Пропиточная смоляная система для изоляционных материалов в распределительных устройствах
Настоящее изобретение относится к изолирующей смоле на основе сложного глицидилового эфира для изоляционных материалов в распределительных устройствах. Указанная смола содержит метилнадик-ангидрид и/или гидрированный метилнадик-ангидрид и имидазол структуры
где R1, R2, R3 и R4 указаны в п.1 формулы. Полученная смола имеет существенно более высокую температуру стеклования при одновременно высоких качественных механических характеристиках и обладает стойкостью к образованию треков. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр.
Настоящее изобретение относится к области изолирующих смол для распределительных устройств.
В электрических распределительных устройствах, особенно при компактной конструкции, важную роль играет изоляционный материал.
При этом используются, в частности, смолы, которые применяются, например, как пропиточные смолы для подходящих полуфабрикатов, например, нетканых материалов, пропитанных на основе эпоксидной смолы.
Преимуществом этих смол является высокая температура стеклования, однако одновременно часто имеются также серьезные требования к благоприятным механическим свойствам, высокой напряженности поля и хорошей стойкости к образованию треков.
Таким образом, стоит задача, альтернативно к имеющимся решениям создать изолирующую смолу для распределительных устройств, которая при повышенной температуре стеклования будет отличаться одновременно хорошими или даже улучшенными прочими свойствами, в частности, что касается стойкости к образованию треков.
Эта задача решена изолирующей смолой согласно пункту 1 настоящей заявки. Соответственно, предлагается изолирующая смола на основе сложного глицидилового эфира для изоляционных материалов в распределительных устройствах, образованная из исходного сырья, включающего
a) материал, содержащий метилнадик-ангидрид и/или гидрированный метилнадик-ангидрид
b) материал, содержащий имидазол следующей структуры:
причем R1 выбран из группы, содержащей алкил, длинноцепочечный алкил, алкенил, циклоалкил, галогеналкил, арил;
R2, R3, R4 независимо друг от друга выбраны из группы, содержащей водород, алкил, длинноцепочечный алкил, алкенил, циклоалкил, галогеналкил, арил,
причем у подходящих остатков одна или несколько не являющихся соседними CH2-групп независимо друг от друга могут быть замещены -O-, -S-, -NH-, -NR°-, -SiR°R°°-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -SO2-, -CN, -S-CO-, -CO-S-, -CY1=CY2 или -C≡C-, причем таким образом, чтобы атомы O и/или S не были напрямую связаны друг с другом, а также факультативно замещены арилом или гетероарилом, предпочтительно содержащим от 1 до 30 атомов C (концевые CH3-группы понимаются как CH2-группы в смысле CH2-H, R° и R°° = алкил).
Общее определение групп: В описании и формуле изобретения заявлены и описаны обобщенные группы, как, например, алкил, алкокси, арил и т.д. Если не написано иное, в рамках настоящего изобретения предпочтительно применяются следующие группы из описанных в общем групп:
алкил: линейные и разветвленные C1-C8-алкилы;
длинноцепочечные алкилы: линейные и разветвленные C5-C20 алкилы;
алкенил: C2-C6-алкенил;
циклоалкил: C3-C8-циклоалкил;
алкилен: выбранный из группы, содержащей метилен, 1,1-этилен, 1,2-этилен, 1,1-пропилиден, 1,2-пропилен, 1,3-пропилен, 2,2-пропилиден; бутан-2-ол-1,4-диил, пропан-2-ол-1,3-диил, 1,4-бутилен, циклогексан-1,1-диил, циклогексан-1,2-диил, циклогексан-1,3-диил, циклогексан-1,4-диил, циклопентан-1,1-диил, циклопентан-1,2-диил и циклопентан-1,3-диил, винил, цианоэтил, ундецил, гидроксиметил;
арил: выбранный из ароматических соединений с молекулярным весом ниже 300 дальтон;
галогеналкил: выбранный из группы, содержащей моно, ди, три-, поли- и пергалогенированные линейные и разветвленные C1-C8-алкилы.
Если не упомянуто иное, в пределах общего определения групп более предпочтительны следующие группы:
алкил: линейные и разветвленные Cl-C6-алкилы, в частности, метил, этил, пропил, изопропил;
арил: выбранный из группы, содержащей фенил, бифенил, нафталенил, антраценил, фенантренил, бензил.
Неожиданно было установлено, что при наличии обоих компонентов в результате нечто типа синергического эффекта при многих применениях можно получить изолирующие смолы согласно настоящему изобретению, которые имеют намного более высокую температуру стеклования по сравнению с прежними решениями при одновременно очень высоких механических свойствах.
В духе настоящего изобретения термин "изолирующая смола" включает и/или охватывает, в частности, пропиточную смоляную систему (предпочтительно низковязкую) на основе эпоксидной смолы и ангидридного компонента с контролируемой реакционной способностью.
В духе настоящего изобретения термин "распределительные устройства" включает и/или охватывает, в частности, устройства для низкого, среднего и высокого напряжения.
В духе настоящего изобретения термин "на основе сложного глицидилового эфира" включает и/или охватывает, в частности, что в качестве исходного компонента, в частности, основного компонента, используются глицидиловые полиэфирные смолы. При этом могут применяться все известные в уровне техники смолы.
В духе настоящего изобретения термин "образованная из исходного компонента(ов)" включает и/или охватывает, в частности, что изолирующая смола получена их этого/этих компонентов.
В духе настоящего изобретения термин "метилнадик-ангидрид" включает и/или охватывает, в частности, следующее соединение:
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, отношение материала a) к материалу b) составляет (вес/вес) от ≥50:1 до ≤300:1. На практике это оказалось выгодным, так как при этом часто можно еще больше повысить температуру стеклования.
Предпочтительно, отношение материала a) к материалу b) (вес/вес) составляет от ≥100:1 до ≤250:1, еще предпочтительнее ≥150:1 до ≤220:1.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, доля материала a) в смоле (вес к весу глицидиловой эфирной основы) составляет от ≥0,8:1 до ≤1:1. Это также часто оказалось выгодным для повышения температуры стеклования.
Предпочтительно, отношение материала a) к материалу a) в смоле (вес к весу глицидиловой эфирной основы) составляет от ≥0,85:1 до ≤0,98:1, еще более предпочтительно от ≥0,92 до ≤0,97:1.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, доля материала b) в смоле (вес к весу глицидиловой эфирной основы) составляет от ≥0,01:l до ≤0,1:1, еще предпочтительнее от ≥0,02:1 до ≤0,09:1, а также наиболее предпочтительно от 0,04:1 до ≤0,07:1.
Согласно одной предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения, компонент b) 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, изолирующая смола получена процессом отверждения, содержащем этап отверждения при ≥140°C, предпочтительно при ≥150°C, с длительностью отверждения ≥12 ч, предпочтительно ≥14 ч, а также наиболее предпочтительно ≥16 ч.
Настоящее изобретение относится, кроме того, к изоляционной детали, содержащей изолирующую смолу согласно настоящему изобретению.
В духе настоящего изобретения термин "изоляционная деталь" включает и/или охватывает, в частности, композиционный материал, содержащий изолирующую смолу и/или нетканый материал/ткань на основе полиэфира, стекла или арамида.
При этом изолирующая смола предпочтительно введена в полиэфирный нетканый материал.
В духе настоящего изобретения термин "полиэфирный нетканый материал" включает и/или охватывает, в частности, материалы на основе РЕТР (полиэтилентерефталат) или РВТ (полибутилентерефталат). Предпочтителен РЕТР.
В духе настоящего изобретения, термин "введена в" включает и/или охватывает, в частности, то, что нетканый материал пропитан смолой. С точки зрения диэлектрических свойств предпочтительна вакуумная пропитка.
Настоящее изобретение относится, кроме того, к применению смоляной системы на основе сложного глицидилового эфира, образованной из исходных компонентов, содержащих
a) материал, содержащий метилнадик-ангидрид и/или гидрированный метилнадик-ангидрид,
b) материал, содержащий имидазол следующей структуры:
причем R1 выбран из группы, содержащей алкил, длинноцепочечный алкил, алкенил, циклоалкил, галогеналкил, арил;
R2, R3, R4 независимо друг от друга выбраны из группы, содержащей водород, алкил, длинноцепочечный алкил, алкенил, циклоалкил, галогеналкил, арил,
причем у подходящих остатков одна или несколько не являющихся соседними CH2-групп независимо друг от друга могут быть замещены -O-, -S-, -NH-, -NR°-, -SiR°R°°-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -SO2-, -S-CO-, -CO-S-, -CY1=CY2 или -C≡C-, причем таким образом, чтобы атомы O и/или S не были напрямую связаны друг с другом, а также факультативно замещены арилом или гетероарилом, предпочтительно содержащим от 1 до 30 атомов C (концевые CH3-группы понимаются как CH2-группы в смысле CH2-H, R° и R°° = алкил)
в качестве изоляционной системы для распределительных устройств.
Вышеуказанные, а также заявленные и описанные в примерах осуществления детали, применяемые согласно изобретению, не подлежат никаким особым ограничениям в отношении их размера, дизайна, выбора материалов и технической идеи, так что могут без исключения применяться известные в области применения критерии выбора.
Следующие детали, отличительные признаки и преимущества объекта изобретения выявляются из зависимых пунктов, а также из следующего описания соответствующих примеров.
Пример 1
Настоящее изобретение исследуется, чисто иллюстративно и без цели ограничения, на настоящем примере I по изобретению. При этом смола была получена, образована из следующих компонентов:
| Компонент | Относительная весовая доля |
| Бис(2, 3-эпоксипропиловый) | 100 |
| эфир 1,2- | |
| циклогександикарбоновой кислоты | |
| метилнадик-ангидрид | 95 |
| 1-метилимидазол | 0,5 |
Смолу отверждали 2 ч при 80°C, затем 2 ч при 100°C, затем 1 ч при 130°C, а также в заключении 16 ч при 150°C.
Кроме того, были получены две сравнительные смолы (не по изобретению).
Сравнительный пример I:
В сравнительном примере I метилнадик-ангидрид был заменен на ангидрид метилгексафталевой кислоты. В остальном условия получения были идентичными.
Сравнительный пример II:
В сравнительном примере II 1-метилимидазол был заменен диметилбензиламином. В остальном условия получения были идентичными.
Затем определяли температуры стеклования этих трех смол. Результаты представлены ниже.
| Смола | Температура стеклования Tg |
| пример I | 140°C |
| сравнительный пример I | 114°C |
| сравнительный пример II | 99°C |
Таким образом, видно, что температура стеклования примера согласно изобретению заметно выше.
Кроме того, полиэфирный нетканый материал был пропитан смолой по примеру I. Применялся стандартный нетканый материал из неориентированных волокон на основе PETP с поверхностной плотностью 150 г/м2.
Лист имеет следующие параметры:
| длина | ширина | единица | ||
| Плотность | ISO 1183-1 | 1,32 ± 0,01 | г/см3 | |
| Содержание волокна | H QM - AA 571 |
50 ± 5 | % | |
| Прочность при изгибе | ISO 178 | ≥120 | ≥150 | МПа |
| Модуль E (изгиб) | ISO 178 | 3100 | 3300 | МПа |
| Прочность при растяжении | ISO 527-4 | ≥75 | ≥85 | МПа |
| Удлинение при разрыве | ISO 527-4 | ≥4 | ≥7 | % |
| Модуль E (растяжение) | ISO 527-4 | 3500 | 3800 | МПа |
| Прочность на сжатие | ISO 604 | ≥250 | МПа | |
| Раскалывающее усилие | DIN 53463 | ≥3500 | Н | |
| Ударная вязкость | ISO 179-1 an15 |
≥25 | ≥35 | кДж/м2 |
| Ударная вязкость образца с надрезом | ISO 179-1 ak10 |
≥5 | кДж/м2 | |
| Твердость при вдавливании шарика | ISO 2039-1 | 135 ± 5 | Н/мм2 | |
| Твердость по Шору D | DIN 53505 | 77 ± 2 | Шор D | |
| Поглощение влаги | ISO 62 | ≤30 | мг |
Видно, что требования к листу как изоляционному материалу для распределительных устройств (в частности, в отношении прочности при растяжении, раскалывающего усилия и прочности при изгибе) очень хорошо удовлетворяются.
Лист имеет, кроме того, следующие электрические свойства:
| Стойкость к пробою | EN 60243-1 1 мм 1 мм ┴ |
≥30 ≥50 |
кВ/мм кВ/мм |
| Диэлектрическая проницаемость εr | IEC 60250 | 3,2 ± 0,1 | |
| Удельное проходное сопротивление | IEC 60093 | 1017 | Ом·см |
| Удельное поверхностное сопротивление Ps | IEC 60093 | 1017 | Ом |
| Импульсная стойкость электрической дуги | TVH-IA 104 | 0,032 | А·с |
| Усталостная прочность электрической дуги | TVH-IA 104 | 1,2 | мА |
| Стойкость к диффузионному пробою | 24ч/H2O/100°C 100ч/H2O/100°C 100ч/4%HF/23°C |
≥ 8,5 ≥ 6,6 ≥31 |
кВ/см кВ/см кВ/см |
Кроме того, материал отличается очень высокой прочностью на сжатие. Испытания на длительную прочность при повышенных температурах имеют очень низкую склонность к ползучести. Это особенно важно для деталей, находящихся под давлением. Кроме того, материал имеет отличную стойкость к образованию треков.
В опыте по термическому старению (20000 ч при 155°C) использовались пластины из теплового класса нагревостойкости F.
Таким образом, видны выгодные свойства изолирующих смол согласно изобретению.
1. Изолирующая смола на основе сложного глицидилового эфира для изоляционных материалов в распределительных устройствах, образованная с использованием исходных компонентов, содержащих
a) метилнадик-ангидрид и/или гидрированный метилнадик-ангидрид,
b) имидазол следующей структуры:
где R1 выбран из группы, содержащей линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, длинноцепочечные алкилы, выбранные из группы, содержащей линейные и разветвленные С5-С20-алкилы, С2-С6-алкенилы, С3-С8-циклоалкилы, галогеналкил, выбранный из группы, содержащей моно, ди, три-, поли- и пергалогенированные линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, арил, выбранный из ароматических соединений с молекулярным весом ниже 300 Да;
R2, R3, R4 независимо друг от друга выбраны из группы, содержащей водород, линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, длинноцепочечные алкилы, выбранные из группы, содержащей линейные и разветвленные С5-С20-алкилы, С2-С6-алкенилы, С3-С8-циклоалкилы, галогеналкил, выбранный из группы, содержащей моно, ди, три-, поли- и пергалогенированные линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, арил, выбранный из ароматических соединений с молекулярным весом ниже 300 Да.
2. Изолирующая смола по п.1, где отношение компонента а) к компоненту b) (вес./вес.) составляет от ≥50:1 до ≤300:1.
3. Изолирующая смола по п.1 или 2, где доля компонента а) в смоле (вес к весу глицидиловой эфирной основы) составляет от ≥0,8:1 до ≤1:1.
4. Изолирующая смола по п.1 или 2, где доля компонента b) в смоле (вес к весу глицидиловой эфирной основы) составляет от ≥0,01:1 до ≤0,1:1.
5. Изолирующая смола по п.1 или 2, где компонент b) выбран из группы, содержащей 1-метилимидазол, имидазол, 1-этилимидазол, 1-пропилимидазол, 1-изопропилимидазол, 2-метилимидазол, 1,2-диметилимидазол, 2-этил-4-этилимидазол, имидазол, 1-бензил-2-фенилимидазол, 1-винилимидазол, 2-метилимидазол, 2-гептадецилимидазол, 2-фенилимидазол, а также их смеси.
6. Изолирующая смола по п.1 или 2, где изолирующая смола получена в способе отверждения, содержащем стадию отверждения при ≥140°C и при длительности отверждения ≥12 ч.
7. Изоляционная деталь, содержащая изолирующую смолу по одному из пп.1-6.
8. Изоляционная деталь по п.7, где изолирующая смола введена в полиэфирный нетканый материал.
9. Применение смоляной системы на основе сложного глицидилового эфира, образованной с использованием исходных компонентов, содержащих
a) метилнадик-ангидрид и/или гидрированный метилнадик-ангидрид,
b) имидазол следующей структуры:
где R1 выбран из группы, содержащей линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, длинноцепочечные алкилы, выбранные из группы, содержащей линейные и разветвленные С5-С20-алкилы, С2-С6-алкенилы, С3-С8-циклоалкилы, галогеналкил, выбранный из группы, содержащей моно, ди, три-, поли- и пергалогенированные линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, арил, выбранный из ароматических соединений с молекулярным весом ниже 300 Да;
R2, R3, R4 независимо друг от друга выбраны из группы, содержащей водород, линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, длинноцепочечные алкилы, выбранные из группы, содержащей линейные и разветвленные С5-С20-алкилы, С2-С6- алкенилы, С3-С8-циклоалкилы, галогеналкил, выбранный из группы, содержащей моно, ди, три-, поли- и пергалогенированные линейные и разветвленные С1-С8-алкилы, арил, выбранный из ароматических соединений с молекулярным весом ниже 300 Да;
в качестве изоляционного материала в электрических распределительных устройствах.
