PL190300B1

PL190300B1 - Dielectric constructional composition

Info

Publication number: PL190300B1
Application number: PL98329258A
Authority: PL
Inventors: Aleksandra Gasperowicz; Andrzej Traczewski; Jerzy Stankiewicz; Bogumił Mundzia; Janusz Karatowicz
Original assignee: Inst Elektrotechniki Oddzial T
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2005-11-30
Also published as: PL329258A1

Abstract

1. A dielectric structural mixture, consisting of organic or inorganic fillers with adjusted grain size and of an organic binding agent, containing cross-linking agents, accelerating agents, coupling agents and initiating agents. It is characterised in that fillers constitute 60-90 percent by mass of the mixture. The binding agent constitutes 10-40 percent by mass and consists of: 90-97 percent by mass of alkyl methacrylate, especially methyl methacrylate; 3-8 percent by mass of viscosity regulator in the form of a co-polymer grafted on the basis of a mixture of methyl methacrylate and butyl acrylate, with an admixture of ethyl acrylate; and of 1-3 percent by mass of cross-linking, accelerating, coupling and initiating agents.

Description

Przedmiotem wynalazku jest dielektryczna kompozycja konstrukcyjna o wysokiej odporności na działanie łuku elektrycznego i prądów pełzających, przeznaczona na elementy ele0troioolacojne stosowane wewnątrz, a także na zewnątrz pomieszczeń.The subject of the invention is a dielectric construction composition with high resistance to the action of an electric arc and creeping currents, intended for electronic elements used inside and outside rooms.

Materiały dielektryczne stosowane w warunkach zewnętrznych nie powIcco tworzyć ścieżki przewodzącej pod wpływem wyładowań elektrycznych, natomiast erozja materiału jest dopuszczalna. Do znanych materiałów spełniających te warunki należą szkło i porcelana oraz coklzαlifajocone żywice epoksydowe, napełnione uwodnionym tlenkiem glinu. Szkło i porcelana są kruche, zaś procesy ich wytwarzania są energochłonne Wymienione żywice wytwarza się z bardzo drogich surowców, w dodatku rakotwórczych, natomiast właściwości konstrukcyjne tych tworzyw nie zawsze są zadowalająceDielectric materials used in outdoor conditions should not form a conductive path under the influence of electrical discharges, while material erosion is acceptable. Known materials that meet these conditions include glass and porcelain, and coklzαlifajocone epoxy resins filled with hydrated alumina. Glass and porcelain are brittle, and the processes of their production are energy-consuming.The mentioned resins are made of very expensive raw materials, and in addition carcinogenic, while the structural properties of these materials are not always satisfactory

Z podręcznika' P. Rozdział: Tworzywa sztuczne w elektronice, WNT, 1970 r., str 97, tablica IV-11, znane są kompozycje dielektryczne o lepiszczu z tworzywa organicznego, zawierające do 60%i wagowych wypełniaczy różnego typu. Lepiszcza organiczne są opatie na żywicach epoksydowych lub poliestrowych. Kompozycje zawierające te żywice charakteryzują się odpornością na łuk elektryczny mniejszą niz 200 s, przy czym w wyniku działania łuku elektrycznego powierzchnia tych materiałów traci bezpowrotnie swoje właściwości dielektryczne, na skutek tworzenia się węglowej ścieżki przewodzącej.From the textbook 'P. Chapter: Plastics in electronics, WNT, 1970, page 97, Table IV-11, dielectric compositions with an organic material binder containing up to 60% by weight of various types of fillers are known. Organic binders are based on epoxy or polyester resins. Compositions containing these resins are characterized by an electric arc resistance of less than 200 s, with the surface of these materials irreversibly losing their dielectric properties due to the formation of a conductive carbon path due to the action of the electric arc.

Z polskiego opisu patentowego nr 134826 znana jest kompozycja dielektryczna o zwiększonym przewodnictwie ciepła, stosowana jako materiał konstrukcyjny, na bazie tworzywa sztucznego, zawierająca jako wypełniacz tlenek berylu, węglan wapnia albo tlenek glinu. Kompozycja ta składa się ze 100 części wagowych żywicy poliestrowej, epoksydowej albo emulsyjnego polichlorku winylu i 2-10 części wagowych wypełniacza o wymiarach ziaren 30-100 jm. Znajduje ona zastosowanie do budowy izolatorów elektrycznych o dużym przewodnictwie cieplnym i niskim przewodnictwie ele0.tryconom.Polish patent specification No. 134826 describes a dielectric composition with increased heat conductivity, used as a construction material, based on plastic, containing beryllium oxide, calcium carbonate or aluminum oxide as filler. This composition consists of 100 parts by weight of a polyester, epoxy or emulsion polyvinyl chloride resin and 2-10 parts by weight of a filler with a grain size of 30-100 µm. It is used in the construction of electrical insulators with high thermal conductivity and low conductivity of ele0.trycons.

Wynalazek dotyczy dielektrycznej kompozycji konstrukcyjnej, składającej się z napełniaczy organicznych lub nieorganicznych o dobrane; granulacji oraz lepiszcza organicznego zawierającego środki sieciujące, przyśpieszające, sprzęgające i inicjujące. Istota wynalazku polega na tym, ze napełniacze stanowią 60-90% wagowych kompozycji, zaś lepiszcze 10-40% wagowych, przy czym lepiszcze składa się z 90-97% wagowych meta0rolαnu alkilu, zwłaszcza metakrylanu metylu oraz z 3-8%) wagowych regulatora lepkości w postaci kopolimeru szczepionego na bazie mieszaniny meja0rylanu metylu i akrylanu butylu z dodatkiem akrylanu etylu i z 1-3% wago190 300 wych środków sieciujących, przyśpieszających, sprzęgających i inicjujących. Korzystne jest gdy środek sprzęgający stanowi γ-metakryloksypropylotrimetoksysilan w ilości 0,2-1,5% wagowych, a środek sieciujący stanowią oligoestry metakrylowe w ilości 0,1-2% wagowych, będące estrami kwasu metakrylowego i alkoholi wielofunkcyjnych.The invention relates to a dielectric construction composition consisting of organic or inorganic fillers and selected; granulation and organic binder containing cross-linking, accelerating, coupling and initiating agents. The essence of the invention consists in the fact that the fillers constitute 60-90% by weight of the composition, and the binder 10-40% by weight, with the binder consisting of 90-97% by weight of alkyl metaorol, especially methyl methacrylate, and 3-8% by weight of the regulator viscosity in the form of a graft copolymer based on a mixture of methyl mejoacrylate and butyl acrylate with the addition of ethyl acrylate and 1-3 wt.% of crosslinking, accelerating, coupling and initiating agents. It is preferred that the coupling agent is γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane in an amount of 0.2-1.5% by weight and the crosslinker is methacrylic oligoesters in an amount of 0.1-2% by weight, esters of methacrylic acid and polyfunctional alcohols.

Kopolimer szczepiony na bazie mieszaniny metakrylanu metylu i akrylanu butylu z dodatkiem akrylanu etylu charakteryzuje się ograniczoną rozpuszczalnością w metakrylanie alkilu, tworząc w nim subtelną i stabilną zawiesinę o małej lepkości. Ten kopolimer w kompozycji działa jako środek ograniczający skurcz polimeryzacyjny i jako środek regulujący lepkość lepiszcza, zapobiegający sedymentacji wypełniaczy. Mała lepkość zawiesiny tego kopolimeru w metakrylanie alkilu jest ważną zaletą, gdyz umożliwia łatwe odpowietrzanie kompozycji. Usunięcie powietrza z kompozycji przed utwardzaniem jest elementem kluczowym w procesie jej przetwarzania, gdyż tlen jest znanym inhibitorem polimeryzacji estrów akrylowych. Ponadto mała lepkość lepiszcza umożliwia wprowadzenie do kompozycji dużych ilości tanich wypełniaczy, co jest istotne z chemicznego i ekonomicznego punktu widzenia.A graft copolymer based on a mixture of methyl methacrylate and butyl acrylate with the addition of ethyl acrylate is characterized by limited solubility in alkyl methacrylate, creating a fine and stable suspension of low viscosity in it. This copolymer in the composition acts as a polymerization shrinkage limiting agent and as a binder viscosity adjusting agent to prevent sedimentation of fillers. The low viscosity of the suspension of this copolymer in alkyl methacrylate is an important advantage as it allows easy deaeration of the composition. Removal of air from the composition prior to curing is a key element in its processing as oxygen is a known inhibitor of acrylic ester polymerization. Moreover, the low viscosity of the binder allows large amounts of cheap fillers to be incorporated into the composition, which is important from a chemical and economic point of view.

Kompozycja dielektryczna według wynalazku, po utwardzaniu w temperaturach 15 do 45°C i korzystnie po dotwardzeniu w temperaturach wyższych od 80°C, charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi i elektrycznymi, również po działaniu wody, a przede wszystkim większą niż 250 s odpornością na łuk elektryczny, bez tworzenia ścieżki przewodzącej. Brak powstawania ścieżki przewodzącej pod wpływem łuku elektrycznego umożliwia zastosowanie wyrobów otrzymywanych z tej kompozycji zarówno w warunkach wnętrzowych, jak i napowietrznych. Nie zmieniają się także właściwości utwardzonej kompozycji pod wpływem działania wody, co jest bardzo ważną zaletą. Uzyskane to zostało dzięki zastosowaniu odpowiednich silanowych środków sprzęgających.The dielectric composition according to the invention, after curing at temperatures of 15 to 45 ° C and preferably after post-curing at temperatures higher than 80 ° C, is characterized by good mechanical and electrical properties, also after exposure to water, and above all, an arc resistance greater than 250 s. without creating a conductive path. The absence of a conductive path under the influence of an electric arc allows the use of products obtained from this composition in both indoor and outdoor conditions. The properties of the hardened composition also do not change under the influence of water, which is a very important advantage. This has been achieved through the use of appropriate silane coupling agents.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania.The subject matter of the invention is illustrated in the following examples.

Przykład IExample I

Kompozycja według pierwszego przykładu ma następujący skład:The composition of the first example has the following composition:

Metakrylan metylu 220 mlMethyl methacrylate 220 ml

Kopolimer szczepiony na bazie mieszaniny metakrylanu metalu i akrylanu butylu z dodatkiem akrylanu etylu o nazwie handlowej Paraloid KM-355 7gGraft copolymer based on a mixture of metal methacrylate and butyl acrylate with the addition of ethyl acrylate under the trade name Paraloid KM-355 7g

Środek sprzęgający w postaci γ-metakryloksypropylotrimetoksysilanu 1,5 mlΓ-methacryloxypropyltrimethoxysilane coupling agent 1.5 ml

Środek sieciujący w postaci dimetakrylanu butandiolu 1,4 3_}5 mlCrosslinking agent in the form of butanediol dimethacrylate 1,4 3 _} 5 ml

Środek inicjujący w postaci 10% roztworu nadtlenku benzoilu w metakrylanie metylu 20 mlThe initiator in the form of a 10% solution of benzoyl peroxide in 20 ml methyl methacrylate

Środek przyśpieszający w postaci dimetyloaniliny 12 mlAccelerator in the form of dimethylaniline 12 ml

Napełniacz w postaci mączki kwarcowej o uziarnieniu mniejszym niż 40 pm 600 gQuartz flour filler, grain size less than 40 µm 600 g

Kompozycję sporządza się przez mieszanie metakrylanu metylu, kopolimeru Paraloidu KM-355, środka sprzęgającego i środka sieciującego, aż do utworzenia jednorodnej zawiesiny i następnie dodanie napełmacza oraz dalsze wymieszanie. Potem dodaje się roztwór nadtlenku benzoilu w metakrylanie metylu i dimetyloanilinę i ponownie starannie miesza. Całość odpowietrza się przez wibrowanie i utwardza w temperaturze 30°C przez 4 godziny, po czym dotwardza przez 2 godziny w temperaturze 80°C. Uzyskuje się dielektryczną kompozycję konstrukcyjną o wytrzymałości na zginanie około 98 MPa. o odporności na łuk elektryczny 290 s. bez tworzenia ścieżki przewodzącej i odporności termicznej według Vicata (5 kG/cm^z) wynoszącej 136°C. Po gotowaniu kompozycji przez czas 100 godzin w wodzie o temperaturze 100°C wytrzymałość na zginanie obniża się do 88 MPa.The composition is prepared by mixing methyl methacrylate, Paraloid KM-355 copolymer, coupling agent and crosslinker until a homogeneous slurry is formed, and then adding a filler and further mixing. A solution of benzoyl peroxide in methyl methacrylate and dimethylaniline are then added and mixed thoroughly again. The whole is deaerated by vibration and hardened at 30 ° C for 4 hours, then post-cured for 2 hours at 80 ° C. A dielectric structural composition with a flexural strength of about 98 MPa is obtained. with an arc resistance of 290 s without path formation and a Vicat thermal resistance (5 kg / cm ^z ) of 136 ° C. After boiling the composition for 100 hours in water at 100 ° C, the flexural strength drops to 88 MPa.

Przykład IIExample II

Kompozycja według drugiego przykładu ma następujący skład'The composition of the second example has the following composition:

Metakrylan metylu 200 mlMethyl methacrylate 200 ml

Kopolimer szczepiony o nazwieA graft copolymer named

190 300 handlowej Paraloid KM-355 8 g190 300 commercial paraloid KM-355 8 g

Środek sprzęgający w postaci γ-metakryloksypropylotrimetoksysilanu 2,0 mlΓ-methacryloxypropyltrimethoxysilane coupling agent 2.0 ml

Środek sieciujący w postaci trimetakrylanu-trimetylokopropanu 2,0 mlTrimethacrylate-trimethylpropane crosslinker 2.0 ml

Środek przyśpieszający w postaci dimetyloaniliny 1 mlAccelerator in the form of dimethylaniline 1 ml

Napełniacz w postaci mieszanki mączki kwarcowej z dwutlenkiem tytanu o uziarnieniu mniejszym niz 40 pm 250) oFiller in the form of a mixture of quartz flour with titanium dioxide with a grain size of less than 40 pm 250) o

Napełniacz w postaci piasku o uziarnieniu mniejszym niz 0,5 mm 800 gSand filler with particle size less than 0.5 mm 800 g

Kompozycje sporządza się przez zmieszanie składników lepiszcza bez środka inicjującego i przyśpieszającego i następnie dodawanie porcjami najpierw mączki kwarcowej, a następnie piasku przy ciągłym mieszaniu. Następnie dodaje się 00 ml 10% roztworu nadtlenku benzoilu w metakrylanie metylu i 1 ml dimetyloaniliny i nadal miesza do uzyskania pełnej jednorodności. Całość odpowietrza się przez ubijanie i utwardaa przez czas 8 godzin w tieimperaturze 10°C, oraz dotwardza przez czas 4 godzin w temperaturze 60-95°C. Uzyskuje się dielektryczną kompozycję konstrukcyjną o wytrzymałości na zginanie wynoszącej 05 MPa, odporności na łuk elektryczny 330 s, bez tworzenia ścieZki przewodzącej i odporności termicznej według Vicata (5 KG/cm0) wynoszącej 156°C.The compositions are prepared by mixing the binder components without the initiator and accelerator and then adding the quartz flour first and then the sand in portions with continuous mixing. Then, 00 ml of a 10% solution of benzoyl peroxide in methyl methacrylate and 1 ml of dimethylaniline are added and the mixture is further mixed until completely homogeneous. The whole is deaerated by tamping and hardened for 8 hours at 10 ° C, and post-hardened for 4 hours at 60-95 ° C. A dielectric construction composition is obtained with a bending strength of 05 MPa, an electric arc resistance of 330 s, without the formation of a conductive path and a thermal resistance according to Vicat (5 KG / cm0) of 156 ° C.

Przykład IIIExample III

Kompozycja według trzeciego przykładu ma następujący skład:The composition of the third example has the following composition:

Metakrylan metylu 150 mlMethyl methacrylate 150 ml

Metakrylan n-butylu 50 mlN-Butyl methacrylate 50 ml

Kopolimer szczepiony o nazwie handlowej Paraloid KM-355 6 gGrafted copolymer with the trade name Paraloid KM-355 6 g

Środek sprzęgający w postaci γ-metakryloksypropylotrimetoksysilanu 1,8 mlΓ-methacryloxypropyltrimethoxysilane coupling agent 1.8 ml

Środek sieciujący w postaci rimetakaylanu glikolu trietylenowego 2,5 mlCrosslinker in the form of triethylene glycol rimethacaylate 2.5 ml

Środek inicjujący w postaci 10% roztworu nadtlenku benzoilu w metaksylanie metylu 18 mlThe initiator in the form of a 10% solution of benzoyl peroxide in methyl metaxylate 18 ml

Napełniacz w postaci mieszanki mączki kwarcowej z uwodnionym tlenkiem glinu o uziarnieniu mniejszym niz 60 pm 200 gThe filler in the form of a mixture of quartz flour with hydrated alumina with a particle size of less than 60 pm 200 g

Napełniacz w postaci piasku o uziarnieniu mniejszym niz 0,5 mm 700 8Sand filler with particle size smaller than 0.5 mm 700 8

Kompozycję sporządza się przez zmieszanie składników lepiszcza, bez środka inicjującego i przyśpieszającego i następnie dodawanie porcjami najpierw mączki kwarcowej, a następnie piasku przy ciągłym mieszaniu. Następnie dodaje się 00 ml 10% roztworu nadlenku benzoilu w metakrylanie metylu i 1 ml dimetyloaniliny i nadal miesza do uzyskania pełnej jednorodności. Całość odpowietrza się przez wibrowanie i utwardza przez 5 godzin w temperaturze 05°C oraz dotwardza przez czas 4 godzin w temperaturze 60-95°C. Uzyskuje się dielektryczną kompozycję konstrukcyjną o wytrzymałości na zginanie wynoszącej 00 MPa, odnnmnći^i no łik plekł-ry/rzn-y 30Π q Kpt w^yrze/niim cripTlii nrTPwnHTOPPi i nr1nnmn<2ci fpmicz~ *· ----------------nej według Vicata (5 KG/cm0) wynoszącej 140°C.The composition is prepared by mixing the components of the binder without the initiator and accelerator and then adding the quartz flour first and then the sand in portions with continuous mixing. Then, 00 ml of a 10% solution of benzoyl peroxide in methyl methacrylate and 1 ml of dimethylaniline are added and mixed until completely homogeneous. The whole is deaerated by vibration and hardened for 5 hours at the temperature of 05 ° C and post-cured for 4 hours at the temperature of 60-95 ° C. A dielectric construction composition is obtained with a bending strength of 00 MPa, a reference value of 30Π q Kpt in a yr / n and a cripTlii nrTPwnHTOPPi and nr1nnmn <2ci fpmicz ~ * · ------- --------- Vicat (5 KG / cm0) of 140 ° C.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 0,00 zł.Publishing Department of the UP RP Circulation of 50 copies Price PLN 0.00.

Claims

Patent claims

1. A dielectric construction composition consisting of organic or inorganic fillers with selected granulation and an organic binder containing cross-linking, accelerating, coupling and initiating agents, characterized in that the fillers constitute 60-90% by weight of the composition, and the binder 10-40% by weight, the binder consists of 90-97% by weight of alkyl methacrylate, in particular methyl methacrylate, and 3-8% by weight of a viscosity regulator in the form of a graft copolymer based on a mixture of methyl methacrylate and butyl acrylate with addition of ethyl acrylate and 1-3% by weight of crosslinkers , accelerating, coupling and initiating.

2 Dielectric construction composition according to claim 1, Zn amierina enm that it contains 0.2-1.5% by weight of a coupling agent in the form of o-metaOryloxopropyltrimethzxosIIscu

3. A dielectric construction composition according to claim 1, The composition of claim 1, characterized in that it contains 0.1-2% by weight of the crosslinking agent, which is methacrylic oligkesters, which are esters of methacrylic acid and polyfunctional alcohols.