KR20170051541A - 절연체용 캐스트 수지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비스페놀 F 유체 에폭시 수지를 포함하는, 스위치보드용 캐스팅 수지에 관한 것이다. 캐스팅 수지의 특성은 비스페놀 A-기재 캐스팅 수지와 비교하여, 특히 유리 전이 온도 및 온도 내충격성의 측면에서 현저하게 개선될 수 있다.

Description

절연체용 캐스트 수지 시스템{CAST RESIN SYSTEM FOR ISOLATORS}
본 발명은 스위치기어(switchgear)용 캐스팅 수지 시스템 분야에 관한 것이다.
전기적 스위치기어에서 - 특히 컴팩트 디자인의 경우 - 절연 조성물은 중요한 역할을 한다.
다른 수지들 중, 특히 고체 수지라고 일컬어지는 것이 사용된다. 이들은 통상적으로, 액체 수지가 적합한 출발 성분, 일반적으로 비스페놀 A, 및 촉매와 반응하는 촉진 공정(advancement process)이라 일컬어지는 공정에 의해 제조된다. 발열적으로 진행되는 상기 공정의 결과, 고체 수지를 기재로 하는 시스템은 경화 동안 바람직한 발열성을 발생시킨다. 또한, 상기 시스템은 사슬 연장으로 인해, 액체 수지 시스템보다 가요성이다.
이러한 수지에서는, 높은 유리 전이 온도가 유리하나, 동시에 종종 바람직한 기계적 특성, 예컨대 낮은 균열 성향 및 높은 파열값(burst value)에 대해 높은 요구사항이 또한 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 현재의 해결책에 대한 대안으로서, 증가된 유리 전이 온도와 동시에, 우수하거나 또는 훨씬 개선된 다른 특성이 발견되는 스위치기어용 고체 수지 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본원의 청구범위 제1항에 따른 고체 수지 시스템에 의해 달성된다. 따라서, 비스페놀 A를 기재로 하는 고체 수지 및 비스페놀 F를 기재로 하는 액체 수지를 포함하는 출발 물질로부터 형성되는 고체 수지 시스템이 스위치기어 내 절연 물질용으로 제안되었다.
놀랍게도, 비스페놀 F 기재의 액체 에폭시 수지를 사용하는 경우, 수지 시스템의 일부 기계적 및/또는 전기적 특성이 매우 개선될 수 있음이 발견되었다. 본원에 따르면, 이는
- 보다 우수한 파열값
- 보다 우수한 열 주기 특성
- 증가된 유리 전이 온도를 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "X 기재의"는 보다 특히, 사용되는 하나의 출발 성분, 특히 주성분이 화합물 X라는 사실로 이루어지고/거나 이들을 포함한다. 선행 기술에서 공지된 모든 다른 물질을 첨가제로서 사용할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "비스페놀 F"는 하기 구조를 갖는 화합물 4,4'-디히드록시-디페닐메탄을 의미하는 것으로 이해된다:
Figure pat00001
본 발명의 맥락에서, "비스페놀 A"는 하기 구조를 갖는 화합물 2,2'-비스(4-히드록시페닐)프로판을 의미하는 것으로 이해된다:
Figure pat00002
본 발명의 맥락에서, 용어 "고체 수지", "액체 수지" 및 "고체 수지 시스템"은 특히, 에피클로로히드린 (또는 다른 적합한 출발 에폭시드 성분) 및 비스페놀을 포함하는 출발 성분으로부터 형성된 에폭시 수지로 이루어지고/거나 이들을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "스위치기어"는 보다 특히 저, 중간 및 고 전압용 시스템으로 이루어지고/거나 이들을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "출발 성분(들)로부터 형성되는"은 보다 특히, 고체 수지 시스템이 상기 성분(들)로부터 제조된다는 사실을 의미하고/거나 포함한다.
본 발명의 화합물의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템은 경화 전에, 0.2 이상 내지 0.55 이하, 바람직하게는 0.35 이상 내지 0.50 이하, 보다 바람직하게는 0.4 이상 내지 0.45 이하의 에폭시드 수 (DIN　ISO　16945)를 갖는다. 이는 실제로 유리한 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 고체 수지 시스템 중 비스페놀 F 기재의 액체 수지의 분율 (전체 수지의 중량에 대한 중량으로 측정됨)은 5％ 이상 내지 60％ 이하, 보다 바람직하게는 10％ 이상 내지 50％ 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 비스페놀 F 기재의 액체 수지는 0.4 이상 내지 0.63 이하, 바람직하게는 0.45 이상 내지 0.6 이하, 보다 바람직하게는 0.5 이상 내지 0.59 이하의 에폭시드 수 (DIN　ISO　16945)를 갖는다. 이는 실제로 유리한 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 비스페놀 F 액체 수지는 경화가 수행되기 전에, 비스페놀 A 기재의 고체 수지와 혼합된다 (혼합은 적절한 경우 용융에 의하거나, 또는 다른 적합한 방법에 의해 보장됨).
본 발명의 화합물의 바람직한 실시양태에서, 비스페놀 A 기재의 고체 수지는 0.2 이상 내지 0.3 이하, 바람직하게는 0.22 이상 내지 0.28 이하, 보다 바람직하게는 0.24 이상 내지 0.26 이하의 에폭시드 수 (DIN　ISO　16945)를 갖는다. 이는 실제로 유리한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템이 형성되는 출발 물질은 경화제 성분을 포함한다.
경화제 성분은 바람직하게는, 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 메틸나드산 무수물, 수소화된 메틸나드산 무수물, 메틸헥사히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸테트라히드로프탈산 무수물, 및 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 특히 바람직하게는, 프탈산 무수물 및 테트라히드로프탈산 무수물의 혼합물이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템이 형성되는 출발 물질은 가속화제 성분을 포함한다.
가속화제 성분은 바람직하게는, 3급 아민, 4급 암모늄 화합물, 포스핀, 포스포늄 화합물, BCl3-아민 착체, 이미다졸, 및 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 보다 바람직한 실시양태에서, 가속화제 성분은 1-메틸이미다졸, 1-에틸이미다졸, 1-프로필이미다졸, 1-이소프로필이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-에틸이미다졸, 이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 1-비닐이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템이 형성되는 출발 물질은 충전제를 포함한다.
이러한 충전제는 바람직하게는, SiO2, 백운석, Al2O3, CaCo3, TiO2, 및 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다.
특히 바람직하게는, Al2O3, 특히 d50이 2 μm 이상 내지 6 μm 이하인 Al2O3이다. 상기에 따라 파열 저항성이 종종 더욱 증가될 수 있기 때문에, 이는 실제로 유용한 것으로 밝혀졌다. 보다 바람직하게는, 2.5 μm 이상 내지 5 μm 이하, 보다 바람직하게는 3 μm 이상 내지 3.5 μm 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템 중 충전제의 분율 (전체 혼합물의 중량에 대한 중량)은 50％ 이상 내지 75％ 이하이다. 바람직하게는, 60％ 이상 내지 70％ 이하, 보다 바람직하게는 65％ 이상 내지 68％ 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템은 140℃ 이상, 바람직하게는 150℃ 이상의 경화 단계 및 12시간 이상, 바람직하게는 14시간 이상, 가장 바람직하게는 16시간 이상의 경화 시간을 포함하는 경화 공정으로 제조된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 고체 수지 시스템은
a) 먼저 비스페놀 A 기재의 고체 수지를 충전하는 단계,
b) 상기 고체 수지를 임의로 가열하면서 또는 다른 적합한 방법을 사용하여 비스페놀 F 기재의 액체 수지와 혼합하는 단계 및
c) 상기 고체 수지-액체 수지 혼합물을, 임의로 1종 이상의 경화제 성분, 가속화제 성분 및/또는 충전제의 첨가와 함께, 140℃ 이상, 바람직하게는 150℃ 이상의 하나 이상의 경화 단계 및 12시간 이상, 바람직하게는 14시간 이상, 가장 바람직하게는 16시간 이상의 경화 시간으로 경화시키는 단계
를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
포팅(potting)은 바람직하게는 감압하에서 수행된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 절연 수지를 포함하는 절연 부품에 관한 것이다. 절연 부품은 바람직하게는 GIS 시스템의 부분이다.
본 발명은 또한 출발 물질로서 비스페놀 A 기재의 고체 수지 및 비스페놀 F 기재의 액체 수지를 포함하는 고체 수지 시스템의, 스위치기어용 절연 시스템으로서의 용도에 관한 것이다.
상기 언급된 성분들, 및 청구되는 성분들 및 작동예에 기재된 본 발명에 따라 사용될 성분들은 그의 크기, 형태 배열, 물질 선택 및 기술적 설계의 관점에서 임의의 특정한 예외 조건이 적용되지 않으며, 따라서 사용 분야에 공지된 선별 기준이 제약없이 적용될 수 있다.
본 발명의 대상 물질의 다른 상세사항, 특징 및 이점은 종속항, 및 하기 첨부되는 실시예의 기재로부터 명백하다.
실시예 I
본 발명은 단지 예시적 및 비제한적 방식으로, 본 발명의 실시예 I에 관하여 시험하였다.
이는 먼저, 0.42의 에폭시드 수를 갖는 수지를 수득하도록 하기 위해 0.26의 에폭시드 수를 갖는 비스페놀 A 고체 수지 및 0.58의 에폭시드 수를 갖는 비스페놀 F 액체 수지를 혼합하여 비스페놀 A 고체 수지 및 비스페놀 F 액체 수지의 혼합물을 제조하는 것을 포함한다.
이어서, 상기 수지를 하기 목록에 따른 추가 성분과 함께 혼합하고 경화시켰다:
Figure pat00003
생성된 고체 시스템을 3시간 동안 130℃에서 경화한 다음 최종적으로 16시간 동안 150℃에서 경화시켰다.
또한, (본 발명이 아닌) 비교용 수지 시스템을 제조하였다.
비교예 I
비교예 I에서, 비스페놀 F 액체 수지를 비스페놀 A 액체 수지로 대체하였다. 다른 제조 조건은 동일하였다.
특정 수지 혼합물을 사용하여 시험 바 및 절연체를 캐스팅하였다. 한 시험에서, 먼저, 인장 강도 [ISO 527-4], 마르텐스(Martens) 온도, 및 열 주기 후에 파열값 (물을 이용한 압력 시험)을 측정하였다.
Figure pat00004
이에 따라, 본 발명의 고체 수지 시스템의 유리한 특성은 명백하였다.

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  1. 절연체용 캐스트 수지 시스템.
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