DK167153B1 - Impraegneringsharpikssammensaetninger og fremgangsmaade til isolering af elektriske viklinger - Google Patents

Description

i DK 167153 B1

Den foreliggende opfindelse angår imprægneringsharpikssammensætninger på basis af umættede polyesterharpikser og copolymeriserbare monomerer af acrylolyl- og/eller methacrylolylforbi ndel ser. Sådanne imprægneringsharpikssammensætninger anvendes til isolering af elektriske 5 viklinger f.eks. i motorer, transformatorer og generatorer.

Imprægneringsharpikssammensætninger af den i indledningen beskrevne art anvendes teknisk i stort omfang og er bl.a. beskrevet i DE-A-15 70 273 og 28 56 050. De i praksis anvendte imprægneringsharpikssammensætninger indeholder imidlertid udelukkende styren som copolymeriserbar mo-10 nomerforbindelse (såkaldt reaktivfortynder). Selv om det i de ovennævnte patentskrifter er omtalt, at også acrylolyl- og/eller methacrylolylforbindelser kan anvendes som reaktivfortyndere, gives der ingen eksempler herpå, og der findes ingen produkter i handelen, som indeholder disse reaktivfortyndere i stedet for styren. Årsagen hertil er, at imprægne-15 ringsharpikssammensætningerne har en høj viskositet, således at man har antaget, at en upåklagelig imprægnering af de elektriske viklinger ikke kunne opnås.

Anvendelsen af styren som reaktivfortynder giver ganske vist tilstrækkelig lavviskose imprægneringsharpikssammensætninger, men er all i -20 gevel forbundet med flere ulemper. Styren fordamper i betydelig grad under udhærdningen, går altså tabt. Styrentabet er af størrelsesordenen ca. 15 til 30 vægtprocent beregnet på den til imprægnering anvendte imprægneringsharpikssammensætning. Styrenlugten er overordentlig ubehagelig. Styren er ikke fysiologisk uskadeligt og hører til skadestofklasse 25 II ifølge TA-Luft (luftteknisk vejledning for Vesttyskland). Styrenhol-dige imprægneringsharpikssammensætninger har også den ulempe, at de i et vist omfang angriber trådlakisoleringen, hvilket kan medføre, at der dannes revner i trådlakisoleringen, som kan føre til betydelig forringelse af isoleringssystemet ved praktisk anvendelse, med de dertil sva-30 rende følger.

Den foreliggende opfindelse har til formål at finde imprægneringsharpikssammensætninger, som har et mindre fordampningstab og fysiologisk ikke er mere skadelige end styrenholdige imprægneringsharpikssammensætninger, og som har en kraftigere indtrængning i viklingerne, som impræg-35 neres, og følgelig en bedre imprægneringsvirkning.

Når man forsøger at fremstille imprægneringsharpikssammensætninger på basis af umættede polyesterharpikser og acrylolyl- og/eller methacrylolyl forbindelser ifølge ovennævnte DE-A-15 70 273 og 28 56 050, hvor 2 DK 167153 B1 man anvender sådanne sædvanlige forbindelser som hydroxypropylmethacry-lat (HPMA), butandioldimethacrylat (BDDMA) og neopentylglyceroldimetha-crylat (NPG-DMA) alene, viser det sig, at tilsvarende imprægneringsharpikssammensætninger udviser ubrugelige egenskaber. Det har imidlertid 5 højst overraskende vist sig, at ganske bestemte acrylater ikke alene er brugbare, men ikke har de ovennævnte ulemper ved styrenholdige imprægneringsharpikssammensætninger og derudover besidder uventede fordele, som omtales nærmere i det følgende.

Den foreliggende opfindelse angår således imprægneringsharpikssam-10 mensætninger på basis af umættede polyestere og acrylolyl- og/eller me-thacrylolylforbindel ser som reaktivfortynder, som kendetegnes ved, at de som reaktivfortynder indeholder a) hexandioldiacrylat og/eller b) butandioldiacrylat, 15 og at imprægneringsharpikssammensætningernes viskositet maksimalt er 1500 mPa · s ved 25°C.

Opfindelsen angår desuden en fremgangsmåde til isolering af viklinger ved imprægnering af viklingerne med imprægneringsharpikssammensætninger, som kendetegnes ved, at der anvendes imprægner!ngsharpikssam-20 mensætninger ifølge den ovennævnte definition.

Det er altså væsentligt, at der ifølge opfindelsen anvendes: a) hexandioldiacrylat (HDDA) og/eller b) butandioldiacrylat (BuDA) som acrylat.

25 Acrylatmængden afpasses af fagmanden efter hvor umættet polyesteren er. Der kan anvendes et betydeligt underskud eller et lille overskud.

Det er imidlertid ikke nødvendigt at anvende et så stort overskud, som det sædvanligvis er med styren, da der som ovenfor omtalt fordamper betragtelige mængder styren ved udhærdningen af de imprægnerede spoler.

30 Selv om der som omtalt kan anvendes et underskud, er dette som regel ikke hensigtmæssigt, da alle umættethederne i den umættede polyester hensigtsmæssigt bør tværbindes v.h.a. acrylatet og methacrylatet. Da fordampningstabet ved anvendelse af imprægneringsharpikssammensætninger ifølge opfindelsen som regel højst udgør 5 vægtprocent, for det meste 35 højst 2 vægtprocent, af de nævnte acrylater, beregnet på den mængde, som er nødvendig til fuldstændig tværbinding af umættethederne, foretrækkes det, at imprægneringsharpikssammensætningerne ifølge opfindelsen ikke indeholder et overskud af acrylat og methacrylat, som er større end 5 DK 167153 B1 3 vægtprocent, fortrinsvis 2 vægtprocent, som ovenfor defineret. Når der anvendes et underskud bør dette af de ovenfor angivne årsager ikke være under 10 vægtprocent, fortrinsvis ikke under 5 vægtprocent, svarende til ovennævnte definition.

5 Et yderligere væsentligt kendetegn ved imprægneringsharpikssammen sætninger ifølge opfindelsen er, at deres viskositet ved 25°C maksimalt er 1500 mPa · s. Det drejer sig herved om viskositeter, som ligger betragteligt over viskositeterne for i handelen værende imprægneringsharpikssammensætninger på basis af styren som reaktivfortynder. Disse har 10 som regel en viskositet i området ca. 100 til 500 mPa · s. Det er for fagfolk overordentligt overraskende, at der med så høje viskositer, som imprægneringsharpikssammensætninger ifølge opfindelsen kan have, kan opnås en upåklagelig indtrægning mellem viklingerne, hvorved de mekaniske og elektriske egenskaber i isolationssystemet svarer til teknikkens 15 standpunkt eller er bedre end de egenskaber, som kan opnås med styren-holdige imprægneringsharpikssammensætninger ifølge teknikkens standpunkt.

I en foretrukken udførelsesform af opfindelsen indeholder imprægneringsharpikssammensætningerne yderligere 20 c) hydroxypropylmethacrylat (HPMA) og/eller d) butandiolmonoacrylat (BDMA), og det i mængder på indtil ca. 10 vægtprocent, beregnet på den samlede mængde acrylat og methacrylat. Ved tilsætning af disse mono(meth)acryla-ter sænkes viskositen, isoleringens øvrige egenskaber forbedres dog næp-25 pe. Mængden af disse mono(meth)acrylater bør derfor holdes lavest muligt, hensigtmæssigt under 5 vægtprocent. Med en mængde på mere end 1 vægtprocent kan der allerede opnås en mærkbar formindskelse af viskositeten.

Overraskende er det imidlertid ikke muligt at få imprægneringshar-30 pikssammensætninger med brugbare eller i forhold til teknikkens standpunkt overlegne egenskaber ved kun at benytte acrylaterne c) og/eller d).

I en anden udførelsesform ifølge opfindelsen indeholder imprægneringsharpikssammensætningerne yderligere tri(meth)acrylater hensigtsmæs-35 sigt i samme mængder, som blev omtalt ovenfor for monoacrylaterne. Tilsætningen af disse triacrylater har den overraskende virkning, at de mekaniske egenskaber, f.eks. sammenbagningstallet efter DIN 46448 for den udhærdede imprægneringsharpikssammensætning, forbedres. Egnede tri- 4 DK 167153 B1 (meth)acrylater er pentaerythrittriacrylat, pentaerythrittrimethacrylat, tri methylolpropantri aery1 at, tri methylolpropantri methacrylat.

Imprægneringsharpikssammensætningerne ifølge opfindelsen kan som umættede polyesterharpikser indeholde de kendte til dette formål an-5 vendte forbindelser, især de såkaldte imidholdige umættede polyestere, som er beskrevet i DE-A-15 70 273, 17 70 386 og 28 56 050. Der kan imidlertid også anvendes såkaldte imidfrie polyestere, som har været kendt i årtier. Disse umættede polyestere er kondensationsprodukter af polyva-lente carboxylsyrer, polyvalente alkoholer, og - når de er imidholdige -10 forbindelser, som indeholder aminogrupper evt. med en del monofunktio-nelle forbindelser. Eksempler på polyvalente carboxyl syrer er dicarbo-xylsyrer, som malein- eller fumarsyre, citraconcyre, itakonsyre evt. i blanding med mættede eller aromatiske carboxylsyrer som rav- eller adi-pinsyre, phthalsyre, isophthalsyre, terephthalsyre og lignende, samt 15 tetrahydrophthalsyre, endomethylentetrahydrophthalsyre og de tilsvarende helt eller delvist halogenerede forbindelser (med flammehæmmende egenskaber). Eksempler på forbindelser med forskellige funktionelle grupper er citronsyre, monoethanolamin, aminoethancarboxylsyre samt de tilsvarende aminoalkohol er eller aminocarboxylsyrer, som indeholder 3 eller 4 20 CH2-grupper. Syrerne kan anvendes i form af estere, halvestere eller anhydrider. Som forbindelser med hydroxylgrupper kan principielt ligeledes anvendes forbindelser, som anvendes til fremstilling af polyestere ifølge teknikkens standpunkt. Egnede dioler er f.eks. glykol, neopentyl-glykol, propylglykol. Polyoler med 3 eller 4 hydroxylgrupper er eksem-25 pelvis glycerin, trimethylolpropan, trimethylolethan, pentaerythrit, di-pentaerythrit, trishydroxyethylisocyanurat. De imidholdige umættede polyestere indeholder hensigtsmæssigt indkondenseret tetrahydrophthalsyre eller anhydrid deraf, som sammen med aminogrupper danner en 5-leddet imidring. Polyesteren kan som kædeafbryder også indeholde monofunktio-30 nelle carboxylsyrer, alkoholer og/eller aminer. Den kan også indeholde mættede og umættede olier f.eks. hydroxyfunktionelle olier, som ricinusolie eller carboxyfunktionelle olier, som maleinatolie.

Imprægneringsharpikssammensætningerne ifølge opfindelsen kan ydermere indeholde sædvanlige tilsætningsstoffer, som pigmenter, fyldstof-35 fer, plastificerende bestanddele, katalysatorer (f.eks. peroxider), acceleratorer (f.eks. metalsalte), stabilisatorer (f.eks. hydroquinon, benzoquinon), således som det også omtales i den ovennævnte litteratur.

Imprægneringsharpikssammensætninger ifølge opfindelsen kan også in- 5 DK 167153 B1 deholde små mængder styren eller allylforbindelser, som di allylphthalat til opnåelse af særlige virkninger, idet disse mængder ikke overstiger 10 vægtprocent, beregnet på vægten af acrylater, som indeholdes i im-prægneri ngsharpi kssammensætni ngerne.

5 Anvendelsen af imprægneringsharpikssammensætninger til imprægnering af elektriske viklinger kan f.eks. ske på følgende måde:

Neddypn i ngs i mprægneri ng

Ved denne fremgangsmåde neddyppes godset, som skal imprægneres, i 10 imprægneringsharpiksen i en ved forforsøg fastlagt tid eller trækkes gennem imprægneringsharpiksen ved en gennemløbsfremgangsmåde. Derefter sker hærdning af imprægneringsharpiksen i en kammer- eller gennemløbsovn i løbet af 1 til 5 timer ved 120 til 170°C.

15 Vakuumimprægnering

Ved anvendelse af denne fremgangsmåde anbringes godset, som skal imprægneres, i en vakuumbeholder, og denne evakueres.

Når det ønskede vakuum er nået, føres imprægneringsmidlet til vakuumkedlen fra en lagerbeholder. Afgørende for imprægneringskvaliteten er 20 ikke en meget langvarig opretholdelse af vakuumet, men ventilationstidens længde, da imprægneringsmidlet indtrykkes i de tilbageværende hulrum v.h.a. det ved brydning af vakuumet opståede tryk.

For at opnå hurtigere tider kan også overtryk anvendes efter undertrykket. Kun til ganske få emner, som er meget svære at imprægnere, 25 er vakuum-trykfremgangsmåden uundgåelig.

Hærdningen sker som beskrevet under neddypningsfremgangsmåden.

Dryppeimprægnering I modsætning til de ovenfor beskrevne fremgangsmåder neddyppes em-30 nerne ikke i imprægneringsmidlet ved dryppeimprægnering, men midlet påføres v.h.a. dyser på den roterende vikling.

For med sikkerhed at opnå en god indtrængning af harpikserne er det nødvendigt at forvarme objekterne, som skal imprægneres. Dette kan udføres ved induktiv opvarmning eller ved opvarmning i en foran indskudt 35 ovn. Da harpiksen, som skal anvendes her, udviser ganske korte geltider (ca. 5 til 8 min. ved 100°C mod mindst 14 min. ved 100°C for imprægneringsharpikser), må temperaturen ved drypningsforløbet ikke overstige 95eC for at forhindre en for tidlig gelering af harpiksen i renden. Der- DK 167153 B1 6 næst opvarmes de stadig roterende emner videre til ca. 130° og udhærder i løbet af 15 til 30 min., alt efter hvorledes harpiksen er indstillet.

Neddypninqsimprægnering med efterfølgende roterende udhærdning 5 Denne fremgangsmåde anvendes hovedsagligt ved store stærkt belaste de rotorer og statorer. Emnerne neddyppes som sædvanligt i imprægneringsmidlet (evt. under vakuum) og trækkes dernæst på roterende stationer eller valser gennem hærdeovnen. Hærdningen sker i løbet af 2 til 6 timer ved 120 til 170*C.

10

Fremstil!ingseksempler for umættede polyestere (UP)

Fremstil!inqseksempel 1 I en reaktionsbeholder, som er udstyret med termometer, omrører og 15 kondensator opvarmes 2.325 g ricinusolie og 600 g maleinsyreanhydrid til 130eC under omrøring og tilledning af inert gas og holdes dernæst ved 130eC i 2 timer. På denne måde opnås et forprodukt, som anvendes på den i det efterfølgende beskrevne måde.

I en 2 liters trehal set kolbe, som er udstyret med termometer, om-20 rører, kappe (tysk: Auskreiser) og kondensator, fyldes først 150 g mono-ethanolamin og 100 ml xylen, og der tilsættes portionsvist 372 g tetra-hydrophthalsyreanhydrid på en sådan måde, at den eksoterme reaktion forbliver under kontrol. Dernæst opvarmes til 165°C og kondenseres til et syretal < 3 under xylen-tilbagesvaling. Nu tilsættes 73 g maleinsyrean-25 hydrid, 819 g forprodukt og 60 ml xylen, og der opvarmes til 185-190eC under omrøring og xylen-tilbagesvaling. Når der nås et syretal på ca.

15, afbrydes polykondensationen, og mediet (xylen) destilleres af i vakuum.

30 Fremstil!ingseksempel 2

Bestanddele; Mængde (g):

Neopentylglykol 426

Propylenglykol 90 35 Isophthalsyre 424

Maleinsyreanhydrid 248

Xylen 114

Hydroquinon 0,14 7 DK 167153 B1 I en 4 liters trehal set slibkolbe, som er udstyret med omrører, termometer,vandudskiller og kondensator, fyldes neopentylglykol og pro-pylenglykol, og der opvarmes til 100°C under tilledning af inert gas. Nu tilsættes isophthalsyre, og der opvarmes til 210°C under omrøring. Det 5 ved reaktionen fremkommne vand destilleres af og opsamles i udskilleren.

Når et syretal på ca. 9 opnås, afbrydes forestringsreaktionen, reaktionsproduktet afkøles til 140°C, maleinsyreanhydrid og xylen tilsættes efter hinanden, og der opvarmes igen til 210°C. Reaktionsblandingen holdes ved 210eC under xylen-tilbagesvaling, indtil et syretal på 16,5 10 nås. Dernæst destilleres xylenen af i vakuum, der afkøles til 160eC, og hydroquinon (stabilisator) tilsættes. Polyesterharpiksen har et syretal på 15,0 og en viskositet på 800 mPa · s målt som 60% opløsning i cyclo-hexanon ved 25'C.

15 Eksempel 1

Til den ifølge fremstillingseksempel 1 opnåede remanens sættes ved 50°C 2,30 g toluhydroquinon og ved ca. 100eC 850 g af en blanding af he-xandioldiacrylat og hydroxypropylmethacrylat i forholdet 95:5. Den opnåede acryliske opløsning har ved et faststofindhold på 60% en viskositet 20 på 630 mPa · s ved 25eC og et syretal på 10. (Den således opnåede opløsning kaldes acrylopløsning A).

Uafhængigt heraf sættes 830 g af en blanding af hexandioldiacrylat og hydroxypropylmethacrylat i et forhold på 95:5 til den ifølge fremstillingseksempel 2 opnåede remanens. Den opnåede acryliske opløsning 25 har ved et faststofindhold på 55% en viskositet på 1550 mPa · s ved 25*0 og et syretal på 15. (Den således opnåede opløsning kaldes acrylopløs-ning B).

I en blandebeholder, som er udstyret med en omrører, fyldes først 660 g acrylopløsning A. Dernæst tilsættes 330 g acrylopløsning B under 30 omrøring. Der omrøres til blandingen er fuldstændig homogen. Den således opnåede imprægneringsharpikssammensætning har ved et faststofindhold på 58% en viskositet på 800 mPa · s ved 25°C. Den anvendes til imprægnering af elektriske emner med viklinger og giver efter udhærdning i løbet af 3 timer ved 130°C isoleringsovertræk med udmærkede mekaniske og elektriske 35 egenskaber.

DK 167153 B1 8

Afprøvning ifølge DIN 46448 og 53505:

Geltid med 2% t-butylperbenzoat (50%) ved 100°C: 10,0 min

Sammenbagningstal ved 155°C: 3,5

Viskositet ved 25°C: 800 mPa · s 5 Shore-D-hårdhed: 63 ± 2 Hærdning i tykt lag overside: 111 inderside: 111

Eksempel 2 10 I en blandebeholder, som er udstyret med en omrører, fyldes først 500 g acrylopløsning A. Dernæst tilsættes 500 g acrylopløsning B under omrøring. Der omrøres til blandingen er fuldstændig homogen. Den således opnåede imprægneringsharpikssammensætning har ved et faststofindhold på 58% en viskositet på 1100 mPa · s ved 25°C. Den anvendes til imprægne-15 ring af elektriske emner med viklinger og giver efter udhærdning i løbet af 3 timer ved 130eC isoleringsovertræk med udmærkede mekaniske og elektriske egenskaber.

Afprøvning ifølge DIN 46448 og 53505:

Geltid med 2% t-butylperbenzoat (50%) ved 100eC: 9,0 min 20 Sammenbagningstal ved 155eC: 3,7

Viskositet ved 25eC: 1100 mPa · s

Shore-D-hårdhed: 65 ± 2 Hærdning i tykt lag overside: 221 inderside: 121

Claims (4)

1. Imprægneringsharpikssammensætninger på basis af umættede polyestere og acrylolyl- og/eller methacrylolylforbi ndel ser som reaktivfor- 5 tynder, KENDETEGNET ved, at de som reaktivfortynder indeholder a) hexandioldiacrylat og/eller b) butandioldiacrylat, og at viskositeten af imprægneringsharpikssammensætningerne maksimalt er 1500 mPa · s ved 25°C. 10

2. Imprægneringsharpikssammensætninger ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at de yderligere indeholder c) hydroxypropylmethacrylat og/eller d) butandiolmonoacrylat 15. mængder på op til 10 vægtprocent, beregnet på den samlede mængde af acrylater og methacrylater i imprægneringsharpikssammensætningerne.

3. Imprægneringsharpikssammensætninger ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET ved, at de yderligere indeholder triacrylater og/eller tri- 20 methacrylater i mængder på op til 10 vægtprocent, beregnet på den samlede mængde acrylater og methacrylater i imprægneringsharpikssammensætningerne.

4. Fremgangsmåde til imprægnering af elektriske viklinger ved im-25 prægnering af viklinger med imprægneringsharpikssammensætninger på basis af umættede polyestere og acrylolyl- og/eller methacrylolylforbindelser og opvarmning af de imprægnerede viklinger til temperaturer mellem 100 og 180eC, KENDETEGNET ved, at imprægneringsharpikssammensætningerne ifølge et eller flere af kravene 1 til 3 anvendes. 30 35