DE1227097B

DE1227097B - Verwendung eines Kunststoffmaterials fuer elektrische Schaltgeraete

Info

Publication number: DE1227097B
Application number: DEC29500A
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Ernst; Dr Willy Fisch; Peter Ruf
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1962-03-28
Filing date: 1963-03-27
Publication date: 1966-10-20

Description

Verwendung eines Kunststoffmaterials füY elektrische Schaltgeräte Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Kunststoffmaterials für die mit dem bei der Betätigung auftretenden Lichtbogen in Berührung kommenden Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte.
Die Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte, insbesondere bei Hochspannungsschaltgeräten, die im Betrieb mit dem Lichtbogen in Berührung kommen, unterliegen hohen mechanischen und elektrischen Beanspruchungen. Dazu kommt eine thermische Beanspruchung, die deswegen besonders schädlich wirkt, als sie meist lokal begrenzt ist und schockartig auftritt. Zudem verursachen die entstehenden heißen Gase, die in der Regel hohe Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen" eine Erosionsbeanspruchung.
Als Isolationsmaterial zur Herstellung solcher Teile wurden im Laufe der Entwicklung zuerst natürliche Isolierstoffe, wie Marmor, Schiefer, Glimmer, Holz, oder künstliche Isolierstoffe, wie Porzellan, Papier, Hartgummi, verwendet. In neuerer Zeit wurden diese Isolierstoffe größtenteils durch Kunststoffe ersetzt. Ein zur Herstellung hoch beanspruchter Isolationsteile auch heute noch oft verwendetes Material ist Plexiglas. Plexiglas besitzt gute elektische Eigenschaften, jedoch einen nicht sehr hochliegenden Erweichungspunkt. Bei den hohen im Lichtbogen auftretenden Temperaturen verliert das Plexiglas seine sonst gute mechanische Festigkeit. Neben verschiedenen anderen Kunststoffen ist auch schon die Verwendung von Epoxydharzen für diesen Zweck bekannt. Die bisher hierfür vorgeschlagenen Epoxydharze besitzen aber eine geringe Lichtbogenfestigkeit, d. h., die ursprünglich guten elektrischen Eigenschaften werden durch Einwirkung von Lichtbogen verschlechtert.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß Kunststoffmassen, welche durch Aushärtung von cycloaliphatischen Polyepoxyden mit cycloaliphatischen oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydriden erhalten werden, die obenerwähnten Nachteile nicht aufweisen.
,Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung 'eines Kunststoffmaterials, das durch Härtung einer cycloaliphatischen 1,2-Epoxydverbindung, die eine 1,2-Epoxydäquivalenz größer als 1. besitzt, mit einem cycloaliphatischen oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydrid als Härtungsmittel erhalten wird, flür die mit dem bei der Betät.igung auftretenden Lichtbogen in Berührung kommenden Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte.
Unter den als Ausgangsstoffe verwendeten cycloaliphatischen 1,2-Epoxydverbindungen mit einer Epoxydäquivalenz größer als 1 sind solche Verbindungen zu verstehen, die, auf die Durchschnittszahl des Molekulargewichtes berechnet, n Gruppen der Formel enthalten, wobei n eine ganze oder gebrochene Zahl größer als 1 ist. Es kann sich dabei um endständige oder um innere 1,2-Epoxydgruppen handeln.
Als Beispiele cycloaliphatischer Polyepoxyde, welche nur endständige 1,2-Epoxydgruppen enthalten, seien z. B. die Verbindungen der Formeln und genannt. Besonders gute Resultate werden erhalten, wenn man solche cycloaliphatische Polyepoxydverbindungen verwendet, die mindestens eine an einem cycloaliphatischen Ring sitzende, innere 1,2-Epoxyd--gruppe enthalten. Genannt seien beispielsweise die Verbindungen nachstehender Formeln: und Die verwendeten cycloaliphatischen Epoxyde sind an sich bekannt, und ihr Herstellungsverfahren ist nicht Gegenstand vorliegender Erfindung.
Den cycloaliphatischen Polyepoxydverbindungen können als aktive Verdünner cycloaliphatische Monoepoxyde, wie 3,4 - Epoxytetrahydrodicyclopentadienol - 8 oder 3,4 - Epoxycyclohexan - 1,1 - dimethanolacroleinacetal zugesetzt sein.
Als Härtungsmittel verwendet man vorzugsweise cycloaliphatische, gegebenenfalls halogenierte Polycarbonsäureanhydride, wie Hexahydrophthalsäureanhydrid, Endomethylen-tetrahydrophthalsäureanhydrid oder Hexachlarendomethylen-tetrahydrophthalsäureanhydrid.
Man kann aber auch aliphatische Polycarbonsäureanhydride verwenden, wie z. B. Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid oder Dodecenylbernsteinsäureanhydrid. , Die härtbaren Mischungen aus cycloaliphatischem Polyepoxyd und cycloaliphatischem oder aliphatischem Polycarbonsäureanhydrid können ferner vor der Härtung in irgendeiner Phase mit Füllmitteln, Weichmachern, Pigmenten, Farbstoffen, flammhemrnenden Stoffen, Formtrennmitteln usw. versetzt werden. Als Streck- und Füllmittel können beispielsweise Rutil, Glimmer, Quarzmehl, Gesteinsmehl, Aluminiumoxydtrihydrat, Calciumcarbonat, gemahlener Dolomit, Gips oder Bariumsulfat verwendet werden.
Zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften können weiterhin Glas-, Polyester-, Nylon-, Polyacrylnitril-, Seide-, Baumwollfasern oder -gewebe eingesetzt werden.
Die Erfindung sei nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, die als Beispiel eine Löschkammer darstellt.
Die Zeichnung zeigt eine Strömungslöschkammer im Schnitt. 2 und 4 sind die beiden Pole, zwischen denen der Lichtbogen 6 zündet. 8 ist das Gehäuse, das erfindungsgemäß aus dem vorgeschlagenen Material hergestellt ist, Es hat sich gezeigt, daß Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte, die aus dem vorgeschlagenen Kunststoffmaterial hergestellt sind, gegenüber den eingangs erwähnten, Beanspruchungen unerwartet widerstandsfähig sind.
Beispiel 1 Es wurde eine härtbare Gießharzmischung hergestellt durch Lösen von 100 Gewichtsteilen 3,4 - Epoxyliexahydrobenzal - YA'- epoxy - l',1'- bis-(oxymethyl)-cyclohexan in 45 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid bei etwa 40'C. Ein Teil der so hergestellten Gießharzmischung wurde zu einer Löschkammer, wie sie in der Zeichnung gezeigt ist, vergossen und während 24 Stunden bei 140'C ausgehärtet.
Aus der gleichen Gießharzmischung wurden Platten 12 - 12 - 0,4 cm vergossen und wie oben gehärtet. Eine solche Platte wurde nach DIN 53 484 (VDE 0303 Teil 5) auf Lichtbogenfestigkeit geprüft und dabei die hohe Stufe L 4 erreicht.
Beispiel 2 Es wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, verfahren, jedoch wurden an Stelle von Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel 43 Gewichtsteile Tetrahydrophthalsäureanhydrid (Probe A) oder, 47 Gewichtsteile Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid (Probe B) bei etwa 80 bzw. 100'C in der Diepoxydverbindung gelöst. Für Probe C wurde eine Gießharzmischung eingesetzt, die durch Lösen bei etwa 40'C von 70 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid in 100 Gewichtsteilen eines bei Raumtemperatur flüssigen Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt von 5,3 Epoxydäquivalenten je Kilogramm (hergestellt durch Umsetzung von Epichlorhydrin mit Bis-[p-hydroxyphenyl]-dimethylmethan in Gegenwart von Alkali) erhalten wird.
Je ein Teil der so hergestellten Gießharzmischungen wurde wie im Beispiel 1 zu Löschkammern vergossen und während 24 Stunden bei 140`C ausgehärtet.
Aus je einem Teil der gleichen Gießharzmischungen wurden Platten 12 - 12 - 0,4 cm und Gießlinge 4 - 14 - 1 cm vergossen und wie oben gehärtet.

Die an den gehärteten Platten und Gießlingen bestimmten Kriechstromfestigkeiten, Schlagbiegefestigkeiten, Biegefestigkeiten und mechanischen Formbeständigkeiten in der Wärme nach M -a r t e n s (DIN) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Proben Lichtbogenfestigkeit Schlagbiegefestigkeit Biegefestigkeit Mechanische Formbestandigkeit

in der Wänne nach

Stufe crnkg/cm2 kg/nIM2 Martens (DIN) 'C

A L 4 4,0 1,5 175

B L 4 4,0 1,7 127

C L 1 4,5 1,7 93

Beispiel 3 Es wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben, Löschkammern und Platten hergestellt, aber an Stelle von 100 Gewichtsteilen 3,4-Epoxyhexahydrobenzal-3',4'-epoxy-l',1'-bis-(oxymethyl)-cyclohexan und 45 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid verwendet man in Probe D 100 Gewichtsteile Glycerin-bis-8-(oder 9)-[3,4-epoxy-tetrahydro-exo-dicyclopentadienyl]-äther mit einem Epoxydgehalt von 4,9 Epoxydäquivalenten je Kilogramm und 56 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäurcanhydrid als Härtungsmittel, in Probe E 100 Gewichtsteile Athylenglykol-bis-(3,4-epoxy-tetrahydro-exo-dieyelopentadienyl)#äther mit einem Epoxydgehalt von 5,05 Epoxydäquivalenten je Kilogramm und 58 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel; in Probe F 100 Gewichtsteile der Diepoxydverbindung der Formel mit einem Epoxydgehalt von 6,4 Epoxydäquivalenten je Kilogramm und 42 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel und in Probe G 100 Gewichtsteile der Polyepoxydverbindung der Formel mit einem Epoxydgehalt von 6,4 Epoxydäquivalenten je Kilogramm und 81,5 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel. Die Härtung erfolgte bei allen Proben während 24 Stunden bei 140'C +24 Stunden bei 200'C. Die an den Platten bestimmten Lichtbogenfestigkeiten und Kriechstromfestigkeiten erreichten bei den gehärteten Proben D, E, F und G alle die höchste Stufe L 4 bzw. T 5.

Beispiel 4 Zur Herstellung von Löschkammern und von Prüfplatten, analog wie im Beispiel 1, verwendet man folgende Gießharzmischungen: In Probe H wurden 100 Gewichtsteile der im Beispiel 1 verwendeten Diepoxydverbindung mit einem Epoxydgehalt von 6,2 Epoxydäquivalenten je Kilogramm und 75 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel, in Probe J 100 Gewichtsteile des im Beispiel 2 (Probe Q beschriebenen. Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt von 5,3 Epoxydäquivalenten je Kilogramm und 77 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel eingesetzt. Beiden Proben wurden 6 Gewichtsteile eines Natriumalkoholates, welches durch Auflösen von 0,82 Gewichtsteilen Natriummetall in 100 Gewichtsteilen 2,4-Dihydroxy-3-hydroxymethyl-pentan bei etwa 130'C erhalten wird, als Beschleuniger sowie 300 Gewichtsteile Siliciumdioxyd und 50 Gewichtsteile Aluminiumoxydtrihydrat als Füllmittel zugesetzt.
Die Härtungsbedingungen waren für Probe H 6 Stunden bei. 1 lO'C und für Probe J 16 Stunden bei 140'C.

In der folgenden Tabelle sind die an Hand von Prüfplatten bestimmten Lichtbogenfestigkeiten, mechanischen Form ' beständigkeiten in der Wärme nach M a r t e n s (DIN) und Biegefestigkeiten der' gehärteten Proben H und J gegenübergestellt:

Proben Härtungsbedingungen Lichtbogenfestigkeit Mechanische Forinbeständigkeit Biegefestigkeit

in der Wärtne nach

Stunden bei 'C Stufe Martens (DIN) 'C kg/mrn2

H 6 110 L 4 138 7,1

J 16 140 L 1 110 7,3

Beispiel 5 Zu je 100 Gewichtsteilen der im Beispiel 1 beschriebenen Diepoxydverbindung mit einem Epoxydgehalt von 6,2 Epoxydäquivalenten je Kilogramm werden in Probe K Methylendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, in Probe L Glutarsäureanhydrid und in Probe M Phthalsäureanhydrid als Härtungsmittel eingesetzt. Bei allen drei Proben wurden auf 1 Äquivalent Epoxydgruppen 0,9 Äquivalente Anhydridgruppen und als Beschleuniger 12 Teile des im Beispiel 4 beschriebenen Natriumalkoholates eingesetzt.

Die -so erhaltenen Gießharzmischungen wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben, zu Löschkammern und Platten vergossen. Die Härtungsbedingungen waren für Probe K 24 Stunden bei 160'C, für Probe L 24 Stunden bei 140'C und für Probe M 24 Stunden bei 120'C.
Während die Proben K und L die höchste Stufe L 4 bei der Bestimmung der Lichtbogenfestigkeit zeigten, ergab die Probe M die niedrigste Stufe L 1.
Beispiel 6 Zur Herstellung von Löschkammern und von Prüfplatten analog wie im Beispiel 1 verwendet man folgende Gießharzmischungen: Probe N wurde erhalten durch Lösen von 88,5 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid bei 400C in 100 Gewichtsteilen des Diglycidyläthers der allgemeinen Formel mit einem Epoxydgehalt von 6,2 Epoxydäquivalenten je Kilogramm; Probe 0 wurde erhalten durch Lösen von 30 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid bei 100'C in 100 Gewichtsteilen eines bei Raumtemperatur festen Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt von 2,4 Epoxydäquivalenten je Kilogramm, hergestellt durch Umsetzen von Epichlorhydrin mit Bis-[p-hydroxyphenyll-dimethylmethan in Gegenwart von Alkali. Beide Gießharzproben wurden wie im Beispiel 1 zu Löschkammern sowie in Aluminiumformen 12 - 12 - 0,4 cm zu Prüfplatten vergossen und einheitlich während 24 Stunden bei 140'C gehärtet.
Die an den Platten bestimmte Lichtbogenfestigkeit ergab für die gehärtete Probe N die höchste Stufe L 4 und für die gehärtete Probe 0 die tiefste Stufe L 1.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung eines Kunststoffmaterials, das durch Härtung einer cycloaliphatischen 1,2-Epoxydverbindung, die eine 1,2-Epoxydäquivalenz größer als 1 besitzt, mit einem cycloaliphatischen oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydrid als Härtungsmittel erhalten wird, flür die mit dem bei der Betätigung auftretenden Lichtbogen in Berührung kommenden Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte.
2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die cycloaliphatische 1,2-Epoxydverbindung mit 1,2-Epoxydäquivalenz größer als 1 mindestens eine am cycloaliphatischen Ring sitzende, innere 1,2-Epoxydgruppe enthält. 3. Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die cycloalipliatische 1,2-Epoxydverbindung mit 1,2-Epoxydäquivalenz größer als 1 als aktiven Verdünner ein cycloaliphatisches Monoepoxyd beigemischt enthält.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1115 921.