DE2453436C3

DE2453436C3 - Elektrischer Isolierstoff

Info

Publication number: DE2453436C3
Application number: DE2453436A
Authority: DE
Inventors: Leonty Terentievitsch Ponomarev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-30
Filing date: 1974-11-11
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4212914A; SE402666B; AU7520874A; FR2298167B1; SE7414144L; CH607243A5; DE2453436A1; JPS5167996A; FR2298167A1; GB1493945A; DE2453436B2

Description

Fluorkautschuk	20-87
Glimmerhaltiges Material	10-60
Harz	1-10
Strukturierender Zusatzstoff	0,1-10
Füllstoff	Rest

aufweist.

3. Elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich nicht über 30 Gew.-% Kunstkautschuk enthält

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Isolierstoff, der vor allem für die Windungsisolation und Gehäuseisolation der Wicklungen elektrischer Maschinen, Spulen, Drähte, Kabel, Transformatoren und anderen elektrotechnischen und radiotechnischen Bauteilen gedacht ist.

Es sind elektrische Isolierstoffe aus einem Trägermaterial aus Papier, Seiden- oder Glasgewebe bekannt, auf das Spaltglimmer aufgeklebt ist, und die Mikabänder genannt werden. Bekannt sind auch Glasglimmerbänder, bei denen auf Papier, Seiden- oder Glasgewebe Glimmerpapier aufgeklebt ist.

So ist z. B. aus der DE-OS 22 63 236 ein Isoliermaterial auf der Grundlage eines Glaseskapon-Lackgewebes bekannt, auf das Glimmerpapier mittels eines flüssigen synthetischen Kautschuks, dem butanolysiertes Phenolformaldehydharz zugegeben ist, aufgeklebt ist, wobei anschließend eine klebrige Schicht aufgetragen wird und die Oberfläche mit verschiedenen isolierenden organischen Filmen überklebt wird.

Diese Art von Isolationsmaterial hat Nachteile wegen seiner unzureichenden Elastizität, geringen Hitzebeständigkeit, niedrigen Festigkeit gegenüber Koronaentladungen und seiner Brennbarkeit.

Wegen der geringen Elastizität sind diese Isoliermaterialien insbesondere im modernen Elektromaschinenbau nicht geeignet, wo Spulen- und Stabwicklungen komplizierter geometrischer Konfiguration verwendet werden. Soweit erhebliche Biegeverformungen notwendig werden, z. B. beim Einbetten der Spulen in den Ständernuten, sind diese Isoliermaterialien unbrauchbar. Außerdem sind die Mikabänder und Glasglimmerbänder nicht von gleichmäßiger Dicke.

Aus der DE-OS 22 21329 sind vernetzte oder nichtvernetzte Isolierstoffe auf Elastomer- oder PIastomerbasis mit Naturkautschuk oder Elastomer, thermoplastischem Polymer, organischen und mineralischen Füllstoffen, Vulkanisationsmittel und Schutz- und Hilfsstoffen bekannt. Dabei wird als organischer Füllstoff Kohlenruß vorgesch! ;gen. Mit diesem Material wird eine Dielektrizitätskonstante von 20 bis 25, ein

45 hoher Tangens des Verlustwinkels und ein nur geringer spezifischer Widerstand erzielt Die Bruchlast beträgt um 50 kp/cm² und die Bruchdehnung 500%.

Isoliermaterialien dieser Art haben keine genügende elektrische und Koronafestigkeit Auch die mechanische Festigkeit ist unbefriedigend; sie können leicht durchgedrückt werden und insbesondere dünne Schichten werden in Einschnitten, z. B. bei der Ausführung von Ständerwicklungen von elektrischen Maschinen, leicht beschädigt. Bei dem vorgenannten Material kommen die wegen des leitenden Kohlenrußes niedrigen Isoliereigenschaften nachteilig hinzu.

Ähnliches gilt für ein aus der DE-AS 11 98 884 bekanntes gummiähnliches Isoliermaterial aus einer Mischung von Chloropren, hochgradigem Styrolharz und feinverteiltem Füllmaterial, z. B. Ton. Auch dieses Material erreicht nur eine dielektrische Festigkeit von 16 000 V/mm und ist deswegen wenig geeignet für die Hochspannungsisolierung von Gehäusen und Wicklungen. Es wird auch nur empfohlen für Einsätze von Steckern u. dgl.

Aus der DE-PS 9 76 211 ist schließlich ein elektrisches Isolierband aus einem Polyvinylchloridfilm bekannt, welcher Weichmacher enthält und mit einer druckempfindlichen Harz-Kautschuk-Klebeschicht versehen ist. Dieses Material wird empfohlen zur Isolation von elektrischen Leitungsdrähten, auch z. B. von Drahtspleißstellen. Es ist jedoch wegen der PVC-Basis von niedriger Koronafestigkeit und kann ebenfalls nicht zur Hochspannungsisolierung von Gehäusen und Wicklungen empfohlen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile einen elektrischen Isolierstoff zu schaffen, der bei maximaler Koronafestigkeit und guten Dielektrizitätseigenschaften auch unbrennbar ist und eine hohe Elastizität aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der elektrische Isolierstoff, der Fluorkautschuk, strukturierende Zusatzstoffe und einen Füllstoff aufweist, erfindungsgemäß zusätzlich ein niedermolekulares Klebharz und über die gesamte Masse des Stoffes gleichmäßig verteilte Teilchen eines glimmerhaltigen Materials enthält.

Der genannte elektrische Isolierstoff weist eine hohe Koronafestigkeit auf, ist elastisch und hitzebeständig, unbrennbar.

Es ist zweckmäßig, daß der elektrische Isolierstoff 20 bis 87 Gew.-°/o Fluorkautschuk, 10 bis 60 Gew.-°/o glimmerhaltige Materialien, 1 bis 10 Gew.-% Harz, 0,1 bis 10 Gew.-% strukturierende Zusatzstoffe und als Rest einen Füllstoff enthält.

Dadurch, daß der elektrische Isolierstoff das empfohlene Verhältnis von Komponenten aufweist, wurde es möglich, dem herzustellenden Material die höchsten Kennwerte in bezug auf die Koronafestigkeit, Elastizität, Hitzebeständigkeit zu verleihen.

Die Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung läuft darauf hinaus, daß der Stoff zusätzlich nicht über 30 Gew.-°/o synthetischen Kautschuk enthält.

Dank dem zusätzlichen Gehalt an synthetischem Kautschuk wurde es möglich, den elektrischen Isolierstoff härtbar zu machen.

Die weiteren Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung des elektrischen Isolierstoffes ersichtlich.

Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff enthält einen als Bindemittel eingesetzten Fluorkautschuk.

Als genannter Fluorkautschuk-Kopolymer auf Fluorolefinbasis werden folgende Verbindungen: Trifluorchloräthylen-Vinylidenfluorid-Mischpoiyermisat

oder
lymerisat

-FCF₂-CFCl^
Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Mischpo-

CF

CH₂-CF₂^

eingesetzt, die Bausteine n, m können variieren, die Wechselfolge list beliebig. Das Molekulargewicht kann über 100 betragen.

In den Kopolymeren können andere fluororganische Produkte, darunter sauerstoffhaltige, enthalten sein. Die Festigkeit und die Polarität der Fluorkohlenstoffbindungen geben diesen Kautschuken eine erhöhte Beständigkeit gegenüber der Wärmealterung, und ein hoher Fluorgehalt — chemische Reaktionsträgheit und Unbrennbarkeit. Der Chlorgehalt bedingt eine erhöhte Adhäsion gegenüber den glimmerhaitigen Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung im betreffenden Material enthalten sind, und der 3austein CH2 — die Biegsamkeit der Kette des Polymers sowie dessen Fähigkeit zur Strukturbildung. Die Fluorkautschuke weisen eine Viskosität nach M ο ο η e y von 30 bis 150 auf.

Zwecks Verbesserung der Technologiegerechtheit und der Verträglichkeit gegenüber den glimmerhaitigen Materialien, ausgeschlossen Fluorkautschuk, enthält der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff ein niedrigmolekulares Klebharz, zum Beispiel ein Dian-Epoxidharz der Strukturformel:

-CH₂ CM-CH₂-O-^

CH₃

0-CH₂-CH-CH₂-O

CH₃

Vo-

o-CH

-CH₂

CH₃

θ'

mit einem Molekulargewicht von 600 bis 1500, das eine sirupöse Flüssigkeit von der hellgelben bis zur braunen Farbe darstellt.
Die vorliegende Erfindung sieht die Möglichkeit der

Verwendung von niedrigmolekularen Harzen, beispielsweise des Silikonharzes vom Typ der Polymethylphenylvinylhydt oxyloxane der Strukturformel:

-E(— C₆H₅SiO_1-5)(CH₃HSiO)(CH₃CH₂=CHSiO)(CH₃C₆ H₅SiO)3-„

mit einem Molekulargewicht von 300 bis 600 und einer Viskosität nach dem Fordtrichter von 1 bis 10 min sowie Harnstofformaildehyd-, Phenolformaldehyd-, Aminophenol-, Melaminoformaldehyd-, Urethan-, Xylenol-, Kumaron-, Indenkumaronharze vor. Zur Erzielung erhöhter dielektrischer Eigenschaften und Koronafestigkeit wird vorgeschlagen, in die Zusammensetzung des Stoffes über die gesamte Masse des Stoffes gleichmäßig verteilte Glimmerteilchen von Muskovit der Zusammensetzung KH₂AI₃Si₃Oi₂, Phlogopit der Zusammensetzung KH₃Mg₃AISi₃O]₂ oder beides zusammen einzuführen. Der Gehalt an den im elektrischen Isolierstoff gleichmäßig verteilten Teilchen eines glimmerhaitigen Materials verbessert die Festigkeit gegenüber dem Durchdrücken und einem Einschnitt selbst in den dünnen Schichten des erfindungsgemäßen Materials.

Die glimmeihaltigen Materialien sind in Form von feinen, nach der Dicke 10 bis 1 μπι großen Teilchen in einen aus dem genannten Fluorkautschuk und dem obenerwähnten niedermolekularen Klebharz bestehenden Klebstoff differential eingeführt. Derartige über die gesamte Masse des elektrischen Isolierstoffes homogen verteilte Teilchen des glimmerhaitigen Materials verleihen jedem lokalen Punkt des elektrischen Isolierstoffes eine hohe Koronafestigkeit sowie eine Festigkeit gegenüber dem Durchdrücken und eine Unempfindlichkeit gegenüber den Einschnitten.

Zur Sicherung einer gleichmäßigeren Verteilung der Glimmerteilchen über die gesamte Masse des erfindungsgemäßen elektrischen Isolierstoffes enthält dieser einen Mineralfiillstoff: Weißruß, Zinkoxyd, Talk, Kaolin, Kreide, Diatomit, Marschalit, Magnesiumoxyd, Baryt, Gips, Litopon, Bimsstein, gebrannte Magnesia, Titanweiß, Zinksulfid.

Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff enthält strukturierende Zusatzstoffe, die ein Aneinanderreihen linearer polymerer Moleküle vom Fluorkautschuk zu einem räumlichen Gitter im wesentlichen nach den Bausteinen »CH2« oder »CFCI« gewährleisten.

Als strukturierende Zusatzstoffe werden beispielsweise Bis-(Furfuryliden)-Hexamethylendiimin der Strukturformel:

Kupfersalizylimin der Strukturformel:

CH = NH

Benzoyl-, Dikumilperoxid, Polyäthylenpolyamin, Hexamethylendiamin, Triäthanolamin eingesetzt.

Die Stabilität der Eigenschaften wird beim erfindungsgemäßen elektrischen Isolierstoff durch dessen Durchwärmen bei einer Temperatur von 80 bis 200⁰C im Laufe von 1 bis 10 Stunden erreicht, worauf eine Umwandlung der linearen polymeren Moleküle des Fluorkautschuks zu einem Raumgitter hauptsächlich

nach den Bausteinen »CH2« und »CFC1« erfolgt. Dies wird durch die Anwesenheit der obengenannten strukturierenden Mittel begünstigt Gemäß der vorliegenden Erfindung hegt der minimale, ein vollständiges Überziehen der Teilchen des glimmerbaltigen Materials und die Ausbildung einer monolithischen elektrisch isolierenden Zusammensetzung sichernde Gehalt am obengenannten Fluorkautschuk bei einer Grenze um 20 Gew.-o/o.

Beispiel der Zusammensetzung der obengenannten Komponenten des erfindungsgemäßen Materials in Gewichtsprozent:

Fluorkautschuk 20

Niedrigmolekulare Harze 10

Glimmerhaltige Materialien 60

Strukturierende Zusatzstoffe 0,1

Mineralfüllstoff Rest

Ein Fluorkautschukgehalt unterhalb von 20 Gew.-% bewirkt eine erhebliche Verminderung der elektrischen Festigkeit, einen Elastizitätsverlust und eine beträchtliche Verschlechterung der Eigenschaften bei einer Befeuchtung des elektrischen Isolierstoffes.

Der maximale Fluorkautschukgehalt beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung 87 Gew.-% bei folgender Zusammensetzung der Komponenten des Materials in Gewichtsproze,; t:

Fluorkautschuk 87

Niedrigmolekulare Harze 1

Glimmerhaltige Materialien 10

Strukturierende Zusatzstoffe 1

Mineralfüllstoff Rest

Vorgeschlagen wird ein Gehalt an glimmerhaltigem Material nicht unterhalb von 10 Gew.-%, weil wir festgestellt haben, daß erst die genannte Menge die Koronafestigkeit des elektrischen Isolierstoffes und die Festigkeit gegenüber dem Durchdrücken und den Einschnitten gewährleistet

Der Gehalt am glimmerhaltigen Material über 60 Gew.-% führt aber zu einem ungenügend vollständigen Überziehen der Glimmerteilchen durch den Fluorkautschuk und zur Ausbildung im Material von Lufteinschlüssen, was die Korona-, die elektrische Festigkeit die Elastizität die Feuchtigkeitsbeständigkeit des elektrischen Isolierstoffes herabsetzt

Wir haben eine minimale, 1 Gew.-°/o betragende Menge eines niedermolekularen Harzes gewählt weil diese Menge zur Erreichung einer gleichmäßigen Verteilung der Glimmerteilchen über die Masse des erfindungsgemäßen Materials genügt

Es wurde festgestellt daß der Harzgehalt über 10 Gew.-°/o eine sprunghafte Verminderung der Wärmebeständigkeit des elektrischen Isolierstoffes bewirkt

Wir haben eine minimale Menge strukturierender Zusatzstoffe im erfindungsgemäßen Material 0,1 aus dem Grunde gewählt, daß eine geringere Menge die Ausbildung einer räumlichen Struktur nach den Bausteinen »CH₂« und »CFCI« des verwendeten Fluorkautschuks nicht sicherstellt.

Der Gehalt an den strukturierenden Zusatzstoffen oberhalb von 10 Gew.-% hat die Ausbildung eines engmaschigen Raumgitters zur Folge, was die Elastizität und die Hitzebeständigkeit des elektrischen Isolierstoffes reduziert.

Die Einführung in den Bestand des erfindungsgemä-Ben Isolierstoffes eines synthetischen Kautschuks in der Art vom Divinyl-, Divinylstyrol- oder Divinylstyrolkarboxylatkautschuk gestattet es, dem erstgenannten eine Reihe von nützlichen Eigenschaften, in erster Reihe die Härtbarkeit, zu verleihen. Für den Fall von synthetischem Divinylkautschuk ergibt sich folgendes Schema zur Umwandlung von linearen polymeren Molekülen durch Aneinanderreihen mittels Doppelbindungen und durch Sauerstoffanlagerung mittels Doppelbindungen:

CH₂-CH = CH-CH₂-CH₂-Ch

CH
CH₂

(Aneinanderreihen unter Luftsauerstoffeinschluß)

+ inO,

O CH

I I

-CH₂-CH-CH-CH₂
O

-CH₂-CH-CH-CH₂
O CH

Il

CH₂

CH₂-CH = CH-CH₂ CH^H CH-CH₂ CH₂-CH ----CI¹-CH,

(Aneinanderreihen unter I.iiftsauerstoffausschluß lediglich durch Brückenbildung mittels Vinyl-Doppelbindungen)

Wir schlagen ein Elektroisolationsmaterial mit einem Zusatzgehalt an Kunstkautschuk vor, dessen Maximalgehalt im Elektroisolationsmaterial 30 Gew.-% unterschreiten muß, weil eine Erhöhung des Prozentgehaltes über 30 Gew.-% eine beträchtliche Vc-minderung der Hitzebeständigkeit des Materials und eine Steigerung seiner Brennbarkeit zur Folge hat.

Für diesen Fall ist die Zusammensetzung der Komponenten in prozentualen Gewichtsteilen folgende:

Fluorkautschuk 30

Niedrigmolekulares Harz 3

Strukturierende Zusatzstoffe 0,1

Synthetischer Kautschuk 30

Glimmerhaiiiges Material 30

fvlineraifüiisiofi Rest

Wie bereits erwähnt, bildet zum Beispiel der synthetische Divinylkautschuk die Raumstruktur mittels Vinyl-Doppelbindungen direkt und die räumlichen Bindungen auf Grund von Sauerstoffbrücken mittels Doppelbindungen in der Siammkette.

Die sich ausbildende Raumstruktur macht den elektrischen Isolierstoff härtbar und verbessert dessen physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften.

Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff kann auf die Oberfläche von Elektroblech, Kupferleitern und anderen elektrotechnischen Teilen, Baugruppen, Erzeugnissen zur Herstellung einer Windungs- und Gehäuseisolation aufgetragen werden.

Das Auftragen einer Schicht erfolgt mit bekannten Methoden durch Auflösung des Elekiroisolationsma'c- v, rials in einem organischen Lösungsmittel mit anschließendem Begießen, Bespritzen oder Bestreichen der zu isolierenden Flächen. Als Lösungsmittel kommen beliebige passende organische Lösungsmittel, beispielsweise Azeton, in Frage. Im Falle der Anwendung des Azetons wird die aufgetragene Schicht an der Luft getrocknet.

Die Stabilität der Isoliereigenschaften gewinnt die aufgetragene Schicht nach deren Durchwärmen bei einer Temperatur von 80 bis 200⁰C. Hierbei macht die elektrische Festigkeit 60 kV/mm, der spezifische Volumenwiderstand ~10¹⁵Ωαη, der dielektrische Verlustwinkel bei einer Frequenz von 50 Hz —0,2% aus. Das Material ist unbrennbar, koronafest, feuchtigkeits- und wasserbeständig.

Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff kann auf verschiedene Trägermaterialien aufgebracht werden. Beim Auftragen des erfindungsgemäßen Materials auf ein Glasgewebe ergibt sich ein zusammengesetztes Glimmer-Glas-Lack-Gewebe, das eine hohe Elastizität besitzt, unbrennbar ist und hohe Isoliereigenschaften bei Temperaturen bis zu 250⁰C beibehält Beispielsweise wird auf ein 40 μπι dickes Glasgewebe beidseitig eine kalibrierte Schicht des erfindungsgemäßen Elektroisolationsmaterials bis zu einer Dicke von 0,15 mm aufgebracht

Das zusammengesetzte Glimmer-Glas-Lack-Gewebe erhält folgende physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften:

Dicke 0,15 mm

Zerreißfestigkeit eines 15 mm breiten

Bandes 15 kg

Elektrische Festigkeit:

Im Ausgangszustand 40kV/mm

Nach einer Biegung und Walzung durch

eine 2 kg schwere Walze 38kV/mm

Nach einer Durchwärmung bei 200° C

im Laufe vcr; 50 Stunden, einer

Biegung und Walzung durch eine 2 kg

schwere Walze 35 kV/mm

Nach einem Wasserangriff im Laufe von

24 Stunden 25 kV/mm

Das Material ist unbrennbar, koronafest, besitzt die Hitzebeständigkeit nach Klasse F, d. h. behält auf die Dauer die Eigenschaften bei einer Temperatur von 155° C.

Dank seiner Elastizität ist das Material sehr iechnologiegerechi und wird als Windungs- und Gehäuseisolation für die Wicklungen bei elektrischen Maschinen und anderen elektrotechnischen Erzeugnissen Anwendung finden.

Noch bessere physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften können erreicht werden, wenn auf ein 40 μπι dickes Glasgewebe vorerst eine Schicht vom Eskaponlack folgender Zusammensetzung:

Synthetischer Divinylkautschuk	100 Gew.-Teile
Eskaponharz vom Typ der
Butadienoligomere	lOOGew.-Teile
Flugzeugmotorenöl	20 Gew.-Teile
Leinölfaktis	lOGew.-Teile
Bleiresinat	6 Gew.-Teile
Pheny!-/?-Naphthylamin(Neozone-D)	6 Gew.-Teüe
Kerosin	400 Gew.-Teile

aufgebracht wird, der nach Erstarren sämtliche Unebenheiter, des Glasgewebes bedeckt. Die Gcsarntdickc des Glaseskapon-Lackgewebes beträgt 100 μπι. Anschließend wird auf den erzeugten genannten Träger das erfindungsgemäße Elektroisolationsmaterial bis zu einer Dicke von 200 bis 250 μηι beidseitig aufgetragen.

Dank der auf die Oberfläche des Glaseskapon-Lackgewebes aufgetragenen festhaftenden Schicht des erfindungsgemäßen Elektroisolationsmaterials wird dessen Unbrennbarkeit und Hitzebeständigkeit erreicht. Da die festhaftende Schicht den Luftsauerstoff von der Lackschicht fernhält, behält dieses die Elastizität bei erhöhten Temperaturen bei, dessen Hitzebeständigkeit nimmt erheblich zu. Das Material erhält eine erhöhte Koronafestigkeit. Das Glaseskapon-Lackgewebe mit der beidseitig aufgetragenen Schicht des erfindungsgemäßen elektrischen Isolierstoffes hat folgende Kenndaten:

Matenaldicke, mm	0,25
Wasseraufnahme für 24 h, %	unter 1
Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm:
Im Ausgangszustand	10'³
Nach 1 Tag Wasserlagerung	10'⁴
Nach 20 Tagen Lagerung im Hygrostat	10¹⁴
Nach 5 Tagen Alterung bei 200° C und
1 Tag Wasserlagerung	ΙΟ'⁴
Elektrische Festigkeit kV/mm:
Im Ausgangszustand	50
Nach 1 Tag Wasserlagerung	45
Nach 20 Tagen Lagerung im Hygrostat	45
Nach 18 Stunden Alterung bei 200⁰C,
einer Biegung und Walzung durch
eine Walze	40
Zerreißlast eines 15 mm breiten Bandes	15 kg

Eine weitere Verbesserung der Gesamtheit der dielektrischen Eigenschaften und besonders der Komnafestigkeit wird durch Auftragen des erfindungsgemä-

Ben elektrischen Isolierstoffes auf einen Träger aus einem Polyäthylenterephtalatfilm Strukturformel:

-OOC-s·'

ooc-<f

-CO

I "

erreicht.

Auf den Polyäthylenterephtalatfilm mit einer Dicke von 20 μίτι wird beidseitig eine Schicht des erfindungsgemäßen elektrischen Isolierstoffes bis zu einer Dicke von 100 μίτι aufgebracht. Die Isoliereigenschaften dieses Materials sind folgende:

Elektrische Festigkeit, kV/mm:

Im Ausgangszustand bei 20"C 70—80

Bei einer Temperatur von 130° C 62—70
Nach 30 Tagen Feuchtelagerung in

96% relativer Feuchte bei 20° C 45-50

Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm:

I m Ausgangszustand 10¹⁵

Bei einer Temperatur von 130° C 10ⁿ

Nach 30Tagen Feuchtelagerung 10¹⁴

Das Material ist unbrennbar, koronafest und entspricht nach der Hitzebeständigkeit der Klasse F (155° C).

Die Erhöhung der Hitzebeständigkeit bis zur Klasse H (180⁰C) wird durch Anwendung als Trägermaterial eines Polyimidfilmes erreicht.

Das Molekülgitter eines Polyimides ist aus einander ablösenden Bausteinen von einer vierbasischen Säure und Diaminen

N-R-N

N—R —N

40

aufgebaut.

Als vierbasische Säure kommt die Pyromellitsäure in Frage, während als Diamin Diaminodiphenylmethan auftritt. Der Film wird mit Hilfe des Begießens eines endlosen Bandes mit einer Lösung der Polypyromellitamidosäure und Dimethylformamid hergestellt. _s0

Beim gleichmäßigen beidseitigen Auftragen auf einen 40 μΐη starken Polyimidfilm des erfindungsgemäßen Elektroisolationsmaterials bis zu einer Dicke von 100 μιη ergibt sich ein Material mit folgenden physikalisch-mechanischen und dielektrischen Eigenschäften:

Dicke	0,1 mm	60
Zerreißfestigkeit eines 15 mm breiten
Bandes	20 kg
Hitzebeständigkeit, Klasse H	(180°C)
Das Material ist unbrennbar, koronafest
Elektrische Festigkeit, kV/mm:		65
Im Ausgangszustand bei 20⁰C	80
Bei einer Temperatur von 180° C	65
Nach 30 Tagen Feuchtelagerung in
96% relativer
Feuchte bei 20⁰C	50

Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm:

Im Ausgangszustand 10'⁵

Bei einer Temperatur von 180⁰C 10¹³

Nach 30Tagen Feuchtelagerung 10¹⁴

Das Material bewahrt die Elastizität nach einer Wärmealterung bei 250⁰C im Laufe von 100 Stunden.

Auf die vorstehend beschriebenen Rollenmater'-'lien empfehlen wir eine leimige Klebschicht, die aus Epoxydharz und Polyäthylenpolyamid als Härter, Epoxydharz und Anhydridhärter besteht, Polyester mit Härtern, Polyurethan, Phenolformaldehyd-, Melaminoformaldehyd-Klebemittel aufzutragen. Die klebrigen Isolierbänder sind zur Herstellung der Windungs- und Gehäuseisolation für Ständerwicklungen, Spulen, Drähte, Transformatoren und andere elektrotechnische Teile, Baugruppen und Erzeugnisse vorgesehen.

Die klebrigen elastischen Isolierbänder werden leicht von Hand oder mittels Werkzeugmaschinen auf die Wicklungen der Elektromaschinen komplizierter Konfiguration aufgebracht; die Klebebänder sind nach der Dicke kalibriert, und deren gleichmäßiges Aufbringen mit gleichmäßiger Verspannung führt zur Erhaltung einer homogenen Windung;- und Gehäuseisoiaiion mit minimalen Schwankungen nach der Dicke. Das Vorhandensein auf dem Band einer Klebschicht sorgt für ein recht monolithisches Anliegen der Schichten aneinander. Die Gaseinschlüsse werden hierbei im wesentlichen auf Grund einer Veränderung der beweglichen Klebschicht von der Oberfläche der Innenschichten des Bandes auf die Außenfläche eliminiert. Daß der Prozeß in dieser Weise abläuft, konnte man sich bei der Herstellung von Modellen und Stäben für die Ständerwicklung von Hydrogeneratoren überzeugen. Die isolierten Stäbe wiesen einen gleichen Flächeninhalt auf. Die Härtung der Klebschichten in der Gehäuseisolation erfolgt bei einer Temperatur von 100 bis 160⁰C im Laufe von 2 bis 15 Stunden.

Die Eigenschaften der elektrischen Gehäuseisolation auf der Basis eines PolyäthylenterephtalatFiImes mit aufgetragenen Schichten des erfindungsgemäßen Elektroisolationsmaterials mit einer Klebschicht sind an Modellen der Abmessungen 1000 χ 28 χ 5 mm mit der Stärke der Gehäuseisolation auf einer Seite von 1,00 ±0,05 mm untersucht worden. Die Dauerwirkung des elektrischen Feldes auf die aus einem beliebigen Elektroisolationsmaterial ausgeführte Gehäuseisolation bewirkt eine Verringerung dessen elektrischer Festigkeit und führt während des Betriebes zum Durchschlag und Aasfall der elektrischen Maschine oder einer anderen Einrichtung.

Die Verminderung der Lebensdauer der Gehäuse-Hochspannungsisolation unter der Wirkung des elektrischen Feldes |£] mit der Wirkdauer |-zr| man durch eine Differentialgleichung:

Δτ= — osx-ΔΕ

zum Ausdruck bringen, wobei

Δτ = Verminderung der Lebensdauer, s
r = Wirkdauer des elektrischen Feldes E

auf die Gehäuseisolation, s
E = elektrische Feldstärke, kV/mm
AE = Verringerung elektrischer Festigkeit

mit der Einwirkzeit des Feldes E a. = Konstante, die verschiedene

Isolationsarten kennzeichnet,

bedeuten.

Nach dem Auflösen der Gleichung erhalten wir einen Ausdruck für die Lebensdauer der Isolation:

E=A nlgr.

worin

E = A =

= elektrisches Feld in der Gehäuseisolation in kV/mm

= elektrisches Festigkeit der Gehäuseisolation bei τ = 1 s

= Zeit, in deren Verlauf die Isolation
dem elektrischen Feld ^widersteht, s

= --Konstante,

die jede Isolationsart kennzeichnet
= richtet sich nach dem Tangens des Neigungswinkels der Kurve der Lebensdauer zur Achse des Logarithmus der Zeit, nämlich

1£

UgT

Ei -

- Igr,

Auf Grund der angeführten Formeln kann eine objektive vergleichende Bewertung für verschiedene Arten der Gehäuseisolation so bei Auslandsfirmen wie auch für in der UdSSR verwendete Isolierungen und die klassische Mikabandisolation mit Kompoundmasse (MKI) gegeben werden.

Von den einheimischen Gehäuseisolationen sei auf die Isolation Sludoterm, Monolit eingegangen.

Zum Vergleich betrachten wird die Gehäuseisolationen Mikadur (Schweiz) und Thermolastik (USA).

Führen wir eine vergleichende Bewertung nach dem A- Wert der elektrischen Festigkeit bei τ = 1 s, nach »n-r — dem Tangens des Neigungswinkels der Kurve der Lebensdauer zur Achse des Logarithmus der Zeit, nach dem zulässigen, für 20 Jahre Lebensdauer bestimmten Wert der elektrischen Feldstärke durch.

Die Angaben über die Mikabandisolation mit Kompoundmasse — Sludoterm, Monolit, Mikadur, Thermolastik — sind den Firmenschriften entnommen. Die Angaben Ober die neue erfindungsgemäße Isolation werden an Hand von an den vorstehend genannten Modellen durchgeführten Prüfungen aufgeführt.

Bezeichnung der Isolation

Mikabandisolation in Form
einer Kompoundmasse

Sludoterm |LEO »Elektrosila«, UdSSR]

Wert	Wert	Zulässiger
»A«	»n«	Wert E bei
		Lebensdauer
		von 20 Jahren
17	1,67	2,2
19	1,81	3,0

Bezeichnung der Isolation	Wert	Wert	Zulässiger
		»/I«	Wert E hei
			Lebensdauer
			von 20 Jahren
Monolit [Ultraelektro-	28	2,5	6,0
jashmasch, UdSSR)
Mikadur [Schweiz)	30	2,64	6,6
Termolastik [USA]	28	2,5	6,0
Neue erfindungsgemälk	40		13,3
Isolation-Elastonit
[WNII Elektromasch,
UdSSR]

Die dielektrischen Kennwerte in bezug auf spezifischen Volumenwiderstand, elektrische Festigkeit, dielektrischen Verlustfaktor, Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Unbrennbarkeit, Elastizität für die erfindungsgemäße Isolation sind bereits früher angeführt.

Die neue erfindungsgemäße Isolation (Elastonit) ruf der Basis vom Polyäthylenterephtalatfilm übertrifft nach der Lebensdauer im Bereich der Haltezeit bei 50-Hz-Wechselspannung von 1 s (Ig τ· = 0) bis zu 200Ö Std. (Ig τ = 7) die Gehäuseisolationen: Mikabandisohtion mit Kompoundmasse, Sludoterm, Monolit, Mikadur, Thermolastik. Der zulässige Feldgradient für die neue erfindungsgemäße Isolation Elastonit übersteigt bei der Betriebsdauer bis zu 20 Jahren selbst Monolit, Mikadur, Mikalastik um mehr als das Zweifache. Sehr vorteilhaft sind bei der neuen erfindungsgemäßen Isolation deren Technologiegerechtheit. Bei deren Anwendung entfällt die Notwendigkeit an großen giftigen Epoxy- oder Folyester-Kompoundmassen und an einer komplizierten technologischen Ausrüstung für Imprägnierung im Druckverfahren. Die Anwendung der neuen erfindungsgemäßen Isolation »Elastonit« im Elektromaschinenbau gestattet es, die Dicke der Gehäuseisolation erheblich zu vermindern, die technischen Kennwerte zu verbessern und in erster Linie die Masse der Elektromaschine pro Einheit installierter Leistung zu reduzieren.

Beispiele für erfindungsgemäße Mischungsverhältnisse vcn Komponenten.

Beispiel 1

Das Elektroisolationsmaterial, das 20 Gew.-% Trifluorchloräthylen-Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat, 10 Gew,-% giftiges Dianharz mit Molekulargewicht 1000; 60 Gew.-% glimmerhaltiges Material-Sludinit, 0,1 Gew.-°/o Dikumüperoxyd und 9,9 Gew.-% Weißruß und Zinkoxyd (im Verhältnis 1:1) enthält, wird in Azeton aufgelöst und durch Begießen eine kalibrierte Schicht, auf einen 20 μπι dicken Polyäthylenterephtalatfilm bis zu einer Dicke von 100±10μΐη mit anschließender Wärmebehandlung bei 80 bis 200⁰C aufgetragen.

Das hergestellte Material besitzt folgende physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht
Hitzebeständigkeit

nicht unterhalb der Klasse F
Mechanische Zerreißfestigkeit
eines 15 mm breiten Bandes

1,8 bis 1,9 g/cm³

(155°C)

15 bis 20 kg

Elektrische Festigkeit, kV/mm
Im Ausgangszustand
Nach dem Durchwärmen bei
einer Temperatur von 200° C im
Laufe von 24 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch
eine 2 kg schwere Walze
Nach einer Feuchtelagerung
(in 95±3% relativer Feuchte)

70-80

60-70

nicht unter
40-50

Divinylkautschuk
Eskaponharz vom Typ der
Divinyloligomere
Leinölfaktis
Bleiresinat

lOOGew.-Teile

lOGew.-Teile

6 Gew.-Teile Phenyl-/}-Naphthylamin
Kerosin

Die Koronafesti.gkeit der Gehäuse-Hochspannungsisolation übertrifft die bekannten glimmerhaltigen Elektroisolationsmaterialien um einen Faktor von 2 bis 3.

Spezifischer vViumeriwiuerstand, Ω cm

Im Ausgangszustand 10¹⁵

Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 200° C 10"

Nach 5 Tagen Feuchtelagerung 10"

Dielektrischer Verlustfaktor, °/o

Im Ausgangzustand 1

Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 200°C im Laufe
von 24 Stunden 1

Nach 5 Tagen Feuchtelagerung 3

Beispiel 2

Das Elektroisolationsmaterial, das 87 Gew.-% Hexafluorpropylen- Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat, 1 Gew.-% Polymethylphenylvinylhydroxyloxanharz, IC Gew.-% glimmerhaltiges Material — Glimmerplast, 1 Gew.-% Benzoylperoxid und 1 Gew.-% Talk enthält, wird in Methyläthylketon aufgelöst und durch Tauchen mit anschließender Kalibrierung auf einen 40 μΐη dicken Polyamidfilm bis zu einer Dicke von 120 ± 10 μΐη aufgetragen und einer Wärmebehandlung ausgesetzt.

Das erzeugte Material weist physikalisch-mechanische und dielektrische Kennwerte nahe der im Beispiel 1 genannten, mit Ausnahme der Hitzebeständigkeit, die oberhalb der Klasse H (180°) liegt, auf.

Beispiel 3

Das Elektroisolationsmaterial, das 38 Gew.-% ternäres Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Tetrafluoräthylen-Mischpolymerisat, 3 Gew.-% Indenkumaronharz, 38% glimmerhaltiges Material — Sludinit, 0,1 Gew.-% Hexamethylendiamin und 20,9 Gew.-°/o Kreide, Zinkoxyd, Talk (im Verhältnis 1 :1 :1) enthält, wird in einem Gemisch von Azeton mit Methyläthylketon (im Verhältnis 1:1) aufgelöst und anschließend auf ein 30 μπι dickes, mit einem Lack folgender Zusammensetzung:

40 6 Gew.-Teile 400 Gew.-Teile

60 bei einer Temperatur von 150 bis 250^cC vorbehandeltes Glasgewebe bis zu einer Dicke von 100 μΐη aufgebracht.

Die genannte Lösung des elektrischen Isolierstoffes wird durch Begießen auf das genannte Glasgewebe bis zu einer Dicke von 200 ± 10 μιη aufgetragen und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 80 bis 250° C unterzogen.

Das erhaltene Material besitzt folgende physikalischmechanische und dielektrische Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht 1,8— 1,9 g/cm¹

Hitzebeständigkeit

oberhalb der Klasse B (130⁰C)

Mechanische Zerreißfestigkeit
eines 15 mm breiten Bandes 25—30 kg

Elektrische Festigkeit, kV/mm

Im Ausgangszustand 50—60

Nach dem Durchwärmen bei

einer Temperatur von 180⁰C im

Laufe von 24 Stunden, einer

Biegung und Walzung durch

eine 2 kg schwere Walze 40—50

Nach einer Feuchtelagerung

(in 95 ± 3%) relativer Feuchte) nicht unter 30

Die Koronafestigkeit der Gehäuse-Hochspannungsisolation übertrifft um das Zweifache die bekannten glimmerhaltigen elektrischen Isolierstoffe.

Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm

Im Ausgangszustand 10'⁵

Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 180° C 10¹⁵

Nach 5 Tagen Feuchtelagerung 10¹³

Dielektrischer Verlustwinkel, %

Im Ausgangszustand unter 1

Nach dem Durchwärmen bei einer

Temperatur von 180° C im Laufe von

24 Stunden 1

Nach 5 Tagen Feuchtelagerung 2

Beispiel 4

Das Elektroisolationsmateri.il, das 30 Gew.-% Trifluorchloräthylen-Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat, 3 Gew.-o/o Urethan, 0,1 Gew.-% Bis-(Furfuryliden)-Hexamethylendiimin, 30 Gew.-% Divinylstyrolkarboxylatkautschuk, 30 Gew.-% Sludinit und 0,9 Gew.-% Talk enthält, wird in Azeton aufgelöst und dann auf ein 60 μπι dickes, mit dem im Beispiel 3 angegebenen Lack vorbehandeltes Glasgewebe aufgebracht.

Die genannte Elektroisolationsmateriallösung wird durch Begießen auf das genannte Glasgewebe bis zu einer Dicke von 200+10 μπι aufgetragen und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 80 bis 250⁰C ausgesetzt

Das erzeugte Material weist physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften etwas höher als im im Beispiel 3 angeführten auf, darüber hinaus ist dieses Material härtbarer.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Isolierstoff, der Fluorkautschuk, strukturierende Zusatzstoffe und einen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein niedermolekulares KJebharz und über die gesamte Masse des Stoffes gleichmäßig verteilte Teilchen eines glimmerhahigen Materials enthält

2. Elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in folgenden Anteilen(Gew.-%) genommene Komponenten: