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WO2017054973A1 - Vergussmasse und verwendung dazu - Google Patents

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WO2017054973A1
WO2017054973A1 PCT/EP2016/068848 EP2016068848W WO2017054973A1 WO 2017054973 A1 WO2017054973 A1 WO 2017054973A1 EP 2016068848 W EP2016068848 W EP 2016068848W WO 2017054973 A1 WO2017054973 A1 WO 2017054973A1
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WO
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potting compound
compound according
filler
fraction
anhydride
Prior art date
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PCT/EP2016/068848
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Inventor
Matthias ÜBLER
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01B3/40—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes epoxy resins

Definitions

  • Potting compound and use thereof The invention relates to a potting compound for insulating a metallic conductor with improved resistance to breakage and uses thereof, in particular in the isolation of dry current transformers and / or busbars in switchgear.
  • Dry current transformers or busbars in switchgear systems have in their interior large-volume metal joints and bolts, which must be electrically isolated by a suitable insulating material of large layer thickness.
  • a suitable insulating material of large layer thickness.
  • aluminum is used as an electrically conductive material in dry current transformers due to the mass saving.
  • busbars often carry copper metal in the interior, but here, too, a use of aluminum for reasons of cost and weight is basically conceivable and customary.
  • the electrical insulation needs a sufficiently high throughput ⁇ dielectric strength, high electrical erosion goodness and in particular ⁇ sondere pronounced crack resistance, because in thick-film insulating materials are different expansion coefficients of about enveloping and / or guidedbettendem metal and the actual insulation material for thermal cycling the reason for Rissiniti - Punctures on tips and edges, which can lead to delaminations and breaks and thus the failure of the electrical components.
  • the insulation system is therefore high
  • silicone resins in thick layers are used to encase or sprue aluminum billets and housings (current transformers) and copper (busbars). Silicones are often very insensitive to cracks due to their softness, have high heat resistance, are relatively easy to process and have excellent insulating properties. Are disadvantageous to re ⁇ tively high cost, which manifests low thermal conductivity of about 0.2 W / (mK) and an extremely high thermal expansion of up to 300 ym / (mK) to name. At the moment, silicone is the drug of choice in these two application scenarios.
  • the object of the invention and solution of the problem is a potting compound for the isolation of a metallic conductor, a Epoxy resin matrix based on a cycloaliphatic epoxy resin with a non-SVHC list ("particularly be ⁇ worrying substances or Substances of very high
  • the present invention also relates to the use of an acid anhydride as hardener component, wherein a grain size distribution-optimized filler powder fraction is present in the potting compound in an amount of up to 75% by volume in the formulation of the uncured resin
  • the subject matter of the present invention is a thermoset insulating material obtainable from the potting compound which can be used as insulation for dry current transformers and / or busbars and has a thermal expansion coefficient comparable to that of aluminum and / or copper has.
  • a "grain size distribution optimized” filler is a filler which is present in several fractions of Korngrö ⁇ Shen and whose packing density is optimized, that is, for example, a filler with a packing ⁇ density of more than 80 -vol% is meant here.
  • a mineral filler is used as the filler, again, for example, a fused silica with a specific gravity of 2.2 g / cm 3 , so-called fused silica.
  • the thermal conductivities of the potting compounds according to the invention in the range of 30 ° C to 150 ° C are with values between 0.7 and 1.7 W / (mK), in particular from 0.9 to 1.3 W / (mK) and be ⁇ particularly preferably from 1 to 1.3 W / (mK) for use in dry current transformers and / or busbars in switchgear well usable.
  • the duromeric potting compound disclosed here for the first time is just as easy to process as the previously known potting compounds, but has identical thermal expansions as the metal to be encased, is relatively inexpensive and at the same time, eg in outdoor use as a housing material (so-called wall-mounted potting material) Execution) can act.
  • the potting compound is optimized by further additives. Both the crack resistance and the flowability can be further optimized.
  • the gel times are freely selectable by choosing different accelerator substances.
  • the further loadability with filler is easily changeable with reasonable overall dynamic viscosities.
  • the cycloaliphatic epoxy resins employed here exhibit glass transitions in the range from 170 ° C. at higher temperatures and thus permit dimensionally stable continuous operation up to 155 ° C., as well as short-term loads up to 180 ° C.
  • a cycloaliphatic epoxy resin based on 3, 4-epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4' -Epoxycyclohexancarboxylat with a phthalic anhydride which is not part of the SVHC list, added as a hardener component.
  • a phthalic anhydride which is not part of the SVHC list, added as a hardener component.
  • methylhexahydrophthalic anhydride is mixed in as a hardener component, again, for example, in a ratio of 1.00: 1.15 (w / w).
  • the ratio of about 1:00 is there "stöchiomet- skills ratio" as referred to as the respective amounts of resin and hardener component in the uncured For ⁇ formulation to be calculated so that one molecule
  • Hardener component with a functionality epoxy resin abrea ⁇ giert it is advantageously provided that even small amounts of catalyst, for example, be added to amine catalysts such as dimethylbenzylamine, 1, 2-Dimehtylimidazol, 2-ethyl-4-methylimidazole or the like.
  • amine catalysts such as dimethylbenzylamine, 1, 2-Dimehtylimidazol, 2-ethyl-4-methylimidazole or the like.
  • Such a formulation comprising a cycloaliphatic epoxy resin, a hardener component of a noncritical SVHC-listed phthalic anhydride hardening component and a catalyst as mentioned above may be gelled at 100 ° C for two hours and then for four hours be crosslinked at 180 ° C to the high polymer. In this case, for example, high Glasschreibgangstemperatu ⁇ reindeer of about 180 ° C set.
  • the fused silica fraction (s) should have a high packing density in order to realize high loadings.
  • Figure 1 shows the particle size distribution of a filler according to an embodiment of the present invention. It is a Quarzgut spallstoff 120F.
  • FIG. 2 shows the flow curves of filled formulations (77
  • FIG. 3 shows linear thermal expansions of differently filled formulations with 63% by weight (rhombus), 66% by weight (boxes) and 70% by weight (triangles) of filler content.
  • Table 1 shows the breakage and thermo mechanical properties sheep ⁇ th filled sealing compounds according to one embodiment of the present invention.
  • the exemplary embodiment is a potting compound filled with from 66 to 67% by weight, the heat conductivity of which ranges from 1 to 1.3 W / (mK) in the range from 30 to 150 ° C.
  • Integrity value unit value ⁇ ⁇
  • This rigid insulation material can serve as a substitution casting compound for dry current transformers, which can also be designed as a wall-mounted design in outdoor use with the choice of cycloaliphatic phthalic anhydride, which optionally leads to a further aluminum savings.
  • the invention relates to a potting compound for insulating a metallic conductor with improved resistance to fracture, as well as uses for this, in particular in the isolation of dry ⁇ nen current transformers and / or busbars in switchgear.
  • grain size-optimized, preferably mineral fillers an optimized adaptation of the thermal expansion coefficient to that of the metallic conductor to be insulated is facilitated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters mit verbesserter Bruchresistenzerhöhung, sowie Verwendungen dazu, insbesondere bei der Isolation von trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen. Durch den Einsatz von korngrößenoptimierten, bevorzugt mineralischen Füllstoffen wird dabei eine optimierte Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den des zu isolierenden metallischen Leiters erleichtert.

Description

Beschreibung
Vergussmasse und Verwendung dazu Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters mit verbesserter Bruchresistenzerhöhung sowie Verwendungen dazu, insbesondere bei der Isolation von trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen .
Trockene Stromwandler bzw. Sammelschienen in Schaltanlagen besitzen in ihrem Inneren großvolumige Metallverbindungen sowie -bolzen, die durch einen geeigneten Isolationswerkstoff großer Schichtdicke elektrisch isoliert werden müssen. Oftmals ist in trockenen Stromwandlern auf Grund der Masseneinsparung Aluminium als elektrisch leitender Werkstoff verwendet. Sammelschienen führen dagegen oftmals Kupfermetall im Inneren, jedoch ist auch hier eine Verwendung von Aluminium aus Kosten- und Gewichtsgründen grundsätzlich denkbar und gebräuchlich. In beiden Anwendungsfällen braucht die elektrische Isolation eine genügend hohe Durch¬ schlagfestigkeit, hohe elektrische Erosionsgüte und insbe¬ sondere ausgeprägte Rissresistenz, denn gerade in dickschichtigen Isolationswerkstoffen sind unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von zu umhüllendem und/oder einzubettendem Metall und dem eigentlichen Isolationswerkstoff bei Temperaturwechselbelastungen der Grund für Rissiniti- ierungen an Spitzen und Kanten, die zu Delaminationen sowie Brüchen und damit zum Versagen der elektrischen Bautei- le führen kann. An das Isolationssystem sind demnach hohe
Anforderungen im Sinne der Lebensdauer und des thermomecha- nischen Eigenschaftsprofils gestellt. Zusätzlich sollten die Isolationswerkstoffe hohe thermische Leitfähigkeiten be¬ sitzen, um die entstehenden Joule 'sehen Wärmen im Betrieb, die mit dem Quadrat der am Leiter anliegenden Stromstärke skaliert, wirkungsvoll abführen zu können, da sonst die intrinsische Aufheizung zur Beschädigung und/oder Deformation der Isolation führen kann. Sammelschienen und Stromwand- ler sind betriebsbedingt Bauteile, an denen sehr hohe
Stromstärken anliegen.
Derzeit werden additionsvernetzende Silikonharze in dicker Schicht zur Umhüllung bzw. dem Einguss von Aluminiumbolzen und -gehäusen (Stromwandler) und Kupfer (Sammelschienen) verwendet. Silikone sind oftmals aufgrund ihrer Weichheit sehr rissunempfindlich, besitzen hohe Wärmebeständigkeit, sind relativ leicht zu verarbeiten und besitzen hervorra- gende Isolationseigenschaften. Als nachteilig sind die re¬ lativ hohen Kosten, die äußert geringe Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,2 W/ (m-K) und die außerordentlich hohe Wärmeausdehnung von bis zu 300 ym/ (m-K) zu nennen. Im Moment ist Silikon das Mittel der Wahl in diesen beiden Anwendungs- Szenarien. Zur weiteren Kostenreduktion ist ein Einbringen von Glashohlkugeln in die Silikonprepolymermasse schon Ge¬ genstand von Entwicklungen beim Stromwandler gewesen, da durch die Abmagerung an Silikonmasse im Komposit ein Kos¬ tenvorteil erzielbar ist. Freilich ist das Eindispergieren von luftgefüllten Glashohlkugeln im Sinne der Prozessier- barkeit ebenso mit Schwierigkeiten verbunden. Gebrochene Glashohlkugeln im hochpolymeren Werkstoff können ebenso elektrische Fehlstellen im Sinne von Teilentladungsursprüngen darstellen, die sodann einen derartig fehlerbehafteten Werkstoff im Laufe der Betriebsdauer schädigen können.
Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen formfesten, harten, duromeren Isolationswerkstoff für trockene Strom¬ wandler und/oder Sammelschienen zu schaffen, insbesondere einen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient ähnlich dem eines Metalls ist, beispielsweise vergleichbar zum Ausdeh¬ nungskoeffizienten von Aluminium und/oder Kupfer. Desweiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vergussmasse zu schaffen, die dünnflüssig ist, damit ein möglichst lunker- freier Isolationswerkstoff herstellbar ist.
Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters, eine Epoxidharz-Matrix auf der Basis eines cycloaliphatischen Epoxidharzes mit einem nicht auf der SVHC-Liste ("besonders be¬ sorgniserregende Stoffe oder Substances of very high
concern") stehenden Säureanhydrid als Härterkomponente umfas- send, wobei eine korngrößenverteilungsoptimierte Füllstoff- Pulverfraktion in der Vergussmasse enthalten ist, die in einer Menge von bis zu 75-Vol% in der Formulierung des ungehärteten Harzes vorliegt. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung der Vergussmasse, für trockene Stromwandler, Sammelschienen und/oder als Gehäusematerial. Schließlich ist noch Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein duromerer Isolationswerkstoff, erhältlich aus der Vergussmasse, der als Isolation für trockene Stromwandler und/oder Sammelschienen einsetzbar ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vergleichbar zu dem von Aluminium und/oder Kupfer hat.
Als "korngrößenverteilungsoptimierter" Füllstoff wird ein Füllstoff bezeichnet, der in mehreren Fraktionen an Korngrö¬ ßen vorliegt und dessen Packungsdichte optimiert ist, das heißt, dass beispielsweise ein Füllstoff mit einer Packungs¬ dichte von mehr als 80-Volumen% hier gemeint ist.
Beispielsweise wird als Füllstoff ein mineralischer Füllstoff eingesetzt, wiederum beispielsweise ein Quarzgut mit einer spezifischen Dichte von 2.2g/cm3, so genanntes fused silica.
Als besonders zielführend ist dabei die Verwendung von Quarz¬ gutfraktionen, die sehr hohe maximale Packungsdichten der zugrundeliegenden Korngrößenverteilung aufweisen, da zum einen damit die maximale Beladbarkeit einer flüssigen Prepolymer- phase signifikant durch die geringere Viskosität zunimmt und zum anderen ist die thermische Ausdehnung von mineralischen Füllstoffen sehr gering, die von Quarzgut sogar mit ca. 0.6 ym/ (m-K) außerordentlich gering, so dass durch den Füllgrad an mineralischem Füllstoff in der Vergussmasse die hohe ther- mische Expansion, die im Duromer vorliegt, durch die minera¬ lischen Füllstoffe ausgeglichen werden kann und im besten Fall gleich dem isolierten Leiter, beispielsweise gleich dem von Aluminium einstellbar ist. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die thermische Aus¬ dehnung von Umhüllwerkstoff, also ausgehärteter Vergussmasse und einzubettendem Metall nahezu identisch ist. Dann sind die Rissentwicklungen aufgrund Temperaturwechsel nahezu auszu¬ schließen .
Die Wärmeleitfähigkeiten der Vergussmassen nach der Erfindung im Bereich von 30°C bis 150°C sind mit Werten zwischen 0,7 und 1,7 W/(m-K), insbesondere von 0,9 bis 1,3 W/(m-K) und be¬ sonders bevorzugt von 1 bis 1,3 W/ (m-K)für die Verwendung in trockenen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen gut einsetzbar. Es ist vorteilhaft, dass die hier erstmals offenbarte, duro- mere Vergussmasse ebenso leicht zu verarbeiten ist wie die bisher bekannten Vergussmassen, jedoch identische Wärmeausdehnungen wie das zu umhüllende Metall aufweist, relativ kostengünstig ist und zugleich, z.B. im Außeneinsatz als Gehäusematerial (sog. wandlose Ausführung) fungieren kann.
Für Sammelschienen offenbart sich durch Wahl dieser Formulierungen der einfache Wechsel zum kostengünstigeren und leichteren Aluminium. Dies resultiert in Materialeinspa- rungen, Kostenreduzierungen und rissunempfindlicheren Isolationswerkstoffen mit exzellenten Eigenschaftsprofilen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Vergussmasse durch weitere Additive optimiert. Dabei können sowohl die Rissunempfindlichkeit als auch die Fließfähigkeit weiter optimiert werden. Die Gelzeiten sind durch Wahl verschiedener Beschleunigersubstanzen frei wählbar. Durch Temperaturanhe- bung während der Dispergierphase in der der Füllstoff in das Harz eingearbeitet wird, ist die weitere Beladbarkeit mit Füllstoff bei vertretbaren dynamischen Gesamtviskositäten leicht veränderbar. Die hier eingesetzten cycloaliphatischen Epoxidharze weisen nach der Härtung bei höheren Temperaturen Glasübergänge im Bereich von 170°C auf und erlauben so einen dimensionsstabi¬ len Dauerbetrieb bis 155°C, sowie Kurzzeitbelastungen bis 180°C. Dies eröffnet das Design von günstigen Hochleistungs¬ werkstoffen für trockene Stromwandler, auch in wandloser Ausführung, oder von materialoptimierten Sammelschienen auf Kupfer und/oder auch Aluminiumbolzenbasis. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein cycloaliphatisches Epoxidharz auf Basis 3, 4-Epoxycyclo- hexylmethyl-3 ' , 4 ' -Epoxycyclohexancarboxylat mit einem Phthal- säureanhydrid, das nicht Gegenstand der SVHC-Liste ist, als Härterkomponente versetzt. Beispielsweise wird Methylhexa- hydrophthalsäureanhydrid als Härterkomponente zugemischt, wiederum beispielsweise im Verhältnis 1.00: 1.15 (w/w) .
Das Verhältnis von ungefähr 1.00 wird dabei als "stöchiomet- risches Verhältnis" bezeichnet, weil die jeweiligen Mengen an Harzkomponente und Härterkomponente in der ungehärteten For¬ mulierung so berechnet werden, dass jeweils ein Molekül
Härterkomponente mit einer Funktionalität Epoxidharz abrea¬ giert . Dabei ist wiederum vorteilhafterweise vorgesehen, dass noch geringe Mengen Katalysator, beispielsweise an aminischen Katalysatoren, wie Diemthylbenzylamin, 1, 2-Dimehtylimidazol, 2- Ethyl-4-methylimidazol oder ähnlichem zugesetzt werden. Eine derartige Formulierung, umfassend ein cycloaliphatisches Epoxidharz, eine Härterkomponente einer unkritischen, weil nicht auf der SVHC-Liste stehenden Phtalsäureanhydrid-Härter- komponente und einem Katalysator, wie oben erwähnt, kann bei 100 °C während zwei Stunden geliert werden und sodann während vier Stunden bei 180 °C zum Hochpolymeren vernetzt werden. Dabei stellen sich beispielsweise hohe Glasübergangstemperatu¬ ren von ca. 180°C ein. Durch vorheriges Eindispergieren geeigneter Quarzgutfüll- stoffpartikelfraktionen hoher Packungsdichte, beispielswei¬ se von >80 Vol.-% nach Ik Doo Lee, bei 80°C, erhält man gut fließfähige Vergussmassen, die z.B. bei 100°C Werkzeugtempe- ratur rasch gelieren. Eine etwaige Form steht demnach nach dem Gelieren für den nächsten Gussvorgang zügig wieder zur Verfügung. Die Quarzgutfraktion (en) sollten erfindungsgemäß eine hohe Packungsdichte aufweisen, um hohe Beladbarkeiten zu realisieren. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von Quarzgut mit einer Partikelcharakteristik von dlO ~ 5 ym, d50 ~ 45 ym und d90 ~ 166 ym (120 F) mit einem Packungs¬ koeffizienten von 81.4 Vol.-%, wie in Figur 1 gezeigt, die besten Dispersionsergebnisse lieferte. Figur 1 zeigt die Korngrößenverteilung eines Füllstoffes nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich um einen Quarzgutfüllstoff 120F.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat sich gezeigt, dass die Fließfähigkeit hochbeladener Verguss¬ massen durch Zugabe von Fließadditiven - auch schon in geringen Mengen - erhöht werden kann. Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass Formulierungen mit epoxysilan- oberflächenbehandelten Quarzgutfüllstoffen, bevorzugt in Verbindung mit C2-C3-Alkylenoxidcopolymeren, eine deutliche Viskositätsreduktion (Bohlin CS-10, C25-Geometrie) von ca. 60% bei Zugabe von 0,8 Gew.-% C2-C3-Alkylenoxidcopolymer bei 80 °C Verarbeitungstemperatur erfahren, wie in Figur 2 gezeigt .
Diese C2-C3-Alkylenoxidcopolymere sind Fließhilfen, die in Verbindung mit epoxysilanmodifizierten Füllstoffen sehr gute Testergebnisse liefern. Figur 2 zeigt die Fließkurven gefüllter Formulierungen (77
Gew% Quarzgut, epoxysilanbeschichtet , 80°C) als Funktion des C2-C3-Alkylenoxidcopolymer-Gehaltes . Die thermischen Ausdehnungen (TA Instruments, Q500) wurden dilatometrisch an gehärteten Formstoffen (gehärtet für 2h bei 100°C und 4h bei 180°C) gemessen und zeigen erwartungs¬ gemäß eine Abnahme mit zunehmenden Quarzgutfüllstoffgehalt . Dabei erreicht man bei einem Anteil von 70 Gew.-% an mine¬ ralischem und oberflächenbehandeltem Füllstoff in stöchiomet- risch-eingestelltem Epoxidharz-Härter omponente-Prepolymer (1:1.15, w/w) nahezu die temperaturabhängige lineare, ther¬ mische Ausdehnungskurve (engl. "CTE") von Reinaluminium, wie in Figur 3 gezeigt.
Figur 3 zeigt lineare thermische Ausdehnungen unterschiedlich hoch gefüllter Formulierungen mit 63 Gew% (Raute) , 66 Gew% (Kästchen) und 70 Gew% (Dreiecke) an Füllstoffgehalt .
Tabelle 1 zeigt die Bruch- und thermomechanischen Eigenschaf¬ ten gefüllter Vergussmassen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel ist eine mit 66 bis 67 Gew% gefüllte Vergussmasse, deren Wärmeleitfä- higkeit im Bereich von 30 bis 150°C bei 1 bis 1,3 W/ (m-K) liegt .
Tab. 1 : Bruch- und thernnonnechanisches Eigenschaftsprofil, 66-67% gefüllter Komposit
Ei enschaftswert, Einheit Wert ± σ
Figure imgf000009_0001
Biegefestigkeit, MPa 108 6
Bruchdehnung, % 1 ,09 0,10
Elastizitätsmodul, MPa 10400 366
Schlagzähigkeit, kJ/m2 1 ,42 0,26
Durch die Wahl von dünnflüssigem Epoxidharz auf cyclo- aliphatischer Basis mit SVHC ( "besonders besorgniserregende Stoffe - Substances of very high concern") -unkritischen Säureanhydriden, insbesondere Phtalsäureanhydriden, wie z.B. MTHPA, ist es möglich, korngrößenverteilungsoptimierte Quarzgut-Pulverfraktionen mit einer maximalen Packungs- dichte >80 Vol.-%, die bevorzugt epoxysilanoberflächenbehan- delt sind (EST- Typen), im Umfang bis zu 70 Gew . ~6 einzu dispergieren und dabei Viskositäten von weniger als 7 Pa-s einzustellen . Bei besonders bevorzugter zusätzlicher Zugabe von weniger als einem Gew.-% Fließadditiv, das insbesondere bevorzugt ist, wenn es auf die Oberflächenstruktur der FüllstoffPartikel abgestimmt ist, lässt sich die dynamische Verguss¬ viskosität auf bis zu 3 Pa-s, beispielsweise bei 80°C, redu- zieren. Man erhält gemäß ausgewählter Aus führungs formen dadurch sehr dünnflüssige Vergussmassen, die, für 4h bei 180°C gehärtet, thermische Ausdehnungen nahezu identisch dem Alu¬ miniummetall aufweisen, jedoch sehr steif und relativ bruchresistent sind, einen Glasübergang von ca. 180°C auf- weisen und eine um den Faktor 6 höhere Wärmeleitfähigkeit als das bisher verwendetes Silikon besitzen. Die Verguss¬ masse hat eine Dichte von ca. 1,9 g/cm3.
Dieses steife Isolationsmaterial kann als Substitutions- vergussmasse für trockene Stromwandler dienen, die auch als wandlose Ausführung im Außeneinsatz bei Wahl cycloali- phatischen Phthalsäureanhydrids gestaltet werden können, was gegebenenfalls zu einer weiteren Aluminiumeinsparung führt .
Ebenso ist für Sammelschienen in Schaltanlagen ein Wechsel von Kupfer als Bolzenmaterial auf Aluminium unter Einsatz dieses Isolationsmaterials vollziehbar, da erhebliche Ge¬ wichts- und Kostenreduktion durch die Substitution erzielt wird. Zusätzlich ist es möglich, gänzlich auf Säureanhydride zu verzichten und stattdessen durch Verwendung von kationischen oder anionischen Beschleunigersubstanzen eine Homo- polymerisation des cycloaliphatischen Epoxidharzes zu ini- tiieren. Auf diese Weise sind noch höhere Glasübergangstemperaturen möglich und eine Außenanwendungs-Fähigkeit ist ge¬ geben, bei einer erreichbaren Wärmeklasse H (180°C Dauerbe¬ lastung) . Ebenso ist eine Beimengung von polymeren Nanopar- tikeln denkbar. Diese sind kommerziell erhältlich und liegen bevorzugt dispergiert in cycloaliphatischem Epoxidharz vor. Auf diese Weise ist eine signifikante Bruchresistenzer¬ höhung auf einfachste Weise realisierbar. Reaktivverdünner wie Propylencarbonat , Glyerincarbonat , Polypropylenglycol , Oxetane/Dioxetane sind ebenso denkbare Additive zur Verrin¬ gerung der dynamischen Viskosität als auch zur Flexibilisierung, besonders bei Homopolymerisation ohne Säureanhyd¬ rid. Im Grunde ist der Füllstoffgehalt , der der ungehärteten Epo¬ xidharz-Formulierung zugegeben wird, auch im fertig gehärteten Produkt aus metallischem Leiter und Isolation nachweisbar, wenn das Duromer abgeschieden, ausgebrannt und/oder ausgelöst wird. Dann kann eine Korngrößenverteilungsmessung durchgeführt werden. Kritisch ist dabei, dass die Oberflä¬ chenmodifikation mit dem Epoxidharz reagiert und dadurch das Ergebnis leicht verfälscht werden könnte. Auch TEM/SEM- Aufnahmen wären zum Nachweis des Füllstoffgehaltes einsetz¬ bar .
Die Erfindung betrifft eine Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters mit verbesserter Bruchresistenz, sowie Verwendungen dazu, insbesondere bei der Isolation von trocke¬ nen Stromwandlern und/oder Sammelschienen in Schaltanlagen. Durch den Einsatz von korngrößenoptimierten, bevorzugt mineralischen Füllstoffen, wird dabei eine optimierte Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den des zu isolierenden metallischen Leiters erleichtert.

Claims

Patentansprüche
1. Vergussmasse zur Isolation eines metallischen Leiters, ei¬ ne duromere Epoxidharz-Matrix auf der Basis eines 3,4- Epoxycyclohexylmethyl-3 ' , 4 ' -Epoxycyclohexancarboxylats mit einem nicht auf der SVHC-Liste ("besonders besorgniserregende Stoffe oder Substances of very high concern") -stehenden Säureanhydrid als Härterkomponente umfassend, wobei eine korn- größenverteilungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in der Vergussmasse enthalten ist.
2. Vergussmasse nach Anspruch 1, wobei die korngrößenvertei- lungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in einer Menge von 80-Vol% in der Formulierung des ungehärteten Harzes vorliegt.
3. Vergussmasse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die korngrößen- verteilungsoptimierte Füllstoff-Pulverfraktion in einer
Packungsdichte von mehr als 90 Vol%, insbesondere bis 85 Vol% und besonders bevorzugt bis 75 Vol% vorliegt.
4. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Füllstoff eine Pulverfraktion mit mineralischem Füllstoff vorliegt .
5. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Füllstoff eine Pulverfraktion mit Quarzgut vorliegt.
6. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Säureanhydrid-Härterkomponente Methylhexahydrophthal- säureanhydrid, Methylnadicsäureanhydrid, 3 , 3 ' , 4 , 4 ' -Benzo- phenontetracarbonsäureanhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid und/oder Bernsteinsäureanhydrid umfasst.
7. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen Härtungskatalysator umfasst.
8. Vergussmasse nach Anspruch 7, wobei als Katalysator eine oder mehrere Verbindung (en) ausgewählt aus der Gruppe folgen- der Verbindungen: aminische Verbindungen, wie Dimethyl- benzylamin, Dibenzylmethylamin, 1, 2-Dimethylimidazol, 2- Ethyl-4-methylimidazol in der ungehärteten Formulierung vorliegen .
9. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Härterkomponente und Epoxidharzkomponente in einem stöchio- metrischen Verhältnis umfasst.
10. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff zumindest eine oberflächenbehandelte Pulver¬ fraktion umfasst.
11. Vergussmasse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Füllstoff eine epoxysilanoberflächenbehandelte Fraktion von Quarzgutfüllstoff umfasst.
12. Verwendung einer Vergussmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, für trockene Stromwandler, Sammelschienen und/oder als Gehäusematerial.
13. Duromerer Isolationswerkstoff, erhältlich aus einer
Vergussmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, der als Iso¬ lation für trockene Stromwandler und/oder Sammelschienen einsetzbar ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vergleichbar zu dem von Aluminium und/oder Kupfer hat.
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