Просочувальна смоляна система для ізоляційних матеріалів в розподільних пристроях

Реферат: Винахід стосується ізолюючої смоли на основі гліцидилового естеру для розподільних пристроїв, яка містить метилендиковий ангідрид/гідрований метилендиковий ангідрид як отверджувач і N-заміщений імідазол як прискорювач. Смола має істотно вищу температуру склування при одночасно високих якісних механічних характеристиках і має стійкість до утворення треків (струмопровідних слідів). UA 105511 C2 (12) UA 105511 C2 UA 105511 C2 5 10 15 20 Опис Даний винахід стосується області ізолюючих смол для розподільних пристроїв. У електричних розподільних пристроях, особливо при компактній конструкції, важливу роль грає ізоляційний матеріал. При цьому використовуються, зокрема, смоли, які застосовуються, наприклад, як просочувальні смоли для відповідних напівфабрикатів, наприклад, нетканих матеріалів, просочених на основі епоксидної смоли. Перевагою цих смол є висока температура склування, проте одночасно часто є також серйозні вимоги до сприятливих механічних властивостей, високої напруженості поля і хорошої стійкості до утворення треків. Таким чином, виникає задача, альтернативно до існуючих рішень створити ізолюючу смолу для розподільних пристроїв, яка при підвищеній температурі склування відрізнятиметься одночасно хорошими або навіть покращуваними іншими властивостями, зокрема, що стосується стійкості до утворення треків. Ця задача вирішена ізолюючою смолою згідно з пунктом 1 формули винаходу даної заявки. Відповідно, пропонується ізолююча смола на основі гліцидилового естеру для ізоляційних матеріалів у розподільних пристроях, утворена з вихідної сировини, яка включає: a) матеріал, що містить метилендиковий ангідрид і/або гідрований метилендиковий ангідрид, b) матеріал, що містить імідазол такої структури: 1 25 30 35 40 45 50 причому R вибраний з групи, що містить алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил; 2 3 4 R , R , R незалежно один від одного вибрані з групи, що містить водень, алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил, де у відповідних залишків одна або декілька CH2-груп, що є сусідніми, незалежно одна від одної можуть бути заміщені -O-, -S-, -NH- -NR°-, -SiR°R°°-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -SO2-, 1 2 CN, -S-CO-, -CO-S- -CY =CY або -C≡C-, причому так, щоб атоми O і/або S не були безпосередньо зв'язані один з одним, а також факультативно заміщені арилом або гетероарилом, що переважно містить від 1 до 30 атомів C (кінцеві CH 3-групи розуміються як CH2-групи в сенсі CH2-H, R° і R°° = алкіл). Загальне визначення груп: В описі і формулі винаходу заявлені і описані узагальнені групи, як, наприклад, алкіл, алкокси, арил і так далі. Якщо не написане інше, в рамках даного винаходу переважно застосовуються такі групи з описаних загалом груп: алкіл: лінійні і розгалужені C1-C8-алкіли; довголанцюгові алкіли: лінійні і розгалужені C5-C20 алкіли; алкеніл: C2-C6-алкеніл; циклоалкіл: C3-C8-циклоалкіл; алкілен: вибраний з групи, що містить метилен, 1,1-етилен, 1,2-етилен, 1,1-пропіліден, 1,2пропілен, 1,3-пропілен, 2,2-пропіліден; бутан-2-ол-1,4-дііл, пропан-2-ол-1,3-дііл, 1,4-бутилен, циклогексан-1,1-дііл, циклогексан-1,2-дііл, циклогексан-1,3-дііл, циклогексан-1,4-дііл, циклопентан-1,1-дііл, циклопентан-1,2-дііл і циклопентан-1,3-дііл, вініл, ціаноетил, ундецил, гідроксиметил; арил: вибраний з ароматичних сполук з молекулярною масою нижче 300 дальтон; галогеналкіл: вибраний з групи, що містить моно, ди, три-, полі- і пергалогеновані лінійні і розгалужені C1-C8-алкіли. Якщо не згадане інше, в межах загального визначення груп переважнішими є такі групи: алкіл: лінійні і розгалужені C1-C6-алкіли, зокрема, метил, етил, пропіл, ізопропіл; арил: вибраний з групи, що містить феніл, біфеніл, нафталеніл, антраценіл, фенантреніл, бензил. 1 UA 105511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Несподівано було встановлено, що за наявності обох компонентів в результаті щось типу синергетичного ефекту при багатьох застосуваннях можна одержати ізолюючі смоли згідно з даним винаходом, які мають набагато вищу температуру склування у порівнянні з колишніми рішеннями при одночасно дуже високих механічних властивостях. У контексті даного винаходу термін "ізолююча смола" включає і/або охоплює, зокрема, просочувальну смоляну систему (переважно низьков'язку) на основі епоксидної смоли і ангідридового компонента з контрольованою реакційною здатністю. У контексті даного винаходу термін "розподільні пристрої" включає і/або охоплює, зокрема, пристрої для низької, середньої і високої напруги. У контексті даного винаходу термін "на основі гліцидилових естерів" включає і/або охоплює, зокрема, що як вихідний компонент, зокрема, основний компонент, використовуються смоли на основі гліцидилового естеру. При цьому можуть застосовуватися всі відомі в рівні техніки смоли. У контексті даного винаходу термін "утворена з вихідного компонента(ів)" включає і/або охоплює, зокрема, що ізолююча смола одержана з цього/цих компонентів. У контексті даного винаходу термін "метилендиковий ангідрид" включає і/або охоплює, зокрема, таку сполуку: Згідно з однією переважною формою здійснення даного винаходу відношення матеріалу а) до матеріалу b) складає (мас/мас) від ≥50:1 до ≤300:1. На практиці це виявилося вигідним, оскільки при цьому часто можна ще більше підвищити температуру склування. Переважно, співвідношення матеріалу а) до матеріалу b) (мас/мас) складає від ≥100:1 до ≤250:1, ще переважно ≥150:1 до ≤220:1. Згідно з однією переважною формою здійснення даного винаходу співвідношення матеріалу а) у смолі (мас/мас на основі гліцидилових естерів) складає від ≥0,8:1 до ≤1:1. Це також часто виявилося вигідним для підвищення температури склування. Переважно, співвідношення матеріалу а) до матеріалу b) у смолі (мас/мас на основі гліцидилових естерів) складає від ≥0,85:1 до ≤0,98:1, ще переважніше від ≥0,92 до ≤0,97:1. Згідно з однією переважною формою здійснення даного винаходу співвідношення матеріалу b) у смолі (мас/мас на основі гліцидилових естерів) складає від ≥0,01:l до ≤0,1:1, ще переважно від ≥0,02:1 до ≤0,09:1, а також найпереважніше від 0,04:1 до ≤0,07:1. Згідно з однією переважною формою здійснення даного винаходу компонент b) вибраний з групи, що містить, 1-метилімідазол, 1-етилімідазол, 1-пропілімідазол, 1-ізопропілімідазол, 1,2диметилімідазол, 2-етил-4-етилімідазол, імідазол, 1-бензил-2-фенілімідазол, 1-вінілімідазол, 2метилімідазол, 2-гептадецилімідазол і їх суміші. Згідно з однією переважною формою здійснення даного винаходу ізолююча смола, одержана процесом затвердіння, який складається з етапу затвердіння при ≥140 °C, переважно при ≥150 °C, з тривалістю затвердіння ≥12 год., переважно ≥14 год., а також найпереважніше ≥16 год. Даний винахід стосується, крім того, ізоляційної деталі, що містить ізолюючу смолу згідно з даним винаходом. У контексті даного винаходу термін "ізоляційна деталь" включає і/або охоплює, зокрема, композиційний матеріал, що містить ізолюючу смолу і нетканий матеріал/тканину на основі поліестеру, скла або араміду. При цьому ізолююча смола переважно введена у поліестерний нетканий матеріал. У контексті даного винаходу термін "поліестерний нетканий матеріал" включає і/або охоплює, зокрема, матеріали на основі PETP або PBT. Перевага надається PETP. У контексті даного винаходу, термін "введена у" включає і/або охоплює, зокрема, те, що нетканий матеріал просочений смолою. З точки зору діелектричних властивостей перевага надається вакуумному просоченню. Даний винахід стосується, крім того, застосування смоляної системи на основі гліцидилового естеру, утвореної з вихідних компонентів, які містять: 2 UA 105511 C2 a) матеріал, що містить метилендиковий ангідрид і/або гідрований метилендиковий ангідрид, b) матеріал, що містить імідазол наступної структури: 5 10 15 20 1 де R вибраний з групи, що містить алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил; 2 3 4 R , R , R незалежно один від одного вибрані з групи, що містить водень, алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил, причому у відповідних залишків одна або декілька CH2-груп, що не є сусідніми, незалежно одна від одної можуть бути заміщені -O-, -S-, -NH- -NR°-, -SiR°R°°-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O1 2 -SO2-, -S-CO-, -CO-S- -CY =CY або -C≡C-, причому так, щоб атоми O і/або S не були безпосередньо зв'язані один з одним, а також факультативно заміщені арилом або гетероарилом, що переважно містить від 1 до 30 атомів C (кінцеві CH 3-групи розуміються як CH2-групи в смислі CH2-H, R° і R°° = алкіл), як ізоляційної системи для розподільного пристрою. Вищезгадані, а також заявлені і описані в прикладах здійснення деталі, застосовані згідно з винаходом, не підлягають жодним особливим обмеженням відносно їх розміру, дизайну, вибору матеріалів і технічної ідеї, так що можуть без виключення застосовуватися відомі в області застосування критерії вибору. Наступні деталі, відрізняючи ознаки і переваги об'єкту винаходу випливають із залежних пунктів формули винаходу, а також з подальшого опису відповідних прикладів. Приклад 1 Даний винахід досліджується чисто ілюстративно і без цілі обмеження, на даному прикладі 1 за винаходом. При цьому одержана смола була утворена з таких компонентів: 25 Компонент Смола на основі гліцидилового естеру метилендиковий ангідрид 1-метилімідазол 30 35 Відносна масова доля 100 95 0,5 Смолу отверджували протягом 2 год. при 80 °C, потім протягом 2 год. при 100 °C, потім протягом 1 год. при 130 °C, а також на кінець протягом 16 год. при 150 °C. Крім того, були одержані дві порівняльні смоли (не за винаходом). Порівняльний приклад I: У порівняльному прикладі I метилендиковий ангідрид було замінено на ангідрид метилгексафталевої кислоти. В останньому умови одержання були ідентичними. Порівняльний приклад II: У порівняльному прикладі II 1-метилімідазол було замінено диметилбензиламіном. В останньому умови одержання були ідентичними. Потім визначали температури склування цих трьох смол. Результати представлені нижче: Смола Приклад 1 Порівняльний приклад I Температура склування Tg 140 °C 114 °C 3 UA 105511 C2 Порівняльний приклад II 5 99 °C Таким чином, видно, що температура склування прикладу згідно з винаходом помітно вища. Крім того, поліестерний нетканий матеріал був просочений смолою за прикладом I. Застосовувався стандартний нетканий матеріал з неорієнтованих волокон на основі PETP з 2 поверхневою густиною 150 г/м . Аркуш має такі параметри: Густина Вміст волокна Міцність при згинанні Модуль E (згинання) Міцність при розтягуванні Подовження при розриві Модуль E (розтягування) Міцність на стискання Розколююче зусилля Ударна в'язкість Ударна в'язкість зразка з надрізом Твердість при втисканні кульки Твердість по Шору D Поглинання вологи 10 ISO 1183-1 H QM – AA 571 ISO 178 ISO 178 ISO 527-4 ISO 527-4 ISO 527-4 ISO 604 DIN 53463 ISO 179-1an15 ISO 179-1ak10 ISO 2039-1 DIN 53505 ISO 62 Діелектрична проникність εr Питомий прохідний опір Питомий поверхневий опір Ps Імпульсна стійкість електричної дуги Утомна міцність електричної дуги Стійкість до дифузійного пробою 20 одиниця 3 г/см % МПа МПа МПа % МПа МПа Н 2 кДж/м 2 кДж/м 2 Н/мм Шор D міліграм Видно, що вимоги до аркуша як ізоляційного матеріалу для розподільних пристроїв (зокрема, по відношенню до міцності при розтягуванні, розколюючого зусилля і міцності при згинанні) дуже добре задовольняються. Аркуш має, крім того, такі електричні властивості: Стійкість до пробою 15 довжина ширина 1,32±0,01 50±5 ≥120 ≥150 3100 3300 ≥75 ≥85 ≥4 ≥7 3500 3800 ≥250 ≥3500 ≥25 ≥35 ≥5 135±5 77±2 ≤30 EN 60243-1 1 мм = 1 мм  IEC 60250 IEC 60093 IEC 60093 TVH-IA 104 TVH-IA 104 24 год./H2O/100 °C 100 год./H2O/100 °C 100 год./4 %HF/23 °C ≥30 ≥50 3,2±0,1 17 10 17 10 0,032 1,2 > 8,5 > 6,6 > 31 кВ/мм кВ/мм Ом см Ом А·с мА кВ/см кВ/см кВ/см Крім того, матеріал відрізняється дуже високою міцністю на стискання. Випробування на тривалу міцність при підвищених температурах мають дуже низьку схильність до повзучості. Це особливо важливо для деталей, що знаходяться під тиском. Крім того, матеріал має відмінну стійкість до утворення треків. У дослідженні за термічним старінням (20000 год. при 155 °C) використовувалися пластини з теплового класу теплостійкості F. Таким чином, видно вигідні властивості ізолюючих смол згідно з винаходом. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 1. Ізолююча смола на основі гліцидилового естеру для ізоляційних матеріалів у розподільних пристроях, сформована з вихідних компонентів, які містять: a) матеріал, що містить метилендиковий ангідрид і/або гідрований метилендиковий ангідрид, b) матеріал, що містить імідазол наступної структури: 4 UA 105511 C2 R R 2 1 N R N R 5 10 15 20 3 ,I 1 де R вибраний з групи, що містить алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил; 2 3 4 R , R , R незалежно один від одного вибрані з групи, що містить водень, алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил, c) смолу на основі гліцидилового естеру, де співвідношення матеріалу а) до матеріалу b) (мас./мас.) складає від ≥150:1 до ≤220:1 та де частка матеріалу а) у смолі (мас./мас. на основі гліцидилового естеру) складає від ≥0,8:1 до ≤1:1. 2. Ізолююча смола за п. 1, де частка матеріалу b) у смолі (мас./мас. на основі гліцидилового естеру) складає від ≥0,01:1 до ≤0,1:1. 3. Ізолююча смола за будь-яким з пп. 1-2, де компонент b) вибраний з групи, що містить 1метилімідазол, 1-етилімідазол, 1-пропілімідазол, 1-ізопропілімідазол, 1,2-диметилімідазол, 1бензил-2-фенілімідазол, 1-вінілімідазол і їх суміші. 4. Ізолююча смола за будь-яким з пп. 1-3, де ізолююча смола одержана в способі затвердіння, який включає стадію затвердіння при ≥140 °C і при тривалості затвердіння ≥12 год. 5. Ізоляційна деталь, яка містить ізолюючу смолу за будь-яким з пп.1-4. 6. Ізоляційна деталь за п. 5, де ізолююча смола введена у поліестерний нетканий матеріал. 7. Застосування смоляної системи на основі гліцидилового естеру, яка утворена з вихідних компонентів, що містять: a) матеріал, що містить метилендиковий ангідрид і/або гідрований метилендиковий ангідрид, b) матеріал, що містить імідазол наступної структури: R R 2 1 N R N R 25 4 4 3 ,I 1 де R вибраний з групи, що містить алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил; 2 3 4 R , R , R незалежно один від одного вибрані з групи, що містить водень, алкіл, довголанцюговий алкіл, алкеніл, циклоалкіл, галогеналкіл, арил, c) смолу на основі гліцидилового естеру як ізоляційного матеріалу в електричному розподільному пристрої. 30 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5