DE2728233B2 - Lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse - Google Patents

Lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse

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Description

25
Gegenstand der Erfindung ist eine lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse mit Poly(arylensulfiden) als Grundmaterial.
Bei vielen kommerziellen Fällen, bei denen elektrischer Strom hoher Spannung zur Anwendung kommt, z. B. Kraftübertragung, elektrische Widerstandsheizung, ist es notwendig oder wünschenswert lichtbogenbeständl^e Materialien, wie sie nach ASTM-D-495-73 definiert sind, zu verwenden. Noch erwünschter sind lichtbogenbeständige Elektroisoliermassen, die außerdem wasserfest sind und akzeptable physikalische Eigenschaften aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse zur Verfügung zu stellen, die akzeptable physikalische Eigenschaften hat und eine verbesserte Wasserfestigkeit und einen verbesserten linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein ungehärtetes oder teilweise gehärtetes Poly(arylensulfid) und als Füllstoff 20 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, Ton und/oder Talk enthält.
Eine bevorzugte lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse enthält zusätzlich 03 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, mindestens eines Silans. Btvcrzugt handelt es sich bei diesem Silan um ein Alkylsilan, Alkoxysilan oder um deren Polymere.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Poly(arylensuind) eine inhärente Viskosität von mindestens 0,08 bis 2060C aufweist. Die Methode für die Messung der Viskosität wird später beschrieben.
Zur Herstellung der lichtbogenbeständigen Elektro- w> isolicrmassen mn.h der Erfindung wird ungehärtetes oder teilweise gehärtetes Poly(phenylensulfid) in einen üblichen Mischer, /.. B. einen Taumelmischcr. zusammen mit den Füllstoffen eingefüllt. Die Bestandteile werden /.u einer homogenen Mischung verarbeitet. Diese hri Mischung kann dann durch Spritzguß oder 1 ornipressen zu lichtbogcMbcständigcn Fnrmkörpern verarbeitet werden.
Polyiarylensulfide) ohne Zusätze weisen keine gute Lichtbogenbeständigkeit auf. Beispielsweise besitzt Poly(phenylensulfid) eine Lichtbogenbeständigkeit von etwa 10 Sekunden, gemessen nach ASTM-D-495-73, während die akzeptablen Mindestwerte für lichtbogenbeständige Materialien etwa 120 Sekunden betragen.
Es ist deshalb überraschend, daß die Elektroisoliermassen nach der Erfindung lichtbogenbeständig sind. Die erfindungsgemäßen Elektroisoliermassen weisen nach ASTM-D-495-73 gemessen eine Lichtbogenbeständigkeit von 120 oder mehr Sekunden auf. Durch die bereits erwähnte Zugabe von kleinen Anteilen von Silanen zu den neuen lichtbogenbeständigen Massen wird deren Wasserbeständigkeit verbessert und ihr linearer Ausdehnungskoeffizient verringert oder zumindest stabilisiert
Jedes ungehärtete oder teilweise gehärtt1-? Poly(arylensulfid), ob Homopolymer, Copolymer, Terpolymer oder dergleichen oder eine Mischung dieser Polymeren kann für die Zwecke der Erfindung verwendet werden. Das erfindungsgemäß zu verwendende ungehärtete oder partiell gehärtete Polymer ist ein Polymer, dessen Molekuiargewicht durch Zufuhr ausreichender Energie, wie Wärme, bevorzugt in Gegenwart von Sauerstoff, erhöht werden kann entweder durch Kettenverlängerung oder durch Vernetzen oder durch Kombination von beiden. Das Verfahren, durch das das Molekulargewicht der Polymeren erhöht wird, kann als Härtungsprozeß bezeichnet werden. Für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet sind Poly(arylensulfide) die eine inhärente Viskosität in Chlornapthalin (0.2 Gramm Polymer in 100 ecm Chlornaphthalin) bei 206° C von mindestens 0,08, bevorzugt zwischen etwa 0,1 und etwa 03 aufweisen. Ganz besonders bevorzugt werden solche mit einer inhärenten Viskosität von etwa 0,13 bis 0,23. Beispiele von für die Zwecke der Erfindung geeigneten Polymeren sind in US-PS 33 54 129 beschrieben. Andere Beispiele von F'oly(arylensulfiden) sind Poly(4,4'-biphenylensulfid); Poly(2.4-tolylensuifid); ein Copolymer aus p-Dichlorbenzol, 2,4-Dichlortoluol und Natriumsulfid und deren Mischungen. Von allen Poly(arylensulfiden) werden die Poly(phenylensulfide) (PPS) für die Zwecke der Erfindung besonders bevorzugt
jeder kommerziell erhältliche Ton oder Talk kann als Füllstoff benutzt werden. Eine hohe Reinheit dieser Bestandteile ist nicht erforderlich.
Obwohl man der Meinung ist, daß jedes Silan zur Verbesserung der Wasserfestigkeit und des linearen Ausdehnungskoeffizienten der neuen lichtbogenbeständir;en Zusammensetzungen verwendet werden kann, werden Alkylrilane, Alkoxysilane und deren Polymere oder Mischungen davon bevorzugt. Beispiele dafür sind y-Glycidoxypropylirimeihoxysilan, Methyltrimethoxysilan und Polyisomethoxysitan.
Die Konzentration der den lichtbogenbeständigen Massen wahlweise zugesetzten Silane schwankt bevorzugt zwischen 0,5 und 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
Die Herstellung der verbessert lichtbogenbeständigen Elektroisoliermassen läßt sich am besten erklären durch die nachfolgend wiedergegebene Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschrilte.
Wenn die Masse durch Sprit/gießen verarbeitet werden soll, ist es erwünscht, das Polymer partiell zu härten um dessen Schmelzfluß auf einen Wert unter 75 Gramm/10 Min. (gemessen nach ASTM Methode D-1238-74, bei J43C und mit 5kg Gewicht) zu
reduzieren. Polymere mit einem Schmelzfluß unter diesen Wert lassen sich mit größerer Leistung durch Spritzgießen verarbeiten. Der Härtungsprozeß wird ausgeführt durch Erwärmen des ungehärteten oder teilweise gehärteten Polymeren, bevorzugt in Luft, auf erhöhte Temperatur bis der gewünschte Schmelzfluß erhalten wird. Normalerweise werden Temperaturen von mindestens 2600C angewandt Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 288 und 482° C
Das ungehärtete oder partiell gehärtete Polymer wird in einen Taumelmischer oder anderen gebräuchlichen Mischern zusammen mit dem ausgewählten Anteil an Füllstoff oder einer Mischung von Füllstoffen eingebracht. Wahlweise werden noch die gewählten Anteile Silan zugefügt Die Bestandteile werden in bekannter is Weise so lange gemischt, bis eine homogene Masse entstanden ist
Die Mischung wird dann in eine Spritzgußeinrichtung eingebracht und zu einer lichtbogenbeständigen Masse ausgeformt DieiMwünschte Gestalt des Endproduktes kann durch Spritzgießen erhalten werden. Es ist jedoch auch möglich anschließend an die Spritzgußverarbeitung noch andere maschinelle oder auch andersartige Formgebungsmaßnahmen anzuschließen. Falls die Zusammensetzung nicht durch Spritzgießen sondern durch andere Verfahren, beispielsweise Preßformen verarbeitet werden soll, sind die Schmelzflußeigenschaften des Poly(arylensulfids) normalerweise unwichtig. Jedes feste oder flüssige ungehärtete oder teilweise gehärtete Poly(arylensuifid) kann mit den genannten Füllstoffen so gemischt werden und die Mischung kann durch
Tabelle I
Energiezufuhr, beispielsweise Hitze, gehärtet werden, ohne daß zuvor der Schmelzfluß des Po|y(arylensulfids) auf den bevorzugten Mindestwert gebracht werden muß.
Beispiel 1
Handelsübliches Poly(phenylensuind)-Pulver mit einer Dichte von 1,3 gemessen nach ASTM D 15Ü5-68 und einem Schmelzfluß von 75 Gramm/10 Minuten gemessen nach ASTM D 1238-74 (343° C und 5 kg Gewicht), wurden mit verschiedenen Anteilen an Ton, Talk, Calciumcarbonat, Glimmer und Glasfasern gemischt. Der Anteil jedes Füllstoffes der einzelnen Mischungen ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Das Mischen erfolgte in einem Taumelmischer.
Jede Mischung und eine Probe von reinem Poly(phenylensulfid) des für die Mischungen verwendeten Typs wurde mittels Spritzguß zu einem Prüfstab mit Abmessungen 21,6 cm χ 13 cm χ 3,18 mm verarbeitet Diese Form entspricht der ASTM-Vorschrift for die Prüfung der Zugfestigkeit Von jedem Prüfkörper wurden seine Zugfestigkeit die Bruchdehnung in % und die Lichtbogenbeständigkeit nach ASTM D 495-73 bestimmt Die Resultate sind in Tabelle I wiedergegeben.
In der folgenden Tabelle I entsprechen die Versuche A, B und F bis I der Erfindung; die Versuche C bis E betreffen Vergleichsmassen. Die Tabelle enthält außerdem noch einen Konvollversuch für reines Poly(phenylensulfid) ohne Füllstoffzusatz.
Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften von Elcklroisoliermassen nach der Erfindung und Vergleichsmassen
Schneckengang (cm)
69
56
4)
nicht gepr.
') Huber Nr. 200L.
2) Desert mineral Nr. 57.
') Marietta suzorite 20-40 Maschen.
4) F.inigc Eigenschaften wurden wegen /u niedriger Lichlliogcnbc.stiindigkcit nicht bestimmt, die Mindest-Lichthogcnbeständigkeit beträgt Tür dieses Harz 120 Sek.
5) Erwünschte Mindest-Ziigfesligkeil 68 '»88 kPa.
'') Für den Kontrollversuch wurde das gleiche Pnlyfphcnylciisulfld) verwendet wie hei den Massen nach der l-rfindiini;
und den Vergleichsmassen. Ks lag aber in pclletisierter Form vor. ;] ASTM D-256.
Bestandteil Gew.-%
der Cesamtmischung		 Mischung
A		 B C D Kontroll- ■
versuch ■
Poly(phenylensulfid)
Ton1)
Talk2)
Glimmer3)		 60%
40%		 60%
40%		 60%
40%		 60%
20%
20%		 1006) I
Zugfestigkeit, kPa5)
% Bruchdehnung		 66 240
1,04		 71 760
0,8		 60 375
0,54		 71070
0,88		 134 550 I
1,3 I
Lichtbogenbeständigkeit (Sek.) 181 178 17 182 10,8 I
Izod-Schlagzähigkeit 24 C7)
Ungekerbt, 3,175 mm, Nm/m
Gekerbt, 3,175 mm, Nm/m		 117,6
14,4		 103,1
15,5		 4)
nicht gepr.
19,2		 157,1
12,8		 I
429,3
74,8
Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe der aufgezählten Füllstoffe die Zugfestigkeit und die prozentuale Bruchdehnung verringern, jedoch wird durch jeden der Füllstoffe die Lichtbogenbeständigkeit des Polymeren verbessert. Der Grad der Verbesserung der Lichtbogenbeständigkeit variiert stark und hängt vom Anteil und der Art des Füllstoffps ab. Die höchste Lichtbogenbeständigkeit wurde mit den Mischungen A, B und D erreicht A.idere, in Tabelle I aufgeführte Mischungen, zeigen nur eine geringfügig verbesserte Lichtbogenbeständigkeit, die unbefriedigend ist und nicht den nach ASTM D 495-73 erforderlichen Mindestwert von 120 Sekunden erreicht
Beispiel 2
Weil Talk und Ton in Kombination mit Poly(phenylensulfid) gute Lichtbogenbeständigkeit aufweisen, wurden weitere Testreihen mit verschiedenen Anteilen dieser beiden Füllstoffe ausgeführt Die Versuche wurden nach den im Beispiel 1 genannten Verfahren durchgeführt Die Ergebnisse werden nachfolgend wiedergegeben.
Tabelle 11
IO
15 Füllstoff Gew.-%
Talk Ton
IO
15
20
25
Lichtbogen- Schmelzfluß')
bcsliindigkeit, Sek. g/10 Minuten
132
183
188
193
93,6
68,1
37,4
10,7
') ASTM D-1238-74, 343 C und 5 kg Gewicht
Die Werte zeigen, daß alle Mischungen den akzeptablen Mindestwert der Lichtbogenbeständigkeit von 120 Sekunden überschreiten, daß aber die Mischungen mit 15 Gew.-% jedes Füllstoffes die beste Kombination der beiden Eigenschaften, Lichtfcogenbeständi,<jkeit und Schmelzfluß, aufweisen. Gute SchmeJtflußeigenschaften sind erford Aich für eine gute Verarbeätbarkeit der Zusammensetzungen, insbesondere für das Spritzgießen.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein ungehärtetes oder teilweise gehärtetes Poly(arylensulfid) und als Füllstoff 20 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, Ton und/oder Talk enthält
2. Elektroisoliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, mindestens eines Silans enthält.
3. Elektroisoliermasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan oder die Silane is Alkylsilane, Alkoxysilane oder deren Polymere sind.
4. Elektroisoliermasse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly(arylensuind) eine inhärente Viskosität von mindestens 0,08 bei 2060C aufweist, wobei die Viskosität in der beschriebenen Weise gemessen wird.
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