CN102317344A - 开关装置中绝缘材料用的铸模树脂体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于开关装置的基于缩水甘油酯的绝缘树脂，其含有甲基降冰片烯二酸酐/氢化的甲基降冰片烯二酸酐作为硬化剂和N-取代的咪唑作为加速剂。此外还添加了片状氧化铝作为填料。该树脂具有显著提高的玻璃化转变温度，同时具有高的机械性能，并且非常抗电弧径迹。该树脂适于作为GIL设备中的铸模树脂。

Description

开关装置中绝缘材料用的铸模树脂体系
本发明涉及用于开关装置的绝缘树脂领域，特别地，涉及那些用作“气体绝缘输电线(GIL)”的铸模树脂的绝缘树脂。
在电开关装置中——特别是在紧凑设计的情况中——绝缘材料起很重要的作用。
在这些通常以铸模树脂形式使用的绝缘树脂中，玻璃化转变温度高是有利的，但是同时常常也存在对有利的机械性能、高场强和好的抗电弧径迹性(Trackingverhalten)的需要。特别在GIL的情况中，抗电弧径迹性经常是重要的参数，其它要求还包括破裂值(Berstwerte)高，以及如有需要对气体如SF6的分解产物的耐受性好。
因此，本发明的一个目的是，作为现有技术方案的备选，提供一种用于开关装置的绝缘树脂，其中玻璃化转变温度增加，同时，其他性能、特别是抗电弧径迹性也很好或甚至得到改善。
本发明的目的通过根据本发明的权利要求1的绝缘树脂实现。相应地，本发明提供了一种用于开关装置中的绝缘材料的绝缘树脂，所述绝缘树脂基于缩水甘油酯，由包含以下成分的起始成分形成：
a)包含甲基降冰片烯二酸酐和/或氢化的甲基降冰片烯二酸酐的物质，
b)包含以下结构的咪唑的物质：
Figure BDA0000082274700000011
其中R1选自烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基；
R2、R3、R4各自独立地选自氢、烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基，
其中在合适基团中一个或多个非邻接CH2基团各自独立地被以下所取代：-O-、-S-、-NH-、-NRo-、-SiRoRoo-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-SO2-、-CN、-S-CO-、-CO-S-、-CY1＝CY2-或-C≡C-，其中氧和/或硫原子不直接彼此连接，同样任选被芳基或杂芳基取代，所述芳基或杂芳基优选含有1至30碳原子(末端CH3基团在CH2-H的意义上理解为CH2基团，Ro和Roo＝烷基)，
c)填料，含有片状氧化铝。
通用的基团定义：在本说明书和权利要求书的范围内，要求保护并描述了通用的基团，例如烷基、烷氧基、芳基等。在本发明范围内，除非另有说明，以通用术语描述的基团中优选使用以下基团：
烷基：直链和支链C1-C8烷基，
长链烷基：直链和支链C5-C20烷基
烯基：C2-C6烯基；
环烷基：C3-C8环烷基；
亚烷基：选自亚甲基；1，1-亚乙基；1，2-亚乙基；1，1-亚丙基；1，2-亚丙基；1，3-亚丙基；2，2-亚丙基；丁-2-醇-1，4-二基；丙-2-醇-1，3-二基；1，4-亚丁基；环己烷-1，1-二基；环己烷-1，2-二基；环己烷-1，3-二基；环己烷-1，4-二基；环戊烷-1，1-二基；环戊烷-1，2-二基；和环戊烷-1，3-二基，乙烯基，氰基乙基，十一基、羟基甲基
芳基：选自分子量低于300道尔顿的芳族基团
卤代烷基：选自单、二、三、多和全卤化的直链和支链C1-C8烷基。
除非有不同的定义，在通用的基团定义中更优选下列基团：
烷基：直链和支链C1-C6烷基，特别是甲基、乙基、丙基、异丙基；
芳基：选自苯基；联苯基；萘基；蒽基；菲基；苯甲基。
已经出人意料地发现，在两个成分的存在下，在本发明的许多应用中的一种协同作用使得可以得到如下的绝缘树脂：该绝缘树脂与现有的技术方案相比具有大幅增加的玻璃化转变温度，并且同时具有非常出色的其他性能如抗电弧径迹性或破裂值。
在本发明的上下文中，术语“绝缘树脂”特别地包含和/或包括(优选低粘性的)基于环氧树脂和反应性可控的酐成分的铸模树脂体系。
在本发明的上下文中，术语“开关装置”特别地包含和/或包括用于低、中和高压的装置。
在本发明的上下文中，术语“基于缩水甘油酯”特别地包含和/或包括使用缩水甘油酯作为起始成分——特别是主要成分。可以使用本领域熟知的所有树脂。
在本发明的上下文中，术语“由起始成分形成”特别地表示和/或包括绝缘树脂由一种或多种所述成分制备。
在本发明的上下文中，术语“甲基降冰片烯二酸酐”特别地表示和/或包括以下化合物：
Figure BDA0000082274700000031
在本发明的上下文中，术语“氧化铝(Aluminiumoxid)”特别地表示和/或包括这样的物质，其由≥95％(重量％)、优选≥98％和最优选≥99％的氧化铝组成。
根据本发明一个优选的实施方案，物质a)对物质b)(重量/重量)的比例为从≥50∶1至≤300∶1。因为由此能够再次提高玻璃化转变温度，所以发现这对实际应用是有利的。
物质a)对物质b)的比例(重量/重量)优选从≥100∶1至≤250∶1，更优选≥150∶1至≤220∶1。
根据本发明一个优选的实施方案，物质a)在树脂中的比例(重量/重量。基于缩水甘油酯)为从≥0.8∶1至≤1∶1。同样常常发现这有利于增加玻璃化转变温度。
物质a)对物质b)在树脂中的比例(重量/重量，基于缩水甘油酯)优选从≥0.85∶1至≤0.98∶1，更优选≥0.92至≤0.97∶1。
根据本发明一个优选的实施方案，物质b)在树脂中的比例(重量/重量，基于缩水甘油酯)的比例为从≥0.01∶1至≤0.1∶1，更优选≥0.02∶1至≤0.09∶1和最优选0.04∶1至≤0.07∶1。
根据本发明一个优选的实施方案，成分b)选自1-甲基咪唑、1-乙基咪唑、1-丙基咪唑、1-异丙基咪唑、1，2-二甲基咪唑、2-乙基-4-乙基咪唑、咪唑、1-苯甲基-2-苯基咪唑、1-乙烯基咪唑、2-甲基咪唑、2-十七基咪唑，及其混合物。
根据本发明一个优选的实施方案，填料c)在树脂中的比例(全部混合物的重量/重量)为从≥50％至≤100％。优选≥65％，更优选≥70％。
根据本发明一个优选的实施方案，填料c)的d50为从≥2μm至≤6μm。
这在实际应用中得到了证实，因为如此耐破裂性可以经常再被增加。更优选为≥3μm至≤5μm。
根据本发明一个优选的实施方案，绝缘树脂在固化过程中制备，该固化过程包括在≥140℃、优选≥150℃以及固化持续时间≥12小时、优选≥14小时和最优选≥16小时的条件下的固化步骤。
浇注(Verguβ)优选在减压条件(Vakuum)下进行。
本发明还涉及绝缘部件，其包括根据本发明的绝缘树脂。该绝缘部件优选为GIL装置的部件。
本发明还涉及基于缩水甘油酯的树脂体系作为电开关装置的绝缘体系的用途，所述基于缩水甘油酯的树脂体系由包含以下成分的起始成分形成：
a)包含甲基降冰片烯二酸酐和/或氢化的甲基降冰片烯二酸酐的物质，
b)包含以下结构的咪唑的物质：
Figure BDA0000082274700000041
其中R1选自烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基；
R2、R3、R4各自独立地选自氢、烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基，
其中在合适基团中一个或多个非邻接CH2基团各自独立地被以下取代：-O-、-S-、-NH-、-NRo-、-SiRoRoo-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-SO2-、-S-CO-、-CO-S-、-CY1＝CY2-或-C≡C-，其中氧和/或硫原子不直接彼此连接，同样任选被芳基或杂芳基取代，所述芳基或杂芳基优选含有1至30碳原子(末端CH3基团在CH2-H的意义上理解为CH2基团，Ro和Roo＝烷基)，
c)填料，含有片状氧化铝(
Figure BDA0000082274700000051
Aluminiumoxid)。
上述以及在权利要求书和在实施例中描述的根据本发明使用的成分在其尺寸、形状构型、物质选择和技术设计方面不存在任何特别的例外条件，并且可以不受限制地使用本领域公知的选择标准。
本发明主题的进一步的细节、特征和优势从所述权利要求书、下文所附实施例的说明可以得到。
实施例I
以单纯解释性和非限制性方式，本发明使用根据本发明的实施例I进行研究。在该实施例中制备的树脂由以下成分形成：
Figure BDA0000082274700000052
该树脂在80℃固化2小时，然后在100℃固化2小时，接着在130℃固化1小时，并最终在150℃固化16小时。
此外，制备了三种(非本发明的)对比树脂。
对比例I：
在对比例I中，选择d50值为21μm的白云石代替氧化铝作为填料。其他制备条件均相同。
对比例II：
在对比例II中，选择d50值为5μm的球状铝代替片状氧化铝作为填料。其他制备条件均相同。
对比例III：
在对比例III中，选择d50值为4μm的白刚玉代替片状氧化铝作为填料。其他制备条件均相同。
在测试中首先检测抗拉强度[ISO 527-4]、马顿斯温度(Martenstemperatur)以及破裂值(用水加压)。
Figure BDA0000082274700000061
因此，本发明的树脂体系具有最高的抗拉强度、最高的马顿斯温度，并(和对比例III)满足了破裂值要求。
同样研究了所有树脂体系的抗电弧径迹性；发现所有树脂都是足够的。
此外，测定了对SF6分解产物的稳定性[在高度分解的SF6中储存超过3个月]。在此，仅发现对比例I和实施例I具有好的稳定性。对于其余方案，稳定性减少，部分显著减少。
由此可见本发明的绝缘树脂的有利性能，其唯一地满足了全部要求。

Claims (9)

1.用于开关装置中的绝缘材料的绝缘树脂，所述绝缘树脂基于缩水甘油酯，由包含以下成分的起始成分形成：
a)包含甲基降冰片烯二酸酐和/或氢化的甲基降冰片烯二酸酐的物质，
b)包含以下结构的咪唑的物质：
Figure FDA0000082274690000011
其中R1选自烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基；
R2、R3、R4各自独立地选自氢、烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基，
其中在合适基团中一个或多个非邻接CH2基团各自独立地被以下取代：-O-、-S-、-NH-、-NRo-、-SiRoRoo-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-SO2-、-S-CO-、-CO-S-、-CY1＝CY2-或-C≡C-，其中氧和/或硫原子不直接彼此连接，同样任选被芳基或杂芳基取代，所述芳基或杂芳基优选含有1至30碳原子(末端CH3基团在CH2-H的意义上理解为CH2基团，Ro和Roo＝烷基)，
c)填料，含有片状氧化铝。
2.如权利要求1所述的绝缘树脂，其中物质a)对物质b)的比例(重量/重量)为从≥50∶1至≤300∶1。
3.如权利要求1或2所述的绝缘树脂，其中所述物质a)在树脂中的比例(重量/重量，基于缩水甘油酯)为从≥0.8∶1至≤1∶1。
4.如权利要求1至3中任一项所述的绝缘树脂，其中所述物质b)在树脂中的比例(重量/重量，基于缩水甘油酯)为从≥0.01∶1至≤0.1∶1。
5.如权利要求1至4中任一项所述的绝缘树脂，其中成分b)选自1-甲基咪唑、1-乙基咪唑、1-丙基咪唑、1-异丙基咪唑、咪唑、2-甲基咪唑、1，2-二甲基咪唑、2-乙基-4-乙基咪唑、咪唑、1-苯甲基-2-苯基咪唑、1-乙烯基咪唑、2-甲基咪唑、2-十七基咪唑、2-苯基咪唑及其混合物。
6.如权利要求1至5中任一项所述的绝缘树脂，其中所述填料c)的d50为从≥2μm至≤6μm。
7.绝缘部件，包括如权利要求1至6中任一项所述的绝缘树脂。
8.如权利要求7所述的绝缘部件，其中所述绝缘部件为GIL设备的部件。
9.基于缩水甘油酯的树脂体系在电开关装置中作为绝缘材料的用途，所述基于缩水甘油酯的树脂体系由包含以下成分的起始成分形成：
a)包含甲基降冰片烯二酸酐和/或氢化的甲基降冰片烯二酸酐的物质，
b)包含以下结构的咪唑的物质：
Figure FDA0000082274690000021
其中R1选自烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基；
R2、R3、R4各自独立地选自氢、烷基、长链烷基、烯基、环烷基、卤代烷基、芳基，
其中在合适基团中一个或多个非邻接CH2基团各自独立地被以下取代：-O-、-S-、-NH-、-NRo-、-SiRoRoo-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、CN、-SO2-、-S-CO-、-CO-S-、-CY1＝CY2-或-C≡C-，其中氧和/或硫原子不直接彼此连接，同样任选被芳基或杂芳基取代，所述芳基或杂芳基优选含有1至30碳原子(末端CH3基团在CH2-H的意义上理解为CH2基团，Ro和Roo＝烷基)，
c)填料，含有片状氧化铝。
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