DE4314620A1 - Elektroisolationspapier - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein temperaturbeständiges, einfach und
kostengünstig herstellbares Elektroisolierpapier auf Basis von
Kunststoffharzfasern und Polymerfibrillen, die als Bindemittel
für die Fasern wirken.
Isoliersysteme sind ein entscheidender Faktor für die Funktions
fähigkeit und Lebensdauer von Wechsel- und Gleichstrommaschinen.
Wesentliche Forderungen an moderne Hochspannungsisolierstoffe für
den Motoren-, Generatoren-, Transformatoren- und Kondensatorenbau
sowie für die Isolierung elektrischer Geräte sind
- - niedriger Verlustfaktor, auch bei Erhöhung der Temperatur
- - hohe Temperaturbeständigkeit
- - gute Spannungs- und Kriechstromfestigkeit
- - Glimmbeständigkeit
- - sicherer Schutz gegen elektrische Durchschläge.
Diese Forderungen werden durch flächige bzw. geformte Isolier
materialien am besten erfüllt.
Bisher verwendete Isoliermaterialien sind z. B. harzgetränkte
Glasvliese bzw. Glasgewebe, flächige Gebilde aus speziellen Ab
mischungen mit Zellstoff, Folien aus Polyester oder Polyamide,
sowie Papiere aus aromatischen Polyamiden. Diese Isolierstoffe
weisen zwar in der Regel gute elektrische und weist auch gute me
chanische Eigenschaften auf, ihre Herstellung ist jedoch kosten
intensiv, so daß sich die elektrischen Maschinen dadurch nicht
unwesentlich verteuern. Einige dieser Papiere sind sehr spröde
und brechen insbesondere bei Knickbeanspruchung. Papiere aus aro
matischen Polyamiden zeichnen sich durch besonders gute
Temperaturbeständigkeit aus, ihre mechanischen Eigenschaften,
insbesondere die hohe elastische Rückverformung sind bei der Ver
arbeitung nachteilig. Auch läßt die Dauerglimmbeständigkeit zu
wünschen übrig.
Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, Elektroisoliermate
rialien bereitzustellen, die gute mechanische und elektrische Ei
genschaften aufweisen, temperaturbeständig sind und kostengünstig
hergestellt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein temperaturbeständiges Elektro
isolierpapier, enthaltend
- A. 15-95 Gew.-% Kunstharzfasern
- B. 5-85 Gew.-% Polymerfibrillen
- C. 0-30 Gew.-% Kunstharzpulver
- D. 0-80 Gew.-% mineralische Füllstoffe,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kunstharzfasern A aus
einem Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt bestehen.
Zu den einzelnen Komponenten des Elektroisolierpapiers ist
folgendes zu sagen:
- A. Melaminharz-Fasern sind aufgrund ihrer hohen Temperatur beständigkeit und Unbrennbarkeit besonders geeignet. Ihre Herstellung und ihre Eigenschaften sind bekannt, z. B. aus der DE-A 23 64 091. Sie werden bevorzugt aus hochkonzentrierten Lösungen von Melamin/Formaldehyd-Vorkondensationsprodukten durch Zentrifugenspinnen, Fadenziehen, Extrudieren oder durch Fibrillierungsprozesse gewonnen. Die dabei erhaltenen Fasern werden vorgetrocknet, gegebenenfalls gereckt und das Melamin harz wird bei Temperaturen von 150 bis 250°C gehärtet. Die Fasern sind gewöhnlich 5 bis 25 µm dick und 2 bis 20 mm lang. Ihr Anteil in dem Isolationspapier beträgt 30 bis 95, vor zugsweise 50 bis 80 Gew.-%. Besonders temperaturbeständige Fasern erhält man, wenn im Melaminharz 1 bis 30 Mol-% des Melamins durch ein Hydroxyalkylmelamin ersetzt sind, wie in EP-A 221 330 oder EP-A 523 485 beschrieben ist. Derartige Fasern weisen eine Dauertemperaturbeständigkeit bis 200°C, vorzugsweise bis 220°C auf. Die Kunstharzfasern A haben im allgemeinen eine spezifische Oberfläche nach BET (gemessen nach S. Brunauer, JACS 60, S. 309, [1938] an bei -190°C gefriergetrockneten Fasern) von weniger als 1, insbesondere weniger als 0,7 [m²·g-1].
- B. Die Polymerfibrillen bewirken aufgrund ihrer verästelten
Struktur den Zusammenhalt der Melaminharzfasern insbesondere
bei der Papierherstellung, aber auch im fertigen Papier.
Polymerfibrillen sind verzweigte, faserige Polymerpartikel,
welche morphologisch nach Größe und Gestalt den Cellulose
fasern ähnlich sind. Ihre Länge beträgt vorzugsweise 0,5 bis
50 mm, ihre Dicke weniger als 5 µm, insbesondere 0,01 bis
1 µm, wobei die Dicke der feinen Einzelfasern, mikroskopisch
bei einer Vergrößerung von 1 : 20 000 bestimmt, gemeint ist.
Ihre spezifische Oberfläche nach BET ist größer als 3, insbe
sondere größer als 5 m²·g-1.
Die Polymerfibrillen können aus einem temperaturbeständigen Thermoplasten vorzugsweise mit einer Erweichungstemperatur oberhalb von 100°C bestehen, z. B. aus Polypropylen, Poly acrylnitril, einem Polyester, einem aromatischen Polyamid, einem Polysulfon oder einem Polyketon, ferner aus einem Duroplasten, wie einem Polyimid oder einem Melamin/Form aldehyd-Kondensat; schließlich können die Fibrillen auch aus Cellulose bestehen. Synthetische Polymerfibrillen werden her gestellt durch Ausfällen einer Lösung des Polymeren unter Energiezufuhr und gegebenenfalls anschließender Aushärtung. Der Gehalt aus Polymerfibrillen beträgt 5 bis 70, vorzugs weise 10 bis 50 Gew.-%. - C. Das Elektroisolierpapier enthält 0 bis 30, vorzugsweise 1 bis 20 Gew.-% eines Kunstharzpulvers, welches als zusätzliches Bindemittel für die Fasern wirkt. Es kann aus einem härtbaren Kunststoff bestehen, wie z. B. einem Aminoplasten oder einem Epoxidharz, welches beim Verpressen des Papiers aushärtet, oder aus einem temperaturbeständigen Thermoplasten, der beim Verpressen aufschmilzt.
- D. Als Füllstoffe kommen feinteilige anorganische Stoffe, wie z. B. Zement, Talkum, Kaolin, Schiefermehl, Kalk, Magnesia, Ruß, Kieselgur oder Mischungen davon in Frage. Ihre Teilchen größe beträgt vorzugsweise 0,1 bis 40 µm. Auch blättchen förmige Füllstoffe, wie Glimmer, mit einer Dicke zwischen 1 und 100 µm, sowie faserige mineralische Füllstoffe, wie Glas- und Steinwollefasern sind geeignet. Die Füllstoffe können in dem Elektroisolierpapier in Mengen von bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise von 10 bis 50 Gew.-% enthalten sein.
Die erfindungsgemäßen Elektroisolierpapiere werden nach den in
der Papierindustrie üblichen Verfahren hergestellt. Dazu schlämmt
man die faser- bzw. pulverförmigen Ausgangsmaterialien in Wasser
auf und stellt eine Dispersion mit einem Feststoffgehalt von vor
zugsweise 0,1 bis 10 Gew.-% her. Die wird auf üblichen Papier
maschinen, z. B. Langsieb- oder Rundsiebmaschinen aufgebracht, wo
sie flächig ausgebreitet und der Großteil des Wassers abgesaugt
wird. Durch die Fibrillen werden die Melaminharzfasern zusammen
gehalten, so daß das entstehende Rohpapier eine ausreichende in
itiale Naßfestigkeit erhält. Dieses Rohpapier wird dann bei Tem
peraturen zwischen 120 und 180°C getrocknet, indem man es z. B.
über beheizte Rollen führt. Anschließend wird es bei Temperaturen
oberhalb von 200°C verpreßt. Dies kann auf üblichen Glättwalzen
und/oder Walzwerken geschehen, wobei bei Verweilzeiten von mehre
ren Minuten ein relativ hoher Druck auf das Papier ausgeübt wird.
Dabei härten gegebenenfalls vorhandene Kunstharzpulver aus bzw.
schmelzen auf und bewirken eine zusätzliche Verfestigung des
Papiers. Das Papier kann auch durch nachträgliches Tränken mit
Harzen weiter verfestigt werden, z. B. mit Epoxid-, Melamin-, Po
lyester-, Silicon-, Phenol-, oder Acrylatharzen, sowie mit Poly
imiden. Als Lacke kommen solche auf Basis von Alkylphenolen,
Imiden oder Silikonen in Frage. Man kann Verbundmaterialien her
stellen, indem man das Elektroisolierpapier mit Folien, z. B. mit
Polyimid-Folien kaschiert.
Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich
auf das Gewicht.
Nach Beispiel 1b der EP-A 523 485 wird ein Melaminharz herge
stellt, bei dem etwa 10 Mol-% des Melamins durch
5-Hydroxy-3-oxapentylamino-1,3,5-triazin ersetzt sind. Dieses Me
laminharz wird zu Fasern einer Länge von 6 mm, einer Dicke von
15 µm und einer spezifischen Oberfläche von 0,52 m²·g-1 verspon
nen. 70 Teile dieser Melaminharzfasern werden zusammen mit
15 Teilen Aramidfibrillen (Länge 6 mm, spezifische Oberfläche
3 m²·g-1) in Wasser aufgeschlämmt. Anschließend werden 15 Teile
eines handelsüblichen Melamin/Formaldehyd-Vorkondensatharzes (KAU
RAMIN 700 der BASF) homogen eingemischt. Die erhaltene Suspension
mit einem Feststoffgehalt von 0,5% wird in einen Blattbildner
gegeben und das Wasser wird abgesaugt. Das erhaltene Rohpapier
hat eine initiale Naßfestigkeit von 120 g und eine Dicke von
1,5 mm. Es wird über Rollen geführt und einer Verweilzeit von
50 sec getrocknet, dann zwischen beheizten Glättwalzen auf eine
Dicke von 0,7 verdichtet und schließlich in einem Walzwerk bei
230°C, einem Druck von 150 bar verpreßt. Das erhaltene Elektroiso
lierpapier weist folgende Eigenschaften auf:
Dicke|0,25 mm | |
Durchschlagfestigkeit (nach DIN 53 481) | 35 kV · mm-1 |
Dielektrizitätskonstante (bei 10³ Hz und 50°C) | 2,6 |
Spez. Durchgangswiderstand (nach 53 482) | 4 · 10¹⁶ [Ω · cm] |
Reißfestigkeit (nach DIN 53 455) | 420 N · cm-1 |
Reißdehnung (nach DIN 53 455) | 20% |
Einreißfestigkeit (nach DIN 53 515) | 850 N |
Claims (8)
1. Temperaturbeständiges Elektroisolierpapier, enthaltend
- A. 15-95 Gew.-% Kunstharzfasern
- B. 5-85 Gew.-% Polymerfibrillen
- C. 0-30 Gew.-% Kunstharzpulver
- D. 0-80 Gew.-% mineralische Füllstoffe,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharzfasern A aus einem
Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt bestehen.
2. Elektroisolierpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Melaminharzfasern A eine spezifische Oberfläche (nach
BET) von kleiner als 1 [m²·g-1) und die Polymerfibrillen B
eine spezifische Oberfläche (nach BET) von größer als 3
[m²·g-1] aufweisen.
3. Elektroisolierpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Melaminharzfasern A aus einem Melaminharz bestehen,
bei dem 1 bis 30 Mol-% des Melamins durch ein Hydroxyalkyl
melamin ersetzt sind.
4. Elektroisolierpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerfibrillen aus einem temperaturbeständigen
Thermoplasten, einem Duroplasten oder Cellulose bestehen.
5. Elektroisolierpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kunststoffharzpulver C aus einem härtbaren Kunstharz
oder aus einem temperaturbeständigen Thermoplasten besteht.
6. Elektroisolierpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff D aus einem Pulver mit einer mittleren
Teilchengröße von 0,1 bis 40 µm oder aus Blättchen mit einer
mittleren Dicke zwischen 1 und 100 µm besteht.
7. Verfahren zur Herstellung des Elektroisolierpapiers nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Dis
persion mit den Komponenten A, B, sowie gegebenenfalls C und
D mit einem Feststoffgehalt zwischen 0,1 und 10 Gew.-% auf
einer Papiermaschine zu einem Rohpapier verarbeitet, dieses
bei Temperaturen zwischen 120 und 180°C trocknet und schließ
lich bei Temperaturen oberhalb von 200°C durch Verpressen
verdichtet und glättet.
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8130 | Withdrawal |