DE102019211369A1

DE102019211369A1 - Cast resin, process for producing a molding material, molding material and use thereof

Info

Publication number: DE102019211369A1
Application number: DE102019211369.9A
Authority: DE
Inventors: Felix Ntourmas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gießharz, das flüssig in Form von Vergießbarkeit zum Endprodukt verarbeitet wird und nach Härtung einen Formstoff ergibt. Derartige Formstoffe werden in elektrischen und/oder elektronischen Maschinen und Anlagen als Isolation, zur Umhüllung oder zum „Underfill“ von Halbleiterbauelementen und schließlich auch zur Fixierung von Bauelementen eingesetzt. Durch die hier erstmals vorgeschlagene Verbesserung von Gießharzen durch Einarbeitung nanopartikulärer CS-Füllstoff-Partikel in nennenswertem Umfang wird erreicht, dass ein daraus durch Härtung hergestellter Formstoff bessere Schwingungsdämpfungseigenschaften und/oder robustere Rissbeständigkeit hat als die für diese Anwendung bekannten Formstoffe. Dies konnte auch eindrucksvoll anhand einschlägiger Messungen gezeigt werden.The invention relates to a casting resin which is processed in liquid form in the form of castability to form the end product and which, after curing, gives a molding material. Such molding materials are used in electrical and / or electronic machines and systems as insulation, for sheathing or for “underfilling” semiconductor components and finally also for fixing components. The improvement of casting resins proposed here for the first time by incorporating nanoparticulate CS filler particles to a noteworthy extent ensures that a molding material produced from it by curing has better vibration damping properties and / or more robust crack resistance than the molding materials known for this application. This could also be impressively demonstrated using relevant measurements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gießharz, das flüssig in Form von Vergießbarkeit zum Endprodukt verarbeitet wird und nach Härtung einen Formstoff ergibt. Derartige Formstoffe werden in elektrischen und/oder elektronischen Maschinen und Anlagen als Isolation, zur Umhüllung oder zum „Underfill“ von Halbleiterbauelementen und schließlich auch zur Fixierung von Bauelementen eingesetzt.The invention relates to a casting resin which is processed in liquid form in the form of castability to form the end product and which, after curing, gives a molding material. Such molding materials are used in electrical and / or electronic machines and systems as insulation, for sheathing or for “underfilling” semiconductor components and finally also for fixing components.

Diese Gießharze werden auch zum isolierenden Verguss elektrischer Anlagen, beispielsweise bei Generatoren, eingesetzt.These casting resins are also used for insulating potting of electrical systems, for example in generators.

Durch die zunehmende Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien hat sich das Verhältnis aus konventionellen und regenerativen Energieerzeugungsanlagen enorm verändert. Als Folge der veränderten und stärker schwankenden Betriebsszenarien fossiler Kraftwerke werden an die bestehenden Anlagen, insbesondere an die Turbogeneratoren zur Umwandlung kinetischer in elektrischer Energie, durch das häufigere An-/Abfahren, die steileren Lastwechsel und die zugenommenen Schwingungsphänomene deutlich gestiegene Anforderungen gestellt. Dabei werden einzelne Anlagenkomponenten einer höheren thermomechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt, für die sie ursprünglich nicht dimensioniert wurden und dadurch infolge eines beschleunigten Materialversagens die Lebensdauern der Anlagen stark reduzieren.Due to the increasing feed-in of electricity from renewable energies, the ratio of conventional and regenerative energy generation systems has changed enormously. As a result of the changed and more fluctuating operating scenarios of fossil power plants, the existing systems, in particular the turbo generators for converting kinetic energy into electrical energy, are subject to significantly increased demands due to the frequent start-up / shutdown, the steeper load changes and the increased vibration phenomena. Individual system components are exposed to higher thermomechanical alternating stresses for which they were not originally dimensioned and thus greatly reduce the lifespan of the systems due to accelerated material failure.

Dies trifft vor allem schwingende Komponenten aus Kunststoff, beispielsweise Duroplasten, da diese schon bei sehr geringen wechselnden Beanspruchungsamplituden im linear-visko-elastischen Bereich (< 0,5% Dehnung), d.h. also deutlich früher als etwa statische Deformations- und erwarten lassen, durch beschleunigte Mikrorissbildung und Rissausbreitung zu einem Ermüdungsversagen führen können. Entsprechende Versagensbilder finden sich - zum Beispiel - an kunststoffbasierten Isolations- und Strukturmaterialien im Ständerwickelkopf indirekt gekühlter Generatoren, die in VPI-Technik (Vakuum-Druck-Imprägnierverfahren) hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird das gesamte Wicklungsgebilde mit einem Tränkharz auf Epoxidharzbasis imprägniert und/oder vergossen, um Spalten und/oder Hohlräume zur Sicherstellung der elektrischen Isolationsanforderungen zu schließen.This mainly affects vibrating components made of plastic, for example thermosetting plastics, as these can be expected to pass through even at very low, changing stress amplitudes in the linear-visco-elastic range (<0.5% elongation), i.e. significantly earlier than, for example, static deformation accelerated microcracking and crack propagation can lead to fatigue failure. Corresponding failure patterns can be found - for example - on plastic-based insulation and structural materials in the stator winding head of indirectly cooled generators that are manufactured using VPI technology (vacuum pressure impregnation process). In this process, the entire winding structure is impregnated and / or encapsulated with an impregnating resin based on epoxy resin in order to close gaps and / or cavities to ensure the electrical insulation requirements.

Bei den bislang als Gießharz eingesetzten relativ spröden Kunststoffen kann bei statischer Belastung z.B. die „Bruchdehnung“ als Versagenskriterium herangezogen werden.In the case of the relatively brittle plastics previously used as casting resin, the "elongation at break", for example, can be used as a failure criterion in the case of static loads.

Die Bruchdehnung des beispielhaft betrachteten bekannten Epoxidharz-basierten Gießharzes - Micalastic - wurde normgerecht mittels Zugversuches bestimmt und beträgt 4,3 %.The elongation at break of the known epoxy resin-based casting resin considered as an example - Micalastic - was determined in accordance with the standard by means of a tensile test and is 4.3%.

Rechnet man bei der Auslegung mit einem Sicherheitsfaktor von 0,5 wird davon ausgegangen, dass der Kunststoff also 0,5 * 4,3 % = 2,15 % Dehnung aushält, bevor er im vorliegenden Sinne „versagt“.If a safety factor of 0.5 is used for the design, it is assumed that the plastic can withstand 0.5 * 4.3% = 2.15% elongation before it “fails” in the present sense.

Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn der Kunststoff dynamisch (schwingend) belastet wird. Dann treten bereits bei deutlich geringeren Dehnungen - wie z.B. 0,5 % - Mikrorisse und/oder Risswachstum im Material auf, die es deutlich früher als bei 2,15 % Dehnung ermüden lassen.However, this is not the case if the plastic is dynamically (oscillating) loaded. Then even with significantly lower elongations - such as 0.5% - microcracks and / or crack growth occur in the material, which tire it significantly earlier than with 2.15% elongation.

Hat man also z.B. ein Bauteil gegen statische Belastung für 2 % Dehnung ausgelegt und dieses Bauteil wird schwingend beansprucht, fällt es früher aus.If, for example, you have designed a component against static load for 2% elongation and this component is subjected to oscillating stress, it will fail earlier.

Diese Gießharze werden als Tränkharze für den Verguss und die Verarbeitung im VPI-Verfahren eingesetzt. Die thermomechanischen-elektrischen Anforderungen der daraus gebildeten Formstoffe sind über die Jahre hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften maßgeschneidert, allerdings wurde bislang dabei auf eine Optimierung hinsichtlich Schwingungsbeanspruchungen noch wenig Augenmerk gelegt. Wegen der erhöhten mechanischen Schwingungsbeanspruchungen, wie oben erwähnt, von elektrischen und elektronischen Teilen, wie Ständerwickelköpfen, sind in letzter Zeit verstärkt Schäden an den Isolationen beispielsweise von Ständerwickelköpfen in Bestandsanlagen aufgetreten, bei denen sowohl globale Risse als auch lokale Risse im Formstoff, also beispielsweise der vergossenen und gehärteten Isolation, insbesondere beispielsweise im vergossenen Wicklungsgebilde und/oder in der Stabisolation aufgetreten. Diese werden seitens der Fachleute den gesteigerten Wickelkopfschwingungen zugerechnet.These casting resins are used as impregnating resins for potting and processing in the VPI process. The thermomechanical-electrical requirements of the molding materials formed from them have been tailored over the years with regard to their mechanical and electrical properties, but so far little attention has been paid to optimization with regard to vibration loads. Because of the increased mechanical vibration loads, as mentioned above, of electrical and electronic parts, such as stator winding heads, damage to the insulation, for example of stator winding heads, has recently occurred in existing systems in which both global cracks and local cracks in the molding material, for example the encapsulated and hardened insulation, in particular, for example, occurred in the encapsulated winding structure and / or in the rod insulation. Experts add these to the increased winding head vibrations.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Harz, insbesondere ein Gießharz - beispielsweise auf Epoxidharzbasis- insbesondere auch zur Nutzung im VPI-Prozess, zur Verfügung zu stellen, das in Form eines daraus gebildeten gehärteten Formstoffs ein erhöhtes Schwingungsdämpfungsvermögen, beispielsweise auch zur Reduzierung der Lastamplituden, und/oder eine erhöhte Rissbeständigkeit, beispielsweise zur Erhöhung der Belastbarkeit vor Eintritt der Rissbildung, zeigt.It is therefore the object of the present invention to provide a resin, in particular a casting resin - for example based on epoxy resin - in particular also for use in the VPI process, which, in the form of a hardened molding material formed therefrom, has increased vibration damping capacity, for example also to reduce the Load amplitudes and / or an increased crack resistance, for example to increase the load-bearing capacity before crack formation occurs.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart ist, gelöst.The object is achieved by the subject matter of the present invention as disclosed in the description, the claims and the figures.

Entsprechend ist Gegenstand der Erfindung ein Gießharz,

- eine Komponente A als Basismonomer,
- eine Komponente B als Härter und/oder Katalysator und
- eine Komponente C in Form eines nanopartikulären Füllstoffs umfassend, wobei der nanopartikuläre Füllstoff Core-Shell-Nanopartikel enthält, die einen Kern aus einem ersten Material mit einer Schale aus einem zweiten Material umfassen, wobei das erste Material gegenüber dem zweiten Material im Nanopartikel anteilsmäßig überwiegt und mit seinem ausgeprägten visko-elastischen Verhalten das Verhalten des Nanopartikels prägt und das zweite Material das erste Material dünn, im Bereich von 50 bis 700 Atomlagen ummantelt, wobei das zweite Material, das die Schale bildet, eine Agglomeration der Nanopartikel eindämmt oder verhindert.

Accordingly, the subject matter of the invention is a casting resin,

- a component A as the base monomer,
- A component B as hardener and / or catalyst and
- Comprising a component C in the form of a nanoparticulate filler, wherein the nanoparticulate filler contains core-shell nanoparticles which comprise a core made of a first material with a shell made of a second material, the first material proportionately predominating over the second material in the nanoparticle and with its pronounced visco-elastic behavior characterizes the behavior of the nanoparticle and the second material encases the first material thinly, in the range of 50 to 700 atomic layers, the second material, which forms the shell, containing or preventing agglomeration of the nanoparticles.

Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formstoffs, folgende Verfahrensschritte umfassend:

- Bereitstellung einer Gießharzbasis
- Einarbeitung eines Core-Shell-nanopartikulären Füllstoffs in einer Menge von bis zu 20 Gew% des Gießharzes
- Verguss des Gießharzes
- Aushärten des Vergusses.

The present invention also relates to a process for producing a molding material, comprising the following process steps:

- Provision of a cast resin base
- Incorporation of a core-shell nanoparticulate filler in an amount of up to 20% by weight of the casting resin
- Potting the casting resin
- hardening of the potting.

Deswegen ist Gegenstand der Erfindung auch der Formstoff, beispielsweise eine Isolation bildend, herstellbar durch das genannte Verfahren. Zudem gehört die Verwendung eines derartig hergestellten Gießharzes zum Verguss elektrischer und/oder elektronischer Teile zur Erfindung.The invention therefore also relates to the molding material, for example forming an insulation, producible by the method mentioned. In addition, the use of a casting resin produced in this way for potting electrical and / or electronic parts is part of the invention.

Insbesondere bevorzugt handelt es sich bei der Komponente C um CS-Nanopartikel, die als Kern ein möglichst visko-elastisches Polymer, d.h. ein Polymer, welches bei Verformung einen hohen viskosen Verformungsanteil besitzt, aufweist mit einer Schale aus einem Acrylat und/oder einem Propfcopolymer kombiniert aufweisen. Das erste Material, aus dem der Kern ist, kann beispielsweise ein Elastomer mit geringer Vernetzungsdichte oder ein unvernetzter Thermoplast sein.Component C is particularly preferably CS nanoparticles which have a polymer that is as viscoelastic as possible, ie a polymer that has a high percentage of viscous deformation when deformed, combined with a shell made of an acrylate and / or a graft copolymer exhibit. The first material from which the core is made can be, for example, an elastomer with a low crosslinking density or an uncrosslinked thermoplastic.

Als „viskoelastisch“ wird vorliegend eine Eigenschaft von Polymeren bezeichnet, die sowohl einen elastischen Anteil als auch eine viskosen Anteil umfasst, wobei der elastische Anteil eine reversible Verformung und der viskose Anteil eine irreversible Verformung bewirkt. Die Visko-Elastizität von Polymeren beruht auf einer verzögerten Gleichgewichtseinstellung der Makromoleküle zueinander bei oder nach mechanischer Belastung. Der Anteil der jeweiligen Dehnungskomponenten an der Gesamtdehnung wird bestimmt durch Sekundärbindungen wie Dipolbindungen, Wasserstoffbrücken-Bindungen, van-der-Waals-Bindungen, sowie Molekülverhakungen. Die zeitabhängige Dehnungskomponente wird dabei durch Streck-, Entknäuelungs- und Entschlaufungsvorgänge bestimmt.In the present case, “viscoelastic” refers to a property of polymers which comprises both an elastic component and a viscous component, the elastic component causing reversible deformation and the viscous component causing irreversible deformation. The visco-elasticity of polymers is based on the delayed establishment of equilibrium between the macromolecules during or after mechanical stress. The proportion of the respective elongation components in the total elongation is determined by secondary bonds such as dipole bonds, hydrogen bonds, van der Waals bonds and molecular entanglements. The time-dependent stretch component is determined by stretching, untangling and loosening processes.

Als „visko-elastisch“ wird entsprechend ein Polymer bezeichnet, welches bei Verformung einen hohen viskosen Verformungsanteil besitzt und dadurch dem aus dem Gießharz hergestellten Formstoff infolge einer hohen inneren Reibung ein hohes Dämpfungsvermögen, also eine hohe mechanische Dämpfung, verleiht.A polymer is referred to as “visco-elastic” if it has a high viscous deformation component when it is deformed and thus gives the molding material made of the cast resin a high level of damping, i.e. high mechanical damping, due to high internal friction.

Das zweite Material der Schale ist bevorzugt ein mit der Harzmatrix kompatibles Polymer, welches eine homogene Verteilung und gute Anbindung der CS-Partikel im Harz ermöglicht.The second material of the shell is preferably a polymer compatible with the resin matrix, which enables a homogeneous distribution and good binding of the CS particles in the resin.

Überraschend hat sich gezeigt, dass bei entsprechender Zusammensetzung der Nanopartikel mit einem ausreichend hohen Viskoelastischen Anteil im Nanopartikel und homogener Verteilung im Gießharz sowie einer ausreichenden Dosierung darin eine ausgeprägte Verbesserung des Dämpfungsvermögens und/oder auch der Rissbeständigkeit eines durch Verguss eines derartigen Gießharzes hergestellten Formkörpers erzielbar ist.Surprisingly, it has been shown that with a corresponding composition of the nanoparticles with a sufficiently high viscoelastic proportion in the nanoparticle and homogeneous distribution in the casting resin as well as a sufficient dosage therein, a pronounced improvement in the damping capacity and / or also the crack resistance of a molded body produced by casting such a casting resin can be achieved .

Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass eine gewisse Menge an CS-Nanopartikel die Verarbeitbarkeit des Gießharzes und die mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften des gehärteten Formstoffes praktisch nicht beeinträchtigt, aber dafür das Dämpfungsvermögen und/oder die Rissbeständigkeit des Formstoffes deutlich verbessern. Es wird angenommen, dass die CS-Nanopartikel einerseits die Energiedissipationswege etwa durch Partikelverformung, Partikelablösung, Grenzflächenreibung und/oder Rissflächenzunahme erhöhen und andererseits durch die fein verteilten Strukturen über Rissabstumpfungs-/-umlenkungspfade als Rissausbreitungsbarriere im Material fungieren.The general knowledge of the invention is that a certain amount of CS nanoparticles has practically no effect on the processability of the casting resin and the mechanical and / or electrical properties of the hardened molding material, but that it significantly improves the damping capacity and / or the crack resistance of the molding material. It is assumed that the CS nanoparticles, on the one hand, increase the energy dissipation paths through particle deformation, particle detachment, interface friction and / or increase in crack area and, on the other hand, act as a crack propagation barrier in the material due to the finely distributed structures via crack blunting / deflection paths.

Es kann bezüglich der Viskoelastizität, anders als bei einer Größe wie dem Elastizitätsmodul, kein eindeutiger Wert angegeben werden. Vorliegend ist die Angabe des Elastizitätsmoduls in Bezug auf die Nanopartikel auch nicht direkt angebracht, da hier die Viskosität des Materials außer Acht gelassen wird.With regard to the viscoelasticity, unlike a variable such as the modulus of elasticity, no clear value can be given. In the present case, the specification of the modulus of elasticity in relation to the nanoparticles is not directly appropriate, since the viscosity of the material is disregarded here.

Zu beachten ist, dass ein geringes Elastizitätsmodul, hier, wenn dann angestrebt wird, weil ein Material mit geringem Elastizitätsmodul eine geringe Steifigkeit und damit eine hohe Nachgiebigkeit hat.It should be noted that a low modulus of elasticity, here, if the aim is then, because a material with a low modulus of elasticity has a low stiffness and thus a high level of flexibility.

Die Steifigkeit ist hier allerdings zweitrangig. In dieser Erfindung geht es darum, dass das verwendete Material möglichst gut dämpfen kann. Damit es gut dämpft, darf es sich nicht nur elastisch verhalten, weil ein elastisches Material nichts dämpfen würde, sondern vielmehr verhält sich ein visko-elastisches Material bei Verformung nicht nur rein elastisch, sondern auch möglichst viskos, also beispielsweise wird durch innere Reibung im viskoelastischen Material viel Energie verbraucht.However, the rigidity is secondary here. The aim of this invention is that the material used can dampen as well as possible. So that dampens well, it must not only behave elastically because an elastic material would not dampen anything, but rather a visco-elastic material when deformed does not only behave in a purely elastic manner, but also as viscously as possible, so, for example, a lot becomes due to internal friction in the visco-elastic material Energy consumed.

In der Regel haben solche visko-elastischen Materialien mit hohen viskosen Anteilen ein geringes Elastizitätsmodul.As a rule, such visco-elastic materials with high viscous proportions have a low modulus of elasticity.

Hinzu kommt, dass die Schale der Partikel hauchdünn ist im Vergleich zum Kern, weshalb die Eigenschaften vor allem vom Kernmaterial, dem hier „erstes Material“ genannten Material dominiert sind. Für die hier verwendeten Core-Shell-Partikel liegt die Größenordnung des effektiven Elastizitätsmoduls für das erste Material im Bereich von 0,001 bis 70 MPa, insbesondere bei 0,1 bis 50 MPa und besonders bevorzugt bei etwa 0,3 bis 30 MPa, wie beispielsweise typisch für Silikon-Kautschuk.In addition, the shell of the particles is extremely thin compared to the core, which is why the properties are primarily dominated by the core material, the material referred to here as the “first material”. For the core-shell particles used here, the order of magnitude of the effective modulus of elasticity for the first material is in the range from 0.001 to 70 MPa, in particular from 0.1 to 50 MPa and particularly preferably from about 0.3 to 30 MPa, as is typical, for example for silicone rubber.

Das zweite Material, also das Material der hauchdünnen Schale liegt dagegen im Bereich von 1000 bis 5000 MPa, beispielsweise für Polymethylmethacrylat im Bereich von 2700 - 3200 MPa.The second material, that is to say the material of the wafer-thin shell, on the other hand, is in the range from 1000 to 5000 MPa, for example for polymethyl methacrylate in the range from 2700 to 3200 MPa.

Gießharze erstarren nach der Verarbeitungs- oder Topfzeit durch eine chemische Vernetzungsreaktion und bilden Duroplaste, also nicht schmelzbare Verbindungen aus. Zur Ausbildung möglichst lunkerfreier Isolationen werden die Gießharze bevorzugt in einem zweistufigen Prozess ausgehärtet, wobei zunächst eine Gelierung oder Anhärtung stattfindet, die dem Harz Formstabilität verleiht und dann die vollständige Aushärtung in einem mehrstündigen Prozess durchgeführt wird.Casting resins solidify after the processing or pot life through a chemical cross-linking reaction and form thermosets, i.e. non-meltable compounds. In order to form insulation that is as free from voids as possible, the casting resins are preferably cured in a two-stage process, with gelation or partial curing initially taking place, which gives the resin dimensional stability, and then the complete curing is carried out in a process lasting several hours.

Praktisch vielfach eingesetzte Gießharzsysteme basieren beispielsweise auf Epoxid-, Polyester- und/oder Vinylesterharzen. Ein Gießharz auf Epoxidharzbasis enthält dabei zumindest ein Epoxidharz, kann aber auch beliebige Harzmischungen umfassen. Die Einschränkung auf ein bestimmtes Harzsystem mach im Sinne der Erfindung keinen Sinn, weil die hier beschriebenen nanopartikulären CS-Füllstoffe auf beliebige Harzsysteme anwendbar sind. Der Harzbasis können noch beliebige andere Harze beigemischt werden, die Epoxidgruppenhaltig oder nicht-Epoxidgruppenhaltig sein können. Beispielsweise liegen im unvernetzten Gießharz ein oder mehrere Epoxidharze vor, beispielsweise Bisphenol-A- und/oder Bisphenol-F-Harze. Alternativ oder ergänzend sind auch Novolak, aliphatische Epoxidharze und auch cycloaliphatische Epoxidharze, also Epoxide mit einem oder mehreren aliphatischen Ringen im Molekül, wie beispielsweise das 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat, gängige Epoxidharzsysteme.Cast resin systems, which are widely used in practice, are based, for example, on epoxy, polyester and / or vinyl ester resins. A casting resin based on epoxy resin contains at least one epoxy resin, but can also include any desired resin mixtures. The restriction to a specific resin system makes no sense within the meaning of the invention, because the nanoparticulate CS fillers described here can be applied to any resin systems. Any other resins, which may or may not contain epoxy groups, can also be mixed with the resin base. For example, one or more epoxy resins are present in the uncrosslinked casting resin, for example bisphenol A and / or bisphenol F resins. Alternatively or in addition, novolak, aliphatic epoxy resins and also cycloaliphatic epoxy resins, i.e. epoxides with one or more aliphatic rings in the molecule, such as 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexane carboxylate, are common epoxy resin systems.

Cycloaliphatische Epoxidharze zeichnen sich beispielsweise durch das aliphatische Gerüst, eventuell hohem Oxiran-Gehalt, also guter Vernetzbarkeit und insbesondere auch dadurch aus, dass sie in der Regel Chlor-arm bis Chlor-frei sind, so dass sie - als fertiger Formstoff - hohe Korrosionsbeständigkeit haben und sich bei der Verarbeitung durch eine niedrige Viskosität und hohen Tg auszeichnen. Die genannten Harze werden dabei allein oder in beliebig zusammengesetzten Mischungen als Harzbasis eines Gießharzes eingesetzt. Damit ein Gießharz auf Epoxidharzbasis vorliegt, sind zumindest 40% der monomeren Moleküle, die durch Härtung vernetzt werden, Epoxidgruppen-haltig. Das gleiche gilt für die Gießharze auf Polyester- und/oder Vinylesterbasis.Cycloaliphatic epoxy resins are characterized, for example, by the aliphatic structure, possibly high oxirane content, i.e. good crosslinkability and, in particular, also by the fact that they are generally low to chlorine-free, so that - as a finished molding material - they have high corrosion resistance and have a low viscosity and high Tg during processing. The resins mentioned are used alone or in mixtures of any combination as the resin base of a casting resin. So that a casting resin based on epoxy resin is present, at least 40% of the monomeric molecules that are crosslinked by curing contain epoxy groups. The same applies to casting resins based on polyester and / or vinyl ester.

Bei der Härtung zum fertigen Formstoff vernetzt das Harz, wobei ein Katalysator und/oder Härter eingesetzt wird. Dieser reagiert entweder stöchiometrisch, wenn die Vernetzung des Harzes infolge einer Additionspolymerisation stattfindet, und/oder aktiviert in katalytischen Mengen, wenn es sich um eine Homopolymerisation handelt. Je nachdem um welche Art der Polymerisation es sich handelt, liegt der Härter im Gießharz in zum Basisharz stöchiometrischer Menge vor und/oder liegt der Katalysator im Gießharz in katalytischer Menge vor.During curing to form the finished molding material, the resin crosslinks, a catalyst and / or hardener being used. This reacts either stoichiometrically if the crosslinking of the resin takes place as a result of an addition polymerization, and / or activates in catalytic amounts if it is a homopolymerization. Depending on the type of polymerization involved, the hardener is present in the casting resin in a stoichiometric amount to the base resin and / or the catalyst is present in the casting resin in a catalytic amount.

Als Katalysatoren und/oder Härter werden einem derartigen Harzsystem auf Epoxidharzbasis beispielsweise Säureanhydride, wie das Hexahydrophthalsäure-Anhydrid, aromatische und/oder aliphatische Amine, insbesondere mehrwertige, Imidazole, Pyrazole, Säuren, insbesondere starke Säuren und/oder Säuren in Form von Supersäuren, also Säuren, die stärker als konzentrierte Schwefelsäure sind, eingesetzt. Insbesondere sind das Säuren mit einem pK_s-Wert von kleiner -3. Alle Supersäuren haben damit einen negativen pK_s-Wert. Zur Quantifizierung der Säurestärke wird die Hammett'sche Aciditätsfunktion verwendet, da die pH-Skala nach Sorensen nur für verdünnte Lösungen geeignet ist.Such a resin system based on epoxy resin, for example, acid anhydrides, such as hexahydrophthalic anhydride, aromatic and / or aliphatic amines, in particular polyvalent imidazoles, pyrazoles, acids, in particular strong acids and / or acids in the form of super acids, are used as catalysts and / or hardeners Acids that are stronger than concentrated sulfuric acid are used. In particular, the acids having a pK _s value of less than -3. All super acids have thus a negative _pK. Hammett's acidity function is used to quantify the acid strength, since the Sorensen pH scale is only suitable for dilute solutions.

Die Auswahl der Härter und/oder Katalysatoren ist in Bezug auf die vorliegende Erfindung nicht kritisch und soll den Schutzumfang nicht einschränken, weil es können ganz beliebige Gießharze eingesetzt werden.The selection of hardeners and / or catalysts is not critical in relation to the present invention and is not intended to limit the scope of protection, because any casting resins can be used.

Schließlich können die Gießharze noch Additive und Reaktionsverdünner enthalten.Finally, the casting resins can also contain additives and reaction thinners.

Die Härtung/Vernetzung zum Formstoff erfolgt beispielsweise thermisch und/oder über Bestrahlung.The curing / crosslinking to form the molding material takes place, for example, thermally and / or via irradiation.

Vorteilhafterweise hat sich vorliegend gezeigt, dass der Kern der Komponente C, des nanopartikulären CS-Füllstoffs, als Material bevorzugt eine Verbindung aus einer Gruppe von viskoelastischen und/oder weichelastischen Polymeren ist. Derartige polymere Verbindungen, die eine geringe Vernetzungsdichte und eine hohe molekulare Beweglichkeit im Vergleich zu Duroplasten zeigen, sind beispielsweise polymerisiertes Siloxan, Silkonkautschuk allgemein, Silikonelastomer und/oder ähnliche weichelastische/viskoelastische Verbindungen, die sich jeweils allein oder in Mischungen als „erstes Material“ eignen.It has advantageously been shown in the present case that the core of component C, the nanoparticulate CS filler, is preferably a compound from a group of viscoelastic and / or soft elastic polymers. Such polymeric compounds, which show a low crosslinking density and high molecular mobility compared to thermosets, are, for example, polymerized siloxane, silicone rubber in general, silicone elastomer and / or similar flexible / viscoelastic compounds, which are suitable as "first material" either alone or in mixtures .

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden Core-Shell-Partikel, deren Kern eine Verbindung auf Basis von polymerisierten Poly-organo-siloxanen bildet. Dabei handelt es sich um handelsübliche Verbindungen. Davon gibt es eine ganze Reihe im Handel erhältlicher Verbindungen, z.B. Polyalkylsiloxane wie beispielsweise Polydimethylsiloxan.According to an advantageous embodiment of the invention, core-shell particles are used whose core forms a compound based on polymerized polyorganosiloxanes. These are commercially available connections. There are a number of commercially available compounds such as polyalkylsiloxanes such as polydimethylsiloxane.

Grundsätzlich sind Polymere mit ausgeprägter Visko-Elastizität an der Stelle geeignet, da sie die gewünschten Dämpfungseigenschaften hervorbringen.In principle, polymers with a pronounced visco-elasticity are suitable at the point, as they produce the desired damping properties.

Neben den Siloxan-basierten Verbindungen könnte man noch weitere typische Verbindungsklassen aus vernetzten Elastomeren nennen, die sich beispielsweise als Material für den Kern der CS-Nanopartikel, also als „erstes Material“ im Sinne der Erfindung, allein oder in Mischungen, eignen:

- (Styrol-) Butadien-Gummi (SBR)
- Polyurethan (PUR)
- Ethylen-Propylen-Terpolymere (EPDM)
- Butylgummi (IIR)

sowie deren Derivate.In addition to the siloxane-based compounds, one could also name other typical compound classes made of crosslinked elastomers, which are suitable, for example, as the material for the core of the CS nanoparticles, i.e. as the "first material" in the sense of the invention, alone or in mixtures:

- (Styrene) butadiene rubber (SBR)
- polyurethane (PUR)
- Ethylene-propylene terpolymers (EPDM)
- butyl rubber (IIR)

as well as their derivatives.

Auch unvernetzte oder teilvernetzte Thermoplaste können hier sowie deren Derivate, allein oder in Mischungen, enthält zum Einsatz für das erste Material kommen:

- Polyamide (PA6)
- Polyethylen (PE)
- Polypropylen (PP)

sowie deren Derivate, die im Rahmen der CS-Nanopartikel in einem Gießharz gute Dämpfungseigenschaften ergeben.Uncrosslinked or partially crosslinked thermoplastics and their derivatives, alone or in mixtures, can also be used for the first material:

- polyamides (PA6)
- polyethylene (PE)
- polypropylene (PP)

and their derivatives, which result in good damping properties in the context of the CS nanoparticles in a cast resin.

Zur Bildung der Komponente C, eines CS-Nanopartikels, wird ein Kern, wie oben beschrieben, mit einer Schale umgeben. Als Material für die Schale eignet sich beispielsweise Acrylat, Alkyl- oder Arylacrylat, z.B. Methylmethacrylat oder einem Propf-Copolymer, z.B. einem Polystyrol-, Polyethylen-, Polystyrol-Acrylnitril-, Polystyrol-Butadien-Propfcopolymer, sowie beliebige Mischungen und Blends und Copolymere der vorgenannten Verbindungen.To form component C, a CS nanoparticle, a core is surrounded by a shell, as described above. A suitable material for the shell is, for example, acrylate, alkyl or aryl acrylate, for example methyl methacrylate or a graft copolymer, for example a polystyrene, polyethylene, polystyrene-acrylonitrile, polystyrene-butadiene graft copolymer, and any mixtures and blends and copolymers of the the aforementioned compounds.

Die Schale zeigt insbesondere bevorzugt eine Adhäsionsneigung zum Matrixmaterial, dem Gießharz auf Epoxidharzbasis, sowie einem daraus gebildeten Formstoff, sowie eine Möglichkeit zur Energiedissipation also Energieumwandlung durch innere Reibung zwischen Schale und Kern und/oder zwischen Schale und Matrix. Dadurch können Bruchresistenz und Rissbeständigkeit erhöht werden.The shell particularly preferably shows a tendency to adhere to the matrix material, the epoxy resin-based casting resin and a molding material formed therefrom, as well as a possibility for energy dissipation, i.e. energy conversion through internal friction between shell and core and / or between shell and matrix. This can increase resistance to breakage and cracking.

Die Größe der CS-Nanopartikel kann bis zu 1000nm betragen, gemeint ist der mittlere Partikeldurchmesser wie handelsüblich bestimmt. Insbesondere liegt der mittlere Partikeldurchmesser bei kleiner 500nm und besonders bevorzugt bei kleiner 100nm.The size of the CS nanoparticles can be up to 1000 nm, meaning the mean particle diameter is determined as is customary in the trade. In particular, the mean particle diameter is less than 500 nm and particularly preferably less than 100 nm.

Die Einarbeitung der CS-Nanopartikel in das Gießharz und die Schale der CS-Nanopartikel verhindert die Agglomeration zwar so gut wie möglich, allerdings wird es bei den realen Systemen immer zu Agglomeraten kommen, so dass auch Agglomerate vorliegen können, die dann als „Partikel“ größer 1000nm erscheinen, allerdings sind diese Partikel dann aus einzelnen CS-Partikel zusammengesetzt.The incorporation of the CS nanoparticles into the casting resin and the shell of the CS nanoparticles prevents agglomeration as much as possible, but in real systems there will always be agglomerates, so that agglomerates can also be present, which are then called "particles" larger than 1000 nm appear, but these particles are then composed of individual CS particles.

Die Dämpfungseigenschaft ist auch bei agglomerierten Partikeln noch vorhanden. Für möglichst homogene Eigenschaften im Material wird jedoch angestrebt, die Agglomerationen so gering wie möglich zu halten.The damping property is still present even with agglomerated particles. For the most homogeneous possible properties in the material, however, the aim is to keep the agglomerations as low as possible.

Die Einarbeitung der CS-Nanopartikel in die Harzmatrix erfolgt so, dass eine möglichst homogene Verteilung entsteht. Insbesondere wird eine Agglomeration der CS-Nanopartikel verhindert, beispielsweise wird sie durch eine zusätzliche Beschichtung der CS-Nanopartikel-Schalen verhindert.The incorporation of the CS nanoparticles into the resin matrix takes place in such a way that the most homogeneous possible distribution is created. In particular, agglomeration of the CS nanoparticles is prevented, for example it is prevented by an additional coating of the CS nanoparticle shells.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Anteil der CS-Nanopartikel im Gießharz bei bis zu 20Gew%, bevorzugt in einem Bereich von 4 Gew% bis 15 Gew%, insbesondere bevorzugt von 6 Gew% bis 14 Gew% noch bevorzugter von 8 Gew% bis 12 Gew%.According to an advantageous embodiment of the invention, the proportion of CS nanoparticles in the casting resin is up to 20% by weight, preferably in a range from 4% by weight to 15% by weight, particularly preferably from 6% by weight to 14% by weight, even more preferably from 8% by weight up to 12% by weight.

In diesen Bereichen zeigt das Gießharz aufgrund der geringen Anteile an Füllstoffzugabe und geringe Größe der Nanopartikel noch ein ausreichend gutes Fließ- und Verarbeitungsverhalten, was für die typischerweise eingesetzten Imprägnier- und/oder Vergussverfahren, in denen das Gießharz verarbeitet wird, wichtig ist.In these areas, due to the small amount of filler added and the small size of the nanoparticles, the casting resin still shows sufficiently good flow and processing behavior, which is important for the impregnation and / or potting processes typically used in which the casting resin is processed.

Im Folgenden wird der technische Effekt, der durch eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung erzielt wird, noch durch vergleichende Tests näher erläutert.In the following, the technical effect that is achieved by an exemplary embodiment of the invention is explained in more detail by comparative tests.

Die bekannten Gießharze sind duroplastische Kunststoffe und verhalten sich bei mechanischer Belastung viskoelastisch. Die viskosen, also Energie-dissipierenden, Verformungsteile aufgrund innerer Reibung sind jedoch aufgrund der hohen molekularen Vernetzung innerhalb des Formstoffs bei weitem nicht so stark ausgeprägt, wie man dies etwa von elastomeren oder thermoplastischen Kunststoffen erwartet. Daher kann man die bekannten Formstoffe aus duroplastischen Gießharzsystemen, wie den Epoxidharz-basierten, im hier relevanten Temperaturbereich unterhalb des Glasübergangsbereichs in erster Näherung als rein elastisch betrachten. Um das Schwingungsdämpfungsvermögen dieser Formstoffe zu erhöhen - was Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist - werden die bekannten Gießharzsysteme und in der Folge die daraus erhältlichen Formstoffe, so modifiziert, dass deren viskose Verformungsanteile bei äußerer Beanspruchung erhöht sind.The known casting resins are thermosetting plastics and behave viscoelastically under mechanical stress. The viscous, i.e. energy-dissipating, deformation parts due to internal friction are, however, by far not as pronounced as one would expect from elastomeric or thermoplastic plastics due to the high molecular crosslinking within the molding material. Therefore, the known molding materials made from thermoset casting resin systems, such as the epoxy resin-based ones, can be regarded as purely elastic in the temperature range below the glass transition area, which is relevant here, in a first approximation. In order to increase the vibration damping capacity of these molding materials - which is the object of the present invention - the known cast resin systems and consequently the molding materials obtainable therefrom are modified in such a way that their viscous deformation proportions are increased when exposed to external stress.

Wird ein einseitig eingespanntes Material -beispielsweise im Vakuum - einmalig in Schwingung versetzt, wird es auf Ewigkeiten weiter schwingen, wenn es sich rein elastisch verhält, denn es gibt keine innere Reibung bzw. Dämpfung, welche die eingebrachte Bewegungsenergie abbaut. Daher resultiert ein elastisches Materialverhalten, wie es beispielsweise bei Metallen und hochvernetzten Duroplasten zu beobachten ist.If a material that is clamped on one side - for example in a vacuum - is vibrated once, it will continue to vibrate for ages if it behaves in a purely elastic manner, because there is no internal friction or damping that reduces the kinetic energy introduced. This results in an elastic material behavior, as can be observed, for example, with metals and highly cross-linked thermosets.

Wenn das Material hingegen bei jeder Schwingung einen Teil der eingebrachten Energie durch viskose Verformungsanteile verbraucht, wird es irgendwann durch seine Eigendämpfung zum Stehen kommen, das ist ein visko-elastisches Materialverhalten, wie es z.B. Thermoplaste und geringvernetzte Elastomere zeigen.If, on the other hand, the material consumes part of the energy introduced through viscous deformation with every oscillation, it will eventually come to a standstill due to its own damping, this is a visco-elastic material behavior, as shown e.g. thermoplastics and slightly cross-linked elastomers.

Um die Erhöhung der viskosen Verformungsanteile messend zu verfolgen, kann als Materialkennwert der mechanische Verlustfaktor tan Delta herangezogen werden, der direkt das Verhältnis viskoser zu elastischer Verformungsanteile als Reaktion auf eine von außen erzwungene Wechselbeanspruchung beschreibt. Andererseits kann das logarithmische Dekrement Lambda betrachtet werden, welches das Verhältnis zeitlich abklingender Schwingungsamplituden einer einmal angeregten und anschließend frei ausschwingender Wechselbeanspruchung und damit indirekt die Dämpfung beschreibt.In order to measure the increase in the viscous deformation components, the mechanical loss factor tan Delta can be used as a material parameter, which directly describes the ratio of viscous to elastic deformation components as a reaction to an externally forced alternating load. On the other hand, the logarithmic decrement lambda can be considered, which describes the relationship between the oscillation amplitudes that decay over time to an alternating load that has been excited and then freely oscillates and thus indirectly describes the damping.

Die bekannten Gießharzsysteme und daraus gemachten Formstoffe verhalten sich aus den Gründen vergleichsweise unnachgiebig oder steif und zeigen bereits bei geringen Dehnungen ein schnelles Risswachstum bis hin zu sprödem Bruchversagen.The known cast resin systems and molding materials made from them behave comparatively rigidly or stiffly for the reasons and show rapid crack growth up to brittle fracture failure even at low elongations.

Um gleichzeitig die Rissbeständigkeit dieser Formstoffe zu erhöhen ist eine Modifikation der Gießharze erforderlich, welche den Widerstand des Materials gegen Rissinitiierung- und/oder Rissausbreitung und ebenfalls die Energiedissipation durch viskose Verformungsanteile erhöht.In order to increase the crack resistance of these molding materials at the same time, a modification of the casting resins is required, which increases the resistance of the material to crack initiation and / or crack propagation and also the energy dissipation through viscous deformation components.

Kennzeichnende Materialwerte hierzu sind einerseits der kritische Spannungsintensitätsfaktor K_1C, der die maximale Belastbarkeit eines beanspruchten Materials vor Eintritt der instabilen Rissausbreitung oder Bruchinitiierung beschreibt. Andererseits beschreibt die kritische Bruchenergie G_1C die Energiefreisetzung beim Riss und/oder den Energiebedarf zur Rissflächenerzeugung und ist damit ein geeignetes Maß für die Energiedissipation bei der Rissausbreitung bis zum Bruch.Characteristic material values for this are, on the one hand, the critical stress intensity factor K _1C , which describes the maximum load capacity of a stressed material before the occurrence of unstable crack propagation or initiation of fracture. On the other hand, the critical fracture energy G _{1C describes} the release of energy in the event of a crack and / or the energy required to generate the crack surface and is therefore a suitable measure for the energy dissipation during the crack propagation up to fracture.

In den 1 bis 4 sind beispielhaft die hier relevanten Materialkennwerte als Maß für das Dämpfungsvermögen anhand des mechanischen Verlustfaktors tan Delta und des logarithmischen Dekrements Lambda gezeigt. Als Maß für die Rissbeständigkeit sind der kritische Spannungsintensitätsfaktor K_1C und die kritische Bruchenergie G_1C, eines herkömmlichen Gießharzsystems und eines Gießharzsystems nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem 4 bis 12 Gew% CS-Nanopartikel enthalten sind, gegenübergestellt.In the 1 to 4th The material parameters relevant here are shown as a measure of the damping capacity based on the mechanical loss factor tan Delta and the logarithmic decrement lambda. As a measure of crack resistance, the critical stress intensity factor K _1C and the critical fracture energy G _{1C of} a conventional cast resin system and a cast resin system according to an embodiment of the invention, in which 4 to 12% by weight of CS nanoparticles are contained, are compared.

Für alle Systeme wurden ein typisches Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A, ein Härter auf Basis von Säureanhydrid und ein Katalysator auf Basis eines Amins eingesetzt. Als Härter wurde - wie momentan noch üblich - ein Säureanhydrid eingesetzt - obwohl mittlerweile auch Säureanhydrid-freie Systeme erprobt werden, die natürlich auch durch die Zugabe von CS-Nanopartikel gemäß der Erfindung bezüglich der Rissbeständigkeit und des Dämpfungsvermögens verbessert werden können.A typical epoxy resin based on bisphenol-A, a hardener based on acid anhydride and a catalyst based on an amine were used for all systems. An acid anhydride was used as the hardener - as is currently the case - although acid anhydride-free systems are now being tested, which of course can also be improved in terms of crack resistance and damping capacity by adding CS nanoparticles according to the invention.

Wie gesagt, spielt das einzelne Epoxidharzsystem keine Rolle, weil entscheidend für die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Zugabe des CS-Nanopartikel-Füllstoffs ist.As mentioned, the individual epoxy resin system does not play a role, because the addition of the CS nanoparticle filler is crucial for the object of the present invention.

Vorliegend wurden neben Bisphenol-A als Harzmatrix noch Methylhexahydrophthalsäureanhydrid als Härter stöchiometrisch und Benzyldimethylamin in katalytischer Menge eingesetzt.In addition to bisphenol-A as the resin matrix, methylhexahydrophthalic anhydride was used as a stoichiometric hardener and benzyldimethylamine in a catalytic amount.

Die Probekörper, an denen die in den Figuren gezeigten Messwerte bestimmt wurden, wurden in einem dreistufigen Verfahren hergestellt. Im ersten Verfahrensschritt erfolgte die Dispergierung und Homogenisierung der CS-Nanopartikel im reaktiven Gießharz. Im zweiten Verfahrensschritt wurde der Katalysator hinzugegeben und eine erste Härtung bei 70°C über 4 Stunden durchgeführt. Im dritten Verfahrensschritt erfolgte eine finale Aushärtung bei 150°C über 9 Stunden. Zur Verdeutlichung der über die Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung erzielten Eigenschaftssteigerung wurde eine relative Darstellung gewählt, in der die Kennwerte jeweils auf die Werte des herkömmlichen Formstoffs mit 0 Gew% an CS-Nanopartikel normiert sind.The test specimens on which the measured values shown in the figures were determined were produced in a three-stage process. In the first process step, the CS nanoparticles were dispersed and homogenized in the reactive cast resin. In the second process step, the catalyst was added and an initial curing was carried out at 70 ° C. for 4 hours. In the third process step, final curing took place at 150 ° C for 9 hours. To illustrate the increase in properties achieved through the findings of the present invention, a relative representation was chosen in which the characteristic values are standardized to the values of the conventional molding material with 0% by weight of CS nanoparticles.

Die 1 und 2 zeigen die relativen Veränderungen des mechanischen Verlustfaktors tan Delta in 1 und Dekrement Lambda in 2 als Maß für das beispielhaft erzielbare Dämpfungsvermögen gezeigt.The 1 and 2 show the relative changes in the mechanical loss factor tan Delta in 1 and decrement lambda in 2 shown as a measure of the damping capacity that can be achieved by way of example.

In den 3 und 4 wurde die relative Veränderung des kritischen Spannungsintensitätsfaktors K_1C und der kritischen Bruchenergie G_1C, als Maß für die beispielhaft erzielbare Steigerung der Rissbeständigkeit dargestellt.In the 3 and 4th the relative change in the critical stress intensity factor K _1C and the critical fracture energy G _{1C was shown} as a measure of the increase in crack resistance that can be achieved by way of example.

Die Ergebnisse demonstrieren eindrucksvoll, dass durch die erfindungsgemäße Maßnahme, CS-Nanopartikel in verschiedenen Gew%, bezogen auf das Gießharz, alle hier relevanten Kennwerte verbessert werden. So wird im Vergleich zum herkömmlichen Referenzmaterial der mechanische Verlustfaktor tan Delta als Maß für das Dämpfungsvermögen um bis zu 86% gesteigert.The results impressively demonstrate that the measure according to the invention, CS nanoparticles in various weight percent, based on the casting resin, improves all of the characteristic values relevant here. Compared to the conventional reference material, the mechanical loss factor tan Delta as a measure of the damping capacity is increased by up to 86%.

Bei größeren Dehnungen und Frequenzen lässt das logarithmische Dekrement Lambda eine Steigerung auf bis zu 20% erwarten. Auf Seiten der Rissbeständigkeit lässt die Zunahme des kritischen Spannungsintensitätsfaktors K_1C um bis zu 43% eine deutlich höhere Belastbarkeit vor Eintritt der instabilen Rissausbreitung erkennen. Die gleichzeitige Zunahme der kritischen Bruchenergie G_1C, um bis zu 149% zeigt, dass der Energiebedarf zur Rissflächenerzeugung deutlich erhöht wird, wodurch mehr Energie bis zum Bruch nötig ist. Die CS-Nanopartikel erhöhen also einerseits die EnergieDissipationswege etwa durch Partikelverformung, Partikelablösung, Grenzflächenreibung und/oder Rissflächenzunahme und verlängern und/oder verstärken andererseits durch die fein verteilten Strukturen über Rissabstumpfungs- und/oder Rissumlenkungspfade die Rissausbreitungsbarriere im Material.With larger expansions and frequencies, the logarithmic decrement lambda allows an increase of up to 20% to be expected. On the crack resistance side, the increase in the critical stress intensity factor K _1C by up to 43% shows a significantly higher load capacity before the unstable crack propagation occurs. The simultaneous increase in the critical fracture energy G _1C by up to 149% shows that the energy requirement for creating the crack surface is significantly increased, which means that more energy is required until fracture. On the one hand, the CS nanoparticles increase the energy dissipation paths, for example through particle deformation, particle detachment, interface friction and / or increase in crack area and, on the other hand, lengthen and / or strengthen the crack propagation barrier in the material through the finely distributed structures via crack blunting and / or crack deflection paths.

Durch die hier erstmals aufgezeigte Möglichkeit zur Verbesserung und Modifikation allgemein üblicher Gießharze - beispielsweise als Imprägnierharze für Imprägnierverfahren wie das VPI (vaccum-pressure-impregnating) Verfahren und/oder für den Verguss eingesetzter Gießharze - durch Einarbeitung von CS-Nanopartikel in das Gießharz wird eine effektive und technisch einfach umsetzbare Möglichkeit geschaffen, das Schwingungsdämpfungsvermögen und/oder die Rissbeständigkeit des resultierenden Formstoffes durch nur einen Verfahrensschritt signifikant zu erhöhen.The possibility, shown here for the first time, to improve and modify common casting resins - for example as impregnation resins for impregnation processes such as the VPI (vaccum-pressure-impregnating) process and / or casting resins used for potting - by incorporating CS nanoparticles into the casting resin is a effective and technically easy to implement possibility created to significantly increase the vibration damping capacity and / or the crack resistance of the resulting molding material by just one process step.

Dabei ist besonders bemerkenswert, dass diese Verbesserung nicht durch eine aufwendige Kombination verschiedener Füllstoffe erzielt wird, sondern allein durch die Zugabe eines einzigen CS-nanopartikulären Füllstoffes, der eine bifunktionelle Eigenschaftsmodifikation des Formstoffes bewirkt.It is particularly noteworthy that this improvement is not achieved through a complex combination of different fillers, but solely through the addition of a single CS nanoparticulate filler, which causes a bifunctional property modification of the molding material.

Durch die Verwendung der hier erstmals vorgestellten Gießharze beispielsweise im Bereich der Ständerwickelkopfgebilde und/oder auch nur lokal an stark schwingungsbeanspruchten und/oder gehäuft durch Ermüdungsrissversagen ausfallenden Komponenten und/oder elektrischen oder elektronischen Teilen, ergeben sich große Nutzungs- und/oder Kosteneinsparungspotentiale.The use of the casting resins presented here for the first time, for example in the area of the stator end winding structures and / or only locally on components and / or electrical or electronic parts that are subject to strong vibrations and / or fail frequently due to fatigue crack failure, results in great potential for use and / or cost savings.

Es ist auch denkbar, dass sich durch die schwingungsdämpfenden Eigenschaften eines neuen Formstoffes nach der Erfindung im Ständerwickelkopf und/oder an anderen Anlagenkomponenten mit Duroplasten weitere positive Sekundäreffekte ergeben.It is also conceivable that the vibration-damping properties of a new molding material according to the invention in the stator winding head and / or on other system components with thermosets result in further positive secondary effects.

Durch die hier erstmals vorgeschlagene Verbesserung von Gießharzen durch Einarbeitung nanopartikulärer CS-Füllstoff-Partikel in nennenswertem Umfang wird erreicht, dass ein daraus durch Härtung hergestellter Formstoff bessere Schwingungsdämpfungseigenschaften und/oder robustere Rissbeständigkeit hat als die für diese Anwendung bekannten Formstoffe. Dies konnte auch eindrucksvoll anhand einschlägiger Messungen gezeigt werden.The improvement of casting resins proposed here for the first time by incorporating nanoparticulate CS filler particles to a noteworthy extent ensures that a molding material produced from it by curing has better vibration damping properties and / or more robust crack resistance than the molding materials known for this application. This could also be impressively demonstrated using relevant measurements.

Claims

Cast resin based on epoxy resin, - a component A as the base monomer, - A component B as hardener and / or catalyst and - Comprising a component C in the form of a nanoparticulate filler, wherein the nanoparticulate filler contains core-shell nanoparticles which comprise a core made of a first material with a shell made of a second material, the first material proportionately predominating over the second material in the nanoparticle and with its pronounced visco-elastic behavior characterizes the behavior of the nanoparticle and the second material encases the first material thinly, in the range from 50 to 700 atomic layers, the second material, which forms the shell, containing or preventing agglomeration of the nanoparticles.

Casting resin Claim 1 , component C comprising a visco-elastic polymer as material for the core.

Cast resin according to one of the Claim 2 , whereby the viscoelastic polymer - styrene-butadiene rubber (SBR) - polyurethane (PUR) - ethylene-propylene terpolymers (EPDM) - butyl rubber (IIR) - Polyamides (PA6) - polyethylene (PE) - polypropylene (PP) and their derivatives, alone or in mixtures.

Cast resin according to one of the Claim 2 or 3 , wherein the visco-elastic polymer comprises a polymerized siloxane, a silicone rubber, a silicone elastomer and their derivatives, alone or in mixtures.

Cast resin according to one of the preceding claims, in which the second material comprises an acrylate and / or a graft copolymer.

Casting resin according to one of the preceding claims, which comprises a bisphenol-A, a bisphenol-F, a cycloaliphatic epoxy resin and / or some other epoxy resin with at least two epoxy groups.

Cast resin according to one of the preceding claims, in which the size of the individual CS nanoparticles is up to 1000 nm.

Cast resin according to one of the preceding claims, in which the size of an agglomerate of individual CS nanoparticles is up to 100 µm.

Casting resin according to one of the preceding claims, in which the shells of the CS nanoparticles are coated.

Casting resin according to one of the preceding claims, in which the nanoparticulate filler is contained in an amount of up to 20% by weight, based on the weight of the uncrosslinked casting resin.

Process for the production of a molding material, comprising the following process steps: - Provision of a casting resin, if necessary in the form of an impregnating resin, - Incorporation of a core-shell nanoparticulate filler in an amount of up to 20% by weight of the castable resin - Potting the casting resin - Production of the molding material by hardening the potting.

Procedure according to Claim 10 , wherein the casting resin is cured and / or gelled in a first curing step after the potting.

Procedure according to Claim 11 , wherein the casting resin is cured in a second curing step in a process lasting several hours.

Isolation, producible by a method according to one of the Claims 10 to 12 .

Use of a casting resin produced in this way for casting electrical and / or electronic parts.