DE1938636A1

DE1938636A1 - Isoliermassen

Info

Publication number: DE1938636A1
Application number: DE19691938636
Authority: DE
Inventors: Markowski Henry Joseph
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1969-07-30
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3571491A; JPS4731937B1; ES369156A1; BR6911270D0; GB1269414A; FR2016217A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Isoliermaterialien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Isolienaaterialien, die sich durch verbesserte mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnen.

Materialien auf Polyesterharz-Basis ebenso wie Kombinationen solcher Materialien mit Epoxidharzen werden für elektrische Isolierzwecke allgemein verwendet. Gleichfalls allgemein bekannt sind solche Polyester-Epoxidharz-Massen, die so getrocknet werden können, daß ihre Oberfläche eine verhältnismäßig geringe Klebrigkeit aufweist, wenn sie auf Bänder und ähnliches Material aufgebracht und anschließend endgülzum unschmelzbaren Zustand ausgehärtet werden. Es hat sich jedoch ganz allgemein gezeigt, daß eine Kombination guter mechanischer und elektrischer Eigenschaften in einem Material

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• schwierig zu erhalten iat. Während es verhältnismäßig einfach iat, Materialien zu erhalten, die auf Bänder auf gebracht und getrocknet, flexibel sind und gute mechanische Eigenschaften aufweisen, zeigen solche Materialien nach Überführung in den unschmelzbaren Endzustand mangelhafte elektrische Eigenschaften. Ahnlich zeigen Materialien, die auf gute elektrische Eigenschaften ausgelegt sind, mangelhafte mechanische Eigenschaften.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch, ein Gemisch aus säurereichem gesättigten Polyester, Epoxidharz und Polyvinyl- ^ azetal mit einem feinteiligen Füllstoff gelöst.

Auf kennzeichnende Weise wird der säurereiche Polyester der vorliegenden Erfindung aus etwa 20-50 Mol % einer gesättigten aliphatischen Säure wie z.B. Adipinsäure _s bis zu 25 Mol # einer aromatischen Säure wie Isophthalsäure, 35-45 Mol $ eines Diols, wie z.B. Propylenglycol und etwa 1-10 Mol # eines Triols, wie z.B. Trimethylolpropan zusammen mit Spuren einer Substanz wie z.B. Triphenylphosphit als Katalysator hergestellt.

Als gesättigte aliphatisch« Säuren eignen sich neben Adipinsäure die Sebazinsäure, Azelainsäure, Suberinsäure und Dode- W kasäuren u.a., die allgemein eine Kohlenstoffkette von minrdeetens 2 Kohlenstoffatomen enthalten und dem !aehmann geläufig sind. Anstelle der Isophthalsäure können auch, die !Terephthalsäure oder Mischungen der Iso- und !Derephthalsäuren ebenso wie die niedrigen Alkylester dieser Säuren Verwendung finden. Hierfür eignen sich alle cc-, ω-aliphatischen Diole, die eine Kette von etwa 2 bis etwa 15, vorzugsweise 2 bis 5 Kohlenstoffatomen aufweisen, wie z.B. neben Propylenglyool, das Neopentyl-, Äthylen-, 1,4-Butan- und. andere Diole und ihre Mischungen. Als Zumisohung mit oäsr anstelle des Erimethylolpropans eignen ei oh Glyzerin, fri(2-iiydroxyäthyl)-isooyanurat (SHEIO), CrimetyloTätha», SorMt₅ Man.it, Pentaerythrit, Diglyzerin, ^pentaerythrit uaä ifere Mischung©»·

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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind alle herkömmlichen Epoxy- oder Äthoxyharze brauchbar, die 1,2~Epoxy-Gruppen aufweisen. Hierher gehören die herkömmlichen Bisphenol A-Diglycidäther-Epoxidhärze ebenso wie Harze, die sich von Polyolefinen, Glyceriden oder Ölen ableiten. Solche Harze sind allgemein "bekannt. Zu den "brauchbaren Epoxidharzen gehören die sogenannten Epoxid-Novolacharze und die cycloaliphatischen Epoxidharze. Ein besonders vorteilhafter Epoxidharz· ist Epon 828, der von der Shell Chemical Company vertrieben wird und ein flüssiger Diglycidäther des Bisphenol A ist und ein Epοxyäquivalentgewicht von 185 - 192 aufweist. Epon 1002 ist ein normalerweise festes BisphenolA-Diglyeidätherprodukt, das ein Epoxyäquivalentgewicht von etwa 875 — 1025 aufweist. Ein typischer Epoxynovolacharz ist Dow DEN 438, der ein Epoxyäquivalentgewicht von etwa 175 - 182 aufweist. Gleichfalls brauchbar sind cycloaliphatische Epoxyharze wie z.B. Union Carbide EELA 4221, das ein Epoxyäquivalentgewicht von 126 - 140 aufweist und EBLA 4201 mit einem Epoxyäquivalentgewicht von etwa 145 - 156.

Typisch für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbaren Polyvinylacetalmassen ist das unter der Handelsbezeichnung "Formvar 7/95E" von der ShawjLnigan Resins Corporation vertriebene Produkt. Diese Masse enthält etwa 5-6,5 Gew.^ Hydroxylgruppen, ausgedrückt als Prozent Polyvinylalkohol und 9>5 - 13 i· Acetat ausgedrückt als Polyvinylacetat und etwa 82$ Formal, ausgedrückt als PοIyvinylformal.Das Molekulargewicht dieses Materials beträgt durchschnittlich etwa 16 000 - 20 000 und sein spezifisches Gewicht/ ist 1,227. Ein anderes im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbares Material dieser Art ist "Pormvar 15/95E". Dieses Material weist ein Molekulargewicht von etwa 24 000 - 40 000, einen Hydroxylgehalt, ausgedrückt als Prozent Polyvinylalkohol von 5,0 - 6,0 fo, einen Acetatgehalt, ausgedrückt als Prozent Polyvinylacetat von 9_f5 - 13»O%, einen Formalgehalt, ausgedrückt als Prozent Polyvinylformal von etwa 82$ und ein

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spezifisches Gewicht von 1,227 auf. Gleichfalls eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindungen Mischungen solches Materialien.

Als Füllstoffe eignen sich feinteilige Metalloxide, vorzugsweise pyrogen gewonnenes Siliciumdioxid wie z.B. Oa"b-O-Sil, das von der Godfrey L. Cabot Company vertrieben wird, Gleichfalls geeignet sind Miero-Cell-Silicate, die von der Jones-Manville Company hergestellt werden, tonartige Attagel-Materialien der Minerals and Chemicals Corporation, Bentonit und anderethixotrope Substanzen, die dem Fachmann bekannt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beispiele näher beschrieben. Soweit nicht etwas anderes ausdrücklich vermerkt ist, beziehen sich alle Teile auf das Gewicht«

Beispiel 1

Ein Polyester, der ein Verhältnis Hydroxyl t !Carboxyl von 1 ι 1,081 aufweist, wurde dadurch hergestellt, daß 547 Teile Adipinsäure, 224 Teile Isophthalsäure, 317 Teile Propylenglycol, 43 Teile Trimethylolpropan und 1,7 Teile Triphenylphosphit als Katalysator während 18 Stunden bei 225⁰C oder so lange zur Umsetzung gebracht wurden, bis das Material eine Säure-zahl von 76,3 und ein theoretisches Säureäquivalentgewicht, bezogen auf Carboxyl, von 1077 aufwies.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, daß anstelle des Trimethylolpropans 83,4 Teile THEIC eingesetzt wurden und die Umsetzung bis zu einer Säurezahl von 78,3 durchgeführt wurde. Das Verhältnis Hydroxyl ι Carboxyl betrug 1 f 1,09. Das theoretische Säureäquivalentgewicht, bezogen auf Carboxyl, betrug 1121.

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■ Beispiel 3

"Beispiel 1 wurde unter Anwendung von 485 Teilen Sebazinsäure, 398 Teilen Isophthaisäure, 243 Teilen Propylenglycol, 78,3 Teilen Trimethylolpropan und 1,2 Teilen Triphenylphosphit wiederholt, wobei das erhaltene Material eine Säurezahl von 56 und ein Verhältnis Hydroxyl t Carboxyl von 1 ι 1,32 aufwies.'

Allgemein ausgedrückt werden erfindungsgemäß 30 - 90 Teile, vorzugsweise 45-65 Teile des säurereichen Polyesters, 10 - 70 Teile, vorzugsweise 35 - 55 Teile Epoxidharz zusammen mit 50 -'25O Teilen, vorzugsweise 100 - 200 Teilen PoIyvinylacetallösung und 0,1 - 10 Teile, vorzugsweise 0,5 - 3 Teile des feinteiligen Füllstoffs zusammen mit den üblichen Mengen eines Härtungsmittels für Epoxidharz, normalerweise 0,5 - 5$» vorzugsweise 1 - 3$ bezogen auf das Gewicht des Epoxidharzesivereinigt. Die verwendete Polyvinylacetallösung ist eine 10-Gew.^ige Lösung aus Polyvinylacetal, insbesondere iOrmvar 15/95E in einer Lösung aus 60 Gew.^ Toluol und 40 Gew.^ Äthanol. Um die gewünschte Menge Polyvinylacetal zu erhalten, können auch andere Konzentrationsverhältnisse gewählt werden. Die folgenden Beispiele zeigen die Herstellung von Zwischenprodukten für die erfindungsgemäßen Überzugsmassen.

Beispiel 5

Es wurden 60 Teile des säurereichen Polyesters nach Beispiel 2, 40 Teile DEN 438 Epoxidnovolacharz, 67 Teile Toluol und 0,40 Teile eines Zinn(II)οetoats als Beschleunigervermischt.

Beispiel 6

Es wurden 50 Teile des säurereichen Polyesters naoh Beispiel 2, 25 Teile DEN 438 Epoxidnovolacharz, 25 Teile Epon 1002,. 67 Teile Toluol und 1,0 Teil Zinn(II)οetoet miteinander vermi s cht.

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Beispiel 7

Es wurden 48,5 Teile des säurereichen Polyesters nach Beispiel 2, 51,5 Teile einer"Mischung aus gleichen Sewichtsteilen Epon 1002 und 1004, 67 Teile Toluol und 1,03 Teile Zinn(II)octoat vermischt.

Zu den Materialien nach den Beispielen 5, 6 und 7 wurden verschiedene Mengen pyrogen gewonnenes Siliciumdioxid und Polyvinylacetal oder beides hinzugegeben, die erhaltenen Materialien auf Stahlflächen aufgebracht und während 10 Stunden bei 160 0 ausgehärtet. Der Dämpfungsfaktor und die Kapazität des ausgehärteten Materials wurden mit 10 Volt/mil und bei 130⁰C untersucht. Die bei der Prüfung solcher Materialien erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle I aufgeführt.

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Tabelle I

Gew.Teile Gew.Teile Polyvinyl-

Harz Pyr. SiOp acetal Dämpfgsf. Kapazität Beispiel Beispiel Zusatz Zusatz(fest) % (pj) χ 100

CX)	5	1.67	—	12.50	16.39
9	5	-	-	14.60	17.65
10	5	1.67	8.35	2.90	3.03
11	5	—	8.35	12.10	4.48
12	5	1.67	16.70	4.35	2.92
13	5	-	16.70	10.66	3.07
14	6	1.67	-	3.90	9.46
15	6	—	-	4.44	10.14
16	6	. 1.67	8.35	1.10	2.98
17	6	-	8.35	14.00	3.96
18	6	1.67	16.70	1.56	2.52
19	6	—	16.70	21.50	■ 3.01
20	7	0.84	-	10.30	6.55
21	7 ·	-	-	20.00	7.26
22	7	0.84	8.35	9.75	2.69
23	7	-	8.35	82.00	4.97
24	7	0.84	16.70	15.14	2.84
25	7	_[ΙΙΓ.	16.70	88.00	5.06

Aus der vorstehenden Tatelle ist zu entnehmen, daß die Verwendung allein des Polyvinylacetals den Dämpfungsfaktor und die Kapazität der Ausgangsmaterialien herabsetzt. Gleichfalls

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werden die Dämpfungsfaktor- und Kapazitätswerte durch. Verwendung feinteiliger Füllstoffe herabgesetzt. Besonders bemerkenswert ist, daß die Verwendung von feinteiligen IHiIlstoffen und von Polyvinylacetal eine deutliche Verbesserung des Dämpfungsfaktors und der Kapazität bewirkt, verglichen mit den Ergebnissen, die erhalten werden, wenn nur eines oder keines dieser Materialien Verwendung findet.

Zusätzlich zur vorteilhaften Wirkung auf die elektrischen Eigenschaften ergibt der Zusatz des Polyvinylacetat ein Material, das nach Aufbringung auf faserige Bänder, Glimmer- m papier und ähnlichem, in seinem getrockneten, jedoch ungehärteten Zustand, einen Überzug ergibt, der gleichzeitig biegsam und nicht klebrig ist, so daß das Band leicht auf elektrische Leiter oder als äußeres Band auf bereits isolierte elektrische leiter aufgebracht werden kann. Materialien der vorstehend beschriebenen Art, die kein Polyvinylacetal enthielten, waren, nachdem sie auf Bänder aus Glasleinen, aus synthetischem Harz oder auf Kombinationen aus synthetischem Harz und Glas aufgebracht wurden, nach 2-stündigem Trocknen bei 125 noch klebrig und schwierig zu handhaben. Wurde dagegen erfindungsgemäß das Polyvinylacetal verwendet, so wurden nach dem Trocknen Bänder erhalten, die zwar biegsam waren, jedoch nur eine geringe oder keine Klebrigkeit mehr aufwiesen P und leicht um elektrische Leiter gewickelt werden konnten. Weiterhin beträgt die Lagerbeständigkeit der vorliegend beschriebenen Bänder mehr als ein Jahr. Die mit den vorstehend beschriebenen Materialien überzogenen und imprägnierten Bänder ο wiesen außerdem elektrische Eigenschaften auf, die mit den vorstehend genannten vergleichbar waren, Die Aushärtungszeit ist ab* hängig von der Temperatur. Beispielsweise zeigte ein mit dem co Material nach Beispiel 6 überzogenes Glasband nach einer Här- _a tungszeit von 6 Stunden bei 160 C einen Dämpfungsfaktor von ^y 18,3 % und eine Kapazität von 2,95 bei 130°C. Insbesondere aus «·> Glasgewebe hergestellte oder Glasmaterial enthaltende Bänder, die mit den vorliegenden Harzen überzogen und imprägniert sind, eignen sich als vollständige elektrische Isolierung und sind vor allem vorteilhaft als Armierungsbänder, die um bereits mit

gewöhnlichen Bändern isolierte Leiter gewickelt werden können. Die erfindungsgemäßen Materialien können deshalb zur Behandlung einer Glimmerpapierisolierung und gleichfalls als Armierung über der Isolierung verwendet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß elektrische Isolier- und Armierbänder hergestellt werden können, die in ihrem trockenen, nicht-gehärteten Zustand leicht angewendet werden können und sich nach ihrer Härtung durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnen. Es wird ausdrücklich darauf aufmerksam gemacht, daß die gesamte Offenbarung in der Beschreibung als erfindungswesentlich zu betrachten ist.

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Claims

ANSPRÜCHE

Ij Elektrische Isoliermasse, dadurch gekenn- ^ zeichnet, daß sie einen säurereichen gesättigten

Polyester, einen Epoxidharz mit 1,2-Epoxidgruppen, Polyvinyl-

acetal und feinteiligen Füllstoff enthält.

2. Isoliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile, ausgedrückt in Gewichtsteilen, in einer Menge von 30 - 90 Teilen Polyester, 10 - 70 Teilen Epoxidharz, 50 - 250 Teilen Polyvinylacetal als 10 %ige Lösungsmittellösung und 0,1 - 10 Teilen feinteiligem Füllstoff vorliegen.

3. Isoliermasse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bestandteile, ausgedrückt in Gewichtsteilen, in einer Menge von 45 - 65 Teilen Polyester, 35 - 55 Teilen Epoxidharz, 100 - 200 Teilen Polyvinylacetal als 10 %ige Lösungsmittellösung und 0,5-3 Teilen feinteiligem Füllstoff vorliegen.

4. Isoliermasse nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß der Polyester das Reaktionsprodukt aus etwa 20-50 Mol % einer gesättigten aliphatischen Säure und eine wirksame Menge von bis zu 25 Mol % einer aromatischen Säure aus der Gruppe der Isophthalsäure, Terephthalsäure, ihrer niedrigen Alkylester und ihren Mischungen und etwa 1-10 Mol % eines Triols enthält.

5. Isoliermasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Triol Tri-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat ist.

β. Isoliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie 50 - 90 Teile eines säurereichen Polyesters und 10 - 50 Teile eines flüssigen Epoxidharzes

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enthält, der 1,2-Epoxidgruppen aufweist.

7. Isolierband, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Masse nach den Ansprüchen 1 bis 6 überzogen und imprägniert ist.

8. Elektrische Leiter, dadurch gekennzeichnet , daß er mit dem Isolierband nach Anspruch 7 umwickelt ist.

9. Verwendung einer Isoliermasse nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung eines Isolierbandes.

10. Verwendung einer Isoliermasse nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters.

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