NO161227B

NO161227B - Impregneringsharpiksmasser og anvendelse derav for isolering av elektriske viklinger.

Info

Publication number: NO161227B
Application number: NO842936A
Authority: NO
Inventors: Gerhard Kiezling; Raimund Pillath; Hermann Kerber
Original assignee: Herberts Gmbh
Priority date: 1983-07-19
Filing date: 1984-07-18
Publication date: 1989-04-10
Also published as: JPH054965B2; DK352784D0; NO161227C; JPS6038416A; FI842885A0; DE3480506D1; EP0134513B1; DK352784A; DE3325943C1; EP0134513A1; NO842936L; FI842885A; DK167153B1; ATE48046T1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår impregneringsharpiksmasser på basis av umettede polyesterharpikser og kopolymeriserbare monomerbare akryl- og/eller metakrylforbindelser. Den slags impregneringsharpiksmasser anvendes for isolering av elektriske viklinger slik som de finnes i motorer, transfor-matorer og generatorer.

Impregneringsharpiksmasser av den innledningsvis beskrevne art anvendes i stort teknisk omfang og beskrives blant annet i DE-A-15 70 273 og 28 56 050. De i praksis anvendte impregneringsharpiksmasser inneholder dog utelukkende styren som polymeriserbar monomerforbindelse (såkalt reaktivfortynner). Selv om det er nevnt 1 de angitte publikasjoner at det også kan anvendes akryl- og/eller metakryl-forbindelser som reaktivfortynner gis det ingen eksempler derpå og det finnes intet handelsprodukt som inneholder denne reaktive fortynner istedet for styren. Grunnen til dette ligger i at impregneringsharpiksmassen har en høy viskositet slik at man antok at en perfekt impregnering av de elektriske viklinger ikke kunne oppnås.

Anvendelsen av styren som reaktiv fortynner gir riktignok tilstrekkelig lav viskøse impregneringsharpiksmasser, er dog forbundet med flere mangler. Styren dampes av i betydelig grad under utherdingen, går altså tapt. Styrentapene ligger i størrelsesorden ca. 15 til 30 vekt-#, beregnet på den for impregnering anvendte harpiksmasse. Styrenlukten er meget ubehagelig. Styren er fysiologisk ikke helt gunstig og hører til skademateriale klasse II i henhold til TA-luft (Tekniske anvisninger Luft, Forbundsrepublikken Tyskland). Styrenholdige impregneringharpiks-masser har også den mangel at de i sterk grad angriper lakkisolasjonen på trådene, noe som kan ha til følge at det dannes sprekker i isolasjonen, noe som kan føre til betydelig forringelse av isoleringssystemet i praktisk bruk med de følger dette kan ha. Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å finne impregneringsharpiksmasser som har et lavt avdampingstak, som fysiologisk i det minste ikke er ugunstigere enn styrenholdige masser, som imidlertid har til følge en sterkere Inntrengning I de impregnerte viklinger og dermed en hedre impregneringseffekt.

Hvis man forsøker i henhold til nevnte DE-A-15 70 273 og 28 56 050 å fremstille impregneringsharpiksmasser på basis av umettede polyesterharpikser og akryl- og/eller metakryl-forbindelser hvorved man kun anvender den slags vanlige forbindelser som hydroksypropylmetakrylat HPMA, butandiol-dimetakrylat BDDMA og neopentylgykoldimetakrylat NPG-DMA, finner man at de tilsvarende masser gir ubrukbare egenskaper. Det er nu Imidlertid meget overraskende funnet at helt bestemte akrylater ikke bare er brukbare men også unngår de ovenfor nevnte mangler ved de styrenholdige masser og utover dette gir uventede fordeler slik det skal forklares i det følgende.

Gjenstand for oppfinnelsen er i henhold til dette impregneringsharpiksmasser på basis av umettede polyestere og akryl-og/eller metakrylforbindelser som reaktiv fortynner, og disse masser karakteriseres ved at de som reaktiv fortynnere inneholder

a) heksandioldiakrylat og/eller

b) butandioldiakrylat,

og at viskositeten i massen maksimalt utgjør 1500 mPa ved

25°C.

Oppfinnelsen angår også anvendelse av de ovenfor nevnte impregneringsharpiksmasser for impregnering av elektriske viklinger.

Det er altså vesentlig at det ifølge oppfinnelsen som akrylater anvendes:

a) heksandioldiakrylat (HDDA) og/eller

b) butandioldiakrylat (BuDA).

Mengden akrylat tilpasses i henhold til fagmannens kunnskap umettetheten til den umettede polyester. Det kan anvendes et betydelig overskudd eller et lite overskudd. Det er imidlertid ikke nødvendig å anvende et så stort overskudd som dette vanligvis har vært gjort ved styren fordi, slik det er sagt ovenfor, betydelige mengder styren .avdampes ved utherding av de impregnerte spoler. Selv om det som nevnt kan anvendes, et overskudd er dette vanligvis ikke hensiktsmessig fordi all umettethet til den umettede polyester hensiktsmessig kryssbindes ved hjelp av akrylatet og metakrylatet. Da avdampingstapet ifølge oppfinnelsen vanligvis ikke når opp i 5 % og som oftest ikke går opp i 2 & av det nevnte akrylat, beregnet på den mengde som er nødvendig for fullstendig kryssbinding av umettetheten, er det foretrukket at impregneringsharpiksmassene ifølge oppfinnelsen ikke inneholder større overskudd enn 5 vekt-# og fortrinnsvis 2 vekt-#, slik som definert ovenfor, av akrylat og metakrylat. Når et underskudd anvendes bør dette av de ovenfor angitte grunner ikke ligge under 10 vekt-# og fortrinnsvis ikke under 5 vekt-$ i henhold til den ovenfor angitte definisjon.

Et vesentlig trekk ved impregneringsharpiksene ifølge oppfinnelsen ligger i at viskositeten maksimalt utgjør 1500 mPa. ved 25°C. Det dreier seg herved om viskositeter som ligger betydelig over viskositetene for de masser som befinner seg på markedet på basis av styren som reaktiv fortynner. Disse har vanligvis en viskositet innen området ca. 100 til 500 mPa. Det er for fagmannen spesielt overraskende at man med den slags høye viskositeter slik massene ifølge oppfinnelsen har, kan oppnå en perfekt inntrengning i viklingene hvorved de mekaniske og elektriske egenskaper for isolasjonssystemet tilsvarer den kjente teknikk eller er overlegne de styrenholdige masser som kan oppnås ved den kjente teknikk.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen inneholder massen i tillegg

c) hydroksypropylmetakrylat (HPMA) og/eller

d) butandiolmonoakrylat (BDMA),

og dette i mengder på opptil ca. 10 vekt-%, beregnet på den

totale mengde akrylat og metakrylat. Ved tilsetning av disse mono(met )akrylater reduseres viskositeten, de øvrige egenskaper for isoleringen forbedres dog snaut. Denne mengde av disse monometakrylater bør derfor holdes lavest mulig, hensiktsmessig under 5 vekt-$. Med en mengde på mere enn 1 vekt-# kan man allerede merke en betydelig reduksjon av viskositeten.

Det er imidlertid meget overraskende ikke mulig å oppnå impregneringsharpiksmasser med brukbare eller den kjente teknikk overlegne egenskaper kun under anvendelse av akrylatene c) og/eller d).

I henhold til en ytterligere utførelsesform ifølge oppfinnelsen inneholder massene i tillegg tri(met)akrylat, hensiktsmessig i de samme mengder som er nevnt ovenfor for monoakrylat. Tilsetningen av dette triakrylat har den overraskende virkning at de mekaniske egenskaper, for eksempel sammenbakingstallet i henhold til DIN 46448 for de utherdede masser, forbedres. Egnede tri(met)akrylater er pentaerytrittakrylat, trimetylolpropantrimetakrylat.

Harpiksmassene ifølge oppfinnelsen kan som umettede polyesterharpikser inneholde de som er kjent for dette formål, spesielt de såkalte imidholdige umettede polyestere slik de er beskrevet i DE-A-15 70 273, 17 70 386 og 28 56 050. Det kan imidlertid også som såkalte imidfrie polyestere slik de er kjent i årtider. Disse umettede polyestere er kondensa-sjonsprodukter av flerverdige karboksylsyrer, flerverdige alkoholer og, når de er imidholdige, aminogruppeholdige forbindelser, eventuelt med en andel av monofunksjonelle forbindelser. Eksempler på flerverdige karboksylsyrer er dikarboksylsyrer som malein- eller fumarsyre, citrakonsyre, ltakonsyre, eventuelt 1 blanding med mettede eller aromatiske karboksylsyrer som rav- eller adipinsyre, ftalsyre, isoftalsyre, tereftalsyre og lignende, samt tetrahydroftalsyre, endometylentetrahydroftalsyre henholdsvis de tilsvarende partielt eller helt halogenerte forbindelser (med flamme-hemmende egenskaper). Eksempler på forbindelser med forskjellige funksjonelle grupper er sitronsyre, monoetanolamin, aminoetankarboksylsyre samt de tilsvarende 3 eller 4 CH2-gruppeholdige aminoalkoholer og aminokarboksyl-syrer. Syrene kan anvendes i form av estere, halvestere eller anhydrider. Som hydroksylgruppeholdige forbindelser kan man likeledes prinsippielt anvende de forbindelser som ifølge den kjente teknikk anvendes for fremstilling av polyestere. Egnede dioler er for eksempel glykol, neopentyl-glykol, propylenglykol. Polyoler med 3 eller 4 hydroksyl-grupper er for eksempel glycerin, trimetylolpropan, trimetyl-oletan, pentaerytrit, dipentaerytrit, trishydroksyetylisocy-anurat. De imidholdige umettede polyestere inneholder hensiktsmessig innkondensert tetrahydroftalsyre henholdsvis anhydrldet derav som danner en 5-leddet imidring med aminogruppen. Polyestere kan også inneholde monofunksjonelle karboksylsyrer, alkoholer og/eller aminer som kjedestoppere. De kan også inneholde mettede eller umettede oljer slik som hydroksyfunksjonelle oljer som ricinusolje eller karboksyl-funksjonelle oljer som maelinatoljer.

Massene ifølge oppfinnelsen kan i tillegg inneholde vanlige tilsetningsstoffer slik som pigmenter, drøyemidler, myknere, katalysatorer som for eksempel peroksyder, akselleratorer som for eksempel metallsalter, stabilisatorer som for eksempel hydrokinon eller benzokinon, slik det også er nevnt i de ovenfor angitte litteraturreferanser.

Massene ifølge oppfinnelsen kan for å oppnå spesielle virkninger også inneholde mindre mengder styren- eller allylforbindelser som diallylftalat, hvorved mengden derav Ikke bør ligge over 10 vekt-#, beregnet på vekten av det i massen foreliggende akrylat.

Anvendelse av impregneringsharpiksmasser for impregnering av elektriske viklinger kan for eksempel skje på følgende måte:

Dyppelmpregering

Ved denne fremgangsmåte blir godset som skal impregneres

dyppet ned i impregneringsharpiksen eller ved gjennomløps-

metoden trukket gjennom denne mens man overholder de ved forsøk fastlagte tider. Deretter skjer det enten i en kammer- eller gjennomløpsovn en utherding av massen 11-5

timer ved 120 - 170"C.

Vakuum- impregnering

Ved anvendelse av denne metode blir først godset ført inn i

en vakuumbeholder og evakuert.

Når det ønskede vakuum er oppnådd tilfører man impregnerings-

midlet til vakuumbeholderen fra en forrådsbeholder. Avgjørende for impregneringskvaliteten er derved ikke et

meget langt opphold i vakuum men lengde av beluftningstiden for at impregneringsmidlet når vakuum trykkes inn i de oppståtte hulrom.

For å kunne arbeide hurtigere kan det også etter vakuumet

anvendes overtrykk. Kun for ganske få og vanskelig impregn-

erbare gjenstander må man ty til vakuum-trykkmetoden.

Herdingen skjer som beskrevet ovenfor.

Påføringsimpregnering.

I motsetning til de tidligere beskrevne metoder blir gjenstanden ikke dyppet ned i impregneringsmidlet, dette påføres på den roterende vikling ved hjelp av dyser.

For å sikre en god inntrengning av harpiksen i viklingen er

det nødvendig å forvarme gjenstandene som skal behandles.

Dette kan skje ved induktiv oppvarming i en forkoblet ovn. Da harpiksen som her anvendes oppviser meget korte gel-dannelsestider (ca. 5-8 min. ved 100°C, i neddypnings-harpikser minst 14 min. ved 100°C) hør temperaturen ved denne prosess ikke overskride 95°C for å forhindre en for tidlig geldannelse av harpiksen. Deretter blir gjenstandene som fremdeles roterer oppvarmet til ca. 130°C og deretter utherdet 15-30 min., alt etter harpikslnnstilling.

Neddyppingsimpregnering med derpå følgende roterende utherding.

Denne metode anvendes hovedsakelig ved store og meget belastede rotorer og statorer. Gjenstandene blir som vanlig, eventuelt ved bruk av vakuum, dyppet ned i impregneringsmidlet og deretter ført igjennom utherdingsovnen på en roterstasjon eller valse.

Utherdingen skjer 12-6 timer ved 120 - 170"C

Fremst! 11ingseksempler for umettede polyestere ( UP). Fremstilllngseksempel 1.

I en reaksjonsbeholder utstyrt med termometer,, røreverk og kondensator oppvarmes 2325 g riclnusolje og 600 g maleinsyre-anhydrid under omrøring og overføring av inertgass til 130°C og deretter holdt 2 timer ved 130°C. På denne måte oppnås det et forprodukt som anvendes som beskrevet nedenfor.

Til en 2 1-trehalskolbe utstyrt med termometer, røreverk, kretsløpfører og kondensator, settes 150 g monoetanolamin og 100 ml xylen hvortil det porsjonsvis settes 372 g tetra-hydrof tal syreanhydr id på en slik måte at den eksoterme reaksjon forblir under kontroll. Deretter oppvarmes til 165°C og det hele kondenseres under xylenomløp til et syretall mindre enn 3. Deretter tilsettes 73 g maleinsyre-anhydrid, 819 g forprodukt og 60 ml xylen og det hele oppvarmes under omrøring og xylenomløp til 185 - 190°C. Etter å ha oppnådd et syretall på ca. 15 blir polykondens-asjonen avbrutt, og xylen avdestlllert 1 vakuum.

Til en 4 1-trehals-slipkolbe utstyrt med røreverk, termometer, vannutskiller og kondensator, fylles det inn neo-pentylglukol og polypropylenglykol og det hele oppvarmes til 100°C under innføring av inertgass. Deretter tilsettes isoftalsyre og det hele oppvarmes under omrøring til 210°C. Det ved reaksjonen oppståtte vann destilleres av og samles i utskilleren. Etter å ha oppnådd et syretall på ca. 9 blir forestringsreaksjonen avbrutt og reaksjonsproduktet avkjølt til 140°C hvortil det etter hverandre settes maleinsyre-anhydrid og xylen og det hele oppvarmes igjen til 210°C. Reaks]onsblandingen holdes så ved 210°C under xylenomløp inntil det er nådd et syretall på 16,5. Deretter destilleres xylen av under vakuum, det avkjøles til 160°C og hydrokinon tilsettes som stabilisator. Polyesterharpiksen har et syretall på 15,0 og en viskositet på 800 mPa., målt 60 #-ig i cykloheksanon ved 25°C.

Eksempel 1.

Til den sats som ble oppnådd i fremstillingseksempel 1 ble det ved 150°C tilsatt 2,30 g toluhydrokinon og ved ca. 100°C 850 g av en blanding av heksandioldiakrylat og hydroksypropylmetakrylat i forholdet 95:5. Den oppnådde akryliske oppløsning hadde ved et faststoffinnhold på 60 56 en viskositet på 630 mPa. ved 25°C og et syretall på 10 (den således oppnådde oppløsning er akryloppløsning A).

Uavhengig derav ble det til fremstillingsoppløsningen i eksempel 2 oppnådde sats tilsatt 830 g av en blanding av heksandioldiakrylat og hydroksypropylmetakrylat i forholdet 95:5. Den oppnådde akryliske oppløsning hadde et faststdff-innhold på 55 % en viskositet på 1550 mPa. ved 25°C og et syretall på 15. (Den således oppnådde oppløsning er akryloppløsning B).

Til en blandebeholder utstyrt med røreverk settes 660 g akryloppløsning A. Deretter tilsettes under omrøring 330 g akryloppløsning B. Det omrøres videre til fullstendig homogenitet av blandingen. Den oppnådde harpiksmasse hadde ved 85 % faststoffinnhold en viskositet på 800 mPa. ved 25°C. Massen ble benyttet for impregnering av elektriske oppviklingsgjenstander og ga etter utherding i 3 timer ved 130°C isoleringsovertrykk med utmerkede mekaniske og elektriske egenskaper.

Utprøving i henhold til DIN 46448 og 53505:

Eksempel 2.

Til en blandebeholder utstyrt med røreverk settes 500 g akryloppløsning A. Deretter tilsettes under omrøring 500 g akryloppløsning B. Det omrøres nu videre til fullstendig homogenitet i blandingen. Den således oppnådde impregneringsharpiksmasse hadde ved 58 # faststoffinnhold en viskositet på 1100 mPa.s ved 25°C. Den anvendes for impregnering av elektriske oppviklingsgjenstander og gir etter utherding i 3 timer ved 130°C isoleringsovertrekk med utmerkede mekaniske og elektriske egenskaper.

Utprøving i henhold til DIN 46448 og 53505:

Geldannelsestid med 2% t-butylperbenzoat (50#-ig)

Eksempel 3.

Til den i henhold til fremstillingseksempel 1 oppnådde sats, settes det ved 150'C 2,30 g toluhydrokinon og ved 100°C 850 g av en blanding av butandioldiakrylat og hydroksypropylmetakrylat i forholdet 95:5. Den oppnådde akryl i ske oppløsning har ved et faststoff Innhold på 60 ?6 en viskositet på ca. 630 mPa.s ved 25°C og et syretall på 10.

660 g av den oppnådde oppløsning settes til en blandebeholder som er utstyrt med røreverk. Deretter tilsettes under omrøring 330 g av den i eksempel 1 oppnådde akryloppløsning B. Man fortsetter omrøringen til full homogenitet. Den således oppnådde impregneringsharpiksmasse har ved et faststoff innhold på ca. 60 % en viskositet på ca. 800 mPa.s ved 25°C.

Denne masse anvendes for Impregnering av oppviklingsgjenstander og gir etter utherding i 3 timer ved 130° C isoleringsovertrekk med utmerkete mekaniske og elektriske egenskaper som tilsvarer de i eksempel 1.

Claims

1. Impregneringsharpiksmasser på basis av umettede polyestere og akryl- og/eller metakrylforbindelser som reaktivfortynnere, karakterisert ved at de som reaktivfortynnere inneholder a) heksandioldiakrylat og/eller b) butandioldiakrylat, og at viskositeten i massen maksimalt utgjør 1500 mPa.s ved 25<C>C.

2. Harpikser ifølge krav 1, karakterisert ved at de i tillegg inneholder c) hydroksypropylmetakrylat og/eller d) butandiolmonoakrylat i mengder på opptil 10 vekt-$, beregnet på den totale mengde av de i harpiksen foreliggende akrylater og metakrylater.

3. Harpikser ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de i tillegg inneholder triakrylater og/eller trimetakrylater i mengder på opptil 10 vekt-#, beregnet på den totale mengde av i massene foreliggende akrylater og metakrylater.

4 . Anvendelse av impregneringsharpiksmasser i henhold til et eller flere av kravene 1 til 3 for impregnering av elektriske viklinger ved fukting av viklingene med impregneringsharpiksmassen og utherding av massen ved oppvarming av de behandlede viklinger ved temperaturer på 100 til 180°C.