DE1719320B - Isolierstoffe für elektrische Leitungen - Google Patents

Description

25

Die Verwendung \on zu Elastomeren härtbaren Massen auf Grundlage von Diorganopolysiloxancn und Füllstoffen zur Herstellung von Isolationen elektrischer Leitungen, z. B. in Kabeln, ist schon lange bekannt. Die dielektrischen Eigenschaften der aus solchen Massen hergestellten Isolationen bleiben in einem weiten Temperatur- und Frequenzbereich völlig oder praktisch völlig unverändert. Die Durchschlagsfestigkeit solcher Isolationen bei Spannungen über 250 V. insbesondere über 1 kV. ist jedoch nicht immer befriedigend.

Die crfindungsgemäß verwendeten Massen ergeben dagegen Isolationen mit überraschend hoher Durchschlagsfestigkeit. Sie werden daher angewendet für die Herstellung von Isolationen elektrischer Leitungen. die bei Spannungen von mindestens 250 V. insbesondere mindestens I kV, betrieben werden.

Gegenstand der i rlindung ist die Verwendung von zu Flastomeren liärlbaren Massen auf Grundluge von Diorganopolysiloxan. Füllstoffen und einem Gehall von 0.5 bis 7 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Massen, an leitfähigem Kohlenstoff als Isolierstoffe für bei mindestens 250 V betriebene elektrische Leitungen.

Als Diorganopolvsiloxane können auch im Rahmen der Frfinduii|i alle Diorganopolvsiloxane verwendet werden, die bisher in als Isolierstoffe verwendbaren zu Elastomeren härtbaren Massen auf Grundtage von Diorganopolysiloxancn und Füllstoffen verwendet wurden bzw verwendet werden konnten. Am meisten verwendet werden und daher auch im Rahmen der Erfindung bevorzugt als Diorgano· polysiloxane sind Dimcthylsiloxane oder Mischpolymere aus 99 bis 85 Molprozent Dimethylsiloxan- und I bis 15 Molprozent Diphenylsiloxan- und/oder Phc* <w nvlmethylsiloxancinheiten. insbesondere Mischpolymere aus 99.9 bis 99,8 Molprozent Dimethylsiloxan- und 0,1 bis 0,2 Molprozent Vinylmcthylsiloxaneinhciten. Die Viskosität die^r Diorganopolysiloxane beträgt im allgemeinen ,Mindestens 100 cSt/25 C, vorzugsweise mindestens 5OOOcSt/25"C, und insbesondere mindestens IOOOOdcSt/25"C, sie kann aber auch IO¹ cSt/25 C und mehr betragen.

Der Ausdruck »Diorganopolysiloxane« soll eiivn Gehalt der Diorganopolysiloxane an Misehpul·, nieren Nielu-Diorganosiloxaneinheiten neben ik.vi Diorganosiloxaneinheiten nicht ausseh'ießen. Beisp:.L· für Nieht-Diorganosiloxancinheiten. wie sie manchmal, wie allgemein bekannt, als Verunrcinigungi.-;·, oder absichtlich in Diorganopolvsiloxanen vorhanden sind, sind Diinethylvinylsiloxan-. Trimeth\l-.i!- oxan-. MetinIhydrogensiloxan-. Monomcthylsiloxa;, . SiO₄ ,- und Dimethylsilphenyleneinheiten. Soweit
sich dabei um Methylhydrogensiloxan- oder :>;-metlnlsilphenyleneinheiten handelt, sollte ihr Ani^ii nicht mehr als 20 Molprozent, und wenn .-. sich um andere der vorstehend genannten Nicht-Diorgai-, siloxaneinheiten handelt, ihr Anteil nicht mehr .ii> I Molprozent in den Polysiloxanmolekülen betragt-:

Als Füllstoffe können im Rahmen der Erfindung.· ebenfalls alle Füllstoffe verwendet werden, die aiuh bisher in als Isolierstoffe verwendbaren, zu Elusion^- ren härtbaren Massen auf Grundlage von Diorgan· polysiloxanen und Füllstoffen verwendet wurden b/·.· verwendet werden konnten. Es handelt sich dabei ur, hitzebeständige, feste Füllstoffe mit hohem elektrischem Widerstand. Beispiele für solche Stoffe >.m,i insbesondere pyrogen in der Gasphase erzeugt·:·, Siliciumdioxyd. unter Erhaltung der Struktur eiv.-wässerte Kieselsäurehydrogele, gefälltes Siliciumdioxyd. Diatomeenerde. Quarzmehl. Aluminiumoxid Titaudioxyd. Fisenoxyd. Zirkoniumsilikat. Alum,-niumsilikat. Bariummetazirkonat oder Calciummetatitanal. Fs können Gemische verschiedener Füllstoffe verwendet werden.

Die Füllstoffe werden vorzugsweise in Mengen von 20 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Diorganopolysiloxan und Füllstoff, verwendet.

Neu. wesentlich und hinsichtlich der dadurch gezielten Wirkung überraschend ist. daß zusätzlich /u Diorganopolysiloxan und Füllstoff, wobei es sich jeweils um Stoffe mit hohem e.ektrischcir. Widerstand handelt, in Isolierstoffen für elektrische Leitungen leitlahiger Kohlenstoff verwendet wird.

Unter dem Bogriff »leiträhigcr Kohlenstoff« sollen hier alle Kohlcnstoffartcn verstanden werden, deren spcrlischcr Widerstand bei Raumtemperatur, d. h. bei etwa IS bis 25 C und einem Druck von IfK) bis 300 kg cm² kleiner als 0.5 Ohm · cm. insbesondere kleiner als 0.2 Ohm im. ist. Als leitfähiger Kohlenstoff sind im Rahmen der Erfindung wegen ihrer leichten /.ugänglichkcit. die lcitfähigcn Rußsorten, d. h. die Rußsorten, deren spezifischer Widerstand unter den vorstehend angegebenen Bedingungen kleiner als 0.5 Ohm · cm. insbesondere kleiner als 0,2 Ohm · cm ist. beispielsweise Acetylenruß, bevorzugt. Als leitfiihiger Kohlenstoff können jedoch auch z. B. die meisten Graphitsorten verwendet werden.

Vorzugsweise beträgt die durchschnittliche Teilchengröße des Kohlenstoffs in den erfindungsgemäß verwendeten Massen höchstens I Mikron.

Zahlreiche Sorten von leitfahigem, für die Anwendung im Rahmen der Erfindung geeignetem Kohlenstoff sind ebenso wie viele Arten aller übrigen hier beschriebenen Stoffe im Handel erhältlich.

Bei einem Gehalt unter 0,5 Gewichtsprozent und bei einem Gehalt Über 7 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Massen, an leitfahigem Kohlenstoff, besitzen die Isolationen eine unbefriedigend niedrige Durchschlagsfestigkeit bzw.

tarar 1

einen zu niedrigen Durchgangsvvidcrstaiwf Die höchste Durchschlagsfestigkeit wird bei einem Gehalt von 1.5 bis 3 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf da-, Gesamtgewicht der Massen, an leitfähigem Kohlenstoff erzielt.

Zweckmäßig ist der leilfahige Kohlenstoff in den Isolierstoffen möglichst gleichmäßig verteilt.

Der Ausdruck »Gesamtgewicht der Massen« bezieht sich jeweils auf die Summe der Gewichtsmengen aller in den erfindungsgemäß verwendeten Massen vorhandenen Stoffe, d.h. der Diorganopolysiluxane. Füllstoffe, leitfähigem Kohlenstoff und gegebenenfalls mitverwendeten weiteren Stoffe.

Durch den wesentlichen Zusatz an leitfähigem Kohlenstoff in den erfindungsgemäß zu ver\vendeiii.!..ii Massen wird. Wi₁' bereits erwähnt, die Durchschlagsfestigkeit der Isokitionen beträchtlich gesteigert: die übrigen elektrischen Eigenschaften dieser Isolationen, wie spezifischer Durchgangswiderstand Verlustfaktor tg Delta und Dielektrizitätskonstante, werden dadurch nicht oder praktisch nicht verändert.

Zusätzlich zu den bisher genannten Stoffen können die erfindungsgemäß verwendeten Massen gegebenenfalls für zu Elastomeren härtbare Massen auf Grundlage von Diorganopolysiloxanen und Füllstoffen herkömmliche Zusätze enthalten. Beispiele für solche Zusätze sind Zusa.ze zur Verminderung des Vcrstrammens beim Lagern, d. h. zur ^vcrmindcrung des sogenannten »crepe ageing« orter der Strukturbildung, peroxydische HärtungsmiUel. Far! Pigmente, wie Chromoxyd und Pigmente auf Grundlage von Eisenoxyd, Oxydationsinhibitoren. Hitzestabilisaloren. Lichtschulzmittel und Mittel zur Verhinderung oder Verminderung der bleibenden Verformung.

Die erfindungsgemäß verwendeten Massen können bei der Herstellung der Isolationen nach beliebigen, zur Härtung von Organopolysiloxancn zu Elastomeren geeigneten Verfahren gehärtet werden. So können sie beispielsweise, wenn sie peroxydische Härtungsmittel, wie 2.4-Dichlorbenzoylpcroxyd. Ditert. - butylperoxyd und oder 2.5 - Bis - (tert. - butylpcroxyd)-2.5-dimclhylhexan. enthalten, durch Erhitzen oder durch Vermischen mit Polvkicselsäurealkylcslcrn oder Mcthylwasserstoffsiloxancn und Salzen von Carbonsäuren, wie Fcrrinaphthenat oder Dibutylzinndilaurat. oder durch Hochencrgicstrahlcn. i. B. aus einem Van-dc-Graff-Generator oder von Kobalt 60. gehärtet werden. Weil damit eine besonders hohe Hitzebeständigkeit der Isolationen erzielt wird, ist die Härtung mit peroxydischen Härtungsmiltcln 45

50

bevorzugt. Die peroxydischen I lärtungsmittel werden zweckmäßig in Mengen von 1 bis 6 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 4 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gewicht Jer Diorganopolysiloxani;. verwendet.

Die Herstellung der erlindungsgernäß verwendeten Massen kann in der bei der Herstellung von zu Elastomeren härtbaren Massen auf Grundlage von Diorganopolysüoxanen und Füllstoffen üblichen Weise, d. h. durch möglichst gleichmäßiges Vermischen aller Bestandteile mittels in der Kautschukii.Justrie üblicherweise verwendeten Mischgeräten, wie Walzenstühlen, erfolgen.

Weil dadurch eine besonders hohe Durchschlagsfestigkeit der Isolationen erzielt wird, erfolge vorzugsweise die Formgebung und Härtung der erfindungsgemäß verwendeten Massen in bekannter Weise so. daß unmittelbar danach die fertige Isolation auf dem zu isolierenden elektrischen Leiter vorliegt, d. h.. der Isolierstoff wird durch Extrudieren auf den elektrischen Leiter aufgespritzt und dort gehärtet, oder daß unmittelbar danach zumindest die Isolation in ihrer endgültigen Form, meist eines Schlauches, vorliegt.

Die erfindungsgernäß verwendeten Massen eignen sich ausgezeichnet z. B. zur Herstellung von Isolationen an ZündlciliirHicn für Gasentladungslampen und Explosionsmotoren sowie Isolationen für bei über 250 V betriebene Leitungen iii Fernsehgeräten.

Beispiel 1

Aus jeweils 100 Gcwichtstcilen eines Diorganopolysiloxans aus 99,9 Molprozcnt Dimethylsiloxan- und 0.1 Molprozent Vinylmcthylsiloxancinhciten mit etwa 900(H)OcSl 25 C. 8 Gewiclusteilen eines durch Hydrolyse von Phcnylmcthyldichlorsilan erzeugten Siloxans mit 5 Gewichtsprozent Si-gebundcncn Hydroxylgruppen, einer Paste (als Härtungsmittcl) aus gleichen Gcwichtstcilen 2.4-Dichlorbenzolpcroxyd und eines durch Trimethylsiloxygruppen entblockierlen Dimethylpolysilo.xans mit 250 cSt/25 C. Füllstoffen und nach dem Öl-Furnacc-Verfahren hergestelltem Ruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 27.7 m_ti.. einer Oberfläche von 133 m² g nach BET und einem spezifischen elektrischen Widerstand, gemessen bei Raumtemperatur und einem Druck von 300 kg cm², von 0.06 Ohm cm werden Mi.xhungen hergestellt. Die Mengen von als Härtungsmitlel verwendeter Paste. Füllstoffen und RuC sowie die Art der Füllstoffe sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Pyrogen in der Gasphase
erzeugtes Siliciumdioxyd*)

Diatomeenerde*).

Quarzmehl*)

'! (-ullslofT.

♦•ι '.Vr

1**1

50

lic»!einstelle auf HXI Ciewichtsteile DinrBiimipolvsiloxiin in

Nr.

2")

45

20

50

20

45

! 50

0

50

45

20

50

20

11

45

14

50

CicM'ichlsprn/ciK Ruß. bc/«{!cn iiuf

das Gesamtgewicht

der Μι«:ΐΗΐΜμ

Titandioxid*)

I'.isenoxvd (ElM).,)*)
/irkoniiimsilikal*| .
Ruß

Il j 0

ο: (ι

(I ^: 0

Paste aus Pero\\d und Di- |
methslpoljsiloxan | 2.4

*l liilKloff.
**) \ crjikichMiiiM.hunucn

.uik- .ml Inn ι icuichiMcilc I )i. iru.ini «pi >l> -.ilnv.tn in

Mim-Ihiuu Nr

•rs ') Hl I I

O 20 0 I' I ο ! I)

ο Ii 20 η i! (I

ti : ο. ο 2ii , ο ti ι ο

ο ο ! η ι) ο '

2.fi ! 2.(i j 2.6 j 2.6 \ 2.6 I (1.4 j (1.4 7.0

Il 20

ο Ι ο

4.5

7.0 I 7.0

Ij

0 ; 211 0

7.0

7.0

KuIl. he/iM'.cn .ml
tier Μι^Ιηιημ

T'" f

1.5

I.¹)
2.4

1.9

(I	7 S
I)	9 10
0	11 I T
	13
	14
6.5

1.9 3,0

Aus den 14 Mischungen werden jeweils durch Extrudieren und Erhitzen in Heißluft von 3(10 C als Prüfkörper Schläuche mit einem äußeren Durchmesser von etwa 8 mm. einer Wandstärke von 1.55 1: 0.05 mm und einer Länge von 1 m hergestellt. Zur Messung der Durchschlagsfestigkeit wird jeder dieser Schläuche mit einer wäßrigen lOgewichlsprozcntigcn Nalriumchloridlösung gefüllt und in U-Form in eine wäßrige iOgcwichtsprozcntigc Natriumchloridlösung so eintauchen gelassen, daß die beiden Schlauchenden jeweils etwa 20 cm über die 1 lüssigkeitso'-crfläche hcrausragen. Dann wird eine Elektrode in die den Schlauch umgebende Lösung und eine Elektrode in die im Schlauch befindliche Lösung getaucht. An die Elektroden wird eine Wechselspannung von 50 Hz (Schwingungen je Sekunde) angelegt, die innerhalb von 20 Sekunden auf 15 000 V gesteigert wird. Durch eine in den Stromkreis eingeschaltete Uhr wird die Zeit bis zum Durchschlag gemessen. Je länger diese Zeit ist. desto höher ist di·-.· Durchschlagsfestigkeit des Prüfkörpers. Wenn nach 50 Stunden kein Durchschlag erfolgt, wird die Prüfung abgebrochen.

Die Ergebnisse dieser l'rüfun^r...,i sind
genden Tabelle II wiedergegeben,
die Zahl »50« jeweils, daß nach
Prüfung abgebrochen wird, ohne (.laß vorher cm Durchschlag erfolgte.

in der fol-Darin bedeutet 50 Stunden die daß vorher ein

Tabelle 11

	3	l'riiKnnulcn In·,	/um I )ui	4	llM.-lll.ll!
	0.2		Mcssungs-Nr	3
I	4,4			0.5
9	0.3	4	2,2	2.2
13	1.5	7	5.5	0.7
8	9	3	15	10
2	4	r2	7	8
50	9	37	4.«	40
2.5		50	5.5
1.5	2,7	H
50	50	50

Miscliungs-

7**)
8
**1 Vcrulciclisniistlinngcn.

(1

3.4

7 Il 16 11

3.2 32

(lO

Mi	ι	Pr.	is	uiulen his	B	1	/um Durch	sch IiI)!	50
ning	50			39			50
	50	-		50	4	S	50
9	50	50		50	42	50	50
10	50	50		50	50	50	50
11	50	50		50		50	37
1	38	50		50		50
13		50		c i s ρ i		50
4	25		50 I	27
		50
	50
	35
el 2

Mit einer Mischung, welche die Zusammensetzung von Mischung 8 gemäß Beispiel I aufweist mit der Annahme, daß die 2,4 Gewichlstcilc Öl-Furnace-Ruß durch 2.4 Gewichtsteile Acetylenruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 56 mu, einer Oberfläche von 77 m^/g nach BET und einem spezifischen elektrischen Widerstand, gemessen bei Raumtemperatur und einem Druck von 200 kg/cnr. von 0,14 Ohm · cm ersetzt wurden, wird ein Lcitungsmassivdraht mil 1.6 mm Durchmesser durch Extrudieren mit einer Beschichtung von 2.6 mm Dicke, die durch Erhitzen in Heißluft von etwa 375 C gehärtet wird, überzogen. Stücke vein 1 m Lunge der so erhaltenen Leitungen werden in U-Eorin in eine wäßrige lOgcwichtsprozenlige Nalriumchloridlösung so eintauchen gelassen, daß die beiden Enden der Stücke jeweils etwa 20 cm über die IHissigkeitsobcrlläche hcrausragen. Dann wird eine Elektrode in die das zu prüfende LeitungsstücV umgebende Lösung getaucht und eine Elektrode mit dem Leitungsstück verbunden. Auf die Elektroden wird eine Wechselspannung von 50 Hz und 25 000 V angelegt. Es werden drei Messungen durchgeführt, die jeweils nach 200 Stunden abgebrochen werden, ohne daß vorher ein Durchschlag erfolgte.

/im Vergleich werden die vorstehend bcschricbclu 1; M,i3nahmcn wiederholt mit der Ausnahme, daß im hi (Ir Mischung 8. sondern die Mischung I gemäP. hcispiel I verwendet wird. Bei den drei Messungen treten Durchschlage nach 12. 11 b/w. 23 Stunden auf.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verwendung von /u Elastomeren liärlbaren Massen auf Grundlage von Diorgaiiopohsiloxan. Füllstoffen und einem C ichalt von 0.5 his 7 Ge- \siditspro/ent. bezogen auf das Gesamtgewicht der Massen, an leitfähigem Kohlenstoff als Isolierstoffe für bei mindestens 250 V betriebene elektrische Leitungen.

2. Ausführungsform nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß Massen mit einem Gehalt von 1.5 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Massen, an leitfähigem Kohlenstoff verwendet werden. is

3. Ausfijhrimgsiform nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß Massen mit einem Gehalt an leilfähigem Kohlenstoff, dessen spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur und einem Druck von 100 his 3(X) kg cnr kleiner als 0.2 Ohm · 2a cm ist. verwendet werden.