TWI537298B - 直接包覆成型(overmolding) - Google Patents

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TWI537298B TW099110065A TW99110065A TWI537298B TW I537298 B TWI537298 B TW I537298B TW 099110065 A TW099110065 A TW 099110065A TW 99110065 A TW99110065 A TW 99110065A TW I537298 B TWI537298 B TW I537298B
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杭斯曼高級材料公司
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Description

直接包覆成型(Overmolding)
本發明係關於一種包含環氧樹脂及填料組成物的可固化組成物,一種藉由固化該可固化組成物所獲得的固化產物,以及該固化產物用作電氣或電子組件之電絕緣結構材料的用途。此外,本發明係關於可固化組成物用於製造電氣設備之組件或部件的用途以及製造電絕緣設備的方法。
開關裝置之組件須滿足非常嚴格的要求。一般而言,電氣組件具備由電絕緣合成樹脂組成的覆蓋層。除覆蓋層之所需電特性外,機械特性諸如耐衝擊性及形成裂縫之傾向亦為重要。
包覆樹脂用於在高達約40 kV電壓範圍內運作之高效能電氣組件(諸如真空開關裝置或變壓器)的關鍵因素為在溫度變化期間抵抗裂縫形成。
熱循環抗裂性之一指標為所謂的裂縫指數值(RI)。
為避免包覆材料龜裂,先前技術提出將開關裝置及其他部件之真空室安裝於介電成型物中且包封於由環氧樹脂構成的載荷外殼中。為避免裂縫形成,成型組成物含有填充粉末,諸如石英粉或合成矽石粉。
然而,由此方法達成的裂縫指數值(RI)不足以用於高效能電氣組件。
此外,電氣組件已包封於聚矽氧或聚胺甲酸酯或「軟」鑄塑樹脂中以具有一種承受因熱膨脹錯位所引起之應力的緩衝性。
包封技術意謂真空開關室及所插入部件出於機械原因在引入環氧樹脂內之前必須襯以彈性體材料。對此材料的要求為:高介電強度及足夠的彈性以吸收熱應力及機械應力。
彈性體襯墊可吸收在操作期間因包封材料與欲包封組件之不同熱膨脹之錯位而發生於所包封組件內的應力。
然而,此技術需要至少兩個方法步驟,不經濟,而且費時。
因此,較佳為一種直接將環氧樹脂塗覆於開關裝置之真空室而不需要額外襯墊的成型方法。
WO-A1-2004/090913描述一種製造用於低電壓、中電壓及高電壓應用之開關裝置之成型物的方法,其中將具有預定直徑尺寸分布Dx之玻璃球的混合物引入包封化合物中,從而直接包封組件。然而,WO-A1-2004/090913中所揭示之直接包覆成型開關裝置的方法的不利之處為空心球成本高,而且此外空心球在混合過程中可能會部分地被機械毀壞,從而降低了效率。
此外揭示可使用其他填料,諸如非晶矽石及矽灰石。然而,該申請案未教示此等兩種填料之某一組合可適用作用於直接包覆成型真空開關裝置之環氧化物系統的填料。
EP-A2-1 176 171揭示一種用於直接包覆成型開關裝置且包含可熱固化基質樹脂的介電材料,該基質樹脂含有環氧樹脂及改質酸酐以及無機顆粒及具有核心/外殼結構的橡膠顆粒。然而,無機顆粒與具有核心/外殼結構之橡膠顆粒之組合非常昂貴。
US-B1-6,638,567揭示一種可固化組成物,其包含:
(a) 環脂族環氧樹脂,其在室溫下呈液態,且其中懸浮有核心/外殼聚合物;
(b) 聚羧酸酐;及
(c) 兩種不同填料(c1)及(c2),其中(c1)為當溫度升高超過室溫時能夠釋放水的填料;(c2)為增強材料;以組成物中組分(a)、(b)、(c1)及(c2)之總量計,填料(c1)及(c2)之總比例為58至73重量%;且填料(c1):(c2)之重量比在1:3至1:1範圍內。可固化組成物可用於真空開關裝置及其他高效能電氣組件之直接包覆成型。然而,核心-外殼聚合物韌化系統非常昂貴。
本發明之一目標為克服與先前技術中所揭示之系統相關的問題。另一目標係提供一種可固化組成物,其可直接塗覆於開關裝置之陶瓷外殼上且對陶瓷外殼之溫度變化具有高抗裂性。
現已驚人地發現上述問題可利用包含不同填料之特定組合的可固化環氧樹脂組成物解決。
本發明之第一具體實例為一種可固化組成物,其包含
a) 環氧樹脂,及
b) 填料組成物,其包含
i) 矽灰石,及
ii) 非晶矽石。
本發明之可固化組成物之必需組分為包含矽灰石及非晶矽石的填料組成物。
矽灰石為具有式Ca3[Si3O9]且粒度在微米範圍內之天然存在之針狀矽酸鈣。人造矽灰石亦呈針狀。矽灰石可購得,例如以名稱購自Nyco公司或以名稱購自Quarzwerke,Germany,例如 283-100 EST或 283-600 EST。
根據一較佳具體實例,矽灰石為根據ISO 13320-1:1999所測定,較佳具有1至100μm、更佳2至50μm且最佳3至25μm之平均粒度d50的粉末。
此外,較佳為一種可固化組成物,其中矽灰石根據ISO 13320-1:1999所測定,具有1至200μm、更佳2至100μm且最佳5至90μm之粒度d95
D50稱為粒徑之中值。此意謂粉末包含50%具有大於d50值之粒度的顆粒及50%具有小於d50值之粒度的顆粒。D95意謂95%之顆粒具有小於d95值之粒度及5%之顆粒具有大於d95值之粒度。
矽灰石根據DIN 52466所測定,較佳具有0.40至0.90 g/cm3、更佳0.49至0.80 g/cm3且最佳0.55至0.76 g/cm3之容積密度。
尤其較佳為根據DIN 66132所測定,具有2至5 m2/g之比表面積BET的矽灰石。
本發明之可固化組成物較佳包含經表面處理的矽灰石。矽灰石較佳用矽烷進行表面處理,矽烷較佳選自由胺基矽烷、環氧基矽烷、(甲基)丙烯酸矽烷、甲基矽烷及乙烯基矽烷組成之群。
矽烷較佳選自下式之矽烷:
R=甲基或乙基。
第二種必需填料組分為非晶矽石。非晶矽石較佳為天然非晶矽石或熔融矽石。平均粒度(d50)為10.5 μm的熔融矽石可以名稱購自CE Minerals,Greenville,TN,USA。天然非晶矽石可以名稱購自Quarzwerke,Germany。
根據一較佳具體實例,非晶矽石根據ISO 13320-1:1999所測定,具有1至100μm、更佳2至50μm且最佳5至25μm之平均粒度(d50)。
非晶矽石較佳經表面處理。非晶矽石較佳用矽烷進行表面處理,更佳用選自由胺基矽烷、環氧基矽烷、(甲基)丙烯酸矽烷、甲基矽烷及乙烯基矽烷組成之群的矽烷進行表面處理。
矽烷較佳選自下式之矽烷:
R=甲基或乙基。
根據一較佳具體實例,本發明之可固化組成物包含填料組成物,其中非晶矽石與矽灰石之重量比為10:1至1:10、較佳為9:1至1:9、更佳為85:15至15:85、尤其較佳為70:30至30:70且最佳為60:40至40:60。
可固化組成物較佳包含填料組成物,其中矽灰石及/或非晶矽石根據ISO 13320-1:1999所測定,具有2至50μm範圍內之平均粒度(d50)。
此外,填料組成物中之至少一種填料較佳已用矽烷進行表面處理。
尤其較佳為可固化組成物,其中矽灰石及/或非晶矽石已用選自由胺基矽烷、環氧基矽烷、(甲基)丙烯酸矽烷、甲基矽烷及乙烯基矽烷組成之群的矽烷進行表面處理。
本發明之可固化組成物的另一種必需組分為環氧樹脂。
環氧樹脂較佳在25℃下呈液態。
就製備本發明之組成物而言,適用作組分(a)之環氧樹脂為環氧樹脂技術中慣用者。環氧樹脂之實例為:I) 聚縮水甘油酯及聚(β-甲基縮水甘油基)酯,可由分子中具有至少兩個羧基之化合物分別與表氯醇及β-甲基表氯醇反應獲得。反應宜在鹼存在下進行。
可使用脂族多羧酸作為分子中具有至少兩個羧基的化合物。此等多羧酸之實例為乙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、或二聚亞麻油酸或三聚亞麻油酸。
然而亦可使用環脂族多羧酸,例如六氫鄰苯二甲酸或4-甲基六氫鄰苯二甲酸。
亦可使用芳族多羧酸,例如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸或對苯二甲酸,以及部分氫化芳族多羧酸,諸如四氫鄰苯二甲酸或4-甲基四氫鄰苯二甲酸。
II) 聚縮水甘油醚或聚(β-甲基縮水甘油基)醚,可由具有至少兩個自由醇羥基及/或酚羥基的化合物與表氯醇或β-甲基表氯醇在鹼性條件下或在酸催化劑存在下反應、並在隨後進行鹼處理而獲得。
此類縮水甘油醚例如衍生自非環醇,例如乙二醇、二乙二醇或高碳聚氧伸乙二醇、丙-1,2-二醇或聚氧伸丙二醇、丙-1,3-二醇、丁-1,4-二醇、聚氧伸丁二醇、戊-1,5-二醇、己-1,6-二醇、己-2,4,6-三醇、甘油、1,1,1-三羥甲基-丙烷、新戊四醇、山梨糖醇,且亦衍生自聚表氯醇。
另外的此類縮水甘油醚係衍生自環脂族醇,諸如1,4-環己烷二甲醇、雙(4-羥基環己基)甲烷或2,2-雙(4-羥基環己基)丙烷,或衍生自含有芳族基及/或其他官能基的醇,諸如N,N-雙(2-羥基乙基)苯胺或p,p'-雙(2-羥基乙基胺基)二苯基甲烷。縮水甘油醚亦可基於單核酚,例如間苯二酚或對苯二酚,或基於多核酚,例如雙(4-羥基苯基)甲烷、4,4'-二羥基聯苯、雙(4-羥基苯基)碸、1,1,2,2-肆(4-羥基苯基)乙烷、2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷或2,2-雙(3,5-二溴-4-羥基苯基)丙烷。
適用於製備縮水甘油醚的其他羥基化合物為酚醛樹脂,其可由醛(諸如甲醛、乙醛、三氯乙醛或呋喃甲醛)與未經取代或經氯原子或C1-C9烷基取代之酚或雙酚(例如苯酚、4-氯苯酚、2-甲基苯酚或4-第三丁基苯酚)縮合而獲得。
III) 聚(N-縮水甘油基)化合物,可由表氯醇與含有至少兩個胺氫原子之胺之反應產物脫去氯化氫而獲得。此等胺為例如苯胺、正丁胺、雙(4-胺基苯基)甲烷、間二甲苯二胺或雙(4-甲基胺基苯基)甲烷。
然而聚(N-縮水甘油基)化合物亦包括異氰尿酸三縮水甘油酯、伸環烷基脲之N,N'-二縮水甘油基衍生物,諸如伸乙基脲或1,3-伸丙基脲,以及乙內醯脲之二縮水甘油基衍生物,諸如5,5-二甲基乙內醯脲。
IV) 衍生自二硫醇(例如乙烷-1,2-二硫醇或雙(4-巰基甲基苯基)醚)的聚(S-縮水甘油基)化合物,例如二-S-縮水甘油基衍生物。
V) 環脂族環氧樹脂,例如雙(2,3-環氧基環戊基)醚、2,3-環氧基環戊基縮水甘油醚、1,2-雙(2,3-環氧基環戊氧基)乙烷或3',4'-環氧基環己烷甲酸3,4-環氧基環己基甲酯。
然而亦可使用其中1,2-環氧基與不同雜原子或官能基鍵結的環氧樹脂;此等化合物包括例如4-胺基苯酚之N,N,O-三縮水甘油基衍生物、水楊酸之縮水甘油醚縮水甘油酯、N-縮水甘油基-N'-(2-縮水甘油氧基丙基)-5,5-二甲基乙內醯脲及2-縮水甘油氧基-1,3-雙(5,5-二甲基-1-縮水甘油基乙內醯脲-3-基)丙烷。
本發明之組成物為可藉由加熱完全固化之具有中等黏度至相對較高黏度的樹脂系統。在固化狀態下,其為具有約80℃至140℃之玻璃轉移溫度、具有相對較高剛度之熱固性材料。本發明之上下文中的術語「環脂族環氧樹脂」表示具有環脂族結構單元的任何環氧樹脂,亦即其包括環脂族縮水甘油基化合物與β-甲基縮水甘油基化合物以及基於伸環烷基氧化物的環氧樹脂。「室溫下(RT)為液體」應理解為意謂在25℃下呈液態,亦即具有低黏度至中等黏度(黏度小於約20000 mPa‧s,如使用115型Rheomat設備所測定;MS DIN 125;在25℃下D=11/s)的可澆注化合物。
適合環脂族縮水甘油基化合物及β-甲基縮水甘油基化合物為環脂族多羧酸(諸如四氫鄰苯二甲酸、4-甲基四氫鄰苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、3-甲基六氫鄰苯二甲酸及4-甲基六氫鄰苯二甲酸)之縮水甘油酯及β-甲基縮水甘油酯。
其他適合環脂族環氧樹脂為環脂族醇(諸如1,2-二羥基環己烷、1,3-二羥基環己烷及1,4-二羥基環己烷、1,4-環己烷二甲醇、1,1-雙(羥基甲基)環己-3-烯、雙(4-羥基環己基)甲烷、2,2-雙(4-羥基環己基)丙烷及雙(4-羥基環己基)碸)之二縮水甘油醚及β-甲基縮水甘油醚。
具有伸環烷基氧化物結構之環氧樹脂之實例為雙(2,3-環氧基環戊基)醚、2,3-環氧基環戊基縮水甘油醚、1,2-雙(2,3-環氧基環戊基)乙烷、乙烯基環己烯二氧化物、3',4'-環氧基環己烷甲酸3,4-環氧基環己基甲酯、3',4'-環氧基-6'-甲基環己烷甲酸3,4-環氧基-6-甲基環己基甲酯、己二酸雙(3,4-環氧基環己基甲基)酯及己二酸雙(3,4-環氧基-6-甲基環己基甲基)酯。
較佳環脂族環氧樹脂為雙(4-羥基環己基)甲烷二縮水甘油醚、2,2-雙(4-羥基環己基)丙烷二縮水甘油醚、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、4-甲基四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、4-甲基六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、3',4'-環氧基環己烷甲酸3,4-環氧基環己基甲酯,及尤其六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯。
亦可使用脂族環氧樹脂。可使用不飽和脂肪酸酯之環氧化反應產物作為「脂族環氧樹脂」。較佳使用衍生自具有12至22個碳原子及30至400之碘價之單脂肪酸及多脂肪酸(例如月桂烯酸、肉豆蔻油酸、棕櫚油酸、油酸、鱈油酸、芥子酸、蓖麻油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、反油酸、十八碳三烯-4-酮酸(licanic acid)、花生油酸及鰶油酸)的含環氧基化合物。
舉例而言,以下各物之環氧化反應產物為適合的:大豆油、亞麻籽油、紫蘇油、桐油、奧蒂樹油(oiticica oil)、紅花油、罌粟籽油、大麻籽油、棉籽油、葵花籽油、菜籽油、多不飽和三酸甘油酯、來自大戟屬(euphorbia)植物之三酸甘油酯、花生油、橄欖油、橄欖仁油、杏仁油、木棉籽油、棒子油、杏仁油、山毛櫸實果油、羽扇豆油(lupin oil)、玉米油、芝麻油、葡萄籽油、拉曼油(lallemantia oil)、蓖麻油、鯡油、沙丁魚油、鯡魚油、鯨油、松油及其衍生物。
可藉由彼等油之後續脫氫反應獲得的高碳不飽和衍生物亦適合。
上述化合物之不飽和脂肪酸基團之烯性雙鍵可根據已知方法環氧化,例如藉由與過氧化氫(視情況在催化劑存在下)、氫過氧化烷基或過酸(例如過甲酸或過乙酸)反應進行環氧化。在本發明範圍內,完全環氧化油與仍含有自由雙鍵的部分環氧化衍生物可用於組分(a)。
較佳使用環氧化大豆油及環氧化亞麻籽油。
亦可使用上述環氧樹脂I)至V)之混合物。本發明之可固化組成物較佳包含在25℃下呈液態或固態的芳族或環脂族縮水甘油醚或縮水甘油酯,尤其較佳為雙酚A或雙酚F之二縮水甘油醚或二縮水甘油酯。較佳環氧樹脂亦可藉由聚縮水甘油醚及聚縮水甘油酯與醇(諸如二醇)之反應獲得。與二醇反應可增大分子量。
尤其較佳之環氧樹脂為可與少於等莫耳量之雙酚A反應的雙酚A縮水甘油醚。
根據一較佳具體實例,可固化組成物包含選自由聚縮水甘油酯、聚(β-甲基縮水甘油基)酯、聚縮水甘油醚、聚(β-甲基縮水甘油基)醚及其混合物組成之群的環氧樹脂。
本發明之可固化組成物較佳包含環脂族環氧樹脂,該環脂族環氧樹脂較佳選自由以下組成之群:雙(4-羥基環己基)甲烷二縮水甘油醚、2,2-雙(4-羥基環己基)丙烷二縮水甘油醚、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、4-甲基四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、4-甲基六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、3',4'-環氧基環己烷甲酸3,4-環氧基環己基甲酯,及六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯。
可固化組成物較佳另外包含硬化劑,更佳包含酸酐硬化劑。
組成物更佳另外包含多羧酸之酸酐。
酸酐硬化劑可為線性脂族聚合酸酐,例如聚癸二酸聚酸酐或聚壬二酸聚酸酐,或環狀羧酸酐。
環狀羧酸酐尤其較佳。
環狀羧酸酐之實例為:丁二酸酐、檸康酸酐、衣康酸酐、經烯基取代之丁二酸酐、十二烯基丁二酸酐、順丁烯二酸酐及丙三甲酸酐、順丁烯二酸酐與環戊二烯或甲基環戊二烯之加合物、亞麻油酸與順丁烯二酸酐之加合物、烷基化內伸烷基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐及四氫鄰苯二甲酸酐,後兩種化合物之異構體混合物尤其適合。
硬化劑較佳為酸酐硬化劑,該酸酐硬化劑更佳選自由以下組成之群:甲基四氫鄰苯二甲酸酐;甲基-4-內亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐;甲基六氫鄰苯二甲酸酐;四氫鄰苯二甲酸酐。
酸酐硬化劑更佳為聚酯酸酐,其可由二酸酐與小於等莫耳量之二醇反應獲得。
尤其較佳為甲基四氫鄰苯二甲酸與聚乙二醇之反應產物,其可以名稱XB 5993自Huntsman,Switzerland購得。
本發明之組成物視情況包含固化促進劑作為額外組分。適合促進劑已為熟習此項技術者所知。可提及之實例為:胺(尤其三級胺)與三氯化硼或三氟化硼之錯合物;三級胺,諸如苄基二甲胺;脲衍生物,諸如N-4-氯苯基-N',N'-二甲基脲(滅草隆(monuron));未經取代或經取代之咪唑,諸如咪唑或2-苯基咪唑。
用於上述包含環氧化油之組成物的較佳促進劑為三級胺(尤其苄基二甲胺)及咪唑(例如1-甲基咪唑)。
固化劑及(適當時)促進劑係以慣用有效量(亦即足以使本發明之組成物固化的量)使用。樹脂系統/硬化劑/促進劑組分之比率視所用化合物之性質、所需固化速率及最終產物所需之特性而定,且可輕易地由熟習此項技術者確定。一般而言,每環氧當量使用0.4至1.6當量、較佳0.8至1.2當量之酸酐基團。
以100重量份之環氧樹脂計,固化促進劑的使用量一般為0.1至20重量份。
本發明之可固化組成物可另外包含其他添加劑,諸如軟化劑、抗沈降劑、著色劑、消泡劑、光穩定劑、脫模劑、韌化劑、黏著促進劑、阻燃劑及固化促進劑。
本發明之可固化組成物可用於製造電氣設備之組件或部件。
因此,本發明之另一具體實例為本發明之可固化組成物用於製造電氣設備之組件或部件的用途。電氣組件較佳係選自由以下組成之群:變壓器、襯套、絕緣器、開關、感測器、轉換器及電纜端密封件。可固化組成物較佳用於開關裝置之真空室之直接包覆成型。
本發明之可固化組成物較佳經熱固化。所得固化產物顯示驚人優良的機械特性,尤其在熱循環抗裂性方面。
因此,本發明之另一具體實例為可藉由固化本發明之可固化組成物所獲得的固化產物。
本發明之固化產物較佳用作電氣或電子組件、更佳開關裝置之真空室的電絕緣結構材料。
本發明之另一具體實例為一種製造電絕緣設備的方法,其包含以下步驟:
a) 將本發明之可固化組成物塗覆於電氣組件之外殼上;及
b) 使該可固化組成物固化。
本發明之一較佳具體實例為一種製造開關裝置之電絕緣的方法,其包含以下步驟:
a) 將本發明之可固化組成物塗覆於開關裝置之陶瓷外殼上;及
b) 使該可固化組成物固化。
本發明之可固化組成物較佳用於開關裝置真空室之陶瓷外殼之直接包覆成型。因此,根據本發明方法之一較佳具體實例,將可固化組成物直接塗覆於開關裝置之陶瓷外殼上。在本申請案之含義內,直接塗覆意謂將可固化組成物直接塗覆於陶瓷表面上而不由可撓性緩衝層分隔。
根據本發明方法之一較佳具體實例,將本發明之可固化組成物塗覆於、較佳注射成容納開關裝置之陶瓷外殼的預熱形式。
預熱形式的溫度較佳在130至160℃範圍內。更佳地,可固化組成物係經熱固化,較佳在130至160℃範圍內的溫度下熱固化。一般而言,使可固化組成物固化至少10分鐘,較佳10至60分鐘。
本發明之方法較佳包含以下步驟
a) 將可固化組成物注射成溫度在130至160℃範圍內的預熱形式,且其中該形式容納開關裝置之陶瓷外殼
b) 使該可固化組成物至少部分固化
c) 移除該形式,及
d) 視情況後固化該可固化組成物。
可固化組成物與開關裝置之陶瓷外殼之表面直接接觸尤其較佳。
實施例
1.比較實施例C1(單獨熔融矽石 44i)
在可加熱的鋼容器中,將100公克XB 與90公克XB 混合且在螺旋槳攪拌器輕微攪拌下將混合物加熱至約60℃維持約5分鐘。接著關停混合器,且添加2公克 225,且再次啟動混合器約1分鐘。隨後在攪拌下分數份添加342公克 44i且在攪拌下將混合物加熱至60℃維持約10分鐘。接著關停混合器且藉由施加真空小心地使容器脫氣約1分鐘。
使用一小部分混合物在60℃下用Rheomat設備(115型,MS DIN 125 D=11/s)量測黏度。將混合物之主要部分傾注入140℃熱鋼模中以製備供測定特性的板片(4 mm厚度)。接著將模置於烘箱中在140℃下維持30分鐘。熱固化模之後,將模自烘箱中取出且將板片冷卻至環境溫度(25℃)。
2.比較實施例C2(矽灰石:單獨 283-100 EST)
在可加熱的鋼容器中,將100公克XB 與90公克XB 混合且在螺旋槳攪拌器輕微攪拌下將混合物加熱至約60℃維持約5分鐘。接著關停混合器,且添加2公克 225,且再次啟動混合器約1分鐘。隨後在攪拌下分數份添加342公克 283-100 EST且在攪拌下將混合物加熱至60℃維持約10分鐘。接著關停混合器且藉由施加真空小心地使容器脫氣約1分鐘。使用一小部分混合物在60℃下用Rheomat設備(115型,MS DIN 125 D=11/s)量測黏度。
將混合物之主要部分傾注入140℃熱鋼模中以製備供測定特性的板片(4 mm厚度)。接著將模置於烘箱中在140℃下維持30分鐘。熱固化模之後,將模自烘箱中取出且將板片冷卻至環境溫度(25℃)。
3.本發明之實施例1(50% 44i+50% 283-100 EST)
在可加熱的鋼容器中,將100公克XB 與90公克XB 混合且在螺旋槳攪拌器輕微攪拌下將混合物加熱至約60℃維持約5分鐘。接著關停混合器,且添加2公克 225,且再次啟動混合器約1分鐘。隨後在攪拌下分數份添加171公克 283-100 EST及171公克 44i,且在攪拌下將混合物加熱至60℃維持約10分鐘。接著關停混合器且藉由施加真空小心地使容器脫氣約1分鐘。
使用一小部分混合物在60℃下用Rheomat設備(115型,MS DIN 125 D=11/s)量測黏度。
將混合物之主要部分傾注入140℃熱鋼模中以製備供測定特性的板片(4 mm厚度)。接著將模置於烘箱中在140℃下維持30分鐘。熱固化模之後,將模自烘箱中取出且將板片冷卻至環境溫度(25℃)。
4.比較實施例C3(單獨天然非晶矽石 520)
在可加熱的鋼容器中,將100公克XB 與90公克XB 混合且在螺旋槳攪拌器輕微攪拌下將混合物加熱至約60℃維持約5分鐘。接著關停混合器,且添加2公克 225,且再次啟動混合器約1分鐘。隨後,在攪拌下分數份添加342公克 520且在攪拌下將混合物加熱至60℃維持約10分鐘。接著關停混合器且藉由施加真空小心地使容器脫氣約1分鐘。
使用一小部分混合物在60℃下用Rheomat設備(115型,MS DIN 125 D=11/s)量測黏度。
將混合物之主要部分傾注入140℃熱鋼模中以製備供測定特性的板片(4 mm厚度)。接著將模置於烘箱中在140℃下維持30分鐘。熱固化模之後,自烘箱中取出模且將板片冷卻至環境溫度(25℃)。
5.比較實施例C4(矽灰石:單獨 283-600 EST)
在可加熱的鋼容器中,將100公克XB 與90公克XB 混合且在螺旋槳攪拌器輕微攪拌下將混合物加熱至約60℃維持約5分鐘。接著關停混合器,且添加2公克 225,且再次啟動混合器約1分鐘。隨後在攪拌下分數份添加342公克 283-600 EST且在攪拌下將混合物加熱至60℃維持約10分鐘。接著關停混合器且藉由施加真空小心地使容器脫氣約1分鐘。
使用一小部分混合物在60℃下用Rheomat設備(115型,MS DIN 125 D=11/s)量測黏度。
將混合物之主要部分傾注入140℃熱鋼模中以製備供測定特性的板片(4 mm厚度)。接著將模置於烘箱中在140℃下維持30分鐘。熱固化模之後,自烘箱中取出模且將板片冷卻至環境溫度(25℃)。
6.本發明之實施例2(85% +15% 283-600 EST)
在可加熱的鋼容器中,將100公克XB 與90公克XB 混合且在螺旋槳攪拌器輕微攪拌下將混合物加熱至約60℃維持約5分鐘。接著關停混合器,且添加2公克 225,且再次啟動混合器約1分鐘。隨後在攪拌下分數份添加51.3公克 283-600 EST及290.7公克 520,且在攪拌下將混合物加熱至60℃維持約10分鐘。接著關停混合器且藉由施加真空小心地使容器脫氣約1分鐘。
使用一小部分混合物在60℃下用Rheomat設備(115型,MS DIN 125 D=11/s)量測黏度。
將混合物之主要部分傾注入140℃熱鋼模中以製備供測定特性的板片(4 mm厚度)。接著將模置於烘箱中在140℃下維持30分鐘。熱固化模之後,自烘箱中取出模且將板片冷卻至環境溫度(25℃)。
下表中提及之量係以重量份給出。
所有測試物質均在23℃及50%相對濕度下適應48小時。
表2及表3中所給之裂縫指數為不同機械參數之函數,該等參數皆能夠在由溫度變化所引起之應力的情況下影響龜裂特性,組合形成單一變數(所謂裂縫指數)。裂縫指數使得能夠更容易進行不同系統之機械品質的客觀比較。
可根據經驗獲得以下關於個別參數變化對溫度變化特性之影響的定性陳述:
1.Tg值愈高,溫度變化特性愈差。
2.G1C值愈低,溫度變化特性愈差。
3.伸長率值愈低,溫度變化特性愈差。
4.膨脹係數(CTE)愈高,溫度變化特性愈差。
然而,同時改變多個參數時,已不可能作出有關所產生之溫度變化特性的定性陳述。舉例而言,當Tg值與G1C值均上升、但CTE值減小時,已不可能對預期的溫度變化特性進行預測。
在Ciba Spezialitttenchemie,對使用大量極其不同系統量測的值進行統計學評估,得到一個用於計算新變數(所謂裂縫指數)之式,該式就應用技術之觀點而言非常有益。使用此變數現可進行有關預期產生之溫度變化特性的陳述,甚至在多個變化的情況下。
該式如下:
RI=-498.08‧Z 0.18480890G 0.194114601‧(A-18)-0.391334273T -0.158387791+224.25
其中:RI=裂縫指數;Z=拉伸伸長率(%);G=G1C(J/m2);A=膨脹係數(ppm/K),且T=Tg(℃)。
使用該式,裂縫指數值降低表明預期之抗溫度變化性改良。裂縫指數與平均裂開溫度(℃)極其相關,該溫度可在實際裂開測試中測定。彼裂開溫度以及因此裂縫指數提供超過便可能會形成裂縫之溫度之指示(形成裂縫係由溫度波動情況下的應力及封裝化合物及金屬嵌件之膨脹係數的差異引起)。
結果討論
表2:比較實施例C1及C2與本發明之實施例1的比較
a) 黏度方面
含有單獨填料 44i(以便獲得低CTE)或單獨矽灰石 283-100 EST(以便獲得良好韌度=高K1C及G1C)的組成物並非適用於解決問題的方案,因為兩種系統(比較實施例C1與C2)均顯示過高的黏度。就C1與C2之1:1混合物而言,原則上可預期獲得「平均值(C1;C2)」欄中所給之值。顯然,預期之混合物黏度對於本發明之目標(提供真空開關裝置之直接包覆成型的澆鑄系統)而言亦過高。因此意外發現實施例1(其大體上為C1與C2之1:1混合物)之黏度低得多且因此適用於所需應用。
b) 機械方面
C1與C2之抗拉強度幾乎相同且此對於混合物而言亦為意料之中。然而,計算平均值時,實施例1產生的抗拉強度甚至比預期值高8%。
抗彎強度之特性符合此觀測結果且比預期值高15%。
比較實施例C2,該系統含有矽灰石。
由於填料呈針狀,因此預期K1C與G1C值高。然而,所觀測之高韌度尚不足以產生極低的總體裂縫指數「RI」。比較實施例C2僅產生-65℃之裂縫指數「RI」。實際經驗顯示,約-100℃之值一般為承受直接包覆成型之真空開關裝置中產生之應力所必需。因此C2不適用於真空開關裝置之直接包覆成型。
比較實施例C1為僅含熔融矽石的系統。CTE之值低於C2,但K1C與G1C之值低於包含矽灰石之比較實施例C2的組成物。考慮所有因素,僅C1產生-50℃之裂縫溫度,其對於真空開關裝置之直接包覆成型而言太高。
已驚人地發現C1與C2之1:1組合不產生所預期的平均K1C,而是產生高得多的值。已驚人地發現,如實施例1中所定義的可固化組成物產生-97℃之裂縫溫度,此足以用於真空開關裝置之直接包覆成型。此低裂縫溫度比根據兩種調配物之混合物之平均機械值計算的溫度優良(=低)62%。
表3:比較實施例C3及C4與本發明之實施例2的比較:
a) 黏度方面
比較實施例C3之組成物包含單獨天然非晶矽石作為填料。所測定之黏度足夠低從而可用於開關裝置之直接包覆成型。
比較實施例C4之組成物包含單獨矽灰石填料。該組成物之黏度過高,且因此無法量測黏度。高黏度使得C4之組成物不適用於直接包覆成型應用。
由於此類型之矽灰石使黏度顯著增大,因此驚人地發現,用矽灰石置換15 wt.%矽石僅對黏度具有輕微的影響。
b) 機械方面:
比較實施例C3之組成物產生的機械特性與C1之組成物相似。針對C3之固化組成物所測定的裂縫溫度RI為-76℃,該溫度對於所需應用仍過高。
比較實施例C4之組成物的黏度過高而不能製備測試板及量測機械特性。
為測試更極端的條件,實施例2之組成物包含僅小部分矽灰石(與矽石相比(15:85))。
未獲得含有單獨 283-600 EST型矽灰石之調配物的資料,原因在於因黏度高而無法澆鑄測試試樣。因此,當合併表3中提及之兩種填料時,僅可猜測到預期之改良。預期僅少量添加15%矽灰石應不會具有顯著效果。然而,結果是機械效能顯著提高。幾乎所有特性均比包含單獨Amosil 520填料之組成物(C3)的特性好的多。裂縫溫度降至-131℃,比用單獨填料Amosil 520所獲得之裂縫溫度優良71%。實施例2之調配物因黏度低而適用於真空開關裝置之直接包覆成型。

Claims (13)

  1. 一種可固化組成物,其包含a)環氧樹脂,及b)填料組成物,其包含i)矽灰石,及ii)非晶矽石,其為天然非晶矽石或熔融矽石,且非晶矽石與矽灰石之重量比為10:1至1:10。
  2. 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中該矽灰石及/或該非晶矽石具有2至50μm範圍內之平均粒度(d50)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之可固化組成物,其中該填料組成物中之至少一種填料係經矽烷進行表面處理。
  4. 如申請專利範圍第3項之可固化組成物,其中該矽灰石及/或該非晶矽石係經選自由胺基矽烷、環氧基矽烷、(甲基)丙烯酸矽烷、甲基矽烷及乙烯基矽烷組成之群的矽烷進行表面處理。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之可固化組成物,其另外包含多羧酸之酸酐。
  6. 一種如申請專利範圍第1至5項中至少一項之可固化組成物之用途,其係用於製造電氣設備之組件或部件。
  7. 如申請專利範圍第6項之用途,其係用於開關裝置之真空室之直接包覆成型。
  8. 一種製造電絕緣設備的方法,其包含以下步驟:a)將如申請專利範圍第1至5項中至少一項之可固化 組成物塗覆於電氣組件之外殼上;及b)使該可固化組成物固化。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法,其中將該可固化組成物塗覆於開關裝置之真空室之陶瓷外殼上。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項之方法,其包含以下步驟a)將該可固化組成物注射成溫度在130至160℃範圍內的預熱形式,且其中該形式容納開關裝置之陶瓷外殼b)使該可固化組成物至少部分固化c)移除該形式,及d)視情況後固化該可固化組成物。
  11. 如申請專利範圍第9項之方法,其中該可固化組成物與該開關裝置之陶瓷外殼之表面直接接觸。
  12. 一種固化產物,其可藉由固化如申請專利範圍第1至5項中至少一項之可固化組成物來獲得。
  13. 一種如申請專利範圍第12項之固化產物的用途,其係用作電氣或電子組件的電絕緣結構材料。
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