DE1081223B

DE1081223B - Verfahren zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit von mit Quarz oder kieselsaeure- bzw. titandioxydhaltigen Fuellmitteln gefuellten Epoxyharzen

Info

Publication number: DE1081223B
Application number: DEL33202A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Wagner; Gerhard Sippel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-12-09
Filing date: 1958-12-09
Publication date: 1960-05-05

Description

Verfahren zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit von mit Quarz oder kieselsäure- bzw. titandioxydhaltigen Füllmitteln gefüllter Epoxyharzen Die bekannten ungefüllten gehärteten Bisphenol-Epoxyharze zeigen nach der in DIN 53480 genormten Tropfmethode eine Kriechstromfestigkeit der Stufe T 4 bis T 5.
Von ihnen werden mehr als 30 bis 100 »Austropfungen« ausgehalten, ohne daß sich leitende Brücken bilden. Es entstehen Rußpartikelchen, die durch Flammbildung von der Probe fortgerissen werden. Schließlich bleibt ein mehr oder weniger tiefer Einbrand auf der Oberfläche des Harzes.
Werden diese Bisphenol-Epoxyharze mit Füll- und Trägerstoffen wie Quarzmehl, Schiefermehl, Asbest und Glasfasern oder -geweben gefüllt, so sinkt die Kriechstromfestigkeit dieser Produkte bis auf die Stufe T 1 ab (drei Tropfen). Diese Herabsetzung ist unabhängig von der Höhe des Zusatzes der Füllstoffe und ist wahrscheinlich auf Kapillarbildung zwischen den ausgehärteten Harzteilchen und den Füllstoffpartikelchen zurückzuführen. Für einige Verwendungen in der Elektrotechnik, z. B. für die Isolation Hochspannung führender Teile, ist dieser Zustand nicht tragbar.
Es ist bereits bekannt, daß die Kriechstromfestigkeit der Bisphenol-Epoxyharze durch Zusatz von Aluminiumoxyd-Füllmitteln A1(OH)3 wesentlich heraufgesetzt werden kann. So kann z. B. die Kriechstromfestigkeit verbessert werden, wenn ein Teil des Quarzmehles durch Al (OH) 3-Partikelchen ersetzt wird.
Werden von 200 °/0 Quarzmehlfüllung bis zu 40 0/, durch Al (OH)3 ersetzt, so zeigt sich bei den Epoxyharzen noch keine Verbesserung der Kriechstromfestigkeit. Sie verbleibt in Stufe T 1. Erst bei Verwendung von mehr als 5001, Aluminiumoxyd und entsprechend weniger als 150010 Quarzmehl ist eine geringe Verbesserung nach Stufe T 2 bis T 3 festzustellen. Durch den Zusatz des Aluminiumoxyds wird aber die )>Tropfzeit«, d. h. die Gebrauchsdauer des zu vergießenden Harzes, sehr stark herabgesetzt und das Vergießen selbst durch die Viskositätserhöhung erschwert. Bei 80 bis 1000wo Zusatz von Aluminiumoxyd, entsprechend 100 bis 120 0Io Quarzmehl, zum Epoxyharz ist ein Vergießen überhaupt nicht mehr möglich.
Eine Erhöhung der Kriechstromfestigkeit für Stufe T 4 ist erst dann erreicht, wenn an Stelle von Quarzmehl nur mit etwa 500/, Aluminiumoxyd gefüllt wird. Diese Mischungen sind aber nur schwer zu verarbeiten und sind zudem unwirtschaftlicher als die mit Quarzmehlfüllung.
Es ist bereits bekannt, daß bei Verwendung von Talkum an Stelle von Aluminiumoxyd ein ähnlich guter Effekt erzielt werden kann. Die Kriechstromfestigkeit bei einem Füllmittelgehalt von 50 bis 1000/o liegt bei StufeT4.
Da aber auch die Viskosität der zu vergießenden Harze mit zunehmendem Füllstoffgehalt wesentlich ansteigt, sind praktisch nur Mischungen mit höchstens 50010 Talkumzusatz verwendbar.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit von mit Quarz oder kieselsäure- bzw. titandioxydhaltigen Füllmitteln gefüllten Epoxyharzen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in an sich bekannter Weise bei etwa 600 bis 7000 C geglühter Quarz oder kieselsäure- bzw. titandioxydhaltige Füllmitf-.el auf etwa 2000 C abgekühlt, einem vorzugsweise auf etwa 800 C vorgewärmten Epoxyharz auf Bisphenolbasis mit einem Epoxydäquivalent von etwa 200 zugesetzt werden und die Masse in Gegenwart cycloaliphatischer Carbonsäuren, insbesondere mit Hexahydrophthalsäureanhydrid, ausgehärtet wird.
Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können quarzmehlgefüllte Epoxyharzgießlinge hergestellt werden, die nach dem Aushärten eine Kriechstromfestigkeit der Stufe T 4 bis T 5 besitzen, wobei die Mehrzahl der Versuchsergebnisse zeigte, daß die Epoxyharzgießlinge nach der Erfindung in die Stufe T 5 einzureihen sind.
Beispiele Als besonders geeignete Mischung hat sich folgende Kombination bewährt: 2001, Epoxygießharz auf Bisphenolbasis mit einem Epoxydäquivalent von etwa 190, 20°/o Härtergemisch aus Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid und Hexahydrophthalsäureanhydrid, 6001o Quarzmehl.
Zum Aushärten des Gießharzes ist es vorteilhaft, dem Harz-Härter-Gemisch nach der Erfindung in bekannter Weise noch einen Beschleuniger auf Aminbasis, insbesondere ein tertiäres Amin zuzugeben.
Es war bereits bekannt, als Füllstoff für Gießharze etwa bei 700" C geglühten Quarz zu verwenden, um den Harzkörper in dielektrischer Hinsicht zu verbessern.

Kriechstromfestigkeit von Epoxyharzen mit thermisch vorbehandelten SiO2-Füllstoffen (Prüfung nach DIN 53480)

Bisphenol- Bisphenol-

Epoxyharz Epoxyharz

mit Hexa- mit Phthal-

Thermische Vorbehandlung hydro- säure-

phthalsäure- anhydrid

anhydrid als Härter

als Härter zumVergleicl

6000 C geglüht

Raumtemperatur (RT)

abgekühlt zu T 2 T 1

1300 C aufgewärmt und ver-

mischt

6000 c geglüht

2000 C abgekühlt und ver- , T 5 T1

mischt J

6000 C geglüht

RT abgekühlt und ver- T 3 T 1

mischt J

6000 C geglüht

RT abgekühlt T 3 T 1

2000 C aufgewärmt und ver-

mischt

Nicht geglüht

2500 C erhitzt T2 T2

Auch wurde vorgeschlagen, Quarzsand vor dem Zumischen zum Harz thermisch vorzubehandeln und etwa bei 130"C vorgetrocknet dem erwärmten Harz beizumischen. Wie aus der beigefügten Tabelle zu entnehmen ist, erreicht man jedoch eine wesentliche Verbesserung der Kriechstromfestigkeit nur durch Auswahl bestimmter Harz-Härter-Kombinationen und dadurch, daß bestimmte Verfahrensschritte gemäß der Erfindung eingehalten werden.

Dabei kommt es besonders darauf an, daß das Epoxyharzfüllmittel, welches in bekannter Weise auf über 600" C thermisch vorbehandelt worden ist, nur auf etwa 2009 C abgekühlt wird. Wenn man den Quarzsand sich bis auf Raumtemperatur abkühlen läßt und ihn später bei Gebrauch wieder bis auf 2000 C erwärmt, wird eine nur ungenügende Verbesserung der Kriechstromfestigkeit erzielt. Eine Erwärmung von nicht geglühtem Quarz auf etwa 250° C bringt gleichfalls keine Verbesserung.
Der Effekt gemäß der Erfindung wird auch nur bei Verwendung von Bisphenol-Epoxyharzen in Kombination mit Härtern auf Basis von hydrierten cycloaliphatischen Carbonsäuren erreicht. Wie die Tabelle erkennen läßt, wird kein Vorteil bei Verwendung von Bisphenol-Epoxygießharzen in Kombination mit Härtern auf Basis von Phthalsäureanhydrid erzielt.
Bestimmte andere Harz-Härter-Kombinationen unter Verwendung von Aminhärtern ergeben zwar auch Formkörper mit guter Kriechstromfestigkeit, jedoch handelt es sich bei diesen Kombinationsharzen um kalthärtende Harze, welche in der Praxis nicht immer einsetzbar sind.
Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht nur auf die Verwendung thermisch vorbehandelten Quarzmehls beschränkt, sondern kann sinngemäß auch auf ähnlich behandelte kieselsäurehaltige Füllmittel Anwendung finden, wie z. B. auf Talkum, Schiefermehl, Porzellanmehl oder Titandioxyd-Füllmittel, gegebenenfalls auch Glasfasermaterial.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit von mit Quarz oder kieselsäure- bzw. titandioxydhaltigen Füllmitteln gefüllten Epoxyharzen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise bei etwa 600 bis 700" C geglühter Quarz oder kiesel- bzw. titandioxydhaltige Füllmittel auf etwa 200° C abgekühlt, einem nahe auf 80" C vorgewärmten Epoxyharz auf Bisphenolbasis mit einemEpoxydäquivalent von etwa 200 zugesetzt werden und die Masse in Gegenwart cycloaliphatischer Carbonsäuren ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hydrierte cycloaliphatische Carbonsäure Hexahydrophthalsäureanhydrid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich als Beschleuniger für das Aushärten in an sich bekannter Weise Aminverbindungen verwendet werden.