MXPA02006937A

MXPA02006937A - Estructuras de epoxy transparentes.

Info

Publication number: MXPA02006937A
Application number: MXPA02006937A
Authority: MX
Inventors: David M Geibel
Original assignee: Abb Power T & D Co
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2004-11-12
Also published as: US6924438B2; CA2397570C; WO2001051272A1; CA2397570A1; US20040052994A1

Abstract

Un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, formado como una estructura transparente, tridimensional, rigida, que incluye una concavidad de vista cilindrica (10) de un equipo o casquillo de alto voltaje industrial (15). Un proceso para elaborar una estructura transparente , tridimensional (por ejemplo, ciIindrica) con resistencia mejorada, que incluye las etapas de obtener un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado y despues pre-tensar el compuesto de epoxi sin material de relleno.

Description

ESTRUCTURAS DE EPOXI TRANSPARENTES Campo de la Invención La invención se refiere en general a materiales transparentes hechos de epoxi sin material de relleno. Más particularmente, la invención se refiere a materiales hechos de epoxi cicloalifático sin material de relleno que, cuando se pre-tensa obtiene ciertas propiedades y características mejoradas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las resinas de epoxi se conocen por su excelente resistencia química y térmica, buenas propiedades eléctricas y mecánicas y por su adhesión a una amplia variedad de substratos. Debido a esto, las resinas de epoxi se utilizan actualmente en muchas aplicaciones industriales. Cuando se exponen a condiciones estresantes, incluyendo calor y presión , los polímeros derivados de resinas de epoxi generalmente exhiben escasas características estructurales. Tales polímeros generalmente son frágiles y cuando se exponen a condiciones estresantes el polímero es altamente susceptible a contracción y ruptura. Para combatir este problema, las resinas de epoxi se utilizan generalmente en combinación con "materiales de relleno", los cuales pueden elaborarse de varios materiales, incluyendo sílice particulado, cuarzo triturado, alumbre e hidruro de aluminio. Esto da como resultado un producto más estable que es menos quebradizo y menos susceptible al encogimiento y a la ruptura. Pero con la adición de materiales de relleno a las resinas de epoxi surge una desventaja - que lo que una vez pudo haber sido un material transparente de resina de epoxi puede ser ahora un polímero no transparente con características mejoradas. Aunque los materiales de epoxi no transparentes son útiles en muchos casos, el vidrio es aún el principal material utilizado en casos donde se requiere transparencia . Por ejemplo, los casquillos en equipo y transformadores industriales utilizan actualmente una concavidad de vista de vidrio para proporcionar una vista de trescientos sesenta grados del nivel de aceite en el casquillo. Debido a las condiciones extremas en un casquillo en operación, incluyendo el calor y la presión excesivos, el vidrio de alta resistencia es actualmente el único material disponible para proporcionar el aislamiento eléctrico y el soporte mecánico requeridos mientras se proporciona simultáneamente una visible vista del nivel de aceite. Por lo tanto, u n material de epoxi que puede producirse con características mejoradas de resistencia y de estabilidad, mientras permanece transparente, podría tener numerosas aplicaciones industriales prácticas que incluyen , sin limitarse, el reemplazo de las concavidades de vista de vidrio actualmente utilizadas en equipo y casquillos de alto voltaje industrial.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona compuestos de epoxi que son transparentes y exhiben características mejoradas de resistencia y estabilidad. Una modalidad actualmente preferida de la invención incluye una concavidad de vista cilindrica de un equipo o casquilio de alto voltaje industrial. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un proceso para la elaboración de una estructura transparente, tridimensional (por ejemplo, cilindrica) con resistencia mejorada. Un método actualmente preferido incluye las etapas de obtener un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, y después pre-tensar el compuesto de epoxi sin material de relleno. Este y otros aspectos de la presente invención se exponen a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características y ventajas arriba mencionadas y otras de la invención serán aparentes a aquellos de experiencia ordinaria en la materia a partir de la siguiente descripción detallada, de la cual: La figura 1 ilustra una concavidad de vista cilindrica elaborada con un compuesto de epoxi de acuerdo con la presente invención. La figura 2 ilustra la vista transeccional de un casquilio de alto voltaje o un equipo o transformador industrial que incorpora un casquilio de vista cilindrica hecho con un compuesto de epoxi de acuerdo con la presente invención. Las figuras 3a y 3b establecen dos de los posibles métodos para preparar una estructura de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se discutió previamente, un material de epoxi que puede hacerse transparente, permaneciendo aún estructuralmente fuerte , puede tener numerosas aplicaciones prácticas. De acuerdo con lo anterior, una modalidad de la presente invención incluye una concavidad de vista transparente, tridimensional, rígida 1 0 que comprende un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado. Se proponen numerosas formas y tamaños para incluirse donde se necesite una estructura transparente, fuerte y durable. Las estructuras actuales que utilizan vidrio de alta resistencia y sus formas correspondientes son particularmente relevantes ya que el vidrio de alta resistencia es el material actualmente utilizado donde se necesitan transparencia y estabilidad estructural superior. Se prefiere que la estructura de la presente invención sea de forma cilindrica . Cilindrica no significa que se limite a formas tipo tubulares que se abren en ambos extremos, sino más bien pueden incluir varias formas con una variedad de aberturas o métodos de anexión. Por ejemplo, tal estructura cilindrica puede ser abierta en un extremo o un lado para su unión directa a un tanque contenedor de fluido, el extremo de un sistema de tubería o lo similar. En una modalidad preferida adicional de la presente invención , la estructura cilindrica se configura como una concavidad de vista 10 como se muestra en la figura 1 . Se prefiere además que tal concavidad de vista 1 0 se utilice en un casquillo de alto voltaje 1 5 para utilizarse en un equipo o transformador industrial como se muestra en la figura 2. El uso de acuerdo con este aspecto de la invención puede remediar el problema de la disponibilidad limitada de grandes concavidades de vista de vidrio actualmente utilizadas en caequillos de alto voltaje. Las concavidades de vista 1 0 de la presente invención llevan a cabo labores idénticas a las de concavidades de vista de vidrio ya que permiten que se monitoree el nivel de fluido aislante 20 en el interior del tanque , mientras se proporciona también un soporte estructural de larga duración en el casquillo de alto voltaje 1 5. Se prefiere además que el compuesto de epoxi curado que se utiliza en la presente invención sea una resina de epoxi cicloalifática . Las resinas de epoxi cicloalifáticas se conocen actualmente por tener ciertas propiedades estables y fuertes, especialmente cuando se utilizan en conjunto con materiales de relleno. Por otro lado, las resinas de epoxi cicloalifáticas sin material de relleno son tales q ue cuando se cu ran hacia un producto final, pueden ser transparentes. Tal transparencia no será en todos los casos una transparencia clara, es decir, la transparencia de una ventana estándar, sino más bien puede tener un tinte de color tal como amarillo . Au nque puede presentarse una tinta , la estructura es aún transparente ya que por ejemplo, la presencia y nivel de líquidos, pueden observarse a través de la pared de la estructura. Se prefiere además que la estructura transparente, tridimensional , rígida expuesta en la presente sea an h ídrida curada. El anhídrido es muy conocido en la materia como un endurecedor, que después de su introducción durante la etapa de elaboración, incrementa la resistencia total del producto final . Se prefiere además que la modalidad también contenga absorbedores de luz ultravioleta. Cuando se utiliza en el ambiente exterior, por ejemplo, la estructura de epoxi transparente puede alojar materiales sensibles a la luz tales como aceite dieléctrico, cuando se utilizan en un equipo o transformador industrial. Por lo tanto, el aceite puede dañarse por la exposición continua a rayos ultravioleta. Los absorbedores de luz ultravioleta remedian este problema cuando se introducen en el compuesto de epoxi en la etapa de elaboración. También se establece en esta invención un método para la elaboración de una estructura de epoxi, curada, transparente, tridimensional, rígida, arriba descrita, los ejemplos de la cual se establecen en las figuras 3a y 3b. El método preferido establecido en esta invención incluye dos etapas del proceso de elaboración, según se describe a continuación. La primer etapa de tal método involucra la obtención de un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado y la segunda etapa involucra la pre-tensión del compuesto de epoxi. Los compuestos de epoxi generalmente se encuentran disponibles con varios fabricantes químicos. Ciertos fabricantes ofrecerán la opción de moldear un compuesto de epoxi en la forma y dimensiones solicitadas por el cliente. Actualmente no es posible obtener un compuesto de epoxi transparente que sea adecuado para utilizarse bajo condiciones extremas de calor y presión, tales como aquellas presentes en un caequillo de trabajo de alto voltaje. La razón básica para esto se debe a que los compuestos de epoxi obtienen su resistencia y rigidez física de la introducción de materiales de relleno en el compuesto antes de curarse y, como se mencionó previamente, la introducción de materiales de relleno puede crear un compuesto no transparente. De acuerdo con lo anterior, un material de inicio preferido para el método establecido en esta invención es un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, que sea transparente. El compuesto se habrá producido sin la introducción de materiales de relleno como se describe arriba. El fabricante preferentemente habrá moldeado el compuesto en la forma y dimensión deseadas y subsecuentemente habrá curado el compuesto en un producto sólido. La curación típicamente abarca la aplicación de calor a la estructura. Idealmente, un compuesto de epoxi que proviene de un fabricante de químicos se encontrará cien por ciento curado, pero este no es normalmente el caso. Es común recibir del fabricante un producto de epoxi moldeado que se encuentra en forma sólida, pero no enteramente curado. En tal caso , la resina de epoxi puede encontrarse curada , por ejemplo, al noventa y ocho por ciento. En tal caso, puede ser necesaria una curación adicional con objeto de acercarse más a un producto curado al cien por ciento. Esto involucra la aplicación de calor adicional al producto sobre el que se aplicó durante la etapa de elaboración inicial. Esta etapa de curación adicional asegura que todos los productos de epoxi se curen predeciblemente a un nivel muy elevado y por consiguiente que sean adecuados para pre-tensión según se establece a continuación . Un método adicional preferido de la presente invención involucra la obtención de un producto de epoxi cu rado mediante la aplicación de calor adicional a un compuesto de epoxi sin material de relleno, moldeado, a una temperatura de 1 50°C durante doce horas adicionales. La etapa de curación arriba establecida no intenta limitar la presente invención etapas o lugares de elaboración por separado. Si se desea, es posible con la presente invención el combinar todas las etapas del método en un proceso de elaboración . En otras palabras, un fabricante actual de productos de epoxi podría introducir posiblemente estas etapas del método en sus procedimientos y dar como resultado un producto final consistente con el alcance de esta invención. También es posible curar por completo un producto de epoxi en la primer instancia a fin de que ya no se necesite una segunda etapa de curación . El método preferido requiere de un compuesto de inicio altamente curado , ya sea que tome uno o numerosos procesos de curación . Se prefiere que el compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, sea una resina de epoxi cicloalif ática sin material de relleno y se prefiere además que sea anhídrida, curada . Como se mencionó previamente, las resinas cicloalifáticas se conocen actualmente por tener características algo estables y fuertes y las resinas de epoxi cicloalifáticas sin material de relleno pueden producir un prod ucto final transparente. Se prefiere además que el compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, también contenga absorbedores de luz ultravioleta . Un aspecto adicional de esta invención abarca la pre-tensión de la estructura . La pre-tensión puede involucrar la colocación simu ltánea de la estructura bajo calor y presión . Se entiende que la pre-tensión es exponer la estructura a elementos y condiciones exagerados a los que se enfrentarán durante su uso continuo. Por ejemplo , una concavidad de vista de epoxi 10 que está por utilizarse en equipo o casquillo de alto voltaje industrial se colocará bajo condiciones elevadas de calor y alta presión. Tales condiciones producirán un producto final que es estructuralmente más sonoro que el material de inicio, curado, original . La presión requerida para este aspecto de esta invención puede aplicarse de varias maneras, siendo el método actualmente preferido la aplicación de una g rapa a la estructura. El método preferido de la invención es que la aplicación de calor en la etapa de pre-tensión se encuentre por encima de 1 05°C, con variaciones en presión y tiempo de acuerdo al uso propuesto del producto y a su tamaño. El método de la presente invención se explica en mayor detalle por medio de los siguientes ejemplos ilustrativos que no intentan limitar el alcance de la invención, según se establece en las reivindicaciones.

EJ EMPLO 1 Una modalidad de la presente invención se preparó primero mediante la obtención de un componente de epoxi curado en CompTec Inc. , Irwin , Pensilvania. Este componente se solicitó que fuera elaborado por CompTec en una forma y dimensión lo suficientemente similares a concavidades de vista de vidrio actualmente utilizadas en equipo y casquillos de alto voltaje industrial. También se solicitó que se incluyeran absorbedores de luz ultravioleta en el compuesto de epoxi a utilizarse por CompTec. La concavidad de vista de epoxi se moldeó por CompTec mediante el uso de una resina de epoxi , cu rada , anh ídrida , cicloalifática , referida por CompTec como Producto No . C51 25U . Después de obtener la concavidad de vista de epoxi, se curó entonces a 150°C durante 1 2 horas ad icionales. El componente se pre-tensó entonces durante 48 horas a 1 05°C bajo una presión de aproximadamente 2 ,500 libras por pulgada cuadrada ("psi"), la cual se proporcionó mediante un mecanismo de grapa. El componente se enfrió subsecuentemente. El procedimiento de pre-tensión se repitió entonces durante otras 48 horas a 1 05°C bajo una presión de aproximadamente 2, 500 psi. El componente se enfrió subsecuentemente. El procedimiento de pre-tensión se repitió entonces por tercer ocasión durante otras 48 horas a 1 05°C bajo una presión de aproximadamente 2 ,500 psi . La concavidad de vista de epoxi se examinó entonces y se determinó adecuada para utilizarse en equipo o casquillos de alto voltaje industrial en lugar de las concavidades de vista de vidrio actualmente utilizadas, en base a su rigidez mejorada y transparencia continua .

EJ EMPLO 2 Otra modalidad de la presente invención se preparó primero mediante la obtención de la misma concavidad de vista de epoxi , curado de CompTec, I nc. , Irwin , Pensilvania , como se describe en el EJ EMPLO 1 de arriba . Después de la obtención de la concavidad de vista epoxi moldeada , se curó entonces a 1 50°C durante 1 2 horas adicionales. El componente se pre-tensó entonces du rante 1 2 horas a 125°C bajo una presión de aproximadamente 2, 500 psi , la cual se proporcionó med iante un mecanismo de grapa. La concavidad de vista de epoxi se examinó entonces y se determinó adecuada para utilizarse en equipo o casquillos de alto voltaje industrial en lugar de las concavidades de vista de vidrio actualmente utilizadas en base a su rig idez mejorada y transparencia continua .

El alcance de protección de las siguientes reivindicaciones no intenta limitarse a las modalidades actualmente preferidas arriba descritas. Por ejemplo, los métodos inventivos expuestos en la presente pueden emplearse para incrementar la temperatura a la cual ocurre la etapa de pre-tensión , mientras se disminuye simultáneamente la longitud de tiempo para la etapa de pre-tensado. Otro ejemplo puede ser disminuir la presión durante la etapa de pre-tensado , mientras se incrementa simultáneamente la longitud de tiempo. Aquellos expertos en la materia apreciarán fácilmente que pueden hacerse muchas modificaciones a las modalidades preferidas descritas en la presente.

Claims

REIVINDICACIONES 1 . Una estructura transparente, tridimensional, rígida caracterizada porque comprende un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado. 2. La estructura transparente , tridimensional, rígida según la reivindicación 1 , caracterizada porque dicha estructura es cilindrica. 3. La estructura transparente, tridimensional, rígida según la reivindicación 2, caracterizada porque dicha estructura cilindrica es una concavidad de vista . 4. La estructura transparente, tridimensional, rígida según la reivindicación 3, caracterizada porque dicha concavidad de vista es para utilizarse en un equipo o transformador industrial . 5. La estructura transparente, tridimensional, rígida según la reivindicación 4, caracterizada porque dicha concavidad de vista es para utilizarse en un casquillo de alto voltaje de dicho equipo o transformador industrial. 6. La estructura transparente, tridimensional, rígida segú n cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, caracterizada porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, es una resina de epoxi cicloalifática. 7. La estructura transparente, tridimensional, rígida según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, es anhídrido curado. 8. La estructura transparente, tridimensional , rígida según la reivindicación 7 , caracterizada porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno , curado contiene absorbedores de luz ultravioleta. 9. Un método para la elaboración de una estructura de epoxi , curada, transparente, tridimensional , rígida, caracterizado porque comprende: obtener un compuesto de epoxi sin material de relleno, curado; y pre-tensar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno , 1 0. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha obtención de un compuesto de epoxi sin material de relleno , curado, comprende: obtener un compuesto de epoxi sin material de relleno, moldeado; y calentar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno hasta curarse por completo. 1 1 . El método según la reivindicación 1 0, caracterizado porque dicho calentamiento comprende la exposición de dicho compuesto de epoxi sin material de relleno a 1 50°C durante doce horas. 1 2. El método según cualquiera de las reivindicaciones 9- 1 , caracterizado porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado es una resina de epoxi cicloalifática . 1 3. El método según la reivindicación 1 2, caracterizado porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado es anh ídrido curado. 1 4. El método según la reivindicación 1 3, caracterizado porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado contiene absorbedores de luz ultravioleta. 1 5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 9-1 1 , caracterizado porque dicha pre-tensión comprende el calentamiento de dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado bajo condiciones presurizadas. 16. El método según la reivindicación 1 5, caracterizado porque dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado es una resina de epoxi cicloalifática. 17. El método según la reivindicación 15, caracterizado porque dicha pre-tensión comprende el calentamiento de dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado bajo condiciones presurizadas. 1 8. El método según la reivindicación 17 , caracterizado porque dicha pre-tensión comprende el calentamiento de dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, a una temperatura de 105°C o más bajo condiciones presurizadas. 1 9. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pre-tensión comprende: calentar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado a 105°C durante cuarenta y ocho horas bajo una presión de aproximadamente 2,500 psi; enfriar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado; calentar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado a 105°C durante cuarenta y ocho horas bajo una presión de aproximadamente 2,500 psi; enfriar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado; y calentar dicho compuesto de epoxi sin material de relleno, curado, a 1 05°C durante cuarenta y ocho horas bajo u na presión de aproximadamente 2,500 psi. 20. El método según la reivindicación 1 2, caracterizado porque dicha pre-tensión comprende el calentamiento del compuesto de epoxi sin material de relleno, curado a 1 25°C durante doce horas bajo una presión de aproximadamente 2, 500 psi.