DE10117017A1

DE10117017A1 - Elektrisch isolierender Polymerschaum mit hoher Wärmeleitfähigkeit

Info

Publication number: DE10117017A1
Application number: DE10117017A
Authority: DE
Inventors: Norbert Mueller; Lothar Schoen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: DE10117017C2; WO2002082470A1

Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen elektrisch isolierenden Polymerschaum mit hoher Wärmeleitfähigkeit sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit den Polymerschäumen Stoffe, die die Wärmeleitfähigkeit erhöhen, hinzugegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch isolierenden Polymer schaum mit hoher Wärmeleitfähigkeit, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Es gibt im Stand der Technik verschiedene Verfahren, die zur Isolierung von Hochspannungsanlagen eingesetzt werden. Ein Verfahren betrifft die Verwendung von Gasen zur Isolierung von Hochspannungsanlagen. So werden beispielsweise bei gekap selten Hochspannungsanlagen unter Druck stehende Isoliergase verwendet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Be hälter bzw. Gehäuse für hohe Drücke ausgelegt sein müssen, um den hohen Drücken dauerhaft standhalten zu können sowie einen Druckabfall zu verhindern. Dies erfordert eine sehr sorgfäl tige Verarbeitung und einen hohen Materialaufwand, was zu ent sprechend hohen Kosten führt. Deshalb wird im Stand der Tech nik alternativ ein mit einem Isoliergas gefüllter Polymer schaum als elektrische Isolierung verwendet, da in diesem Fall das Gehäuse nicht derart ausgelegt sein muss, dass es hohen Drücken dauerhaft standhält.

Die vorgenannten Polymerschäume werden insbesondere bei Kabelisolierungen im Niederspannungsbereich, beispielsweise bei Telefon-, Koaxial- und CATV-Kabeln eingesetzt. Ebenso ist es heutiger Stand der Technik, Polymerschäume, die mit Iso liergas gefüllt sind, als elektrische Isolierung, wie in DE 21 63 166, DE 21 57 182 und DE 23 39 621 beschrieben, einzusetzen. Da Polymerschäume bekanntermaßen eine sehr niedrige Wärme leitfähigkeit besitzen, werden diese in der Regel zur thermi schen Isolation eingesetzt. Deshalb können durch Ohm'sche Ver luste entstehende Wärmemengen nicht ausreichend über den Polymerschaum abgeleitet werden. Die Folge sind dann eine er höhte Betriebstemperatur und dadurch bedingt höhere Verluste.

Im Extremfall wird kein thermisches Gleichgewicht erreicht, und es kommt letztendlich zur Schädigung der Isolierung bzw. zum elektrischen Durchschlag.

Nachteilig ist, dass diese Polymerschäume eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, so dass ihr Einsatz auf solche Anwendungen beschränkt ist, bei denen über die elektrische Isolierung praktisch keine oder allenfalls geringe Wärme mengen abgeführt werden sollen. Aus diesen Gründen wird ins besondere bei Hochspannungsanlagen ein Einsatz von Polymer schäumen zur elektrischen Isolierung nur bis Spannungsebenen unterhalb 100 KV als möglich eingeschätzt. Für Hochspannungs anlagen mit Spannungen oberhalb 100 kV sind die abzuführenden Wärmemengen zu groß.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektrisch isolie rende Polymerschäume mit ausreichend hoher Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen, die beispielsweise in Hochspan nungsgeräten, Hochspannungsbauteilen und Hochspannungsleitun gen, als Ersatz der unter Druck stehenden Gasisolierung, verwendet werden können. Des weiteren ist es Aufgabe der vor liegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung derartiger, elektrisch isolierender Polymerschäume mit ausreichend hoher Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem zur Verbesse rung der Wärmeleitfähigkeit bei Polymerschäumen Stoffe, die die Wärmeleitfähigkeit erhöhen, hinzugegeben werden.

Die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Polymerschäume mit wärmeleitfähigen Stoffen liegt üblicherweise ≧ 0,15 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit kann sogar ≧ 0,5 W/mK ausmachen. Die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Polymerschäume mit wärmeleitfähigen Stoffen liegt bevorzugt ≧ 0,15 W/mK, weiter bevorzugt ≧ 0,2 W/mK, noch bevorzugter ≧ 0,25 W/mK, weiter bevorzugt ≧ 0,3 W/mK, und außerdem bevorzugt ≧ 0,4 W/mK.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wärmeleitfähig keit zusätzlich durch die Schaumstruktur und Schaumdichte des erfindungsgemäßen, elektrisch isolierenden Polymerschaums mit ausreichend hoher Wärmeleitfähigkeit durch Wahl geeigneter Mischungsverhältnisse und Prozessparameter optimiert.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch den erfindungsgemäßen Zusatz von wärmeleitfähigen Stoffen die Wärmeleitfähigkeit der elektrisch isolierenden Polymerschäume gegenüber herkömmlichen PU-Schäumen beispielsweise 10-fach erhöht werden können.

Außerdem gelingt es unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wärmeleitfähige Schäume herzustellen, die bei spielsweise zur Isolierung von bzw. in Hochspannungsanlagen eingesetzt werden können.

Die erhöhte Wärmeleitfähigkeit wird durch wärmeleitfähige Stoffe bewirkt, die in fester Form vorliegen.

Die wärmeleitfähigen Stoffe können elektrisch leitfähig und/oder elektrisch isolierend sein.

Bevorzugt weisen ≧ 50%, bevorzugter ≧ 70%, noch bevorzugter ≧ 90% der wärmeleitfähigen Stoffe, bezogen auf die Gesamt anzahl der wärmeleitfähigen Stoffe, eine Partikelgröße von ≦ 500 µm auf.

In einer weiteren, geeigneten, erfindungsgemäßen Ausführungs form weisen ≧ 50%, bevorzugter ≧ 70%, noch bevorzugter ≧ 90% der wärmeleitfähigen Stoffe, bezogen auf die Gesamtanzahl der wärmeleitfähigen Stoffe, eine Partikelgröße von ≦ 250 µm, be vorzugter von ≦ 100 µm, noch bevorzugter von ≦ 100 µm, noch weiter bevorzugt von ≦ 50 µm, außerdem bevorzugt von ≦ 10 µm, auf.

Bevorzugt weisen ≧ 50%, bevorzugter ≧ 70%, noch bevorzugter ≧ 90% der wärmeleitfähigen Stoffe, bezogen auf die Gesamtan zahl der wärmeleitfähigen Stoffe, eine Partikelgröße von ≧ 1 µm auf.

Der erfindungsgemäße, wärmeleitfähigen Stoff enthaltende Poly merschaum sollte so ausgestaltet sein, dass dieser als solcher keine elektrisch leitenden Pfade ausbildet.

Besonders bevorzugte, wärmeleitfähige Stoffe umfassen Parti kel.

Die Partikel sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, um fassend mineralische Stoffe wie Quarz, Oxide wie Aluminium oxid, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Nitride wie Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Bornitrid und/oder Carbide wie Siliziumcarbid und/oder Borcarbid.

Gewichtsangaben, wenn nicht anders angegeben, beziehen sich auf die auf die Gesamtzusammensetzung des erfindungsgemäßen, elektrisch isolierenden Polymerschaums mit hoher Wärmeleit fähigkeit.

Der Gehalt an wärmeleitfähigen Stoffen liegt von zwischen < 0 Gew.-% und 90 Gew.-%, vorzugsweise von zwischen 5 Gew.-% und 85 Gew.-%, bevorzugt von zwischen 10 Gew.-% und 80 Gew.-%, weiter bevorzugt von zwischen 20 Gew.-% und 75 Gew.-%, und noch bevorzugter von zwischen 25 Gew.-% und 70 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des elektrisch isolierenden Polymerschaums mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Weitere, geeignete Gehalte an wärmeleitfähigem Stoff liegen von zwischen 30 Gew.-% und 65 Gew.-%, vorzugsweise von zwi schen 35 Gew.-% und 60 Gew.-%, bevorzugt von zwischen 40 Gew.-% und 55 Gew.-%, weiter bevorzugt von zwischen 45 Gew.-% und 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des elektrisch isolierenden Polymerschaums mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Es lassen sich auch wärmeleitfähige Stoffe mit Ge wichtsanteilen von < 90 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusam mensetzung des elektrisch isolierenden Polymerschaums mit hoher Wärmeleitfähigkeit, einsetzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die wärmeleit fähigen Stoffe vorgetrocknet.

Als Polymere können grundsätzlich alle handelsüblichen Kunst stoffe verwendet werden, insbesondere die aus Hans Domining haus "Kunststoffe und ihre Eigenschaften", 5. Auflage; Springer-Verlag 1998, bekannten Polymere.

Vorzugsweise basieren die erfindungsgemäßen Polymerschäume auf Thermoplasten, auf Elastomeren und/oder auf Duroplasten.

Geeignete Thermoplaste umfassen beispielsweise Standard thermoplaste, wie Polyethylen, Polypropylen oder Polystyrol, aber auch technische Thermoplaste und Hochleistungsthermo plaste. Bevorzugt sind solche mit einer geringen Schmelze viskosität.

Geeignete Duroplaste umfassen beispielsweise solche auf Basis von Epoxidharzen, Isocyanuratharzen, Silikon und/oder Polyurethan.

Geeignete Elastomere umfassen beispielsweise Polymere auf Silikonbasis, Polyurethan, Synthesekautschuk und thermo plastische Elastomere.

Erfindungsgemäß geeignete Polymerschäume weisen eine offen zellige und/oder geschlossenzellige Schaumstruktur auf.

Abhängig von den Aufschäumbedingungen und der Zusammensetzung lassen sich Polymerschäume mit offenen, geschlossenen Zellen und/oder Integralschäume herstellen (Kirk R. E., "Encyclopedia of Chemical Technology", 1994, 4. Aufl. Bd. 11, 730-782). Be vorzugt sind Schäume mit überwiegend geschlossenzelliger Blasenstruktur.

Die Zellgröße geschlossener Zellen von Schäumen die geschlos sene Zellen aufweisen ist beispielsweise so gewählt, dass ≧ 50 Vol.-% dieser Zellen, bezogen auf das gesamte Zellvolumen, eine Zellgröße von ≧ 2 µm, vorzugsweise ≧ 2 µm bis 5 mm, auf weisen. Besonders bevorzugt ist, dass solche Schäume Zellen aufweisen, wobei 50 Vol.-% des gesamten Zellvolumens des er findungsgemäßen Polymerschaums auf Zellen mit 5 µm bis 1 mm, noch bevorzugter < 1 mm und am meisten bevorzugt von zwischen 10 µm bis 0,5 mm, verteilt sind.

Die erfindungsgemäß geeigneten Polymerschäume sind mit Gas, vorzugsweise mit einem Inertgas und besonders bevorzugt mit einem Isoliergas gefüllt.

Als Isoliergase sind vorzugsweise SF₆, Stickstoff oder eine Mischung aus SF₆ und Stickstoff, geeignet. Ferner können Treibgase, nichtbrennbare Gase und/oder dergleichen verwendet werden.

Die thermo-mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Polymerschaums lassen sich in weiten Grenzen variieren. Bei spielsweise kann der wärmeleitfähige Stoff(e) enthaltende, erfindungsgemäße Schaum im Einsatztemperaturbereich "hart" eingestellt werden, so dass dieser auch mechanische Funktionen übernehmen kann. Ein im Einsatztemperaturbereich "weich" eingestellter Schaum kann demgegenüber vorteilhaft sein, um unterschiedliche, thermische Ausdehnung der verwendeten Werkstoffe bei Temperaturänderungen auszugleichen.

Gegebenenfalls können oberflächenaktive Additive zugegeben werden, um die Verarbeitungseigenschaften, wie die Fließ fähigkeit, die Anbindung der Partikel an die Polymermatrix oder auch die Stabilisierung der gebildeten Blasen bzw. Zellen zu verbessern.

Die erhöhte Wärmeleitfähigkeit wird bei den elektrisch iso lierenden Polymerschäumen durch den Zusatz von wärmeleitfähi gen Stoffen bewirkt, wobei die Partikel vorzugsweise in den Zellwänden eingelagert sind.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die maxi male Größe der wärmeleitfähigen Stoffe, vorzugsweise die Partikelgröße, kleiner als die durchschnittliche Dicke der Zellwand und besonders bevorzugt kleiner als die halbe, durch schnittliche Zellwanddicke.

Vorzugsweise wird eine breite, insbesondere eine bimodale Partikelgrößenverteilung, besonders bevorzugt mit einer maxi malen Partikelgröße von bis zu 100 µm, eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Partikeln mit Aspektver hältnis, wie Fasern oder Plättchen. Diese können sich in der Zellwand anordnen und bewirken auf diese Weise einen beson ders effektiven Wärmetransport entlang der Zellwand.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen, elek trisch isolierenden Polymerschäume umfasst die Schritte:

- Zugabe von wärmeleitfähigem Stoff(en) zu dem zu ver arbeitenden Polymer oder Polymergemisch;
- gegebenenfalls Entgasen des wärmeleitfähigen Stoff(e) aufweisenden Polymers oder Polymergemisches;
- Aufschäumen des wärmeleitfähigen Stoff(e) aufweisenden Polymers oder Polymergemisches mittels Gas, und
- Aushärten und/oder Abkühlen des wärmeleitfähigen Stoff(e) aufweisenden, elektrisch isolierenden Polymer schaums oder Polymerschaumgemisches.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird ein wärmeleitfähige(n) Stoff(e) aufweisender, elektrisch isolierender Polymerschaum oder Polymerschaumgemische erhalten, indem vorgetrocknete, wärmeleitfähige Stoff(e), vorzugsweise Partikel, in die flüs sige, verflüssigte und/oder Schmelze von Polymer-Ausgangskom ponenten, vorzugsweise Elastomer, Duro- und/oder Thermo- Plast-Polymer, eingemischt werden, wobei gegebenenfalls die Mischung gleichzeitig unter Vakuum entgast wird; danach wird aufgeschäumt, und man lässt die Mischung anschließend aushärten und/oder abkühlen.

Grundsätzlich können Schäume auf Duroplastbasis aus chemisch unterschiedlichen Ausgangskomponenten hergestellt werden. Diese sind beispielsweise Schäume auf Basis von Epoxidharzen, Isocyanuratharzen, Silikon und/oder Polyurethan.

Die Herstellung wärmeleitfähiger Schäume auf Duroplastbasis kann so geschehen, dass vorgetrocknete(r) wärmeleitfähige(r) Stoff(e), vorzugsweise Partikel, unter Rühren in die flüs sigen Ausgangskomponenten eingearbeitet werden. Hierzu werden vorteilhaft schnell laufende Rührwerke, wie Hochgeschwindig keitsmischer, verwendet, die es erlauben, hohe Scherkräfte in die Mischung einzubringen.

Während der Einarbeitung der Füllstoffe oder in einem nach folgenden Arbeitsschritt kann die Mischung unter Vakuum ent gast werden. Auf diese Weise wird eingebrachte Luft entfernt und die Benetzung der einzelnen Partikel verbessert. Zur Ver meidung von Feuchtigkeit ist es vorteilhaft, die Füllstoffe vor der Verwendung zu trocknen. Alternativ ist es auch mög lich, vorzugsweise pulverförmige Stoffe zuzugeben die die ein geschleppte Feuchtigkeit ab- und/oder adsorbieren. Dabei kann es sich beispielsweise um sehr feinteilige Zusätze, bei spielsweise Zeolithe, handeln.

Das Aufschäumen des noch nicht ausgehärteten Polymers kann erfindungsgemäß abhängig von der chemischen Basis sowohl chemisch als auch physikalisch bewirkt werden. Auf chemischem Weg geschieht dies zum Beispiel durch die Zersetzung von Additiven bei der Härtungstemperatur in gasförmige Spaltpro dukte oder wie bei Polyurethanen durch die Bildung von Koh lendioxid bei der Reaktion von Isocyanat mit Feuchtigkeit.

Natürlich kann Gas, geeignet zum Aufschäumen des polymeren Gemisches und/oder wärmeleitfähiger Stoff in beliebiger Rei henfolge dem flüssigen, verflüssigtem Polymer und/oder poly merer Schmelze zugesetzt werden.

Auf physikalischem Weg können Polymere geschäumt werden, in dem ein Gas unter erhöhtem Druck in den flüssigen Ausgangs komponenten gelöst wird und anschließend die Mischung in einen Raum mit kontrolliert niedrigerem Druck entspannt und dort auch gleichzeitig ausgehärtet wird.

Weiterhin kann das Treibgas auch in der flüssigen Polymer- Formulierung bei Normaldruck gelöst werden und das Aufschäu men durch Temperaturerhöhung bewirkt werden. Beim physika lischen Schäumen bietet sich vorteilhaft an, Stickstoff, SF₆ oder Gasmischungen aus SF₆ und Stickstoff als Treibgas zu verwenden. Es können aber auch übliche Treibgase, wie bei spielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Butan und Pentan), CO₂ oder früher gebräuchliche Fluorkohlenwasser stoffe mit Isoliergasen, wie Stickstoff, SF₆ oder Gasgemi schen aus Stickstoff und SF₆ als Beigase eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß kann die Härtung bei einkomponentigen Poly mer-Formulierungen durch Heißhärtung bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise im Temperaturbereich von 80-160°C, bevorzugt im Temperaturbereich von 105-150°C, und in einer weiteren Ausführungsform im Temperaturbereich von 120-130°C, durch geführt werden.

Bei zwei- oder mehrkomponentigen Polymer-Formulierungen kann die Härtung bei Raumtemperatur, oberhalb von Raumtemperatur, vorzugsweise im Temperaturbereich von 20°C-160°C, vorzugs weise zwischen von 25°C-90°C, bevorzugt zwischen von 30°C-80°C, weiter bevorzugt zwischen von 40°C-70°C, und außerdem bevorzugt zwischen von 50°C-60°C, durchgeführt werden.

In einem weiteren, erfindungsgemäßen Verfahren werden vorge trocknetes Aluminiumoxid, bevorzugt mit einer mittleren Par tikelgröße von 5,6 µm, Quarzmehl, bevorzugt mit einer mitt leren Partikelgröße von 3,8 µm, Siliziumcarbid, bevorzugt mit einer mittleren Partikelgröße von 12,5 µm, und/oder Bor nitrid, bevorzugt mit einer mittleren Partikelgröße von 31 µm dem zu verarbeitenden Polymer/Polymergemisch zugesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung elektrisch isolierender Polymer schäume mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf Thermoplastbasis werden wärmeleitfähige Stoffe zuerst in einem Knet- oder Extrusionsprozeß mit dem thermoplastischen Polymer homogeni siert. Anschließend wird bei einem zweiten Extrusionsprozeß das Treibgas eingepreßt und die wärmeleitfähigen Stoff- und treibgashaltige Schmelze direkt in den auszuschäumenden Raum injiziert.

Außerdem ist es beim Extrusionsverfahren möglich, die Zugabe von wärmeleitfähigem Stoff und Treibmittel in einem Arbeits schritt, und zwar in nacheinanderfolgenden Zonen des Extruders durchzuführen.

Weiterhin kann die wärmeleitfähige stoff- und treibgashaltige Schmelze am Extruderausgang sofort abgekühlt und granuliert werden. Das so hergestellte Granulat wird dann in den aus zuschäumenden Raum eingefüllt. Erfindungsgemäß kann das Auf schäumen durch Aufheizen bis über die Schmelztemperatur des Polymers geschehen.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens erfolgt das Aufschäumen nicht durch eingepresstes Treibgas, sondern durch geeignete Additive, die im gleichen Arbeitsschritt wie die wärmeleitfähigen Stoffe in dem Polymer homogen verteilt werden. Diese Additive spalten bei erhöhter Temperatur gasförmige Verbindungen ab, die dann das Aufschäu men bewirken.

Das verwendete Additiv wird so gewählt, dass die Zersetzungs temperatur um mindestes 10°C über der Verarbeitungstempera tur liegt.

Der erfindungsgemäße, elektrisch isolierende Polymerschaum mit hoher Wärmeleitfähigkeit lässt sich für elektrische Isolierungen und/oder Verkleidungen von Kabeln, Leitungen, insbesondere Hochspannungskabeln, Hochspannungsleitungen sowie Isolierungen verwenden. Weitere, geeignete Verwendungen für den erfindungsgemäßen, elektrisch isolierenden Polymerschaum umfassen den Einsatz bei Hochspannungsgeräten, Hochspannungs bauteilen und Hochspannungsleitungen, beispielsweise als Er satz der unter Druck stehenden Gasisolierung.

Der elektrisch isolierende Polymerschaum mit wärmeleitfähigen Stoffen lässt sich auch bei Kabelisolierungen im Niederspan nungsbereich, beispielsweise bei Telefon-, Koaxial-, CATV- Kabeln und/oder elektrischer Isolierung, wie in DE 21 63 166, DE 21 57 182 und DE 23 39 621 beschrieben, einsetzen.

Anhand der nachfolgenden Beispiele 1-4 wird die Erfindung weiter erläutert.

Für die nachfolgenden Beispiele wurde eine Hart-Polymer- Schaumrezeptur auf Polyurethanbasis verwendet. Hierbei han delt es sich um eine zweikomponentige Rezeptur oder Zusammen setzung, wobei die erste Komponente A aus einer Mischung von Polyolen, Reaktionsbeschleuniger, Additiv auf Silikonbasis zur Schaumstabilisierung und Wasser basiert, und die zweite Komponente B eine Diisocyanatverbindung auf Basis 4,4-Diphe nylmethandiisocyanat ist. Das Mischungsverhältnis beträgt 100 Gewichtsteile Polyolkomponente zu 130 Gewichtsteilen Isocya natkomponente. Der wärmeleitfähige Stoff wird getrennt der Polyol- und Isocyanat-Komponente zugesetzt.

Zusätzlich wird 1 Gew.-% eines Netz- und Dispergieradditivs, bezogen auf die Menge an wärmeleitfähigem Stoff, zugegeben. Bei dem Netz- und Dispergieradditiv handelt es sich um ein handelsübliches Copolymer mit sauren Gruppen. Sodann werden beide aufbereiteten Komponenten miteinander vermischt. Die Aushärtung erfolgt bei Raumtemperatur zwischen parallelen Platten aus Polyethylen mit einem Abstand von 8 mm. Aus dem mittleren Bereich der Platte wird ein Stück mit den Abmes sungen 100 mm × 100 mm ausgesägt und daran die Wärmeleit fähigkeit nach DIN 52 612 bei einer mittleren Probentempe ratur von 40°C gemessen.

Aus den Abmessungen und dem Gewicht wird die Dichte des Schaums ermittelt; unter Verwendung der Dichte für die blasenfreie, wärmeleitstoffhaltige Ausgangsmischung wird der Gasvolumenanteil in der Polymer-Schaumprobe errechnet.

Beispiel 1 Komponente A

40,00 g Polyolkomponente
0,67 g Additiv
67,00 g Aluminiumoxid (mittlere Partikelgröße von 5,6 µm)

Komponente B

35,00 g einer Diisocyanatverbindung
0,70 g Additiv
70,00 g Aluminiumoxid (mittlere Partikelgröße von 5,6 µm)

Mischung

Zur gesamten Komponente B werden 73,35 g von Komponente A zugesetzt und während 60 Sekunden vermischt.
Gasvolumenanteil: 60%
Wärmeleitfähigkeit: 0,25 W/mK.

Beispiel 2 Komponente A

40,00 g Polyolkomponente
0,42 g Additiv
42,00 g Quarzmehl (mittlere Partikelgröße von 3,8 µm)

Komponente B

35,00 g einer Diisocyanatverbindung
0,50 g Additiv
50,00 g Quarzmehl (mittlere Partikelgröße von 3,8 µm)

Mischung

Zu 80 g Komponente B werden 52,1 g von Komponente A zugesetzt und während 60 Sekunden vermischt.
Gasvolumenanteil: 61%
Wärmeleitfähigkeit: 0,16 W/mK.

Beispiel 3 Komponente A

40,00 g Polyolkomponente
0,50 g Additiv
50,00 g Siliziumcarbid (mittlere Partikelgröße von 12,5 µm)

Komponente B

35,00 g einer Diisocyanatverbindung
0,65 g Additiv
65,00 g Siliziumcarbid (mittlere Partikelgröße von 12,5 µm)

Mischung

Zu 80 g Komponente B werden 48,6 g von Komponente A zugesetzt und während 60 Sekunden vermischt.
Gasvolumenanteil: 60%
Wärmeleitfähigkeit: 0,24 W/mK.

Beispiel 4 Komponente A

40,00 g Polyolkomponente
0,35 g eines Additiv
35,00 g Bornitrid (mittlere Partikelgröße von 31 µm)

Komponente B

45,00 g einer Diisocyanatverbindung
0,36 g Additiv
36,00 g Bornitrid (mittlere Partikelgröße von 31 µm)

Mischung

Zu 60 g Komponente B werden 48,1 g von Komponente A zugesetzt und während 60 Sekunden vermischt.
Gasvolumenanteil: 60%
Wärmeleitfähigkeit: 0,31 W/mK.

Die vorstehenden Beispiele 1-4 zeigen, dass die Wärmeleit fähigkeit von Polyurethanschäumen durch Zugabe der beschrie benen Zusätze stark beeinflusst werden kann. Es wird bei den gewählten, wärmeleitfähigen Stoffgehalten eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,16 und 0,31 W/mK erreicht. Demgegenüber zeigt der nicht modifizierte Schaum bei einem Gasvolumenanteil von 60% lediglich eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,05 W/mK.

Ein mit einem Isolier- bzw. Treibgas gefüllter, wärmeleit fähige Stoffe enthaltender, erfindungsgemäßer, elektrisch isolierender Polymerschaum ist somit eine attraktive, mate rialsparende und damit kostensenkende Alternative zu gekap selten Hochspannungsanlagen mit unter Druck stehendem Isoliergas.

Claims

1. Elektrisch isolierender Polymerschaum, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerschaum wenig stens ein Gas, wenigstens einen wärmeleitfähigen Stoff und eine Wärmeleitfähigkeit ≧ 0,15 W/mK aufweist.

2. Elektrisch isolierender Polymerschaum mit hoher Wärmeleit fähigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitfähigen Stoffe Partikel sind, umfassend mineralische Stoffe, wie Quarz; Oxide, wie Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid; Nitride, wie Aluminiumnitrid, Sili ziumnitrid, Bornitrid und/oder Carbide, wie Siliziumcarbid und/oder Borcarbid.

3. Elektrisch isolierender Polymerschaum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Duroplast-, Elastomer- und/oder Thermoplast-Polymer-Schaum handelt.

4. Elektrisch isolierender Polymerschaum nach einem der vor herigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ≧ 50%, bevor zugter ≧ 70%, noch bevorzugter ≧ 90% der wärmeleitfähigen Stoffe, bezogen auf die Gesamtanzahl der wärmeleitfähigen Stoffe, eine Partikelgröße von ≧ 1 µm aufweisen.

5. Elektrisch isolierender Polymerschaum nach einem der vor herigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitfähigen Stoffe ein Aspektverhältnis wie Fasern, vorzugsweise wie Plättchen, aufweisen.

6. Elektrisch isolierender Polymerschaum nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an zugegebenem, wärmeleitfähigem Stoff von zwischen < 0 Gew.-% bis 90 Gew.-%, vorzugsweise von zwischen 5 Gew.-% bis 85 Gew.-%, bevorzugt von zwischen 15 Gew.-% bis 80 Gew.-%, weiter bevorzugt von zwischen 30 Gew.-% bis 70 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des elektrisch isolierenden Polymerschaums mit hoher Wärmeleitfähigkeit, ausmacht.

7. Elektrisch isolierender Polymerschaum nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitfähigen Stoffe vorgetrocknet sind.

8. Elektrisch isolierender Polymerschaum nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Poly merschäume wenigstens ein Gas enthalten, vorzugsweise wenig stens ein Inertgas, besonders bevorzugt wenigstens ein Iso liergas und/oder wenigstens ein Treibgas.

9. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Polymerschaums mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfassend die Schritte:

10. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Polymerschaums nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vorgetrockneter, wärmeleitfähiger Stoff in die flüssigen, ver flüssigten und/oder Schmelze der Polymer-Ausgangskomponenten, vorzugsweise auf Elastomer-, Duro- und/oder Thermoplastbasis, eingebracht wird, wobei gegebenenfalls gleichzeitig die Mischung unter Vakuum entgast wird, danach mittels Gas aufge schäumt und anschließend die Mischung ausgehärtet und/oder abgekühlt wird.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäumen des noch nicht ausgehär teten Polymers oder Polymergemisches chemisch und/oder physi kalisch bewirkt wird.

12. Verwendung des elektrisch isolierenden Polymerschaums nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Isolierung und/oder Verkleidung von Hochspannungsgeräten, Hochspannungsbauteilen, Hochspannungsleitungen, elektrischen Leitungen, wie Kabeliso lierungen, Telefon-, Koaxial- und CATV-Kabeln, bevorzugt zur Verkleidung und/oder Isolierung von Kabeln, und besonders be vorzugt zur Verkleidung und/oder Isolierung von Leitungen, wie Hochspannungskabeln und/oder Hochspannungsleitungen.