DE1193667B

DE1193667B - Verfahren zur Herstellung von kaltgepressten Elektroisolierkoerpern mit verbesserterKriech-stromfestigkeit, die Phenolharz als Bindemittel, und Polyisocyanate enthalten

Info

Publication number: DE1193667B
Application number: DES70050A
Authority: DE
Inventors: Kurt Borchard
Original assignee: SUEDDEUTSCHE ISOLATORENWERKE G
Current assignee: SUEDDEUTSCHE ISOLATORENWERKE G
Priority date: 1960-08-23
Filing date: 1960-08-23
Publication date: 1965-05-26

Description

Verfahren zur Herstellung von kaltgepreßten Elektroisolierkörpern mit verbesserter Kriechstromfestigkeit, die Phenolharz als Bindemittel, und Polyisocyanate enthalten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kaltgepreßten Elektroisolierkörpern mitverbesserter Kriechstromfestigkeit, die aus bekannten anorganischen Füllstoffen, Phenolharzen und Polyisocyanaten bestehen.
Es ist bekannt, Isolierteile für die Elektrotechnik aus anorganischen Füllstoffen mit Phenolharz als Bindemittel herzustellen, indem Gemische dieser Komponenten durch Pressen verformt und die Formkörper anschließend einer Wärmebehandlung zur Aushärtung unterzogen werden. Bei Verwendung der sogenannten Heißpreßmassen werden diese beiden Arbeitsgänge vereinigt und die Wärmebehandlung mit der Formgebung auf der Presse verknüpft.
Die Heißpreßmassen enthalten im allgemeinen einen verhältnismäßig hohen Harzanteil von etwa 40 bis 55 Gewichtsprozent und führen zu Körpern, die hohen elektrischen Anforderungen, insbesondere in bezug auf die Kriechstromfestigkeit im allgemeinen, nicht gewachsen sind. Körper mit so hohen Harzanteilen sind empfindlich gegen Kriechwegbildung und nicht beständig gegen die Einwirkungen von höheren Spannungen und Verschmutzungen. Durch die Bereitschaft zur Kriechwegbildung erfolgt in manchen Fällen schon nach kurzer Einwirkung solcher hohen Spannungen ein Überschlag, wobei das Harz sich zersetzt und leitende Kohlenstoffbrücken auf der Oberfläche der Isolierteile zurückbleiben, die das Isolierverhalten nachteilig beeinflussen.
Es sind aus diesem Grunde auch bereits Massen entwickelt worden, bei denen der Harzanteil wesentlich geringer gehalten werden kann und beispielsweise nur 220/, beträgt. Solche Massen werden kalt verpreßt, woraus sich die Möglichkeit der Vermeidung einiger Nachteile, die den Warmpreßkörpern anhaften, ergibt.
Obgleich derartigen Isolierkörpern eine mittlere Kriechstromfestigkeit zugesprochen werden kann, können sich bei intensiverer Einwirkung auch hier noch leitende Brücken bilden, die Überschläge im Gefolge haben. Es wurde nun gefunden, daß man kaltgepreßte Elektroisolierkörper mit hoher Kriechstromfestigkeit aus Phenolharzen, Polyisocyanaten, Füllstoffen und Entformungs- bzw. Gleitmitteln durch Kaltpressen und Aushärten erhalten kann, wenn man als Polyisocyanat ein verkapptes Polyisocyanat, das erst bei Temperaturen oberhalb etwa 150"C spaltet, verwendet und das Aushärten bei 150"C durchführt bis zur Entfernung des Lösungsmittels und anschließend bei 165 bis 200"C zu Ende härtet. Ein verkapptes Polyisocyanat ist ein solches, dessen Isocyanatogruppen durch einen Stabilisator verschlossen sind und daher nicht mehr ohne weiteres mit Verbindungen reagieren können, die Hydroxylgruppen enthalten. Erst bei höheren Temperaturen wird der Stabilisator abgespalten und das reaktionsfähige Polyisocyanat durch Freilegung der entsprechenden Gruppen zurückgebildet.
Es ist zwar bekannt, verkappte Polyisocyanate mit Novolaken zu mischen und durch Einbrennen zu Lacküberzügen zu verarbeiten. Hieraus ließ sich aber noch nicht entnehmen, daß derartige Mischungen nach Zugabe größerer Mengen von Füllstoffen sich durch Kaltpressen und anschließendes, bei 150"C stattfindendes und bei 160 bis 200"C endendes Aushärten zu elektrischen Isolierkörpern von ausgezeichneter Kriechstromfestigkeit verarbeiten lassen.
Es ist ferner bekannt, elektrische Isolierkörper dadurch herzustellen, daß man ein Gemisch aus Füllstoffen, Phenolpasten, Polyisocyanaten und als Verkappungsmittel für die Polyisocyanate wirkenden Stoffen heiß verpreßt. Bei diesem Verfahren ist es nicht möglich, die Umsetzung so zu regeln, daß zuerst eine vollständige Kondensation der Phenoplaste und erst in einem späteren Stadium des Verfahrens die Vernetzung durch die Polyisocyanate eintritt.
Die Mengenverhältnisse, in denen die Isocyanatkomponente und das Phenol- bzw. Kresolharz zur Anwendung gebracht werden, sind im wesentlichen durch die Reaktionsverhältnisse gegeben und können so gewählt werden, daß die Bindemittel äquivalente Anteile von Phenol und Polyisocyanaten in bezug auf die phenolischen OH-Gruppen und die Isocyanatgruppen enthalten. Beispielsweise sind 130 Teile eines 800/0eigen Resols in bezug auf die phenolischen OH-Gruppen äquivalent 313 Teilen eines verkappten trifunktionellen Isocyanates, das durch Addition von 3 Mol Toluylendiisocyanat an 1 Mol Hexantriol gebildet ist.
Die Phenolharzkomponente für das gemäß Verfahren nach der Erfindung zu verwendende Bindemittel kann in bekannter Weise hergestellt werden. Die beschriebenen Bindemittel lassen sich in üblicher Weise durch Mischung mit mineralischen Füllstoffen, insbesondere mit Asbest, Kalkstein oder Marmormehl, zu krümeligen Preßmassen verarbeiten, die dann in der Kälte geformt und anschließend der Wärmebehandlung unterworfen werden. Der Vorteil solcher Preßmassen bei der Verarbeitung liegt vor allem darin, daß sie außerordentlich konturenscharfe, wenig schwindende Preßkörper ergeben und praktisch ohne Standzeit auf der Presse ausgeformt werden können, so daß sie eine hohe Preßgeschwindigkeit bei der Produktion erlauben. Im übrigen sind sie frei von jenen Nachteilen, die bei der Warmverpressung die Ausbildung der sogenannten Preßhaut mit sich bringt und die vor allem auf einer gewissen Inhomogenität der äußeren Oberfläche gegenüber den inneren Teilen des Preßlings beruhen.
Nach der Erfindung ist man nicht mehr unbedingt darauf angewiesen, den Harzanteil besonders niedrig zu halten. Man erhält zwar Isolierkörper mit ausgezeichneten elektrischen und mechanischen Eigenschaften mit einem Harzanteil von 2001o und einem Füllstoffanteil von 800/0, kann aber auch ohne Beeinträchtigung der Kriechstromfestigkeit den Bindemittelanteil auf 30 bis 35°/o steigern, was besonders für die Herstellung von Elektroisolierkörpern komplizierter Gestaltung und Kontur von Bedeutung sein kann. Es ist also möglich, mit dem Verfahren gemäß der Erfindung zu Isolierkörpern mit hoher Kriechstromfestigkeit zu gelangen, die im wesentlichen aus 20 bis 350/o Bindemittel und 80 bis 650/o mineralischen Füllstoffen bestehen, wobei als solche insbesondere Asbest, Kalksteinmehl oder Marmormehl vorteilhaft sind.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels näher erläutert: Das Bindemittel für die Kaltpreßmasse wird aus einem alkalisch kondensierten Phenol-Resol und einem polyfunktionellen Isocyanat unter Verwendung von Aceton als Lösungsmittel gemischt.
Dabei werden auf 5 Teile des polyfunktionellen Isocyanates - gebildet als Additionsprodukt von 3 Mol Toluylendüsocyanat, 1 Mol Hexantriol und 3 Mol Phenol - 15 Teile des Phenol-Resols verwendet.
Die Lösung des Bindemittels wird in bekannter Weise mit 80 Teilen einer Mischung von Asbest und Marmormehl im Verhältnis 1 : 4 verarbeitet und nach Homogenisierung durch Mahlen bei einem Druck von 150 kg/cmfl kalt verpreßt. Die Aushärtung der erhaltenen Preßlinge wird in bekannter Weise durch Temperaturbehandlung bei 150°C derart vorgenommen, daß das Lösungsmittel und Feuchtigkeitsanteile aus der Reaktion durch die Poren des Preßkörpers entweichen können, ohne daß das Preßgefüge zer- stört wird. Nach beendeter Aushärtung des Phenolharzes wird die Temperatur auf 165 bis 200°C für die Dauer von 2 bis 6 Stunden gesteigert. Dabei werden durch Verdampfung des Stabilisierungsmittels die Isocyanatgruppen wirksam und reagieren nun mit den frei gebliebenen phenolischen Hydroxylgruppen des Harzes unter gleichzeitiger zusätzlicher Vernetzung der Phenolharzmoleküle.
Die wie vorher beschrieben hergestellten Preßkörper von den Abmessungen 120#15#10 mm wurden auf ihre Kriechstromfestigkeit nach dem Verfahren des DIN-Normblattes 53480 untersucht. Zum Vergleich wurde an Isolierkörpern mit entsprechendem Harzgehalt, die jedoch als Bindemittel lediglich Phenolharz ohne Polyisocyanate enthielten, die gleiche Messung vorgenommen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in der nachstehenden Tabelle einander gegenübergestellt.

Tropfenzahl

Stufe

A ................. > 110 Tropfen

Stufe T 5

212 ............ 50 bis 70 Tropfen

Stufe T 4

Typ 31 1 bis 2 Tropfen

Stufe T 1

Die in der Tabelle mit A bezeichneten Isolierkörper sind in der oben beschriebenen Weise gemäß der Erfindung hergestellt. Die mit 212 bezeichneten Isolierkörper waren nach DIN 7709 Blatt 4 aus 25°/o eines Phenol-Kresol-Resols und 750/0 eines Gemisches von Asbest und Gesteinsmehl hergestellt. Bei den mit Typ 31 bezeichneten Isolierkörpern handelte es sich um solche, die aus 50% Novolak und 500/o Holzmehl nach DIN 7708 Blatt 2 hergestellt waren.

Claims

Patentanspruch : Verfahren zur Herstellung von Elektroisolierkörpern mit verbesserter Kriechstromfestigkeit aus Phenolharzen, Polyisocyanaten, Füllstoffen und Entformungs- bzw. Gleitmitteln durch Kaltpressen und Aushärten, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyisocyanat ein verkapptes Polyisocyanat, das erst bei Temperaturen oberhalb etwa 150°C spaltet, verwendet und das Aushärten bei 150°C bis zur Entfernung des Lösungsnmittels durchführt und anschließend bei 165 bis 200°C zu Ende härtet.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 349 756; Chemisches Zentralblatt, 1958, S. 3750; »Bayer-Kunststoffe«, Leverkusen, Oktober 1955, S. 32133.