DE1770701A1

DE1770701A1 - Verfahren zum Herstellen eines mit einer haertbaren Epoxyharzmischung impraegnierten Gegenstandes

Info

Publication number: DE1770701A1
Application number: DE19681770701
Authority: DE
Inventors: Jostein Andreassen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1967-06-29
Filing date: 1968-06-25
Publication date: 1972-03-02
Also published as: CH505178A; SE330260B; FR1571809A; DE1770701B2; GB1221084A; US3591433A; DE1770701C3

Description

Verfahren zum Herstellen eines mit einer härtbaren Epoxyharzmischung imprägnierten Gegenstandes

Eine Voraussetzung dafür, daß ein Harz unter praktischen Verhältnissen in Imprägnierungsprozessen mit niedrigem Umsetzungsgrad des Harzes verwendet werden kann ist, daß die Gebrauchezeit des Harzes bei Imprägnierungs-.und Lagerungstemperaturen ausreichend lang ist, d.h. daß das Harz seine Eigenschaften, z.B. die Viskosität, bei seiner Aufbewahrung im verwendeten Lagerungs- oder Imprägnierungsgefäß unverändert beibehalten kann. Eine ;" f^>^f:andere Voraussetzung ist, daß das Harz keine ungünstig lange Härtungszeit oder ungünstig hohe Härtungstemperatur haben soll.

Bei Epoxyharzmischungen, die aus einem Epoxyharz und einem Härter üblicher Art wie einem primären Amin oder einem Säureanhydrid bestehen, können die beiden genannten Forderungen nicht gleichzeitig erfüllt werden. Harze, bei denen die Gebrauchszeit annehmbar ist, haben nämlich hohe Härtungstemperaturen und lange Härtungsζeiten, und Harze, bei denen die Härtungsbedingungen annehmbar sind, haben ungünstig kurze Gebrauchszeiten, d.h. die Eigenschaften der Harze verändern sick während des Aufbewahrens im verwendeten Imprägnierungsgefäß so schnell, daß

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sie nach einer nur kurzen Gebrauchszeit durch neu zubereitete Harze ersetzt werden müssen. Eine lange Härtungszeit eines Harzes hringt natürlich u.a. den Nachteil mit sich, daß die Herstellungszeit des hergestellten Produktes verlängert wird. Weiter kann die Verwendung von hohen Härtungstemperaturen schädliche innere Spannungen verursachen, wenn das Produkt Material mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten enthält. Das Schrumpfen des Harzes während der Härtung wird auch bei hohen Temperaturen größer.

Probleme der oben genannten Art kommen u.a. in der Elektroindustrie bei der Imprägnierung von elektrischen Maschinen oder Apparaten oder Teilen solcher Ausrüstungen vor. Zur Imprägnierung soUier Gegenstände werden oft große Bottiche mit Imprägnierungsharzen benutzt, in die die hergestellten Produkte fortlaufend eingetaucht werden. Die verbrauchte Harzquantität ist dabei gering im Verhältnis zur Harzmenge im Bottich und wird bei Bedarf durch Nächfüllen von Harz ersetzt. Es ist dann von größter Bedeutung, daß das Harz im Gefäß die ganze Zeit seine Eigenschaften, u.a. seine Viskosität, beibehält, so daß für jedes zu imprägnierende Produkt dieselben Bedingungen angewendet werden können, und daß das Aufrechterhalten der konstanten Eigenschaften des Harzes nicht auf Kosten von wünschenswerten oder anwendbaren Härtungsbedingungen geschieht. Um die beschriebenen Probleme zu lösen, hat man früher ein spezielles Verfahren vorgeschlagen, das darin besteht, daß ein Stoff, der die Härtung der Epoxyharzmischung beschleunigt,

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in den zu imprägnierenden Gegenstand einverleibt wird. Zur Herstellung u.a. von mit Glimmerband isolierten elektrischen Leitern, die nach dem Umwickeln mit dem Band mit einer ein Säureanhydrid als Härter enthaltenden Epoxyharzmischung imprägniert werden, ist es somit bekannt, ein Polyamid mit freien Aminogruppen als Bindemittel oder als Komponente im. Bindemittel im Glimmerband zu verwenden. Dadurch, daß das Polyamid die Härtung der Harzmischung beschleunigt, ist es im bekannten Fall möglich, ein Imprägnierungsharz mit einer verhältnismäßig langen Gebrauchszeit aber sonst hoher Härtungstemperatur und langer Härtungszeit zu verwenden.

Nach der Erfindung hat es sich bei Verwendung der bekannten Methode, einen Beschleuniger in den zu imprägnierenden Gegenstand einzuverleiben, als möglich erwiesen, die Gebrauchszeit zu verlängern und die Härtungsbedingungen beträchtlich zu verbessern. Die Gebrauchszeit wird somit praktisch unbegrenzt und die Härtungszeit bei einer gewissen Temperatur bedeutend kürzer als die Hälfte der bei Verwendung von Polyamid als Beschleuniger erforderlichen. Außerdem hat das Verfahren nach der Erfindung den sehr großen Vorteil, daß es sich ausgezeichnet in Fällen eignet, in denen die Imprägnierung bei Verwendung von einem auch sehr hohem Vakuum ausgeführt wird.

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Pit ide Sriindung betrifft «in Verfahren zum Herstellen eint« mit einer härtbaren Epoxyharzmischung imprägnierten Gegenstandes, wobei die Epoxyharzmisohung eine Mischung eine« Epoxyharze* mit mindesten* zwei Epoxygruppen pro Molekül und minderten« einem als Härter dienenden Anhydrid einer mehrbasischen Karbonsäure umfasst, und wobei ein ^toff,der Al· Härtungareaktion der Epoxyharzmischung beschleunigt, yer dem Imprägnieren mit der Epoxyharzmisohung, die dabei flUselg Ir-I₉ in den Gegenstand einverleibt wird und dan rom Gegenstand bei dieser Imprägnierung aufgenommene Harz danach durch eine HKr-

!Ji e F^^indunff ist

tungereaktlon in festen Zustand übergeführt wifS^aadurth gekennzeichnet, dass der im Gegenstand einverleibte 'Hoff au« «Intel Reaktionsprodukt aus Aluminiumisopropylat und einem Alkylamlnoalkylphenol besteht·

Bau Alkylaminoalkylphenol kann aus ntoffen mit der ohemleohtn Formel

bestehen, wo R Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkylaminoalkyl gruppe oder Dlalkylaminoalkylgruppe sein kann, R₁ eine Alkylgruppe und Rg ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe· Beispiele solcher Alkylaminoalkylphenole sind ι

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^CH o-Dlmethylaminoetthjlphtnol

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p-Dimethylaminoiaethylphenolj

2,4-bin(DiBethylofflinoB«thyl)ph*nol

2,4,6-tri« (DiinethylaainoMethyl )paenol

AIn Beispiel einen Reaktionnprodukt* zwischen Alu»inlu»iiiopropylat und einen Alkylanlnoalkylphenol kann folgend·« genannt werden, wo dan Alkylaminoalkylphenol au« 2,4,6-trin(Dimethylaainomethyl)phenol besteht t

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Die Menge des im Gegenstand einverleibten Reaktionsprodukts wird zweckmäßig so bestimmt, daß sie 0,2 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 3 Prozent des Gesamtgewichts des Reaktionsprodukts und der vom Gegenstand aufgenommenen Epoxyharzmischung beträgt.

Die Epoxyharzmischung enthält zweckmäßigerweise 30 bis 80 Gewichtsprozent Epoxyharz und 20 bis 70 Gewichtsprozent Härter, vorzugsweise 40 bis 70 Gewichtsprozent Epoxyharz und 30 bis 60 Gewichtsprozent Härter.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines als Ausführungsbeispiel gewählten Falles näher erläutert, wobei es sich um einen mit einem Glimmerband isolierten elektrischen Leiter handelt. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Glimmerband, in dem das Reaktionsprodukt des Alkylaminoalkylphenols und Aluminiumisopropylats einverleibt ist, und Fig. 2 einen elektrischen Leiter, der mit dem Glimmerband nach Fig. 1 umwickelt ist.

Das Glimmerband 10 nach Fig. 1 enthält eine Glimmerfolie 11 aus einander überlappenden kleinen Glimmerschüppchen. Eine solche Folie kann nach bekannten Methoden unter Spalten von gewöhnlichem Glimmer in sehr kleine Schuppen hergestellt werden. Dabei wird der Glimmer erst einer Wärmebehandlung ausgesetzt, wonach der durch diese Behandlung gespaltene Glimmer mit Wasser zu einem Brei gerührt und zu einem bogenförmigen Material geformt wird nach einer Methode, die der bei Herstellung von Papier verwendeten ähnlich ist. Die Folie ist an einem Trägermaterial

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12 befestigt, das aus einem Glasgewebeband mit einem nicht gezeigten bekannten Bindemittel besteht, wie z.B. einem Polyesterharz oder einem Epoxyharz.

Die Dicke der Glimmerfolie 11 kann z.B. 0.09 mm sein und die des Glasgewebes 12 z.B. 0,04 mm. Die Bindemittelmenge muß ausreichend sein, damit die Glimmerfolie am Glasgewebe haftet.

Nach der Erfindung wird das Band 10 mit einer 1$igen Lösung eines Reaktionsproduktes von 2, 4, 6-tris (Dimethylaminomethyl)-phenol und Aluminiumisopropylat in Methyläthylketan imprägniert. Das Reaktionsprodukt wird dadurch hergestellt, daß 177 Gewichtsteile 2, 4, 6-tris (Dimethylaminomethyl)phenol und 47 Gewichtsteile Aluminiumisopropylat erst vermischt und drei Stunden lang bei 80⁰C unter Umrührung erhitzt werden, wonach die Temperatur allmählich unter Abdestillation des Isopropylalkohols auf 16O⁰G erhöht wird.

Das imprägnierte Glimmerband 10 kann gemäß Pig. 2 für die Isolierung z.B. eines Leiterbündels 13 verwendet werden, das einen Teil einer Hochspannungsspule bildet. Im dargestellten Fall besteht die Spule 13 aus mehreren einzelnen Leitern 14. Die Leiter sind dadurch voneinander isoliert, daß sie mit Glasgarn 15 umsponnen und mit einem Bindemittel imprägniert sind. z.B. mit einem Alkydharz, einem Phenolharz od.dgl., das danach gehärtet worden ist. Bei Isolierung des Leiterbündels 13 wird dieses schichtweise z.B. mit halber Überlappung mit dem oben beschriebenen Isolierband 10 umwickelt. Nachdem das ganze Bündel mit einer Isolierung versehen worden ist,

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die aus einer Anzahl, z.B. dreißig aufeinander liegenden Isolierbandschichten besteht, und außerdem mit einer schützenden Umwicklung aus Glasband 16, das ohne Überlappung aufgebracht ist, wird die Wicklung erst zweckmäßig in Vakuum getrocknet, wonach der isolierte Leiter mit einer flüssigen Epoxyharzmischung bei Zimmertemperatur imprägniert wird, zweckmäßig auch in Vakuum. Die Epoxyharzmischung bereitet man durch Zusammenmischen von 100 Teilen eines Epoxyharzes, das in bekannter Weise aus Epichlorhydrin und 4, 4'-Dioxyddiphenol-Dimethylmetan hergestellt ist und das ein Epoxy däquivalenzgewicht von 19.2 hat und eine Viskosität von 10.000-12.ooo cp. bei 25°, mit 90 Teilen eines Härtungsmittels, das aus einer Mischung von 75 Teilen Hexahydrophtalsäureanhydrid und 15 Teilen Tetrahydrphtalsäureanhydrid besteht. Ein solches Harz, hat eine lange Gebrauchszeit, aber eine lange Härtungszeit und eine hohe Härtungstemperatur. Während der Imprägnierung dringt das Harz in die Isolierung des Leiters ein. Weil das Reaktionsprodukt des Alkylaminoalkylphenols und Aluminium!sopropylats im Isolierband im Imprägnierungsharz schwer löslich ist, hat das Reaktionsprodukt keine Zeit, sich aufzulösen und in das im Harz verwendete Imprägnierungsbad hineinzudiffundieren. Der imprägnierte Gegenstand wird dann in ein Formwerkzeug zur Härtung des Imprägnierungsmittels gestellt. Während der Erwärmung löst eich das Reaktionsprodukt in der Epoxyharzmischung auf, was eine starke Reduktion der für die Epoxyharzmischung normalen Härtungsbedingungen zur Folge hat. Nachdem das Formwerkzeug eine Temperatur von 120⁰C erreicht hat, wird diese Temperatur zwei Stunden lang beibehalten.

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In derselben Weise wie oben beschrieben kann ein Leiter mit anderen Bändern oder Bogen aus Isoliermaterial als dem beschriebenen G-limmerband isoliert werden, in welche das Reaktionsproüukt von Alkylaminoalkylphenol und Aluminiumisopropylat vor dem Imprägnieren mit der Epoxyharzmischung einverleibt werden muß. Ein Leiter kann somit mit Bändern oder Bogen isoliert werden, die aus Glimmerschuppen gewöhnlicher Größe bestehen, die an einem als Trägermaterial dienenden Glasgewebe befestigt sind, weiter mit Bändern oder Bogen nur aus Glasgewebe, Asbestpapier oder geflochtenem oder gewebtem faserigen Material anderer Art, z.B. Polyäthylenglykolterephtalat.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei anderen Gegenständen als isolierten elektrischen Leitern angewendet werden, z.B. anderen isolierten Teilen von elektrischen Maschinen und Apparaten. Weiter kann es bei der Herstellung von verschiedenen geschichteten Produkten benutzt werden, wobei das Reaktionsprodukt von Alkylaminoalkylphenol und Aluminiumisopropylat in das Armierungsmaterial, z.B. Glasgewebe, Asbest, Papier, einverleibt wird, ehe dieses mit der Epoxymischung, die als Bindemittel im Schichtstoff dienen soll, imprägniert wird.

Das Epoxyharz kann aus anderen als den beispielsweise genannten Stoffan bestehen, die durch Kondensation von mehrfunktionellen Phenolen hergestellt sind, z.B. 4,4'-Dioxydiphenol-Dimethylmetan, Resorzin(ol) oder Hydrochinin mit Epichlorhydrin in alkalischem Milieu. Anstelle von Epichlorhydrin ist es auch möglich, andere mit phenolischen Hydroxydgruppen reagierende Stoffe zu verwenden, die die Epoxydgruppen si das Phenol binden.

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Als Säureanhydrid können u.a. die als Härtungsmittel für Epoxyharz wohlbekannten Säureanhydride wie Phtalsäureanhydrid, Tetrahydrophtalsäureanhydrid, Hexahydrophtalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid und Mischungen solcher Anhydride verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche ;

1. Verfahren zum Herstellen eines mit einer härtbaren Epoxyharzmischung imprägnierten Gegenstandes, wobei die Epoxyharzmischung eine Mischung eines Epoxyharzes mit mindestens zwei Epoxygruppen pro Molekül und mindestens einem als Härter dienenden Anhydrid einer mehrbasischen Karbonsäure besteht, und wobei ein Stoff, der die Härtungsreaktion der Epoxyharzmischung beschleunigt, in den Gegenstand vor der Imprägnierung mit der dabei flüssigen Epoxyharzmischung einverleibt und das vom G-egenstand bei dieser Imprägnierung aufgenommene Harz danach durch eine Härtungsreaktion in festen Zustand übergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gegenstand einverleibte Stoff aus einem Reaktionsprodukt von Aluminiumisopropylat und einem Alkylaminoalkylphenol besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylaminoalkylphenol aus einem Eimethylaminomethylphencl besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylaminoalkylphenol aus 2, 4., 6-tris (Dimethylaminomethyl)phenol besteht.

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