Литьевая смоляная система для изоляторов с повышенной теплостойкостью
Настоящее изобретение относится к области литьевых смол для коммутационных устройств. Описана твердая смоляная система для изоляционных материалов в коммутационных устройствах, содержащая твердую смолу на основе бисфенола A, которая имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,3, и жидкую смолу на основе бисфенола F, которая имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,4 до ≤0,63, где доля жидкой смолы на основе бисфенола F в смоле, измеренная как масса к общей массе смолы, составляет от ≥5% до ≤60%, причем твердая смоляная система перед отверждением имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,55, и твердая смоляная система в качестве смол включает только непосредственно указанные смолы. Также описано применение указанной выше твердой смоляной системы в качестве изоляционного материала в электрических коммутационных устройствах. Технический результат - получение твердой смоляной системы, обладающей низкой склонностью к растрескиванию и высоким сопротивлением продавливанию. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 пр.
Настоящее изобретение относится к области литьевых смол для коммутационных устройств.
В электрических коммутационных устройствах, в частности, при компактной конструкции важную роль играет изоляционный материал.
При этом применяются, наряду с прочими, так называемые твердые смолы. Их получают так называемым продвинутым процессом, при котором жидкие смолы приводят в реакцию с подходящим исходным компонентом, в основном бисфенолом A, и катализатором.
Так как этот процесс проводится экзотермично, системы на основе твердых смол развивают благоприятную экзотермичность при отверждении. Кроме того, эти системы благодаря удлинению цепи являются более гибкими, чем жидкие смоляные системы.
Преимуществом этих смол является высокая температура стеклования, однако часто предъявляются также высокие требования к благоприятным механическим свойствам, таким как низкая склонность к растрескиванию и высокое сопротивление продавливанию.
Поэтому стоит задача альтернативно существующим решениям разработать твердую смоляную систему для коммутационных устройств, которая сочетает повышенную температуру стеклования с одновременно хорошими или даже улучшенными прочими свойствами.
Эта задача решена твердой смоляной системой согласно пункту 1 настоящей заявки. В соответствии с этим предлагается твердая смоляная система для изоляционных материалов в коммутационных устройствах, образованная из исходных веществ, содержащих твердую смолу на основе бисфенола A и жидкую смолу на основе бисфенола F.
Неожиданно обнаружилось, что при применении жидких эпоксидных смол на основе бисфенола F можно существенно улучшить некоторые механические и/или электрические свойства смоляных систем. Сюда относятся, в зависимости от приложения, наряду с прочими:
- лучшие значения сопротивления продавливанию,
- лучшее поведение при смене температур,
- повышенная температура стеклования.
В духе настоящего изобретения термин "на основе X" включает в себя и/или охватывает, в частности, что в качестве исходного компонента, в частности основного компонента, используется соединение X. При этом в качестве добавок могут применяться все известные в уровне техники прочие вещества.
В духе настоящего изобретения под "бисфенолом F" понимается химическое соединение 4,4'-дигидроксидифенилметан, который имеет следующую структуру:
В духе настоящего изобретения под "бисфенолом A" понимается химическое соединение 2,2'-бис(4-гидроксифенил)пропан, который имеет следующую структуру:
В духе настоящего изобретения термин "твердая смола", "жидкая смола", а также "твердая смоляная система" включает и/или охватывает, в частности, эпоксидную смолу, образованную из исходных компонентов, содержащих эпихлоргидрин (или другие подходящие эпоксидные исходные компоненты) и бисфенолы.
В духе настоящего изобретения термин "коммутационное устройство" включает и/или охватывает, в частности, устройства для низкого, среднего и высокого напряжения.
В духе настоящего изобретения выражение "образован из исходного компонента(ов)" означает и/или включает в себя, в частности, что твердая смоляная система получена из этого/этих компонентов.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящей композиции, твердая смоляная система перед отверждением имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,55, предпочтительно от ≥0,35 до ≤0,5, еще более предпочтительно от ≥0,4 до ≤0,45. Это показало себя благоприятным на практике.
Предпочтительно, доля жидкой смолы на основе бисфенола F в твердой смоляной системе (измерена как вес к весу всей смолы) составляет от ≥5% до ≤60%, еще более предпочтительно от ≥10% до ≤50%.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящей композиции, жидкая смола на основе бисфенола F имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,4 до ≤0,63, предпочтительно от ≥0,45 до ≤0,6, еще более предпочтительно от ≥0,5 до ≤0,59. Это показало себя благоприятным на практике.
Предпочтительно, жидкая смола на основе бисфенола F смешивается с твердой смолой на основе бисфенола A (причем при необходимости расплавленной или подготовленной для смешения другими подходящими методами) прежде, чем произойдет отверждение.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего соединения, твердая смола на основе бисфенола А имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,3, предпочтительно от ≥0,22 до ≤0,28, еще более предпочтительно от ≥0,24 до ≤0,26. Это показало себя благоприятным на практике.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, исходные вещества, из которых образована твердая смоляная система, содержат твердый компонент.
При этом предпочтительно, что твердый компонент выбран из группы, содержащей фталевый ангидрид, тетрагидрофталевый ангидрид, метилнадик-ангидрид, гидрированный метилнадик-ангидрид, метилгексагидрофталевый ангидрид, гексагидрофталевый ангидрид, метилтетрагидрофталевый ангидрид, а также их производные и их смеси. Особенно предпочтительны смеси фталевого ангидрида и тетрагидрофталевого ангидрида.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, исходные вещества, из которых образована твердая смоляная система, содержат ускорительный компонент.
При этом ускорительный компонент предпочтительно выбран из группы, содержащей третичные амины, соединения четвертичного аммония, фосфины, соединения фосфония, комплексы BCl3-амин, имидазолы, а также их производные и их смеси.
Согласно еще более предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, ускорительный компонент выбран из группы, содержащей 1-метилимидазол, 1-этилимидазол, 1-пропилимидазол, 1-изопропилимидазол, 1,2-диметилимидазол, 2-этил-4-этилимидазол, имидазол, 1-бензил-2-фенилимидазол, 1-винилимидазол, 2-метилимидазол, 2-гептадецилимидазол, а также их смеси.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, исходные вещества, из которых образована твердая смоляная система, содержат наполнитель.
При этом наполнитель предпочтительно выбран из группы, содержащей SiO2, доломит, Al2O3, CaCO3, TiO2, а также их производные и смеси.
Особенно предпочтителен Al2O3, причем особенно Al2O3 с d50 от ≥2 мкм до ≤6 мкм. Это оправдало себя на практике, так как при этом часто можно еще больше повысить сопротивление продавливанию. Еще более предпочтительно, d50 от ≥2,5 мкм до ≤5 мкм, еще предпочтительнее от ≥3 мкм до ≤3,5 мкм.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, доля наполнителя в системе жидких смол (в весе на вес всей смеси) составляет от ≥50% до ≤75%. Предпочтительна доля от ≥60% до ≤70%, еще предпочтительнее от ≥65% до ≤68%.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, твердую смоляную систему получают в процессе отверждения, включающем в себя этап отверждения при температуре ≥140°C, предпочтительно ≥150°C и длительностью отверждения ≥12 ч, предпочтительно ≥14 ч, а также наиболее предпочтительно ≥16 ч.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, твердую смоляную систему получают способом, содержащим этапы:
a) подготовка твердой смолы на основе бисфенола A,
b) смешение этой твердой смолы с жидкой смолой на основе бисфенола F, при необходимости с нагреванием или другими подходящими способами,
c) отверждение смеси твердой и жидкой смол, при необходимости с добавлением по меньшей мере одного отвердителя, ускорителя и/или наполнителя, с по меньшей мере одним этапом отверждения при температуре ≥140°C, предпочтительно ≥150°C и длительностью отверждения ≥12 ч, предпочтительно ≥14 ч, а также наиболее предпочтительно ≥16 ч.
Заливка проводится предпочтительно в вакууме.
Настоящее изобретение относится, кроме того, к изоляционной детали, содержащей изоляционную смолу по настоящему изобретению. Предпочтительно, изоляционная деталь является частью GIS-установок (gas-insulated switchgear - элегазовая коммутационная аппаратура).
Настоящее изобретение относится также к применению твердой смоляной системы, содержащей твердую смолу на основе бисфенола A, а также жидкую смолу на основе бисфенола F как исходного материала для изоляционной системы для коммутационных устройств.
Указанные выше, а также заявленные и описанные в примерах осуществления, применяемые согласно изобретению детали не имеют никаких особых исключений в отношении их размера, дизайна, выбора материала и технической концепции, так что могут без ограничений использоваться известные в области применения критерии выбора.
Следующие детали, отличительные признаки и преимущества предмета изобретения выявляются из зависимых пунктов формулы, а также из следующего описания соответствующих примеров.
Пример I
Настоящее изобретение, чисто иллюстративно и без ограничений, опробовано на следующем примере I по изобретению.
При этом сначала готовят смесь твердой смолы на основе бисфенола A и жидкой смолы на основе бисфенола F, смешивая твердую смолу на основе бисфенола-A с эпоксидным числом 0,26 и жидкую смолу на основе бисфенола F с эпоксидным числом 0,58 таким образом, чтобы получилась смола с эпоксидным числом 0,42.
Затем эту смолу смешивают с другими компонентами, согласно следующей рецептуре, и отверждают:
| Компонент | Относительное весовое содержание |
| смола | 100 |
| тетрагидрофталевый ангидрид | 44 |
| фталевый ангидрид | 22 |
| оксид алюминия (d50: 3,3 мкм) | 352 |
| 2-метилимидазол | 0,015 |
Образованную твердую смоляную систему отверждают 3ч при 130°C, затем окончательно отверждают 16 ч при 150°C.
Кроме того, была приготовлена сравнительная смоляная система (не по изобретению).
Сравнительный пример I
В сравнительном примере I жидкая смола на основе бисфенола F была заменена на жидкую смолу на основе бисфенола A. В остальном условия получения были такими же.
Из каждой смеси смол отливали образцы для испытаний в форме стержня и изоляторы. В испытании устанавливали, во-первых, предел прочности при растяжении [ISO 527-4], температуру вспышки по Мартенсу, а также сопротивление продавливанию после термоциклов (испытание на герметичность давлением воды).
| Смоляная система | Предел прочности при растяжении | Температура вспышки по Мартенсу (°C) | Сопротивление продавливанию |
| Сравнительный пример I | 70 кН/мм2 | 143 | Номинальное значение не соблюдается |
| Пример I | 90 кН/мм2 | 133 | Номинальное значение соблюдается |
Таким образом, видны выгодные свойства твердой смоляной системы согласно изобретению.
1. Твердая смоляная система для изоляционных материалов в коммутационных устройствах, содержащая твердую смолу на основе бисфенола A, которая имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,3, и жидкую смолу на основе бисфенола F, которая имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,4 до ≤0,63, где доля жидкой смолы на основе бисфенола F в смоле, измеренная как масса к общей массе смолы, составляет от ≥5% до ≤60%, причем твердая смоляная система перед отверждением имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,55, и твердая смоляная система в качестве смол включает только непосредственно указанные смолы.
2. Твердая смоляная система по п.1, где исходные вещества, из которых образована твердая смола, содержат ускоритель, выбранный из группы, содержащей третичные амины, соединения четвертичного аммония, фосфины, соединения фосфония, комплексы BCl3-амин, имидазолы, а также их производные и их смеси.
3. Твердая смоляная система по п.1, где ускоритель выбран из группы, содержащей 1-метилимидазол, 1-этилимидазол, 1-пропилимидазол, 1-изопропилимидазол, 1,2-диметилимидазол, 2-этил-4-этилимидазол, имидазол, 1-бензил-2-фенилимидазол, 1-винилимидазол, 2-метилимидазол, 2-гептадецилимидазол, 2-фенилимидазол, а также их смеси.
4. Твердая смоляная система по п.1, где исходные вещества, из которых образована твердая смола, содержат ускоритель, выбранный из группы, содержащей фталевый ангидрид, тетрагидрофталевый ангидрид, метилнадик-ангидрид, гидрированный метилнадик-ангидрид, метилгексагидрофталевый ангидрид, гексагидрофталевый ангидрид, метилтетрагидрофталевый ангидрид, а также их производные и их смеси.
5. Твердая смоляная система по п.1, где исходные вещества, из которых образована твердая смола, содержат наполнитель, выбранный из группы, содержащей SiO2, доломит, Al2O3, CaCO3, TiO2, а также их производные и смеси.
6. Твердая смоляная система по п.1, где исходные вещества, из которых образована твердая смола, содержат Al2O3 с d50 от ≥2 мкм до ≤6 мкм.
7. Применение твердой смоляной системы, образованной из исходных компонентов, содержащих твердую смолу на основе бисфенола A, которая имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,3, и жидкую смолу на основе бисфенола F, которая имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,4 до ≤0,63, где доля жидкой смолы на основе бисфенола F в смоле, измеренная как масса к общей массе смолы, составляет от ≥5% до ≤60%, причем твердая смоляная система перед отверждением имеет эпоксидное число (DIN ISO 16945) от ≥0,2 до ≤0,55, и твердая смоляная система в качестве смол включает только непосредственно указанные смолы в качестве изоляционного материала в электрических коммутационных устройствах.
