DE962326C - Geschichtetes Asbestprodukt mit Aluminiumphosphat als Bindemittel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Geschichtetes Asbestprodukt mit Aluminiumphosphat als Bindemittel und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein Asbestprodukt, das mit Aluminiumphosphat abgebunden ist. Im besonderen bezieht sie sich auf geschichtete Asbestfolien, die Aluminiumphosphat als Bindemittel enthalten.
• Es ist bereits bekannt, Asbestfasern mit konzentrierter Phosphorsäure unter Druck zu einem steinartigen Material zu verarbeiten. Auch hat man bereits vorgeschlagen, Asbestfolien mit anorganischen Phosphaten, unter anderem mit Aluminiumphosphat, zu einem Schichtmaterial zu verarbeiten. Dieses Produkt war jedoch porös und relativ wenig stabil, so daß es nicht allen Anforderungen., die bezüglich der Isoliereigenschaft und Festigkeit solcher Asbestschichtplatten in der Praxis auftreten, gewachsen war.
• Der wichtigste Zweck der Erfindung liegt darin, ein verbessertes hartes, dichtes geschichtetes Asbestprodukt zu schaffen, das insbesondere für elektrische Isolierungen bei hohen Temperaturen geeignet ist.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines geschichteten Asbestmaterials, durch. dessen Anwendung man einen Schichtstoff mit verbesserter Härte und Dichte erhält, der insbesondere für elektrische Isolierzwecke bei hohen Temperaturen geeignet ist. Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß man ein verbessertes Isoliermaterial, das sich für Anwendung bei hoher Temperatur eignet,, erhalten kann, wenn man geschichtete Asbestfolien, wie z. B. Asbestpapier, mit einer Lösung von Monoaluminiumphosphat imprägniert, das imprägnierte Material trocknet und daraufhin die imprägnierten Folien zu einem geschichteten Aufbau vereint, wobei als Bindemittel ein höheres Aluminiumphosphat der Formel AI., (H3-xP O4)3 verwendet wird, wobei x einen Wert von etwa 43 bis. 1,7 aufweist. Als Ergebnis wird eingeschichteter Gefügeaufbau erhalten, bei dem die einzelnen Schichten vollständig mit Aluminiumphosphat imprägniert und zu einem außerordentlich harten, dichten Erzeugnis sicher miteinander verbunden sind.
• Sowohl das Monoaluminiumphosphat, das für die Imprägnierung der einzelnen Asbestschichten verwendet wird, als auch die höheren Aluminiumphosphate, die zum Verbinden dieser einzelnen Schichten zu einem geschichteten Gefüge verwendet werden, sind wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Substanzen, die bei Entfernung von sämtlichem Wasser oder dem größten Teil des Wassers in feste Produkte übergeführt werden, die ausgezeichnete Bindungs- und Isoliereigenschaften besitzen.
• Der Ausdruck »Monoal,uminiumphosphat«, wie er in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezieht sich sowohl auf Aluminiumphosphate der Formel Al (H2 P O4) 3 als auch auf solche Aluminiumphosphate, bei denen das Verhältnis von Aluminium zu Phosphat (P 04) etwas von dem i : 3-Verhältnis abweicht. Es kann bis zu etwa 1,2 : 3 betragen. Diese Phosphate sind wasserlösliche Substanzen, die man in Form relativ niedrigviskoser Lösungen für die Imprägnierung der Asbestschichten verwenden kann. Sie sind weiterhin durch die Tatsache gekennzeichnet, daß nach völliger oder teilweiser Entfernung des Wassers ein imprägniertes Folienmaterial mit guter Biegsamkeit und hoher Festigkeit erhalten wird, ,das für die Herstellung geschichteter Erzeugnisse sehr gut verwendet werden kann.
• Die für das Verbinden der imprägnierten Schichten zu einem geschichteten Gefüge verwendeten Aluminiumphosphate sind solche, die hochviskose wäßrige Lösungen bilden, deren Viskositätswerte das Hundertfache des Viskositätswerts der Monoaluminiumphosphatlösung betragen können. Diese höherviskosen Produkte werden nach völliger oder teilweiser Entfernung des Wassers in relativ harte, etwas spröde harzartige Substanzen übergeführt und haben gezeigt, daß sie bei den mit Monoaluminiumphosphat imprägnierten Schichten eine außerordentlich gute Bindewirkung besitzen.
• Die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Asbestschichten können irgendwelche üblichen, im Handel erhältlichen und im wesentlichen aus Asbestfasern bestehenden dünnen Asbestplatten sein. Das Folienmaterial kann vollständig aus Asbestfasern bestehen, kann aber auch geringe Mengen von Zellulosefasern, z. B. Baumwollfasern, ' enthalten, wie sie häufig in den Asbestplatten des Handels vorhanden sind, um deren Festigkeit zu erhöhen. Außerdem können Asbestfolien verwendet werden, die geringere Mengen Bentonit oder Glasfasern enthalten. Diese Platten werden zur Zeit für elektrische Isolierzwecke verwendet.
• Bei der Herstellung der geschichteten Erzeugnisse wird das Asbestfolienmaterial zuerst mit dem Monoaluminiumphosphat imprägniert, z. B. durch Eintauchen der Folie in eine wäßrige Monoaluminiumphosphatlösung, die eine solche Konzentration aufweist, daß nach dem Trocknen die Folie ungefähr 2o bis 3o Gewichtsprozent Aluminiumphosphat enthält. Die imprägnierte Folie wird entweder bei Zimmertemperatur oder bei erhöhten Temperaturen bis zu etwa i5o° oder darüber getrocknet, bis sie nicht mehr klebrig ist und der flüchtige Anteil, d. h. der Wassergehalt der Platten, auf ungefähr io bis 15 Gewichtsprozent abgenommen hat. Eine besonders geeignete Imprägnierlösung besteht aus einer wäßrigen Lösung von Monoaluminiumphosphat mit der Formel Al (H2P O4) 3, die so viel Wasser enthält, daß der Substanzgehalt der Lösung etwa 15 bis. 25 Gewichtsprozent beträgt. Die Asbestfolien werden durch diese Lösung und daraufhin durch einen Trockenofen oder unter Trockenlampen mit einer solchen Geschwindigkeit hindurchgeführt, daß das erhaltene Produkt ungefähr 25 bis 300/0 M0noaluminiumphosphat, bezogen auf das Trockengewicht, und vorzugsweise etwa i i bis -r3 % flüchtige Anteile, meistens Wasser, enthält. Die erhaltene Schicht weist eine gute Schmiegsamkeit sowie eine gute Festigkeit auf und kann leicht zur Herstellung geschichteter Erzeugnisse bearbeitet bzw. verarbeitet werden. Innerhalb der nächsten Tage nach dem Imprägnieren kann das Folien.-material z. B. zu einem Zylinder gebogen werden. Da jedoch eine langsame aber dauernd fortschreitende Reaktion zwischen dem Aluminiumphosphat und dem Asbest stattfindet, ist es nötig, daß man jegliches Biegen oder die anderen Arbeitsgänge, die ein stärkeres Biegen des Schichtmaterials nötig machen, innerhalb von 2 oder 3 Tagen nach dem Imprägnieren durchführt, da die Plattem sonst für die entsprechende Behandlung zu spröde werden.
• Bei der Herstellung des geschichteten Gefüges werden die mit Monoaluminiumphosphat imprägnierten Folien zuerst mit einer ziemlich viskosen Lösung eines Aluminiumphosphats überzogen, das vorzugsweise ein Aluminium-Phosphorsäure-Verhältnis von ungefähr 1,65 : 3 aufweist, bevor sie zu dem geschichteten Aufbau verarbeitet werden. Die Phosphatbindemittellösung soll eine solche Konzentration besitzen, d,aß sie ungefähr 4.5 bis 55, vorzugsweise etwa 500/9 Trockensubstanz enthält und einen Viskositätswert von etwa 2ooo bis 6ooo cP aufweist.
• Die geschichteten Gefüge können verschiedene Formen aufweisen. Eine Mehrzahl überzogener Folien kann zu einem Stapel aufgeschichtet und der Stapel dann bei erhöhter Temperatur gepreßt werden. Andererseits kann eine kontinuierliche Asbestfolie, die mit Monoaluminiumphosphat imprägniert.und mit dem höheren Aluminiumphosphat überzogen ist, zu der Form eines Zylinders gewickelt werden, vorzugsweise unter Anwendung eines gewissen Druckes während des Umwickelvorgangs, worauf man sie so behandelt, daß mindestens ein Teil des in der Bindemittellösung enthaltenen Wassers entfernt wird.
• Wie man das Wasser oder andere flüchtige Bestandteile aus dem geschichteten Gefüge entfernt wird in gewisser Weise von der Art des vorhandenen Gefüges abhängen. Wenn man das Schichtmaterial durch Pressen der aufgestapelten Schichten zwischen den heißen Platten einer Presse herstellt, so können die Platten auf Temperaturen von i2o bis 15o° C erhitzt werden. Bevor man den Druck jedoch aufhebt, empfiehlt es sich, die Temperatur auf unter ioo° C zu verringern, damit eine Schädigung der gepreßten Platten durch die treibende Wirkung des Dampfes von restlichem Wasser verhindert wird. Die gepreßten Platten können dann in einem Trockenofen stufenweise getrocknet werden; zuerst bei geringen Temperaturen (6o bis go° C), damit der größte Teil des freien Wassers verdampft, sodann bei höheren Temperaturen und schließlich bei 2oo° C, um so die für die elektrische Isolierung nötige Trockenheit zu erhalten.
• Bei der Herstellung von Zylindern und entsprechenden Gebilden, wie sie durch Aufwickeln der imprägnierten und überzogenen Folien auf einen geeigneten Dorn erhalten werden, empfiehltes sich normalerweise, die gewickelten Produkte einige Stunden bei normalen Temperaturen an der Luft trocknen zu lassen und die Produkte dann einem langsamen Einbrennvorgang bei erhöhten Temperaturen bis zu ioo° C zu unterwerfen, worauf man sie so lange auf 2,00 bis 250° C erhitzt, bis der Wassergehalt des Schichtmaterials sich auf den gewünschten Wert verringert hat.
• Wenn die mit Aluminiumphosphat imprägnierten Folien auch. nicht thermoplastisch in dem Sinne sind, wie dies bei vielen mit organischen Kunstharzen behandelten Platten der Fall ist, so besitzen sie doch einen geringen Grad des Fließens infolge Gegenwart von Wasser und gewissen wasserlöslichen Phosphaten, die nicht mit dem Asbest reagiert haben und daher in einer solchen Folie noch vorhanden sind. Wenn daher die imprägnierte und überzogene Folie bzw. eine Mehrzahl von Folien entweder in einer Presse oder beim Biegen zu einem Zylinder einem Formpreßvorgang unterworfen werden, so findet ein ausreichendes Fließen des miteinander verbundenen Materials statt, damit ein festes, spannungsfreies Produkt erhalten wird. Während des Trocknens und Einbrennens finden zwei Arten von Härtungsvorgängen statt. Der eine besteht aus einem langsamen aber irreversiblen Trocknen, der andere ist eine Reaktion zwischen dem Asbest und den Phosphationen des Bindemittels.
• Wenn die erhaltenen Produkte auch für verschiedene elektrische Zwecke verwendet werden können, so sind sie doch im besonderen für die Verwendung als Isoliermaterial bei Trockentransformatoren geeignet. Ohne weitere Behandlung können die getrockneten geschichteten Materialien in verschlossenen Trockentransformatoren entweder als Zylinder, auf die die Spulen aufgewickelt werden, verwendet werden oder als flache Platten; Zwischenlagen, Endumwicklungen oder verschiedene andere Formen von Isolierungen. Bei Verwendung in nicht verschlossenen Trockentransformatoren soll man das mit Aluminiumphosphat verbundene Produkt vorzugsweise einer weiteren Behandlung mit irgendeinem geeigneten Isolierlack unterwerfen, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit zu erhöhen.
• Für diese Lackbehandlung eignen sich besonders Polysiloxanharze, wie z. B. Methylpolysiloxän. Die Polysiloxanharze besitzen nämlich den speziellen Vorteil, daß man sie auf das luftgetrocknete geschichtete Produkt vor dem endgültigen Einbrennen und abschließenden Trocknen bei Zoo bis a50° C auftragen kann, worauf man das Produkt dann erhitzt, damit sowohl das restliche Wasser aus dem geschichteten Matersal entfernt als auch das Polysiloxanha.rz gehärtet wird. Zylinderkörper, die in dem üblichen Wickelverfahren hergestellt wurden, läßt man auf einem Dorn über Nacht an der Luft trocknen, streift sie von dem Dorn, schleift sie mit einem Schleifband glatt und sägt sie auf die endgültige Länge ab, in diesem noch nicht eingebrannten Zustand sind die Zylinder in ihrem härtesten physikalischen Zustand der gesamten Verarbeitung, wahrscheinlich auf Grund des relativ großen Wassergehalts des Aluminiumphosphatbinde- und -imprägniermittels. Die Transformatorspulen werden auf die luftgetrockneten Zylinder aufgespult, während diese sich noch in dem nicht eingebrannten und besonders festen Zustand befinden, worauf man das gesamte Gerät unter Verwendung eines Polysiloxanlacks lackiert. Ein nachfolgendes Einbrennen bei einer Temperatur von beispielsweise 25o° C, um das Polysiloxanharz zu härten, genügt auch, um die Zylinder aus Aluminiumphosphatasbest richtig. zu trocknen, ohne daß dies auf das Polysiloxanharz schädlich einwirkt.
• Wenn man für die Imprägnierung einen Lack verwendet, der bei niederen Temperaturen einzubrennen ist, z. B. einen Phenollack, werden die Zylinder zuerst vorzugsweise bei 2oo° C eingebrannt, eventuell vor dem Zusammenbau der Spulen, und das Gerät wird anschließend daran der Lackbehandlung unterworfen. Bei dieser Durchführungsform des Verfahrens wurde festgestellt, daß man dann die besten Resultate erhält, wenn man das Schichtmaterial vor dem Lackieren mit einer verdünnten Ammoniaklösung behandelt, damit sämtliche restliche Säure in dem geschichteten Produkt neutralisiert wird. Überschüssiges Ammoniak entweicht aus dem behandelten Produkt, so daß keine alkalischen oder sauren Elektrolyte in freier Form in oder auf dem Schichtmaterial während dem Lackieren vorhanden sind. Die Ammoniakbehandlung kann aus einem genügend langen Eintauchen des geschichteten Materials in eine verdünnte Ammoniaklösung bestehen, damit eine völlige Benetzung der Oberfläche des Schichtstoffs durch die Ammoniaklösung erreicht wird.
• Es wurde bereits angedeutet, daß man die Erzeugnisse nach der vorliegenden Erfindung bearbeiten kann. Sie können je nach Wunsch zersägt, abgeschmirgelt und gebohrt werden. Die zu ihrer Herstellung verwendeten Rohmaterialien kosten relativ wenig, wodurch die erhaltenen Produkte verhältnismäßig billig sind.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Ein aus einer Anzahl von Asbestfolien bestehendes, geschichtetes Asbestprodukt mit saurem Aluminiumphosphat als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Asbestfolien mit Monoaluminiumphosphat imprägniert und die geschichteten Folien durch ein Aluminiumphosphat der Formel AI" (H3-1 P 04) 3 miteinander verbunden sind, wobei x gleich etwa 1,3 bis 1,7 ist, und daß gegebenenfalls der gesamte Aufbau mit einem Lacküberzug versehen ist.
2. 2. Erzeugnis nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Lacküberzug aus einem Organopolysiloxan besteht oder dieses enthält.
3. 3. Erzeugnis nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Folien ungefähr 2o bis 3o Gewichtsprozent Monoaluminiumphosphat enthalten.
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Monoaluminiumphosphat als wäßrigeLösung angewendet wird und die damit imprägnierten Folien getrocknet werden, bis sie nicht mehr klebrig sind, bevor man sie miteinander verbindet.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugnis .nach dem Überziehen mit dem Lack einer abschließenden Einbrennbehandlung bei Zoo bis 25o° C unterworfen wird, damit restliches Wasser aus dem Schichtmaterial entfernt und der Lack eingebrannt wird.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial vor der LackbLhandlung mit einer verdünnten Ammoniaklösung behandelt wird, um restliche Säure in dem Erzeugnis zu neutralisieren.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 4. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphatbindemittel in Form einer 45- bis 55o/oigen wäßrigen Lösung mit Viskositätswert von etwa 2ooo bis 6ooo cP verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 366 485, 2 567 559; Zeitschrift 1947, S. 3, rechte Spalte, Absatz 3.