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Verfahren zur Herstellung einer Silikonharze und Glimmer enthaltenden
Kunststoffmasse
Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
einer Isoliermasse aus zerkleinertem Glimmer unter Anwendung von Silikonharzen als
Bindemittel.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, glimmerähnliches Mineral, wie Vermiculit,
nach Tränken mit wässerigen Flüssigkeiten durch Vermischen mit anorganischen Bindemitteln,
wie Wasserglas, Zement oder tonhaltigen Massen, in steife Isolierkörper überzuführen.
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Preßmassen aus Siloxanharzen und Glas- oder Asbestfüllstoffen haben
für elektrische Isolierzwecke große technische Bedeutung erlangt, da sie neben guten
dielektrischen Eigenschaften auch bei Temperaturen über I50" eine praktisch fast
unbegrenzte Lebensdauer besitzen. Werden sie jedoch längere Zeit auf etwa 250° erhitzt,
so neigen sie dazu, ihre guten dielektrischen Eigenschaften zu verlieren. Es wurde
zwar versucht, stabilere Preßmassen mittels Glimmer als Füllstoff herzustellen.
Solche aus Silikonharzen und Glimmer bestehenden Preßlinge besitzen aber eine zu
geringe Biegefestigkeit, als daß sie sich für Isolierzwecke in der Elektrotechnik
eignen. Ihre Festigkeit reicht z. B. nicht dazu aus, daß man einen elektrischen
Leiter um einen aus ihnen gebildeten Kern wickeln kann.
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Weiterhin sind Kunstmassen, die aus Siloxanharzen und Glimmer bestehen,
bekannt, jedoch enthalten dieselben für besondere Verwendungszwecke Weich-
macher
u. dgl., oder die Durchtränkung der darin enthaltenen anorganischen Substanzen mit
den Siloxanharzen war unvollständig, so daß durch zurückbleibende Luftreste für
manche Zwecke, die z. B.
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Transparenz voraussetzen, unbefriedigende Resultate erhalten wurden.
Eine ungleichmäßige Durchtränkung der anorganischen Substanzen führt auch innerhalb
der imprägnierten Kunstmassen zu uneinheitlichen physikalischen Eigenschaften, wie
Durchschlagsfestigkeit, spezifischen Widerstand, Biegefestigkeit u. dgl.
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Alle diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren
überwunden.
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Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Herstellung
einer Silikonharze und Glimmer enthaltenden Kunststoffmasse, bei welchem man zerkleinerten
Glimmer mit einer Teilchengröß e von mindestens 0,37 mm aus einer Aufschlämmung
sich absetzen läßt, die gebildete Schicht trocknet, in ein Polysiloxanharz eintaucht,
die Schicht bei vermindertem Druck während des Eintauchens von Luft befreit und
anschließend mindestens dem Normaldruck unterwirft, so. daß das Harz in die Zwischenräume
des Schichtmaterials gepreßt wird, und hiernach die imprägnierte Masse erhitzt wird,
bis das Harz klebefrei geworden ist.
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Diese -Kunststoffmasse weist hohe Biegefestigkeit auf und verliert
bei längerem Erhitzen auf Temperaturen von oder über 250° ihre dielektrischen Eigenschaften
nicht. Die. Biegefestigkeit dieses Materials beträgt im allgemeinen mehr als 700kg/cm2.
Ein solches erfindungsgemäß hergestelltes Produkt eignet sich gut als elektrisches
Isoliermaterial.
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Wird ein nach dem-erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Gemisch
aus diesen Stoffen bei erhöhter Temperatur verformt, z. B. gepreßt und gehärtet,
so erhält man ein Produkt mit hoher Biegefestigkeit, wie z. B. mehr als 700 kg/cm2,
und mit hoher Durchschlagsfestigkeit, wie z. B; über 500 V pro o,o25 mm.
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Auch bei mehr als 200stündigem Erhitzen auf 250° bleiben die guten
Festigkeitseigenschaften der Formkörper erhalten.
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Das' erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man zuerst aus
dem Glimmer mit einer Teilchengröße von mindestens 0,37 mm auf einer geeigneten
Unterlage eine Schicht herstellt, am besten in der Weise, daß man den Glimmer aus
einer Aufschlämmung entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich auf die Unterlage
aufbringt. Nachdem sich der Glimmer auf der Unterlage abgesetzt hat, wird die Glimmerschicht
getrocknet und ist hierauf zur Imprägnierung fertig. -Die meisten Arten von zerkleinertem
Glimmer müssen mit einer geringen Menge Siloxanharz gebunden werden damit sich die
abgesetzten Glimmerschichten bei der Imprägnierung gut handhaben lassen. Dies kann
dadurch geschehen, daß man die folienartigen Schichten von der Unterlage abnimmt
und in eine 30/0ige Lösung von Siloxanharz, z. B. in Toluol, taucht oder mit einer
solchen Lösung besprüht.
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Sodann wird das Harz gehärtet, bis es klebefrei ist.
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Wird sogenannter » zusammenhängender Glimmer« (integrated mica) verwendet,
so erübrigt sich diese Vorimprägnierung, da bei solchen Glimmerteilchen restliche
Valenzkräfte den Zusammenhalt der Teilchen bei der Handhabung bewirken.
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Um sicherzugehen, daß das Glimmermaterial genügend Harz aufnimmt,
ist es zweckmäßig, das Glimmermaterial im Vakuum zu imprägnieren. Dies erfolgt am
besten durch Eintauchen der Glimmermasse in das Siloxanharz. Zweckmäßig wird dabei
das Harz in Form einer Lösung, und zwar mit einem Harzgehalt von 25 bis 60 Gewichtsprozent,
verwendet. AlsLösungsmittel eignen sich Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Toluol.
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Während der Glimmer in das Harz eingetaucht wird, wird das System
evakuiert, um die Folien von Luft zu befreien. Im allgemeinen genügt es, einfach
den Druck auf einen beliebigen Grad zu senken, z. B. auf 200 mm Hg oder weniger,
und dann das Vakuum wieder aufzuheben, so daß das System wieder auf Atmosphärendruck
kommt. Dadurch dringt das Harz in die Zwischenräume der Glimmerteilchen ein. Ist
die Imprägnierung richtig durchgeführt, so ist die Glimmermasse durchscheinend.
Die Anzahl der erforderlichen Durchgänge bis zur Erreichung einer guten Imprägnierung
hängt von den erreichten Druckunterschieden und der Viskosität der Lösung ab. Gegebenenfalls
kann nach der Luftentziehung ein Überdruck angewendet werden.
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Nach der Imprägnierung wird der Glimmer aus der Lösung entfernt und
bis zu dem gewünschten Grad gehärtet.
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Der Härtungsgrad hängt von dem Verwendungszweck des Materials ab.
Hat dieses durch die Imprägnierung bereits die gewünschte Dicke erhalten, so kann
es bei Temperaturen bis zu 250° bis zur gewünschten Festigkeit gehärtet werden.
Soll das imprägnierte Material jedoch noch zu einem Formkörper verpreßt yder sollen
mehrere Glimmerschichten miteinander verbunden werden, so ist es zweckmäßig, nur
so lange zu härten, bis das Harz gerade klebefrei ist. Hierauf kann das Material
dann unter Druck in die gewünschte Form oder Dicke verpreßt werden und schließlich
bei erhöhten Temperaturen noch einmal gehärtet werden, bis die gewünschte Festigkeit
erhalten ist.
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Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Glimmer ist im
Handel erhältlich. Die gewünschte Teilchengröße kann entweder durch Vermahlen von
Naturglimmer oder auf chemischem Wege erhalten werden. Eine besonders geeignete
Glimmerart ist der sogenannte »zusammenhängende Glimmer« (integrated mica), der
dadurch erhalten wird, daß man Abfallglimmer mittels eines Druckstrahles unter einer
Wasser-Methanol-Lösung aufspaltet. Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete
Glimmer soll eine Teilchengröße von mindestens o,37 mm aufweisen. Die obere Grenze
der Teilchengröße ist nicht von Bedeutung.
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Als Bindemittel können alle Siloxanharze verwendet werden. Besonders
geeignet sind Siloxanharze mit durchschnittlich I bis I,6 organischen Resten pro
Si-Atom, welche Einheiten der Formel R,SiOp,, worin it I oder 2 und R Methyl oder
Phenyl bedeutet, enthalten. Vorzugsweise sollen dabei 500/0 der organischen Reste
Methylreste sein. Dementsprechend können sich die Harze aus Mischungen der folgenden
Einheiten
zusammensetzen, vorausgesetzt, daß das Verhältnis von organischen Resten zu Si-Atomen
zwischen I und I,6 liegt: CH8SiO812, CH6SiO3/2, (CH8)2SiO, (C H3) C8H5 Si O, (C6H5)SiO.
Die Harze können außerdem noch beschränkte Mengen der Einheiten SiO2 und R3 SiO112,
worin R Phenyl oder Methyl bedeutet, enthalten.
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Um die Härtung des Harzes zu beschleunigen, werden ihm zweckmäßig
Katalysatoren, wie die Natrium-, Kalium-, Blei-, Zinn-, Zink- und Kobaltsalze von
Carbonsäuren, zugesetzt, und zwar in einer Menge von weniger als I Gewichtsprozent,
berechnet auf das SSloxangewicht.
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Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Massen, können
als dielektrische Stoffe für Transformatoren sowie als Heizelemente in elektrischen
Apparaturen und Elektronengeräten dienen.
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Beispiel I Zusammenhängender Glimmer mit einer Teilchengröße zwischen
0,37 und 8,37 mm wird aus einer Wasseraufschlämmung auf Glasgewebe niedergeschlagen.
Der abgesetzte Glimmer wird zu einer 0,62 mm dicken Schicht getrocknet. Diese wird
von dem Gewebe entfernt und in eine 530/0ige Lösung eines Siloxanharzes aus 3I,5
Molprozent Monomethylsiloxan, 14,5 Molprozent Dimethylsiloxan, 28 Molprozent Monophenylsiloxan
und 26 Molprozent Phenylmethylsiloxan in Toluol getaucht, die außerdem noch 0,075
Gewichtsprozent Zink in Form von Zinkoctoat, berechnet auf das Siloxangewicht, enthält.
Das System wird sodann mit Hilfe einer Wasserpumpe evakuiert, bis der Druck auf
20 mm Hg gesunken ist.
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Sodann wird das Vakuum aufgehoben, und man läßt den Druck wieder auf
Normaldruck ansteigen. Dies wird dreimal wiederholt, worauf die Schichten durchsichtig
sind. Die so imprägnierte Glimmerschicht wird aus der Harzlösung entfernt, 3 Stunden
bei 70° getrocknet und sodann 15 Minuten auf 1000 erhitzt, wodurch das Harz klebefrei
ist. D;s erhaltene Material besteht aus 25 Gewichtsprozent Siloxanharz und 75 Gewichtsprozent
Glimmer.
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Zwei so imprägnierte Glimmerschichten werden aufeinandergelegt und
bei 2040 und einem Druck von 7 bis 14 kg/cm2 45 Minuten lang verpreßt. Der erhaltene
Preßling wird in noch heißem Zustand aus der Presse entfernt und I6 Stunden in einem
Ofen auf 250° erhitzt. Das so erhaltene Schichtmaterial ist 1 mm dick und hat eine
Durchschlagsfestigkeit von 750 V pro 0,025 mm und einen Lichtbogenwiderstand von
330 Sekunden gemäß ASTM D 495-48 T.
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Der spezifische Widerstand pro ccm und pro cm der I mm dicken Schicht
wird in trockenem Zustand und nach 24stündiger Lagerung bei 96%iger relativer Feuchtigkeit
festgestellt. Beide Prüfungen werden bei 27° und unter Verwendung von 500 V Gleichstrom
durchgeführt.
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Volumen - spezifischer Widerstand Trocken ........ o,429 x Io14 Megohm
pro ccm Naß ............ 1,57 x I07 Megohm pro ccm Oberfläche - spezifischer Widerstand
Trocken ........ 0,60I X 1011 Megohm pro cm Naß- ........... 220 Megohm pro cm.
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Vier imprägnierte Glimmerfolien werden aufeinandergelegt und zu einem
2,5 mm dicken Körper verpreßt. Dieser hält eine Spannung von 55 kV aus.
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Beispiel 2 0,62 bis 1 mm dicke Schichten aus zusammenhängendem Glimmer
werden durch Absetzenlassen von Glimmer entsprechend Beispiel 1 hergestellt.
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Diese werden getrocknet und in eine 50°/Oige Lösung eines Siloxanharzes
aus 32,5 Molprozent Monomethyl-, 19 Molprozent Dimethyl-, 3I Molprozent Monophenyl-und
I7,5 Molprozent Phenylmethylsiloxan in Toluol getaucht. Die Lösung -enthält außerdem
noch, berechnet auf das Siloxan, 0,05 Gewichtsprozent Zink in Form von Zinkoctoat
und 0,005 Gewichtsprozent Kalium in Form von Kaliumacetat. Das System wird mit Hilfe
einer Ölpumpe evakuiert und das Vakuum wieder aufgehoben, so daß der Druck auf Atmosphärendruck
ansteigt. Die Glimmerschichten werden durchsichtig, worauf man sie aus der Lösung
entfernt und I Stunde auf 70° und 12 Minuten auf 1100 erhitzt. Sie enthalten 23
Gewichtsprozent Siloxanharz und 77 Gewichtsprozent Glimmer.
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Vier solche Stücke werden aufeinandergelegt und 45 Minuten, bei 2040
und 3,5 bis 7 kg/cm2 Druck verpreßt. Der Preßling wird aus der Presse entfernt und
ohne vorheriges Abkühlen I6 Stunden in einem Ofen bei 2500 gehärtet. Der erhaltene
Formkörper ist 3,5 mm dick und hält eine Spannung von 59 kV aus.
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Seine Biegefestigkeit bei 25° beträgt 700 kg/cm2.
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Ein anderer Preßling wird nach obigem Verfahren in der Weise hergestellt,
daß-man zwei aufeinanderliegende Folien verwendet, die ein 1,62 mm dickes Schichtmaterial
liefern, welches eine Durchschlagsfestigkeit von 660 V pro 0,025 mm und eine Biegefestigkeit
bei 25° von 980 kg/cm2 aufweist.