EP4003954A1 - Bandbeschleuniger und verwendung davon, fester isolationswerkstoff und anhydrid-freies isolationssystem - Google Patents

Bandbeschleuniger und verwendung davon, fester isolationswerkstoff und anhydrid-freies isolationssystem

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EP4003954A1
EP4003954A1 EP20764002.0A EP20764002A EP4003954A1 EP 4003954 A1 EP4003954 A1 EP 4003954A1 EP 20764002 A EP20764002 A EP 20764002A EP 4003954 A1 EP4003954 A1 EP 4003954A1
Authority
EP
European Patent Office
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accelerator
tape
anhydride
belt
sulfonium
Prior art date
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Pending
Application number
EP20764002.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Brockschmidt
Jürgen Huber
Torsten Rossow
Dieter Schirm
Matthias ÜBLER
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Innomotics GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
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Definitions

  • the invention relates to a belt accelerator and a fes th insulation material with this belt accelerator, as it can be used to produce an anhydride-free insulation system for motors and generators - for example in the form of a winding belt insulation.
  • the invention relates to an anhydride-free insulation system which can be produced by vacuum-pressure impregnation -VPI- process.
  • Such an insulation system comprises a solid insulation material, from which the anhydride-free insulation system is produced by impregnation and / or casting with an impregnating agent and subsequent curing.
  • Rotating electrical machines include an electrical winding within a laminated core, such as a stator winding.
  • the winding is made up of electrical conductors, which may already be provided with primary insulation, and solid insulation materials as the main insulation against the laminated core. Without further measures, there is no intimate connection between the laminated core, the conductors and the main insulation, so that gaps and cavities remain. Under atmospheric conditions, these areas would be filled with air. In the case of applications in the medium and / or high voltage range, such as motors and generators or large electrical drives, this is not permitted, as partial electrical discharges in the cavities and gaps would destroy the insulation in a very short time. A resulting electrical breakdown, for example, means the failure of the electrical machine.
  • this liquid resin component is called "impregnating agent" because, in addition to the actual resin component, the impregnating resin, it can also include hardeners, catalyst (s), thinners, additives, fillers, etc.
  • the impregnating agent can also include hardeners, catalyst (s), thinners, additives, fillers, etc.
  • Particularly suitable solid insulation materials are porous insulation materials such as mica tape, insulation paper, and / or nonwovens, as well as any combinations thereof.
  • windings made of solid insulation materials are the usual state of the art technology, which by means of a vacuum pressure impregnation process -VPI - with mixtures with liquid epoxy resins and liquid, cyclic acid anhydrides be impregnated in the impregnation agent.
  • the solid insulation material is a barrier material that is glued with a tape adhesive.
  • a tape adhesive Dissolved and / or finely distributed in it is the so-called “belt accelerator", which first initiates the gelation, i.e. the formation of the pre-hardened synthetic resin and then promotes complete hardening, provided that the polymerization of the liquid impregnation agent does not itself keep going.
  • the tape adhesive serves - for example - to connect mica paper and carrier materials such as foils and / or glass fabric, whereas the proportional tape accelerator causes the low-viscosity impregnating resin to gel to the hardened synthetic resin.
  • the liquid impregnating agent penetrating into the winding made of solid insulation material removes the belt accelerator from the solid insulation material and thus causes the belt accelerator to migrate and distribute in the impregnating agent. After gelation, the impregnated winding is thermally hardened in the manufacture of the finished anhydride-free insulation system.
  • the belt accelerator is provided as a depot in the solid insulation material, the impregnation never results in a completely homogeneous distribution of the belt accelerator in the impregnating agent. Rather, there are areas of high and low belt accelerator concentration.
  • the - in particular cyclic - acid anhydrides previously contained in the impregnation agent serve as hardeners for the epoxy groups and at the same time reduce the viscosity of the impregnation agent as a whole, which is beneficial for rapid and complete impregnation of the solid insulation material.
  • a mixture of distilled bisphenol A diglycidyl ether as the impregnating resin and a methylhexahydrophthalic anhydride as the anhydride-containing hardener has established itself as an impregnating agent as an impregnating agent, both together result in a very thin liquid formulation that, in the absence of a belt accelerator, can last for a long time Has storage stability at room temperature and also at impregnation temperature.
  • the preferred belt accelerator is a compound called zinc naphthenate, which is derived from petroleum.
  • other synthetic belt accelerators are known to the person skilled in the art, such as those from EP 0424376 Bl.
  • MHHPA Methylhexahydrophthalic anhydride
  • composition of the solid insulation material for example the mica tapes
  • the coordination of tape adhesive and tape accelerator must be redesigned for the use of anhydride-free impregnation agents.
  • these belt accelerators no longer show sufficient effectiveness from concentrations of approx. 1% by weight and less, so that even after the solid insulation material has been impregnated with the impregnation agent and gelation and subsequent hardening, there are still liquid and unpolymerized parts of the impregnating resin in a quantity that prevent a resilient insulation system with only a small number of imperfections such as air bubbles from forming.
  • Table 1 shows the enthalpy of reaction of long-known anionic belt accelerators, which react with an anhydride-free impregnating agent, but in catalytic amounts of 1% by weight or less, as is always found in areas with a low concentration of belt accelerator when potting There is isolation, react too weakly.
  • reaction enthalpy of -378 Jg _1 is sufficient for a stable insulation system, but a reaction enthalpy of - 8.3 Jg _1 is no longer.
  • the proportions of impregnating agent that has not yet polymerized can be measured via DSC - differential scanning calorimetry as incomplete curing via the reaction exotherm.
  • Figures 1 and 2 show the DSC measurements for Table 1.
  • the subject matter of the present invention is a cationic belt accelerator for use in a process for the production of an insulation system by impregnation and / or encapsulation with an anhydride-free impregnation agent, which is an ionically composed compound of one or more sulfonium-containing cation (s) with one or more hexafluoroantimonate anion (s).
  • anhydride-free impregnation agent which is an ionically composed compound of one or more sulfonium-containing cation (s) with one or more hexafluoroantimonate anion (s).
  • the subject of the present invention is a cationic belt accelerator for use in a process for the production of an insulation system by potting with an anhydride-free impregnating agent, the belt accelerator being a chemical compound that falls under one of the structural formulas I, II or III:
  • FIG. 3 shows the structural formula “Structure I” of a cationic belt accelerator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the invention also relates to the use of the belt accelerator for producing an anhydride-free insulation system by impregnating the solid insulation material with an impregnating agent, the impregnating agent comprising an aromatic and / or cyclo-aliphatic impregnating resin that is anhydride-free and epoxy groups. is relevant.
  • the subject matter of the invention as an independently tradable intermediate product comprises a solid insulation material, a barrier material, a tape adhesive and a tape accelerator, the tape accelerator being a cationic tape accelerator and an ionic compound of a sulfonium-containing cation with a hexafluoroantimontium anion , such as 4-acetyloxyphenyl-dimethylsulfonium-hexafluoroantimonate - CAS-No.135691 -31-5- structure I contains. Structure i
  • the subject of the invention is an insulation system, producible by casting a solid insulation material with a belt accelerator, which is an ionogenic compound composed of a sulfonium-containing cation with a hexafluoroantimonate anion, in particular a compound according to structural formula I with an anhydride -free impregnating agent, contains.
  • a compound according to structure I is in particular a compound available commercially under the name 4-acetyloxyphenyl-dimethylsulfonium-hexafluoroantimonate.
  • a solid insulation material which, as a cationic band accelerator, contains an ionogenic compound of a sulfonium-containing cation with a hexafluoroantimonate anion, in particular the compound of structural formula I at least in large part, with an anhydride -free impregnation resin, especially epoxy resin-based, also in areas with low belt accelerator concentrations, i.e.
  • a “cationic belt accelerator” is a belt accelerator which is ionogenic and whose cation in a liquid impregnant initiates the cationic polymerization, in particular the cationic homopolymerization of an impregnating resin.
  • Heteropolar compounds are referred to as "ionogenic” compounds, the chemical reactivity of which is characterized by the presence of a cation and an anion in the compound.
  • Classical "ionogenic” compounds are salts.
  • complex structures with a cationic and anionic character are also referred to here as “ionogenic” compounds.
  • a "sulfonium-containing cation” is a cation which, in addition to the anion or anions, comprises a unit in the molecule that can be described by the simply positively charged structures II or III or by the empirical formula [SRs] + .
  • Cationic structure II is a cation which, in addition to the anion or anions, comprises a unit in the molecule that can be described by the simply positively charged structures II or III or by the empirical formula [SRs] + .
  • alkyl-aryl-sulfonium or di-alkyl-aryl-sulfonium denotes a sulfonium-containing cation in which one or two of the three radicals “R” on the sulfur atom in the sulfonium cation are alkyl groups.
  • Alkyl groups are parts of a molecule that consist of carbon and hydrogen atoms connected to one another.
  • preferred alkyl radicals are those with 1 to 12 carbon atoms, which can be branched or linear.
  • the alkyl groups are monovalently linked to the central sulfur atom.
  • one or two alkyl radicals can be present in a di-alkyl-aryl-sulfonium cation, which in turn can be identical or different.
  • aryl-alkyl-sulfonium or di-aryl-alkyl-sulfonium denotes a sulfonium-containing cation in which one or two of the three radicals “R” on the sulfur atom in the sulfonium cation are aryl groups.
  • Aryl groups are parts of a molecule that are monovalent on the carbon structure or on the sulfur atom, and have at least one aromatic nucleus, which can be partially or completely - substituted or - unsubstituted.
  • one or two aryl radicals can be present in an aryl-alkyl-sulfonium cation, which in turn can be identical or different.
  • the third radical can be any, including an alkyl group or an aryl group, completely or partially substituted or not.
  • aryl group is an organic chemical radical with an aromatic backbone. It is the name for a monovalent group of atoms derived from aromatic hydrocarbons by removing a hydrogen atom bound to the ring. Most aryl groups are derived from benzene, the simplest aryl group is the phenyl group.
  • At least one aryl group is present in the sulfonium cation.
  • At least one mononuclear aryl group for example an aryl group with an aryl structure derived from benzene, such as phenyl or benzyl, is present.
  • At least one substitution is present on a mononuclear aromatic radical of the aryl group of the sulfonium-containing cation, that is, a hydrogen is replaced on the aromatic nucleus, for example by a functional group or an alkyl group.
  • the functional group can be present with or without a hetero atom such as oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus.
  • the belt accelerator is present as a mixture of at least two cationic belt accelerators, each of which has a different sulfonium cation.
  • the anions can be the same or different.
  • hexafluoro-antimonate is provided as the anion.
  • Mixing ratios of 1000 parts of the first belt accelerator to 1 part of the second belt accelerator up to equal proportions of the first and second belt accelerator are provided.
  • 100 parts of the first belt accelerator are mixed with 1 part of the second belt accelerator.
  • 10 parts of the first belt accelerator are mixed with 1 part of the second belt accelerator.
  • the belt accelerator regardless of whether it is present as a single compound or as a mixture, preferably has a melting point in the range from 145 ° C to 165 ° C, particularly preferably in the range from 155 ° C to 160 ° C.
  • a “solid insulation material” is particularly a composite of a carrier, a barrier material, a tape adhesive and the tape accelerator. Depending on the size and shape of the barrier material, a carrier is present or not. The carrier is therefore optional.
  • An electrically insulating material is used as the barrier material, in particular one that can be glued together in the form of particles to form a flat structure such as a tape, paper or the like.
  • Mica is particularly preferred in this context because mer also combines a particularly high dielectric strength with high temperature resistance.
  • all barrier materials that are suitable for storing the belt accelerator according to the invention and for producing an insulation system after casting, impregnation and curing can be used here.
  • the barrier material is preferably at least partially in the form of platelets.
  • a carrier in the form of woven material such as glass fiber cloth, non-woven material (“non-woven”) such as e.g.
  • Fleece in particular a polyester fleece, paper and / or film before.
  • the carrier can also be perforated in the form of a film.
  • The, preferably particulate, barrier material is located in the solid insulation material on, in and / or on this carrier.
  • the solid insulation material comprises a tape adhesive in the form of a thermoplastic polyvinyl acetal and / or a polyester, for example a liquid polyester.
  • the polyester comprises hydroxyl groups and / or carboxy groups as functional units.
  • Possible polyvinyl acetals are, for example, butyraldehyde and / or acetaldehyde.
  • the epoxy-containing tape adhesives show less good properties together with the tape accelerators according to the present invention than epoxy-group-free tape adhesives.
  • the tape adhesive is, for example, in the form of a blend, so that proportions of epoxy-containing compounds together with the thermoplastic polyvinyl acetals and / or the polyesters are present, it being preferred that the properties of the thermoplastic polyvinyl acetals and / or the polyester dominate in the mixture that forms the tape adhesive.
  • the tape adhesive connects the at least one carrier and the barrier material in the solid insulation material, the insulation system. It is contained in the solid insulation material in an amount in the range from 1 to 30% by weight, preferably 2 to 15% by weight, particularly preferably 5 to 10% by weight.
  • the belt accelerator is embedded in the solid insulation material, which is present, for example, in the form of a belt, hence the term "belt accelerator”. This can be done, for example, by applying a surface.
  • the belt accelerator is embedded in the solid insulation material with an area coverage of 0.1 to 5 g / m 2 . It is preferably stored with an area application of 0.25 to 2 g / m 2 and particularly preferably with an area application of 0.5 to 1.5 g / m 2.
  • the impregnation agent essentially comprises an impregnation resin, but can also contain other components components - for example to modify the processing and / or the properties of the molding material - such as hardeners, catalysts, thinners, additives, fillers, etc. include.
  • a suitable impregnating resin in the impregnating agent contains a cationically polymerizable monomer and / or oligomer.
  • a suitable impregnating resin contains one or more anhydride-free compound (s) with oxirane and / or epoxy groups. These compound (s) can be wholly or partly aromatic, aliphatic and / or cycloaliphatic.
  • mixtures of cycloaliphatic epoxy resins with aromatic glycidyl ether epoxy resins are suitable impregnating resins for the purposes of the present invention.
  • Epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexa-carboxylate with an aromatic epoxy resin for example a bisphenol A and / or F-di-glycidyl ether.
  • a mixture of aliphatic and / or aromatic epoxy resin with at least one cyclo-aliphatic epoxy resin is used specified.
  • the mixing ratio of aliphatic and / or aromatic to cyclo-aliphatic epoxy resin can assume values in the range from 80:20 to 5:95 - each expressed as a percentage by weight.
  • Preferred mixing ratios are in the range from 50:50 to 10:90, and preferably in the range from 30:70 to 15:85.
  • the band accelerator of structure I is a band accelerator that is cationically effective.
  • the belt accelerator according to structure I is a white, crystalline solid at room temperature, the melting point of which can be determined by means of DSC. If the belt accelerator according to structure I changes and / or decomposes as a result of a temperature treatment, this would result in a lowering of the melting point.
  • Figures 4 and 5 show the results of the corresponding tests.
  • FIG. 4 shows a sample of the belt accelerator according to structure I at room temperature with a melting point of 160 ° C. known from the literature.
  • FIG. 5 shows the same sample after a temperature treatment of 168 hours at 70.degree. Melting point unchanged.
  • FIG. 6 again shows the same sample which, after the measurement that can be seen in FIG. 5, was subjected to a temperature treatment for a further 24 hours at 80.degree. Melting point still unchanged.
  • the tape accelerator according to structure I can withstand the temperature loads that occur during the production of a winding tape insulation and during the preparations for impregnation with impregnating agent, unchanged.
  • the compound withstands the temperature loads unchanged; on the other hand, an ionic compound composed of a sulfonium-containing cation with a hexafluoroantimonate anion, shown here using the example of the compound according to structure I, also retains its reactivity towards the Impregnation resin, such as the cycloaliphatic celloxide 2021P:
  • FIGS. 7 and 8 show a concentration of less than 1% by weight of belt accelerator in a typical impregnation resin, here a cycloaliphatic epoxy resin.
  • FIG. 7 shows the reactivity of the fresh strip accelerator and
  • FIG. 8 shows the reactivity in comparison therewith after a temperature treatment as in FIG. 6, i.e. the same strip accelerator after 168 hours of storage at 70 ° C and 24 hours at 80 ° C: also the reactivity, as before, the melting point of the compound used remains unchanged.
  • N- (p-methoxybenzyl) -N, N-dimethylanilinium hexafluoroantimonate is also a white, crystalline solid when fresh, like the sulfonium hexafluoroantimonate tested in FIGS. 3 to 8.
  • FIG. 9 shows the DSC measurement for determining the melting point of the fresh N- (p-methoxybenzyl) -N, N-dimethylanilinium hexafluoroantimonate. A peak at 116 ° C, which indicates the melting point, is clearly visible.
  • FIG. 10 shows the same sample after a temperature treatment of 48 hours at 70.degree. The spectrum has clearly changed, so the substance is no longer in its original state. A peak at 109 ° C proves the lowering of the melting point due to contamination.
  • FIG. 11 shows the same measurement of the same sample after a temperature treatment of 168H at 70.degree. It is clear that there is no longer any detectable melting point.
  • FIG. 12 shows sufficient reactivity of the system with the fresh N- (p-methoxybenzyl) -N, N-dimethylanilinium hexafluoroantimonate
  • the comparison with the N- (p- Methoxybenzyl) -N, N-dimethylanilinium hexafluoroantimonate turns out to be considerably less favorable in terms of reactivity and - as Figure 13 shows, the curing reaction of the belt accelerator stored for 168 hours at 70 ° C is according to the prior art, the N- (p-methoxybenzyl) -N, N- dimethylanilinium hexafluoroantimonate greatly reduced.
  • Table 2 shows the viscosities of mixtures of commercially available epoxy resins at temperatures from 50 ° C to 70 ° C:
  • FIG. 14 shows the graphic representation of Table 2. The decreasing viscosity with increasing temperature can be clearly seen.
  • the cationic belt accelerator in accordance with a preferred embodiment of the present invention is referred to herein as "SI-150", a trade name under which the compound
  • the concentration of belt accelerator By varying the concentration of belt accelerator, the impregnation resin composition and the impregnation temperature, the reactivity and / or the gel time and the sensitivity to low belt accelerator concentrations can be controlled.
  • Tables 3 to 5 show the results of setting the gel time via the belt accelerator concentration and / or the impregnating resin composition and / or the temperature.
  • FIG. 15 shows the gel times of mixtures of EP162 and C2021P at 70 ° C. as a function of the concentration of SI-150.
  • the gel time increases with increasing content of tape accelerator, but also at a very low concentration of 0.1% A clear gelation can still be seen in the belt accelerator, so that even such low concentrations of the belt accelerator according to an exemplary embodiment of the invention are sufficient to achieve a stable insulation system.
  • FIG. 16 shows the gel times at the same concentration of belt accelerator, but at different temperatures and different mixing ratios in the impregnation resin.
  • FIG. 17 shows the gel times of mixtures of 20% EP162 and 80% C2021 with different concentrations of belt accelerator as a function of temperature.
  • the reactivity and / or sensitivity of the impregnating resin mixture with the belt accelerator mixture can be adjusted via the composition of the impregnation resin. It could be shown, completely surprisingly, that with an increasing proportion of cyclo-aliphatic epoxy resin in the impregnation resin composition, the reactivity of the belt accelerator SI-150 increases even at such low concentrations Belt accelerator such as 0.001% is still hardenable.
  • FIGS. 18 to 21 show the curing reactions with various blends in the impregnating resin at belt accelerator concentrations as low as 1%, 0.1%, 0.01% and finally 0.001% of belt accelerator. It can be clearly seen in the graph above that with increasing content of cycloaliphatic epoxy resin C2021P, complete curing also occurs significantly at a content of belt accelerator of 0.001.
  • Mixtures with a proportion of 70% or more of cyclo-aliphatic epoxy resin, such as, for example, the C2021P, are particularly suitable for as complete a curing as possible in the complete mica tape insulation.
  • the tape adhesive for example, connects the particles of the mica platelets to one another to form a tape that ideally shows storage stability for at least 3 months, better still for 6 months or longer.
  • Storage stability is understood to mean that, on the one hand, there is constancy in their processing behavior. These can - for example in the case of a belt - be checked via a change in its flexural strength.
  • Aromatic glycidyl ether epoxy resins for example bisphenol A diglycidyl ether or epoxidized novolaks, are conventionally used as mica tape tape adhesives.
  • these tape adhesives are only suitable to a limited extent. This can be traced back to the storage stability of the solid insulation materials formed accordingly. The storage stability can be seen by measuring the flexural rigidity.
  • a conventional solid insulation material that has been treated with a belt accelerator according to the invention for example the SI-150, in an area application of 1 g per meter, increases its flexural strength by more than 50% after just 4 weeks at 40 ° C.
  • the bending stiffness is a measure of the workability of the solid insulation material and is desirably as small as possible - for example for the production of a winding. In general, bending stiffnesses of more than 70 to 75 N per meter are seen as borderline for processing.
  • Table 8 shows the comparison of the two mica tapes Poroband 4037 from Isovolta, once with subsequent application of SI-150, once without.
  • tape adhesives without epoxy groups such as thermoplastic polyvinyl acetals, especially when acetalized with butyraldehyde and / or acetaldehyde) and / or liquid polyesters with hydroxy and / or carboxy groups, do not show any significant edges increase in flexural rigidity with the same aftertreatment with SI-150.
  • a mixture of the polyvinyl acetal Mowital® BA55HH from Kuraray and the carboxy-functional polyester polyol Rokrapol 7075 from Robert Kraemer can be used to formulate a tape adhesive that has properties comparable to conventional epoxy-containing tape adhesives, but in combination with SI-150 shows significantly better storage stability.
  • SAN-AID SI-150 shows only an increase in flexural rigidity of 14% after storage for 4 weeks at 40 ° C. The absolute value of 70-75 N / nr 2 is also not exceeded.
  • Table 9 shows the corresponding measurement results: Table 9:
  • a further measure of the storage stability of strip accelerator-containing mica strips is the constancy of the strip accelerator activity and / or reactivity.
  • FIG. 22 shows the hardening reaction of a mixture of 20% EP162 and 80% C2021P against a mica tape with a tape accelerator application of 1 g / nr 2 of SI-150, the mica tape sample not having been thermally post-treated.
  • FIG. 23 shows the hardening reaction of a mixture of 20% EP162 and 80% C2021P against a mica tape with a tape accelerator application of 1 g / nr 2 of SI-150, the mica tape sample being stored thermally at 40 ° C. for 4 weeks.
  • the range of the band accelerator out of the mica band can be shown in a simple experiment.
  • a mica tape sample measuring 400x25mm is wound onto a 4mm thick mandrel.
  • the resulting roll is removed from the mandrel and placed in front of the curvature of the bottom of a test tube using tweezers.
  • 4.4 g of preheated impregnation resin - e.g. 70 ° C - are added.
  • the impregnating resin slowly penetrates the roll, so that the curvature of the bottom and the gusset in the roll are also filled. A resin protrusion of ⁇ 10mm remains.
  • the roll prepared in this way is then subjected to the hardening program in the convection oven and then assessed for complete hardening, especially on the bottom, gusset and protrusion as well as the roll itself.
  • SAN-AID S1-150 shows with a mixture of 20% EP162 and 80% C2021 P as impregnation resin in this test a complete hardening of the roller and all resin areas.
  • Figure 24 shows the course of the temperature-dependent loss factor tan d of an insulation system from a mica tape sample according to an embodiment of the present invention with a tape accelerator application of 1g per meter, impregnated and soaked with an impregnating agent, a mixture of 20% EP162 and 80 % C2021P comprising after a final curing of 10 hours at 145 ° C.
  • the invention provides for the first time a solid insulation material with a tape accelerator and, optionally, a suitable tape adhesive, which can be quickly and completely treated with anhydride-free impregnating agent, even in areas with little tape accelerator, under the conditions of vacuum pressure, for example.
  • Impregnation -VPI - provides a stable insulation system with a low number of imperfections.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bandbeschleuniger und einen festen Isolationswerkstoff mit diesem Bandbeschleuniger, wie er zur Herstellung eines Anhydrid-freien Isolationssystems für Motoren und Generatoren – beispielsweise in Form einer Wickelbandisolierung - einsetzbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein durch Vakuum-Druck-Imprägnierung -VPI-Verfahren - herstellbares, Anhydrid-freies Isolationssystem. Ein derartiges Isolationssystem umfasst einen festen Isolationswerkstoff, aus dem durch Imprägnieren und/oder Verguss mit einem Imprägniermittel und anschließender Aushärtung das Anhydrid-freie Isolationssystem hergestellt wird. Durch die Erfindung wird erstmals ein fester Isolationswerkstoff mit Bandbeschleuniger und optional dazu passendem Bandkleber zur Verfügung gestellt, der mit Anhydrid-freien Im-prägniermittel schnell, vollständig, auch in Bandbeschleunigerarmen Bereichen, unter den Bedingungen beispielsweise der Vakuum-Druck-Imprägnierung, ein stabiles Isolationssystem liefert.

Description

Beschreibung
Bandbeschleuniger und Verwendung davon, Fester Isolations werkstoff und Anhydrid-freies Isolationssystem
Die Erfindung betrifft einen Bandbeschleuniger und einen fes ten Isolationswerkstoff mit diesem Bandbeschleuniger, wie er zur Herstellung eines Anhydrid-freien Isolationssystems für Motoren und Generatoren - beispielsweise in Form einer Wi ckelbandisolierung - einsetzbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein durch Vakuum-Druck-Imprägnierung -VPI- Verfahren - herstellbares, Anhydrid-freies Isolationssystem. Ein derartiges Isolationssystem umfasst einen festen Isolati onswerkstoff, aus dem durch Imprägnieren und/oder Verguss mit einem Imprägniermittel und anschließender Aushärtung das An hydrid-freie Isolationssystem hergestellt wird.
Rotierende elektrische Maschinen umfassen eine elektrische Wicklung innerhalb eines Blechpakets, wie beispielsweise eine Statorwicklung. Die Wicklung setzt sich aus elektrischen Lei tern, die gegebenenfalls bereits mit einer Primärisolation versehen sind und festen Isolationswerkstoffen als Hauptiso lation gegenüber dem Blechpaket zusammen. Ohne weitere Maß nahmen gibt es zwischen dem Blechpaket, den Leitern und der Hauptisolation keine innige Verbindung, so dass Spalten und Hohlräume verbleiben. Diese Bereiche wären bei atmosphäri schen Bedingungen mit Luft gefüllt. Bei Anwendungen im Mittel - und/oder Hochspannungsbereich wie beispielsweise bei Moto ren und Generatoren oder großen elektrischen Antrieben, ist dies nicht zulässig, da elektrische Teilentladungen in den Hohlräumen und Spalten die Isolation in kürzester Zeit zer stören würden. Ein beispielsweise resultierender elektrischer Durchschlag bedeutet den Ausfall der elektrischen Maschine.
Deshalb wird zur Herstellung des Isolationssystems eine mög lichst Blasen-freie innige Verbindung zwischen dem Blechpa ket, den Leitern und der Hauptisolation angestrebt. Diese wird in der Regel durch Einsatz von festem Isolationswerk- Stoff, der eine Wicklung bildet und nachfolgender Imprägnie rung mit einem so genannten Tränk- und/oder Imprägnierharz, weil es den festen Isolationswerkstoff durchtränkt und/oder imprägniert .
Vorliegend wird diese flüssige Harzkomponente „Imprägniermit tel" genannt, da sie neben der eigentlichen Harzkomponente, dem Imprägnierharz, noch Härter, Katalysator(en), Verdünner, Additive, Füllstoffe etc. umfassen kann. Durch den Verguss, insbesondere auch das Durchtränken und Imprägnieren des fes ten Isolationswerkstoffes in dem Blechpaket mit diesem Im prägniermittel können Fehlstellen minimiert werden.
Als feste Isolationswerkstoffe eignen sich insbesondere porö se Isolationswerkstoffe wie beispielsweise Glimmerband, Iso lationspapier, und/oder Vliesstoffe, sowie beliebige Kombina tionen daraus.
Für die Isolation von rotierenden elektrischen Maschinen im Mittel- und/oder Hochspannungsbereich sind Wicklungen aus festen Isolationswerkstoffen bisher üblicher Stand der Tech nik, welche mittels eines Vakuum-Druck-Imprägnier-Verfahrens -VPI - mit Mischungen mit flüssigen Epoxidharzen und flüssi gen, cyclischen Säureanhydriden im Imprägniermittel impräg niert werden.
Den festen Isolationswerkstoff bildet neben einem optional vorhandenen Grundgerüst, wie einem Gewebe aus Verstärkungsfa sern, ein Barrierewerkstoff, der mit einem Bandkleber ver klebt ist. Darin gelöst und/oder feinstverteilt befindet sich der so genannte „Bandbeschleuniger", der zunächst die Gelie rung, also die Bildung des Vor-gehärteten Kunstharzes initi iert und dann die Durchhärtung begünstigt, soweit sich die Polymerisation des flüssigen Imprägniermittels nicht selbst in Gange hält. Der Bandkleber dient dabei - beispielsweise - der Verbindung von Glimmerpapier und Trägermaterialien wie Folien und/oder Glasgewebe, wohingegen der anteilige Bandbeschleuniger die Gelierung des dünnflüssigen Imprägnierharzes zum vor gehärteten Kunstharz bewirkt. Hierzu löst das in die Wicklung aus festem Isolationswerkstoff eindringende flüssige Impräg niermittel den Bandbeschleuniger aus dem festen Isolations werkstoff heraus und bewirkt somit eine Migration und Vertei lung des Bandbeschleunigers im Imprägniermittel. Nach dem Ge lieren findet bei der Herstellung des fertigen Anhydrid freien Isolationssystems die thermische Härtung der impräg nierten Wicklung statt.
Da der Bandbeschleuniger im festen Isolationswerkstoff als Depot vorgelegt ist, kommt es aber bei der Imprägnierung nie zu einer komplett homogenen Verteilung des Bandbeschleunigers Im Imprägniermittel. Vielmehr gibt es Bereiche hoher und niedriger Bandbeschleuniger-Konzentration.
Die im Imprägniermittel bislang enthaltenen - insbesondere cyclischen - Säureanhydride dienen einerseits als Härter für die Epoxidgruppen und setzen gleichzeitig die Viskosität des Imprägniermittel als Ganzes herab, was einer zügigen und vollständigen Imprägnierung des festen Isolationswerkstoffes zu Gute kommt.
Als industrieller Standard in elektrischen Maschinen hat sich als Imprägniermittel eine Mischung aus destilliertem Bi- sphenol-A-Diglycidylether als Imprägnierharz und ein Methylhexahydrophthalsäureanhydrid als Anhydrid-haltiger Här ter etabliert, beide ergeben zusammen eine sehr dünnflüssige Formulierung, die in Abwesenheit von Bandbeschleuniger eine gewünscht lange Lagerstabilität bei Raumtemperatur und auch bei Imprägniertemperatur aufweist. Diese lange Lagerstabili tät zeigt sich beispielsweise in einer Verdopplung der dyna mischen Anfangsviskosität erst nach mehreren Wochen, jedoch bei Anwesenheit von katalytisch wirksamen Verbindungen, wie sie beispielsweise die Bandbeschleuniger sind, die im festen Isolationswerkstoff deponiert vorliegen, reagiert die Mi schung im Imprägniermittel rasch zum Hochpolymeren.
Herkömmlich, nach dem Stand der Technik ist der bevorzugte Bandbeschleuniger eine Verbindung namens Zinknaphthenat, wel ches aus Erdöl gewonnen wird. Aber auch andere synthetische Bandbeschleuniger sind dem Fachmann bekannt, wie beispiels weise solche aus der EP 0424376 Bl.
Die cyclischen Säureanhydride im Imprägniermittel sind aber sensibilisierend wirkende Verbindungen, speziell atemwegssen- sibilisierend . Dies stellt deren uneingeschränkte Verwendbar keit künftig im Allgemeinen in Frage. Das Methylhexahydroph- thalsäureanhydrid (MHHPA) im speziellen wird aufgrund seiner atemwegssensibilisierenden Eigenschaft seit 12/2012 als Kan didat der für eine Zulassung in Frage kommenden besonders be sorgniserregenden Stoffe nach der REACh-Verordnung gehandelt.
Die Entwicklung gänzlich Anhydrid-freier Isolationssysteme für rotierende elektrische Generatoren und Maschinen im Hoch spannungsbereich ist somit von großem wirtschaftlichem Inte resse.
Die Verwendung von Anhydrid-freien Imprägniermitteln auf Epo xidharz-Basis für die Imprägnierung von rotierenden elektri schen Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich bedarf aber einer Neuentwicklung des Isolationssystems im Ganzen.
Speziell die Komposition des festen Isolationswerkstoffes, also beispielsweise der Glimmerbänder, und die Abstimmung von Bandkleber zu Bandbeschleuniger sind für den Einsatz Anhyd rid-freier Imprägniermittel neu zu gestalten.
Aus den EP 3227893, EP 3298611 und der WO 2017153113 sind be reits feste Isolationswerkstoffe bekannt, die mit Anhydrid freien Imprägnierharzen auf Epoxidharz-Basis zu Isolations systemen abreagieren. Auch sind aus der EP 3245063 Bandkleber für feste Isolationswerkstoffe zur Imprägnierung mit Anhyd rid-freien Imprägniermitteln bekannt.
Nachteilig an den bislang bekannten Systemen ist jedoch, dass die Bandbeschleuniger/Bandkleber/Imprägniermittel-Mischungen eine zu niedrige Reaktivität und damit unvollständige Härtung in den Bereichen der Wicklung mit geringen Konzentrationen an Bandbeschleunigern zeigen.
Insbesondere zeigen diese Bandbeschleuniger ab Konzentratio nen von ca. 1 Gew% und weniger keine ausreichende Wirksamkeit mehr, so dass auch nach erfolgter Imprägnierung des festen Isolationswerkstoffes mit dem Imprägniermittel und Gelierung und nachfolgender Härtung noch flüssige und nicht polymeri sierte Teile des Imprägnierharzes in einer Menge vorliegen, die verhindern, dass sich ein belastbares Isolationssystem mit einer nur geringen Anzahl an Fehlstellen wie Luftblasen, ausbildet.
Tabelle 1 zeigt als Beispiel die Reaktionsenthalpie von bis lang bekannten anionischen Bandbeschleunigern, die zwar mit einem Anhydrid-freien Imprägniermittel reagieren, allerdings in katalytischen Mengen von 1 Gew% oder weniger, wie sie in Bereichen mit geringer Konzentration an Bandbeschleuniger beim Verguss immer in Teilbereichen der Isolation vorliegen, zu schwach reagieren.
Eine Reaktionsenthalpie von -378 Jg_1 ist für ein stabiles Isolationssystem ausreichend, eine Reaktionsenthalpie von - 8,3 Jg_1 jedoch nicht mehr. Die Anteile an noch nicht polymerisiertem Imprägniermittel lassen sich über DSC - Differential Scanning Calorimetry als unvollständige Härtung über die Reaktionsexothermie messen.
Die Figuren 1 und 2 zeigen die DSC Messungen zur Tabelle 1.
Es sind bereits besser wirksame Bandbeschleuniger, insbeson dere kationisch wirkende, also so genannte kationische Band beschleuniger, beispielsweise auf Basis quartärer Ammonium verbindungen, bekannt, diese haben jedoch den Nachteil, dass sie die Temperaturerhöhungen gegenüber Raumtemperatur, die bei der Wicklung und/oder der Herstellung des festen Isolati onswerkstoffes mit eingelagertem Bandbeschleuniger auftreten, nicht unbeschadet überstehen.
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bandbeschleuniger zur Einlagerung in einem festen Isolations werkstoff mit Bandkleber zur Verfügung zu stellen, der sich zur Ausbildung eines Isolationssystems mit einem Anhydrid freien Imprägniermittel eignet. Dabei ist insbesondere wich tig, dass der Bandbeschleuniger im festen Isolationswerkstoff deponiert während des Imprägnier-Verfahrens eine ausreichende Wirksamkeit als Bandbeschleuniger in Bereichen der Wicklung mit niedriger Bandbeschleunigerkonzentration zeigt.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung, wie er in der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein kationischer Bandbeschleuniger zur Verwendung in einem Pro zess zur Herstellung eines Isolationssystems durch Imprägnie ren und/oder Verguss mit einem Anhydrid-freien Imprägniermit tel, der eine ionogen aufgebaute Verbindung aus einem oder mehreren Sulfonium-haltigen Kation (en) mit einem oder mehre ren Hexafluoroantimonat-Anion (en) enthält. Insbesondere ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein kationischer Bandbeschleuniger zur Verwendung in einem Pro zess zur Herstellung eines Isolationssystems durch Verguss mit einem Anhydrid-freien Imprägniermittel, wobei der Bandbe schleuniger eine chemische Verbindung, die unter eine der Strukturformeln I, II oder III fällt, ist:
Struktur I
Figur 3 zeigt die Strukturformel „Struktur I" eines kationi schen Bandbeschleunigers gemäß einem bevorzugten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung des Bandbeschleunigers zur Herstellung eines Anhydrid-freien Iso lationssystems durch Imprägnieren des festen Isolationswerk stoffes mit einem Imprägniermittel, wobei das Imprägniermit tel ein aromatisches und/oder cyclo-aliphatisches Imprägnier harz umfasst, das Anhydrid-frei und Epoxidgruppen-haltig ist.
Deswegen ist Gegenstand der Erfindung als selbständig handel bares Zwischenprodukt ein fester Isolationswerkstoff, einen Barrierewerkstoff, einen Bandkleber und einen Bandbeschleuni ger umfassend, wobei der Bandbeschleuniger ein kationischer Bandbeschleuniger ist und eine ionogen aufgebaute Verbindung aus einem Sulfonium-haltigen Kation mit einem Hexafluoroanti- monat-Anion, wie beispielsweise das 4-Acetyloxyphenyl- dimethylsulfonium-hexafluoroantimonat - CAS-Nr.135691 -31 -5- Struktur I, enthält. Struktur I
Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Isolationssys- tem, herstellbar durch Verguss eines festen Isolationswerk stoffes mit einem Bandbeschleuniger, der eine ionogen aufge baute Verbindung aus einem Sulfonium-haltigen Kation mit ei nem Hexafluoroantimonat-Anion, insbesondere eine Verbindung gemäß der Strukturformel I mit einem Anhydrid-freien Impräg niermittel, enthält.
Eine Verbindung gemäß der Struktur I ist insbesondere eine im Handel unter dem Namen 4-Acetyloxyphenyl-dimethylsulfonium- hexafluoroantimonat erhältliche Verbindung.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass ein fester Isolationswerkstoff, der als kationischen Bandbeschleuniger, der eine ionogen aufgebaute Verbindung aus einem Sulfonium- haltigen Kation mit einem Hexafluoroantimonat-Anion enthält, insbesondere die Verbindung der Strukturformel I zumindest in großen Teilen enthält, mit einem Anhydrid-freien Imprägnier harz, insbesondere auf Epoxidharz-Basis, auch in Bereichen mit geringer Bandbeschleunigerkonzentrationen, also in Berei chen mit Bandbeschleunigerkonzentrationen von 1 Gew% oder we niger, soweit abreagiert, dass das Anhydrid-freie Imprägnier harz auf Epoxidharzbasis zur Herstellung des Isolationssys tems während des Vergusses ausreichend geliert und/oder här tet, so dass ein ausreichend stabiles Isolationssystem mit einer tolerierbaren Anzahl an Fehlstellen, in den bewährten VPI-Herstellungsprozessen und dazugehörigen VPI-Anlagen her stellbar ist. Ein mit dem erfindungsgemäßen Bandbeschleuniger herstellbares Isolationssystem ist von den Fehlstellen her vergleichbar mit den herkömmlichen, durch Anhydrid-haltige Imprägniermittel herstellbaren Isolationssystemen nach dem Stand der Technik.
Als „kationischer Bandbeschleuniger" wird ein Bandbeschleuni ger bezeichnet, der ionogen aufgebaut ist und dessen Kation in einem flüssigen Imprägniermittel die kationische Polymeri sation, insbesondere die kationische Homopolymerisation eines vorgelegten Imprägnierharzes initiiert.
Als „ionogen" aufgebaute Verbindung werden heteropolare Ver bindungen bezeichnet, deren chemische Reaktivität vom Vorlie gen eines Kations und eines Anions in der Verbindung geprägt sind. Klassische „ionogen" vorliegende Verbindungen sind Sal ze. Aber auch komplexe Strukturen mit kationischem und anio nischem Charakter werden vorliegend als „ionogen" aufgebaute Verbindungen bezeichnet.
Ein „Sulfonium-haltiges Kation" ist ein Kation, das im Mole kül neben dem Anion oder den Anionen eine Einheit umfasst, die durch die einfach positiv geladenen Strukturen II oder III oder durch die Summenformel [SRs]+ zu beschreiben ist. Kationische Struktur II
Ar r Alkyl
Di-Aryl-Alkyl-Sulfonium Kationische Struktur III
Ar
Alkyl
Di-Alkyl-Aryl-Sulfonium
Als „Alkyl-Aryl-Sulfonium oder Di-Alkyl-Aryl-Sulfonium" wird dabei ein Sulfonium-haltiges Kation bezeichnet, bei dem ein oder zwei der drei Reste „R" am Schwefel-Atom im Sulfonium- Kation Alkylgruppen sind. Alkylgruppen sind Teile eines Mole- küls, die aus miteinander verbundenen Kohlenstoff- und Was serstoff-Atomen bestehen. Im Sinne der Erfindung sind bevor zugte Alkylreste solche mit 1 bis 12 C-Atomen, die verzweigt oder linear vorliegen können. Die Alkylgruppen sind dabei einwertig mit dem zentralen Schwefelatom verbunden.
Gemäß der Erfindung können bei einem Di-Alkyl-Aryl-Sulfonium- Kation ein oder zwei Alkylreste vorliegen, die ihrerseits gleich oder verschieden sein können. Als „Aryl-Alkyl-Sulfonium oder Di-Aryl-Alkyl-Sulfonium" wird dabei ein Sulfonium-haltiges Kation bezeichnet, bei dem ein oder zwei der drei Reste „R" am Schwefel-Atom im Sulfonium- Kation Arylgruppen sind. Arylgruppen sind Teile eines Mole küls, die einwertig an dem Kohlenstoff-Gerüst, respektive am Schwefelatom, hängen und zumindest einen aromatischen Kern, der teilweise oder ganz - substituiert oder - unsubstituiert, sein kann, haben. Gemäß der Erfindung können bei einem Aryl-Alkyl-Sulfonium- Kation ein oder zwei Arylreste vorliegen, die ihrerseits gleich oder verschieden sein können.
Der dritte Rest kann dabei beliebig, also auch eine Alkyl gruppe oder eine Arylgruppe, ganz oder teilweise substituiert oder nicht, sein.
Eine Arylgruppe ist ein organisch-chemischer Rest mit einem aromatischen Grundgerüst. Es ist die Bezeichnung für eine einwertige Atomgruppe, die sich von aromatischen Kohlenwas serstoffen durch Entzug eines an den Ring gebundenen Wasser stoffatoms ableiten. Die meisten Arylgruppen leiten sich vom Benzol ab, die einfachste Arylgruppe ist die Phenylgruppe.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt im Sulfonium- Kation zumindest eine Arylgruppe vor.
Dabei ist bevorzugt, wenn zumindest eine einkernige Arylgrup pe, also beispielsweise eine Arylgruppe mit einer von Benzol abgeleiteten Aryl-Struktur, wie beispielsweise Phenyl- oder Benzyl-, vorliegt.
Insbesondere ist auch bevorzugt, wenn an einem einkernigen aromatischen Rest der Arylgruppe des Sulfonium-haltigen Kati ons zumindest eine Substitution vorliegt, also ein Wasser stoff am aromatischen Kern ersetzt ist, beispielsweise durch eine funktionelle Gruppe oder eine Alkylgruppe.
Die funktionelle Gruppe kann dabei mit oder ohne Heteroatom wie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor vorliegen.
Besonders bevorzugt ist eine Arylgruppe, bei dem ein Wasser stoff am aromatischen Kern durch eine Acetyloxy-gruppe, er setzt ist. Des Weiteren ist besonders bevorzugt, dass als Bandbeschleu niger ein Sulfonium-haltiges Kation kombiniert mit einem He- xafluoroantimonat-Anion vorliegt.
Nach einer Ausführungsform liegt im Wesentlichen eine Verbin dung als kationischer Bandbeschleuniger vor.
Nach einer anderen Ausführungsform liegt der Bandbeschleuni ger als Mischung zumindest zweier kationischer Bandbeschleu niger, die jeweils ein anderes Sulfonium-Kation haben, vor. Die Anionen können gleich oder verschieden sein. Insbesondere ist als Anion Hexafluoro-Antimonat vorgesehen.
Dabei sind Mischungsverhältnisse von 1000 Anteile erster Bandbeschleuniger zu 1 Anteil zweiter Bandbeschleuniger bis zu gleichen Anteilen erster und zweiter Bandbeschleuniger, vorgesehen. Bevorzugt liegen 100 Anteile vom ersten Bandbe schleuniger gemischt mit 1 Anteil vom zweiten Bandbeschleuni ger vor. Insbesondere bevorzugt liegen 10 Anteile vom ersten Bandbeschleuniger gemischt mit 1 Anteil vom zweiten Bandbe schleuniger vor.
Der Bandbeschleuniger, egal ob als Einzel-Verbindung oder als Mischung vorliegend, hat bevorzugt einen Schmelzpunkt im Be reich von 145°C bis 165°C, insbesondere bevorzugt im Bereich von 155°C bis 160°C.
Als „Fester Isolationswerkstoff" wird insbesondere ein Ver bund aus einem Träger, einem Barrierewerkstoff, einem Band kleber und dem Bandbeschleuniger bezeichnet. Je nach Größe und Form des Barrierewerkstoffes liegt ein Träger vor oder nicht. Der Träger ist damit optional.
Als Barrierewerkstoff wird ein elektrisch isolierender Werk stoff eingesetzt, insbesondere einer der sich in Form von Partikel zu einem flächigen Gebilde, wie beispielsweise einem Band, einem Papier oder ähnliches, verkleben lässt. Insbeson dere bevorzugt ist Glimmer in diesem Zusammenhang, weil Glim- mer auch eine besonders hohe Durchschlagsfestigkeit mit hoher Temperaturbeständigkeit vereint. Aber alle Barrierewerkstof fe, die zur Einlagerung des Bandbeschleunigers nach der Er findung und zur Herstellung eines Isolationssystems nach Ver guss, Imprägnierung und Aushärtung geeignet sind, können hier eingesetzt werden.
Der Barrierewerkstoff liegt bevorzugt zumindest zum Teil plättchenförmig vor.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform liegt im festen Iso lationswerkstoff ein Träger in Form von Gewebtem, wie z.B. Glasfasergewebe, nicht Gewebtem („non-woven"), wie z.B.
Vlies, insbesondere ein Polyestervlies, Papier und/oder Folie vor. Dabei kann der Träger in Form einer Folie auch perfo riert sein.
An, in und/oder auf diesem Träger befindet sich im festen Isolationswerkstoff der, bevorzugt partikelförmige, Barriere werkstoff.
Nach einer Ausführungsform liegt im festen Isolationswerk stoff ein Bandkleber in Form eines Glycidyl-ether-epoxid- Harzes vor. Insbesondere bevorzugt ist dabei, wenn das Gly- cidyl-ether-epoxid-Harz mit Repetiereinheiten von n = 0 bis n = 50, bevorzugt von n = 1 bis n = 30, besonders bevorzugt von n = 2 bis n = 18 vorliegt. Der Bandkleber kann auch Epoxy- Novolak und/oder Epoxy-Phenol-Novolake umfassen, insbesondere in solchen mit Repetiereinheiten von n= 0,1 bis n = 8, vor.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der feste Isolationswerkstoff einen Bandkleber in Form eines thermoplastischen Polyvinylacetals und/oder eines Polyesters, beispielsweise eines flüssigen Polyesters vor. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Polyes ter Hydroxygruppen und/oder Carboxy-gruppen als funktionelle Einheiten.
Mögliche Polyvinylacetale sind beispielsweise Butyraldehyd und/oder Acetaldehyd.
Grundsätzlich zeigen die epoxid-haltigen Bandkleber weniger gute Eigenschaften zusammen mit den Bandbeschleunigern gemäß der vorliegenden Erfindung als Epoxidgruppen-freie Bandkle ber. Der Bandkleber liegt beispielsweise in Form einer Abmi schung vor, so dass Anteile an Epoxidgruppenhaltigen Verbin dungen zusammen mit den thermoplastischen Polyvinylacetale und/oder die Polyester vorliegen, wobei bevorzugt ist, dass die Eigenschaften der thermoplastischen Polyvinylacetale und/oder der Polyester in der Abmischung, die den Bandkleber bildet, dominieren.
Der Bandkleber verbindet den zumindest einen Träger und den Barrierewerkstoff im festen Isolationswerkstoff, des Isolati onssystems. Er ist im festen Isolationswerkstoff in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew%, bevorzugt 2 bis 15 Gew%, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew% enthalten.
Der Bandbeschleuniger wird in den festen Isolationswerkstoff, der beispielsweise in Form eines Bandes, daher auch der Be griff „Bandbeschleuniger" vorliegt, eingelagert. Dies kann beispielsweise per Flächenauftrag erfolgen.
Beispielsweise wird der Bandbeschleuniger in den festen Iso lationswerkstoff mit einem Flächenauftrag von 0,1 bis 5g/m2 eingelagert. Bevorzugt wird er mit einem Flächenauftrag von 0,25 bis 2g/m2 und insbesondere bevorzugt mit einem Flächen auftrag von 0,5 bis 1,5 g/m2 eingelagert.
Wie oben bereits erwähnt umfasst das Imprägniermittel im We sentlichen ein Imprägnierharz, kann aber noch weitere Kompo- nenten - beispielsweise zur Modifizierung der Verarbeitungs und/oder der Formstoffeigenschaften -, wie Härter, Katalysa tor, Verdünner, Additiv, Füllstoff etc. umfassen.
Ein geeignetes Imprägnierharz im Imprägniermittel enthält ein kationisch polymerisierbares Monomer und/oder Oligomer. Ins besondere enthält ein geeignetes Imprägnierharz eine oder mehrere Anhydrid-freie Verbindung(en) mit Oxiran- und/oder Epoxidgruppen. Diese Verbindung(en) können ganz oder teilwei se aromatisch, aliphatisch und/oder cycloaliphatisch vorlie gen.
Beispielhaft seien die folgenden Verbindungen als geeignete Imprägnierharze allein oder in Mischungen, polymeren Blends und Copolymeren, genannt:
- Epoxidharz, insbesondere Bisphenol-A- und/oder Bi- sphenol-F- Epoxidharz,
- Novolake
- Aliphatische Epoxidharze
- Cycloaliphatische Epoxidharze
- Glycidylether und/oder Glycidylester-Verbindung(en) der vorgenannten Harze und
- Beliebige Gemische, Blends, Copolymere der vorgenannten Harze .
Insbesondere Abmischungen aus cycloaliphatischen Epoxidharzen mit aromatischen Glycidylether-Epoxidharzen sind geeignete Imprägnierharze im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform liegt als Impräg nierharz ein Gemisch aus zumindest einem 3,4-
Epoxycyclohexylmethyl-3 ',4'-epoxycyclohexa-carboxylat mit ei nem aromatischen Epoxidharz, beispielsweise einem Bisphenol- A- und/oder -F-di-glycidyl-ether, vor.
Als Beispiel für eine Formulierung eines Imprägnierharzes wird ein Gemisch aus aliphatischem und/oder aromatischem Epo xidharz mit zumindest einem cyclo-aliphatischen Epoxidharz angegeben. Dabei kann das Mischungsverhältnis von aliphati schem und/oder aromatischem zu cyclo-aliphatischem Epoxidharz Werte im Bereich von 80 zu 20 bis 5 zu 95 - jeweils ausge drückt in Masseanteilen, annehmen. Bevorzugte Mischungsver hältnisse liegen dabei im Bereich von 50:50 bis 10:90, und bevorzugt im Bereich von 30:70 bis 15:85.
Die Vorteile eines Bandbeschleunigers nach der Erfindung im Zusammenhang mit einem Anhydrid-freien Imprägniermittel wer den im Folgenden noch Anhand von Figuren, die Messungen an beispielhaften Bandbeschleunigern gemäß der vorliegenden Er findungen, auch im Vergleich zu Verbindungen nach dem Stand der Technik auch im Zusammenhang mit Anhydrid-freien Impräg niermitteln, zeigen.
Das Ausmaß der Reaktivität eines Bandbeschleunigers mit der Strukturformel I in Bereichen geringer Bandbeschleuniger- Konzentrationen während des Vergusses ist auch über DSC- Messungen, wie im Folgenden gezeigt wird, nachweisbar.
Zur thermischen Stabilität des Bandbeschleunigers gemäß Struktur I.
Der Bandbeschleuniger der Struktur I ist, ein Bandbeschleuni ger, der kationisch wirksam ist.
Es sind bereits kationisch wirksame Bandbeschleuniger, bei spielsweise auf Basis quartärer Ammoniumverbindungen, be kannt, diese haben jedoch den Nachteil geringer thermischer Stabilität, auch bei Temperaturen weit unter 100°C, also merkliche Zersetzung bei Verarbeitungstemperaturen von 50°C bis 70°C. Dies ist für den Einsatz bei der Herstellung von Isolationssystemen generell zumindest nachteilig, weil bei der Herstellung des festen Isolationswerkstoffes und auch beim Aufwärmen des Leiters vor der Druck-Imprägnierung und vor der Berührung mit dem Imprägniermittel Temperaturen von um die 70°C auftreten können. Demgegenüber weist der Bandbeschleuniger gemäß Struktur I den Vorteil auf, dass er auch nach einer Temperaturbehandlung von 168h bei 70°C keine wesentliche Veränderung zeigt. Dies kann auch wieder über DSC-Messungen nachgewiesen werden. Der Band beschleuniger gemäß Struktur I ist bei Raumtemperatur ein weißer, kristalliner Feststoff, dessen Schmelzpunkt mittels DSC bestimmt werden kann. Wenn sich der Bandbeschleuniger ge mäß Struktur I durch eine Temperaturbehandlung verändert und/oder zersetzt hätte dies eine Schmelzpunkt-Erniedrigung zur Folge.
Die Figuren 4 und 5 zeigen die Ergebnisse der entsprechenden Tests.
Figur 4 zeigt eine Probe des Bandbeschleunigers gemäß Struk tur I bei Raumtemperatur mit literaturbekanntem Schmelzpunkt von 160°C.
Figur 5 zeigt die gleiche Probe nach einer Temperaturbehand lung von 168 Stunden bei 70°C. Schmelzpunkt unverändert.
Figur 6 zeigt wieder die gleiche Probe, die nach der Messung, die in Figur 5 zu sehen ist, um noch weitere 24 h bei 80°C einer Temperaturbehandlung ausgesetzt wurde. Schmelzpunkt im mer noch unverändert.
Wie die Figuren 4 bis 6 eindrucksvoll zeigen, kann der Band beschleuniger gemäß Struktur I die Temperaturbelastungen, die während der Herstellung einer Wickelbandisolation und während der Vorbereitungen zur Imprägnierung mit Imprägniermittel auftreten, unverändert aushalten.
Zum einen hält die Verbindung die Temperaturbelastungen un verändert aus, zum zweiten behält eine ionogen aufgebaute Verbindung aus einem Sulfonium-haltigen Kation mit einem He- xafluoroantimonat-Anion, hier am Beispiel der Verbindung ge mäß Struktur I gezeigt, auch ihre Reaktivität gegenüber dem Imprägnierharz, wie beispielsweise dem cycloaliphatischen Celloxide 2021P:
Figuren 7 und 8 zeigen eine Konzentration von kleiner lGew% an Bandbeschleuniger in einem typischen Imprägnierharz, hier einem cycloaliphatischen Epoxidharz. Figur 7 zeigt dabei die Reaktivität des frischen Bandbeschleunigers und Figur 8 zeigt die Reaktivität im Vergleich dazu nach einer Temperaturbe handlung wie Figur 6, also den gleichen Bandbeschleuniger nach 168 Stunden Lagerung bei 70°C und 24 Stunden bei 80°C: Auch die Reaktivität, wie vorher schon der Schmelzpunkt der eingesetzten Verbindung bleiben unverändert.
Zum Vergleich wurden die gleichen Tests mit einem quartären Ammonium-Hexafluoroantimonat als Bandbeschleuniger gemacht.
Das N-(p-Methoxybenzyl)-N,N-dimethylanilinium hexafluoroanti monat ist in frischem Zustand ebenfalls ein weißer, kristal liner Feststoff, wie das in den Figuren 3 bis 8 getestete Sulfonium-hexafluoroantimonat .
Figur 9 zeigt die DSC-Messung zur Schmelzpunktbestimmung des frischen N-(p-Methoxybenzyl)-N,N-dimethylanilinium hexafluo- roantimonats . Klar erkennbar ist ein Peak bei 116°C, der den Schmelzpunkt angibt.
Figur 10 zeigt die gleiche Probe nach einer Temperaturbehand lung von 48 Stunden bei 70°C. Ganz klar hat sich das Spektrum verändert, also liegt auch die Substanz nicht mehr in ihrem Ausgangszustand vor. Ein Peak bei 109°C beweist die Schmelz punkts-Erniedrigung durch Verunreinigung. Figur 11 zeigt die gleiche Messung der gleichen Probe nach einer Temperaturbe handlung von 168H bei 70°C. Ganz klar ist kein Schmelzpunkt mehr erkennbar.
Zum Vergleich mit den Figuren 7 und 8 wurde auch die Reakti vität der Vergleichsprobe des Standes der Technik, dem N-(p- Methoxybenzyl)-N,N-dimethylanilinium hexafluoroantimonat ge- genüber dem cycloaliphatischen Epoxidharz dem Celloxide 2021P, wie bei den Tests, die in Figuren 7 und 8 dargestellt sind, vermessen.
Das Ergebnis ist wieder ganz eindeutig, weil Figur 12 eine ausreichende Reaktivität des Systems mit dem frischen N-(p- Methoxybenzyl)-N,N-dimethylanilinium hexafluoroantimonat zeigt, der Vergleich mit dem bei 70°C für 48 gelagerten N-(p- Methoxybenzyl)-N,N-dimethylanilinium hexafluoroantimonats fällt aber schon erheblich ungünstiger bezüglich Reaktivität aus und - wie Figur 13 zeigt, ist die Härtungsreaktion des 168 Stunden bei 70°C gelagerten Bandbeschleunigers nach dem Stand der Technik, dem N-(p-Methoxybenzyl)-N,N- dimethylanilinium hexafluoroantimonat stark vermindert.
Im Folgenden wird anhand einiger weiterer Tests eindrucksvoll gezeigt, welche Eigenschaften und/oder Vorteile der kationi sche Bandbeschleuniger auf Basis eines Sulfonium-Kations, insbesondere eines Dialkyl-aryl-Sulfonium-Kations gegenüber einer gängigen Imprägnierharz-Mischung aus aromatischem Diglycidyl-ether-Epoxidharz - beispielsweise dem EP162 - und cycloaliphatischem Epoxidharz - beispielsweise dem C2021P-, zeigt.
Von beiden Harzkomponenten werden bevorzugt solche einge setzt, die im Gemisch möglichst niedrisviskose Abmischungen erzeugen, weil damit die Imprägnierung und/oder Durchtränkung des festen Isolationswerkstoffes besonders gut gelingt.
Tabelle 2 zeigt die Viskositäten von Abmischungen handelsüb licher Epoxidharze bei Temperaturen von 50°C bis 70°C:
Tabelle 2:
Figur 14 zeigt die graphische Darstellung der Tabelle 2. Die abnehmende Viskosität bei steigender Temperatur ist klar er kennbar.
Diesen Gemischen von Imprägnierharz wurden verschiedene Band beschleuniger-Konzentrationen zugesetzt. Der kationische Bandbeschleuniger gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist hier als „SI-150", einem Han delsnamen unter dem die Verbindung
„4-Acetyloxyphenyl-dimethylsulfonium hexafluoroantimonat" erhältlich ist, wiedergegeben.
Durch Variation der Konzentration an Bandbeschleuniger, der Imprägnierharz-Zusammensetzung und der Imprägniertemperatur können die Reaktivität und/oder die Gelierzeit und die Sensi- tivität gegenüber niedrigen Bandbeschleuniger-Konzentrationen gesteuert werden.
Die Tabellen 3 bis 5 zeigen die Ergebnisse der Einstellung der Gelierzeit über die Bandbeschleuniger-Konzentration und/oder die Tränkharzzusammensetzung und/oder die Tempera tur.
Tabellen 3 bis 5: Figur 15 zeigt die Gelierzeiten von Mischungen aus EP162 und C2021P bei 70°C in Abhängigkeit von der Konzentration an SI- 150. Die Gelierzeit nimmt mit steigendem Gehalt an Bandbe schleuniger zu, aber auch bei einer sehr geringen Konzentra tion von 0,1 % an Bandbeschleuniger ist noch eine klare Ge- lierung erkennbar, so dass auch derart geringe Konzentratio nen an dem Bandbeschleuniger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausreichen, um zu einem stabilen Isolationssys tem zu kommen. Figur 16 zeigt im Gegensatz dazu die Gelierzeiten bei glei cher Konzentration an Bandbeschleuniger, dafür bei verschie denen Temperaturen und verschiedenen Mischungsverhältnissen im Imprägnierharz. Auch hier wieder klar erkennbar, dass bei einer geringen Konzentration von 1% SI-150 mit verschiedenen Konzentrationen an cyclo-aliphatischem Epoxidharz in der Mi- schung des Imprägnierharzes, jeweils gute Gelierzeiten bei 60°C und 70°C zur erzielen sind.
Figur 17 schließlich zeigt die Gelierzeiten von Mischungen aus 20%EP162 und 80% C2021 mit verschiedenen Konzentrationen an Bandbeschleuniger in Abhängigkeit der Temperatur.
Die oben beschriebenen Tests wurden alle mit dem Bandbe schleuniger als eine Verbindung durchgeführt. Völlig überra schend wurde jedoch erkannt, dass auch eine Mischung bei der Bandbeschleuniger-Komponente eine deutliche Reduktion der Ge lierzeiten bewirken kann.
Durch Zugabe einer weiteren kationischen Sulfonium- hexafluoro-Antimonat-Verbindung, des Benzyl-(4-hydroxy- phenyl-)-methyl-Sulfonium hexafluoro-Antimonats, im Folgenden als SI-100 abgekürzt - zum Bandbeschleuniger SI-150, erhält man folgende Gelzeiten, die in Tabelle 6 zusammengefasst sind:
Tabelle 6:
Über die Zusammensetzung des Imprägnierharzes ist eine Ein stellung der Reaktivität und/oder Sensitivität der Impräg- nierharz-Abmischung mit der Bandbeschleuniger-Abmischung mög lich. So konnte völlig überraschend gezeigt werden, dass mit steigendem Anteil an cyclo-aliphatischem Epoxidharz in der Imprägnierharz-Zusammensetzung die Reaktivität des Bandbe schleunigers SI-150 auch bei so geringen Konzentrationen an Bandbeschleuniger wie 0,001% noch eine Durchhärtbarkeit gege ben ist.
Dies ist in Tabelle 7 zusammengefasst: Tabelle 7:
Figuren 18 bis 21 zeigen die Härtungsreaktionen mit verschie denen Abmischungen im Imprägnierharz bei so geringen Bandbe schleuniger-Konzentrationen wie 1%, 0,1%, 0,01% und schließ lich 0,001% an Bandbeschleuniger. Klar zu erkennen im obers ten Graphen ist, dass mit zunehmendem Gehalt an cyclo- aliphatischem Epoxidharz C2021P die Durchhärtung bei einem Gehalt an Bandbeschleuniger von 0,001 auch noch signifikant eintritt.
Für eine möglichst vollständige Durchhärtung in der komplet ten Glimmerbandisolierung bieten sich insbesondere Mischungen mit einem Anteil von 70% oder mehr an cyclo-aliphatischem Epoxidharz, wie beispielsweise dem C2021P, an.
Schließlich wurden noch die Eigenschaften des Bandbeschleuni gers in Kombination mit Bandklebern untersucht.
Im festen Isolationswerkstoff, also beispielsweise im Glim merband, verbindet der Bandkleber beispielsweise die Partikel der Glimmerplättchen untereinander zu einem Band, das ideal erweise für mindestens 3 Monate, besser noch für 6 Monate o- der länger, Lagerstabilität zeigt.
Unter Lagerstabilität versteht man dabei, dass einerseits ei ne Konstanz in ihrem Verarbeitungsverhalten vorliegt. Diese kann - beispielsweise im Fall eines Bandes - über eine Verän derung von dessen Biegesteifigkeit geprüft werden.
Die Veränderung der Biegesteifigkeit wurde gemessen und die Ergebnisse sind in den Tabellen 8 und 9, sowie in den Figuren 22 und 23 wiedergegeben.
Herkömmlich werden als Glimmerband-Bandkleber beispielsweise aromatische Glycidylether-Epoxid-Harze, beispielsweise Bi- sphenol-A-diglycidylether oder epoxidierte Novolake, einge setzt. Beim Einsatz von Sulfonium-Kationen mit Hexafluoro- Antimonat als Bandbeschleuniger sind diese Bandkleber nur be dingt geeignet. Dies kann anhand der Lagerstabilität der ent sprechend gebildeten festen Isolationswerkstoffen nachvollzo gen werden. Die Lagerstabilität ist durch Vermessen der Bie gesteifigkeit erkennbar.
Beispielsweise erhöht ein herkömmlicher fester Isolations werkstoff, der mit einem Bandbeschleuniger nach der Erfin dung, beispielsweise dem SI-150, in einem Flächenauftrag von lg pro Meter behandelt wurde, seine Biegesteifigkeit bereits nach 4 Wochen bei 40°C um mehr als 50%. Eine Vergleichsprobe des gleichen festen Isolationswerkstoffes, der keine Behand lung durch flächigen Auftrag von Si-150 erfuhr, zeigt hinge gen keine Erhöhung der Biegesteifigkeit.
Die Biegesteifigkeit ist ein Maß für die Verarbeitbarkeit des festen Isolationswerkstoffes und ist wünschenswerterweise möglichst klein - beispielsweise zur Herstellung einer Wick lung. Im Allgemeinen werden Biegesteifigkeiten von größer 70 bis 75 N pro Meter werden dabei als grenzwertig für die Ver arbeitung angesehen.
Tabelle 8 zeigt den Vergleich der beiden Glimmerbänder Poro- band 4037 von Fa. Isovolta, einmal mit nachträglichem Auftrag von SI-150 einmal ohne.
Tabelle 8:
In Tests hat sich herausgestellt, dass Bandkleber ohne Epo xidgruppen, wie beispielsweise thermoplastische Polyvinylace tale, insbesondere bei Acetalisierung mit Butyraldehyd und/oder Acetaldehyd) und/oder flüssige Polyester, mit Hydro- xy- und/oder Carboxy-gruppen, zeigen hingegen keine signifi kanten Erhöhung der Biegesteifigkeit bei gleicher Nachbehand lung mit SI-150.
So lässt sich beispielsweise mit einer Mischung aus dem Po- lyvinylacetal Mowital® BA55HH von Kuraray und dem car- boxyfunktionellen Polyesterpolyol Rokrapol 7075 von Robert Kraemer ein Bandkleber formulieren, der vergleichbar gute Ei genschaften wie die herkömmlichen Epoxid-haltigen Bandkleber zeigt, aber in Kombination mit SI-150 deutlich bessere Lager stabilität zeigt.
Ein Glimmerbandmuster der Zusammensetzung;
- 12,25 g / nr2 Rokrapol 7075
- 2,00 g / nr2 Mowital BA55HH
- 1,00 g / nr2 SAN-AID SI-150 zeigt nach einer Lagerung von 4 Wochen bei 40°C nur einen An stieg in der Biegesteifigkeit von 14%. Auch der Absolutwert von 70-75 N / nr2 wird nicht überschritten.
Tabelle 9 zeigt die entsprechenden Messergebnisse: Tabelle 9:
Veränderung der Bandbeschleuniger -Aktivität und/oder - Reaktivität
Als weiteres Maß für die Lagerstabilität von Bandbeschleuni- ger-haltigen Glimmerbändern ist die Konstanz in der Bandbe schleuniger -Aktivität und/oder -Reaktivität heranzuziehen.
Diese kann mittels DSC erfasst werden. Hierzu wird die Reak- tionsexothermie einer Glimmerbandprobe von 19-25 mm2 mit 8-9 mg an Imprägnierharz in der DSC vermessen.
Ein Glimmerbandmuster der Zusammensetzung;
- 12,25 g / nr2 Rokrapol 7075
- 2,00 g / nr2 Mowital BA55HH
- 1,00 g / nr2 SAN-AID Sl-150 zeigt nach einer Lagerung von 4 Wochen bei 40°C keine signi fikante Veränderung in der Reaktionsexothermie und im Peak- Maximum gegenüber einer Mischung aus 20% EP162 und 80% C2021 P als Imprägnierharz.
Figur 22 zeigt die Härtungsreaktion einer Mischung von 20% EP162 und 80% C2021P gegenüber einem Glimmerband mit einem Bandbeschleuniger-Auftrag von l g / nr2 an SI-150, wobei das Glimmerbandmuster thermisch nicht nachbehandelt wurde. Figur 23 zeigt die Härtungsreaktion einer Mischung von 20% EP162 und 80% C2021P gegenüber einem Glimmerband mit einem Bandbeschleuniger-Auftrag von l g / nr2 an SI-150, wobei das Glimmerbandmuster thermisch für 4 Wochen bei 40°C gelagert wurde.
Eigenschaften und Vorteile des Bandbeschleunigers in Kombina tion mit Glimmerband und Anhydrid-freien Imprägnierharzen Hinsichtlich der Beschleunigerreichweite:
Die Reichweite des Bandbeschleunigers aus dem Glimmerband heraus kann in einem einfachen Versuch dargestellt werden. Hierzu wird eine Glimmerbandprobe der Abmessung 400x25mm auf einen 4mm starken Dorn gewickelt. Das so entstandene Röllchen wird vom Dorn abzogen und mittels Pinzette vor der Bodenwölbung eines Reagenzglases platziert, das Reagenzglas im Versuch war 16x160mm und dickwandig. Dann werden 4,4g an Vorgewärmten Imprägnierharz - z.B 70°C - aufgefüllt. Das Im prägnierharz durchdringt dabei langsam das Röllchen, so dass auch die Bodenwölbung und der Zwickel im Röllchen gefüllt werden. Es verbleibt ein Harzüberstand von ~10mm.
Das so präparierte Röllchen wird anschließend im Umluftofen dem Härteprogramm unterzogen und danach auf Durchhärtung be urteilt, insbesondere am Boden, Zwickel und Überstand sowie Das Röllchen selbst.
Ein Glimmerbandmuster der Zusammensetzung;
- 12,25 g / nr2 Rokrapol 7075
- 2,00 g / nr2 Mowital BA55HH
- 1,00 g / nr2 SAN-AID Sl-150 zeigt mit einer Mischung aus 20% EP162 und 80% C2021 P als Imprägnierharz in diesem Test eine vollständige Härtung des Röllchens und aller Harzbereiche.
Schließlich wurden noch die dielektrischen Eigenschaften zur Feststellung der Eignung im Isolationssystem vermessen: Auch die elektrische Performance eines derartigen Glimmerban des in Kombination mit einem Anhydrid-freien Tränkharz auf Epoxidharzbasis ist gegeben. So liefert ein Glimmerband der Zusammensetzung:
- 12,25 g / nr2 Rokrapol 7075
- 2,00 g / nr2 Mowital BA55HH
- 1,00 g / nr2 SAN-AID Sl-150 in Kombination mit einer Mischung aus 20% EP162 und 80%
C2021P als Imprägnierharz nach einer Härtung von 10h/145°C ein Isolationssystem mit niedrigem elektrischen Verlustfaktor tan d über einen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 155°C, wie in Figur 24 gezeigt.
Figur 24 zeigt den Verlauf des Temperaturabhängigen Verlust faktors tan d eines Isolationssystems aus einer Glimmerband probe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung mit einem Bandbeschleuniger-Auftrag von lg pro Meter, imprägniert und getränkt mit einem Imprägniermittel, eine Mi schung aus 20% EP162 und 80% C2021P umfassend nach einer End aushärtung von 10 Stunden bei 145°C.
Durch die Erfindung wird erstmals ein fester Isolationswerk stoff mit Bandbeschleuniger und optional dazu passendem Band kleber zur Verfügung gestellt, der mit Anhydrid-freien Im prägniermittel schnell, vollständig, auch in Bandbeschleuni- ger-armen Bereichen, unter den Bedingungen beispielsweise der Vakuum-Druck-Imprägnierung -VPI -, ein stabiles Isolations system mit geringer Anzahl an Fehlstellen liefert.

Claims

Patentansprüche
1.Kationischer Bandbeschleuniger zur Verwendung in einem Prozess zur Herstellung eines Isolationssystems durch Imprägnierung und/oder Verguss mit einem Anhydrid-freien Imprägniermittel, der eine ionogen aufgebaute Verbindung aus einem oder mehreren Sulfonium-haltigen Kation (en) mit einem oder mehreren Hexafluoroantimonat-Anion (en) enthält.
2.Bandbeschleuniger nach Anspruch 1, bei dem als Sulfoni- um-haltiges Kation zumindest ein Aryl-Alkyl-Sulfonium- Kation vorliegt.
3.Bandbeschleuniger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem als Sulfonium-haltiges Kation zumindest ein Di- Alkyl-Aryl-Sulfonium und/oder ein Di-Aryl-Alkyl- Sulfonium, vorliegt.
4.Bandbeschleuniger nach einem der vorhergehenden Ansprü che, bei dem in zumindest einer Art Sulfonium-haltigem Kation ein substituierter Aryl-Rest vorliegt.
5.Bandbeschleuniger nach Anspruch 4, bei dem die Arylgrup pe einen Phenylring umfasst, der Acetyloxy-substituiert ist.
6.Bandbeschleuniger nach einem der vorhergehenden Ansprü che, der folgende chemische Struktur hat:
Struktur I
7.Verwendung eines Bandbeschleunigers nach einem der An sprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Anhydrid-freien Isolationssystems durch Imprägnieren des festen Isolati onswerkstoffes mit einem Imprägniermittel, wobei das Im prägniermittel ein aromatisches und/oder cyclo- aliphatisches Imprägnierharz umfasst, das Anhydrid-frei und Epoxidgruppen-haltig ist.
8. Fester Isolationswerkstoff, einen Barrierewerkstoff, ei nen Bandkleber und einen Bandbeschleuniger in Form einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassend.
9. Fester Isolationswerkstoff nach Anspruch 8, bei dem der Barrierewerkstoff in Form von Plättchen vorliegt.
10. Fester Isolationswerkstoff nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin einen Träger umfassend.
11. Fester Isolationswerkstoff nach Anspruch 10, wobei dieser Träger ein Gewebe, ein Vlies, eine Folie und/oder eine perforierte Folie umfasst.
12. Fester Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 11, einen Bandkleber in Form eines thermoplasti schen Polyvinylacetals und/oder eines flüssigen Polyes ters, der Hydroxygruppen und/oder Carboxy-gruppen umfas sen kann, vor.
13. Fester Isolationswerkstoff nach Anspruch 12, einen Bandkleber in Form eines Polyvinylacetale basierend auf Butyraldehyd und/oder Acetaldehyd umfassend.
14. Isolationssystem, eine mit einem Anhydrid-freien Imprägniermittel imprägnierte Wicklung eines festen Iso lationswerkstoffes nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 11 umfassend.
15. Elektrische Maschine ein Isolationssystem nach An spruch 14 umfassend.
5
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