DE102015218839A1 - Potting compound and use - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters mit verbesserter Bruchresistenzerhöhung, sowie Verwendungen dazu, insbesondere bei der Isolation von trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen. Durch den Einsatz von korngrößenoptimierten, bevorzugt mineralischen Füllstoffen wird dabei eine optimierte Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den des zu isolierenden metallischen Leiters erleichtert.The invention relates to a potting compound for insulating a metallic conductor with improved fracture resistance increase, as well as uses for this, in particular in the isolation of dry current transformers and / or busbars in switchgear. By using grain size-optimized, preferably mineral fillers, an optimized adaptation of the thermal expansion coefficient to that of the metallic conductor to be insulated is facilitated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters mit verbesserter Bruchresistenzerhöhung sowie Verwendungen dazu, insbesondere bei der Isolation von trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen. The invention relates to a potting compound for the insulation of a metallic conductor with improved resistance to breakage and uses thereof, in particular in the isolation of dry current transformers and / or busbars in switchgear.

Trockene Stromwandler bzw. Sammelschienen in Schaltanlagen besitzen in ihrem Inneren großvolumige Metallverbindungen sowie -bolzen, die durch einen geeigneten Isolationswerkstoff großer Schichtdicke elektrisch isoliert werden müssen. Oftmals ist in trockenen Stromwandlern auf Grund der Masseneinsparung Aluminium als elektrisch leitender Werkstoff verwendet. Sammelschienen führen dagegen oftmals Kupfermetall im Inneren, jedoch ist auch hier eine Verwendung von Aluminium aus Kosten- und Gewichtsgründen grundsätzlich denkbar und gebräuchlich. In beiden Anwendungsfällen braucht die elektrische Isolation eine genügend hohe Durchschlagfestigkeit, hohe elektrische Erosionsgüte und insbesondere ausgeprägte Rissresistenz, denn gerade in dickschichtigen Isolationswerkstoffen sind unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von zu umhüllendem und/oder einzubettendem Metall und dem eigentlichen Isolationswerkstoff bei Temperaturwechselbelastungen der Grund für Rissinitiierungen an Spitzen und Kanten, die zu Delaminationen sowie Brüchen und damit zum Versagen der elektrischen Bauteile führen kann. An das Isolationssystem sind demnach hohe Anforderungen im Sinne der Lebensdauer und des thermomechanischen Eigenschaftsprofils gestellt. Zusätzlich sollten die Isolationswerkstoffe hohe thermische Leitfähigkeiten besitzen, um die entstehenden joule‘schen Wärmen im Betrieb, die mit dem Quadrat der am Leiter anliegenden Stromstärke skaliert, wirkungsvoll abführen zu können, da sonst die intrinsische Aufheizung zur Beschädigung und/oder Deformation der Isolation führen kann. Sammelschienen und Stromwandler sind betriebsbedingt Bauteile, an denen sehr hohe Stromstärken anliegen. Dry current transformers or busbars in switchgear systems have in their interior large-volume metal joints and bolts, which must be electrically isolated by a suitable insulating material of large layer thickness. Often, aluminum is used as an electrically conductive material in dry current transformers due to the mass saving. In contrast, busbars often carry copper metal in the interior, but here, too, a use of aluminum for reasons of cost and weight is basically conceivable and customary. In both applications, the electrical insulation needs a sufficiently high dielectric strength, high electrical erosion and in particular pronounced crack resistance, because especially in thick insulating materials are different coefficients of expansion of umhüllendem and / or einzubettendem metal and the actual insulation material at thermal cycling the reason for crack initiation at points and edges , which can lead to delamination and breaks and thus the failure of the electrical components. Accordingly, high demands are placed on the insulation system in terms of service life and the thermomechanical property profile. In addition, the insulating materials should have high thermal conductivities in order to effectively dissipate the resulting joule heats in operation, which scales with the square of the current applied to the conductor, otherwise the intrinsic heating may result in damage and / or deformation of the insulation , Busbars and current transformers are operationally components, which are very high currents.

Derzeit werden additionsvernetzende Silikonharze in dicker Schicht zur Umhüllung bzw. dem Einguss von Aluminiumbolzen und -gehäusen (Stromwandler) und Kupfer (Sammelschienen) verwendet. Silikone sind oftmals aufgrund ihrer Weichheit sehr rissunempfindlich, besitzen hohe Wärmebeständigkeit, sind relativ leicht zu verarbeiten und besitzen hervorragende Isolationseigenschaften. Als nachteilig sind die relativ hohen Kosten, die äußert geringe Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,2 W/(m·K) und die außerordentlich hohe Wärmeausdehnung von bis zu 300 µm/(m·K) zu nennen. Im Moment ist Silikon das Mittel der Wahl in diesen beiden Anwendungsszenarien. Zur weiteren Kostenreduktion ist ein Einbringen von Glashohlkugeln in die Silikonprepolymermasse schon Gegenstand von Entwicklungen beim Stromwandler gewesen, da durch die Abmagerung an Silikonmasse im Komposit ein Kostenvorteil erzielbar ist. Freilich ist das Eindispergieren von luftgefüllten Glashohlkugeln im Sinne der Prozessierbarkeit ebenso mit Schwierigkeiten verbunden. Gebrochene Glashohlkugeln im hochpolymeren Werkstoff können ebenso elektrische Fehlstellen im Sinne von Teilentladungsursprüngen darstellen, die sodann einen derartig fehlerbehafteten Werkstoff im Laufe der Betriebsdauer schädigen können. Currently, addition-curing silicone resins in thick layers are used to encase or sprue aluminum billets and housings (current transformers) and copper (busbars). Silicones are often very insensitive to cracking due to their softness, have high heat resistance, are relatively easy to process and have excellent insulating properties. A disadvantage is the relatively high cost, the extremely low thermal conductivity of about 0.2 W / (m · K) and the extremely high thermal expansion of up to 300 microns / (m · K) to call. At the moment, silicone is the drug of choice in these two application scenarios. For further cost reduction, introduction of hollow glass spheres into the silicone prepolymer composition has already been the subject of developments in the current transformer, since a cost advantage can be achieved by the emaciation of silicone compound in the composite. Of course, the dispersion of air-filled hollow glass spheres in terms of processability is also associated with difficulties. Broken glass bubbles in the high polymer material can also represent electrical imperfections in the sense of partial discharge origins, which can then damage such a faulty material in the course of its service life.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen harten, duromeren Isolationswerkstoff für trockene Stromwandler und/oder Sammelschienen zu schaffen. It is therefore an object of the invention to provide a hard, thermosetting insulating material for dry current transformers and / or busbars.

Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters, eine Epoxidharz-Matrix auf der Basis eines cycloaliphatischen Epoxidharzes mit einem nicht auf der SVHC-Liste("besonders besorgniserregende Stoffe oder Substances of very high concern")-stehenden Säureanhydrid als Härterkomponente umfassend, wobei eine korngrößenverteilungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in der Vergussmasse enthalten ist, die in einer Menge von bis zu 75-Vol% in der Formulierung des ungehärteten Harzes vorliegt. The object of the invention and solution of the problem is a potting compound for insulating a metallic conductor, an epoxy resin matrix based on a cycloaliphatic epoxy resin with an acidic anhydride not on the SVHC list ("substances of very high concern" or Substances of very high concern) as a hardener component, wherein a grain size distribution optimized filler powder fraction is contained in the potting compound, which is present in an amount of up to 75-vol% in the formulation of the uncured resin.

Als "korngrößenverteilungsoptimierter" Füllstoff wird ein Füllstoff bezeichnet, der in mehreren Fraktionen an Korngrößen vorliegt und dessen Packungsdichte optimiert ist, das heißt, dass beispielsweise ein Füllstoff mit einer Packungsdichte von mehr als 80-Volumen% hier gemeint ist. As "grain size distribution optimized" filler is meant a filler which is present in several fractions of grain sizes and the packing density is optimized, that is, for example, a filler with a packing density of more than 80 -vol% is meant here.

Beispielsweise wird als Füllstoff ein mineralischer Füllstoff eingesetzt, wiederum beispielsweise ein Quarzgut mit einer spezifischen Dichte von 2.2g/cm3, so genanntes fused silica. Als besonders zielführend ist dabei die Verwendung von Quarzgutfraktionen, die sehr hohe maximale Packungsdichten der zugrundeliegenden Korngrößenverteilung aufweisen, da zum einen damit die maximale Beladbarkeit einer flüssigen Prepolymerphase signifikant durch die geringere Viskosität zunimmt und zum anderen ist die thermische Ausdehnung von mineralischen Füllstoffen sehr gering, die von Quarzgut sogar mit ca. 0.6 µm/(m·K) außerordentlich gering, so dass durch den Füllgrad an mineralischem Füllstoff in der Vergussmasse die hohe thermische Expansion, die im Duromer vorliegt, durch die mineralischen Füllstoffe ausgeglichen werden kann und im besten Fall gleich dem isolierten Leiter, beispielsweise gleich dem von Aluminium einstellbar ist. For example, a mineral filler is used as the filler, again, for example, a fused silica with a specific gravity of 2.2 g / cm 3 , so-called fused silica. The use of fused quartz fractions which have very high maximum packing densities of the underlying particle size distribution is particularly expedient since, on the one hand, the maximum loading capacity of a liquid prepolymer phase is significantly increased by the lower viscosity and, on the other hand, the thermal expansion of mineral fillers is very low of fused quartz even with about 0.6 microns / (m · K) extremely low, so that by the degree of filling of mineral filler in the potting compound, the high thermal expansion, which is present in the duromer, can be compensated by the mineral fillers and in the best case equal to the insulated conductor, for example, is equal to that of aluminum adjustable.

Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die thermische Ausdehnung von Umhüllwerkstoff, also ausgehärteter Vergussmasse und einzubettendem Metall nahezu identisch ist. Dann sind die Rissentwicklungen aufgrund Temperaturwechsel nahezu auszuschließen. It is particularly advantageous if the thermal expansion of wrapping material, ie cured potting compound and einzubettendem metal is almost identical. Then the crack developments due to temperature changes are almost impossible.

Die Wärmeleitfähigkeiten der Vergussmassen nach der Erfindung im Bereich von 30°C bis 150°C sind mit Werten zwischen 0,7 und 1,7 W/(m·K), insbesondere von 0,9 bis 1,3 W/(m·K) und besonders bevorzugt von 1 bis 1,3 W/(m·K)für die Verwendung in trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen gut einsetzbar. The heat conductivities of the casting compounds according to the invention in the range of 30 ° C. to 150 ° C. are given values between 0.7 and 1.7 W / (m.K), in particular from 0.9 to 1.3 W / (m.sup.-1). K) and particularly preferably from 1 to 1.3 W / (m · K) for use in dry current transformers and / or busbars in switchgear well usable.

Es ist vorteilhaft, dass die hier erstmals offenbarte, duromere Vergussmasse ebenso leicht zu verarbeiten ist wie die bisher bekannten Vergussmassen, jedoch identische Wärmeausdehnungen wie das zu umhüllende Metall aufweist, relativ kostengünstig ist und zugleich, z.B. im Außeneinsatz als Gehäusematerial (sog. wandlose Ausführung) fungieren kann. It is advantageous that the thermosetting potting compound disclosed here for the first time is just as easy to process as the hitherto known potting compounds, but has identical thermal expansions as the metal to be coated, is relatively inexpensive and at the same time, e.g. in outdoor use as a housing material (so-called wall-mounted design) can act.

Für Sammelschienen offenbart sich durch Wahl dieser Formulierungen der einfache Wechsel zum kostengünstigeren und leichteren Aluminium. Dies resultiert in Materialeinsparungen, Kostenreduzierungen und rissunempfindlicheren Isolationswerkstoffen mit exzellenten Eigenschaftsprofilen. For busbars, the choice of these formulations makes it easy to change to less expensive and lighter aluminum. This results in material savings, cost reductions and crack-insensitive insulation materials with excellent property profiles.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Vergussmasse durch weitere Additive optimiert. Dabei können sowohl die Rissunempfindlichkeit als auch die Fließfähigkeit weiter optimiert werden. Die Gelzeiten sind durch Wahl verschiedener Beschleunigersubstanzen frei wählbar. Durch Temperaturanhebung während der Dispergierphase in der der Füllstoff in das Harz eingearbeitet wird, ist die weitere Beladbarkeit mit Füllstoff bei vertretbaren dynamischen Gesamtviskositäten leicht veränderbar. According to an advantageous embodiment, the potting compound is optimized by further additives. Both the crack resistance and the flowability can be further optimized. The gel times are freely selectable by choosing different accelerator substances. By increasing the temperature during the dispersing phase in which the filler is incorporated into the resin, the further loadability with filler is easily changeable with reasonable overall dynamic viscosities.

Die hier eingesetzten cycloaliphatischen Epoxidharze weisen nach der Härtung bei höheren Temperaturen Glasübergänge im Bereich von 170°C auf und erlauben so einen dimensionsstabilen Dauerbetrieb bis 155°C, sowie Kurzzeitbelastungen bis 180°C. Dies eröffnet das Design von günstigen Hochleistungswerkstoffen für trockene Stromwandler, auch in wandloser Ausführung, oder von materialoptimierten Sammelschienen auf Kupfer und/oder auch Aluminiumbolzenbasis. After curing, the cycloaliphatic epoxy resins employed here exhibit glass transitions in the region of 170 ° C. at relatively high temperatures and thus permit dimensionally stable continuous operation up to 155 ° C., as well as short-term loads of up to 180 ° C. This opens up the design of low-cost, high-performance materials for dry current transformers, even in wall-mounted versions, or of material-optimized busbars on copper and / or aluminum stud base.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein cycloaliphatisches Epoxidharz auf Basis 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-Epoxycyclohexancarboxylat mit einem Phthalsäureanhydrid, das nicht Gegenstand der SVHC-Liste ist, als Härterkomponente versetzt. Beispielsweise wird Methylhexahydrophthalsäureanhydrid als Härterkomponente zugemischt, wiederum beispielsweise im Verhältnis 1.00:1.15 (w/w). According to an advantageous embodiment of the invention, a cycloaliphatic epoxy resin based on 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexanecarboxylate is mixed with a phthalic anhydride, which is not part of the SVHC list, as a hardener component. For example, methylhexahydrophthalic anhydride is added as a hardener component, again, for example, in the ratio 1.00: 1.15 (w / w).

Das Verhältnis von ungefähr 1.00 wird dabei als "stöchiometrisches Verhältnis" bezeichnet, weil die jeweiligen Mengen an Harzkomponente und Härterkomponente in der ungehärteten Formulierung so berechnet werden, dass jeweils ein Molekül Härterkomponente mit einer Funktionalität Epoxidharz abreagiert. The ratio of about 1.00 is referred to as "stoichiometric ratio" because the respective amounts of resin component and hardener component in the uncured formulation are calculated so that one molecule of curing agent component with a functionality reacts with epoxy resin.

Dabei ist wiederum vorteilhafterweise vorgesehen, dass noch geringe Mengen Katalysator, beispielsweise an aminischen Katalysatoren, wie Diemthylbenzylamin, 1,2-Dimehtylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol oder ähnlichem zugesetzt werden. In turn, it is advantageously provided that even small amounts of catalyst, for example, be added to amine catalysts such as dimethylbenzylamine, 1,2-Dimehtylimidazol, 2-ethyl-4-methylimidazole or the like.

Eine derartige Formulierung, umfassend ein cycloaliphatisches Epoxidharz, eine Härterkomponente einer unkritischen, weil nicht auf der SVHC-Liste stehenden Phtalsäureanhydrid-Härterkomponente und einem Katalysator, wie oben erwähnt, kann bei 100°C während zwei Stunden geliert werden und sodann während vier Stunden bei 180°C zum Hochpolymeren vernetzt werden. Dabei stellen sich beispielsweise hohe Glasübergangstemperaturen von ca. 180°C ein. Such a formulation comprising a cycloaliphatic epoxy resin, a hardener component of a noncritical SVHC-listed phthalic anhydride hardener component and a catalyst as mentioned above may be gelled at 100 ° C for two hours and then at 180 ° for four hours ° C are crosslinked to the high polymer. In this case, for example, high glass transition temperatures of about 180 ° C occur.

Durch vorheriges Eindispergieren geeigneter Quarzgutfüllstoffpartikelfraktionen hoher Packungsdichte, beispielsweise von >80 Vol.-% nach Ik Doo Lee, bei 80°C, erhält man gut fließfähige Vergussmassen, die z.B. bei 100°C Werkzeugtemperatur rasch gelieren. Eine etwaige Form steht demnach nach dem Gelieren für den nächsten Gussvorgang zügig wieder zur Verfügung. Die Quarzgutfraktion(en) sollten erfindungsgemäß eine hohe Packungsdichte aufweisen, um hohe Beladbarkeiten zu realisieren. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von Quarzgut mit einer Partikelcharakteristik von d10~5 µm, d50~45 µm und d90~166 µm (120 F) mit einem Packungskoeffizienten von 81.4 Vol.-%, wie in 1 gezeigt, die besten Dispersionsergebnisse lieferte. By prior dispersion of appropriate Quarzgutfüllstoffpartikelfraktionen high packing density, for example of> 80 vol .-% according to Ik Doo Lee, at 80 ° C, to obtain good flowable potting compounds, for example, quickly gel at 100 ° C mold temperature. A possible shape is thus available again after gelling for the next casting process quickly. According to the invention, the fused silica fraction (s) should have a high packing density in order to realize high loadings. It has been found that the use of fused silica having a particle characteristic of d10 ~ 5μm, d50 ~ 45μm and d90 ~ 166μm (120 F) with a packing coefficient of 81.4% by volume, as in 1 showed the best dispersion results.

1 zeigt die Korngrößenverteilung eines Füllstoffes nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich um einen Quarzgutfüllstoff 120F. 1 shows the particle size distribution of a filler according to an embodiment of the present invention. It is a Quarzgutfüllstoff 120F.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat sich gezeigt, dass die Fließfähigkeit hochbeladener Vergussmassen durch Zugabe von Fließadditiven – auch schon in geringen Mengen – erhöht werden kann. Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass Formulierungen mit epoxysilanoberflächenbehandelten Quarzgutfüllstoffen, bevorzugt in Verbindung mit C2-C3-Alkylenoxidcopolymeren, eine deutliche Viskositätsreduktion (Bohlin CS-10, C25-Geometrie) von ca. 60% bei Zugabe von 0,8 Gew.-% C2-C3-Alkylenoxidcopolymer bei 80°C Verarbeitungstemperatur erfahren, wie in 2 gezeigt. According to an advantageous embodiment of the invention, it has been shown that the flowability of highly loaded potting compounds can be increased by the addition of flow additives, even in small amounts. It has surprisingly been found that formulations with epoxysilane surface-treated Quarzgutfüllstoffen, preferably in combination with C 2 -C 3 alkylene oxide, a significant viscosity reduction (Bohlin CS-10, C25 geometry) of about 60% with the addition of 0.8 wt. % C 2 -C 3 alkylene oxide copolymer at 80 ° C processing temperature, as in 2 shown.

Diese C2-C3-Alkylenoxidcopolymere sind Fließhilfen, die in Verbindung mit epoxysilanmodifizierten Füllstoffen sehr gute Testergebnisse liefern. These C 2 -C 3 -alkylene oxide copolymers are flow aids which, in conjunction with epoxysilane-modified fillers, give very good test results.

2 zeigt die Fließkurven gefüllter Formulierungen (77 Gew% Quarzgut, epoxysilanbeschichtet, 80°C) als Funktion des C2-C3-Alkylenoxidcopolymer–Gehaltes. 2 shows the flow curves of filled formulations (77% by weight fused silica, epoxysilane coated, 80 ° C) as a function of the C 2 -C 3 alkylene oxide copolymer content.

Die thermischen Ausdehnungen (TA Instruments, Q500) wurden dilatometrisch an gehärteten Formstoffen (gehärtet für 2h bei 100°C und 4h bei 180°C) gemessen und zeigen erwartungsgemäß eine Abnahme mit zunehmenden Quarzgutfüllstoffgehalt. Dabei erreicht man bei einem Anteil von 70 Gew.-% an mineralischem und oberflächenbehandeltem Füllstoff in stöchiometrisch-eingestelltem Epoxidharz-Härterkomponente-Prepolymer (1:1.15, w/w) nahezu die temperaturabhängige lineare, thermische Ausdehnungskurve (engl. "CTE") von Reinaluminium, wie in 3 gezeigt. The thermal expansions (TA Instruments, Q500) were measured dilatometrically on cured molding materials (cured for 2 hours at 100 ° C and 4 hours at 180 ° C) and are expected to show a decrease with increasing content of fused silica filler. At a proportion of 70% by weight of mineral and surface-treated filler in stoichiometric epoxy resin hardener component prepolymer (1: 1.15, w / w), almost the temperature-dependent linear thermal expansion curve ("CTE") of Pure aluminum, as in 3 shown.

3 zeigt lineare thermische Ausdehnungen unterschiedlich hoch gefüllter Formulierungen mit 63 Gew% (Raute), 66 Gew% (Kästchen) und 70 Gew% (Dreiecke) an Füllstoffgehalt. 3 shows linear thermal expansions of differently filled formulations with 63 wt% (rhombus), 66 wt% (boxes) and 70 wt% (triangles) in filler content.

Tabelle 1 zeigt die Bruch- und thermomechanischen Eigenschaften gefüllter Vergussmassen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel ist eine mit 66 bis 67 Gew% gefüllte Vergussmasse, deren Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 30 bis 150°C bei 1 bis 1,3 W/(m·K) liegt. Tab. 1: Bruch- und thermomechanisches Eigenschaftsprofil, 66–67% gefüllter Komposit Eigenschaftswert, Einheit Wert ± σ KIC, MPa·√m 2,30 0,09 GIC, J/m2 459 36 Biegefestigkeit, MPa 108 6 Bruchdehnung, % 1,09 0,10 Elastizitätsmodul, MPa 10400 366 Schlagzähigkeit, kJ/m2 1,42 0,26 Table 1 shows the fracture and thermomechanical properties of filled potting compounds according to one embodiment of the present invention. The exemplary embodiment is a potting compound filled with 66 to 67% by weight, the heat conductivity of which lies in the range from 30 to 150 ° C. at 1 to 1.3 W / (m · K). Tab. 1: Breakage and thermomechanical property profile, 66-67% filled composite Property value, unit value ± σ K IC , MPa · √m 2.30 0.09 G IC , J / m 2 459 36 Flexural strength, MPa 108 6 Elongation at break,% 1.09 0.10 Young's modulus, MPa 10400 366 Impact strength, kJ / m 2 1.42 0.26

Durch die Wahl von dünnflüssigem Epoxidharz auf cycloaliphatischer Basis mit SVHC("besonders besorgniserregende Stoffe – Substances of very high concern")-unkritischen Säureanhydriden, insbesondere Phtalsäureanhydriden, wie z.B. MTHPA, ist es möglich, korngrößenverteilungsoptimierte Quarzgut-pulverfraktionen mit einer maximalen Packungsdichte >80 Vol.-%, die bevorzugt epoxysilanoberflächenbehandelt sind (EST- Typen), im Umfang bis zu 70 Gew.-% einzudispergieren und dabei Viskositäten von weniger als 7 Pa·s einzustellen. By choosing low viscosity cycloaliphatic based epoxy resin with SVHC ("Substances of Very High Concern") - non-critical acid anhydrides, especially phthalic anhydrides, e.g. MTHPA, it is possible to millise grain size distribution-optimized fused silica powder fractions having a maximum packing density> 80% by volume, which are preferably epoxysilane surface-treated (EST grades) by up to 70% by weight, with viscosities of less than 7 Pa. s.

Bei besonders bevorzugter zusätzlicher Zugabe von weniger als einem Gew.-% Fließadditiv, das insbesondere bevorzugt ist, wenn es auf die Oberflächenstruktur der Füllstoffpartikel abgestimmt ist, lässt sich die dynamische Vergussviskosität auf bis zu 3 Pa·s, beispielsweise bei 80°C, reduzieren. Man erhält gemäß ausgewählter Ausführungsformen dadurch sehr dünnflüssige Vergussmassen, die, für 4h bei 180°C gehärtet, thermische Ausdehnungen nahezu identisch dem Aluminiummetall aufweisen, jedoch sehr steif und relativ bruchresistent sind, einen Glasübergang von ca. 180°C aufweisen und eine um den Faktor 6 höhere Wärmeleitfähigkeit als das bisher verwendetes Silikon besitzen. Die Vergussmasse hat eine Dichte von ca. 1,9 g/cm3. In a particularly preferred additional addition of less than one wt .-% flow additive, which is particularly preferred when it is tuned to the surface structure of the filler, the dynamic casting viscosity can be up to 3 Pa · s, for example at 80 ° C, reduce , In accordance with selected embodiments, very low-viscosity casting compounds are obtained which, cured at 180 ° C. for 4 h, have thermal expansions almost identical to the aluminum metal, but are very stiff and relatively resistant to breakage, have a glass transition of about 180 ° C. and one by the factor 6 have higher thermal conductivity than the previously used silicone. The potting compound has a density of about 1.9 g / cm 3 .

Dieses steife Isolationsmaterial kann als Substitutionsvergussmasse für trockene Stromwandler dienen, die auch als wandlose Ausführung im Außeneinsatz bei Wahl cycloaliphatischen Phthalsäureanhydrids gestaltet werden können, was gegebenenfalls zu einer weiteren Aluminiumeinsparung führt. This rigid insulation material can serve as a substitute casting compound for dry current transformers, which can also be designed as a wall-mounted version in outdoor use with choice of cycloaliphatic phthalic anhydride, which optionally leads to a further aluminum savings.

Ebenso ist für Sammelschienen in Schaltanlagen ein Wechsel von Kupfer als Bolzenmaterial auf Aluminium unter Einsatz dieses Isolationsmaterials vollziehbar, da erhebliche Gewichts- und Kostenreduktion durch die Substitution erzielt wird. Zusätzlich ist es möglich, gänzlich auf Säureanhydride zu verzichten und stattdessen durch Verwendung von kationischen oder anionischen Beschleunigersubstanzen eine Homopolymerisation des cycloaliphatischen Epoxidharzes zu initiieren. Auf diese Weise sind noch höhere Glasübergangstemperaturen möglich und eine Außenanwendungs-Fähigkeit ist gegeben, bei einer erreichbaren Wärmeklasse H (180°C Dauerbelastung). Ebenso ist eine Beimengung von polymeren Nanopartikeln denkbar. Diese sind kommerziell erhältlich und liegen bevorzugt dispergiert in cycloaliphatischem Epoxidharz vor. Auf diese Weise ist eine signifikante Bruchresistenzerhöhung auf einfachste Weise realisierbar. Reaktivverdünner wie Propylencarbonat, Glyerincarbonat, Polypropylenglycol, Oxetane/Dioxetane sind ebenso denkbare Additive zur Verringerung der dynamischen Viskosität als auch zur Flexibilisierung, besonders bei Homopolymerisation ohne Säureanhydrid. Similarly, for busbars in switchgear a change of copper as a bolt material on aluminum using this insulating material enforceable, since significant weight and cost reduction is achieved by the substitution. In addition, it is possible to dispense entirely with acid anhydrides and instead to initiate homopolymerization of the cycloaliphatic epoxy resin by using cationic or anionic accelerator substances. In this way, even higher glass transition temperatures are possible and an outdoor application capability is given, with an achievable thermal class H (180 ° C continuous load). Likewise, admixture of polymeric nanoparticles is conceivable. These are commercially available and are preferably dispersed in cycloaliphatic epoxy resin. In this way, a significant increase in fracture resistance can be realized in the simplest way. Reactive diluents such as propylene carbonate, glycerol carbonate, polypropylene glycol, oxetanes / dioxetanes are also conceivable additives for reducing the dynamic viscosity as well as for flexibilization, especially in homopolymerization without acid anhydride.

Im Grunde ist der Füllstoffgehalt, der der ungehärteten Epoxidharz-Formulierung zugegeben wird auch im fertig gehärteten Produkt aus metallischem Leiter und Isolation nachweisbar, wenn das Duromer abgeschieden, ausgebrannt und/oder ausgelöst wird. Dann kann eine Korngrößenverteilungsmessung durchgeführt werden. Kritisch ist dabei, dass die Oberflächenmodifikation mit dem Epoxidharz reagiert und dadurch das Ergebnis leicht verfälscht werden könnte. Auch TEM/SEM-Aufnahmen wären zum Nachweis des Füllstoffgehaltes einsetzbar. In essence, the filler content added to the uncured epoxy formulation is also detectable in the final cured product of metallic conductor and insulation when the thermoset is deposited, burned out and / or released. Then, a grain size distribution measurement can be performed. Critical here is that the surface modification reacts with the epoxy resin and thus the result could easily be falsified. TEM / SEM images could also be used to demonstrate the filler content.

Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters mit verbesserter Bruchresistenz, sowie Verwendungen dazu, insbesondere bei der Isolation von trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen. Durch den Einsatz von korngrößenoptimierten, bevorzugt mineralischen Füllstoffen, wird dabei eine optimierte Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den des zu isolierenden metallischen Leiters erleichtert. The invention relates to a potting compound for the insulation of a metallic conductor with improved resistance to fracture, as well as uses, in particular in the isolation of dry current transformers and / or busbars in switchgear. By using grain size-optimized, preferably mineral fillers, an optimized adaptation of the thermal expansion coefficient to that of the metallic conductor to be insulated is facilitated.

Claims (13)

Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters, eine duromere Epoxidharz-Matrix auf der Basis eines cycloaliphatischen Epoxidharzes mit einem nicht auf der SVHC-Liste ("besonders besorgniserregende Stoffe oder Substances of very high concern")-stehenden Säureanhydrid als Härterkomponente umfassend, wobei eine korngrößenverteilungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in der Vergussmasse enthalten ist. Potting compound for insulating a metallic conductor comprising a thermosetting epoxy resin matrix based on a cycloaliphatic epoxy resin with an acid anhydride as a hardener component which is not on the SVHC list ("substances of very high concern"), wherein a grain size distribution-optimized filler Powder fraction is contained in the potting compound. Vergussmasse nach Anspruch 1, wobei die korngrößenverteilungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in einer Menge von 80-Vol% in der Formulierung des ungehärteten Harzes vorliegt. The potting compound of claim 1, wherein the grain size distribution optimized filler powder fraction is present in an amount of 80% by volume in the formulation of the uncured resin. Vergussmasse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die korngrößenverteilungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in einer Packungsdichte von mehr als 90 Vol%, insbesondere bis 85 Vol% und besonders bevorzugt bist 75 Vol% vorliegt. Potting compound according to claim 1 or 2, wherein the grain size distribution-optimized filler powder fraction is present in a packing density of more than 90% by volume, in particular up to 85% by volume and particularly preferably 75% by volume. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Füllstoff eine Pulverfraktion mit mineralischem Füllstoff vorliegt. Potting compound according to one of the preceding claims, wherein the filler is a powder fraction with mineral filler. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Füllstoff eine Pulverfraktion mit Quarzgut vorliegt. Potting compound according to one of the preceding claims, wherein the filler is a powder fraction with fused silica. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das cycloaliphatisches Epoxidharz ein Harz auf Basis von 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-Epoxycyclohexancarboxylat ist. Potting compound according to any one of the preceding claims, wherein the cycloaliphatic epoxy resin is a 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexanecarboxylate-based resin. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Säureanhydrid-Härterkomponente Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Methylnadinsäureanhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid und/oder Bernsteinsäureanhydrid umfasst. A potting compound according to any one of the preceding claims, wherein the acid anhydride hardener component comprises methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic anhydride, pyromellitic dianhydride and / or succinic anhydride. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen Härtungskatalysator umfasst. Potting compound according to one of the preceding claims, comprising a curing catalyst. Vergussmasse nach Anspruch 8, wobei als Katalysator eine oder mehrere Verbindung(en) ausgewählt aus der Gruppe folgender Verbindungen: aminische Verbindungen, wie Dimethylbenzylamin, Dibenzylmethylamin, 1,2-Dimethylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol in der ungehärteten Formulierung vorliegen. Potting compound according to claim 8, wherein as catalyst one or more compound (s) selected from the group consisting of the following compounds: aminic compounds, such as dimethylbenzylamine, dibenzylmethylamine, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole in the uncured formulation. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Härterkomponente und Epoxidharzkomponente in einem stöchiometrischen Verhältnis umfasst. Potting compound according to any one of the preceding claims, comprising hardener component and epoxy resin component in a stoichiometric ratio. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff zumindest eine oberflächenbehandelte Pulverfraktion umfasst. Potting compound according to one of the preceding claims, wherein the filler comprises at least one surface-treated powder fraction. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff eine epoxysilanoberflächenbehandelte Fraktion von Quarzgutfüllstoff umfasst. A potting compound according to any one of the preceding claims wherein the filler comprises an epoxysilane surface treated fused silica filler fraction. Verwendung einer Vergussmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, für trockene Stromwandler, Sammelschienen und/oder als Gehäusematerial. Use of a potting compound according to one of claims 1 to 12, for dry current transformers, busbars and / or as housing material.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0182066A1 (en) 1984-10-12 1986-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Sealing compound for electrical or electronic construction parts or groups
DE3913488A1 (en) 1989-04-25 1990-10-31 Bosch Gmbh Robert Casting compsn. e.g. for encapsulating semiconductor - contg. cyclo-aliphatic and/or novolak epoxide] resin, methyl-nadic anhydride, imidazole and filler
DE102010015398A1 (en) 2010-04-19 2011-10-20 Siemens Aktiengesellschaft Insulating composite material for electrical insulation, method of making and using same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6215570B2 (en) * 2013-05-13 2017-10-18 京セラ株式会社 Epoxy resin composition for casting power device, power device and method for producing power device
CN104177780B (en) * 2014-08-20 2016-08-31 国家电网公司 A kind of outdoor type electric insulation modified epoxy resin composition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0182066A1 (en) 1984-10-12 1986-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Sealing compound for electrical or electronic construction parts or groups
DE3913488A1 (en) 1989-04-25 1990-10-31 Bosch Gmbh Robert Casting compsn. e.g. for encapsulating semiconductor - contg. cyclo-aliphatic and/or novolak epoxide] resin, methyl-nadic anhydride, imidazole and filler
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