DE855880C

DE855880C - Electrical insulating body made of soaked fiber

Info

Publication number: DE855880C
Application number: DEF927D
Authority: DE
Inventors: Henry J Kauth
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1938-06-16
Filing date: 1939-06-16
Publication date: 1952-11-17

Description

Aus getränktem Faserstoff bestehender elektrischer Isolierkörper Die Erfindung bezieht sich auf hitzebeständige, unbrennbare und wasserbeständige elektrische Isolierkörper, insbesondere zur Isolation und für Schutzmäntel elektrischer Leiter, und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.Electrical insulating body made of impregnated fiber material Die Invention relates to heat-resistant, incombustible and water-resistant electrical Insulating bodies, in particular for insulation and for protective sheaths of electrical conductors, and a process for their manufacture.

_'"sl>est und Glaswolle sind anorganische Stoffe, die sehr hohen Temperaturen widerstehen. Asbestfasern werden seit geraumer Zeit für Umhüllungen elektrischer Leiter verwendet, und neuerdiiigs kommt auch Glaswolle für diesen Zweck in Anwendung. Die vorteilhaften Eigenschaften dieser Stoffe haben sich jedoch bisher nicht restlos ausnutzen lassen, weil die verwendeten Tränkmittel nicht ;genügend hitzebeständig gewesen sind. Das Tränkmittel muß aber auch wie der Faserstoffkörper biegsam sein, und es muß ferner den Faserstoffkörper wasserdicht machen. Ohne ein Tränl:mittel würde der Faserstotfkö rper Feuchtigkeit aufnehmen, die sich in den llolilräunieti des Körpers niederschlagen und ansammeln würde, wodurch der Isolationswert zerstört würde. Die bisher für die genannten Faserstoftk#')rl>er als Tränkmittel verwendeten Harze, Öle, `Vaclise, Lacke u. dgl. sind sämtlich organischer Natur und setzen, da sie in bezug auf die Hitzebest;indighcit mit den verwendeten anorganischen hascrstofteii nicht verglichen werden können, den Gebrauchswert der hitzebeständigen anorganischen Isolation herab.Asbestos fibers have been used for a long time for covering electrical conductors, and recently glass wool has also been used for this purpose. However, the beneficial properties of these substances have not yet proven themselves can be used completely, because the impregnating agent used was not; sufficiently heat-resistant. The impregnating agent must also be flexible like the fibrous material, and it must also make the fibrous material waterproof. Without an impregnating agent, the fibrous body would absorb moisture that is in would precipitate and accumulate the llolilräunieti of the body, whereby the insulation value would be destroyed. The resins, oils, `Vaclise, lacquers and the like used up to now for the mentioned fibers as impregnating agents are all organic in nature they with regard to the heat resistance; indighcit with the inorganic substances used which cannot be compared reduces the practical value of the heat-resistant inorganic insulation.

Es sind zwar auch anorganische Tränkmittel bekannt. Dies sind die löslichen Silicate. Lösungen von Silicaten trocknen '"ein zu durchsichtigen Filmen, die zwar hitzebeständig, aber weder biegsam noch wasserbeständig sind. Wenn man die löslichen Silicate zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit mit Schwermetallsalzen behandelt, so geschieht (lies auf 'Kosten des Zusammenhangs des Gels. :),ußerdem ist der erhaltene Stoff nach dem Trocknen nicht biegsam.Inorganic impregnating agents are also known. These are the soluble silicates. Solutions of silicates dry '"into transparent films, which are heat-resistant, but neither flexible nor water-resistant. If the soluble silicates to increase the water resistance with heavy metal salts treated, so happens (read at the expense of the gel's coherence. :), as well the fabric obtained is not pliable after drying.

Erfindungsgemäß wird der Faserstoff mit einer hitzebeständigen"flammsicheren, wasserbeständigen, plastischen .Masse getränkt, die überwiegend oder vollständig anorganisch und im Endzustand biegsam ist. Hierfür kommen nach der Erfindung polymerisierte und kondensierte ,anorganische Stoffe in Frage.According to the invention, the fiber material is coated with a heat-resistant "flame-proof, water-resistant, plastic. Mass soaked, the predominantly or completely inorganic and flexible in the final state. According to the invention, polymerized materials are used for this purpose and condensed, inorganic substances in question.

Ein Stoff, der sich für den Zweck der Erfindung besonders gut eignet, ist polymerisiertes Phosphornitrilchlorid (P N C12)". Die übrigen. Phosphornitrilhalogenide, die weniger bekannten Brom-, Fluor- und Jodverbindungen, haben ;ähnliche Gefügeeigentümlichkeiten und können ebenfalls verwendet werden. Phosphornitrilchlori.dpolymere, die nach der Erfindung vorzugsweise verwendet werden, werden durch thermische Polymerisation von Phosphornitrilchlorid hergestellt. Sie enthalten Phosphor, Stickstoff und Chlor, keinen :Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltende Radikale, sind völlig anorganisch, z'ä'h und gummiartig und haben eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Flammen, Wasser und Lösungsmittel.A substance which is particularly well suited for the purpose of the invention, is polymerized phosphonitrile chloride (P N C12) ". The remaining. phosphonitrile halides, the lesser-known bromine, fluorine and iodine compounds have similar structural characteristics and can also be used. Phosphoronitrile Chloride Polymers, which according to of the invention are preferably used by thermal polymerization made of phosphonitrile chloride. They contain phosphorus, nitrogen and chlorine, none: carbon or carbon-containing radicals, are completely inorganic, tough and rubbery and have a high resistance to heat, flames, Water and solvents.

Eine andere Gruppe .von Stoffen, die erfindungsgemäß benutzt werden können, sind die Thio-1>hosphorylamid-Formalde'hyd-Harze, die durch Kondensation von Thiophosphorylamid und Formaldehyd hergestellt werden. Sie enthalten Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff, Schwefel und Wasserstoff. Sie sind zwar nicht völlig anorganisch, enthalten aber doch überwiegendanorganische Elemente. Wenn sie auch nicht gummiartig sind, so sind sie doch biegsam und für den vorliegenden Zweck geeignet, wenn auch nicht in jedem Fall in gleichem Maße wie der bevorzugte Stoff, das Phosphornitrilchlorid.Another group of substances that are used in accordance with the invention are the thio-1> hosphorylamid-formaldehyde resins, which are produced by condensation of thiophosphorylamide and formaldehyde. They contain carbon Phosphorus, nitrogen, sulfur and hydrogen. Although they are not entirely inorganic, but still contain predominantly inorganic elements. Even if they're not rubbery are, they are pliable and suitable for the present purpose, albeit not in every case to the same extent as the preferred substance, phosphonitrile chloride.

Eine weitere Gruppe geeigneter anorganischer Kondensationsprodukte sind die Triarylphosphat-Metalloxyd-Harze, die durch Einwirkung organischer Phosphate, wie Tricresylphosphat, auf Calciumoxyd oder Zinkoxyd bei hoher Temperatur entstehen. Sie enthalten Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphor und entweder Calcium oder Zink. Sie sind ebenfalls nicht restlos anorganisch, enthalten aber auch zum größten Teil anorganische Bestandteile. Auch können sie, obwohl sie nicht gummiartig sind, plastisch und biegsam gemacht werden.Another group of suitable inorganic condensation products are the triaryl phosphate metal oxide resins, which by the action of organic phosphates, such as tricresyl phosphate, on calcium oxide or zinc oxide arise at high temperature. They contain carbon, oxygen, hydrogen, phosphorus, and either calcium or zinc. They are also not completely inorganic, but also contain mostly inorganic components. Even though they are not rubbery, they can are to be made plastic and flexible.

Alle diese genannten Stoffe sind überwiegend anorganische plastische tMassen, die biegsam und wasserbeständig sind und einen höheren Schmelzpunkt als 300° C haben oder urischmelzbar sind. Es werden somit nach er Erfindung Stoffe als Trznkmittel verwendet, die in demselben :Maß hitzebeständig sind wie die anorganischen Faserstoffkörper selbst. Infolgedessen erhöhen diese Tränkmittel die Hitzebeständigkeit des gesamten Isolierkörpers bis zu dem Grad der Hitzebeständigkeit des Faserstoffes. Dabei hat das erfindungsgemäß verwendete Tränkmittel die Biegsamkeit, Wasserbeständigkeit und auch die Isoliereigenschaften, wie sie von einem Trankmittel fur elektrisch isolierende Faserstoffkörper gefordert werden müssen.All of these substances mentioned are predominantly inorganic plastic tMaterials that are pliable, water-resistant and have a higher melting point than 300 ° C or can be melted urine. There are thus substances as according to he invention Drinking agents are used which are heat-resistant to the same extent as the inorganic ones Fiber bodies themselves. As a result, these impregnating agents increase the heat resistance of the entire insulating body to the degree of heat resistance of the fiber material. The impregnating agent used according to the invention has the flexibility and water resistance and also the insulating properties, like those of a potion for electrical insulating fiber bodies must be required.

Der nach der Erfindung vorzugsweise verwendete Stoff, das Phosphornitrilchlorid, wird zweckmäßig wie folgt hergestellt und angewendet: Das Phosphornitrilchlorid wird zur teilweisen Polymerisation nahezu 1/z Stunde lang bei i8o bis 25a° C erhitzt. Die Temperatur kann höher oder niedriger sein als der angegebene Bereich, je nach der Dauer der Erhitzung. Durch diese Behandlung entsteht ein im abgekühlten Zustand zähflüssiges 01. Dieser Stoff wird alsdann in einem geeigneten Lösungsmittel, vorteilhaft einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie z. B. Benzol, gelöst. Mit dieser Lösung wird der Faserstoffkörper bis zur Sättigung getränkt und das Lösungsmittel durch Abdampfen entfernt. Alsdann wird der in dem Faserstoffkörper zurückgebliebene Stoff zur weiteren Polymerisation erhitzt. Diese Wärmebehandlung verursacht verschiedene Veränderungen, die wesentlich von der Gefügeart abhängen, die behandelt werden soll. Für einen Leiter, der keine Bestandteile enthält; die unter hoher Hitze leiden, kann der Faserstoffkörper bei annähernd 180 bis 200°C 15 Minuten lang erhitzt werden, um die gewünschte weitere Polymerisation desTränkmittels zu erhalten. Wenn Gummi oder andere hitzeempfindliche Stoffe zugegen sind, kann der Faserstoffkörper w'ä'hrend längerer Zeit bei niedrigerer Temperatur erhitzt werden, beispielsweise bei 130° C 20 !Minuten lang.The substance preferably used according to the invention, the phosphonitrile chloride, is expediently prepared and applied as follows: The phosphonitrile chloride is heated at 180 to 25 ° C. for almost 1/2 hour for partial polymerization. The temperature can be higher or lower than the specified range, depending on the duration of the heating. This treatment creates a viscous oil when cooled. This substance is then dissolved in a suitable solvent, advantageously an aromatic hydrocarbon, such as. B. benzene, dissolved. The fibrous body is soaked with this solution to saturation and the solvent is removed by evaporation. The substance remaining in the fibrous body is then heated for further polymerization. This heat treatment causes various changes, which essentially depend on the type of structure that is to be treated. For a conductor that does not contain any components; suffer from high heat, the pulp body can be heated at approximately 180 to 200 ° C for 15 minutes in order to obtain the desired further polymerization of the impregnating agent. If rubber or other heat-sensitive substances are present, the fibrous material body can be heated for a longer period of time at a lower temperature, for example at 130 ° C. for 20 minutes.

Einige Ausführungsformen von elektrischen Leitern nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.Some embodiments of electrical conductors according to the invention are shown in the drawing.

Abb. i zeigt einen mit Asbestvorgespinst isolierten Leiter, der mit einer Benzollösung von teilweise polymerisiertem Phosphornitrilchlorid getränkt und bei i8o bis 2oo° C 15 Minuten lang erhitzt worden ist.Fig. I shows a conductor insulated with asbestos sliver, which is connected to soaked in a benzene solution of partially polymerized phosphorus nitrile chloride and heated at 180 to 200 ° C for 15 minutes.

Der Leiter nach Abb. 2 ist mit Glasvorgespinst isoliert, das mit dem gleichen Stoff getränkt und in der gleichen Weise behandelt worden ist.The conductor according to Fig. 2 is insulated with glass roving that is connected to the soaked in the same substance and treated in the same way.

Abb.3 stellt einen verseilten Leiter dar, der mit einem biegsamen Stoff, z. B. Gummi, und darüber mit einem Asbestvorgespinst isoliert ist, das mit einer Benzollösung von teilweise polymerisiertem Phosphornitrilchlorid getränkt und bei 130'C 2o Minuten lang erhitzt worden ist.Fig.3 shows a stranded conductor connected to a flexible Fabric, e.g. B. rubber, and is insulated with a sliver of asbestos that with soaked in a benzene solution of partially polymerized phosphorus nitrile chloride and heated at 130'C for 20 minutes.

Abb.4 schließlich zeigt einen Leiter, der mit einem Stoff, z. B. Gummi, und darüber mit einer Asbestschnur isoliert ist, die wie bei dem Kabel nach Abb.3 getränkt und behandelt worden ist.Finally, Fig.4 shows a conductor that is covered with a substance, e.g. B. rubber, and above it is insulated with an asbestos cord, which, as with the cable according to Fig.3 soaked and treated.

In den Abbildungen bezeichnen jeweils i den Leiter, 2 die Umhüllung aus Gummi oder einem ähnlichen "tOff. 3 das Asbestvorgespinst, .I die Asbestschnur, 5 das Glasvorgespinst und 6 das Tränkmittel.In the figures, i denotes the conductor, 2 the sheathing made of rubber or a similar "tOff. 3 the sliver of asbestos, .I the asbestos cord, 5 the glass sliver and 6 the impregnating agent.

Anstatt (las Phosphornitrilchlorid (oder einen iihnlichen verwendeten polymerisierbarenStoff) vor dem Tränken des Faserstoffkörpers teilweise zu polymerisieren und in gelöster Form zum Tränken zu verwenden, kann auch sogleich der Faserstoff mit Phosphornitrilchlorid getränkt und dieser Stoff durch Erhitzen des .getränkten Faserstoffes in fortlaufendem Verfahren bis zu dem gewünschten Grad polymerisiert werden. Dieses Verfahren kann mituliter Vorteile haben, das bevorzugte Verfahren der Polymerisation in Stufen und der Anwendung des teilweise polymerisierten Stoffes in Lösung ist jedoch im allgemeinen zweckmäßiger. Der aus der 1_ösung abgeschiedene polymerisierte Stoff polymerisiert nämlich selbst bei Raumtemperaturen langsam weiter bis zu dem gummiähnlichen Zustand, sehr rasch schon bei mäßig hohen Temperaturen, wie sie bequem bei der Wärmebehandlung der meisten Drähte benutzt werden können. Dies ist nicht der Fall, wenn der Stoff nicht vorher teilweise polymerisiert worden ist. Außerdem kann der teilweise polymerisierte Stoff in fortlaufendem Verfahren aufgebracht und erhitzt werden und ergibt, selbst wenn der äußerste Grad der Polymerisation nicht im Erhitzungsofen erreicht wird, durch die bis zum Endzustand selbsttätig fortschreitende Polymerisation keine besondere Störung. Wenn der Stoff nicht vorher polymerisiert worden ist, verbleibt er dagegen in seinem ursprünglichen Zustand, es sei denn, man würde ihn beträchtlich lange auf eine hohe "Temperatur erhitzen. Überdies entwickeln sich während der ersten Stufen der zum Polymerisieren erforderlichen Wärmebehandlung beträchtliche Mengen stark angreifender Gase, weshalb es besser ist, die anfängliche Polymerisation in einer besonders für diesen Zweck eingerichteten Anordnung vorzunehmen, als in den Ofen, die zum Brennen der Drähte dienen.Instead of (I used phosphonitrile chloride (or a similar one polymerizable substance) to partially polymerize before the impregnation of the fibrous material body and to use in dissolved form for soaking, the fibrous material can also be used immediately impregnated with phosphonitrile chloride and this substance by heating the impregnated The pulp is polymerized to the desired degree in a continuous process will. This method may have some advantages, the preferred method the polymerization in stages and the application of the partially polymerized material however, in solution is generally more convenient. The one separated from the 1_solution Polymerized substance continues to polymerize slowly even at room temperatures to the rubber-like state, very quickly even at moderately high temperatures, as they can be conveniently used in the heat treatment of most wires. This is not the case if the fabric has not previously been partially polymerized is. In addition, the partially polymerized material can be continuously processed applied and heated and gives, even if the extreme degree of polymerization is not reached in the heating furnace, through which to the end state automatically progressive polymerization no particular disturbance. If the fabric isn't before has been polymerized, however, it remains in its original state, unless it is heated to a "high" temperature for a considerable length of time. Moreover, during the first stages, those necessary for polymerisation develop Heat treatment of considerable quantities of highly corrosive gases, which is why it is better is, the initial polymerization in a specially set up for this purpose Make arrangement than in the furnace that are used for burning the wires.

Die in der Zeichnung dargestellten Leiterausführungen sind nur Beispiele. Natürlich kann der anorganische polymerisierte Stoff allein oder mit anorganischen Faserstoffen bei anderen Leitertypen oder anderen Konstruktionen verwendet werden, bei denen es erwünscht ist, eine größere Wä;rmewiderstandsfähigkeit,Wasserbeständigkeit, Flammsic'herheit, Biegsamkeit usw. zu erhalten. Zum Beispiel kann das Tränkmittel für gefirnißte Tuche oder für andere organische, synthetische, plastische Isolationen benutzt werden. Indessen ergibt der einfache Aufbau aus einem Leiter und einer Isolation aus vollständig anorganischem Stoff eine Konstruktion, die bisher nicht erreichbar war, und ermöglicht eine Leiterisolation zum Gebrauch in einem Temperaturbereich, wie es mit irgendeiner bestehenden Isolation undurchführbar ist. Die Anwendungsgebiete für solche Leiter bestehen seit vielen Jahren, und Glas- und Porzellanperlen sind für hohe Temperaturen bis zu einem gewissen Grad benutzt worden, aber offensichtlich sind alle die Vorzüge der Erfindung nicht erreicht worden. Wie Glas- und Asbestfasern, so besitzt die Glas-oder Porzellanperlenisolation gute Isolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit, aber keine Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit. Wenn auch Glas- und Asbestfasern biegsam sind, so sind sie doch nicht wasserbeständig. Außerdem verkohlen sie unter Verwendung der bisher bekannten Tränkmittel schon bei niedrigen Temperaturen, wobei sie sowohl ihre Biegsamkeit als auch ihre Wasserbeständigkeit einbüßen.The conductor designs shown in the drawing are only examples. Of course, the inorganic polymerized substance can be used alone or with inorganic Fibers are used in other types of ladders or other constructions, where it is desired to have greater heat resistance, water resistance, To maintain flame retardancy, flexibility, etc. For example, the impregnating agent for varnished fabrics or for other organic, synthetic, plastic insulation to be used. However, the simple structure results from a conductor and an insulation made of completely inorganic material a construction that was previously unattainable and enables conductor insulation for use in a temperature range as is impracticable with any existing isolation. The areas of application such conductors have existed for many years, and glass and porcelain beads are there has been used for high temperatures to some extent, but obviously none of the benefits of the invention have been achieved. Like glass and asbestos fibers, the glass or porcelain bead insulation has good insulating properties and heat resistance, but no resistance to moisture. Even if glass and asbestos fibers are flexible, they are not water-resistant. They also char under Use of the previously known impregnating agents even at low temperatures, with they lose both their flexibility and their water resistance.

Die erfindungsgemäß verwendeten Stoffe sind in ihrer Anwendung nicht beschränkt auf Faserstoffmäntel für elektrische Leiter, sondern können auch für Faserstoffrö'hren oder -hüllen benutzt werden, die über normalen Leitern aufgebracht werden, welche höhere Flammsicherheit und Hitzebeständigkeit oder diese vereinigt mit Wasserbeständigkeit besitzen sollen. Die Stoffe können auch kombiniert angewandt werden mit einem Band, welches über einen Leiter gewickelt ist.The substances used according to the invention are not in their application limited to fiber sheaths for electrical conductors, but can also be used for Fiber tubes or sheaths are used, which are applied over normal conductors which combine higher flame safety and heat resistance or these should have water resistance. The substances can also be used in combination are made with a tape that is wound over a conductor.

Claims

PATENT CLAIM: i. Made of impregnated fiber Insulating body, characterized in that the fiber material with a heat and water resistant, inorganic or predominantly inorganic, polymerized or condensed Substance, such as phosphorus nitrile halide, thiophosphorus vlamide formaldehyde resin, triaryl phosphate metal oxide resin, is soaked.

2. Insulating body according to claim i,. Characterized in that as Fiber base uses a flexible, heat-resistant, non-flammable fiber material is.

3. Electrical conductor with a covering according to claim i or 2, characterized characterized in that the conductor has a rubber layer under the impregnated fibrous material layer owns.

4. Process for the production of an electrical insulating body or one Sheathed electrical conductor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the impregnating agent is partially polymerized and in a volatile form before the impregnation Solvent is dissolved, which is removed again after the impregnation.