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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine vernetzbare Zusammensetzung
auf Grundlage von Flüssig-Silkonelastomer,
die vorgesehen ist für
die Herstellung eines hoch reißfesten
Materials.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft, aber nicht ausschließlich anwendbar
auf dem Gebiet von Energiezubehör
wie etwa Abschluss- oder Verbindungselemente für Energiekabel.
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Flüssig-Silikonelastomere,
allgemein bezeichnet mit dem Anglizismus Liquid Silicon Rubber oder
LSR, sind Gemische, die im wesentlichen zusammengesetzt sind aus
einem Polyorganosiloxan mit wenigstens zwei Ungesättigtheiten,
einem Hydrogen-Polyorganosiloxan mit mindestens zwei Silizium-Wasserstoff-Bindungen und
einem Hydrosilylierungskatalysator. Festzuhalten ist, dass dieser
Typ von Zusammensetzungen ferner im allgemeinen Silica (Siliziumoxyd)
enthält,
um dem fertigen Material einen gewissen Zusammenhalt zu verleihen,
da die vernetzbaren Silikone intrinsisch und im nicht vernetzten
Normalzustand eine eher teigige oder ölige Konsistenz haben.
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Silikonelastomere
sind dafür
bekannt, eine ausgezeichnete Hitze- und Witterungsbeständigkeit
sowie gute Isolationseigenschaften aufzuweisen. Allerdings hat dieser
Typ von Materialien auch den Nachteil, nur eine geringe Reißfestigkeit
aufzuweisen, insbesondere im Vergleich mit natürlichen und synthetischen Gummis,
die im Wesentlichen aus einem Kohlenstoffskelett bestehen. In der
Praxis wirft dieses letztere Merkmal ein erhebliches Problem auf,
wenn die Silikonelastomere vorgesehen sind, um zur Bildung von Elementen
verwendet zu werden, die gehandhabt werden sollen. Dies ist insbesondere
der Fall bei Anwendungen vom Typ Energiezubehör.
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Es
gibt bereits diverse technische Lösungen, um die Reißfestigkeit
der Materialien auf Grundlage von Flüssig-Silikonelastomer zu vergrößern.
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Die
erste besteht darin, Silica-Zusätze
in erheblichen Mengen zu verwenden. Aufgrund der verdickenden Eigenschaften
dieses Typs von Verbindungen kommt es häufig zu einer unerwünschten
Erhöhung
der Viskosität
der Zusammensetzung, die bis zu einer Verhärtung des Materials reichen
kann. Das Flüssig-Silikonelastomer
kann so inkompatibel mit einem Niederdruck-Spritzverfahren werden, das eine für den Einsatz
dieses Typs von Material verwendete Technik ist. Eine Vergrößerung des
Silica-Gehalts in der Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
hat ferner zur Folge, dass bestimmte elektrische Eigenschaften des
vernetzten Materials, insbesondere die Lichtbogenbeständigkeit
und die Kriechfestigkeit, beeinträchtigt werden.
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Die
Reißfestigkeit
der Silikonelastomere kann auch vergrößert werden durch Verwendung
von langen Polysiloxanketten, weil diese gerade aufgrund ihrer größeren Abmessungen
und damit einer höheren
Vernetzungsdichte in der Lage sind, eine höhere Funktionalität zu bieten.
Wie im Fall der ersten Lösung
gelangt man jedoch schnell zu einer signifikanten Erhöhung der
Viskosität
oder sogar der Härte
des vernetzten Materials.
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Eine
dritte Lösung
erlaubt es, die Gesamtheit dieser wiederkehrenden Nachteile zu überwinden.
Sie beruht darin, die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
mit einem Polymer wie etwa einem Polyamid, einem Polyethylen oder
einem EPDM zu ergänzen,
in Verbindung mit einem oder mehreren Kopplungsmitteln. Zwar ermöglicht dieser
Typ von Lösung
tatsächlich
eine Steigerung der Reißfestigkeit
des Materials, doch hat er den Nachteil, wesentlich kostspieliger
als seine Entsprechungen aus dem Stand der Technik zu sein. Dies liegt sowohl
an den intrinsischen Kosten eines jeden verwendeten Kopplungsmittels
als auch an den Kosten, die mit der Verkomplizierung des Herstellungsverfahrens
einher gehen, die solche Zusätze
hervorrufen.
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So
ist das durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu lösende technische
Problem, eine Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung mit
einem wenigstens zwei Ungesättigtheiten
aufweisenden Polyorganosiloxan, einem mit wenigstens zwei Silizium-Wasserstoff-Bindungen
versehenen Hydrogen-Polyorganosiloxan,
einem Hydrosilylierungskatalysator und Silica versehene Zusammensetzung
anzugeben, die es ermöglicht,
die Probleme des Standes der Technik zu vermeiden, indem sie eine
deutlich verbesserte Reißfestigkeit
bietet und dabei von einer perfekten Kompatibilität mit den
herkömmlichen
Spritz-Formverfahren,
bestehen bleibenden elektrischen Eigenschaften sowie moderaten Kosten
profitiert.
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Die
Lösung
des aufgeworfenen technischen Problems besteht gemäß der vorliegenden
Erfindung darin, dass die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
ferner ein ungesättigtes
organisches Polymer mit wenigstens zwei Ungesättigtheiten sowie ein spezifisches
Vernetzungsmittel des ungesättigten
organischen Polymers enthält.
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Aus
dem oben Gesagten folgt, dass eine erfindungsgemäße Zusammensetzung wenigstens
ein ungesättigtes
Polyorganosiloxan wie oben definiert, wenigstens ein Hydrogen-Polyorganosiloxan,
wenigstens einen Hydrosilylierungskatalysator, wenigstens einen
Typ Silica, wenigstens ein ungesättigtes
organisches Polymer mit wenigstens zwei Ungesättigtheiten und wenigstens
ein spezifisches Vernetzungsmittel des ungesättigten organischen Polymers
enthalten muss. Dies bedeutet aber implizit auch, dass die Zusammensetzung mehrere
ungesättigte
Polyorganosiloxane und/oder mehrere Hydrogen-Polyorganosiloxane und/oder mehrere Hydrosilylierungskatalysatoren
und/oder mehrere verschiedene Typen von Silica und/oder mehrere
ungesättigte
organische Polymere und/oder mehrere spezifische Vernetzungsmittel
enthalten kann. Festzuhalten ist, dass in diesem gesamten Text der
Ausdruck „organisches
Polymer" jedes Kohlenwasserstoff-Makromolekül bezeichnet,
dessen Hauptkette im Wesentlichen aus Kohlenstoffatomen zusammengesetzt
ist. Dies impliziert, dass Polymere mit Hauptketten auf Grundlage
anderer Atome als Kohlenstoff, das heißt die anorganischen Polymere,
nicht betroffen sind. Dies gilt insbesondere für Polyorganosiloxane, die ausgehend
von Silizium- und Sauerstoffatomen als Hauptkette aufgebaute Polymere
sind.
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Es
kann präzisiert
werden, dass jede Ungesättigtheit,
die das ungesättigte
Polyorganosiloxan und das ungesättigte
organische Polymer aufweisen, sowohl durch eine Doppel- als auch
durch eine Dreifachbindung gebildet sein kann. Jede dieser ungesättigten
Bindungen kann außerdem
sowohl vom Typ Kohlenstoff-Kohlenstoff, Kohlenstoff-Sauerstoff,
Kohlenstoff-Stickstoff,
Stickstoff-Stickstoff als auch Stickstoff-Sauerstoff sein. Jede Ungesättigtheit
kann außerdem
vom Dangling-Bond-Typ entlang der Kette oder an Abschlussposition oder
direkt mit in die Kette integriert sein.
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Die
so definierte Erfindung hat den Vorteil, dass sie es erlaubt, die
Reißfestigkeit
eines Silikonmaterials durch einfaches Hinzufügen eines ungesättigten
organischen Polymers und eines für
die Grundzusammensetzung spezifischen Vernetzungsmittels zu erhöhen. Anders
als im Stand der Technik erlaubt die Verwendung dieses spezifischen
Typs von Polymer, auf den Zusatz eines beliebigen Kopplungsmittels
zu verzichten. Das ungesättigte
organische Polymer muss daher als ein Verstärkungspolymer aufgefasst werden.
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Die
Verbesserung der Reißfestigkeit
rührt hier
von der strukturellen Heterogenität des aus der Vernetzung einer
erfindungsgemäßen Zusammensetzung
hervorgegangenen Materials her. Die Reißfestigkeit eines Materials
ist nämlich
verknüpft mit
seiner Fähigkeit,
der Ausbreitung einer Fissur zu widerstehen. Daher kann die Reißfestigkeit
verbessert werden durch alle Faktoren, die es erlauben, Energie
zu dissipieren. Der Zusatz von Füllstoffen
in dem Silikonmaterial ist eines der zum Dissipieren von Energie
eingesetzten Mittel.
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Konkret
erlaubt im Fall der Erfindung die Dispersion eines ungesättigten
organischen Polymers in Verbindung mit einem spezifischen Vernetzungsmittel
in einer Silikonmatrix, Inhomogenitäten in Form von Knötchen zu
erzeugen. Nach Vernetzung spielen diese Knötchen die Rolle von Verstärkungsfüllstoffen
in der Matrix. Zwei mit dem Vorhandensein dieses Typs von Füllstoffen
verbundene Hauptphänomene
tragen zur Verstärkung
des Materials bei. Es handelt sich einerseits um das Phänomen der
Abstumpfung der Spitze der Fissur, was auf eine Verringerung der
Energiedichte hinausläuft.
Zum anderen handelt es sich um das Phänomen der Ablenkung der Fissur,
wobei die Füllstoffe
als Sperren wirken, die in der Lage sind, die Ausbreitungsrichtung
der Fissur zu verändern,
was vorteilhafterweise zu einer Verringerung der Ausbreitungsenergie
führt.
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Durch
das Vorhandensein des spezifischen Vernetzungsmittels kann die Vernetzung
des Verstärkungspolymers
innerhalb der Silikonmatrix garantiert werden, unabhängig von
der Wechselbeziehung zwischen dem Polymer und dem Hydrogen-Polyorganosiloxan,
das heißt
dem Vernetzungsmittel des ungesättigten
Polyorganosiloxans. Selbstverständlich
ist der Begriff Vernetzungsmittel hier umfassend zu verstehen, das heißt er bezeichnet
jeden bekannten Vernetzungsinitiator wie zum Beispiel ein Peroxid.
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Die
Erfindung ermöglicht
ferner, das Viskositätsniveau
der Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
aufrecht zu erhalten oder zu verringern, so dass letztere mit den
Spritzformtechniken, insbesondere den Verfahren zum Formen durch
Niederdruckspritzen, vollauf kompatibel bleibt.
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Ferner
ermöglicht
die Erfindung die Aufrechterhaltung der mechanischen und elektrischen
Eigenschaften des Silikonmaterials.
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Schließlich bewirkt
die Erfindung keinerlei Zusatzkosten im Vergleich zu den Lösungen des
Standes der Technik, weil ihre Ausführung nur zwei zusätzliche,
relativ preiswerte Verbindungen erfordert.
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Einer
Besonderheit der Erfindung zufolge kann die Zusammensetzung ferner
einen Katalysator umfassen, der spezifisch für die Vernetzungsreaktion des
ungesättigten
organischen Polymers mit seinem spezifischen Vernetzungsmittel ist.
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Vorteilhafterweise
umfasst das ungesättigte
organische Polymer wenigstens zwei ungesättigte Verbindungen vom Dangling-Bond-Typ, die entlang
der Kette und/oder in Abschlussposition platziert sein können. Dieser
Typ von Ungesättigtheit
ermöglicht
nämlich,
das Funktionalitätsniveau
des Polymers im Vergleich zu einem äquivalenten, aber nur mit Doppel-
oder Dreifachbindungen in der Mitte der Hauptkette versehenen Makromolekül zu maximieren.
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Vorzugsweise
umfasst das ungesättigte
organische Polymer wenigsten eine Vinylgruppe. Wie bereits oben
gesagt, versteht sich, dass jede Vinyl-Doppelbindung sowohl an der
Kette hängen
als auch in Abschlussposition angebracht sein kann.
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Einer
anderen Besonderheit der Erfindung zufolge hat das ungesättigte organische
Polymer eine Viskosität
zwischen 0,5 und 1000 Pa.s. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass
das Polymer, das zur Erhöhung der
Reißfestigkeit
des Silikonmaterials nach Vernetzung der Zusammensetzung vorgesehen
ist, im Normalzustand vorzugsweise in flüssiger Form vorliegt.
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Es
erweist sich nämlich
als notwendig, dass die fertige Zusammensetzung nicht übermäßig viskos
ist, damit sie mit den herkömmlichen
Techniken, insbesondere unter Einsatz von Formverfahren mit Niederdruck-Einspritzung,
eingesetzt werden kann.
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Man
ist bestrebt, mit flüssigen
ungesättigten
organischen Polymeren zu arbeiten, um in einem System mit einer
Konsistenz ähnlich
der des Basis-Silikonsystems zu bleiben, dessen Viskosität im Allgemeinen
zwischen 50 und 1000 Pa.s variiert. In allen Fällen ist bevorzugt, mit ungesättigten
organischen Polymeren zu arbeiten, die Viskositäten nahe denen oder unter denen
des Silikonsystems haben. Ein Verstärkungspolymer, das flüssiger ist
als das Basis-LSR-System erlaubt es nämlich vorteilhafterweise, die
Gesamtviskosität
der Zusammensetzung anzupassen und insbesondere zu verringern.
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Vorzugsweise
ist das ungesättigte
organische Polymer vom Elastomertyp. Zweck dieses Merkmals ist, in
einem komplett elastomerischen System zu bleiben, weil bereits das
Silikon ein Elastomer ist. Selbstverständlich kann es sich sowohl
um ein natürliches
Elastomer als auch um ein synthetisches Elastomer handeln.
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Einer
anderen Besonderheit der Erfindung zufolge umfasst die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
zwischen 1 und 10 pcr ungesättigtes
organisches Polymer, vorzugsweise zwischen 1 und 3 pcr. Zu beachten
ist, dass die Mengen hier in herkömmlicher Weise in pcr angegeben
werden, das heißt
in Teilen pro 100 Teile Harz.
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Unabhängig davon
stellt man fest, dass das Verstärkungspolymer
innerhalb des Gemischs nur in sehr kleiner Menge vorhanden ist.
Dies bedeutet einen signifikanten Kostenvorteil, vereinfacht aber
auch erheblich den Herstellungsprozess der Zusammensetzung.
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Einem
anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung zufolge weist das ungesättigte Polyorganosiloxan wenigstens
zwei ungesättigte
Bindungen vom Dangling-Bond-Typ auf, die entlang der Kette und/oder
in Abschlussposition platziert sein können. Es ist zu beachten, dass
die Problematik, die Folgen und die Vorteile einer solchen bevorzugten
Auswahl hier analog zu den bereits im Rahmen der Beschreibung der
Merkmale des Verstärkungspolymers
erwähnten
sind.
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Dasselbe
gilt für
die Tatsache, dass in besonders vorteilhafter Weise das ungesättigte Polyorganosiloxan
wenigstens eine Vinylgruppe aufweist.
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Einer
anderen Besonderheit der Erfindung zufolge umfasst die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
ferner einen Inhibitor des Hydrosilylierungskatalysators. Das Vorhandensein
dieser Verbindung dient dazu, eine Steuerung der Hydrosilylierungsreaktion
zu ermöglichen,
hier durch Gewährleisten
der Inhibition des Katalysators bis zu einer gegebenen Temperatur,
die der Dekomplexierungstemperatur des Inhibitors entspricht, und
durch Aktivierung der Wirkungen dieses Katalysators, sobald diese
Schwelltemperatur überschritten
ist.
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Vorzugsweise
ist der Hydrosilylierungskatalysator ein Platinkatalysator. Selbstverständlich kann
in äquivalenter
Weise jede andere Verbindung verwendet werden, die geeignet ist,
die Hydrosilylierungsreaktion zu initiieren oder zu fördern, ohne
dass es sich dabei notwendigerweise um einen Metallkomplex handeln muss.
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Einer
anderen Besonderheit der Erfindung zufolge umfasst die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
ferner wenigstens einen Zusatz, der ausgewählt ist unter der Gruppe der
Verstärkungsfüllstoffe,
der leitfähigen
Füllstoffe,
der brandhemmenden Füllstoffe,
der Weichmacher, der thermischen Stabilisatoren, der Antioxidationsmittel,
der Farbstoffe und der Anti-UV-Mittel.
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Der
Ausdruck Zusatz bezeichnet hier ganz allgemein jede zu der Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
hinzugefügte
Verbindung. Dies betrifft somit sowohl Hilfstoffe, die in kleinen
Dosen zugesetzt werden und im Prinzip nicht die Endeigenschaften
des Materials beeinflussen, wie auch die Füllstoffe, die in wesentlich
höheren
Dosen eingebracht werden und a priori die Endeigenschaften des Materials
verändern
können.
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In
dieser Logik ist zu beachten, dass die thermischen Stabilisatoren,
die Antioxidationsmittel, die Farbstoffe und die Anti-UV-Mittel
im allgemeinen als Hilfsstoffe angesehen werden, während die
Verstärkungsfüllstoffe,
die leitfähigen
Füllstoffe,
die brandhemmenden Füllstoffe
und die Weichmacher allgemein unter Füllstoffe fallen.
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Als
Hinweis können
einige Beispiele von Füllstoffen
genannt werden, die zu dem Polymergemisch hinzugefügt werden
können.
Dabei ist insbesondere an Verstärkungsfüllstoffe
wie etwa Glasfasern oder Kohlenstofffasern, Pigmente wie etwa Titandioxid
oder Eisenoxid, leitfähige
Füllstoffe
wie etwa Rußschwarz,
fein unterteilte metallische Füllstoffe
oder Zinkoxid, brandhemmende Füllstoffe
wie etwa halogenierte Kohlenwasserstoffe, Aluminiumtrihydrat oder
Magnesiumhydroxid, Weichmacher für
Silikon wie etwa Polydimethylsiloxan-Öle, etc. gedacht.
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In
besonders vorteilhafter Weise umfasst die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung zwischen 0,5
und 50 Gewichtsprozent an Zusätzen,
vorzugsweise zwischen 0,5 und 20 Gewichtsprozent.
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Die
Erfindung betrifft ferner jedes Energiezubehör, das wenigstens ein aus einer
Zusammensetzung wie oben beschrieben hergestelltes Element aufweist.
Unter Energiezubehör
wird hier jede Vorrichtung verstanden, die vorgesehen ist, um ein
Energiekabel damit auszustatten, zum Beispiel ein Abschlusselement
oder ein Verbindungselement.
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Natürlich kann
die erfindungsgemäße Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung auch
allgemein für die
Herstellung eines beliebigen Formteils aus Silikon eingesetzt werden,
das eine erhöhte
Reißfestigkeit
erfordert.
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Die
Erfindung betrifft schließlich
Herstellungsverfahren, mit denen eine beliebige Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
wie oben beschrieben hergestellt werden kann.
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Einem
ersten gegenwärtig
bevorzugten Verfahren der Erfindung zufolge wird die Flüssig-Silikonelastomer-Zusammensetzung
hergestellt durch Mischen von zwei Komponenten, die jeweils wenigstens
das Hydrogen-Polyorganosiloxan und wenigstens den Hydrosilylierungskatalysator
enthalten, und das ungesättigte organische
Polymer und dessen spezifisches Vernetzungsmittel werden später zu dem
Gemisch dieser Komponenten hinzugefügt.
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Es
ist wichtig, dass das Hydrogen-Polyorganosiloxan und der Hydrosilylierungskatalysator
nicht in der gleichen Zusammensetzung vorliegen, um nicht ungewollt
die Hydrosilylierungsreaktion auszulösen. Das ungesättigte Polyorganosiloxan
und das Silica können
ihrerseits in der einen und/oder der anderen Komponente des Gemischs
enthalten sein.
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In
der Praxis wird der Schritt des Einbringens des Gemischs der zwei
Komponenten, des Verstärkungspolymers
und von dessen spezifischem Vernetzungsmittel vorteilhafterweise
unmittelbar vor Einbringen der gesamten Zusammensetzung in die Form
vorgenommen.
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Einem
zweiten Herstellungsverfahren zufolge wird die Flüssig elastomer-Zusammensetzung
weiterhin hergestellt durch Mischen von zwei Komponenten, die jeweils
wenigstens ein Hydrogen-Polyorganosiloxan und
wenigstens den Hydrosilylierungskatalysator enthalten, und das ungesättigte organische
Polymer und dessen spezifisches Vernetzungsmittel werden wenigstens
einer der zwei Komponenten vor dem Mischen der Komponenten zugesetzt.
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Wie
bei der ersten Ausgestaltung sollen das Hydrogen-Polyorganosiloxan und der Hydrosilylierungskatalysator
nicht in der gleichen Komponente vorhanden sein, wohingegen das
ungesättigte
Polyorganosiloxan und das Silica in der einen und/oder anderen Komponente
des Gemischs enthalten sein können.
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Hier
handelt es sich um eine wesentlich herkömmlichere Vorgehensweise in
dem Sinne, dass der Zusatz des Verstärkungspolymers und von dessen
spezifischem Vernetzungsmittel vor dem abschließenden Schritt des Mischens
erfolgt. Letzterer findet somit in herkömmlicher Weise zwischen zwei
Komponenten statt, wobei die Besonderheit darin beruht, dass wenigstens
eine dieser Komponenten vorab durch das Verstärkungspolymer und/oder durch
das diesem zugeordnete spezifische Vernetzungsmittel vervollständigt ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Merkmale, die sich aus der
nachfolgenden Beschreibung ergeben und die einzeln oder in allen
ihren technisch möglichen
Kombinationen betrachtet werden müssen.
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Diese
als nicht einschränkendes
Beispiel angegebene Beschreibung soll ein besseres Verständnis davon
ermöglichen,
worin die Erfindung beruht und wie sie ausgeführt werden kann. Sie wird angegeben
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, welche zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines Hochspannungs- Verbindungselements
für Energiekabel;
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2 Reißfestigkeitskurven.
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Aus
Gründen
der Klarheit sind nur die für
das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Elemente schematisch und ohne Rücksicht
auf den Maßstab
dargestellt.
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1 zeigt
ein Verbindungselement 1, das zum Anschließen eines
Hochspannungskabels 2 vorgesehen ist. Dieses Verbindungselement 1 ist
herkömmlicherweise
aufgebaut aus einem Verbindungskörper 3,
der einerseits zwei halbleitende Ablenkkegel 4, 5 und
andererseits eine zentrale halbleitende Elektrode 6 einschließt.
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Der
Verbindungskörper 3 ist
aus einem isolierenden Material hergestellt, das aus der Hydrosilylierung einer
Flüssig-Silikonelastomerzusammensetzung
gemäß der Erfindung
herrührt.
Die halbleitenden Kegel 4, 5 sowie die zentrale
Elektrode 6 sind ihrerseits aus dem gleichen Material wie
der Verbindungskörper 3 hergestellt,
mit dem Unterschied, dass es mit Rußschwarz beaufschlagt ist,
um Halbleitereigenschaften aufweisen zu können.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen; die Beispiele sind
lediglich zur Veranschaulichung und keinesfalls zur Einschränkung angegeben.
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Die
Beispiele I bis III betreffen Silikonmaterialien, die zur Verwendung
zur Herstellung von Energiezubehör-Komponenten
vorgesehen sind. Die Zusammensetzungen, aus denen sie hervorgegangen
sind, basieren sämtlich
auf dem gleichen LSR-System,
nämlich
einer unter der Bezeichnung LSR 8540 von der Firma Rhodia vertriebenen
Zusammensetzung.
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Die
Tabelle 1 fasst die wesentlichen Eigenschaften der Verstärkungspolymere
zusammen, die zu dem Grund-LSR-System hinzugefügt worden sind, um die Proben
1 bis 6 der Beispiele I bis III zu bilden. Angegeben sind die Molmasse
und die Viskosität
unterschiedlicher Flüssig-Polybutadiene,
die von der Firma Cray Valley unter der Marke Ricon vertrieben werden. Tabelle 1
| Material | Mn·1000 (g.mol–1) | Viskosität (Pa.s) |
| Ricon
131 | 4,5 | 2,75 |
| Ricon
153 | 4,7 | 60 |
| Ricon
130MA8 | 2,7 | 6,5 |
| Ricon
10MA13 | 2,9 | 17 |
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Die
verschiedenen Proben sind sämtlich
nach der gleichen Zubereitungsweise hergestellt. In einer Mischkapsel
werden die Komponenten A und B des LSR-Systems in einem Massenverhältnis von
50:50 platziert. Anschließend
wird die gewünschte
Menge an Verstärkungspolymer
(Ricon) zugesetzt. Die Mischung wird dann in einem Mischer in drei
Schritten vorgenommen, zwischen denen die Ränder der Kapsel mit Hilfe eines Spatels
abgeschabt werden. Konkret werden nacheinander durchgeführt: ein
erstes Mischen von 30 Sekunden bei 1.500 Umdrehungen pro Minute,
ein zweites Mischen von 30 Sekunden bei 1.500 Umdrehungen pro Minute
und schließlich
ein drittes Mischen von 30 Sekunden bei 2.000 Umdrehungen pro Minute;
nach letzterem wird eine dreiminütige
Entgasung durchgeführt.
Das so hergestellte Gemisch wird anschließend in eine Metallform mit
Abmessungen 2 × 13 × 14 Millimeter
gegossen und dann bei der gewünschten
Temperatur und für
die gewählte
Zeit unter einer Presse platziert, um eine vernetzte Platte zu erhalten.
Dann werden nach den von der Norm ISO 34-1 festgelegten Bedingungen
von dieser Platte Proben geschnitten.
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Beispiel I
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Es
betrifft insbesondere Materialien, die aus Flüssigsilikon- Elastomer-Zusammensetzungen erhalten sind,
die eine Stunde lang bei 120 °C
vernetzt worden sind. Zwei aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hervorgegangene
Proben 1 und 2 von unterschiedlicher Beschaffenheit wurden hergestellt,
um mit einer von jedem Verstärkungspolymer
freien Referenzprobe 1 verglichen zu werden.
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Der
erste Teil der Tabelle 2 gibt die jeweiligen Anteile der verschiedenen
in den verschiedenen Zusammensetzungen vorhandenen Bestandteile
an. Der zweite Teil der Tabelle 2 fasst die Ergebnisse von nach
den Vorschriften der ISO 34-1 vorgenommenen Reißfestigkeitsmessungen zusammen.
Hierbei ist zu berücksichtigen,
dass die Reißfestigkeiten
an Hosenproben (éprouvettes
pantalon) unter Verwendung einer Zuggeschwindigkeit von 100 mm/min
vorgenommen wurden und dass die angegebenen Werte die Medianwerte
sind. Tabelle 2
| | Vergleich | Probe
1 | Probe
2 |
| LSR
(pcr) | 100 | 100 | 100 |
| Ricon
131 (pcr) | 0 | 1 | 0 |
| Ricon
130MA13 (pcr) | 0 | 0 | 1 |
| Reißfestigkeit
(N/mm) | 4,5 | 7,8 | 7 |
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Man
stellt zunächst
fest, dass die Reißfestigkeit
eines aus einer Flüssigsilikon-Elastomer-Zusammensetzung
hervorgegangenen Materials signifikant höher als die eines Materials
ist, das aus einer Verstärkungspolymer-freien
Zusammensetzung hervorgegangen ist, unabhängig von der Art des vorhandenen
Verstärkungspolymers.
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Beispiel II
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Es
betrifft insbesondere die Materialien, deren Zusammensetzungen 1
Stunde 20 Minuten lang bei 140 °C
vernetzt worden sind. Eine einzige Probe 3 wurde aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung
hergestellt, um einen Vergleich mit einer von jedem Verstärkungspolymer
freien Referenzprobe 2 durchzuführen.
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Wie
im Beispiel I zeigt der erste Teil der Tabelle 3 die jeweiligen
Anteile der verschiedenen in den verschiedenen Zusammensetzungen
enthaltenen Bestandteile, während
der zweite Teil die Ergebnisse der Reißfestigkeitsmessungen, weiterhin
durchgeführt
nach den Vorschriften der Norm ISO 34-1, zusammenfasst. Tabelle 3
| | Referenz
2 | Probe
3 |
| LSR
(pcr) | 100 | 100 |
| Ricon
131 (pcr) | 0 | 2 |
| Reißfestigkeit
(N/mm) | 5,8 | 9,5 |
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Auch
hier stellt man fest, dass ein aus einer erfindungemäßen Zusammensetzung
hervorgegangenes Material eine deutlich höhere Reißfestigkeit hat als ein Material,
das aus einer verstärkungspolymerfreien
Zusammensetzung hervorgegangen ist (2).
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Im
Vergleich zu den im Rahmen des Beispiels I durchgeführten Messungen
stellt man ferner fest, dass eine deutliche Verbesserung der Reißfestigkeit
des Silikonmaterials erreicht werden kann, indem die Vernetzung über eine
längere
Zeit und bei einer höheren
Temperatur durchgeführt
wird.
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Beispiel III
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Es
betrifft insbesondere Materialien, die durch einstündiges Vernetzen
von Flüssigsilikon-Elastomer-Zusammensetzungen
bei 120 °C
mit anschließendem
achtstündigem
Ausbacken bei 150 °C
hergestellt worden sind. Drei aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hervorgegangene
Proben 4 bis 6 von unterschiedlicher Beschaffenheit sind hergestellt
worden, um mit einer von jedem Verstärkungspolymer freien Referenzprobe
3 verglichen zu werden.
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Die
Anmerkungen zum Aufbau der Tabelle 4 sind die gleichen wie oben
für die
Tabellen 2 und 3 gemacht. Tabelle 4
| | Referenz
3 | Probe
4 | Probe
5 | Probe
6 |
| LSR
(pcr) | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Ricon
130MA8 (pcr) | 0 | 3 | 0 | 0 |
| Ricon
130MA13 (pcr) | 0 | 0 | 3 | 0 |
| Ricon
153 (pcr) | 0 | 0 | 0 | 1 |
| Reißfestigkeit (N/mm) | 4,5 | 7,6 | 7,4 | 7,6 |
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Wiederum
stellt man die überlegene
Reißfestigkeit
der aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hervorgegangenen
Materialien fest.
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Man
stellt aber auch fest, dass diese Eigenschaften erreicht werden
können
durch Verwendung einer minimalen Menge an Verstärkungspolymer, indem die Art
des Verstärkungspolymers
geschickt ausgewählt wird.