DE102007023557A1 - Schutzbeschichtung und Verwendung davon für Fahrleitungsisolatoren - Google Patents

Schutzbeschichtung und Verwendung davon für Fahrleitungsisolatoren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine neuartige Beschichtung für Fahrleitungsisolatoren, insbesondere im Bereich der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dazu werden Partikel und Mikropulver, insbesondere hydrophobe Partikel, in den Schutzlack eingearbeitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft neuartige Beschichtungen für Fahrleitungsisolatoren, insbesondere im Bereich der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung.
  • Die Langzeitbeständigkeit von Isolatoren gegen Bewitterung, also UV-Strahlung, Feuchte und andere aggressive Umwelteinflüsse wird bisher dadurch gewährleistet, dass die Isolatoren mit Hüllen aus Materialien mit ausgezeichneten Hydrophobie-Eigenschaften ummantelt werden. In der Regel umfassen diese Hüllen der Verbundisolatoren Silikon und/oder PTFE. Das Aufbringen dieser Hüllen erfordert zusätzliche Schritte in der Fertigung und verursacht erhebliche Kosten.
  • Andererseits gibt es Polymerisolatoren aus Epoxid-Gießharzen und Glasfaser verstärkten Kunststoffen mit duroplastischer Harzmatrix aus ungesättigtem Polyester oder Epoxidharzen. Diese sind jedoch oft mit keiner zusätzlichen Schutzschicht versehen und somit witterungsunbeständig. Der Isolierkörper dieser Polymerisolatoren besteht für gewöhnlich aus einem massiven Profil oder einem massiven Schaft mit Schirmen und somit aus nur einem organischen Werkstoff. Beispiele hierfür sind GFK-Isolierkufen und Gießharzisolatoren.
  • Die Langzeitbeständigkeit dieser kostengünstigen Einstoff-Isolatoren gegen Umwelteinflüsse und Bewitterung ist nur durch die Oberflächengüte oder Rauhigkeit beeinflussbar und damit unbefriedigend.
  • Insbesondere die Beständigkeit der Isolatoroberfläche gegen Lichtbögen ist bisher nut unzureichend gelöst. Streckentrenner mit GFK-Isolierkufen haben die Aufgabe, die Oberleitung in einzelne Schalt- und Speiseabschnitte zu unterteilen. Diese Schalt- und Speiseabschnitte werden durch den Stre ckentrenner von einander isoliert. Bei Stromabnehmerdurchgängen an den Streckentrennern kann es zur Lichtbogenbildung kommen und diese Lichtbögen können die Isolierkufen des Streckentrenners beschädigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Langzeitbeständigkeit der kostengünstigen Einstoff-Isolatoren im Freien zu erhöhen und/oder die Hüllen für Verbundisolatoren kostengünstiger zu gestalten.
  • Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist ein Schutzlack auf duroplastischer Kunststoffbasis zur Beschichtung von Einstoff-Isolatoren und/oder als Hülle für Verbundisolatoren in den Mikropulver, Nanopartikel und/oder Kolloide, die, je nach ihrer Natur, hydrophobe funktionelle Gruppen haben, eingearbeitet sind.
  • Durch die Hydrophobierung der Schutzschichtoberfläche kann die Verschmutzung reduziert werden. Hydrophob eingestellte Beschichtungen mit Kontaktwinkeln gegen Wasser von größer 90°, als Maß für die Hydrophobie, sind witterungsbeständiger als beispielsweise die konventionelle Epoxidharz-Beschichtung von Schlingisolatoren.
  • Durch Einarbeiten von hydrophob funktionalisierten SiO2 Nanopartikel/Kolloide und/oder von Bornitridpartikel in Form vorgefertigter Partikelsole und/oder Mikropulver in duroplastische Lackmatrices, wie beispielsweise Polyurethan oder Silikon-Beschichtungen, werden hydrophobe Lackoberflächen mit niedrigen Oberflächenenergien erhalten.
  • In Polyurethan-Systemen (PU) können die Kontaktwinkel gegenüber Wasser von ca. 80° auf > 120° angehoben werden.
  • Die SiO2-Nanopartikel und/oder Kolloide werden z. B. in Form vorgefertigter Sole eingesetzt. Diese sind beispielsweise handelsüblich und Produkte der Firma FEW Chemicals, Wolfen, Deutschland, wie z. B. das H4019, werden eingesetzt.
  • Neben oder alternativ zu den hydrophob funktionalisierten SiO2-Partikeln konnte die Hydrophobie in PU- oder Silikonlacken auch durch Einarbeiten von Bornitrid (BN)-Mikropulver erhöht werden. Mit steigender BN-Konzentration nimmt die Hydrophobie der Lackoberflächen zu. Beispielhaft genannt sei ein PolyUrethan-Schutzlack, der ohne Zusatz einen Kontaktwinkel von 83° hat, während mit einem 10 Gew% Bornitrid-Zusatz ein Kontaktwinkel von 105° erreicht wird.
  • Ähnliches wurde im Fall der Silikonlacke beobachtet, wo ein reiner Silikonlack (Powersil der Fa. Wacker AG) einen Kontaktwinkel von 95° (Glas) bzw. 105° (Stahl) hat und mit einem 10% Zusatz an Bornitrid auf einen Kontaktwinkel von 122° kommt. Diese Werte konnten sogar noch gesteigert werden, da ein Zusatz von 20 Gew% Bornitrid zu einem Kontaktwinkel von 130° führte und ein Zusatz von 30 Gew% Bornitrid einen Kontaktwinkel von 135° bewirkte.
  • Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik auf:
    Zum einen werden sehr hohe Kontaktwinkel realisiert, in der Regel liegen die Kontaktwinkel der erfindungsgemäßen Schutzlacke bei über 110° gegen Wasser, obwohl die Erfindung natürlich unter Umständen auch Schutzlacke mit geringerem Kontaktwinkel umfassen kann.
  • Zum zweiten handelt es sich um eine kostengünstige Variante zur Herstellung der Schutzlacke, da nur geringe Mengen, beispielsweise 1 bis 10 Gew%, bevorzugt 3 bis 7 Gew% und insbesondere bevorzugt bis zu 5 Gew% an hydrophoben SiO2 Nanoteilchen benötigt werden.
  • Bornitrid-Mikropulver kann in Mengen von 5 bis zu 60 Gew% in den Schutzlack eingearbeitet sein, bevorzugt in Mengen zwischen 5 und 50 Gew%, insbesondere bevorzugt in Mengen zwischen 10 und 35 Gew%, wie die Ausführungsbeispiels belegen.
  • Die hydrophobierten Nanopartikel können durch einfaches Einmischen in die Lackkomponenten eingearbeitet werden. Spezielle Mischvorrichtungen wie z. B. Perlmühlen, Torusmühlen etc. sind nicht erforderlich. Die Verteilung der Nanopartikel im Lack ist sehr homogen, da die Partikel als stabile Sole eingearbeitet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
  • Beschichtung von Kunststoffsubstraten für Freiluftanwendungen bei der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung.
  • Lackierungen mit den erfindungsgemäß modifizierten PU-Lacken, die sich als Lackmatrix wegen der hohen Witterungsbeständigkeit gut für Außenanwendungen eignen, bleiben in Witterungstests über 1000 Stunden im Wechsel von UVA-Bestrahlung von > 10 mW/cm2 über 650 Stunden, intensiver Beregnung (650 Stunden) und Lagerung bei 50°C über 50 Stunden hydrophob.
  • Vor der Bewitterung wurde ein Kontaktwinkel von 114° gemessen, im Laufe der Tests geht der Kontaktwinkel auf 90° zurück. Im Vergleich dazu liegt der Kontaktwinkel bei handelsüblichen und nicht erfindungsgemäß modifizierten PU-Lacken bei 80° und sinkt im Laufe der Tests auf 70° ab.
  • Die Schichtdicken betrugen ca. 10 bis 40 μm, insbesondere zwischen 15 und 30 μm, besonders bevorzugt ca. 20 μm.
  • Mit Bornitrid (BN) dotierten Silikonlacken bleiben die Kontaktwinkel auch nach dem Witterungstest bei Werten > 110°. Die BN dotierten Silikonbeschichtungen sind damit gegenüber Witterungseinflüssen am stabilsten. Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Silikonlack ist aus 810 g Powersil 567 (Fa. Wacker AG) und 90 g Bornitrid der Fa. HCStarck herstellbar.
  • Die Erfindung betrifft eine neuartige Beschichtung für Fahrleitungsisolatoren, insbesondere im Bereich der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dazu werden Partikel und Mikropulver, insbesondere hydrophobe Partikel, in den Schutzlack eingearbeitet.

Claims (9)

  1. Schutzlack auf duroplastischer Kunststoffbasis zur Beschichtung von Einstoff-Isolatoren und/oder als Hülle für Verbundisolatoren in den Mikropulver, Nanopartikel und/oder Kolloide, die, je nach ihrer Natur, hydrophobe funktionelle Gruppen haben, eingearbeitet sind.
  2. Schutzlack nach Anspruch 1, wobei Bornitrid als Mikropulver eingearbeitet ist.
  3. Schutzlack nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Siliziumdioxid (SiO2) in Form von Nanopartikel und/oder Kolloiden eingearbeitet ist.
  4. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei SiO2-Partikel in Form von vorgefertigten Solen und/oder Kollioden eingearbeitet ist.
  5. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mikropulver, die Nanopartikel oder die Kolloide in einer Menge von 0,5 bis 50 Gew% eingearbeitet sind.
  6. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Bornitrid Mikropulver in einer Menge zwischen 5 und 60 Gew% eingearbeitet ist.
  7. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei hydrophobe Siliziumdioxid-Nanoteilchen in einer Menge von 1 bis 10 Gew% eingearbeitet sind.
  8. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, der in einer Schichtdicken von ca. 20 μm aufgebracht ist.
  9. Verwendung eines Schutzlackes nach einem der vorstehenden Ansprüche für Einstoff-Isolatoren und/oder als Hüllen für Verbundisolatoren.
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