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Verwendung einer wärmehärtbaren Polyesterharzmasse als Isolationsmasse
in der Elektrotechnik Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer wärmehärtbaren
Polyesterharzmasse in der Elektrotechnik, insbesondere auf die Verwendung als thermisch
sehr beständiges Gießharz zum Eingießen bzw. Einkapseln elektrischer Apparate.
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Ein altes Problem in der Elektrotechnik ist es, elektrische Ausrüstungen
mit einer Isolationsmasse zu versehen, die temperaturbeständig ist und ein Maximum
an mechanischer Festigkeit besitzt. Thermisch stabil ist ein Isolationsmaterial,
wenn es Temperaturen von über 200"C längere Zeit standhält.
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Unter mechanischer Festigkeit versteht man das Vorhandensein eines
Maximums an Flexibilität, Zähigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und Abriebfestigkeit
während der Gebrauchsdauer des betreffenden isolierten elektrischen Teiles bzw.
Apparates.
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Es sind bereits verschiedene Harze zur Isolierung elektrischer Apparate
vorgeschlagen worden, so auch die Polyester, die beispielsweise ausgezeichnete mechanische
Festigkeit haben. Diese Harze sind jedoch thermisch nicht stabil. Siliciumhaltige
Harze sind andererseits thermisch sehr stabil, aber ihre mechanische Festigkeit
befriedigt nicht. Durch Vermischen von Polyesterharzen und siliciumhaltigen Harzen
hat man versucht, ein Optimum an mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu
erreichen. Die Versuche waren nicht befriedigend. Günstige Ergebnisse sind dabei
nur zu erzielen, wenn Harzkomponenten verwendet werden, die miteinander verträglich
sind.
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Erfindungsgemäß wird als Isolationsmasse in der Elektrotechnik, insbesondere
zum Eingießen und Einkapseln von elektrischen Apparaten, eine bereits anderweitig
vorgeschlagene wärmehärtbare Polyesterharzmasse aus 35 bis 65 Gewichtsprozent einer
ungesättigten, wenigstens 3 Siliciumatome aufweisenden Verbindung, die mindestens
eine Atomgruppierung der Formel
enthält, und 65 bis 35 Gewichtsprozent eines ungesättigten Polyesters verwendet.
Dabei bedeutet Y einen einwertigen olefinischen Kohlenwasserstoffrest und X einen
einwertigen Oxyalkyl- oder Oxyarylrest Die restlichen Valenzen des Siliciums werden
durch Sauerstoffbrücken, Kohlenwasserstoff- und einwertige Oxyalkyl- oder Oxyarylreste
abgesättigt, wobei die Verbindung mindestens zwei einwertige Oxyalkyi
oder Oxyarylreste
hat. Ferner enthält die Polyesterharzmasse als Polymerisationskatalysator für Vinylverbindungen
sowie als Inhibitor gebräuchliche Verbindungen sowie gegebenenfalls anorganische
Füllstoffe.
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Die Massen sind nach der Härtung außergewöhnlich beständig gegenüber
hohen Temperaturen und haben selbst bei erhöhter Temperatur hohe mechanische Festigkeitswerte.
Sie haben hervorragende physikalische und elektrische Eigenschaften.
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Besonders geeignete siliciumhaltige Verbindungen sind lineare und
cyclische Organopolysiloxane, die sich von Silanen der folgenden Formel
ableiten, wobei Y und X die bereits beschriebenen Reste bedeuten können und R ein
Kohlenwasserstoffrest undjoder ein Oxyalkyl- oder Oxyarylrest ist.
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Liegt ein Oxyalkylrest vor, so kann der Alkylrest aus einem Methyl-,
Äthyl-, Butyl-, Isopropyl-, Isobutyl-, sek.Butyl-, tert.Butyl-, Amyl- oder Hexylrest
bestehen. Handelt es sich um einen Oxyarylrest, dann kann der Arylrest ein Phenyl-
oder ein substituierter Phenylrest sein. Man bevorzugt jedoch Silane, deren
hydrolysierbarer
Rest einen Oxyalkylrest mit einer Alkylgruppe von 1 bis 8 Kohlenstoffatomen pro
Molekül enthält.
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Geeignete lineare Organopolysiloxane entsprechen der Formel
wobei Y, R und X den bereits beschriebenen Resten entsprechen und m eine ganze Zahl
von 2 bis 6 ist.
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Solche lineare Organopolysiloxane sind z. B.
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Dimethoxytrimethyltrivinyltrisiloxan, Diäthoxytriphenyltrivinyltrisiloxan,
Diäthoxytriphenyltrivinylbenzoltrisiloxan, Diäthoxytriphenyltriallyltrisiloxan und
Diäthoxytriphenyltrivinylphenoxytrisiloxan.
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Geeignete ungesättigte Polyester sind Ester, die durch Reaktion eines
mehrwertigen Alkohols mit Iso- oder Terephthalsäure und mindestens einer α,ß-ungesättigten
Dicarbonsäure hergestellt sind, und Säurehalbester, die erhältlich sind aus mindestens
einem Ester eines mehrwertigen Alkohols und einer ungesättigten Oxyfettsäure durch
Reaktion mit mindestens einer «,#-ungesättigten Dicarbonsäure oder deren Anhydrid.
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Der ungesättigte Polyester ist vorzugsweise unter Verwendung eines
mehrwertigen Alkohols hergestellt, der einen so hohen Siedepunkt besitzt, daß er
mit Iso- oder Terephthalsäure, die eine Veresterungstemperatur von 240 bis 260°C
erfordern, zu verestern ist. Solche hochsiedenden, mehrwertigen Alkohole sind z.
B.
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2,2-Di-(p-oxyäthoxyphenyl)-propan, 2,2-Di-(p-oxyäthoxyäthoxyphenyl)-propan,
2,2-Di-(p-oxypropoxyphenyl)-propan, 2,2-Di-(p-oxypropoxypropoxyphenyl)-propan, 2,2-Di-(p-oxyäthoxyphenyl)-propan
und ähnliche Diphenole.
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Die Polyester solcher hochsiedender Alkohole sind nach den üblichen
Yeresterungsverfahren hergestellt.
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Polyester von niedersiedenden, mehrwertigen Alkodiolen können hergestellt
sein, indem der - niedersiedende Alkohol zunächst mit der 1/2 M?l äquivalenten Menge
einerfl-ungesättigten Dicarbonsäure bei relativ niedriger Temperatur (140 bis 180°C)
umgesetzt ist. Diesen läßt man dann in bekannter Weise bei höherer Temperatur (230
bis 260°C) mit Iso- oder Terephthalsäure reagieren2-um die Veresterung zu vervollständigen.
Geeignete niedersiedende, mehrwertige Alkohole sind z. B. Athylenglykol, Propylenglykol,
Neopentylglykol u. ä.
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Der Polyester muß wenigstens einen Rest einer «"B-ungesättigten Dic¢arbonsäure
eAnthaltentE damit die für das Anpolymerisieren der - ungesättigten siliciumhaltigen
Verbindungen erforderlichen > C= C < Bindungen yorhandens sind - (:ieeignete
ungesättigte Dicarbonsäuren bzw deren Anhydride sind z B.
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Maleinsäure2 Fumarsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, -Mesaconsäure,
Aconitsäure Maleinsäureanhydrid und Citraconsäureanhydrid.
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Diese Säuren und Anhydride können entweder für sich allein oder in
jedem gewünschten Mengenverhältnis gemischt verwendet sein.
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Statt des obenerwähnten Polyesterharzes kann die Polyesterharzmasse
auch einen sauren, polymeren Halbester enthalten, der durch Reaktion von mindestens
einem Ester eines mehrwertigen Alkohols und einer ungesättigten Oxyfettsäure, wie
z. B. Ricinusöl, mit mindestens einer a"B-ungesättigten Dicarbonsäure oder deren
Anhydrid, wie z. B. Maleinsäureanhydrid, hergestellt ist.
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Bei Verwendung von polymeren Säurehalbestern, bei denen sämtliche
Hydroxylgruppen verestert sind, sind besonders zufriedenstellende Ergebnisse beobachtet
worden. Jedoch werden auch gute Ergebnisse erzielt, wenn durchschnittlich zwei Hydroxylgruppen
des Ricinusöls verestert sind. Im Durchschnitt sollte mindestens eine Hydroxylgruppe
des Ricinusöls verestert sein.
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Ferner enthält die Harzmischung zur Verhütung einer vorzeitigen Polymerisation
geringe Mengen eines oder mehrerer Polymerisationsinhibitoren, z. B. substituierte
Phenole und aromatische Amine. Spezielle Polymerisationsinhibitoren sind Hydrochinon,
Resorcin, Tannin, , -Naphthyldiamin und p-Phenylendiamin. Man verwendet meist weniger
als 1 °/o und vorzugsweise 0,01 bis 0,1 0/o Inhibitoren.
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Katalysatoren, wie sie für die Vinylpolymerisation verwendet werden,
sind geeignet, wie z. B. Benzoylperoxyd, Laurylperoxyd, Methyläthylketonperoxyd,
tert.Butylhydroperoxyd, Ascaridol, tert.Butylperbenzoat, ditert.Butyldiperphthalat
und Ozonide. Meist verwendet man hiervon 0,1 bis 2 Gewichtsprozent. Es können ferner
Beschleuniger, und zwar 0,01 bis 2 Gewichtsprozent (bezogen auf das Gesamtgewicht
der Verbindung), enthalten sein. Geeignete Beschleuniger sind Sikkative, wie z.
B. Kobaltnaphthenat, und organische Stickstoffverbindungen, z. B. Azomethine und
Polyamine, die wenigstens eine endständige primäre Aminogruppe und/oder deren Aldehydreaktionsprodukte
enthalten.
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Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Polyesterharzmasse: Polyesterharzmasse
A Zu 50 Teilen eines ungesättigten Polyesterharzes, das aus ungefähr 2,5 Mol 2,2rDi-(p-oxyäthoxyphenyl)-propan
und ungefähr 1 Mol Isophthalsäure und 1 Mol Maleinsäureanhydrid hergestellt worden
war, fügt man bei ungefähr llO"C, 50 Teile Diäthoxytrivinyltriphenyltrisiloxan hinzu.
Durch lstündiges Rühren wird eine vollständige Durchmischung erreicht. Dann Wird
die Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt und 1 Gewichtsprozent Benzoylperoxyd als
50%ige Dispersion in Trikresylphosphat hinzugefügt. Die Mischung polymerisiert auf
bekannte Weise durch Einwirkung von Wärme, UV-Strahlen oder beidem zu einem festen,
ausgehärteten Harz.
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Ein Gießling, ungefähr 3,2 mm dick, 5,1 cm lang und 3,8 cm breit,
wurde aus einem Teil der so erhaltenen Masse dargestellt. Der Gießling wurde in
einem Aluminiumgefäß vön bekanntem; Ge;wicht in einen iuftgeheizten Ofen von 225°
(D mit konstanter Fruchtig: keit gestellt .
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Nach 31tägigem Altern bei dieser Temperatur hatte das verformte Polymerisationsprodukt
einen Gewichtsverlust von nur 9 o und nach 60 Tagen einen Gewichtsverlust - von
nurSl2°/0, was seine hohe Temperaturbeständigkeit
charakterisiert.
Der Gießling blieb während des Testes hart, blähte sich nicht auf und blätterte
nicht ab. Gießlinge aus anderen siliciumhaltigen Harzen oder Polyesterharzen zeigten
bei Testversuchen unter ähnlichen Bedingungen nicht diese erwünschten Eigenschaften.
Die siliciumhaltigen Harze werden manchmal beim Erhitzen gummiartig und rissig.
Polyesterharze zersetzen sich zu staubähnlichen Teilen, wobei sich ein größerer
Anteil des Produktes verflüchtigt.
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Polyesterharzmasse B In Übereinstimmung mit A wird eine Polyesterharzmasse
dargestellt, die an Stelle von Polyestern der Isophthalsäure solche der Terephthalsäure
enthält. Das gehärtete Harz ist ebenso stabil gegen hohe Temperaturen wie das nach
A erhaltene Harz.
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Polyesterharzmasse C In Übereinstimmung mit A wird unter Verwendung
von Ricinusölmaleinat als Polyester ein gehärtetes Harz hergestellt. Dieses ist
thermisch ebenso beständig wie das nach A erhaltene Harz.
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Die Polyesterharzmassen sind thermisch sehr stabil und haben befriedigende
mechanische Festigkeit.
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Sie sind vorzüglich geeignet zur Isolierung der verschiedensten elektrischen
Apparateteile. So können sie z. B. zum Imprägnieren von Isolationen, wie sie bei
Transformatoren und ähnlichen Geräten in der Elektroindustrie bekannt sind, verwendet
werden.
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Solche Harze können auch zum Einkapseln elektrischer Apparate, z.
B. Transformatoren, verwendet werden.
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Hierbei ist es vorteilhaft, die Harze mit Glimmer oder anderen feinverteilten,
anorganischen, flockigen Materialien zu vermischen, um ihre thixotropen Eigenschaften
zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Massen können bis zu einer angemessenen
Gewichtsmenge verschieden
feste Füllstoffe, wie z. B. Kieselerde, zerhackte Glasfasern,
Asbestfasern, Wollastonit, Glaspulver, Eisenoxyde, Titandioxyd, Tone, z. B. Bentonit,
Kaolin und Catalpaton, Aluminiumoxyde, anorganische Silikate und Graphit enthalten.
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Für die Herstellung der gemäß der Erfindung verwendeten Polyesterharzmassen
wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Schutz beansprucht.