DE1640593B1

DE1640593B1 - Platte und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE1640593B1
Application number: DE19681640593
Authority: DE
Inventors: Robert Salzmann
Original assignee: INKU AUSSEN und BINNEN HANDELS
Current assignee: INKU AUSSEN und BINNEN HANDELS
Priority date: 1967-03-10
Filing date: 1968-02-28
Publication date: 1970-08-27
Also published as: AT277592B; CH510319A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Platte für elektrische Isolationszwecke und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Platte.

Mit der österreichischen Patentschrift 213 066 ist bereits vorgeschlagen worden, korrosionsbeständige Gegenstände für die chemische Industrie aus mehreren Schichten von mit mineralischen Stoffen gefüllten Polyesterharzen und Epoxyharzen herzustellen, wobei in sämtlichen Schichten des Gegenstandes Fasern aus anorganischem Material vorgesehen werden. Gemäß der österreichischen Patentschrift 213 066 gegebenenfalls hergestellte Platten mit zwei Deckschichten aus Polyesterharz oder Epoxyharz und einem dazwischenliegenden Kern aus Epoxyharz oder Polyesterharz besitzen wegen der in sämtlichen Schichten vorgesehenen anorganischen Fasern eine für elektrische Isolationszwecke in den meisten Fällen nachteilige Struktur.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 045 499 ist es bekanntgeworden, Gießharze für die Herstellung schichtweise aufgebauter elektrischer Isolierkörper zur Beeinflussung mechanischer und dielektrischer Eigenschaften mit Stoffen verschiedener Art, z. B. Glasfasern, Quarzmehl oder Quarzsand, zu strecken und damit die einzelnen Schichten des Isolierkörpers nach Wunsch und Bedarf hinsichtlich der Eigenschaften abzustufen. In der Zeitschrift »Kunststoffe«, Bd. 5, H. 6, S. 449 (1965), ist berichtet worden, daß Schichtpreßstoffe aus Phenolharz-Glasgewebe gute mechanische Eigenschaften (Biege-Bruch-Festigkeit) aufweist.

Es ist nun Ziel der Erfindung, eine Platte für elektrische Isolationszwecke derart zu gestalten, daß sie sowohl hohe mechanische Festigkeit als auch hervorragende elektrische Eigenschaften besitzt. Dies ist bei einer für elektrische Isolationszwecke bestimmten Platte der Fall, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie durch Polyesteroder Epoxyharz gebundene mineralische Stoffe in pulveriger oder feinkörniger Form in einem Gewichtsverhältnis des Harzes zu den mineralischen Stoffen von 1:0,8 bis 1:4 enthält und beidseitig eine Deckschicht von in Polyester- oder Epoxyharz eingebetteten Fasern aus anorganischem Material in einem Gewichtsverhältnis von 3:7 bis 7:3 Fasermaterial zu Harz aufweist.

Die faserverstärkten Oberflächenschichten verleihen der Platte eine große Biege- und Bruchfestigkeit, wobei sich die Festigkeitserhöhung der durch die Faserarmierung zugfest gemachten Schichten insbesondere dadurch ergibt, daß diese Schichten durch die Zwischenschicht in Abstand gehalten werden. Diese Schichten wirken ähnlich wie die Zug- und Druckgurten eines Trägers. Die aus Harz und mineralischen Stoffen gebildete Mittelschicht kann nun einen hohen Gehalt an mineralischen Stoffen, wie Anhydrit, Quarz, Gips od. dgl., enthalten, ohne daß dadurch die Festigkeit der Platte verringert oder die Sprödigkeit erhöht wird, da ja die Festigkeit durch die Faserschichten gewährleistet ist, und es können auf diese Weise eine sehr große Isolationswirkung und eine große Durchschlagfestigkeit erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Platte besteht darin, daß eine flüssige oder pastöse Mischung der Komponenten eines Polyester- oder Epoxyharzes und mineralischen Stoffen in pulveriger oder feinkörniger Form, vorzugsweise Anhydrit oder Quarz, im Gewichtsverhältnis 1:0,8 bis 1:4, insbesondere 1:1 bis 1:3, in den Zwischenraum zwischen zwei eine Form für die Platte begrenzenden Wänden eingebracht wird, von welchen vorher innen mit einer Schicht von geliertem, mit mineralischen Fasern verstärktem Polyester- oder Epoxyharz, im Gewichtsverhältnis von 3 :7 bis 7:3, insbesondere 4: 6 bis 6:4, Fasern aus anorganischem Material, insbesondere Glas- oder Asbestfasern, belegt wurden. Auf diese Weise können in der Form die Schichten aufgebaut werden. Die faserverstärkten ίο Oberflächenschichten können hierbei gemäß der Erfindung entweder an den Formwänden selbst bei auseinandergenommener Form aufgebaut werden, oder es können diese Schichten auch vorgefertigt, beispielsweise kalandriert werden. Im weiteren ist wesentlich, daß diese Schichten bereits teilweise ausgehärtet sind, bevor die Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen in die Form eingebracht wird, damit diese Schichten als solche erhalten bleiben. Es ist aber auch wesentlich, daß die Aushärtung noch nicht vollständig erfolgt ist, damit eine gute Verbindung der Mittelschicht mit den faserverstärkten Schichten gewährleistet ist. Es ist daher für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich, daß ί diese faserverstärkten Oberflächenschichten sich in geliertem Zustand befinden, wenn die die Mittelschicht bildende Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen eingebracht wird.

Zur Erreichung hoher Isolationswerte der Platte ist es vorteilhaft, daß Lufteinschlüsse in der Platte vermieden werden, da solche Lufteinschlüsse die Isolationswerte und die Durchschlagfestigkeit der Platte herabsetzen. Um solche Lufteinschlüsse zu vermeiden, kann gemäß der Erfindung das Harz mit den mineralischen Stoffen vor Einfüllen in die Form unter Unterdruck vermischt werden. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, daß die zur Verwendung gelangende Mischung vor dem Eingießen frei von oder.möglichst arm an Lufteinschlüssen ist. Zweckmäßig wird ein Vakuum von 5,0 Torr angewendet. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Vakuum von 50 Torr bereits eine weitgehende Blasenfreiheit der Mischung erreicht werden kann. Bei extrem hohen Anforderungen an die Durchschlagfestigkeit erfindungsgemäßer Platten kann eine völlige Blasenfreiheit dieser Platten erreicht j

werden, wenn bei Herstellung derselben gemäß der * Erfindung dem Harz ein Lösungsmittel zugesetzt wird und dieses Lösungsmittel beim Vermischen unter Unterdruck im wesentlichen zur Gänze verdampft wird. Diese Möglichkeit ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Platten mit durch Polyesterharz gebundenen mineralischen Stoffen anwendbar, da in diesem Falle bereits verdampftes monomeres Quervernetzungsmittel zur Entfernung von Gaseinschlüssen im Gemisch der Komponenten des PoIyesterharzes und der mineralischen Füllstoffe ausgenutzt werden kann. Bei Verwendung von einem Gemisch aus ungesättigten Polyestern und Styrol als Polyesterharzkomponente kann dementsprechend gemäß der Erfindung als Lösungsmittel überschüssiges Styrol, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 7%> insbesondere 3 bis 5%) bezogen auf das Gemisch der Polyesterharzkomponenten, verwendet werden. Um nun die Bildung von Luftblasen auch während des Eingießens mit möglichster Sicherheit zu vermeiden, wird zweckmäßig die Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen in die hochkant gestellte Form von unten eingegossen oder eingepreßt, wobei noch durch Rütteln oder durch Anwendung

von Ultraschall weiter einer Blasenbildung entgegengewirkt und eine vollständige Ausfüllung der Form gewährleistet werden kann.

Das Eingießen oder Einpressen der Mischung von Harzkomponenten und mineralischen Stoffen in eine Form, deren Wände sich in festem Abstand untereinander befinden, bringt wesentliche Vorteile gegenüber einem Pressen in Preßformen in bezug auf die Maßhaltigkeit und vor allem in bezug auf die gleichmäßige Dichte der Platte mit sich, da auf diese Weise ein gleich großer Fülldruck gewährleistet werden kann. Es- ist aber auch der Aufwand wesentlich geringer als bei Preßformen. Um die Form besser ausnutzen zu können und eine gleichmäßigere Durchhärtung zu ermöglichen, kann gemäß der Erfindung so vorgegangen werden, daß die Platten bis zur beginnenden Formbeständigkeit in der Form und hierauf in ausgeformtem Zustand hängend ausgehärtet werden, wobei die Aushärtung gegebenenfalls durch Wärme (50 bis 15O⁰C, insbesondere 70 bis 100⁰C) beschleunigt wird. Dadurch, daß die völlige Aushärtung der Platten frei erfolgt, wird gleichmäßigeres Durchhärten gewährleistet, so daß ein nachträgliches Verziehen der Platten nicht zu befürchten ist, und dadurch, daß die völlige Aushärtung der Platten in hängender Lage erfolgt, wird die ebene Form der Platten gewährleistet.

Obzwar Epoxyharze wegen ihrer Reaktion mit Hydroxylgruppen von Polyesterharzen einen festen Verbund zwischen ausgehärtetem Epoxyharz und ausgehärtetem Polyesterharz bewirken, ist es doch zweckmäßig, sowohl in den Deckschichten als auch in der Zwischenschicht die gleiche Harztype vorzusehen.

Für erfindungsgemäße Platten sind als mineralische Stoffe außer Anhydrit beispielsweise Gips, auch gebrannter Gips, Baryt, Strontianit und silikatische Gesteine, wie Granit, Asbestmehl, brauchbar.

Außer Glasfasern können in den Deckschichten der erfindungsgemäßen Platte auch Asbestfasern oder Schlackenwolle enthalten sein.

Die zur Herstellung der Platten verwendeten Komponenten der Epoxyharze und Polyesterharze sind an sich bekannt, und die Aushärtung der Komponenten zum Harz erfolgt ebenfalls in an sich bekannter Weise. Selbstverständlich werden auch im vorliegenden Falle die Formwände mit üblichen Formtrennmitteln versehen.

Platten mit besonders wertvollen elektrischen und mechanischen Eigenschaften werden erhalten, wenn Epoxyharze zur Herstellung derselben verwendet werden, da diese mit den an der Oberfläche Hydroxylgruppen aufweisenden Fasern aus anorganischem Material und den pulverigen oder feinkörnigen mineralischen Stoffen chemisch reagieren und damit einerseits einen festen Verbund ergeben und anderseits den Isolationswiderstand der Platte, insbesondere unter Feuchtigkeitseinfluß, stark erhöhen. Für gewisse Anwendungsfälle erscheint es zweckmäßig, die Platte auch an den Schmalseiten mit Deckschichten aus glasfaserverstärkten Epoxyharzen bzw. Polyesterharzen zu versehen. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn erfindungsgemäße Plätten in feuchter Atmosphäre eingesetzt werden sollen. Die Stärke der Deckschichten soll zweckmäßig mindestens 0,3 mm betragen. Bei einer Gesamtstärke der Platte von mehr als 10 mm wird die Stärke der glasfaserverstärkten Deckschichten zweckmäßig proportional der Gesamtstärke der Platte erhöht. Durch entsprechende Kombination der Mengenverhältnisse von Harz und Füllstoffen und der Schichtstärke der einzelnen Schichten lassen sich für einen bestimmten elektrischen Verwendungszweck besonders geeignete Platten herstellen. In dieser Weise gelingt es, Platten für elektrische Isolationszwecke herzustellen, deren elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften in derart günstiger Weise kombiniert sind, wie es nach den bisher bekannten Verfahren nicht oder nur unter unverhältnismäßig hohen Xosten möglich ist. Im besonderen weisen die in der beschriebenen Art hergestellten Platten eine hervorragende Kriechstromfestigkeit, (Stufe Γ 5 bzw. Ka 3 c nach VDE 0303), einen Oberflächen widerstand von 71 · 10¹² Ohm und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 0,72 · 10¹⁵ Ohm · cm auf. Die genannten Platten fallen in die Wärmebeständigkeitsklasse B. In der folgenden Tabelle sind nach VDE-Vorschriften gemessene elektrische Werte einer Platte angegeben, die aus einem luftblasenfreien Kern aus gebranntem Gips und mit Styrol vernetztem Polyesterharz (60% Gips + 40% Kunstharz) besteht und die beidseitig 0,3 mm dicke Decklagen aus glasfaserverstärktem Polyesterharz besitzt.

Dicke der Platte

Fläche der Platte

Durchschlagspannung unter öl

Durchschlagfestigkeit unter öl

Durchschlagspannung in Luft in Kugelsenkung

Durchschlagfestigkeit in Luft in Kugelsenkung

Kriechstromfestigkeit

Lichtbogenfestigkeit

Wasseraufnahme, Probe 50 · 50 mm²

Bei Verwendung von Asbestfasern statt Glasfasern in den Deckschichten kann die Lichtbogenfestigkeit von Ll auf L4 erhöht werden. Einzeln oder in Kombination können beispielsweise die Platten folgende Merkmale aufweisen:

7,9 mm

1000 · 1000 mm²
116 kV auf 7,9 mm
147 kV/cm
50 kV auf 1,2 mm
41,6 kV/mm
Stufe T 5 (KA 3 c)
Stufe L 2
4,2 mg/Probe

VDEOlIl §15d

VDE 0303/2 §9E

VDE 0303/Teil 1
VDE L303/Teil 5
DIN 53475

Stärke der Deckschicht

Stärke der Kernschicht

Gewichtsverhältnis Harz zu Faser ...
Gewichtsverhältnis Harz zu Füllstoff

0,3 mm
4,0 mm
1:1
1:0,8

1,0 mm
5,0 mm
1:1,5
1:1,2

2,0 mm
10 mm
1:2
1:1,5

5,0 mm
20 mm
1:3,5
1:1,7

6,0 mm
50 mm
1:2,7
1:2,0

Claims

Patentansprüche:

1. Platte für elektrische Isolationszwecke, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Polyester- oder Epoxyharz gebundene mineralische Stoffe in pulveriger oder feinkörniger Form in einem Gewichtsverhältnis des Harzes zu den mineralischen Stoffen von 1 :0,8 bis 1:4 enthält und beidseitig eine Deckschicht von in Polyesteroder Epoxyharz eingebetteten Fasern aus anorganischem Material in einem Gewichtsverhältnis von 3:7 bis 7:3 Fasermaterial zu Harz aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flüssige oder pastöse Mischung der Komponenten eines Polyester- oder Epoxyharzes und mineralisehen Stoffen in pulveriger oder feinkörniger Form, vorzugsweise Anhydrit oder Quarz, im Gewichtsverhältnis 1:0,8 bis 1:4 in den Zwischenraum zwischen zwei eine Form für die Platte begrenzenden Wänden eingebracht wird, von welchen beide vorher innen mit einer Schicht von geliertem, mit mineralischen Fasern verstärktem Polyester- oder Epoxyharz, im Gewichtsverhältnis von 3:7 bis 7:3, insbesondere 4:6 bis 6:4, Fasern aus anorganischem Material, insbesondere Glas- oder Asbestfasern, belegt wurden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch der Harzkomponenten mit den mineralischen Stoffen vor Einfüllen in die Form unter Unterdruck vermischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Harz ein Lösungsmittel zugesetzt wird und dieses Lösungsmittel beim Vermischen unter Unterdruck im wesentlichen zur Gänze verdampft wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Gemischen aus ungesättigtem Polyester und Styrol als Polyesterharzkomponenten überschüssiges Styrol, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 7°/₀, insbesondere 3 bis 5%> bezogen auf das Gemisch der Polyesterharzkomponenten, als Lösungsmittel verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Harzkomponenten und der mineralischen Stoffe in der hochkant gestellten Form von unten eingegossen oder eingepreßt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießen oder Einpressen der Mischung von Harz und mineralischen Stoffen unter Rütteln oder unter Anwendung von Ultraschall erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten bis zur beginnenden Formbeständigkeit in der Form und hierauf, in ausgeformtem Zustand, hängend ausgehärtet werden, wobei die Aushärtung gegebenenfalls durch Wärme (50 bis 150⁰C, insbesondere 70 bis 100° C) beschleunigt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Harzkomponenten und mineralischen Fasern auf den Formwänden bei auseinandergenommener Form aufgebaut werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten von Harzkomponenten und mineralischen Fasern in an sich bekannter Weise vorgefertigt, beispielsweise kalandriert, werden und in geliertem Zustand auf die Formwände aufgebracht werden.