändern. Ferner verleiht der Schaumstoff 41 der Anordnung mechanische Festigkeit und verhindert eine Bewegung des Leiters 40.
An den Verbindungsstellen müssen keine Druckeinrichtungen vorgesehen werden, wie bei gasgefüllten Leitungen.