DE2156700B2

DE2156700B2 - Fliessfaehige pressmasse mit definierter elektrischer leitfaehigkeit

Info

Publication number: DE2156700B2
Application number: DE19712156700
Authority: DE
Inventors: Heinz-Joachim Dr.rer.nat 8500 Nürnberg Lindner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1971-11-15
Publication date: 1977-09-01
Also published as: CH577540A5; JPS5218760B2; NL7213155A; DE2156700A1; US3862057A; DE2156700C3; JPS4861600A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine fließfähige Preßmasse mit definierter elektrischer Leitfähigkeit, bestehend aus eineir Epoxydverbindung mit mehr als einer Epoxygruppe im Molekül, mindestens einem aromatischen Diamin, üblichen pulverförmigen Füllstoffen und einer elektrisch leitenden Komponente.

Es sind bereits PreBmassen bekannt, die durch Hitze gehärtet werden und Epoxyharze und die zur Reaktion mit diesen erfoderlichen Härter, z. B. Amine oder Säureanhydride enthalten.

Je nach der Verwendung der Preßrnassen werden bestimmte Anforderungen an sie gestellt. Epoxyharz-Preßmassen für elektrische Bauteile sollen bestimmte elektrische Werte aufweisen. So sollen z. B. Ringe für die Löschfunkenstrecke in Hochspannungsschaltern einen definierten elektrischen Widerstand besitzen und ihre Herstellung soll möglichst einfach sein. Der Isolationswiderstand der ausgehärteten Preßmasse soll 10⁹ bis 10^;0 Ω betragen.

Es ist bekannt, daß durch Zusatz von elektrisch leitfähigen Füllstoffen oder Verstärkungsmaterialien leitfähige Kunstharzmassen hergestellt werden können (R. Reichherzer in Kunststoff-Rundschau, Septempber 1971, Seite 431 ff. und H. ] ο h η, Epoxyharze, Leipzig 1969, Seite 241). Man kann damit auch Massen mit einer definierten Leitfähigkeit erhalten. Solche Massen eignen sich aber beispielsweise nicht für den obenerwähnten Anwendungszweck, da es bei den vorkommenden hohen Spannungen — über 5 kV — zu elektrischen Teildurchschlägen kommt.

Dadurch tritt häufig Verrußung bzw. Kohlebildung auf, und die erforderlichen halbleitenden Eigenschaften des Materials werden verschlechtert. Die gebildete Kohle verändert sich mit der Zeit, d. h. sie altert und ist ⁶S gegen Hochspannung nicht mehr beständig.

Es ist ferner bekannt, Epoxygießharze mit Siliciumcarbid als Füllstoffe für bestimmte Zwecke zu verwenden. Bei den meist erforderlichen langen Härtungszeiten zeigte sich aber, daß es infolge der großen Dichteunterschiede von Harz und Füllstoff zur Sedimentation des Siliciumcarbids kommt und daraus hergestellte Teile sehr unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist eine Preßmasse, die einen definierten elektrischen Widerstand besitzt und aus der möglichst einfach elektrische Bauteile, beispielsweise Ringe für die Löschfunkenstrecke in Hochspannungsschaltern, hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Preßmasse gelöst, die als elektrisch leitende Komponente reines Siliciumcarbid enthält.

Eine Preßmasse, die Siliciumcarbid in einer solchen Menge enthält, daß der Isolationswiderstand der ausgehärteten Preßmasse 1 -5 · ΙΟ⁹ Ω beträgt, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Es werden Epoxydverbindungen mit mehr als einer Epoxygruppe pro Mol eingesetzt, beispielsweise PoIyglycidyläther mehrwertiger Phenole, wie Diphenylolpropan (»Bisphenol Α«), Diphenylolmethan und PoIyglycidyläther von Oxyarylcarbonsäuren. Es ist auch möglich, Mischungen der vorgenannten Polyepoxide untereinander zu verwenden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nachgereinigts Epoxyharze mit einem Chlorgehalt von höchstens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,05 Gew.-%, eingesetzt.

Die Umsetzung der verschiedenen Epoxydverbindungen muß mit mindestens einem aromatischen Diamin erfolgen, insbesondere 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenyisulfon, Phenylendiamine, die teilweise alkyliert sein können, entweder jedes für sich allein oder als Mischung mindestens zweier von ihnen.

Die Massen können sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur ausgehärtet werden. Die verwendeten aromatischen Diamine werden hierbei vorzugsweise in solchen Mengen eingesetzt, daß jeweils auf ein Aminwasserstoffatom eine Epoxidgruppe vorhanden ist.

Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, daß die beschriebenen Massen übliche Zusätze, wie z. B. Pigmente, Füll- und Gleitmittel enthalten. Als Füllmittel können beispielsweise Glasfasern, Glimmer, Quarzmehl, Kreide, Kaolin oder feinverteilte Kieselsäure verwendet werden. Der Füllstoffanteil kann 70% betragen, vorzugsweise 50%, bezogen auf den gesamten Füllstoffanteil einschließlich Siliciumcarbid.

Eine besonders vorteilhafte Mischung ist zusammengesetzt aus 100 Gew.-T. eines Epoxyharzes auf der Basis von Bisphenol A und/oder eines nachgereinigten Epoxyharzes mit einem Chlorgehalt von höchstens 0,1 Gew.-%, 24 Gew.-T. eines aromatischen Diamins, 16 Gew.-T. Füllstoff und 110 Gew.-T. reinem Siliciumcarbid.

Aus den erfindungsgemäßen Preßmassen hergestellte Produkte, beispielsweise Formkörper, weisen gegenüber bekannten im Gießverfahren hergestellten Produkten eine deutliche Verbesserung in bezug auf die Homogenität der Siliciumcarbidverteilung auf. Gleichzeitig wird die elektrische Leitfähigkeit verbessert, da infolge des Preßdruckes eine bessere gegenseitige Berührung der einzelnen Siliciumcarbidpartikel erfolgt. Bei Einsatz von nachgereinigtem Epoxyharz wird außerdem die Gefahr korrosivwirkender Zersetzungsprodukte gemindert. Aufgrund der günstigen Eigenschatten, insbesondere der definiert einstellbaren

elektrischen Leitfähigkeit, werden aus den erfindungsgemäßen Preßmassen z. B. Isolierringe für Hochspannungsschalter und Kathodenfallableiter hergestellt.

Mit den erfindungsgemäßen Preßmassen können insbesondere Bauteile mit einer definierten elektrischen Leitfähigkeit erhalten werden.

Aufgrund der Halbleitereigenschaften des verwendeten reimen Siliciumcarbids eignen sich diese auch für die Verwendung im Hochspannungssektor, da es hierbei im Gegensatz zu anderen leitfähigen Füllstoffen nicht zu elektrisichen Teildurchschlägen kommt.

Beispiel 1

200Gew.-T. Epoxyharz mit einer Epoxidzahl von 0,51-0,53 werden bei 50-55° C mit 48 Gew.-T. 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 2,5 Gew.-T. Zinkstearat als Gleitmittel, 50 Gew.-T. oberflächenbehandelter Kreide: als verschleißmindernder Zusatz, 2,0 Gew.-T. hochdisperse Kieselsäure und 250 Gew.-T. reines Siliciumcarbid gut vermischt. Der Zusatz von Pigmenten kann erfolgen. Die noch gießfähige Mischung wird zu einem flachen Kuchen ausgegossen. Nach 24 — 36 Stunden bei Raumtemperatur ist die Mischung hart und kann nach bekannten Verfahren zerkleinert werden.

Diese Masse kann bei 150—160⁰C und einer Härtungszeit von 90 sec/mm Wanddicke zu Formteilen mit guter mechanischer Festigkeit und einem elektrischen Widerstand von 1-5 · ΙΟ⁹ Ω in gewissem Umfang vom Preßdruck abhängig verpreßt werden.

Beispiel 2

312 Gew.-T. nachgereinigtes Epoxyharz mit einer Epoxyzahl von 0,55-0,58 und einem Chlorgehalt weniger a!s 0,1 Gew.-°/o werden bei 45 —55⁰C mit 88 Gew.-T. 4,4'-Diaminodiphenylmethani, 2,5 Gew.-T. Zinkstearat als Gleitmittel, 80,5 Gew.-T. einer oberflächenbehandelten Kreide als verschleißmindernder Zusatz, 1,5 Gew.-T. hochdisperser Kieselsäure und 500 Gew.-T. reinem Siliciumcarbid gut vermischt. Der Zusatz von Pigmenten kann erfolgen.

Die gießfähige Mischung wird zu einem flachen Kuchen ausgegossen. Nach 24 — 36 Stunden bei Raumtemperatur ist die Mischung hart. Die Zerkleinerung kann nach bekannten Verfahren erfolgen.

Diese Masse kann bei 150-160° C und einer Härtungszeit von 90 sec/mm Wanddicke zu Formteilen mit einem elektrischen Widerstand von ca. 5 · 10⁹Ω verpreßt werden.

Eigenschaftswerte·.
Warmformbeständigkeit nach
Martens in⁰C
Wärmeleitfähigkeit, W/mK
Biegefestigkeit, N/mm²
Schlagbiegefestigkeit, k]/m²

133
1,18
88,0
14,5

Claims

Patentansprüche;

1. Fließfähige Preßmasse mit definierter elektrischer Leitfähigkeit, bestehend aus einer Epoxydverbindung mit mehr als einer Epoxygruppe im Molekül, mindestens einem aromatischen Diamin, üblichen pulverförmigen Füllstoffen und einer elektrisch leitenden Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitende Komponente, reines Siliciumcarbid enthalten ist.

2. Preßmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Siliciumcarbid in einer solchen Menge enthält, daß der Isolationswiderstand der ausgehärteten Preßmasse 1 -5 ■ 10⁹ Ω beträgt. >5

3. Preßmasse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Epoxydverbindung mit mehr als einer Epoxygruppe im Molekül eine solche auf der Basis von Bisphenol A verwendet wird. ίο

4. Preßmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine nachgereinigte Epoxydverbindung mit einem Chlorgehalt von höchstens 0,1 Gew.-% enthält.

5. Verwendung der Preßmassen nach einem der *5 Ansprüche 1 bis 4, zum Herstellen von elektrischen Bauteilen.