DE102009013870A1

DE102009013870A1 - Tränkharz für Isolierrohre

Info

Publication number: DE102009013870A1
Application number: DE102009013870A
Authority: DE
Inventors: Gernot Dr. Swiatkowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-23
Also published as: WO2010105913A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Isolierharz als Tränkharz für Gewebe auf Aramidbasis. Das Isolierharz umfasst neben einem cycloaliphatischen Epoxidharz als Nebenkomponente ein Glycidylesterepoxidharz. Damit können rissfeste Isolierteile bei gleichzeitig hoher Glasübergangstemperatur erhalten werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Isolierharzen für Isolierrohre.
Bei elektrischen Schaltanlagen spielt – insbesondere bei kompakten Schaltanlagen – die Isolierung der einzelnen Schaltelemente eine wichtige Rolle.
Dabei werden insbesondere Harze eingesetzt, die z. B. als Tränkharze für geeignete Isolierrohre, etwa auf Polyester- oder Aramidbasis eingesetzt werden.
Bei diesen Harzen ist eine hohe Glasübergangstemperatur von Vorteil, gleichzeitig bestehen aber auch häufig hohe Anforderungen an die Feldstärke, das Temperaturwechselverhalten, hohe Umbruchwerte sowie die dielektrische Alterung.
Es stellt sich somit die Aufgabe, alternativ zu den bestehenden Lösungen ein Isolierharz für Schaltanlagen zu schaffen, bei dem eine erhöhte Glasübergangstemperatur bei gleichzeitig guten oder sogar verbesserten sonstigen Eigenschaften aufgefunden wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Isolierharz gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung gelöst. Demgemäß wird ein Isolierharz für Schaltanlagen vorgeschlagen, umfassend ein Harz auf Glycidylesterbasis sowie ein Harz auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids.
Überraschend hat sich herausgestellt dass bei Vorhandensein der beiden Komponenten durch eine Art synergistische Wirkung bei vielen Anwendungen der vorliegenden Erfindungen Isolierharze erhalten werden können, die eine gegenüber den bisherigen Lösungen stark erhöhte Glasübergangstemperatur aufweisen bei gleichzeitig sehr hohen mechanischen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet und/oder umfasst der Term „Isolierharz” insbesondere ein (bevorzugt niederviskoses) Tränkharzsystem auf Basis von Epoxidharz u. Anhydridkomponente mit kontrollierter Reaktivität.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet und/oder umfasst der Term „Glycidylesterbasis” insbesondere dass als eine Ausgangskomponente – insbesondere Hauptkomponente – Glycidylesterharz verwendet wird. Dabei können alle im Stand der Technik bekannten Harze Verwendung finden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet und/oder umfasst der Term „auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids” insbesondere dass als eine Ausgangskomponente – insbesondere Hauptkomponente – ein cycloaliphatisches Epoxid verwendet wird. Dabei können alle im Stand der Technik bekannten Harze Verwendung finden.
Besonders bevorzugte cycloaliphatische Epoxide sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Bis-(2,3-epoxycyclopentyl)-ether, 2,3-Epoxycyclopentylglycidylether, 1,2-Bis-(2,3-epoxycyclopentyloxy)-ethan, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat oder Mischungen daraus. Insbesondere bevorzugt ist 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat, welches folgende Struktur aufweist:
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst der Term „Schaltungsanlagen” insbesondere Anlagen für die Nieder, Mittel- u. Hochspannung.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst der Term „aufgebaut auf den Ausgangskomponente(n)” insbesondere, dass das Isolierharz aus dieser/diesen Komponente(n) hergestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis des Harz auf Glycidylesterbasis zum Harz auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids (in Gew:Gew) von ≥ 1:6 bis ≤ 1:13. Dies hat sich in der Praxis besonders bewährt. Insbesondere bevorzugt ist ein Verhältnis von ≥ 1:7 bis ≤ 1:11, noch bevorzugt ≥ 1:8 bis ≤ 1:10.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Ausgangsstoffe, aus denen das Isolierharz aufgebaut ist, eine Härterkomponente.
Bevorzugt ist dabei die Härterkomponente aus der Gruppe umfassend Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Methylnadicanhydrid, hydriertes Methylnadicanhydrid, Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid sowie deren Derivate und Mischungen daraus ausgewählt. Insbesondere bevorzugt sind Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und Tetrahydrophthalsäureanhydrid oder Mischungen daraus.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Ausgangsstoffe, aus denen das Isolierharz aufgebaut ist, eine Beschleunigerkomponente.
Bevorzugt ist dabei die Beschleunigerkomponente aus der Gruppe umfassend tertiäre Amine, quartäre Ammoniumverbindungen, Phosphine, Phosphoniumverbindungen, BCl₃-Aminkomplexe, Imidazole sowie deren Derivate und Mischungen daraus ausgewählt
Gemäß einer noch bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Beschleunigerkomponente ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Dialkylarylamin, Diarylalkylamine sowie Mischungen daraus; insbesondere bevorzugt ist Dimethylbenzylamin.
Soweit nicht anders erwähnt, werden unter „Aryl” bzw. „Alkyl” insbesondere die folgenden Funktionalitäten verstanden:
Alkyl: lineare und verzweigte C1-C6-alkyl, insbesondere Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl;
Aryl: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend: Phenyl; Biphenyl; Naphthalenyl; Anthracenyl; Phenanthrenyl, Benzyl
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Isolierteil enthaltend ein Isolierharz gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet und/oder umfasst der Term „Isolierteil” insbesondere ein Isolierrohr umfassend ein Isolierharz und ein Roving und/oder Gewebe auf Basis von Polyester, Glas oder Aramid.
Bevorzugt ist dabei das Isolierharz in ein Aramidgewebe oder Aramidroving eingebettet.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet und/oder umfasst der Term „eingebettet” insbesondere, dass das Roving und/oder Gewebe mit dem Harz getränkt wird. Aus dielektrischen Gründen wird eine Vakuumtränkung bevorzugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Isolierharz in einem Härtungsverfahren umfassend einen Härtungsschritt bei ≥ 140°C, bevorzugt ≥ 150°C und einer Härtungsdauer von ≥ 12 h, bevorzugt ≥ 14 h sowie am meisten bevorzugt ≥ 16 h hergestellt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung eines Isolierharzes, umfassend ein Harz auf Glycidylesterbasis sowie ein Harz auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids als Isolierstoff in elektrischen Schaltanlagen.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele.

Die vorliegende Erfindung wird – rein illustrativ und nicht beschränkend – anhand des vorliegenden erfindungsgemäßen Beispiels I untersucht. Dabei wurde ein Harz hergestellt, aufgebaut aus den folgenden Komponenten:

Komponente	rel. Gewichtsanteil
Cycloaliphatisches Epoxidharz (auf der Basis von 3,3-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-Epoxycyclohexan-carboxylat)	90
Glycidylesterharz	10
Methylhexahydrophtalsäureanhydrid	108
Dimethylbenzylamin	1

Das Harz wurde 2 h bei 100°C, danach 2 h bei 130°C, nachfolgend 2 h bei 150°C sowie abschließend 16 h bei 180°C gehärtet.
Weiterhin wurden zwei Vergleichsharze (nicht erfindungsgemäße) hergestellt.
Anschließend wurden Gewebewickel auf Aramidbasis mit dem Tränkharz getränkt.
Vergleichsbeispiel I:
Im Vergleichsbeispiel I wurde das Glycidylharz weggelassen und stattdessen 100 Gewichtsanteile an cycloaliphatischem Epoxidharz eingesetzt. Die Herstellungsbedingungen waren ansonsten gleich.
Ebenfalls wurden Gewebewickel auf Aramidbasis mit diesem Tränkharz getränkt.
Anschließend wurde die Rissfestigkeit der entstandenen Isolierteile untersucht. Während die Isolierteile gemäß Vergleichsbeispiel I schon nach der Herstellung Risse aufwiesen, waren die Isolierteile gemäß Beispiel I rissfrei bei gleichzeitig exzellenten thermomechanischen Eigenschaften. Dies zeigt sich u. a. aus der folgenden Messung der Umbruchwerte an einem Isolierrohr gemäß Beispiel I:
Raumtemperatur: 43 kN
180°C: 37 kN
Diese Werte zeigen, dass das Isolierrohr bei hohen Temperaturen nur einen kleinen Abfall bezüglich der Mechanik aufweist.
Weiterhin wurde die Glasübergangstemperatur des Harzes aus Beispiel I gemessen; diese lag bei über 180°C.
Man sieht somit die vorteilhaften Eigenschaften des erfinderischen Isolierharzes.

Claims

Isolierharz für Isolierstoffe in Schaltanlagen umfassend ein Harz auf Glycidylesterbasis sowie ein Harz auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids.
Isolierharz nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des Harz auf Glycidylesterbasis zum Harz auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids (in Gew:Gew) von ≥ 1:6 bis ≤ 1:13 beträgt.
Isolierharz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die cycloaliphatische Epoxide ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Bis-(2,3-epoxycyclopentyl)-ether, 2,3-Epoxycyclopentylglycidylether, 1,2-Bis-(2,3-epoxycyclopentyloxy)-ethan, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat oder Mischungen daraus.
Isolierharz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgangsstoffe, aus denen das Isolierharz aufgebaut ist, eine Beschleunigerkomponente umfassen, ausgewählt aus der Gruppe umfassend tertiäre Amine, quartäre Ammoniumverbindungen, Phosphine, Phosphoniumverbindungen, BCl₃-Aminkomplexe, Imidazole sowie deren Derivate und Mischungen daraus.
Isolierharz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beschleunigerkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Dialkylarylamine, Diarylalkylamine sowie Mischungen daraus.
Isolierharz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausgangsstoffe, aus denen das Isolierharz aufgebaut ist, eine Beschleunigerkomponente umfassen, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Methylnadicanhydrid, hydriertes Methylnadicanhydrid Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid sowie deren Derivate und Mischungen daraus
Isolierteil enthaltend ein Isolierharz nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Isolierteil nach Anspruch 7, wobei das Isolierharz in ein Aramidgewebe oder Aramidroving eingebettet ist.
Verwendung eines Isolierharzes, umfassend ein Harz auf Glycidylesterbasis sowie ein Harz auf Basis eines cycloaliphatischen Epoxids als Isolierstoff in elektrischen Schaltanlagen.