WO2008141910A1 - Schutzbeschichtung und verwendung davon für fahrleitungsisolatoren - Google Patents

Schutzbeschichtung und verwendung davon für fahrleitungsisolatoren Download PDF

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Axel Schmieder
Anett Berndt
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Heinrich Kapitza
Heinrich Zeininger
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    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds

Definitions

  • the invention relates to novel coatings for catenary insulators, in particular in the field of railway electrification and energy transmission.
  • insulators The long-term stability of insulators against weathering, ie UV radiation, humidity and other aggressive environmental influences is ensured by the fact that the insulators are coated with sheaths made of materials with excellent hydrophobicity properties.
  • these shells of the composite insulators comprise silicone and / or PTFE.
  • the application of these sheaths requires additional steps in the production and causes considerable costs.
  • polymer insulators of epoxy casting resins and glass fiber reinforced plastics with thermosetting resin matrix of unsaturated polyester or epoxy resins are often provided with no additional protective layer and thus weather resistant.
  • the insulating body of these polymer insulators usually consists of a solid profile or a solid shaft with umbrellas and thus of only one organic material. Examples include GRP insulating skids and cast resin insulators.
  • Section insulators with GRP insulated skids have the task of subdividing the overhead contact line into individual switching and supply sections. These switching and feeding sections are replaced by the Separators isolated from each other. Current collector passages on the section insulators may cause arcing and these arcs may damage the isolation runners of the section insulator.
  • the object of the invention is therefore to increase the long-term stability of the cost-effective single-material insulators outdoors and / or to make the shells for composite insulators more cost-effective.
  • the object of the invention and solution of the problem is a protective lacquer based on thermosetting plastic for coating single-material insulators and / or as a shell for composite insulators in the micropowder, nanoparticles and / or colloids, which, depending on their nature, hydrophobic functional groups have, are incorporated.
  • thermosetting lacquer matrices such as polyurethane or SiIi kon coatings
  • the contact angles to water can be raised from approx. 80 ° to> 120 °.
  • the SiO 2 nanoparticles and / or colloids are used, for example, in the form of prefabricated sols. These are, for example, commercially available and products from FEW Chemicals, Wolfen, Germany, such as the H4019, are used.
  • the hydrophobicity in PU or silicone coatings could also be increased by incorporating boron nitride (BN) micropowder. As the BN concentration increases, the hydrophobicity of the paint surfaces increases.
  • BN boron nitride
  • a polyurethane protective lacquer which has a contact angle of 83 ° without addition is mentioned by way of example, while with a 10% by weight boron nitride additive a contact angle of 105 ° is achieved.
  • the contact angles of the protective lacquers according to the invention are above 110 ° to water, although the invention may naturally also include protective lacquers with a lower contact angle.
  • Boron nitride micropowder may be incorporated into the protective lacquer in amounts of from 5 to 60% by weight, preferably in amounts of from 5 to 50% by weight, particularly preferably in amounts of from 10 to 35% by weight, as the exemplary embodiment demonstrates.
  • the hydrophobized nanoparticles can be incorporated by simply mixing in the paint components. Special mixing devices such as bead mills, torus mills etc. are not required. The distribution of the nanoparticles in the paint is very homogeneous, since the particles are incorporated as stable sols.
  • Coatings with the PU paints modified according to the invention which are well suited for exterior use as a paint matrix due to the high weathering resistance, remain in weathering tests over 1000 hours alternating UVA irradiation of> 10 mW / cm 2 for 650 hours, intensive irrigation (650 hours). den) and storage at 50 0 C for 50 hours hydrophobic.
  • the layer thicknesses were about 10 to 40 .mu.m, in particular between 15 and 30 .mu.m, particularly preferably about 20 .mu.m.
  • boron nitride (BN) doped silicone coatings With boron nitride (BN) doped silicone coatings, the contact angles remain at values> 110 ° even after the weathering test.
  • the BN doped silicone coatings are thus the most stable to weathering.
  • An exemplary embodiment of such a silicone varnish can be produced from 810 g Powersil 567 (Wacker AG) and 90 g boron nitride from the company HCStarck.
  • the invention relates to a novel coating for catenary insulators, in particular in the field of railway electrification and energy transmission, which is simple and inexpensive to produce. For this purpose, particles and micropowders, in particular hydrophobic particles, are incorporated into the protective lacquer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung für Fahrleitungsisolatoren, insbesondere im Bereich der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dazu werden Partikel und Mikropulver, insbesondere hydrophobe Partikel, in den Schutzlack eingearbeitet.

Description

Beschreibung
Schutzbeschichtung und Verwendung davon für Fahrleitungsisolatoren
Die Erfindung betrifft neuartige Beschichtungen für Fahrleitungsisolatoren, insbesondere im Bereich der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung.
Die Langzeitbeständigkeit von Isolatoren gegen Bewitterung, also UV-Strahlung, Feuchte und andere aggressive Umwelteinflüsse wird bisher dadurch gewährleistet, dass die Isolatoren mit Hüllen aus Materialien mit ausgezeichneten Hydrophobie- Eigenschaften ummantelt werden. In der Regel umfassen diese Hüllen der Verbundisolatoren Silikon und/oder PTFE. Das Aufbringen dieser Hüllen erfordert zusätzliche Schritte in der Fertigung und verursacht erhebliche Kosten.
Andererseits gibt es Polymerisolatoren aus Epoxid-Gießharzen und Glasfaser verstärkten Kunststoffen mit duroplastischer Harzmatrix aus ungesättigtem Polyester oder Epoxidharzen. Diese sind jedoch oft mit keiner zusätzlichen Schutzschicht versehen und somit witterungsunbeständig. Der Isolierkörper dieser Polymerisolatoren besteht für gewöhnlich aus einem massiven Profil oder einem massiven Schaft mit Schirmen und somit aus nur einem organischen Werkstoff. Beispiele hierfür sind GFK-Isolierkufen und Gießharzisolatoren.
Die Langzeitbeständigkeit dieser kostengünstigen Einstoff- Isolatoren gegen Umwelteinflüsse und Bewitterung ist nur durch die Oberflächengüte oder Rauhigkeit beeinflussbar und damit unbefriedigend.
Insbesondere die Beständigkeit der Isolatoroberfläche gegen Lichtbögen ist bisher nut unzureichend gelöst. Streckentrenner mit GFK-Isolierkufen haben die Aufgabe, die Oberleitung in einzelne Schalt- und Speiseabschnitte zu unterteilen. Diese Schalt- und Speiseabschnitte werden durch den Stre- ckentrenner von einander isoliert. Bei Stromabnehmerdurchgängen an den Streckentrennern kann es zur Lichtbogenbildung kommen und diese Lichtbögen können die Isolierkufen des Streckentrenners beschädigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Langzeitbeständigkeit der kostengünstigen Einstoff-Isolatoren im Freien zu erhöhen und/oder die Hüllen für Verbundisolatoren kostengünstiger zu gestalten .
Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist ein Schutzlack auf duroplastischer Kunststoffbasis zur Beschich- tung von Einstoff-Isolatoren und/oder als Hülle für Verbundisolatoren in den Mikropulver, Nanopartikel und/oder Kolloi- de, die, je nach ihrer Natur, hydrophobe funktionelle Gruppen haben, eingearbeitet sind.
Durch die Hydrophobierung der Schutzschichtoberfläche kann die Verschmutzung reduziert werden. Hydrophob eingestellte Beschichtungen mit Kontaktwinkeln gegen Wasser von größer
90°, als Maß für die Hydrophobie, sind witterungsbeständiger als beispielsweise die konventionelle Epoxidharz-Beschichtung von Schlingisolatoren.
Durch Einarbeiten von hydrophob funktionalisierten Siθ2 Nano- partikel/Kolloide und/oder von Bornitridpartikel in Form vorgefertigter Partikelsole und/oder Mikropulver in duroplastische Lackmatrices, wie beispielsweise Polyurethan oder SiIi- kon-Beschichtungen, werden hydrophobe Lackoberflächen mit niedrigen Oberflächenenergien erhalten.
In Polyurethan-Systemen (PU) können die Kontaktwinkel gegenüber Wasser von ca. 80° auf >120° angehoben werden.
Die Siθ2-Nanopartikel und/oder Kolloide werden z.B. in Form vorgefertigter Sole eingesetzt. Diese sind beispielsweise handelsüblich und Produkte der Firma FEW Chemicals, Wolfen, Deutschland, wie z.B. das H4019, werden eingesetzt. Neben oder alternativ zu den hydrophob funktionalisierten Siθ2-Partikeln konnte die Hydrophobie in PU- oder Silikonlacken auch durch Einarbeiten von Bornitrid (BN) -Mikropulver erhöht werden. Mit steigender BN-Konzentration nimmt die Hydrophobie der Lackoberflächen zu. Beispielhaft genannt sei ein PolyUrethan-Schutzlack, der ohne Zusatz einen Kontaktwinkel von 83° hat, während mit einem 10 Gew% Bornitrid-Zusatz ein Kontaktwinkel von 105° erreicht wird.
Ähnliches wurde im Fall der Silikonlacke beobachtet, wo ein reiner Silikonlack (Powersil der Fa. Wacker AG) einen Kontaktwinkel von 95° (Glas) bzw. 105° (Stahl) hat und mit einem 10% Zusatz an Bornitrid auf einen Kontaktwinkel von 122° kommt. Diese Werte konnten sogar noch gesteigert werden, da ein Zusatz von 20 Gew% Bornitrid zu einem Kontaktwinkel von 130° führte und ein Zusatz von 30 Gew% Bornitrid einen Kontaktwinkel von 135° bewirkte.
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik auf:
Zum einen werden sehr hohe Kontaktwinkel realisiert, in der Regel liegen die Kontaktwinkel der erfindungsgemäßen Schutz- lacke bei über 110° gegen Wasser, obwohl die Erfindung natürlich unter Umständen auch Schutzlacke mit geringerem Kontaktwinkel umfassen kann.
Zum zweiten handelt es sich um eine kostengünstige Variante zur Herstellung der Schutzlacke, da nur geringe Mengen, beispielsweise 1 bis 10 Gew%, bevorzugt 3 bis 7 Gew% und insbesondere bevorzugt bis zu 5 Gew% an hydrophoben Siθ2 Nanoteil- chen benötigt werden.
Bornitrid-Mikropulver kann in Mengen von 5 bis zu 60 Gew% in den Schutzlack eingearbeitet sein, bevorzugt in Mengen zwischen 5 und 50 Gew%, insbesondere bevorzugt in Mengen zwischen 10 und 35 Gew%, wie die Ausführungsbeispiels belegen. Die hydrophobierten Nanopartikel können durch einfaches Einmischen in die Lackkomponenten eingearbeitet werden. Spezielle Mischvorrichtungen wie z.B. Perlmühlen, Torusmühlen etc. sind nicht erforderlich. Die Verteilung der Nanopartikel im Lack ist sehr homogen, da die Partikel als stabile Sole eingearbeitet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand eines Ausfüh- rungsbeispiels näher erläutert:
Beschichtung von KunststoffSubstraten für Freiluftanwendungen bei der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung.
Lackierungen mit den erfindungsgemäß modifizierten PU-Lacken, die sich als Lackmatrix wegen der hohen Witterungsbeständigkeit gut für Außenanwendungen eignen, bleiben in Witterungstests über 1000 Stunden im Wechsel von UVA-Bestrahlung von >10mW/cm2 über 650 Stunden, intensiver Beregnung (650 Stun- den) und Lagerung bei 500C über 50 Stunden hydrophob.
Vor der Bewitterung wurde ein Kontaktwinkel von 114° gemessen, im Laufe der Tests geht der Kontaktwinkel auf 90° zurück. Im Vergleich dazu liegt der Kontaktwinkel bei handels- üblichen und nicht erfindungsgemäß modifizierten PU-Lacken bei 80° und sinkt im Laufe der Tests auf 70° ab.
Die Schichtdicken betrugen ca. 10 bis 40 μm, insbesondere zwischen 15 und 30μm, besonders bevorzugt ca. 20μm.
Mit Bornitrid (BN) dotierten Silikonlacken bleiben die Kontaktwinkel auch nach dem Witterungstest bei Werten >110°. Die BN dotierten Silikonbeschichtungen sind damit gegenüber Witterungseinflüssen am stabilsten. Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Silikonlack ist aus 810g Powersil 567 (Fa. Wacker AG) und 90g Bornitrid der Fa. HCStarck herstellbar. Die Erfindung betrifft eine neuartige Beschichtung für Fahrleitungsisolatoren, insbesondere im Bereich der Bahnelektrifizierung und Energieübertragung, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dazu werden Partikel und Mikropulver, insbesondere hydrophobe Partikel, in den Schutzlack eingearbeitet .

Claims

Patentansprüche
1. Schutzlack auf duroplastischer Kunststoffbasis zur Be- schichtung von Einstoff-Isolatoren und/oder als Hülle für Verbundisolatoren in den Mikropulver, Nanopartikel und/oder Kolloide, die, je nach ihrer Natur, hydrophobe funktionelle Gruppen haben, eingearbeitet sind.
2. Schutzlack nach Anspruch 1, wobei Bornitrid als Mikro- pulver eingearbeitet ist.
3. Schutzlack nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Siliziumdioxid (SiO2) in Form von Nanopartikel und/oder Kolloiden eingearbeitet ist.
4. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Siθ2-Partikel in Form von vorgefertigten Solen und/oder Kollioden eingearbeitet ist.
5. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mikropulver, die Nanopartikel oder die Kolloide in einer Menge von 0,5 bis 50 Gew% eingearbeitet sind.
6. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Bornitrid Mikropulver in einer Menge zwischen 5 und 60 Gew% eingearbeitet ist.
7. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei hydrophobe Siliziumdioxid-Nanoteilchen in einer Menge von 1 bis 10 Gew% eingearbeitet sind.
8. Schutzlack nach einem der vorstehenden Ansprüche, der in einer Schichtdicken von ca. 20μm aufgebracht ist.
9. Verwendung eines Schutzlackes nach einem der vorstehenden Ansprüche für Einstoff-Isolatoren und/oder als Hüllen für Verbundisolatoren .
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