DE2810773A1

DE2810773A1 - Verfahren zur herstellung von hochgefuellten giessharzformstoffen

Info

Publication number: DE2810773A1
Application number: DE19782810773
Authority: DE
Inventors: Wolfhart Dr Rer Nat Dunkel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1979-09-20

Description

Verfahren zur erstellung von hochgefüllten Gießharzformstoffen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochgefüllten Gießharzformstoffen, deren Gießharzmassen bei der Verarbeitung eine verringerte Sedimentationserscheinung aufweisen und zugleich eine gleichmäßige Verteilung des Füllstoffes im Formstoff gewährleisten.
Es ist bereits bekannt, Gießharzformstoffe herzustellen, die Füllstoffe in verschiedenen Korngrössen enthalten. Ferner sind Gießharzformstoffe bekannt, die Alischungen aus verschiedenartigen Füllstoffen enthalten.
Es ist auch bekannt, zur Erhöhung des Fiiifaktors Kombinationen verschiedener Fraktionen eines Füllstofftypes in Gießharzmassen einzusetzen, um den Ausdehnungskoeffizienten eines gefüllten Gießharzformstoffes durch einen erhöhten Füllfaktor zu erniedrigen und seine Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
Nachteilig bei der Verarbeitung derartiger, mit Füllstoff versehener Gießharzmassen ist die altftretende Sedimentation, insbesondere bei gröberen FüllstoffanteiLen.
Gröbere Füllstoffanteile werden jedoch benötigt, um z.B. bei der Verwendung von Fiillstoffsystemen mit ausgewählten Korngrößenfraktionen eine hohe Packungsdichte und damit den angestrebten hohen Füllstoffanteil zu erreichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochgefiillte Gießharzformstoffe herzustellen, deren Gießharzmassen bei der Verarbeitung eine verringerte Sedimentationserscheinung aufweisen und eine gleichmäßige Verteilung des Füllstoffes gewährleisten.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß Gießharzmassen verarbeitet werden, die Fiillstoffmischungen aus einem grobkörnigen Füllstoff niedriger Dichte in Kombination mit einem anderen, feinerkörnigen Fül].stoff höherer Dichte enthalten, Das giinstigste Verhältnis der Füllstoff-Fraktion niedriger Dichte zu der feinerkörnigen Fraktion höherer Dichte wird aus der Schiittdichte der Kombination ermittelt. Am günstigsten hat sich hierbei das Verhältnis erwiesen, bei dem die höchste Schüttdichte erreicht wird.
Für dieHerstellung solcher Füllstoffkombinationen können z.B.
als grobkörnige Fraktionen Quarzmehl, Quarzsand oder Quarzglas Anwendung finden.
Für die Feinkornfraktionen höherer Dichte können vorteilhaft z,B.
Silikate, wie Kalziumsilikat (Wollastonit) oder Aluminiumoxid, wie Tonerde, Anwendung finden.
Auch eine Kombination aus amorphem Quarzglas als grobkörnige Komponente, zusammen mit einer Fraktion aus feinkörnigem, kristallinem Quarzmehl höherer Dichte kann verwendet werden.
Darüber hinaus ist dieses Prinzip auch auf andere mineralische Füllstoffkombinationen übertragbar.
Die Füllstoffkombinationen nach der Erfindung können vorteilhaft in Gießharzmassen, insbesondere auf Epoxidharzbasis Anwendung finden, die bei einem erhöhten Füllstoffanteil in der Nasse trotzdem noch gute Verarbeitungseigenschaften besitzen.
Die gefiillten Gießharzformstoffe können vorteilhaft für die Herstellung von Elektroisolierkörpern verwendet werden, deren Isolation - bedingt durch die gleichmäßige Füllstoffverteilung -weitgehend isotrope Eigenschaften sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Hinsicht aufweisen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen erläutert: Da erfahrungsgemäß bei gleicher Dichte in einem flüssigen Medium das grobere Korn schneller als das feinere Korn sinkt, wurde davon ausgegangen, daß die Sinkgeschwindigkeit des Feinkorns an das Grobkorn angepaßt, d.h., erhöht werden muß, wenn keine Entmischung eintreten soll. Ein einfacher Weg, dieses Ziel zu erreichen, schien die Verwendung von Feinkornanteilen höherer Dichte als die des Grobkornanteils.-Die höhere Dichte sollte zu einer erhöhten Sinkgeschwindigkeit des Feinkorns führen und damit in den Bereich der Sinkgeschwindigkeit des Grobkorns niedrigerer Dichte kommen.
Ausgehend von zwei verschiedenen SiO2-Grobkorn-Varianten niedriger Dichte (# = 2,65 g/cm³) wurden als Feinkorn-Füllstoffe höherer Dichte Wollastonit ( P = 2,9 g/cm3) und Aluminiumoxid (»=3,9 g/cm3) verwendet.
Darüber hinaus wurden zum Vergleich auch Grob- und Feinkornmischungen gleicher Dichte mit untersucht, um hier die stärkere Sedimentation gegenüber den erfindungsgemäßen Mischungen hervorzuheben.
Über die experimentelle Bestimmung der maximalen Schüttdichte anhand einer Mischungsreihe wurde zunächst das günstigste Verhältnis von Grob- zu Feinkornmaterial ermittelt (vgl. Tabelle 1).
Tabelle 1 1. Grobkorn-Fraktionen Körnung Dichte Schüttdichte 1.1. Quarzsand 60-200 µm 2,65 g/cm3 1,4 g/cm3 1.2. Quarzmehl 200-300 t' 2,65 " 1,6 2. -Feinkorn-Füllstoffe-2. 1. Kalziumsilikat 99 % < 50 µm 2,9 " 1,46 " (Wollastonit) 2.2. Aluminiumoxid 95 % < 63 µm 3,8 " 1,35 " 2.3-. Quarzmehl 98 % ( 63 µm 2,65 " 1,65 Mischungs-Nr. Mischgs.Verhältnis Schüttdichte I. Quarzsand-/Wo-llastonit 66,7 : 33,3 Gew.Tl. 1,94 g/cm3 II. Quarzsand /Aluminiumoxid 69,5 : 30,5 " 1,74 III. " /Quarzmehl 66,7 : 33,3 " 1,90 IV.Quarzmehl- /Wollastonit 66,7 : 33,3 1,97 V. " /Aluminiumoxid 61,5 : 38,5 " 1,76 VI. -" /Quarzmehl 57,1 : 42,9 " 1,94 Der Füllstoffanteil in der Gießharzmasse wurde so gewählt, daß noch eine hinreichend gute Verarbeitbarkeit im konventionellen Gießverfahren möglich war. Dazu wurde als obere Viskositätsgrenze bei 80°C eine Viskosität von max. 6000 mPa.sec (cP) gewählt.
Das Sedimentationsverhalten wurde an senkrecht gehärteten Rundstäben von 17 cm Länge überprüft, indem an den Rundstäben durch Veraschung der Füllstoffgehalt in verschiedenen Zonen bestimmt wurde.
In Tabelle 2 sind di-e untersuchten Systeme, ihr theoretischer Füllstoffgehalt sowie ihr Viskositäts-Zeitverhalten zusammengestellt.
Überprüft wurde jeweils eine beschleunigte Formulierung sowie eine unbeschleunigte. Letztere wurde zunächst 6 h bei 800C gehal--ten und dann auf 1200 C- zur Ilärtung aufgeheizt.
Die Verwendung einer unbeschleunigten Masse und das Verweilen bei 800C über 6 h sollte zielgerichtet eine Sedimentationsmöglichkeit bieten. Auf diese Weise war eine kritische Beurteilung des Effektes der Reduzierung der Sedimentation möglich.
Ebenfalls aus Tabelle 2 gehen die Ergebnisse der Sedimentationsbestimmungen hervor. Die erfindungsgemäßen Füllstoffmischungen der Beispiele I, II, IV und V zeigen gegenüber den Vergleichsmischungen III und VI im Formstoff praktisch keine bzw. deutlich verringerte Sedimentationsneigung.

Die in Tabelle 2 geiiannte Gießharzmischung entspricht einem flüssigen Bisphenol-A-Diglycidyläther mit lIexahydrophtalsäure-Anhydrid als härter und einem tertiären Amin als Beschleuniger.

Füllstoffmischungen I II III IV V VI IVc

a b a b a b a b a b a b

Flüss. Disphenol-A- 100

Epoxidharz/hexahydroph- 70

talsäureanhydrid

0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5

BDMA

Füllstoff Gew.-Tl. 530 470 530 500 480 500 550

Gew. % 75,7 73,7 75,7 74,6 73,8 74,6 76,4

Anfangsviskosität

10'-Wert (mPa.s) b.80°C 5700 - 5600 - 5600 - 3500 - 5900 - 3900 - 5000

Gebrauchsdauer (min) 65 - 55 - 75 - 10 - 85 - 95 - 80

Sedimentationsbest.

Füllstoffgehalte [%]

oben 0 - 1 cm 75,2 55,5 73,0 32,7 74,2 1,3 70,9 37,1 73,6 51,2 60,3 8,7 76,1

1 - 2 cm 75,5 76,0 73,2 70,8 75,8 59,4 74,4 75,3 73,5 73,8 72,6 53,7 76,2

2 - 3 cm - 76,0 73,2 72,7 75,1 75,9 - 74,7 - 73,7 - 69,9 -

3 - 4 cm 74,7 76,0 73,1 73,3 75,5 77,1 74,4 74,5 73,5 74,0 73,4 75,7 76,2

4 - 5 cm 75,3 76,0 73,1 73,6 75,5 77,7 74,3 74,5 73,4 73,7 73,4 76,6 76,2

8 - 9 cm 75,0 76,0 73,1 74,2 75,6 78,4 74,5 71,5 73,4 75,1 73,8 78,3 76,1

5 - 16 - 76,7 73,1 76,1 75,3 78,7 - 75,6 - 76,2 - 78,2 -

16 - 17 cm 75,5 77,0 73,1 76,1 76,7 78,8 76,0 76,2 73,5 76,1 77,8 78,9 76,4

Tab. 2 :

Claims

Patentansprüche 1) Verfahren zur Herstellung von hochgefüllten Gießharzformstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß Gießharzmassen unter Formgebung verarbeitet werden, d-ie Fiillstoffmischungen aus einem grobkörnigen Füllstoff niedriger Dichte in Kombination mit einem anderen feinerkörnigen Füllstoff höherer Dichte enthalten.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gießharzmassen verarbeitet werden, die eine Füllstoffkombination aus einer grobkörnigen Quarzmehlfraktion und einer feinkörnigen Kalziumsilikatfraktion enthalten.
3).Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Quarzmehl zu Kalziumsilikat etwa 66 zu 33 Gew.% beträgt.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllstoffkombination aus grobkörnigem amorphem Quazglas zusammen.mit- einer- Fraktion aus feinkörnigem kristallinem Quarzmehl höherer Dich-te Anwendung findet.
5) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gießharzmassen flüssige Epoxidharz-Härter-Kombinationen A:riwendung finden.