DE10022261A1 - Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse - Google Patents

Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse

Info

Publication number
DE10022261A1
DE10022261A1 DE10022261A DE10022261A DE10022261A1 DE 10022261 A1 DE10022261 A1 DE 10022261A1 DE 10022261 A DE10022261 A DE 10022261A DE 10022261 A DE10022261 A DE 10022261A DE 10022261 A1 DE10022261 A1 DE 10022261A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
glass
ceramic
ceramic material
starting compound
inorganic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10022261A
Other languages
English (en)
Inventor
Tobias Erny
Gabriele Preu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE10022261A priority Critical patent/DE10022261A1/de
Priority to US10/275,569 priority patent/US20040101693A1/en
Priority to PCT/DE2001/001429 priority patent/WO2001085634A1/de
Priority to EP01931437A priority patent/EP1284938A1/de
Priority to JP2001582240A priority patent/JP2003532607A/ja
Publication of DE10022261A1 publication Critical patent/DE10022261A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/40—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/46—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes silicones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/04—Particles; Flakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/12—Polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/20—Glass-ceramics matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/30—Methods of making the composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/02—Polysilicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G02B6/4429—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables
    • G02B6/4436—Heat resistant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31551—Of polyamidoester [polyurethane, polyisocyanate, polycarbamate, etc.]
    • Y10T428/31609—Particulate metal or metal compound-containing
    • Y10T428/31612—As silicone, silane or siloxane

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffmasse (1) mit mindestens einer organischen Ausgangsverbindung (2) mindestens eines keramischen Werkstoffs (5) und mindestens einer anorganischen Ausgangsverbindung (3) des keramischen Werkstoffs. Die Keramikmasse weist ein Galsmaterial (4) auf. Durch Pyrolyse der Kunststoffmasse einsteht eine elektrisch isolierende Glaskeramik (6) mit relativ hoher mechanischer Belastbarkeit. Die Kunststoffmasse wird als Kabelummantelung einer Kabelader eingesetzt. Mit Hilfe der Kabelummantelung ist ein Funktionserhalt des Kabels im Falle eines Brandes des Kabels gesichert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffmasse mit mindestens einer organischen Ausgangsverbindung mindestens eines keramischen Werkstoffs und mindestens einer anorganischen Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs. Neben der Kunststoffmasse wird eine Verwendung der Kunststoffmasse und ein Erzeugnis mit der Kunststoffmasse vorgestellt.
Eine Kunststoffmasse der genannten Art ist beispielsweise aus P. Greil et al. in Advanced Composit Materials, 2n Int. Ceram. Sci. And Technol. Congress, Orlando, 1990, Seite 43- 49, und aus DE 39 26 077 A1 bekannt. Die Kunststoffmasse wird zur Herstellung eines keramischen Werkstoffs verwendet. Die Kunststoffmasse ist keramisierbar und fungiert als Vorstufe des keramischen Werkstoffs. Die Kunststoffmasse enthält ein organisches und anorganisches Ausgangsmaterial des keramischen Werkstoffs. Durch thermische Zersetzung (Pyrolyse) der Kunststoffmasse bei einer Temperatur aus dem Bereich zwischen 800°C und 1200°C wird der keramische Werkstoff gebildet. Ein Basismaterial der Kunststoffmasse, aus dem die Kunststoffmasse im Wesentlichen besteht, ist ein Polyorganosiloxan (Polysiloxan, Silicon, [R2(SiO)]x). Das Polyorganosiloxan ist die organische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs. In dem Basismaterial ist pulverförmiges Titan enthalten. Titan ist die anorganische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs. Durch Pyrolyse der Kunststoffmasse entsteht beispielsweise der keramische Werkstoff Titankarbid (TiC). Dabei wird zunächst ein mehr oder weniger poröses, amorphes Grundgerüst (Matrix) aus Siliziumdioxid (SiO2) und/oder Siliziumoxikarbid (SiOxCy) gebildet. Im weiteren Verlauf findet eine Art Sintern satt, wobei beispielsweise aus Siliziumoxikarbid und Titan der keramischen Werkstoff Titankarbid gebildet wird.
In Abhängigkeit von einer Zusammensetzung der Kunststoffmasse und einer Temperatur, bei der die Pyrolyse durchgeführt wird, kommt es zur Bildung unterschiedlicher keramischer Werkstoffe. Neben Titankarbid können als keramischer Werkstoff Siliziumkarbid (SiC), Titansilizid (TiSi2, Ti5Si3) und/oder Siliziumdioxid (SiO2) auftreten. Durch Zugabe beipielsweise eines Metallborids wie Tantalborid (TaB2) kann erreicht werden, dass es im Verlauf der Pyrolyse zu nahezu keiner Schwindung (zero shrinkage) kommt. Ein Ausmaß eines Keramikkörpers aus dem keramischen Werkstoff nach der Pyrolyse entspricht im Wesentlichen einem Ausmaß eines Kunststoffkörpers aus der Keramikmasse vor der Pyrolyse.
Aus EP 0 708 455 A1 ist eine flammwidrige, keramisierbare Kunststoffmasse bekannt. Die Kunststoffmasse wird als Kabelummantelung eines Kabels eingesetzt und bewirkt eine Funktionserhaltung des Kabels im Falle eines Brandes des Kabels oder eines Brandes in einer Umgebung des Kabels. Aufgrund einer durch den Brand ausgelösten Temperaturerhöhung kommt es zur Pyrolyse der Kunststoffmasse. Der sich dabei bildende keramische Werkstoff sichert eine elektrische Isolierung einer Kabelader des Kabels. Das Basismaterial der Kunststoffmasse ist ein Polyorganosiloxan, das als organische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs fungiert. Als anorganische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs ist dem Basismaterial Aluminiumoxid (Al2O3) beigemengt. Der durch die Pyrolyse bei einer Temperatur von bis zu 1200°C gebildete keramische Werkstoff ist beispielsweise Mullit (Al2O3 × SiO2). Die Bildung des Mullits erfolgt, wie oben beschrieben, über ein poröses, amorphes Grundgerüst aus Siliziumdioxid.
Aufgrund der verwendeten organischen und anorganischen Ausgangsverbindungen und aufgrund einer Bildungsweise des keramischen Werkstoffs entsteht bei der Pyrolyse der Keramikmasse ein poröses Gefüge mit dem keramischen Werkstoff. Aufgrund des porösen Gefüges ist ein während oder nach einem Kabelbrand entstehender Verbund aus der Kabelader und dem die Kabelader umhüllenden keramischen Werkstoff nur einer geringen mechanischen Belastung aussetzbar. Der Verbund kann durch die mechanische Belastung nachhaltig geschädigt werden, so dass eine Funktionserhaltung des Kabels bei thermischer und mechanischer Belastung ein Problem darstellt. Um dieses Problem zu umgehen, ist das Kabel mit Hilfe eines Verstärkungsgewebes mechanisch verstärkt. Das Verstärkungsgewebe besteht aus einem nicht brennbaren, mineralischen Werkstoff.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kunststoffmasse anzugeben, die bei Pyrolyse der Kunststoffmasse ein Gefüge mit einem keramischen Werkstoff bildet, das eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte mechanische Belastbarkeit aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Kunststoffmasse angegeben, mit mindestens einer organischen Ausgangsverbindung mindestens eines keramischen Werkstoffs und mindestens einer anorganischen Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs. Die Kunststoffmasse ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Glasmaterial zur Bildung einer den keramischen Werkstoff aufweisenden Glaskeramik vorhanden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung der Kunststoffmasse zur Herstellung einer Glaskeramik angegeben. Die Kunststoffmasse fungiert als Vorstufe des keramischen Werkstoffs beziehungsweise der Glaskeramik. Die Herstellung der Glaskeramik erfolgt vornehmlich durch Pyrolyse der Keramikmasse. Die Glaskeramik ist das Gefüge mit dem keramischen Werkstoff. Eine Eigenschaft des Gefüges, beispielsweise die mechanische Belastbarkeit, kann durch einen Glasanteil der Glaskeramik sehr variabel eingestellt werden. Die Glaskeramik führt dazu, dass die mechanische Belastbarkeit ohne Verstärkungsgewebe gegeben ist. Dabei ist vorteilhaft dafür gesorgt, dass das Glasmaterial bei der Temperatur, bei der die Pyrolyse statt findet, nicht flüchtig ist und zur Bildung der Glaskeramik zur Verfügung steht. Beispielsweise ist eine Viskosität des Glasmaterials in Form von Glas so niedrig, dass es nicht aus der Keramikmasse fließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrotechnisches Erzeugnis mit der Kunststoffmasse angegeben. Die Kunststoffmasse dient einer elektrischen Isolierung des Erzeugnisses. Die Kunststoffmasse und das elektrotechnische Erzeugnis sind ein Verbund. Insbesondere ist dabei das Erzeugnis ein Kabel und die Kunststoffmasse eine Kabelummantelung des Kabels. Durch die Pyrolyse der Kunststoffmasse, die beispielsweise im Falle eine Brandes des Kabels einsetzen kann, entsteht eine Glaskeramik, die die Funktion der Kunststoffmasse übernimmt. Die Glaskeramik dient der elektrischen Isolierung des elektrotechnischen Erzeugnisses. Dadurch, dass die Glaskeramik mechanisch belastbar ist, ist auch eine mechanische Stabilität des Verbundes aus elektrotechnischem Erzeugnis und elektrischer Isolierung sichergestellt. Im Übrigen ist jedes elektrotechnische Erzeugnis vorstellbar, dessen Funktionserhaltung auch im Falle eines Brandes sicher gestellt sein muss. Diese Erzeugnis kann ein einzelnes Bauteil, beispielsweise ein Kondensator, oder auch eine ganze elektrische Schaltung sein.
Bei einer Temperatur von beispielsweise 800°C bis 1200°C wird der keramische Werkstoff beziehungsweise die Glaskeramik gebildet. Dabei kommt es zur Pyrolyse der organischen und/oder anorganischen Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs, wobei eine reaktive Zwischenstufe (reaktives Zwischenprodukt) gebildet wird. Aus der reaktiven Zwischenstufe wird im weiteren Verlauf in einer Art Sinterung der keramische Werkstoff gebildet. Dabei können insbesondere mehrere keramische Werkstoffe auftreten. Der keramische Werkstoff ist ein Bestandteil der Glaskeramik. Die Glaskeramik weist neben dem keramischen Werkstoff eine Glasphase auf.
Die organische Ausgangsverbindung und/oder die anorganische Ausgangsverbindung und/oder das Glasmaterial fungieren jeweils als reaktiver Füllstoff der Kunststoffmasse. Die organische Ausgangsverbindung ist insbesondere eine metallorganische Verbindung. Beispielsweise ist die organische Ausgangsverbindung ein siliziumorganisches Polymer wie Polysilan, Polycarbosilan, Polysilazan oder Polyorganosiloxan. Denkbar ist auch eine Gemenge verschiedener Polymere oder ein Copolymerisat aus verschiedenen metallorganischen und nicht-metallorganischen Monomeren. Die organische Ausgangsverbindung kann polymerisiert oder monomer vorliegen. Monomer bedeutet, dass die organische Ausgangsverbindung unvernetzt, und polymerisiert, dass die organische Ausgangsverbindung teil- oder vollständig vernetzt ist. Die organische Ausgangsverbindung kann das Basismaterial der Kunststoffmasse bilden. Denkbar ist auch, dass die organische Ausgangsverbindung eine Beimengung des Basismaterials der Kunststoffmasse ist. Als Beimengung ist insbesondere auch denkbar, dass die organische Ausgangsverbindung ein metallorganisches Salz oder ein metallorganischer Komplex ist.
Die anorganische Ausgangsverbindung kann bereits in einer reaktiven Form vorliegen. Die anorganische Ausgangsverbindung kann als Salz oder selbst als keramischer Werkstoff vorliegen. Beispielsweise ist die anorganische Ausgangsverbindung Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid (SiC). Denkbar ist auch, dass, wie bei der organischen Ausgangsverbindung, aus der anorganischen Ausgangsverbindung durch Zufuhr von Energie eine reaktive Zwischenstufe gebildet wird, die mit der organischen Ausgangsverbindung oder der reaktiven Zwischenstufe aus der Pyrolyse der organischen Ausgangsverbindung reagiert. Beispielsweise ist die anorganische Ausgangsverbindung Aluminiumhydroxid (Al(OH)3). Durch Energiezufuhr entsteht aus Aluminiumhydroxid unter Abspaltung von Wasser Aluminiumoxid. Denkbar ist auch, dass die anorganische Ausgangsverbindung ein metallorganisches Salz ist. Das metallorganische Salz kann somit als organische und/oder anorganische Ausgangsverbindung wirken.
Wie eingangs beschrieben, kann ein Gefüge, das nur den keramischen Werkstoff aufweist, hoch porös sein. Um eine ausreichende mechanische Stabilität des Gefüges zu gewährleisten, ist der Kunststoffmasse ein Glasmaterial beigemengt. Das Glasmaterial dient der Bildung einer Glaskeramik mit dem keramischen Werkstoff. Das Glasmaterial hat die Aufgabe, bereits bei einer Temperatur unter einer Bildungstemperatur des keramischen Werkstoffs eine Verdichtung der Ausgangsverbindungen und/oder von Zwischenprodukten des keramischen Werkstoffs durch viskoses Fließen zu bewirken.
Das Glasmaterial kann direkt als Glas vorliegen. Denkbar ist aber auch, dass das Glasmaterial eine Glasvorstufe ist, aus der während der Pyrolyse der Kunststoffmasse das Glas gebildet wird. Die Glasvorstufe zur Bildung des Glases ist beispielsweise ein Alkali- oder Erdalkalicarbonat, ein entsprechendes Hydroxid oder ähnliche Verbindungen. Durch Temperaturerhöhung wird aus einem Carbonat oder Hydroxid ein entsprechendes Oxid gebildet, das der Bildung des Glases bzw. einer Glasphase der Glaskeramik dient.
In einer besonderen Ausgestaltung ist die organische Ausgangsverbindung ein Polyorganosiloxan. Durch Pyrolyse entsteht als reaktive Zwischenstufe beispielsweise Siliziumdioxid. Ist Aluminiumoxid die anorganische Ausgangsverbindung, bildet sich bei der Pyrolyse der Keramikmasse in einer Art Sinterung aus dem Siliziumdioxid und dem Aluminiumoxid ein keramischer Werkstoff in Form eines Alumo- oder Aluminiumsilikats. Das Aluminiumsilikat ist beispielsweise Mullit.
In einer besonderen Ausgestaltung weist das Glasmaterial und/oder die Glaskeramik ein Glas auf mit einem Glaspunkt (Glastemperatur) Tg, der höher ist als eine Zersetzungstemperatur Tz der organischen Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs. Bei einer Temperatur über dem Glaspunkt ist das Glas viskoelastisch und bei einer Temperatur unter dem Glaspunkt sprödelastisch. Das Glasmaterial ist beispielsweise ein Borosilikatglas mit einem Glaspunkt von ca. 560°C. Die organische Ausgangsverbindung in Form eines Polyorganosiloxans hat beispielsweise eine Zersetzungstemperatur Tz von unter 500°C.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der keramische Werkstoff und/oder die Glaskeramik in einem bestimmen Temperaturbereich ein größeres spezifisches Volumen und/oder einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, als die organische und/oder anorganische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs. Die grundlegende Überlegung dabei ist, dass vielfach die Pyrolyse eines Kunststoffs mit einer Volumenkontraktion verbunden ist. Die Volumenkontraktion führt zu einer inneren mechanischen Belastung beispielsweise des Verbundes aus Kabelader und Kabelummantelung. Der Volumenkontraktion wirkt die Bildung des keramischen Werkstoffs entgegen, die mit einer Volumenexpansion verbunden ist. Die innere mechanische Belastung wird reduziert. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich dann, wenn der keramische Werkstoff einen hohen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist. Beispielsweise kann es durch Temperaturerhöhung bei Kyanit zu einer Volumenänderung von bis zu 14% kommen. Dies trägt zu einer zusätzlichen Stabilisierung des Verbundes aus Kabelader und Kabelummantelung bzw. der Isolierung der Kabelader bei.
Insbesondere weisen der keramische Werkstoff und/oder die anorganische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs und/oder das Glasmaterial zumindest einen Stoff auf, der aus der Gruppe Aluminium, Barium, Bor, Kohlenstoff, Kalzium, Kalium, Magnesium, Natrium, Stickstoff, Sauerstoff, Silizium und/oder Zirkon ausgewählt ist. Die anorganische Ausgangsverbindung liegt dabei insbesondere als Oxid vor. Denkbar ist auch, dass die anorganische Ausgangsverbindung als Carbonat oder Hydroxid vorliegt und durch Zufuhr von Energie (Temperaturerhöhung) erst in die oxidische Form überführt wird. Beispielsweise verläuft die Reaktion des Carbonats in ein Oxid endotherm. Die Reaktion wird durch Zufuhr von Energie beschleunigt. Dadurch wird einem Gesamtsystem, bestehend aus pyrolysierender Kunststoffmasse und beispielsweise aus Kabelader, Energie entnommen. Eine Beimengung eines Carbonats oder Hydroxids, das jeweils nicht notwendigerweise an der Bildung des keramischen Werkstoffs beteiligt sein muss, hat zudem den Vorteil, dass in einem Niedertemperaturbereich, also einem Bereich unterhalb der Temperatur, bei der keramische Werkstoff gebildet wird, die Brennbarkeit der Kunststoffmasse reduziert und damit die thermische Stabilität der Kabelummantelung erhöht werden kann.
In einer besonderen Ausgestaltung sind die anorganische Ausgangsverbindung und das Glasmaterial eine anorganische Phase der Kunststoffmasse. Ein Anteil des Glasmaterials an der anorganischen Phase ist einschließlich 10 Vol.% bis einschließlich 50 Vol.%.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Glasmaterial die anorganische Ausgangsverbindung des keramischen Werkstoffs auf. Denkbar ist beispielsweise, dass die anorganische Ausgangsverbindung in Glas eingelagert ist. Das Glasmaterial nimmt somit direkt an der Bildung des keramischen Werkstoffs teil.
In einer besonderen Ausgestaltung ist das Glasmaterial ein Pulver. Insbesondere ist das Glasmaterial ein Pulver aus Glas. Pulver weist eine große, zur die Bildung der Glaskeramik zur Verfügung stehende, reaktive Oberfläche auf. Außerdem kann es relativ einfach in der Kunststoffmasse homogen verteilt werden. Durch Pyrolyse dieser Kunststoffmasse entsteht eine homogene Glaskeramik. Keramische Phasen und Glasphasen der Glaskeramik liegen homogen verteilt vor.
In einer besonderen Ausgestaltung ist der keramische Werkstoff ein Silikat. Insbesondere ist das Silikat aus der Gruppe Andalusit, Celsian, Cordierit, Kyanit, Mullit und/oder Sillimanit ausgewählt. Diese Silikate werden bei Temperaturen von 1000°C bis zu 1200°C aus Siliziumdioxid, dem Zersetzungsprodukt von Polyorganosiloxan, und Aluminiumoxid gebildet. Die Silikate weisen ein größeres spezifisches Volumen auf, als Siliziumdioxid und Aluminiumoxid. Es kommt bei der Bildung der Silikate zu einer Volumenexpansion. Zudem ist denkbar, dass bei einer bestimmten Temperatur eine Phasenumwandlung von einem keramischen Werkstoff in einer anderen keramischen Werkstoff stattfindet. Diese Phasenumwandlung kann mit einer Volumenvergrößerung verbunden sein.
Neben der organischen Ausgangsverbindung, der anorganischen Ausgangsverbindung und dem Glasmaterial kann auch ein (reaktiver) Füllstoff in der Keramikmasse enthalten sein, der beispielsweise zu einer Verminderung einer thermischen Belastung des Verbundes aus Kabelummantelung und Kabelader im Brandfall führt. Ein derartiger Füllstoff ist beispielsweise SiC und/oder AlN. Diese Füllstoffe zeichnen sich durch einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aus.
Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende wichtige Vorteile:
  • - Aufgrund der Zusammensetzung der Kunststoffmasse ist bei der Pyrolyse der Kunststoffmasse eine Glaskeramik (Gefüge) zugänglich, das einer relativ hohen mechanischen Belastung aussetzbar ist.
  • - Wesentlicher Bestandteil für die hohe mechanische Belastbarkeit des Gefüges ist die Glasphase der Glaskeramik beziehungsweise das Glasmaterial zur Bildung der Glaskeramik. Vor der Bildung des keramischen Werkstoffs findet durch das Glasmaterial eine Verdichtung der Ausgangsverbindungen und/oder der Zwischenprodukte des keramischen Werkstoffs durch viskoses Fließen statt.
  • - Die Zusammensetzung der Kunststoffmasse kann dabei so gewählt werden, dass es während der Pyrolyse in der Summe zu keiner wesentlichen Volumenänderung kommt (zero shrinkage). Die Volumenkontraktion bei der Pyrolyse des Basismaterials der Kunststoffmasse wird durch die Volumenexpansion bei der Bildung des keramischen Werkstoffs ausgeglichen.
  • - Die Kunststoffmasse kann aufgrund der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der aus der Kunststoffmasse herstellbaren Glaskeramik als FRNC (Flame Retardant Non Corrosive) Kabelummantelung verwendet werden. Im Falle eines Brandes, bei dem beispielsweise über 1000°C auftreten können, ist die Funktionserhaltung des Kabels gesichert.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figuren wird die Kunststoffmasse, die Verwendung der Kunststoffmasse und ein elektrotechnisches Erzeugnis mit der Kunststoffmasse näher beschrieben. Die zugehörigen Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Kunststoffmasse.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Glaskeramik, die aus der Kunststoffmasse hergestellt wurde.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines elektrotechnisches Erzeugnis mit der Kunststoffmasse.
Die Kunststoffmasse 1 verfügt über eine organischen Ausgangsverbindung 2 mindestens eines keramischen Werkstoffs 5, mindestens eine anorganische Ausgangsverbindung 3 des keramischen Werkstoffs 5 und ein Glasmaterial 4. Das Glasmaterial 4 dient der Bildung der Glaskeramik 6 mit dem keramischen Werkstoff 5.
Die Keramikmasse 1 besteht zu 40 Vol.% aus einer organischen Phase 10 und zu 60 Vol.% aus einer anorganischen Phase 11. Die organische Phase 10 besteht aus vernetztem Dimethylpolysiloxan ([(CH3)2(SiO)]x). Dimethylpolysiloxan ist das Basismaterial der Keramikmasse 1 und gleichzeitig die organische Ausgangsverbindung 2 des keramischen Werkstoffs 5. Es hat eine Zersetzungstemperatur Tz von unter 500°C. Die anorganische Phase 11 weist folgende Zusammensetzung auf: Siliziumkarbid (20 Vol.%), Aluminiumhydroxid (30 Vol.%), Aluminiumoxid (20 Vol.%) und Borosilikatglas (30 Vol.%). Das Borosilikatglas ist das Glasmaterial 4. Es hat einen Glaspunkt Tg von etwa 560°C. Siliziumkarbid, Aluminiumhydroxid und Aluminiumoxid sind die anorganischen Ausgangsverbindungen 3 des keramischen Werkstoffs 5.
Zur Herstellung der Keramikmasse 1 werden die anorganischen Ausgangsverbindungen 3 in einer Attritormahlung mit Aceton drei Stunden gemahlen. Als Mahlmedium fungieren Zirkonoxid- Kugeln. Es entsteht eine Pulvermischung aus den anorganischen Ausgangsverbindungen 3 und dem Glasmaterial 4, die getrocknet wird. Die Pulvermischung wird mittels eines Doppel-Z-Kneters mit unvernetztem beziehungsweise teilvernetztem Dimethylpolysiloxan einer Shore-Härte 45 zu einem homogenen Gemenge vermischt. In einer radikalischen Polymerisationsreaktion wird unter Zuhilfenahme von Dicumylperoxid als Katalysator aus dem Gemenge die Kunststoffmasse 1 gebildet.
Die Kunststoffmasse 1 wird zur Herstellung einer Glaskeramik 4 verwendet. Dabei wird die Keramikmasse auf 1100°C erhitzt. Unter Pyrolyse der Kunststoffmasse 1 beziehungsweise unter Pyrolyse der organischen Ausgangsverbindung 2 und nachfolgender Sinterung bildet sich die Glaskeramik 6. Die Glaskeramik 6 weist folgende keramische Werkstoffe 5 auf: Mullit, Sillimanit und Siliziumdioxid.
Die Kunststoffmasse 1 wird alternativ dazu als elektrische Isolierung eines elektrotechnischen Erzeugnisses in Form einer Kabelader 8 verwendet. Dazu wird das Gemenge aus unvernetztem Dimethylpolysiloxan 2 und Pulvermischung aus anorganischen Ausgangsverbindungen 3 und Glasmaterial 4 auf die Kabelader 8 extrudiert und vernetzt. Es entsteht das Kabel 7 mit der Kabelummantelung 9 aus der Kunststoffmasse 1 der Kabelader 8. Das Kabel 7 wird als FRNC-Kabel eingesetzt. Die Kabelummantelung 9 lässt sich unter Funktionserhaltung bis 1150°C formstabil zur Glaskeramik 6 keramisieren. Das Keramisieren der Kunststoffmasse 1 führt zu einer Glaskeramik 6, die eine ausreichende elektrische Isolierfähigkeit und mechanische Belastbarkeit aufweist. Eine zusätzliche Auslagerung des Verbundes aus Glaskeramik 6 und Kabelader 8 bei 1150°C ergibt keine weitere Gewichtsveränderung. Die Glaskeramik 6 weist die oben genannten keramischen Werkstoffe 5 auf.

Claims (13)

1. Kunststoffmasse (1) mit
mindestens einer organischen Ausgangsverbindung (2) mindestens eines keramischen Werkstoffs (5) und
mindesten einer anorganischen Ausgangsverbindung (3) des keramischen Werkstoffs (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Glasmaterial (4) zur Bildung einer den keramischen Werkstoff (5) aufweisenden Glaskeramik (6) vorhanden ist.
2. Kunststoffmasse nach Anspruch 1, wobei die organische Ausgangsverbindung (2) ein Polyorganosiloxan aufweist.
3. Kunststoffmasse Anspruch 1 oder 2, wobei das Glasmaterial (4) und/oder die Glaskeramik (6) ein Glas aufweist mit einem Glaspunkt Tg, der höher ist als eine Zersetzungstemperatur Tz der organischen Ausgangsverbindung (2) des keramischen Werkstoffs (5).
4. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der keramische Werkstoff (5) und/oder die Glaskeramik (6) in einem bestimmten Temperaturbereich ein größeres spezifisches Volumen und/oder einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als die organische (2) und/oder die anorganische Ausgangsverbindung (3) des keramischen Werkstoffs (5).
5. Kunststoffmasse einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der keramische Werkstoff (5) und/oder die anorganische Ausgangsverbindung (3) des keramischen Werkstoffs (5) und/oder das Glasmaterial (4) zumindest einen Stoff aufweist, der aus der Gruppe Al, Ba, B, C, Ca, K, Mg, Na, N, O, Si und/oder Zr ausgewählt ist.
6. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die anorganische Ausgangsverbindung (3) und das Glasmaterial (4) eine anorganische Phase (11) der Kunststoffmasse (1) sind und ein Anteil des Glasmaterials (4) an der anorganischen Phase (11) einschließlich 10 Vol.% bis einschließlich 50 Vol.% ist.
7. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Glasmaterial (4) die anorganische Ausgangsverbindung (3) des keramischen Werkstoffs (5) aufweist.
8. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Glasmaterial (4) ein Pulver ist.
9. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der keramische Werkstoff (5) ein Silikat ist.
10. Kunststoffmasse nach Anspruch 9, wobei das Silikat aus der Gruppe Andalusit, Celsian, Cristoballit, Cordierit, Kyanit, Mullit und/oder Sillimanit ausgewählt ist.
11. Verwendung der Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung einer Glaskeramik (6).
12. Elektrotechnisches Erzeugnis mit einer Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur elektrischen Isolierung des Erzeugnisses.
13. Erzeugnis nach Anspruch 12, wobei das Erzeugnis eine Kabelader (8) eines Kabels (7) und die Kunststoffmasse (1) eine Kabelummantelung (9) des Kabels (7) ist.
DE10022261A 2000-05-08 2000-05-08 Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse Withdrawn DE10022261A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10022261A DE10022261A1 (de) 2000-05-08 2000-05-08 Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse
US10/275,569 US20040101693A1 (en) 2000-05-08 2001-04-11 Plastic compound, use of said plastic compound, and product comprising said plastic compound
PCT/DE2001/001429 WO2001085634A1 (de) 2000-05-08 2001-04-11 Kunststoffmasse, verwendung der kunststoffmasse und erzeugnis mit der kunststoffmasse
EP01931437A EP1284938A1 (de) 2000-05-08 2001-04-11 Kunststoffmasse, verwendung der kunststoffmasse und erzeugnis mit der kunststoffmasse
JP2001582240A JP2003532607A (ja) 2000-05-08 2001-04-11 プラスチック材料、プラスチック材料の使用およびプラスチック材料からなる製品

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10022261A DE10022261A1 (de) 2000-05-08 2000-05-08 Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10022261A1 true DE10022261A1 (de) 2001-11-22

Family

ID=7641113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10022261A Withdrawn DE10022261A1 (de) 2000-05-08 2000-05-08 Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20040101693A1 (de)
EP (1) EP1284938A1 (de)
JP (1) JP2003532607A (de)
DE (1) DE10022261A1 (de)
WO (1) WO2001085634A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329117A1 (de) * 2003-06-27 2005-01-20 Siemens Ag Kunststoffmasse, Erzeugnis mit der Kunststoffmasse und Verwendung der Kunststoffmasse
EP1521275A1 (de) * 2003-10-02 2005-04-06 Nexans Isoliermaterial auf der Basis von polymerem Kunststoff

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4184995A (en) * 1976-11-05 1980-01-22 General Electric Company Flame insulative silicone compositions
US5292799A (en) * 1992-07-31 1994-03-08 Suzuki Sangyo Co., Ltd. Solvent-free, cold-setting organosiloxane composition and its use
DE4437596A1 (de) * 1994-10-20 1996-04-25 Daetwyler Ag Flammwidrige Zusammensetzung zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit Isolations- und/oder Funktionserhalt

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329117A1 (de) * 2003-06-27 2005-01-20 Siemens Ag Kunststoffmasse, Erzeugnis mit der Kunststoffmasse und Verwendung der Kunststoffmasse
EP1521275A1 (de) * 2003-10-02 2005-04-06 Nexans Isoliermaterial auf der Basis von polymerem Kunststoff
US7267867B2 (en) 2003-10-02 2007-09-11 Nexans Insulation material based on polymeric plastic

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003532607A (ja) 2003-11-05
WO2001085634A1 (de) 2001-11-15
EP1284938A1 (de) 2003-02-26
US20040101693A1 (en) 2004-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60222841T2 (de) Keramikmatmatrixverbundwerkstoffe auf Oxidbasis
DE3005745C2 (de)
DE60307254T2 (de) Schutz von teilen aus verbundmaterial gegen oxidation
DE60101868T2 (de) Gegenstand umfassend ein Silizium enthaltendes Substrat und eine Sperrschicht, die als Schutz- bzw. Wärmedämmschicht dient
DE19717645C2 (de) Keramisierbare flammwidrige Zusammensetzung, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung
DE2833904A1 (de) Verfahren zur herstellung eines hitzebestaendigen gebrannten keramischen koerpers
DE3041762A1 (de) Polysilanmasse, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung zur herstellung keramischer materialien aus siliciumcarbid
DE102006020967A1 (de) Reaktives, flüssiges Keramikbindemittel
EP1641718A1 (de) Kunststoffmasse, erzeugnis mit der kunststoffmasse und verwendung der kunststoffmasse
WO2018202785A1 (de) Betonelement mit bewehrung mit verbessertem oxidationsschutz
DE1238376B (de) Temperaturwechselbestaendige keramische Stoffe
EP0890559A1 (de) Verfahren zur Beschichtung oxidischer Fasermaterialien mit Metallaluminaten zur Herstellung versagenstoleranter hochtemperaturfester oxidationsbeständiger Verbundwerkstoffe
DE3204387C2 (de) Feuerfester, nicht härtender Kitt
DE10022261A1 (de) Kunststoffmasse, Verwendung der Kunststoffmasse und Erzeugnis mit der Kunststoffmasse
DE19545346C2 (de) Verfahren zur Herstellung von keramischen Nanocomposites
DE102018215694A1 (de) Vergussmasse, elektrisch isoliertes elektrisches oder elektronisches Bauteil und Verfahren zu dessen elektrischer Isolierung
EP3808716A1 (de) Verfahren zur herstellung mit bornitrid beschichteter verstärkungsfasern und/oder mit bornitrid beschichteter verstärkungsfaserbündel, mit dem verfahren herstellbare verstärkungsfasern oder verstärkungsfaserbündel sowie deren verwendung
DE3883155T2 (de) Sintererzeugnis von hoher Festigkeit und Zähigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung.
DE4206800C2 (de) Wärmeisolationsmaterial
EP0841311A2 (de) Silizium-, Bor- und Stickstoff-enthaltende amorphe Fasern, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung sowie Komposite, enthaltend diese Fasern und deren Herstellung
DE69003986T2 (de) Hitze- und korrosionsbeständige, aus anorganischem Material zusammengetzte Körper und Verfahren zu ihrer Herstellung.
WO2019042764A1 (de) Verbundwerkstoff und verfahren zu seiner herstellung
EP1472197A1 (de) Keramischer verbundwerkstoff, verfahren zu dessen herstellung und glühstiftkerze mit einem solchen verbundwerkstoff
DE3140419A1 (de) Bindemittelzubereitung zur herstellung thixotroper, feuerfester, kohlenstoffhaltiger giessmassen
DE10243017B4 (de) Keramischer Verbundwerkstoff und Glühstiftkerze mit einem solchen Verbundwerkstoff

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee