DE2350913A1 - Elektrisches isoliermaterial - Google Patents

Elektrisches isoliermaterial

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DE2350913A1 DE19732350913 DE2350913A DE2350913A1 DE 2350913 A1 DE2350913 A1 DE 2350913A1 DE 19732350913 DE19732350913 DE 19732350913 DE 2350913 A DE2350913 A DE 2350913A DE 2350913 A1 DE2350913 A1 DE 2350913A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Isolierschicht mit äußerst hoher Durchschlagfestigkeit.
In der letzten Zeit sind viele Isoliermaterialien mit .geringem dielektrischen Verlust und mit ausgezeichneten Leistungseigenschaften bekannt geworden, die anstelle von ölgetränkten Zellstoffmaterialien als ölgetränkte elektrische Isolatoren für Stromkabel, Kondensatoren Uodgl. Verwendung finden können. Zu diesen Materialien gehören u.a. auch solche, die Schichten aus makromolekularen Stoffen aufweisen. Ba eine Schicht eines synthetisierten makromolekularen Materials nur schlecht mit dem Isolieröl durchtränkt werden kann, hat man die Möglichkeit ins Augs gefaßt, Kraftpapier axt dem. Schichtmaterial übereinanderauschichten* Sucht man die Aufgabenlösung auf diesem "Wege zu erreichen, so wirft dies jedoch insofern ein neues Problem auf, als man dann hinsichtlich der Geringhaltung· der dielektrj .sehen Yerluste Kompromisse eingehen muß. Man hat Hartpapiere ver-
schiedener
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BAD
schiedener Art hergestellt, die synthetische makromolekulare Stoffe enthalten und hat die durch öltränkung zu erzielenden Eigenschaften untersucht, äoch war die Durch sch la geh ar a I: te i-i s ti k in keinem Fall der von i.raftpaüier r.veit Über".. "1^eη. Im Bahmen der erfinderischen Bemühungen wurden zur Herstellung von porösen makromolekularen Katerialien verschiedene Y/ege eingeschlagen, die man bislang bereits bei der Herstellung von Iteinstfiltern und Batterie Separatoren gegangen ist, und bestimmte Methoden wurden weiterentwiekelt, um in dieser 1Jeise poröse, makromolekulare Materialien mit einer breiten Verteilung der Porengrößen zu erhalten. Die so hergestellten Materialien wurden dann mit dena Isolieröl getränkt und es-wurden die Durchschlagspannungen gemessen. Aus der eingehenden Analyse der zwischen der Durchschlagspannung und der Pore ngrößenver teilung des porösen Materials bestehenden Beziehungen ergab sich, daß diese Größen eng miteinander verknüpft sind. Bs wurde festgestellt, daß die mittlere Forengröße des nach dem Stand der Technik "bekannten Isolierhartpapiers zwischen etwa 10 und 100 üikron lag und dais die "Durchschlagspannung eines solchen Isolierpaoiars weit über der des Kraftpapiers liegen könnte, wenn seine mittlere Porengröße auf 1 Likron oder weniger herabgesetzt würde. Sie Erfindung beruht auf den Ergebnissen dieser üntersuchungen,
Die Erfindung soll nun anhand der beigegebenen Zeichnung in ihren Einzelheiten beschrieben werden. In dieser Figur ist eine typische Pore ngrößenver teilung des erfindungsgemäßen porösen Materials dargestellt.
Die Erfindung läßt sich auf die knappste Formel bringen, daß eine mit Isolieröl getränkte Schicht eines porösen makromolekularen Materials mit einer in der Zwischenfilmebene ausgerichteten Struktur geschaffen wird, deren Hauptteil aus kristallinem synthetischen makromolekularen ,.aterial besteht, wobei das poröse Material ein Hohlraumverhältnis von 5 bis 50 Prozent, eine mittlere Porengröße von 0,01 bio 1 Likron und ein Verhältnis des Porenvolumens der Poren mit einer Porengröße von IC llikron oder weniger zum Gesamthohl raum volume n von 90 Prozent oder mehr aufweist.
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BAD ORIGINAL
Wird· das kristalline makromolekulare K? te rial "bei einer Temperatur bei oder unter seinem Schmelzpunkt .inter Zugspannung- gesetzt, so erfolgt allgemein eine Orientierung der iloleküle in der Sichtung der Zugspannung. Dieser Yorgang wird üblicherweise als Reckung bezeichnet. Iis hat sich gezeigt, daß zur Erzielung einer hohen Durchschlagfestigkeit des porösen makromolekularen Materials eine Struktur mit Orientierung in der ZwiscL&nfilmebene erforderlich ist, wie sie durch die Reckung entsteht, wobei die Kristalle oder Moleküle entlang einer Schichtebene monoaxial oder biaxial ausgerichtet werden. Zur Ermittlung der Porengrößenverteilung in dem porösen i-Iaterial kann man sich eines nach dem Prinzip der Quecksilbe rkomp res si ο η arbeitenden porosimeters bedienen, und alle hier erscheinenden porengrößenangaben beruhen auf !!essungen dieser Art. Es konnte festgestellt werden, daß das Material im Fall einer Struktur mit Orientierung in der Zwischenfilmebene bei einer mittleren Porengröße von 1 LSLkron oder weniger und bei einem 90prozentigen oder höheren Anteil der Poren mit einer Porengröße von 10 Mikron oder darunter, bezogen auf das Gesamthohlraumvolumen, eine hohe Durchschlagfestigkeit aufwies. Bs wurde außerdem festgestellt, daß bei einer Yerringerung des Mittelwerts bis auf 0,01 Mk ro η oder weniger ebenso wie im Fall der bekannten Schichten mit einer unvollständigen Durchtränkung mit den Isolieröl zu rechnen ist. Ferner zeigte sich, da£- dieser Fall in ähnlicher leise auch eintreten kann, wenn das Kohlraumverhältnis bis auf 5 Prozent oder weniger herabgesetzt wird. Darüber hinaus erwies es sich, daß ein Hohlraumverhältnis von 5 bis 5C Prozent zu bevorzugen ist und daß sich die Durchschlagcharakteristik bei einer Erhöhung des Hohl raum ve rhältni ε se s über 50 Frozent ve r sohle chte r t.
Bei dem im Rahmen der Erfindung zu verwendenden porösen LIa te rial kann es sich in einem Hauptanteil um kristalline makromolekulare Stoffe handeln, beispielsweise um Polyäthylen, isotaktisches Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Poly sul for .. Polyphenyle no xid oder lol:/carbonat, sowie um sonstige makromolekulare Stoffe ux,d erforderlichenfalls bei Euni sehe η de abbauvorhir.nernde ;,itte].. 2-„'_ äen Iso; iexvl k-u.ii-1 ca .sich us; ei.·, not'.'rli ehe ε o6?v sriitl-e tische.ε Cl handeln
QRiGfWAL
dein, wie beispielsweise lüineralöl, ein Alkylbenzol, Silicon oder Polyisobutylen. In Sonderfällen wie etwa bei der Tief sttemperaturisolation kann flüssiger Stickstoff als Isolieröl im weitgefaßten Wort sinn eingesetzt werden. In einem solchen lall ist es erwünscht, daß die Dielektrizitätskonstante des porösen makromolekularen Materials nahe der des Isolieröls liegt.
Zur Herstellung des im Rahmen der Erfindung verwendbaren, porösen makromolekularen Materials kommen die f-lgenden Verfahrensweisen in Betracht:
(1) Die Methode der Herstellung einer gereckten Schicht oder Folie aus einem Gemisch zweier Arten von makromolekularen Stoffen und des anschließenden He rau si ö sens des einen der makromolekularen Stoffe mit Hilfe eines Lösungsmittels$
(2) die LIethode des Seckens eines Gemisches zweier oder mehrerer Arten von makromolekularen Stoffen unter Einhaltung bestimmter Bedingungen, und
(^) die Methode des raschen Extrudierens einer konzentrierten Lösung eines makromolekularen Stoffes in einen Michtlöser.
Zur Lach behandlung1 kann ferner in Anwendung kommen:
(4) Die Methode der auf chemischem oder radioaktivem Yfege vorgenommene 11 Vernetzung zur Erhöhung der Wärme be ständigkeit oder der Clbeständig-keit.
An bekannten Verfahrensweisen zur Herstellung eines porösen makromolekularen Materials sind zu nennen:
(5) Di« Methode des Trocken- oder Eaßspinnens und des anschließenden Bindens der Fasern durch Verschmelzung oder Inhaftbringung zur Bildung- eines porösen Materials;
(fc) die „iethode des Mischens zweier oder mehrerer Arten von makroäüolekularen Stoffen oder des Mischens iines makromolekulare η Stoffes mit ej.nei.: Stoff niederen Lolekularge wichts und des anschließenden Eerrusic sens des Gemisches, wobei die durch Re el .en erfolgte Orientierung unbeeinflußt bleibt; und
(7) die Lethode des Auftragens einer konzentrierten Lösung des
.Tiai-.rümolekularen Stoffes auf eine γ/al ze und der Behandlung des makromolekularen Stoffes mit einem ifiehtlöser, wobei die Zwi-
gchfc nebe ne nau sri ch tang
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schenebenenausrichtung unbeeinflußt bleibt.
Der mittlere Porendurchme sser eines porösen Materials, das nach der obigen Methode (5) oder nach einer ähnlichen Terfahrensweise hergestellt ist, wie man sie zur Urzeugung der meisten der nach dem. Stand der [fechnik bekannten Hartpapiere verwendet hat, beläuft sich auf 10 Mikron oder mehr, während die nach den Methoden (6) und (7) hergestellten porösen Materialien in ihrer Struktur keine Zwischenebenenorientierung aufweisen. Infolgedessen zeigen alle diese Materialien in Zustand der Öltränkung einen niederen Wert der Durchschlagspannung.
In der untenstehenden Tabelle sind poröse Materialien aufgeführt, die nach den obigen Methoden hergestellt wurden, wobei es sich bei den Beispielen 1 bis 7 um erfindungsgemäße !soliematerialien handelt. Diese Materialien haben die hohe Durch schl agfe stigkeit von 110 bis 180 kV/mm.
Beispiel
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BAD ORIGINAL
,■ ioi- ■'lov'uüas kcterial Herstel iLv.'iachen- Hohl mittl
spiel lu ii;,1 ε ~ C'beueii- raum- Poren
Kr. irolyi'tiiylen L..etiiode aucrich-- v er Ii. ciurcli
l;olv;-;.tliylen- tunG: (^) (F)
1 jyoly propylen 1 + 4 ja 40 1,0
2 lolyproToylen 1 da 3 0 0,2
**> 1 1 da 15 0,1
L. 1 da 30 0,7
BAD Ol O Bei υ polypropylen
^tlxylenpropylen-
kiochpolyraerisat		 2
2
Q
Z		 7 polyethylen Z
.i/bhylenvinylacetat-
kiochpolynerisat		 +
CD
C»
O)		 r·
O		 lolyi^thylen-
terephthalat
l'ij: O
CjD		 9 l· olyilthylen υ
10 1'olypropylen 5
11 i-olypropylen ι
12 I'olyiithylen-
terephtlialat		 5
13 l'riacetylcellulose 7
14 Kraftpapier -
1'olypropylen
i'olyäthylen		 2
nein
nein
üü/o der icjoliercJl iiechselstron;-
Vertei- für die äurchschlag-
liinjj'ijbr. 'i'ränkunr; festigkeit (y.) (kV/Eim)
0,09-10 Kineralöl
0,05-2 kineralöl
0,01-5 Alkylbenzol
O,Oü-C Alkylbenzol
Ο,Οθδ-0,3· Alkylbenzol
0,0b 0,01-1,0 kineralöl
4o O, υ
25 10
45 1,0
60 50
6ü 0,5
6o -
5 0,0
0,1-10 Mineralöl
0,1-10 Mineralöl
0,1-50 Alkylbenzol
0,05-40 Alkylbenzol
1-200 kineralöl
110 170 loO 150 170
130
120
60 70
80
0,4-0,6 kineralöl 4θ Mineralöl 70 0,01 0,001-0,5 Alkylbenzol ΐ6θ
Bei den Beispielen 8 und 12 handelt es sich um Laterialien, die in ihrer Struktur keine Zwischenebenenorientierung aufweisen. Diese Materialien zeigen einen niederen Ylext der Durchschlagspannung, der sich auf 60 bis 70 kV/mm beläuft. Bei den kateri alien der Beispiele 9 und 11 ist der mittlere Porendurchmesser größer als 1 Mikron, während es sich bei dem Beispiel 10 um ein Material handelt, das zwar einen mittleren Porendurchmesser von 1 lidki'on hat, aber eine breite Streuung der Porendurchmesser- aufweist, wobei sich das Gesamtvolumen der Poren mit einem Durehme sser von 10 L'ikron oder mehr auf 10 Prozent des Ge samthohl raum volume ns oder auf einen höheren i'/ert beläuft.
In der beigegebenen Zeichnung ist eine typische Porendurchiae sserverteiluhg aargestellt, Y/obei die schraffierten 3e reiche sr! den beiden Lndeη der Yerteilungskurve jeweils IC prczent des Gesamthohlraumvolumens ausmachen. Die Brei te ner Streckung der nichtschraffierten Bereiche ist in der Tabelle unter "80 Prozent der 7erteilungsbreite" aufgeführt. Die in der Tabelle in dt r ,Spalte "I:errjtellungsmethode" aufgeführten Zahlen entsprechen den ooenstehend bei der LrI au te rung der verschiedenen [-lerrtellurigsrae thcden benutzten Zahlen. Die in der Tabelle angegebenen Werte der If= chsei strom-irarchscljlagfe stigksit wurden mit flachen Plattenelektroden von 2'j :;m Durchmesser "bei Haus tempera tür und bei einer L:rannui.gserhöhuii£ am jeweils 5 k//ί.ι:η gems ssen.
7/ie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, hat das erfindungs-anuße ele^tri sehe Isoliermaterial üine Durch schlaufe sti^l.ei t, die uia das 1,:bfache bis 2fache höher liegt 8,1g die des bskanr^teii Krai't^aoiers. Verwendet nan als mckrouolel'uluren Stoff Polyäthylen oder Polypropylen, so erhtit πεη zudem ein I sclier.-i:-..ttrial .mit äußerst gelinge in dielektrischen Verlust, c.l.s besonders für Stroia- ο ie χ Lo η ds η sa tore η geeignet ist»
Pate litansr. l-'J ehe
409816/09
BAD

Claims (4)

  1. - 8 - Pate ntan Sprüche
    .!Elektrisches Isoliermaterial, gekennzeichnet durch eine isolieröl- *^*S getränkte Schicht eines porösen makromolekularen Materials mit einer Struktur der Orientierung in der Zwischenfilmebene , bestehend im Hauptteil aus einem kristallinen, synthetischen makromolekularen Stoff, wobei das poröse Material ein Hohlraumverhältnis von 5 bis 50 Prozent, einen mittleren Pore ndurchme s se r von 0,01 bis 1 Mikron und ein Terhältnis des Volumens der Poren mit einem Porendurchmesser von 10 Mikron oder weniger zum Gesamtvolumen aller Hohlräume mit einem Wert von 90 Prozent oder mehr aufweist.
  2. 2. Elektrisches Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse makromolekulare Schicht nach der Methode der Herstellung eines gereckten Films aus einem Gemisch zweier Arten makromolekularer Stoffe und des anschließenden Herauslösens des einen der makromolekularen Stoffe mit einem Lösungsmittel erzeugt ist.
  3. 3. Elektrisches Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse makromolekulare Schicht nach der Methode des Beckens eines Gemisches von zwei oder mehr makromolekularen Stoffen erzeugt ist.
  4. 4. Elektrisches Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse makromolekulare Schicht nach der Methode des raschen Extrudierens einer konzentrierten Lösung eines makromolekularen Stoffes in einen Mchtlöser erzeugt ist.
    5· Elektrisches Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse makromolekulare Schicht vernetzt ist.
    409816/0971
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