Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Isolator aus Polymermaterial mit
einem Kernteil, einem an einer Außenfläche des Kernteils vorgesehenen isolierenden
Mantelteil und einem Metallfitting zur Befestigung, das an einem Endabschnitt des
Kernteils so befestigt ist, dass der Endabschnitt den isolierenden Mantelteil berührt.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines bekannten Isolators
aus Polymermaterial zeigt. In der in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsform umfasst ein
Polymerisolator 1 einen FRP-Stab 2 als Kernteil, einen isolierenden Mantelteil 3 aus
Gummi, wie z. B. Silikongummi, der an einer Außenfläche des FRP-Stabs 2 angeordnet
ist, und Metallfittings 4 zur Befestigung, die an beiden Enden des FRP-Stabs 2 befestigt
und fixiert sind. Der isolierende Mantelteil 3 umfasst einen Hüllabschnitt 5 und mehrere
Schuppen 6. Um den oben angeführten Polymerisolator herzustellen, wird der
isolierende Mantelteil 3 auf den FRP-Stab 2 aufgeformt, und danach werden die zur Befestigung
dienenden Metallfittings 4 an beiden Enden des FRP-Stabs 2 befestigt und fixiert. In
diesem Fall ist ein Dichtungsabschnitt 7 aus einem Dichtungsmittel, wie z. B. Gummi aus
einem Silikonsystem, an der Grenze zwischen dem isolierenden Mantelteil 3 und den
Metallfittings 4 zur Befestigung angeordnet, der der äußeren Atmosphäre ausgesetzt ist,
um so den Einschluss von Wasser oder dergleichen durch die Grenze hindurch zu
vermeiden.
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Während einer normalen Einsatzerprobung zeigt der bekannte Polymerisolator mit der
erwähnten Konstruktion bei den Kriecherosionseigenschaften des isolierenden
Mantelteils 3 und des Dichtungsabschnitts 7 keine Probleme. Wird der bekannte
Polymerisolator jedoch unter extremen Fouling-Bedingungen eingesetzt oder wird der bekannte Polymerisolator
einem Test auf Beschleunigungsschäden unterzogen, so kann in diesem Fall
Erosion am Dichtungsabschnitt 7 auftreten. Aus diesem Grund ist es notwendig, um die
Verlässlichkeit des Polymerisolators zu verbessern, auch die Beständigkeit gegen
Kriecherosion viel stärker zu verbessern.
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Weiters ist der Dichtungsabschnitt 7 an beiden Enden des Polymerisolators 1
angeordnet, welcher häufig starken elektrischen Feldern ausgesetzt ist. Aus diesem Grund
werden, wie in Fig. 3 gezeigt, häufig Korona- oder Trockenbandbogenentladungen am
Dichtungsabschnitt 7 erzeugt, speziell wenn der Polymerisolator 1 unter extremen
Fouling-Bedingungen verwendet wird. Deshalb ist es notwendig, im Dichtungsabschnitt 7
über exzellente Beständigkeit gegen Kriecherosion zusätzlich zu den
Dichtungseigenschaften, die dieselben wie jene des bekannten Polymerisolator sind, zu verfügen.
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Die EP-A-617.433 offenbart einen Isolator, der jenem aus Fig. 2 ähnelt. Die JP-A-8-
41347 und JP-A-8-41348 beschreiben Silikongummi, der Aluminium-trihydrat,
gegebenenfalls mit einem Haftvermittler auf Silanbasis behandelt, als Material für einen
elektrischen Isolator enthält.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel dieser vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile zu
eliminieren und einen Polymerisolator bereitzustellen, der die Beständigkeit gegen
Kriecherosion durch Verbesserung des Dichtungsabschnitts verbessern kann.
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Gemäß der Erfindung wird ein Polymerisolator bereitgestellt, wie er im Anspruch 1
dargelegt ist. Aluminiumoxidtrihydrat (ATH) ist Al&sub2;O&sub3;·3H&sub2;O.
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Die vorliegende Erfindung wird basierend auf den folgenden, durch verschiedene Tests
gewonnenen Ergebnissen erhalten. Das heißt, um die Beständigkeit gegen Kriecherosion
zu verbessern, ist es wirksam, ein Dichtungsmittel, worin eine vorbestimmte Menge an
ATH, vorzugsweise mit einer vorbestimmten Teilchengröße und einer vorbestimmten
Oberflächenbehandlung enthalten ist, als Dichtung zwischen dem isolierenden
Mantelteil und den Metallfittings zur Befestigung zu verwenden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen vergrößerten Hauptabschnitt eines
Polymerisolators gemäß der Erfindung wiedergibt;
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines bekannten
Polymerisolators veranschaulicht; und
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die zur Erklärung der Erzeugung von
Bogenentladung im bekannten Polymerisolator dient.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen vergrößerten Hauptabschnitt eines
Polymerisolators gemäß vorliegender Erfindung zeigt. Der Polymerisolator gemäß der in Fig.
1 dargestellten Erfindung weist im Grunde dieselbe Konstruktion wie der in Fig. 2
abgebildete bekannte Polymerisolator auf. Aus diesem Grund sind in der in Fig. 1
dargestellten Ausführungsform die Bezugszeichen, die jenen der Fig. 2 ähneln, mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet wie jene in Fig. 2, und Erklärungen dafür werden ebenfalls
ausgelassen. Im in Fig. 1 gezeigten Polymerisolator der Erfindung ist das Charakteristikum,
dass ein Dichtungsabschnitt 7, der aus einem Dichtungsmittel geformt ist, in welchem
80 bis 250 Gewichtsteile ATH, bezogen auf 100 Gewichtsteile der
Polymerkomponente, enthalten sind, an einer Grenze zwischen dem isolierenden Mantelteil 3 und dem
Metallfitting 4 zur Befestigung angeordnet ist, welche der äußeren Atmosphäre
ausgesetzt ist.
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Hierin bedeutet der Terminus "ATH" Aluminiumoxidtrihydrat (Al&sub2;O&sub3;·3H&sub2;O).
Normalerweise liegt ATH in der Form Al(OH)&sub3; vor. Wird Wärme angewandt, ändert sich das ATH
zur Form Al&sub2;O&sub3;·3H&sub2;O, d. h. unter Erhitzung erfolgt die folgende Reaktion: 2Al(OH)3→
Al&sub2;O&sub3;·3H&sub2;O. Dabei wird Wasser erzeugt, und somit wird die eingesetzte Wärme
Verdampfungswärme von Wasser absorbiert. Deshalb weiß man, dass es möglich ist, wenn
ein Gummi ATH enthält, durch Wärme entstehende Schäden des ATH umfassenden
Gummis zu vermeiden.
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Jede geeignete Polymerkomponente kann als Dichtungsmittel des Dichtungsabschnitts 7
verwendet werden. Alle geeigneten Polymerkomponenten vom Silikontyp können
verwendet werden, und die Art der Härtung ist nicht speziell eingeschränkt. Unter diesen
wird es vorgezogen, Poly-dimethylsiloxan zu verwenden. Weiters ist die Teilchengröße
des im Dichtungsmittel des Dichtungsabschnitts 7 enthaltenen ATH im Hinblick auf die
Verbesserung der Beständigkeit gegen Kriecherosion nicht speziell eingeschränkt.
Dennoch wird die Teilchengröße des ATH vorzugsweise auf 3 um oder mehr, insbesondere
8 um oder mehr, unter dem Gesichtspunkt von Eigenschaften wie Säurebeständigkeit,
der Dichtung und Wasserabsorptionfähigkeit limitiert, wie dies aus den folgenden
Beispielen klar hervorgeht. Zusätzlich wird die Obergrenze der Teilchengröße für das ATH
mit vorzugsweise 50 um festgelegt. Beträgt die Teilchengröße des ATH nicht weniger
als 50 um, kann das Dichtungsmittel nicht einheitlich vermischt werden, und somit
kann der aus einem solchem Dichtungsmaterial geformte Dichtungsabschnitt 7
möglicherweise über nicht genügend Festigkeit verfügen. Hierin bedeutet Teilchengröße die
durchschnittliche Teilchengröße.
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Nachstehend werden tatsächliche Beispiele erläutert.
Experimenteller Teil
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Dichtungsmittel gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung, einigen
Vergleichsbeispielen und einem bekannten Beispiel wurden hergestellt, indem die ATH-Menge,
die ATH-Teilchengröße, die ATH-Oberflächenbehandlung und die Art der Härtung
festgelegt wurden wie in der folgenden Tabelle 1 ausgeführt. In der Tabelle 1 wurde
Polydimethylsiloxan als Polymerkomponente verwendet. Weiters ist die angegebene ATH-
Menge in Gewichtsteilen ATH, bezogen auf 100 Gewichtsteile an Poly-dimethylsiloxan,
angegeben. Die ATH-Oberflächenbehandlung wurde unter Verwendung eines
Haftvermittlers auf Silanbasis durchgeführt. Daraufhin wurden die Beständigkeit gegen
Kriecherosion, die Säurebeständigkeitseigenschaften und die Wasserabsorptionseigenschaften
der auf diese Weise hergestellten Dichtungsmittel untersucht; weiters wurden auch die
Dichtungseigenschaften des Polymerisolators, wobei die derart hergestellten
Dichtungsmittel als Dichtungsabschnitt verwendet wurden, einer Untersuchung unterzogen.
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Nachfolgend werden die Ergebnisse der zuvor erwähnten Untersuchungen in dieser
Reihenfolge beschrieben.
Tabelle 1
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* Die Beispiele 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.
(1) Beständigkeit gegen Kriecherosion:
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Ein Test der Beständigkeit gegen Kriecherosion wurde wie folgt durchgeführt. Zuerst
wurden Proben der in Tabelle 1 aufgelisteten Dichtungsmittel auf der Basis des IEC 587-
Testverfahrens hergestellt. Danach wurde eine Kriechtestspannung von 4,5 kV konstant
an die so hergestellten Proben angelegt, und es wurde bestätigt, ob die Proben einen
Standard von 6 Stunden gemäß dem IEC 587-Testverfahren erreichten, in welchem die
Proben 6 Stunden lang unter solchen Bedingungen der Spannungsanlegung
standhielten, oder ob sie diesen Standard nicht erreichten. Für die Proben, die den Standard von
6 Stunden nicht erreichten, wurde eine Zeitdauer bis zum Abbruch des Tests der
Beständigkeit gegen Kriecherosion gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2
aufgelistet.
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Aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen versteht man, dass alle Proben nach den
Beispielen der vorliegenden Erfindung, in welchen 80 Gewichtsteile oder mehr an ATH
im Dichtungsmittel enthalten sind, den Standard von 6 Stunden erreichen, während die
Proben nach dem bekannten Beispiel, in welchem das Dichtungsmittel kein ATH
enthält, nur 2 Stunden standhalten, und die Proben nach dem Vergleichsbeispiel 1, in
welchem 50 Gewichtsteile ATH im Dichtungsmittel enthalten sind, nur 2 Stunden
standhalten.
Tabelle 2
Name des Dichtungsmittels Zeitspanne bis zum Abbruch des Tests der
Beständigkeit gegen Kriecherosion, basierend auf IEC 587 (h)
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Bekanntes Beispiel 2,0
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Vergleichsbeispiel 1 3,0
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Beispiel 1 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 2* > 6
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Beispiel 3* > 6
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Beispiel 4 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 5 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 6 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 7 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 8 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 9 der vorl. Erfindung > 6
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Beispiel 10 der vorl. Erfindung > 6
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Vergleichsbeispiel 2 > 6
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* Die Beispiele 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.
(2) Säurebeständigkeitseigenschaften:
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Ein Test auf Säurebeständigkeitseigenschaften wurde so durchgeführt, dass die
Dichtungsmittel mit jeweils einer konstanten Menge gemäß den Beispielen 1-10, den
Vergleichsbeispielen 1-2 und dem bekannten Beispiel 100 Stunden lang in eine
Salpetersäurelösung mit einer Konzentration von 1 n eingetaucht wurden und die Rate der
Gewichtsabnahme der Dichtungsmittel gemessen wurde. Die Ergebnisse sind in der
folgenden Tabelle 3 angegeben.
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Wenn andere Teilchen als die Polymerkomponenten im Dichtungsmittel enthalten sind,
erhöht sich normalerweise die Gewichtsabnahme nach dem oben erwähnten Test der
Säurebeständigkeitseigenschaften. Aus diesem Grund schätzt man, dass das
Dichtungsmittel keine Probleme bereitet, wenn es dieselbe Rate der Gewichtsabnahme aufweist
wie das bekannte Beispiel. Aus den in Tabelle 3 aufgezeigten Ergebnissen ist zu erkennen,
dass die Beispiele 2 und 3 eine starke Gewichtsabnahmerate aufweisen. Dies ist
darauf zurückzuführen, dass das in den Beispielen 2 und 3 verwendete ATH keiner
Oberflächenbehandlung unterzogen wurde und das ATH somit herausgespült wurde.
Weiters ist zu erkennen, dass Proben, wenn ATH, an dem eine Oberflächenbehandlung
durchgeführt worden ist, verwendet wird, dieselbe Gewichtsabnahmerate aufweisen
wie die bekannten Beispiele und dadurch exzellente Säurebeständigkeitseigenschaften
anzeigen.
Tabelle 3
Name des Dichtungsmittels Rate der Gewichtsabnahme nach dem Eintauchen in
Säure (%)
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Bekanntes Beispiel 5
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Vergleichsbeispiel 1 5
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Beispiel 1 der vorl. Erfindung 5
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Beispiel 2* 30
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Beispiel 3* 25
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Beispiel 4 der vorl. Erfindung 5
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Beispiel 5 der vorl. Erfindung 5
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Beispiel 6 der vorl. Erfindung 5
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Beispiel 7 der vorl. Erfindung 5
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Beispiel 8 der vorl. Erfindung 5
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Beispiel 9 der vorl. Erfindung 7
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Beispiel 10 der vorl. Erfindung 8
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Vergleichsbeispiel 2 10
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* Die Beispiele 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.
(3) Wasserabsorptionseigenschaften:
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Ein Test auf die Wasserabsorptionseigenschaften wurde so durchgeführt, dass das
Dichtungsmittel gemäß den Beispielen 1-10, den Vergleichsbeispielen 1-2 und den
bekannten Beispielen in Ionenaustauschwasser eingetaucht wurde, und die
Wasserabsorptionseigenschaften auf der Basis der Rate der Gewichtszunahme und der Variation des spezifischen
Volumenwiderstands des Dichtungsmittels beurteilt wurden. Zusätzlich wurde
derselbe Test auf Wasserabsorptionseigenschaften als Referenz für einen Silikongummi,
aus dem sich der isolierende Mantelteil zusammensetzt, durchgeführt. Die Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben.
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Aus den in Tabelle 4 gezeigten Ergebnissen ist zu erkennen, dass die Beispiele 2 und 3
eine größere Wasserabsorptionsmenge aufweisen. Dies rührt daher, dass das in den
Beispielen 2 und 3 verwendete ATH keiner Oberflächenbehandlung unterzogen worden
war. Weiters ist zu erkennen, dass die Beispiele 2 und 3 eine hohe Reduktionsrate des
spezifischen Volumenswiderstands nach der Wasseraufnahme aufweisen. Dies geht
ebenfalls darauf zurück, dass das ATH keiner Oberflächenbehandlung unterzogen
worden war und somit nach der Wasseraufnahme ein Leitungsweg erzeugt werden kann.
Wird ein solches Dichtungsmittel für ein tatsächliches Produkt verwendet, so wird die
Wirkungsweise des Dichtungsabschnitts im Vergleich zu einem isolierenden
Mantelelement aus Gummi schlechter. Aus diesem Grund konzentriert sich die Erzeugung von
Bogen von elektrischen Entladungen auf den Dichtungsabschnitt, und somit kann eine
Erosion des Dichtungsabschnitts auftreten. Demgemäß ist es vorzuziehen, ATH zu
verwenden, an dem eine Oberflächenbehandlung unter Verwendung eines Haftvermittlers
auf Silanbasis durchgeführt worden ist. Unter Verwendung von oberflächenbehandeltem
ATH steigt, wenn die ATH-Menge im Überschuss gegenüber Vergleichsbeispiel 2 erhöht
wird, auch die Wasserabsorption, und der spezifische Volumenwiderstand sinkt im
Vergleich zu einem Gummi enthaltenden isolierenden Mantelteil. Somit ist es erforderlich,
die ATH-Menge im Dichtungsmittel auf bis zu 250 Gewichtsteile, bezogen auf 100
Gewichtsteile der Polymerkomponente, festzulegen.
Tabelle 4
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*Die Beispiele 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.
(4) Dichtungseigenschaften:
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Ein Test auf Dichtungseigenschaften wurde wie folgt auf der Basis des IEC
1109-Testverfahrens durchgeführt. Zuerst wurden Polymerisolatoren hergestellt, in welchen
Dichtungsmittel gemäß den Beispielen 1-10, den Vergleichsbeispielen 1-2 und dem
bekannten Beispiel für den freiliegenden Dichtungsabschnitt zwischen dem isolierenden
Mantelteil und dem Metallfitting zur Befestigung verwendet wurden. Danach wurde der so
hergestellte Polymerisolator in wässriger NaCl-Lösung mit einer Konzentration von 0,1
100 Stunden lang gekocht und danach in eine Fuchsinlösung eingetaucht. Danach
wurden die Dichtungseigenschaften auf der Basis, ob Farbstoffe in das Innere des der
Befestigung dienenden Fittings eindrangen oder nicht, beurteilt. Die Ergebnisse sind in
der folgenden Tabelle 5 angegeben.
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Normalerweise wird von der Dichtungseigenschaften angenommen, dass sie besser
sind, wenn kein solches Eindringen von Farbstoffen zu erkennen ist. Aus den in Tabelle
5 gezeigten Ergebnissen ist zu erkennen, dass bei Beispiel 2 ein Eindringen von
Farbstoff vorliegt. Die Gründe dafür sind wie folgt: Da das in Beispiel 2 verwendete ATH
eine geringe Teilchengröße von 1 um aufweist und keiner Oberflächenbehandlung
unterzogen wurde, ist die Bruchdehnung des Dichtungsabschnitts nur gering, und der
Dichtungsabschnitt hält einer solchen Siedebelastung nicht stand.
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Weiters verwenden die Beispiele 3 und 4 ATH mit einer Teilchengröße von 3 um. In
Beispiel 3, in welchem das ATH keiner Oberflächenbehandlung unterzogen wurde,
liegen die Dichtungseigenschaften auf einem zulässig niedrigeren Niveau. Im Beispiel 4
der vorliegenden Erfindung jedoch, in welchem das ATH einer Oberflächenbehandlung
unterzogen wurde, zeigt der Abschnitt, da die Affinität zwischen ATH und Gummi
erhöht ist und somit auch die Ausdehnung und eine Haftfestigkeit des Dichtungsabschnitts
verbessert sind, ausreichende Dichtungseigenschaften. Im Beispiel 6 der vorliegenden
Erfindung, in welchem 150 Gewichtsteile ATH eine Teilchengröße von 1 um aufweisen,
hält die Dichtungseigenschaft gerade ein zulässig niedrigeres Niveau, da das ATH
oberflächenbehandelt wurde. In dem Fall, dass ATH mit einer Teilchengröße von 8 um
verwendet wird, wie dies in den Beispielen 5 und 7-10 gezeigt wird, kann eine
ausreichende Bruchdehnung des Dichtungsabschnitts erreicht werden, wenn die ATH-Menge groß
ist, wodurch ausreichende Dichtungseigenschaften erzielt werden können. Im
Gegensatz dazu, wie in Vergleichsbeispiel 2 ersichtlich, in welchem ATH mit derselben
Teilchengröße von 8 um verwendet wird, wird, wenn 300 Gewichtsteile ATH zugesetzt
werden, die Gummimenge zu gering, und somit kann eine ausreichende Bruchdehnung
erreicht werden, wodurch sich aber die Dichtungseigenschaften verschlechtern.
Tabelle 5
Name des Dichtungsmittels Eindringen von Farbstoffen in die Metallfittings
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Bekanntes Beispiel kein Eindringen
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Vergleichsbeispiel 1 kein Eindringen
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Beispiel 1 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Beispiel 2* Eindringen
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Beispiel 3* geringes Eindringen
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Beispiel 4 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Beispiel 5 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Beispiel 6 der vorl. Erfindung geringes Eindringen
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Beispiel 7 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Beispiel 8 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Beispiel 9 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Beispiel 10 der vorl. Erfindung kein Eindringen
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Vergleichsbeispiel 2 Eindringen
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*Die Beispiele 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.
(5) Zusammenfassung der Ergebnisse:
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Die folgende Tabelle 6 fasst die Beständigkeit gegen Kriecherosion, die
Säurebeständigkeitseigenschaften und die Wasserabsorptionseigenschaften der Dichtungsmittel wie
auch die Dichtungseigenschaften des Polymerisolators, der die Dichtungsmittel für den
Dichtungsabschnitt verwendet, zusammen. Aus den in der Tabelle 6 gezeigten
Ergebnissen geht hervor, dass es notwendig ist, ein Dichtungsmittel zu verwenden, in welchem
80 bis 250 Gewichtsteile ATH, bezogen auf 100 Gewichtsteile der
Polymerkomponente, enthalten sind, wenn hauptsächlich die Beständigkeit gegen Kriecherosion in
Betracht gezogen wird. Zusätzlich versteht sich, dass es vorgezogen wird, ATH mit einer
Teilchengröße von 3 um oder mehr, insbesondere etwa 8 um, zu verwenden, und dass
es auch vorzuziehen ist, ATH zu verwenden, das einer Oberflächenbehandlung unter
Verwendung eines Silan-Haftvermittlers unterzogen worden ist, wenn weitere
Eigenschaften als die Beständigkeit gegen Kriecherosion als Referenz in Betracht gezogen
werden.
Tabelle 6
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* Die Beispiele 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.
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Wie aus den oben angeführten Erklärungen klar hervorgeht, wird das Dichtungsmittel
gemäß der Erfindung, in welchem 80 bis 250 Gewichtsteile ATH, das eine
vorzugsweise vorbestimmte Teilchengröße aufweist und einer vorbestimmten
Oberflächenbehandlung unterzogen worden ist, für den Dichtungsabschnitt verwendet, indem es an der
Grenze zwischen dem isolierenden Mantelteil und dem Metallfitting zur Befestigung
des Polymerisolators, die der äußeren Atmosphäre ausgesetzt ist, angeordnet wird. Aus
diesem Grund weist der Polymerisolator gemäß der vorliegenden Erfindung eine
verbesserte Beständigkeit gegen Kriecherosion auf.