DE2007243A1 - Polyurethane for electrical conducting orins - Google Patents

Polyurethane for electrical conducting orins

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DE2007243A1
DE2007243A1 DE19702007243 DE2007243A DE2007243A1 DE 2007243 A1 DE2007243 A1 DE 2007243A1 DE 19702007243 DE19702007243 DE 19702007243 DE 2007243 A DE2007243 A DE 2007243A DE 2007243 A1 DE2007243 A1 DE 2007243A1
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polyurethane
chemical
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isocyanates
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • HELECTRICITY
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    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002Inhomogeneous material in general
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    • H01B3/302Polyurethanes or polythiourethanes; Polyurea or polythiourea

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Description

  • Anwendung, Herstellung und Verarbeitung eines elektrisch bzw.
  • thermisch leit- oder isolierfähigen Gieß-, Einbettungs- und Uberzugsmaterials für den entsprechenden Anwendungsbedarf in der Elektroindustrie.
  • Die Erfindung betrifft die Anwendung, Herstellung und Verarbeitung eines elektrisch bzw. thermisch leit- oder isolierfähigen Gieß-, Einbettungs- und Uberzugsmaterials für den entsprechenden Anwendungsbedarf in der Elektroindustrie.
  • Der Zweck der Erfindung ist es, ein für andere Zwecke bereits bekanntes, vom wirtschaftlichen Standpunkt aus sehr preiswertes und technisch überdies sehr einfach zu handhabendes Material, chemisch und verfahrenstechnisch so Zu verarbeiten, dass es für den speziellen Anwendungsbedarf in der Elektroindustrie eingesetzt werden kann.
  • Der jetzige Stand der Technik ist bekannterweise derart, dass bereits eine Vielzahl von Verguß-, Einbettungs- und Uberzugsmassen und Materialien in der Elektroindustrie verwendet werden.
  • Von den Materialien, die nach dem neueren Stand der Technik verwendet werden, sind diverse Silicon-Kautschuke und Epoxydharze am gebräuchlichsten und am meisten verbreitet.
  • Vom wirtschaftlichen Standpunkt ist dazu zu bemerken, dass z.B. dafür geeignete Epoxydharze auch in grösseren Mengen über DM 10,-- / kg. kosten, und die Silicon-Kautschuke kaum unter DM 25,-- / kg. zu haben sind.
  • Rein technisch gesehen ist zu bemängeln, dass zwar die elektrischen Werte dieser Materialien ausgezeichnet sind, dafür aber einige andere Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
  • Beim isolationstechnisch hervorragenden Silicon-Kautschuk z.B., die geringe Reiß- und Abriebfestigkeit, die es kaum zuläßt, dieses Material als Endüberzug einzusetzen, da dann große mechanische Beschädigungsgefahr besteht.
  • Beim Epoxydharz wiederum, welches neben guten elektrischen Werten auch eine sehr gute Oberflächenhärte aufweist, ist zu bemängeln, dass die chlag- und Splitterfestigkeit nicht besonders hoch ist, und somit mechanische Beschädigungen durch spontane Rißbildung bis auf stromführende Teile durchgehen können, wodurch so eingegossene Teile, die hohe Spannzungen führen, unbrauchbar werden. Da in diesem Material außerdem, durch die chemische Aushärtung bedingt, keinerlei Elastizität zurückbleibt und auch eine gewisse innere mechanische Vorspannung entsteht, ist sehr oft zu beobachten, dass so vergossene Teile bereits bei normalen srbeitsbedingungen, besonders aber bei den unvermeidbaren kurzzeitig auftretenden Überlastungen und der dadurch von innen heraus entstehenden wärme- und kältebedingten Ausdehnung bzw. Schrumpfung, von innen heraus das starre Vergußmaterial sprengen und sich ständig vergrössernde bis an die Oberfläche durchgehende Risse bilden, was gleichfalls zur Unbrauchbarkeit des Teiles führt.
  • Um dieser Erscheinung zu begegnen behilft man sich teilweise dadurch, dass man die dimensionsverändernden Teile mit S con-Kautschuk vergießt und diese dann wiederum mit Epoxydharz umhüllt. Die verfahrens- und verarbeitungstechnisch recht hohe Aufwendigkeit dieses Verfahrens liegt auf der Hand.
  • Ausserdem ist noch die lange, sich meist über mehrere Stunden erstreckende Aushärtungszeit dieser Materialien zu bemängeln, wodurch die eo behandelten Teilfabrikate bis zur ileiterverarbeitung meist pauaieren müssen, was einer hochrationalisierten kontinuierlichen Fertigung nicht sehr zutraglich ist und ausserdem einen erheblichen zusätzlichen räumlichen Platzbedarf erfordert, um die Teile bis zum Abschluß der iushärtungsreaktion lagern zu können.
  • Ausserdem wird bei Verarbeitung der Materialien, wenn diese nach Herstellervorschrift erfolgen soll, eine recht aufwendige und komplizierte Verarbeitungsmaschinerie empfohlen, wie z.B.
  • Mehrkomponenten-Vacuum-Vergießmaschinen etc.
  • In der meist üblichen Handverarbeitung zuviel angesetztes Material xtrd aufgrund der hohen Preise pro Kilogramm eine sehr teure Angele!fenFei fr den Verarbeiter.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem sehr preiswerten Grundmaterial, welches sich durch einfache Zusätze fUr en jeweiligen Verwendungszweck variieren läßt und sich für geringe Ansprüche auch unmodifiziert verarbeiten läßt, die biser bekannten Nachteile auf dem gleichen Anwendungsgebiet weitgehendst auszuschalten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein bereits einige Zeit auf dem Markt befindliches und in der Großverarbeitung bekanntes chemisches Material, welches für die entsprechende Anwendung in der Elektroindustrie bisher nicht geeignet erschien, durch Auswahl in letzter Zeit neu in den Handel gekommener geeigneterer Materialmodifikationen, oder entsprechender Änderungen in seiner chemischen Zusammensetzung anwendungstechnisch so verbessert wird, dass es für die genannten Zwecke brauchbar wird.
  • Bei diesem material handelt es sich um verschiedene unter dem Sammelbegriff "Polyurethane" bes-anntgewordene chemische Stoffe.
  • Man unterscheidet hier in Polyurethan-b^haumstnffe und Polyurethan-Elastomere.
  • Die gemeinsame chemische Grundlage für beide, sind die sogen.
  • Polyole als die das Endprodukt überwiegend best.amende Komponente und als zweites die sogen, Isocyanate, welch bei Vermischung mit der Polyolkomponente die chemische Reaktion hervorrufen. Polyurethanschäume sind wie schon der Name sagt, chemische Stoffe, welche durch entsprechende chemische Reaktion in der Lage sind, ein mehrfaches des Volumens der ursprünglichen Komponentenmischung zu erreichen und auszufüllen.
  • Polyurethanelastomere sind chemisch grundsätzlich das gleiche wie die Schäume, mit dem einzigen Unterschied, dass Elastomere durch das Fehlen des chemischen oder physikalischen Treibmittelanteils in den Komponenten durch den Ablauf der chemischen Reaktion keine Volumenvergrösserung im Sinne der Schäume erfahren.
  • Durch entsprechende Versuche hat sic nun gezeigt, dass bei richtiger Auswahl geeigneter Polyureth~1»Komponentensysteme, vor allem der neueren Systemreihen der Duromer- und Integralschäume, diese Materialien teilweise bereits im handelsüblich konfektionierten Zustand und teilweise durch entsprechende Zusätze verbessert, sehr wohl für den Bedarf der Elektroindustrie in punkto Gieß-, Einbettungs- und Uberzugsmaterialien, mit zufriedenstellenden Ergebnissen zu verwenden sind.
  • Als besonders interessantes Versuchsergebnis ist zu werten, dass man durch nachträgliches Zusetzen verschiedener pu7verförmiger Füllstoffe in die Polyolkomponente das Endprodukt soweit variieren kann, dass es nicht mehr mit den ursprünglich laut Herstellerangabe erreichbaren technischen, physikalischen und chemischen Werten identisch ist, also ein völlig neues Produkt entsteht.
  • Voraussetzung ist, dass die Teilchengrösse der Füllstoffe auf die Suspensionsfähigkeit des Polyols abgestimmt ist. Die Füllstoffe selber können sowohl aus metallischen als auch aus nichtmetallischen Stoffen oder Gemischen aus beiden bestehen.
  • So z.B. Al, Cu, Zn, Fe Pulver etc., Kaolin, Quarz, Keramik, Emaillepulver usw.
  • Durch Zugabe einzelner Füllstoffe oder Gemischen davon zum Polyol lassen sich je nach Wunsch thermische und elektrische Leit- und Isolierfähigkeit und auch die sonstigen technischen, physikalischen, chemischen und mechanischen Werte des Endproduktes in weitem Rahmen gezielt und reproduzierbar beeinflussen.
  • Die mit dem erfindungegemässen Verfahren erzielten Vorteile liegen einmal darin, dass die ausgewählten Polyurethankomponentensysteme im Durchschnitt nur DM 3,-- bis DM 4,-pro kg kosten. Bei Verarbeitung von Polyurethanschaumsystemen wird zum ausfüllen eines bestimmten Gesamtvolumens mengenmäßig nur ein Bruchteil der Materialmenge benötigt, die sonst erforderlich wäre um das gewünschte Volumen auszufüllen. Die Au8härtungazeiten bis zur Entformbarkeit und somit weiteren Verarbeitungsmöglichkeit der so behandelten Teile betragen nur wenige Minuten, lassen sich also in normalen Fabrikationstakt unterbringen und bieten somit eine bedeutende Zeit- und Raumersparnis. Wo aus Gründen von sehr hohen Anforderungen der Wärmeleitfähigkeit statt mit einem Polyurethanschaumsystem mit einem Polyurethanelastomersystem gearbeitet werden muss, bietet dieses Material zwar keine zusätzliche Kostenersparnis durch Volumenvergrösserung, wohl aber durch den gleichen billigen Grundpreis und die gleiche schnelle Taktzeit wie die Polyurethanschaumsysteme. Dass sich bei den verfahrensgemäss behandelten Teilen eine Gewichtsersparnis ergibt, welche sich frachtkostensenkend auswirkt, liegt auf der Hand.
  • Der besondere Vorteil liegt jedoch darin, dass man mit einem Lageraufwand von wenigen Grundmaterialtypen eine große Zahl einfacher Variationsmöglichkeiten zur Verfügung hat, um allen geforderten Verwendungszwecken ohne grossen Aufwand gerecht zu werden.
  • Etwa im Uberschuss angesetztes Material, welches durch Abschluss der Reaktionszeit nicht mehr zu verwenden ist, fällt aus preislichen Gründen weniger ins Gewicht, als bei konkurier-enden Verfahren.
  • Nicht zuletzt ist es wichtig zu betonen, dass aufgrund der bekannten Eigenschaften der Polyurethansysteme eine thermische und mechanische Beschädigungsmöglichkeit der verfahrensgemäss behandelten Teile normalerweise auszuschliessen ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des erfindungsgemäusen Universal-ELSKTRO-COAT-Verfahrens ist vergleichsweise folgendes: Tropenfeste Ausführung eines Stromwandlers für 1000 Volt.
  • Bisheriges Verfahren: Einbettung in Epoxyd-Gießharz.
  • Auszufüllendes Formvolumen: 200 com.
  • 1. Einlegen des Wandlers in die Gießform 2. Schliessen der Form 3. Mischen der zwei Harzkomponenten 4. Hinzufügen von Füllstoffon 5. Evakuieren von Luftblasen 6. Langsames eingiessen der zähflüssigen Komponentemischung in die Form, damit die Luft restlos entweicht (Zeit ca.
  • 5-10 Minuten) 7. Abwarten der Aushärtungszeit bis zur tntformbarkeit, (Zeit ca. 2 - 5 Stunden) 8. Entformen des Wandlers 9. Lackieren des Wandlers Kosten: bei DM 12,-- /kg = DS1 2,40 für Material.
  • Zu entlohnender Zeitaufwand ca. 30 bis 45 Minuten.
  • Gesamt zeit ca. 2 - 5 Stunden Universal-EL:KTRO-CCAT-Verfahrenr Einbettung in Polyurethan-Duromer-Schaum.
  • Auszufüllendes Formvolumen: 200 ccm.
  • 1. Einlegen des Wandlers in die Gießform 2. Mischen des bereits eingefärbten Polyols mit demIsocyanat.
  • Die Beimischung von Füllst offen entfällt für die geringe Leistungsklasse von 1000 Volt.
  • 3. Schnelles eingiessen der leichtlüssigen Mischung in die geöffnete Form.
  • 4. Schliessen der Form, Entlüftung nach oben. Das rasch expandierende Material drückt die überschüssige Luft automatisch heraus.
  • 5. Abwarten der Aushärtungszeit bis zur Entformbarkeit (Zeitdauer ca. 10 - 15 Minuten) 6. Entformen des fertigen Wandlers Kosten: bei DM 3.50 / kg = DM 0,35 für Material.
  • Zu entlohnender Zeitaufwand ca. 15 Minuten.
  • Gesamtzeit ca. 30 Minuten.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE zur Hauptpatentanmeldung vom 17. 2. 1970
    Universal - BL£KTRO - COAT - Verfahren Anwendung, Herstellung und Verarbeitung eines elektrisch bzw. thermisch leit- oder isolierfähigen Gieß-, Einbettungs-und Überzugsmaterials für den entsprechenden Anwendungabedarf in der Elektroindustrie, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Material das Endprodukt einer Komponentenmischung, bekannt unter dem Namen PolylJrethane, bestehend aus irgendeiner Abmischung der chemischen Stoffgruppe der sogen.
    Polyole und Isocyanate, darstellt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die normalerweise aus Mischungen von Polyolen und Isocyanaten entstehenden Endprodukte durch Zugabe in der Teilchengrösse und auch sonst geeigneter pulverförmiger, metallischer oder nichtmetallischer Füllstoffe oder Mischungen daraus in Bezug auf besondere Anforderungen hinsichtlich thermischer und elektriacher lleit- und Isolierfähigkeit und die sonstigen technischen, physikalischen, chemischen und mechanischen Werben je nach knforderung beeinflusst werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3111808A1 (de) * 1980-03-31 1982-01-07 Hitachi Chemical Co., Ltd., Tokyo Elektrisch leitende paste und verfahren zur herstellung elektrisch leitender, metallisierter, keramischer werkstoffe unter verwendung derselben

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3111808A1 (de) * 1980-03-31 1982-01-07 Hitachi Chemical Co., Ltd., Tokyo Elektrisch leitende paste und verfahren zur herstellung elektrisch leitender, metallisierter, keramischer werkstoffe unter verwendung derselben

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