DE2728233C3

DE2728233C3 - Lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse

Info

Publication number: DE2728233C3
Application number: DE2728233A
Authority: DE
Inventors: Donald Gene Ramona Okla. Needham
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2728233A1; DE2728233B2; GB1526159A; JPS535252A; AU497588B1; CA1102107A; CH623842A5

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse mit Po!y(arylensulfiden) als Grundmaterial.

Bei vielen kommerziellen Fällen, bei denen elektrischer Strom hoher Spannung zur Anwendung kommt, z. B. Kraftübertragung, elektrische Widerstandsheizung, ist es notwendig oder wünschenswert lichtbogenbeständi&e Materialien, wie sie nach ASTM-D-495-73 definiert sind, zu verwenden. Noch erwünschter sind lichtbogenbeständige Elektroisoliermassen, die außerdem wasserfest sind und akzeptable physikalische Eigenschaften aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse zur Verfügung zu stellen, die akzeptable physikalische Eigenschaften hat und eine verbesserte Wasserfestigkeit und einen verbesserten linearen. Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein ungehärtetes oder teilweise gehärtetes Poly(ary!ensulfid) und als Füllstoff 20 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, Ton und/oder Talk enthält.

Eine bevorzugte lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse enthält zusätzlich 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, mindestens eines Silans. Bevorzugt handelt es sich bei diesem Silan um ein Alkylsilan, Alko.xysilan oder um deren Polymere.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Poly(arylensulfid) eine inhärente Viskosität von mindestens 0,08 bis 206° C aufweist. Die Methode für die Messung der Viskosität wird später beschrieben.

Zur Herstellung der liehtbegenbeständigen Elektroisoliermassen nach der Erfindung wird ungehärtetes oder teilweise gehärtetes Poly(phenylensulfid) in einen üblichen Mischer, z. B. einen Taumelmischer, zusammen mit den Füllstoffen eingefüllt. Die Bestandteile werden zu einer homogenen Mischung verarbeitet. Diese Mischung kann dann durch Spritzguß oder Formpressen zu liehtbogenbeständigen Formkörpern verarbeitet werden.

Poly(arylensulfide) ohne Zusätze weisen keine gute Lichtbogenbeständigkeit auf- Beispielsweise besitzt Poly(phenylensu!fid) eine Lichtbogenbeständigkeit von etwa 10 Sekunden, gemessen nach ASTM-D-495-73, während die akzeptablen Mindestwerte für lichtbogenbeständige Materialien etwa 120 Sekunden betragen.

Es ist deshalb überraschend, daß die Elektroisoliermassen nach der Erfindung lichtbogenbeständig sind. Die erfindungsgemäßen Elektroisoliermassen weisen

ίο nach ASTM-D-495-73 gemessen eine Lichtbogenbeständigkeit von 120 oder mehr Sekunden auf. Durch die bereits erwähnte Zugabe von kleinen Anteilen von Silanen zu den neuen lichtbogenbeständigen Massen wird deren Wasserbeständigkeit verbessert und ihr linearer Ausdehnungskoeffizient verringert oder zumindest stabilisiert

Jedes ungehärtete oder teilweise gehärtete Poly(arylensulfid), ob Homopolymer, Copolymer, Terpolymer oder dergleichen oder eine Mischung dieser Polymeren kann für die Zwecke der Erfindung verwendet werden. Das erfindungsgemäß zu verwendende ungehärtete oder partiell gehärtete Polymer ist ein Polymer, dessen Molekulargewicht durch Zufuhr ausreichender Energie, wie Wärme, bevorzugt in Gegenwart von Sauerstoff, erhöht werden kann entweder durch Kettenverlängerung oder durch Vernetzen oder durch Kombination von beiden. Das Verfahren, durch das das Molekulargewicht der Polymeren erhöht wird, kann als Härtungsprozeß bezeichnet werden. Für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet sind Poly(arylensulfide) die eine inhärente Viskosität in Chlornapthalin (0,2 Gramm Polymer in 100 ecm Chlornaphthalin) bei 206°C von mindestens 0,08, bevorzugt zwischen etwa 0,1 und etwa 03 aufweisen. Ganz besonders bevorzugt werden solche mit einer inhärenten Viskosität von etwa 0,13 bis 0,23. Beispiele von für die Zwecke der Erfindung geeigneten Polymeren sind in US-PS 33 54 129 beschrieben. Andere Beispiele von Poly(arylensulfiden) sind Poly(4,4'-biphenylensulfid); Poly(2,4-tolylensulfid); ein Copolymer aus p-DichlorbenzoI, 2,4-Dichlortoluol und Natriumsulfid und deren Mischungen. Von allen Poly(arylensulfiden) werden die Poly(phenylensulfide) (PPS) für die Zwecke der Erfindung besonders bevorzugt.

Jeder kommerziell erhältliche Ton oder Talk kann als Füllstoff benutzt werden. Eine hohe Reinheit dieser Bestandteile ist nicht erforderlich.

Obwohl man der Meinung ist, daß jedes Silan zur Verbesserung der Wasserfestigkeit und des linearen Ausdehnungskoeffizienten der neuen lichtbogenbeständigen Zusammensetzungen verwendet werden kann, werden Alkylsiiane, Alkoxysilane und deren Polymere oder Mischungen davon bevorzugt. Beispiele dafür sind y-Glycidoxypropyltrimethoxysilan.Methyltrimethoxysilan und Polyisomethoxysilan.

Die Konzentration der den liehtbogenbeständigen Massen wahlweise zugesetzten Silane schwankt bevorzugt zwischen 0,5 und 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.

Die Herstellung der verbessert liehtbogenbeständigen Elektroisoliermassen läßt sich am besten erklären durch die nachfolgend wiedergegebene Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte.

Wenn die Masse durch Spritzgießen verarbeitet werden soll, ist es erwünscht, das Polymer partiell zu härten um dessen Schmelzfluß auf einen Wert untar 75 Gramm/10 Min. (gemessen nach ASTM Methode D-1238-74, bei 343⁰C und mit 5 kg Gewicht) zu

reduzieren, Polymere mit einem Schmelzfluß unter diesen Wert lassen sich mit größerer Leistung durch Spritzgießen verarbeiten. Der Härtungsprozeß wird ausgeführt durch Erwärmen des ungehärteten oder teilweise gehärteten Polymeren, bevorzugt in Luft, auf erhöhte temperatur bis der gewünschte Schmelzfluß erhalten wird. Normalerweise werden Temperaturen von mindestens 260⁰C angewandt Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 288 und 482° C.

Das ungehärtete oder partiell gehärtete Polymer wird in einen Taumelmischer oder anderen gebräuchlichen Mischern zusammen mit dem ausgewählten Anteil an Füllstoff oder einer Mischung von Füllstoffen eingebracht Wahlweise werden noch die gewählten Anteile Silan zugefügt Die Bestandteile werden in bekannter Weise so lange gemischt bis eine homogene Masse entstanden ist

Die Mischung wird dann in eine Spritzgußeinrichtung eingebracht und za einer lichtbogenbeständigen Masse ausgeformt Die gewünschte Gestalt des Endproduktes kann durch Spritzgießen erhalten werden. Es ist jedoch auch möglich anschließend an die Spritzgußverarbeitung noch andere maschinelle oder auch andersartige Formgebungsmaßnahmen anzuschließen. Falls die Zusammensetzung nicht durch Spritzgießen sondern durch andere Verfahren, beispielsweise Preßformen verarbeitet werden soll, sind die Schmelzflußeigenschaften des Poly(arylensulfids) normalerweise unwichtig. Jedes feste oder flüssige ungehärtete oder teilweise gehärtete Poly(arylensulfid) kann mit den genannten Füllstoffen gemischt werden und die Mischung kann durch Energiezufuhr, beispielsweise Hitze, gehärtet werden, ohne daß zuvor der Schmelzfluß des Poly(srylensulfids) auf den bevorzugten Mindestwert gebracht werden muß,

Beispiel 1

Handelsübliches Poly(phenylensulfid)-Pulver mit einer Dichte von 1,3 gemessen nach ASTM D 1505-68 und einem Schmelzfluß von 75 Gramm/10 Minuten gemessen nach ASTM D 1238-74 (343° C und 5 kg Gewicht), wurden mit verschiedenen Anteilen an Ton, Talk, Calciumcarbonat Glimmer und Glasfasern gemischt Der Anteil jedes Füllstoffes der einzelnen Mischungen ist in Tabelle I wiedergegeben. Das Mischen erfolgte in einem Taumelmischer.

Jede Mischung und eine Probe von reinem Poly(phenylensulfid) des für die Mischungen verwendeten Typs wurde mittels Spritzguß zu einem Prüfstab mit Abmessungen 21,6 cm χ 13 cm χ 3,18 mm verarbeitet. Diese Form entspricht der ASTM-Vorschrift für die Prüfung der Zugfestigkeit Von jedem Prüfkörper wurden seine Zugfestigkeit die Bruchdehnung in % und die Lichtbogenbeständigkeit nach ASTM D 495-73 bestimmt. Die Resultate sind in Tabelle I wiedergegeben.

In der folgenden Tabelle I entsprechen die Versuche A, B und F bis I der Erfindung; die Versuche C bis E betreffen Vergleichsmassen. Die Tabelle enthält außerdem noch einen Kontrollversuch für reines Poly(phenylensulfid) ohne Füllstoffzusatz.

Tabelle I

Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften von Elektroisoliermassen nach der Erfindung und Vergleichsmassen

Bestandteil Gew.-% der Gesamtmischung	Mischung A	B	C	D	Kontroll versuch
Poly(phenylensulfid) Ton¹) Talk²) Glimmer³)	60% 40%	60% 40%	60% 40%	60% 20% 20%	lOO⁶)
Zugfestigkeit, kPa^s) % Bruchdehnung	66 240 1,04	71760 0,8	60 375 0,54	71070 0,88	134 550 1,3
Lichtbogenbeständigkeit (Sek.)	181	178	17	182	10,8
Izod-Schlagzähigkeit 24 C⁷) Ungekerbt, 3,175 mm, Nm/m Gekerbt, 3,175 mm, Nm/m	117,6 14,4	103,1 15,5	⁴) nicht gepr. 19,2	157,1 12,8	429,3 74,8

Schneckengang (cm)

69

⁴)

nicht gepr.

') Huber Nr. 2ÖÖL.

²) Desert mineral Nr. 57.

') Marietta suzorite 20-40 Maschen.

⁴) Einige Eigenschaften wurden wegen zu niedriger Lichtbogenbeständigkeit nicht bestimml. die Mindest-Lichtbogen-

besländigkeil beträgt Tür dieses Harz 120 Sek.
') Erwünschte Mindest-Zugfestigkeit 68 988 kPa.
⁶) Für den Kontrollversuch wurde das gleiche Poly(phenylensulfid) verwendet wie bei den Massen nach der Erfindung

und den Vergleichsriassen. Es Ing aber in pelletisierter Form vor. ') ASTM ü-256.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe der aufgezählten Füllstoffe die Zugfestigkeit und die prozentuale Bruchdehnung verringern, jedoch wird durch jeden der Füllstoffe die Lichtbogenbeständigkeit des Polymeren verbessert. Der Grad der Verbesserung der Lichtbogenbeständigkeit variiert stark und hängt vom Anteil und der Art des Füllstoffes ab. Die höchste Lichtbogenbeständigkeit wurde mit den Mischungen A, B und D erreicht. Andere, in Tabelle I aufgeführte Mischungen, zeigen nur eine geringfügig verbesserte Lichtbogenbeständigkeit, die unbefriedigend ist und nicht den nach ASTM D 495-73 erforderlichen Mindestwert von 120 Sekunden erreicht

Beispiel 2

Weil Talk und Ton in Kombination mit Poly(phenylensulfid) gute Lichtbogenbeständigkeit aufweisen, wurden weitere Testreihen mit verschiedenen Anteilen dieser beiden Füllstoffe ausgeführt Die Versuche wurden nach den im Beispiel 1 genannten Verfahren Tabelle Π

durchgeführt. Die
wiedergegeben.

Ergebnisse werden nachfolgend FüllstofT Gew.-%
Talk Ton

Lichtbogen- Schmelzfluß¹)

beständigkeil, Sek, g/10 Minuten

10
15
20
25

132
183
188
193

93,6
68,1
37,4
10,7

') ASTM D-1238-74, 343 C und 5 kg Gewicht

Die Werte zeigen, daß alle Mischungen den akzeptablen Mindestwert der Lichtbogenbeständigkeit von 120 Sekunden überschreiten, daß aber die Mischungen mit 15 Gew.-% jedes Füllstoffes die beste Kombination der beiden Eigenschaften, Lichtbogenbeständigkeit und Schmelzfluß, aufweisen. Gute Schmelznußeigenschaften sind erforde?'L:h für eine gute Verarbeitbarkcit der Zusamrrsensetzurgen, insbesondere für das Spritzgießen.

Claims

Patentansprüche;

1. Lichtbogenbeständige Elektroisoliermasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein ungehärtetes oder teilweise gehärtetes Poly(arylensulfid) und als Füllstoff 20 bis 60 Gew.-°/o, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, Ton und/oder Talk enthält.

2. Elektroisoliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, mindestens eines Silans enthält

3. Elektroisoliermasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan oder die Silane Alkylsilane, Alkoxysilane oder deren Polymere sind.

4. Elektroisoliermasse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly(arylensulfid) eine inhärente Viskosität von mindestens 0,08 bei 206⁰C aufweist, wobei die Viskosität in der beschriebenen Weise gemessen wird.