CS202970B1 - Elektroizolačný teplovzdorný impregnačný lak a spčsob výroby tohoto laku - Google Patents

Description

řo’cX* l * * * VS POPIS VYNÁLEZU

REPUBLIKA K AUTORSKÉMU OSVĚDČENU! 202970 (Π) (Bl)

/22/ Přihlášené 18 06 7 9/21/ /PV 4196-79/ (51) lnL Cl.3C 09 D 5/25

ÚŘAD PRO VYNÁLEZY

A OBJEVY (40) Zverejnené 30 05 80(45) Vydané 15 10 82 (75)

Autor vynálezu MATULAY DUŠAN ing. a BlNOVA GABRIELA ing. CSe., BRATISLAVA (54) Elektroizolačný teplovzdorný impregnačný lak a spósob výroby tohotolaku 1

Vynález sa týk-a elektroizolačného impregnačného laku na báze modifikovanéj polyesterovejživice, ktorého trvalá prevádzková teplotná odolnost bezpeČne dosahuje 200.°C a je vhodnýpredovšetkým na impregnáciu vinutí elektrických strojov so zvlášť vysokými nárokmi na elek-trické, mechanické a aplikačně vlastnosti, ako sa požadujú například u motorov trakčných,žeriavových, valčekových.

Pre konštrukciu elektrických strojov sa požadujú izolačně materiály pokial možno s čonajvyššou teplotnou odolnosťou, pretože tým sa umožňuje výroba strojov s vyššou životnosťoupri zachovaní povodných rozmerov, alebo podstatné zmenšenie ich rozmerov, čo sa prejavíznačnými úsporami na konštrukčných materiáloch, na pracnosti, produktivitě a dalšími technic-kými výhodami pri ich aplikácii. V· izolačných systémoch teplotnej triedy H sa ako impregnačně laky používajú prevažne si-likonové typy. Ich nevýhodou je ich obmedzená použitelnost v kombinácii s ostatnými druhmiobvyklých izolantov systému, ich vysoká teplota vytvrdzovania, 200 až 250 °C, a v porovnanís inými typmi iakov aj ich relativné vysoká cena. Ide tu přitom o izolačně systémy najmau strojov, kde sa kladů mimoriadne vysoké nároky na teplotnú odolnost pri súčasnom spojenís požiadavkami na dosiahnutie vysokej mechanickej a elektrickej pevnosti, dlhej životnosti,prevádzkovej spolahlivosti, atd., čo je zvlášť doležité například u trakčných a žeriavovýchmotorov, u motorov pre pohony v hutiach, baniach, na válcových tratiach. V dčsledku trendu racionalizácie výroby elektrických točivých strojov a zvyšovaniapožiadaviek na rozšírenie aplikácie izolantov s vysokou teplotnou odolnosťou, elektrotechnikasa stala jedným z hlavných iniciátorov výskumu navěj skupiny teplotně odolných polytnérov,ktoré majú v reťazci zabudované aromatické a heterocyklické kruhy, obsahujúce najma atomydusíka. U impregnačných lakov za relativné najsíubnejšie v uvedenom smere možno považovatpredovšetkým typy na báze modifikovaných esterimidových živíc. U všetkých známých výrobkovtohto druhu sa však nateraz ešte prejavuje rad závažných nedostatkov, hlavně technického, 202970 202970 výrobného, technologického, aplikačhého a ekonomického charakteru, v d3sledku ktorých prak-tické možnosti ich širšieho'a efektivneho uplatnenia zostávajú obmedzené. Sú to najma okolnos-ti súvisiace s ich relativné ešte stále vysokou cenou, s náročnou a problematickou výrobouv požadovanej kvalitě, aplikačnými vlastnostami. Ich teplotná odolnost dosahuje sice teoretic-ky aj 180 °C, ale z hladiska trvalých elektrických a mechanických vlastnosti sa tu negativnéprejavujú najma dosledky starnutia, účinky prečaženia, miera hmotnostných úbytkov, negativnép3sobenie odštěpných a komponentných zložiek na lakové .izoláciu vodičov vinutia. Pripřavatýchto typov lakov je přitom velmi náročná, mimoriadne záleží na volbě druhov a kvalitě suro-vin, na ich spracovani, na volbě a riadení reakčných procesov pri syntéze, ale rovnako aj napodmienkach pri aplikácii hotových výrobkov, čo sa potom v značnej miere odráža na konkrétnýchvýsledkoch, t. j, na nedostatočnej reprodukovatelnosti podlá požiadaviek, nerovnoměrnostiu dosahovanej kvality, na neefektivnosti z ich uplatnenia, atd., a to obvykle s rovnako nega-tivným dopadom pre výrobcov aj užívatelov, producentov i spotrebitelov. Přitom je známe, že požiadavky na kvalitativně a aplikačně vlastnosti lakov impregnačnéhotypu sú zvlášť náročné a rozhodujúce pre používatelov, lebo tito musia zabezpečit rozhodujúcefinálně vlastnosti pre odberatelov, príčom ide o závažné funkčně a ostatně náležitosti rSzne-*ho charakteru, ktoré tu musia byt splněné súčasne. Bezpodmienečne sa například vyžaduje, abyokrem dosiahnutia mechanického spevnenia celého izolačného systému v kompaktný celok, impreg-nant zostal inertný voči akýmkolvek iným zložkám pri aplikácii aj počas prevádzky zariade-nia, aby v maximálnej miere zostal odolný voči vlhkosti, voči agresívnym vplyvom z okolia,voči kovovému a uhlíkovému prachu, aby sa dosiahla a zachovala vysoká mechanická a elektrickápevnost aj pri najvyšších prevádzkových teplotách, resp. aby změna týchto vlastností v zá-vislosti od teploty a teplotného starnutia bola minimálna, aby sa dosiahla a zachovala odolnostproti odstředivým silám, proti teplotnému pretaženiu.

Je všeobecne známe, že u jes tvůjúcich doterajšich riešeni sú splněné len niektoré po-žiadavky, len v určitých smeroch a obvykle stále iba v nedostačujúcej miere, čím nemSžu bytuspokojené nároky a potřeby praxe, kde sa čím dalej tým viac požadujú komplexně riešenia, kto-ré by bolí dostatočne efektívne po stránke technickej, technologickéj, aplikačnej i ekono-mickej ,

Nevýhody a nedostatky doterajšieho stavu sa v podstatnej miere odstraftujú riešením podlávynálezu, ktorým je daný elektroizolačný teplovzdorný impregnačný lak na báze roztoku modi-fikovanej polyesterimidovej živice a s obsahom podielov sietujúcich a vytvrdzovacich zložiek,kde v nefenolickom polárnom rozpúšíadle rozpuštěná živičná zložka laku obsahuje podřel 15 až40 hmot. Z aromatického imidu, ktorý je naviazaný karboxylovými skupinami diímiddíkarbónovejkyseliny na hydroxylové skupiny polyesteru, v ktorom kyselina izoftálová tvoří najmenej20 hmot. Z- kyslej zložky a přitom dalšími složkami polyesteru sú alkylderiváty aromatickýchdikarbónových kyselin, jednofunkčné maetné kyseliny prevažne nasýteného charakteru v mňožstve5 až 20 hmot. Z a podiel 5 až 40 hmot. Z dvojfunkčných a trojfunkčných alkoholov, z ktorýchjedným je trishydroxyetylizokyanurát, sietujúcou zložkou laku je přitom blokovaný aromatickýpolyizokyanát a katalyzátorom vytvrdzovacej reakcie je přísada typu bázických zlúčenin.

Vhodnou konkretizáciou je přitom také riešenie podlá vynálezu, kde v pomere počítanomna teoretická hodnotu hydroxylových skupin polyesterimidovej živičnej zložky laku, sietujúcouzložkou laku je podřel 25 až 50 hmot. Z polymérneho, čiastočne blokovaného diizokyanátu,a v pomere počítanom na obsah kovu v živici, katalyzátorom vytvrdzovacej reakcie je podiel0,02 až 0,1 hmot. Z zlučenín alebo komplexov kovov, výhodné oktoátu zinočnatého. Výrobaelektroizolačného teplovzdorného impregnačného laku sa podlá vynálezu výhodné realizuje postu-pom, ktorý je charakterizovaný tým, že dvojstupňovou alebo trojstupňovou syntézou sa najskSrpřipraví polyester, ku ktorému ea v nasledujúcom stupni pridajú suroviny na přípravu diimid-dikarbónovej kyseliny, pričom sa postupuje takým sledom operácií, že v prvom stupni sa pre-esterifikuje dimetyltereftalát s polyolmi pri 150 až 230 C do 70— až 95—percentnej konverziefunkčných skupin za přítomnosti kyslého katalyzátore, například octanu zinočnatého, v nasle-dujúcom, druhom stupni sa bud na oligoraér z predchádzajúcej reakcie priamo naviaže jedno-funkčná mastná kyselina pri 180 až 250 °C, číslo kyslosti v reakčnej zmesi sa zníži na 3 až20 mg KOH/g a potom sa přidá kyselina izoftálová, alebo sa přidá súčasne kyselina izoftálováa reakcia sa vedie pri 180 až 250 UC do poklesu čísla kyslosti na 3 až 20 mg KOH/g a v nadv3-zujúcom stupni sa potom polyester a diimiddikarbónová kyselina, vzniklá z trimellitového anhy- 3 202970 dridu a aromatického diaminu, polykondenzuje prí teplote 120 až 250 °C v přítomnosti kovovýchSOlí orpanických kyselin ako katalyzátora až do vyčírenia reakčnej zmesi, pričom trimellicovýanhydrid a aromatický diamín sa pridávaju do roztaveného polyesteru, výhodné najmenej v dvochČastiach, a do roztoku výsledného živičného produktu sa potom přidá zložka sietujúca a kata-lyzátor vytvrdzovacej reakcie pri teplote maximálně 80 °C.

Pre syntézu polyesterovej a imidovej Strukturálnej časti polymérneho retazca je v zásaděmožné použit rad dostupných východiskových surovin a primerané výrobně postupy. Trvalá teplot-ná odolnost a mechanické vlastnosti polyesterimidových lakov daného typu závisia najma odhmotnostného podielu imidovej zložky v laku a od jej struktury a sposobu zabudovania dopolyesterimidového polymeru, pričom ale vyššie spomenuté vlastnosti vo velmi rozhodujúcej miereovplyvňuje aj polyesterová zložka. Specifickým problémom je míera rozpustnosti v benzénovýchuhlovodíkoch, esteroch, alkoholoch, ketonoch a éteroch, ktorý sa vyriešil zabudováním dlhéhoalifatického retazca do Struktury polyesterimidovej živice, a to buď do jej polyesterovej aleboimidovej zložky. Pre přípravu polyesteru sú vhodné například monokarbonové kyseliny s 6 až24 uhlíkovými atoraami v molekule. Přednost sa dává kyselinám s prevažne nasýtenými mastnými zvyškami a s ČiastoČne rozvet-fveným uhlovodíkovým retazcom, akými sú například syntetické mastné kyseliny, mastné kyselinyrastlinných a živočišných olejov, pričom okrem kyselin je možné použit připadne aj mastnýalkohol. Do imidovej zložky možno například zabudovat alifatický retazec použitím mastnéhoaminu.

Charakter a množstvo alifatického retazca v štruktúre polyester-imidovej živice však ne-priaznivo ovplyvňuje i teplotnú odolnost výsledného materiálu, preto je vhodné zabudovat dostruktury len také množstvo tejto zložky, aby sa získala požadovaná rozpustnost živice a za-bezpečila sa znášanlivost so sietujúcimi zložkami. Strukturálny typ polyesteru uplatněnýv riešení podlá vynálezu umožňuje pri zachovaní požiadavky vhodnej rozpustnosti polyesterimi-dovej živice a jej znášanlivosti so sietujúcou zložkou, dosiahnutie zvlášt vysokej teplotnejodolnos ti. Příklad 1

Podiel 136 g dimety1tereftalátu, 34 g etyléngíykolu, 46 g glycerínu, 92 g trishydroxyetyl-izokyanurátu a 0,18 octanu zinoČnatého sa preesterifikuje za miešania pod inertnou atmosféroupri teplote 160 až 180 °C tak dlho, kým sa nedosiahne index lomu odobratej vzorky pri teplote20 °c v rozmedzí 1,5420 až 1,5430, čo zodpovedá koncentrácii hydroxylových skupin v reakčnejzmesi 15 až 17 X. Pri 85-percentnej konverzii funkcných skupin oddestiluje z reakčnej zmesicca 38 g metanolu. Po dosiahnutí predpísaného indexu lomu sa do reakčnej zmesi pri teplote180 °C přidá 43 g stearínu a 50 g kyseliny izoftálovej. Teplota sa postupné zvýši na 220 °Ca udržuje sa do poklesu čísla kyslosti reakčnej zmesi na 14 až 17 mg KOH/g. Z reakčnej zmesisa vydestiluje pri 100-percentnej konverzii 13,7 g vody a koncentrácia hydroxylových skupinv reakčnej zmesi poklesne na 6,7 až 7,5 percent. K polyesteru ochladenému na 160 °C sa potom pridajú na trikrát suroviny pre vznik ímido-vej zložky, t. j. prvý podiel 40 percent, druhý -a třetí podiel po 30 percent. Celkové sa přidá66 g trimellitového anhydridu, 34 g 4,4"-diamínodifenylmetánu a 0,84 g dihydrátu octanu kadem-natého ako katalyzátora. Každý diel sa nechá reagovat 15 minut pri teplote 190 °C, potom sateplota zvýši až do 230 UC na tak dlho^až číslo kyslosti živice klesne pod 10 a koncentráciahydroxylových skupin poklesne na 3,8 až 4,8 percent. Takto připravená polyesterimidová živicasa rozriedi pri teplote 190 °C na 40-percentný roztok so zmesou rozpúšíadiel cyklohexanon--xylén. Na 1 000 g tohto roztoku sa přidá 175 g 50-percentného roztoku polymérneho, čiastočneblokovaného di izokyanátu, napr. Desmodur CT stabil v cyklohexanone a 1 g oktoátu zinočnátého. Příklad 2

Podiel 59 g dimety1tereftalátu, 34 g etyléngíykolu, 14 g glycerínu, 79 g trishydroxyetyl-izokyanurátu a 0,1 g dihydrátu octanu zinoČnatého sa preesterifikuje za miešania pod inertnouatmosférou pri teplote 160 až 180 °C tak dlho, kým z reakčnej zmesi neoddestiluje 19 g meta-nolu. Potom sa přidá pri teplote 180 °C do reakčnej zmesi 21 g stearínu a 33 g kyseliny

Claims (3)

1. 202970 izoftálovej. Teplota ta postupné zvýši na 220 °C a udržuje sa do poklesu čísla kyslosti reakč-nej zmesi na 14 až 17 mg KOH/g a oddelenia cca 7,0 g destilátu. K polyesteru ochladenému na 160 °C sa potom pridajú postupné, ako je uvedené v příklade1, východiskové suroviny pre vznik diimiddikarbónovej kyseliny. Celkove sa přidá 33 g tri-mellitového anhydridu, 17 g á.á^diarninodifenylmetánu a 0,4 g dihydrátu octanu kademnatého.Takto připravená polyesterimidová živica sa nariedí pri teplote 190 °C na 40-percentný roz-tok so zmesou rozpúštadiel cyklohexanon-xylén-etylglykolacetát. Na 100 g tohto roztoku sapřidá 20 g 50-percentného roztoku blokovanej polyizokyanátovej živice v cyklohexanone a 0,5 goktoátu zinočnatého. Pri aplikácii lakov podlá příkladu 1 alebo 2 na impregnáciu vinutia, vytvrdzovanietýchto sa realizuje pri teplotách 120 a 150 °C. Pri skúšobnom hodnotení podlá platnýchCSN holi přitom zistené nasledujúce konkrétné hodnoty v danej súvislosti: Sušina /3h/150 °CTekutost Elektrická pevnost23 °C180 °C21Ó °C po 24 hodinách vo vodě CSN 67 3031/ CSN 67 3013/ CSN 67 3150/, část 10/ : 40 až 44 Z : 40 až 80 s : 100 až 150 kV/mm: 80 až 105 kV/mm : 60 až 70 kV/mm : 100 až 120 kV/mm Měrný vnútorný odpor23 °C180 °C210 °C /CSN 67 3150/, část 13/ po 24 hodinách vo voděHmotnostný úbytok pri 200 °C po /ČSN 16 týždňoch 34 6501, část 02 a 03/ PSsobenie na lakované dróty LCIA /ČSN 67 6020, část ,1/ : 1Q13 az 14 Qhm/mm O : 10 Ohm/ram : 107 ® Ohra/mm : 10^3 Ohm/mm ϊ 15-17 7. : vyhovuje Ztj» póvodná tvrdost: 7H, po posobení laku : 7H Teplotný index, počítaný z poklesu elektrickejpevnosti lakovaných tkanic, po stárnutí 200, 220 a 240 °C /CSN 67 3152, ČSN 67 3176/ : 195 °C Oproti známým a porovnatelným typom e1ektroizo1ačných impregnačných lakov představuje rie-šenie podlá vynálezu podstatné zlepšenie po_stránke ekonomickej, technickej, technologickeji aplikačnej. Využívajú sa dostupnejšie a lacnejšie suroviny, výroba je jednoduchšia, repro- ·dukovatelnejšia, kvalitativně rovnoměrnějšia. Dosahované technické parametre sú vyššie,napr. už základná teplotná odolnost o 15 až 20 °C, hmotnostný úbytok je nižší, elektrickápevnost, měrný vnútorný odpor sú vyššie, a rovnako lepšie sú aj požadované mechanické vlast-nosti pri vysokých teplotách a velkých odstředivých silách, odolnost voči krátkodobej, 400 až 500 °C teplotnej pretažitelnosti. Běžná skladovatelnost a upotrebitelnost výrohkov presahuje 1 rok, vytvrdzovacia teplota po aplikácii je 120 až 150 °C. Riešenie podlá vynálezumožno výhodné a bezprostředné uplatnit predovšetkým v odbore elektrotechniky, v gescii výrobyšpeciálnych elektroizolaČných lakov. PREDMET VYNÁLEZU

   1, Elektroizolačný teplovzdorný impregnačný lak na báze roztoku modifikovanej polyesterimidověj živice a s obsahom podielov sieíujúcich a vytvrdzovacíeh zložiek, vyznačujúci sa tým,že v nefenolickom polárnom rozpúštadle rozpuštěná živičná zložka laku obsahuje podřel 15 až40 hmot. Í5 aromatického imidu, ktorý je naviazaný karboxylovými skupinami diimiddikarbónovej 202970 kyseliny na hydroxylové skupiny polyesteru, v ktorom kyselina izoftálová tvoří najmenej 20hmot. % kyslej složky, a přitom dalšími složkami polyesteru sú alkylderiváty aromatickýchdikarbónových kyselin, jednofunkČné mastné kyseliny prevažne nasýteného charakteru v množstve5 až 20 hmot. % a podiel 5 až 40 hmot. % dvojfunkčných a trojfunkčných alkoholov, z ktorýchjedným je trishydroxyetylizokyanurát, siečujúcou zložkou laku je přitom blokovaný aromatickýJpolyizokyanát a katalyzátorom vytvrdzovacej reakcie přísada typu bazických 2lúčenin,
2. 2. Elektroizolačný teplovzdorný impregnačný lak podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, žev pomere počítanom na teoretická hodnotu hydroxylových skupin polyesterimidovej Živičnejzložky laku, sietujúcou zložkou laku je podiel 25 až 50 hmot. % polymérneho, čiastočne bloko-vaného diizokyanátu, a v pomere počítanom na obsah kovu v živici, katalyzátorom vytvrdzovacejreakcie je podiel 0,02 až 0,1 hmot. % zlučenín alebo komplexov kovov, výhodné oktoátu zinoČ-natého.
3. 3. Sposob výroby elektroizolaČného teplovzdorného impregnačného laku podlá bodu 1, 2,vyznačujúci sa tým, že dvojstupňovou alebo troj stupňovou syntézou sa najskor připraví poly-ester, ku ktorému sa v nasledujúcom stupni pridajú suroviny na přípravu diimiddikarbónovejkyseliny, pričom sa postupuje takým sledom operácíí, že v prvom stupni sa preesterifikujedimetyltereftalát s polyolmi pri- 150 až 230 °C do 70-až 95-percentnej konverzie funkčnýchskupin za přítomnosti kyslého katalyzátore, napr. octanu zinočnatého, v nasledujúcom, druhomstupni sa bud na oligomér z predchádzajúcej reakcie priamo naviaže jedno.funkčná mastná kyselinapri 180 až 250 °C, číslo kyslostí v reakčnej zmesi sa zníži na 3 až 20 mg KOH/g a potomsa přidá kyselina izoftálová, alebo sa přidá súčasne kyselina izoftálová a reakcia sa vediepri 180 až 250 °C do poklesu.čísla kyslosti na 3 až 20 mg KOH/g a v nadvázujúcom stupni sapotom polyester a diiraiddikarbónová kyselina, vzniklá z trimellitového anhydridu a aroma-tického diamínu, polykondenzuje pri teplote 120 až 250 °C v přítomnosti kovových .solí orga-nických kyselin ako katalyzátora až do vycírenia reakčnej zmesi, pričom trimellitový anhydrida aromatický diaraín sa pridávajú do roztaveného polyesteru výhodné najmenej v dvoch častiach,a do roztoku výsledného živičného produktu sa potom přidá zložka sieťujúca a katalyzátorvytvrdzovacej reakcie pri teplote maximálně 80 °C. Swrografta. n. p~ závod 7. Most