CH629397A5 - Process for forming a hardened, resin-like coating on an object - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines gehärteten, harzartigen Überzuges auf einem Gegenstand, wobei der Gegenstand vorzugsweise eine Isolierung aufweist. The invention relates to a method of forming a hardened, resinous coating on an article, the article preferably having insulation.
Leiter, die in Generatoren und Motoren als Spulen verwendet werden sollen, werden mittels des VPI-Verfahrens (Vakuum-Druck-Imprägnierung) isoliert, indem man den Leiter zunächst mit Glimmerband, dann mit einem Glasbindeband, um das spröde Glimmerband an Ort und Stelle festzuhalten, umwickelt. Der umwickelte Leiter wird dann in ein Vakuum und danach unter Druck in ein Harz gebracht. Dann wird der getränkte umwickelte Leiter herausgenommen und in einem Ofen erhitzt, um das Harz auszuhärten. Conductors that are to be used as coils in generators and motors are isolated using the VPI (vacuum pressure impregnation) process by first holding the conductor with mica tape, then with a glass binding tape to hold the brittle mica tape in place , wrapped. The wrapped conductor is then placed in a vacuum and then under pressure in a resin. The soaked wrapped conductor is then removed and heated in an oven to cure the resin.
Dieses System wird bereits kommerziell angewendet, es erfordert jedoch ziemlich viel Energie für das Aushärten in dem Ofen, weil zusammen mit dem Harz auch das Kupfer in den Spulen erhitzt werden muss. Es kann ein Abtropfen von Harz während der Aushärtung auftreten, und durch die Ausdehnung des Kupfers während der Aushärtung und der nachfolgenden Kontraktion während der Abkühlung können in dem Harz mechanische Beanspruchungen auftreten. This system is already being used commercially, but it requires quite a lot of energy to cure in the furnace because, together with the resin, the copper in the coils must also be heated. Resin dripping may occur during curing, and expansion of the copper during curing and the subsequent contraction during cooling may cause mechanical stress in the resin.
Anaerobe Harze sind solche Harze, die in Gegenwart von Sauerstoff nicht aushärten, aber dann aushärten, wenn sie zwischen zwei sauerstoffundurchlässigen Oberflächen angeordnet werden. Diese anaeroben Harze werden daher allgemein als Klebstoffe verwendet. Anaerobic resins are those that do not cure in the presence of oxygen, but cure when placed between two oxygen impermeable surfaces. These anaerobic resins are therefore generally used as adhesives.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Harzsystem zu schaffen, das eine Isolierimg ermöglicht, ohne dass dabei übermässige Energieverluste auftreten und bei dem auch mechanische Beanspruchungen des Harzes möglichst klein bleiben. The object of the invention is to provide a resin system that allows Isolierimg without excessive energy losses and in which mechanical stresses on the resin remain as small as possible.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist im Patentanspruch 1 und der erfindungsgemässe, mit einem gehärteten, harzartigen Überzug versehene Gegenstand im Patentanspruch 13 definiert. The method according to the invention is defined in patent claim 1 and the object according to the invention provided with a hardened, resin-like coating is defined in patent claim 13.
Es wurde gefunden, dass mit anaeroben Harzen imprägnierte isolierte Leiter in einem Vakuum nicht aushärten, was beim VPI-Verfahren ein Vorteil ist, dass die Harze jedoch durch Kontakt mit einer gasförmigen Atmosphäre ausgehärtet werden können, die reinen Sauerstoff enthält. Das bedeutet, dass die Harze bei Raumtemperatur ausgehärtet werden können, wodurch die weiter oben in Verbindung mit den wärmeaushärtenden Harzen erwähnten Probleme vermieden werden. Die elektrischen Eigenschaften sind mit denen von wärmeaushärtenden Harzen, die gegenwärtig verwendet werden, vergleichbar, mit der Ausnahme von Hochspannungsanwendungen. Im Gegensatz zu durch Elektronenstrahlen oder durch UV-Licht ausgehärteten Harzen härten sich anaerobe Harze unter einer Gasaushärtung bis in wesentliche Tiefen, die 25 cm oder mehr erreichen können. It has been found that insulated conductors impregnated with anaerobic resins do not cure in a vacuum, which is an advantage in the VPI process, but that the resins can, however, be cured by contact with a gaseous atmosphere which contains pure oxygen. This means that the resins can be cured at room temperature, thereby avoiding the problems mentioned above in connection with the thermosetting resins. The electrical properties are comparable to that of thermosetting resins currently used, with the exception of high voltage applications. In contrast to resins hardened by electron beams or UV light, anaerobic resins harden under gas hardening to substantial depths, which can reach 25 cm or more.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh-rungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments which are illustrated in the drawings.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine perspektivische, geschnittene Ansicht eines mit einem anaeroben Harz imprägnierten isolierten Leiters, 1 is a perspective sectional view of an insulated conductor impregnated with an anaerobic resin;
Fig. 2 ein Diagramm eines Gerätes zur fortlaufenden Be-schichtung eines Drahtes unter Anwendung des erfindungs-gemässen Verfahrens. 2 shows a diagram of a device for the continuous coating of a wire using the method according to the invention.
In Fig. 1 ist ein Leiter 1 mit zahlreichen Schichten aus Glimmerbandisolation 2 und einer Schicht einer gewebten organischen Bändisolation 3 bedeckt, die die Glimmerisolation an Ort Und Stelle festhält. Ein anaerobes Harz 4 imprägniert die Isolation und bildet eine äussere Beschichtung. In Fig. 1, a conductor 1 is covered with numerous layers of mica tape insulation 2 and a layer of woven organic tape insulation 3, which holds the mica insulation in place. An anaerobic resin 4 impregnates the insulation and forms an outer coating.
In Fig. 2 läuft ein Leiter 5 von einer Rolle 6 in ein Bad 7 mit einem anaeroben Harz 8. Der Draht läuft dann über eine Scheibe 9 in einen geschlossenen Tank 10. Ein inertes Gas fliesst von einer Leitung 11 in den Tank. Während der Draht 2, a conductor 5 runs from a roll 6 into a bath 7 with an anaerobic resin 8. The wire then runs over a disk 9 into a closed tank 10. An inert gas flows from a line 11 into the tank. During the wire
2 2nd
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
629 397 629 397
über in dem Tank angeordnete Scheiben 12 läuft, wird er ausgehärtet. Der Draht verlässt dann den Tank und wird auf einer Rolle 13 aufgewickelt. runs over disks 12 arranged in the tank, it is hardened. The wire then leaves the tank and is wound on a roll 13.
Ein anaerobes Harz ist ein Harz, das bei Anwesenheit von Sauerstoff nicht aushärtet, aber bei Raumtemperatur aushärtet, wenn es zwischen sauerstoffundurchlässige Oberflächen gebracht wird. Lösungsmittelfreie anaerobe Harze werden für das VPI-Verfahren benötigt. Die meisten anaeroben Harze sind Acrylharze, die durch Addition über eine Doppelbindung polymerisieren. Allgemein verwendete anaerobe Acrylharze umfassen Tetraäthylenglykoldimethacrylat und Tetraäthylenglykoldiacrylat. Ein anaerobes Acrylharz kann ein reaktives Comonomer enthalten, wie Äthyl-methacrylat, Styrol oder 2-Äthylhexylacrylat. Ein organischer Peroxidinitiator, der freie Radikale bildet, wie Cumol-hydroperoxid oder t-Butylperbenzoat, wird oft verwendet, um die Aushärtung einzuleiten. Ein Beschleuniger, im allgemeinen ein tertiäres Amin wie N,N-Dimethyl-p-toluidin, und ein Coaccelerator, gewöhnlich ein organisches Sulfimid wie Benzoesäuresulfimid, kann vorhanden sein, um die Aushärtezeit zu vermindern. Der Initiator, der freie Radikale bildet, kann mit einem Stabilisator für freie Radikale wie Hydrochinon stabilisiert werden. Es gibt viele US-Patent-schriften, die sich mit anaeroben Harzen befassen, und viele der dort beschriebenen anaeroben Harze können gemäss der Erfindung verwendet werden. Es sei in diesem Zusammenhang auf die US-Patentschriften 3 616 040, 3 634 379, 3 775 385, 3 855 040, 3 880 956, 3 041 322, 3 125 480, 3 203 941, 3 300 547,3 419 512,2 895 950, 3 043 820, 3 046 262, 3 218 305,3 435 012 und 3 720 656 verwiesen. An anaerobic resin is a resin that does not cure in the presence of oxygen, but cures at room temperature when placed between oxygen-impermeable surfaces. Solvent-free anaerobic resins are required for the VPI process. Most anaerobic resins are acrylic resins that polymerize through addition via a double bond. Commonly used anaerobic acrylic resins include tetraethylene glycol dimethacrylate and tetraethylene glycol diacrylate. An anaerobic acrylic resin can contain a reactive comonomer such as ethyl methacrylate, styrene or 2-ethylhexyl acrylate. An organic peroxide initiator that forms free radicals, such as cumene hydroperoxide or t-butyl perbenzoate, is often used to initiate curing. An accelerator, generally a tertiary amine such as N, N-dimethyl-p-toluidine, and a coaccelerator, usually an organic sulfimide such as benzoic acid sulfimide, may be present to reduce curing time. The free radical initiator can be stabilized with a free radical stabilizer such as hydroquinone. There are many U.S. patents dealing with anaerobic resins, and many of the anaerobic resins described therein can be used in accordance with the invention. In this connection, reference is made to US Pat. Nos. 3,616,040, 3,634,379, 3,775,385, 3,855,040, 3,880,956, 3,041,322, 3,125,480, 3,203,941, 3,300,547.3,419,512. 2 895 950, 3 043 820, 3 046 262, 3 218 305.3 435 012 and 3 720 656.
Der Leiter besteht vorzugsweise aus Kupfer. Dieses Material wird am häufigsten mit einer elektrischen Isolation versehen, und es ist bekannt, dass Kupfer die Aushärtung von anaeroben Harzen beschleunigt. Doch können auch andere Metalle verwendet werden. The conductor is preferably made of copper. This material is most often provided with electrical insulation, and copper is known to accelerate the hardening of anaerobic resins. However, other metals can also be used.
Die Hauptisolation ist vorzugsweise Glimmer, insbesondere für Hochspannungsanwendungen, da Glimmer ausgezeichnete elektrische Eigenschaften besitzt. Glas, Asbest, Nomex (ein Polyamid, das von der Firma Dupont verkauft wird und wahrscheinlich aus meta-Phenylendiamin und Iso-phthalylchlorid besteht) und andere Isolationsarten könnten in gleicher Weise verwendet werden, entweder allein oder gemischt oder in Mischungen mit Glimmer. Die Glimmerisolation wird gewöhnlich mit einer Polyesterrückenschicht hergestellt, um das Glimmermaterial zusammenzuhalten. Die Isolation kann in Form eines Bandes vorliegen, das um den Leiter herumgewickelt wird, wobei die Menge der Isolation vom Spannungsabfall über der Isolation abhängt. Glimmer-5 isolation wird vorzugsweise mit etwa 3 bis 30% (besonders günstig ist ein Gew.-%-Bereich von etwa 5 bis etwa 12, basierend auf dem Glimmergewicht) eines Polymers imprägniert, das mit dem anaeroben Harz zusammen reagiert, um eine bessere Bindung sicherzustellen. Polyester, Acrylharze, io Polybutadiene oder andere ungesättigte Monomere können ebenfalls als coreaktive Harze verwendet werden. The main insulation is preferably mica, especially for high voltage applications because mica has excellent electrical properties. Glass, asbestos, Nomex (a polyamide sold by Dupont and likely composed of meta-phenylenediamine and isophthalyl chloride) and other types of insulation could be used in the same way, either alone or mixed or mixed with mica. The mica insulation is usually made with a polyester backing to hold the mica material together. The insulation may be in the form of a tape wrapped around the conductor, the amount of insulation depending on the voltage drop across the insulation. Mica-5 isolation is preferably impregnated with about 3 to 30% (a weight range of about 5 to about 12 based on mica weight is particularly favorable) of a polymer that reacts with the anaerobic resin for better Ensure bond. Polyesters, acrylics, io polybutadienes or other unsaturated monomers can also be used as co-reactive resins.
Der VPI-Prozess ist das vorzugsweise Verfahren zur Isolation eines Leiters, da dieser Prozess sehr wenige Luftspalte in der Isolation zurücklässt, jedoch können auch andere Verfahren angewendet werden. Der umwickelte Leiter wird in einem Tank angeordnet, der dann evakuiert wird. Das anaerobe Harz wird unter Druck zugeführt, gewöhnlich unter einem Druck von zumindest etwa 3,23 kg/cm2, obwohl Drük-ke von etwa 6,3 bis etwa 7,0 kg/cm2 vorzuziehen sind. Das Harz sollte die Isolierung sättigen. Typischerweise wird die Isolierung etwa 5 bis etwa 35 % (Gew.-% basierend auf dem Gewicht der Isolation) an anaerobem Harz enthalten, obwohl ein Anteil von etwa 20 bis etwa 30% vorzuziehen ist. Dem Harz wird ermöglicht, von dem umwickelten Leiter ab-25 zulaufen, und dann ausgehärtet, indem es mit einem Gas in Kontakt gebracht wird, das keinerlei wesentliche Mengen an Sauerstoff enthält. Dies kann in dem gleichen Tank erreicht werden, jedoch kann auch der umwickelte Leiter in einem anderen Tank ausgehärtet werden. Stickstoff, Kohlendioxid, 30 oder auch Mischungen dieser zwei Gase werden besonders vorgezogen, da sie billig, sicher und leicht zu handhaben sind, jedoch sind auch andere inerte Gase (ausgenommen Sauerstoff) anwendbar. Es wurde gefunden, dass bei Anwendung von Stickstoff zum Aushärten eines Acrylharzes die 35 Aushärteraten optimal sind bei einer Stickstoffströmungsrate von etwa 6 bis 201/min. The VPI process is the preferred method of isolating a conductor because this process leaves very few air gaps in the insulation, but other methods can also be used. The wrapped conductor is placed in a tank, which is then evacuated. The anaerobic resin is supplied under pressure, usually under a pressure of at least about 3.23 kg / cm 2, although pressures from about 6.3 to about 7.0 kg / cm 2 are preferred. The resin should saturate the insulation. Typically, the isolation will contain from about 5 to about 35% (weight percent based on the weight of the isolation) of anaerobic resin, although from about 20 to about 30% is preferred. The resin is allowed to drain from the wrapped conductor and then cured by contacting it with a gas that does not contain any significant amounts of oxygen. This can be done in the same tank, but the wrapped conductor can be cured in another tank. Nitrogen, carbon dioxide, 30 or mixtures of these two gases are particularly preferred because they are cheap, safe and easy to handle, but other inert gases (except oxygen) can also be used. It has been found that when nitrogen is used to cure an acrylic resin, the 35 curing rates are optimal with a nitrogen flow rate of about 6 to 201 / min.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert: The invention will now be explained in more detail using the following examples:
40 40
Beispiel I Example I
Die folgende Tabelle gibt verschiedene Zusammensetzungen für anaerobe Harze, die hergestellt und dann hinsichtlich ihrer Gelzeit und Lagerstabilität getestet wurden. The following table lists various compositions for anaerobic resins that were prepared and then tested for their gel time and storage stability.
Harz- Resin-
Difunktionales Difunctional
Vinyl- Vinyl-
Katalysator, Catalyst,
Beschleuniger, Accelerator,
Co-Beschleuniger, Co-accelerator,
Nr. No.
Acrylmonomer monomer Acrylic monomer monomeric
Cumol-Hydro- Cumene hydro
N,N-Dimethyl- N, N-dimethyl
Benzoesäure Benzoic acid
(75 Teile) (75 pieces)
(25 Teile) (25 pieces)
peroxid p-toluidin sulfimid peroxide p-toluidine sulfimide
(Teile) (Parts)
(Teile) (Parts)
(Teile) (Parts)
1 1
T etraäthylenglykol- T etraethylene glycol
Styrol Styrene
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
dimethacrylat dimethacrylate
2 2nd
dto. dto.
Styrol Styrene
2,0 2.0
0,4 0.4
1,0 1.0
3 3rd
dto. dto.
Styrol Styrene
2,0 2.0
0,4 0.4
3,0 3.0
4 4th
dto. dto.
Styrol Styrene
2,0 2.0
1,0 1.0
0,30 0.30
5 5
Tetraäthylenglykol Tetraethylene glycol
Styrol Styrene
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
diacrylat diacrylate
2-Äthylhexylacrylat 2-ethylhexyl acrylate
6 6
dto. dto.
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
7 7
dto. dto.
0,4 0.4
0,30 0.30
8 8th
dto. dto.
Äthylmethacrylat Ethyl methacrylate
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
9 9
dto. dto.
Styrol Styrene
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
10 10th
dto. dto.
Äthylmethacrylat Ethyl methacrylate
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
11 11
dto. dto.
Äthylmethacrylat Ethyl methacrylate
2,0 2.0
0,4 0.4
0,30 0.30
629397 629397
4 4th
Harz-Nr. Resin no.
Inhibitor, Inhibitor,
Hydrochinon (Teile) Hydroquinone (parts)
Viskosität bei 25 °C (cps) Viscosity at 25 ° C (cps)
Gelzeit in N2 bei 25 JC (Stunden) Gel time in N2 at 25 JC (hours)
Speicherstabilität in Luft bei 25 °C (Tage) Storage stability in air at 25 ° C (days)
1 1
0,04 0.04
3,0 3.0
8-16 8-16
>100 > 100
2 2nd
0,04 0.04
3,0 3.0
5- 6 5-6
48 48
3 3rd
0,04 0.04
3,0 3.0
3-4 3-4
>100 > 100
4 4th
0,04 0.04
3,0 3.0
8-16 8-16
56 56
5 5
0,04 0.04
3,0 3.0
2- 3 2-3
15 15
6 6
0,04 0.04
0,5 0.5
3- 4 3-4
>100 > 100
7 7
0,04 0.04
0,5 0.5
4- 5 4- 5
>100 > 100
8 8th
0,04 0.04
0,5 0.5
<1,0 <1.0
>100 > 100
9 9
0,08 0.08
3,0 3.0
4- 5 4- 5
>100 > 100
10 10th
0,08 0.08
0,5 0.5
<1,0 <1.0
>100 > 100
11 11
0,16 0.16
0,5 0.5
1-2 1-2
>100 > 100
Proben von den obigen Harzen wurden auf ungefähr 50 g begrenzt, und zwar wegen der während der Aushärtung erzeugten hohen exothermen Wärme. Die Speicherstabilitätsteste, die die Lagerzeit bis zum Auftreten einer sichtbaren Gelierung feststellen, wurden an Proben durchgeführt, die aus etwa 50 g des Harzes bestanden, die in Glas- oder Polyäthylenbehältern mit einem Inhalt von 0,121 gelagert wurden. Wegen der unsicheren Effekte von fluoreszierender Beleuchtung in dem Laboratorium auf die Harzstabilitäten wurden die Proben in Dunkelheit gelagert. In periodischen Zeitabständen wurden die Gelzeiten (unter N2-Gasströmung) an den Proben festgestellt, um die verbliebene Aushärtereaktivität während der Lagerung zu überprüfen. Samples of the above resins were limited to approximately 50 g due to the high exothermic heat generated during curing. The storage stability tests, which determine the storage time until visible gelation occurs, were carried out on samples consisting of approximately 50 g of the resin, which were stored in glass or polyethylene containers with a content of 0.121. Because of the uncertain effects of fluorescent lighting in the laboratory on resin stabilities, the samples were stored in the dark. The gel times (under N2 gas flow) on the samples were determined at periodic intervals in order to check the remaining hardening reactivity during storage.
Die Messungen der Gelzeit (das ist die Zeit, die erforderlich ist, damit ein sichbares Gelieren auftritt) wurden an 10 g Proben in Aluminiumtellern mit einem Durchmesser von 5 cm durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass das gewöhnliche Laboratoriumsvakuum nicht ausreichte, um die Proben innerhalb einer vernünftigen Zeit zu gelieren. Jedoch wurde eine schnelle Gelierung durch Anordnen der Proben in einem Trockner und durch Hindurchführen von Stickstoff durch den Trockner erreicht. Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse der Testung des Harzes Nr. 10 wieder. The gel time measurements (this is the time required for visible gelation to occur) were made on 10 g samples in 5 cm diameter aluminum plates. It was found that the usual laboratory vacuum was not sufficient to gel the samples within a reasonable time. However, rapid gelation was achieved by placing the samples in a dryer and passing nitrogen through the dryer. The following table shows the results of testing resin No. 10.
Aushärtezustand Curing condition
Gelzeit bei 25"C Gel time at 25 "C
Luft air
N2-Strömung (131/min) Vakuum N2 flow (131 / min) vacuum
48 Stunden 30-60 min 24 Stunden 48 hours 30-60 min 24 hours
Am Ende der 24 Stunden wurde eine sehr geringe Gelierung (ungefähr 7% des Harzes) am Boden des Aluminiumtellers an der Probe, die im Vakuum angeordnet war, beobachtet. At the end of the 24 hours, very little gelation (approximately 7% of the resin) was observed at the bottom of the aluminum plate on the sample, which was placed in a vacuum.
Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse von ähnlichen Testen wieder, die an dem Harz Nr. 9 durchgeführt wurden. The following table shows the results of similar tests performed on Resin No. 9.
Aushärtebedingung Curing condition
Gelzeit bei 25 °C Gel time at 25 ° C
C02 (131/min) N2 (3,5 kg/cm2, statisch) Luft (131/min) Oz (131/min) C02 (131 / min) N2 (3.5 kg / cm2, static) air (131 / min) Oz (131 / min)
20 min 7-8 Stunden >2 Tage >2 Tage 20 min 7-8 hours> 2 days> 2 days
Kohlendioxid bei atmosphärischem Druck auftritt, erfordert aber geringere Mengen an Gas. Carbon dioxide occurs at atmospheric pressure, but requires less gas.
Bei Anwendung ähnlicher Verfahren wurde der Effekt 20 der Stickstoffströmungsrate auf das Harz Nr. 9 festgestellt. Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse wieder. Using similar procedures, the effect 20 of nitrogen flow rate on resin # 9 was found. The following table shows the results.
Unter Druck stehendes C02 mit 3,5 kg/cm2 erzeugte ebenfalls eine schnelle Aushärtung. Statischer Stickstoff oder Kohlendioxid unter Druck führten zu einer langsameren Aushärtung, als sie unter einer Stickstoffströmung oder bei Pressurized C02 with 3.5 kg / cm2 also produced quick curing. Static nitrogen or carbon dioxide under pressure led to slower curing than under a nitrogen flow or during
Strömungsrate (1/min = lpm) Flow rate (1 / min = lpm)
Gelzeit (Stunden) Gel time (hours)
25 25th
1,62 3,25 6,50 13,0 30 20,0 26,0 1.62 3.25 6.50 13.0 30 20.0 26.0
7,5 4,0 2,0 1,5 3,0 4,0 7.5 4.0 2.0 1.5 3.0 4.0
Die obige Tabelle zeigt, dass eine Strömungsrate von 35 etwa 6 bis etwa 20 lpm einen kritischen Wert darstellt, um eine schnelle Aushärtung bei einem Druck von ungefähr einer Atmosphäre zu erhalten. The table above shows that a flow rate of about 35 to about 20 lpm is a critical value in order to obtain rapid curing at a pressure of about one atmosphere.
Beispiel II Example II
40 Leistungsfaktordaten wurden für Glimmerzusammensetzungen erhalten, die mit den vielversprechendsten anaeroben Harzen imprägniert waren, nämlich mit den Harzen Nr. 8 und 9. Zwei Arten von Zusammensetzungen wurden hergestellt, eine (Probe A) wurde dadurch hergestellt, dass ein 45 anaerobes Harz auf ein Stück «rohes» Glimmerpapier («Co-gemica», verkauft von Cogebi Co.) aufgebürstet wurde, das eine Grösse von etwa 20 x 20 cm und eine Dicke von 0,5 mm aufwies, während die andere Probe (Probe B) dadurch hergestellt wurde, dass die anaeroben Harze auf ein polyester-5o imprägniertes Glimmerband aufgebürstet wurden, das sechs Schichten dick (d.h. drei halbüberlappende Umwicklungen) auf Kupferrohren (20 cm lang, 1,3 cm äusserer Durchmesser) aufgewickelt war. Wegen der sehr flüssigen Eigenschaft (< 3,0 cps) dieser anaeroben Harze wurde eine schnelle und 55 vollständige Durchdringung dieser Gümmerprodukte beobachtet. 40 power factor data were obtained for mica compositions impregnated with the most promising anaerobic resins, namely Resin Nos. 8 and 9. Two types of compositions were made, one (Sample A) was made by adding a 45 anaerobic resin in one piece "Raw" mica paper ("Co-gemica", sold by Cogebi Co.) was brushed, which had a size of about 20 x 20 cm and a thickness of 0.5 mm, while the other sample (sample B) was produced thereby that the anaerobic resins were brushed onto a polyester-50 impregnated mica tape, which was wound six layers thick (ie three semi-overlapping wraps) on copper pipes (20 cm long, 1.3 cm outer diameter). Because of the very fluid nature (<3.0 cps) of these anaerobic resins, rapid and complete penetration of these gum products was observed.
Die Proben wurden unter einem N2-Strom (13,01/min) bei Raumtemperatur geliert, und es wurde bemerkt, dass die Kupferrohrproben schnelle Gelierung unter diesen Umstän-60 den zeigten (d. h. < 30 min). Um das Ausmass der Aushärtung der anaeroben Harze in diesen Zusammensetzungen und die bestehende oder nicht bestehende Notwendigkeit für eine Wärmenachbehandlung dieser Materialien zu ermitteln, wurde beschlossen, einen Satz dieser Proben vier Stunden 65 lang bei einer Temperatur von 135 °C auszuhärten, nachdem die anfängliche Aushärtung bei Raumtemperatur stattgefunden hatte. Es wurde angenommen, dass ein Vergleich der elektrischen Daten, die von diesen zwei Probensätzen erhal The samples were gelled under N2 flow (13.01 / min) at room temperature and it was noted that the copper tube samples showed rapid gelation under these circumstances (i.e. <30 min). In order to determine the extent of curing of the anaerobic resins in these compositions and the existing or nonexistent need for post heat treatment of these materials, it was decided to cure a set of these samples for four hours 65 hours at a temperature of 135 ° C after the initial curing had taken place at room temperature. It was assumed that a comparison of the electrical data obtained from these two sets of samples
ten würden, festlegen würden, ob eine zusätzliche Wärmebehandlung notwendig ist, um eine volle Aushärtung dieser anaeroben Materialien zu erhalten. would determine whether additional heat treatment is necessary to fully cure these anaerobic materials.
Leistungsfaktormessungen wurden bei 25 und 150 °C durchgeführt. Die Kupferrohrproben wurden auch bei 1, 1,5 und 2 kV bei beiden Temperaturen untersucht, um die Ein5 629 397 Power factor measurements were performed at 25 and 150 ° C. The copper pipe samples were also examined at 1, 1.5 and 2 kV at both temperatures, around the Ein5 629 397
flüsse der Spannung auf die Leistungsfaktorwerte dieser Glimmerzusammensetzungen zu ermitteln. flows of voltage to determine the power factor values of these mica compositions.
Die Leistungsfaktordaten, die bei Kupferrohren erhalten wurden, die mit dem Glimmerband der Probe B umwickelt 5 und mit zwei der anaeroben Harze imprägniert waren, sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben. The power factor data obtained from copper pipes wrapped 5 with sample B mica tape and impregnated with two of the anaerobic resins are shown in the following table.
Harz Temperatur Wärmeaushärtung? % Leistungsfaktor (100 x tan y) Resin temperature heat curing? % Power factor (100 x tan y)
( C) (4 Std. bei 135 C) angelegte Spannung (C) (4 hours at 135 C) applied voltage
1,0 1.0
1,5 1.5
2,0 2.0
9 25 9 25
nein No
2,10 2.10
2,16 2.16
2,71 2.71
ja Yes
2,3 2.3
2,32 2.32
2,59 2.59
150 150
nein No
31,4 31.4
32,4 32.4
35,8 35.8
ja Yes
28,3 28.3
28,9 28.9
31,9 31.9
8 25 8 25
nein No
2,32 2.32
2,32 2.32
2,5 2.5
ja Yes
2,48 2.48
2,49 2.49
2,52 2.52
150 150
nein No
27,9 27.9
28,9 28.9
31,1 31.1
ja Yes
34,2 34.2
35,7 35.7
37,7 37.7
Die Ergebnisse mit dem Harz Nr. 9 bei 150 °C zeigen, dass die Probe, die nach der anfanglichen Aushärtung keinerlei Wärmebehandlung unterworfen wurde, geringfügig höhere Leistungsfaktorwerte aufwies als die Probe, die einer Wärmebehandlung ausgesetzt worden war. Jedoch zeigten beide Proben ähnliche Leistungsfaktorwerte bei 25 °C. The results with Resin No. 9 at 150 ° C show that the sample that was not subjected to any heat treatment after the initial curing had slightly higher power factor values than the sample that had been subjected to heat treatment. However, both samples showed similar power factor values at 25 ° C.
Bei dem Harz Nr. 8 zeigte die Probe mit der zusätzlichen Wärmebehandlung etwas höhere Leistungsfaktorwerte bei 150 °C als die Probe, die diese zusätzliche Aushärtung nicht aufwies. Die Raumtemperaturwerte für beide Proben blieben jedoch die gleichen. Aufgrund dieser Daten ist es schwer festzustellen, ob eine zusätzliche Wärmenachbehandlung für diese anaeroben Materialien notwendig ist, um eine volle Aushärtung zu erreichen. Jedoch mag bedeutsam sein, dass bei allen vier Proben sehr ähnliche Raumtemperatur-Lei-stungsfaktorwerte sich ergaben. For Resin No. 8, the sample with the additional heat treatment showed slightly higher power factor values at 150 ° C than the sample that did not have this additional curing. However, the room temperature values remained the same for both samples. Based on this data, it is difficult to determine whether additional heat treatment for these anaerobic materials is necessary in order to achieve full curing. However, it may be significant that all four samples showed very similar room temperature power factor values.
Obwohl kein Versuch gemacht wurde, das optimale Glimmerband für diese anaeroben Imprägnierungsmittel festzustellen, wurden die Leistungsfaktorwerte bei diesen Zusammensetzungen unter Verwendung des Glimmerbandes Probe B nicht als übermässig hoch angesehen. Obwohl die 25 Werte (d.h. 32 bis 37% bei 150 °C und 2 kV) für Hochspannungsanwendungen unannehmbar hoch wären, wären sie geeignet für die Isolierung von Niederspannungsanlagen (z.B. < 13,8 kV). Although no attempt was made to determine the optimal mica tape for these anaerobic impregnants, the power factor values for these compositions using the Sample B mica tape were not considered to be excessively high. Although the 25 values (i.e. 32 to 37% at 150 ° C and 2 kV) would be unacceptably high for high voltage applications, they would be suitable for the insulation of low voltage systems (e.g. <13.8 kV).
Messungen der dielektrischen Festigkeit wurden für 30 Glimmerzusammensetzungen durchgeführt, die mit der Probe A hergestellt und mit dem Harz Nr. 8 imprägniert wurden. Die Proben wurden unter einem aliphatischen Kohlen-wasserstoff-Transformatoröl getestet, das von der Westing-house Electric Corp. unter dem Handelsnamen «WEMCO 35 C» verkauft wird. Die Testungen fanden bei Raumtemperatur unter Anwendung eines Spannungsanstiegs von 1 kV/s statt. Daten für Leistimgsfaktor und dielektrische Konstante wurden für Zusammensetzungen der Probe A unter Anwendung des Harzes Nr. 10 erhalten und sind in der folgenden 40 Tabelle zusammengefasst. Dielectric strength measurements were made for 30 mica compositions made with Sample A and impregnated with Resin No. 8. The samples were tested under an aliphatic hydrocarbon transformer oil manufactured by Westing-house Electric Corp. is sold under the trade name «WEMCO 35 C». The tests were carried out at room temperature using a voltage rise of 1 kV / s. Power factor and dielectric constant data were obtained for compositions of Sample A using Resin No. 10 and are summarized in the following 40 table.
Test-T emperatur Aushärtebedingungen (°C) Test temperature curing conditions (° C)
25 16 Std. bei 25 °C unter N2 25 16 hours at 25 ° C under N2
dto.+4 Std. bei 135°C in Luft 150 16 Std. bei 25 °C unter N2 dto. + 4 hours at 135 ° C in air 150 16 hours at 25 ° C under N2
dto.+4 Std. bei 135°C in Luft dto. + 4 hours at 135 ° C in air
Wiederum scheint ein interessanter Unterschied zwischen der Probe, die die zusätzliche Wärmebehandlung erhielt, und der ohne die zusätzliche Wärmebehandlung vorzuliegen. Der Leistungsfaktor der bei Raumtemperatur ausgehärteten Probe, gemessen bei 150 °C, war viel niedriger als der der anderen Probe. Die Gründe für diese Unterschiede sind z.Z. noch nicht ganz klar. Jedoch besitzen beide Proben ausreichend niedrigen Leistungsfaktor sowie annehmbare Werte für die dielektrische Konstante für Isolationen bis zu Spannungen von etwa 13,8 kV. Again, there appears to be an interesting difference between the sample that received the additional heat treatment and that without the additional heat treatment. The performance factor of the sample cured at room temperature, measured at 150 ° C, was much lower than that of the other sample. The reasons for these differences are currently not quite clear yet. However, both samples have a sufficiently low power factor and acceptable dielectric constant values for insulation up to voltages of approximately 13.8 kV.
Kapazität Leistungsfaktor % dielektrische Capacity power factor% dielectric
(pF) (100 x tan y) Konstante (E') (pF) (100 x tan y) constant (E ')
36.3 0,89 3,4 36.3 0.89 3.4
58.4 1,6 5,2 138,6 4,8 12,9 58.4 1.6 5.2 138.6 4.8 12.9
94,2 23,0 8,4 94.2 23.0 8.4
Die folgende Tabelle zeigt die dielektrische Festigkeit für die zwei Proben, die in der vorstehenden Tabelle verwendet wurden. Die Messungen wurden bei einer N2-Strömungsrate von 13,0 lpm unter «WEMCO C»-Öl bei 25 °C bei Anwen-55 dung eines Spannungsanstieges von 1 kV/s durchgeführt. Beide Zusammensetzungsproben wurden für die vorstehenden Leistungsfaktormessungen benutzt und unterlagen vermutlich einer Temperatur von 150 °C während einer Stunde, bevor sie hinsichtlich ihrer dielektrischen Festigkeit unter-60 sucht wurden. The following table shows the dielectric strength for the two samples used in the table above. The measurements were carried out at an N2 flow rate of 13.0 lpm under «WEMCO C» oil at 25 ° C using a voltage increase of 1 kV / s. Both composition samples were used for the above power factor measurements and were believed to be at 150 ° C for one hour before being tested for dielectric strength.
Aushärtebedingung Dicke der Durchbruch- dielektrische Curing condition Thickness of breakdown dielectric
Zusammensetzung Spannung Festigkeit O/iooo ) Composition tension strength O / iooo)
(kV, Effektivwert) (V/Viooo") (kV, RMS value) (V / Viooo ")
über Nacht (16 Std.) bei 25=C in N2-Strömung 21 16,0 765 overnight (16 hours) at 25 = C in N2 flow 21 16.0 765
dto.+4 Std. bei 135CC in Luft 20 16,5 830 dto. + 4 hours at 135CC in air 20 16.5 830
dto. 4-4 Std. bei 135°C in Luft 20 18,5 935 dto. 4-4 hours at 135 ° C in air 20 18.5 935
629397 629397
Die Probe, die die zusätzliche Aushärtung bei erhöhter Temperatur aufwies, scheint etwas höhere dielektrische Festigkeit zu besitzen als die bei Raumtemperatur ausgehärtete Probe. Jedoch scheinen beide Zusammensetzungen höhere dielektrische Festigkeiten aufzuweisen als mit Epoxiharz imprägnierte Glimmerzusammensetzungen gleichartiger Dicke. Typischerweise zeigen Expoxiglimmerzusammensetzungen Werte von 400 bis 600 V pro Viooo" verglichen mit 700 bis 900 V pro Viooo" für Proben aus anaerobem Harz. The sample that had the additional curing at elevated temperature appears to have somewhat higher dielectric strength than the sample cured at room temperature. However, both compositions appear to have higher dielectric strengths than epoxy resin impregnated mica compositions of similar thickness. Typically, epoxy mica compositions show values of 400 to 600 V per viooo "compared to 700 to 900 V per viooo" for anaerobic resin samples.
Beispiel III Example III
Um die Bedeutung der Aushärtung dieser Harze unter ei6 The importance of curing these resins under ei6
ner N2-Strömung zu illustrieren, wurde das folgende Experiment durchgeführt. Vier Kupferröhren wurden mit Glimmerband der Probe B, wie vorstehend beschrieben, umwik-kelt. Ein Satz (zwei) dieser Proben wurde mit Harz Nr. 5 und 5 der andere Satz mit Harz Nr. 8 imprägniert. Jeweils einem Rohr eines jeden Satzes wurde ermöglicht, in einer N2-Strömung (Strömungsrate 13 lpm) während 32 Stunden auszuhärten. Danach wurden beide Sätze zwei Wochen lang in Luft belassen. Die Aushärtebedingungen und die Harz-lo rétention für jede dieser Proben ist in der folgenden Tabelle dargestellt. To illustrate a N2 flow, the following experiment was carried out. Four copper tubes were wrapped with Sample B mica tape as described above. One set (two) of these samples was impregnated with resin # 5 and # 5 and the other set with resin # 8. One tube from each set was allowed to cure in an N2 flow (flow rate 13 lpm) for 32 hours. Thereafter, both sets were left in the air for two weeks. The curing conditions and resin retention for each of these samples are shown in the following table.
Proben- Rehearse-
Harz- Resin-
Kupfer copper
Gewicht des Weight of
Aushärte Curing
Gewicht Weight
Harz resin
Nr. No.
Nr. No.
rohr umwickelten bedingungen nach der retention tube wrapped conditions after retention
gewicht Weight
Kupferrohres Copper pipe
Imprägnierung impregnation
(g) (G)
(g) (G)
(g) (G)
B1 B1
5 5
58,97 58.97
69,38 69.38
Luft air
70,25 70.25
0,87 0.87
B2 B2
5 5
56,56 56.56
67,13 67.13
n2 n2
68,18 68.18
1,05 1.05
B3 B3
8 8th
57,79 57.79
67,93 67.93
n2 n2
69,06 69.06
1,13 1.13
B4 B4
8 8th
56,90 56.90
67,23 67.23
Luft air
68,36 68.36
1,13 1.13
% Harzretention auf Glimmer % Resin retention on mica
8,35 10,00 11,15 10,92 8.35 10.00 11.15 10.92
Die Harze waren zwei Monate lang bei Raumtemperatur in Polyäthylenflaschen gelagert worden, bevor sie benutzt wurden. Das «Ablaufen» des Harzes von den Proben, die unter N2-ausgehärtet wurden, wurde als vernachlässigbar gefunden. The resins had been stored in polyethylene bottles at room temperature for two months before being used. The "runoff" of the resin from the samples that were cured under N2 was found to be negligible.
Leistungsfaktormessungen bei 1 kV wurden dann an diesen vier Proben bei 25 °C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Power factor measurements at 1 kV were then performed on these four samples at 25 ° C. The results are shown in the table below.
Probe- Leistungsfaktor (100 x tan y) bei 60 Hz Sample power factor (100 x tan y) at 60 Hz
Nr. bei 25°C bei 150 °C bei 25 °C nach nach 3 Tagen 3 Tagen bei 150°C No. at 25 ° C at 150 ° C at 25 ° C after after 3 days 3 days at 150 ° C
B1 B2 B3 B4 B1 B2 B3 B4
25,6 3,5 4,5 32,8 25.6 3.5 4.5 32.8
30,2 23,1 30.2 23.1
25.8 25.8
23.9 23.9
1,4 1,2 1,8 1,8 1.4 1.2 1.8 1.8
Die Proben B2 und B3, die in einem N2-Strom aushärten konnten, zeigten viel niedrigere Leistungsfaktorwerte als die Proben, die in Luft belassen wurden. Dies ist nicht so überraschend, da die letzten zwei Proben noch sehr klebrig waren, selbst nach zwei Wochen. Die anderen Proben waren fest und klebfrei nach wenigen Stunden in N2. Samples B2 and B3, which were allowed to cure in a stream of N2, showed much lower power factor values than the samples left in air. This is not so surprising since the last two samples were still very sticky, even after two weeks. The other samples were firm and tack-free after a few hours in N2.
Um die mangelnde Aushärtung der Proben B1 und B4 zu erläutern, wurden alle vier Proben drei Tage lang bei 150 °C 30 nachgehärtet und die Leistungsfaktorwerte erneut bei 25 °C und auch bei 150 °C gemssen. Diese Daten sind ebenfalls in der obigen Tabelle wiedergegeben. Bei Raumtemperatur ergaben alle vier Proben ähnliche Werte (zwischen 1,2 und 1,8%), ebenso bei 150 °C (23,1 bis 30,2%). In order to explain the lack of curing of samples B1 and B4, all four samples were post-cured for three days at 150 ° C 30 and the power factor values measured again at 25 ° C and also at 150 ° C. This data is also shown in the table above. At room temperature, all four samples gave similar values (between 1.2 and 1.8%), as did at 150 ° C (23.1 to 30.2%).
35 Somit zeigt sich, dass die Proben, die der N2-Strömung ausgesetzt wurden, vollständiger ausgehärtet waren als die beiden Proben, die in Luft belassen wurden. Für einen typischen Motor der Klasse F erschien eine zusätzliche Wärmebehandlung des Materials nicht erforderlich, da eine volle 40 Aushärtung erreicht werden konnte, nachdem die Spulen in einen Stator gewickelt wurden, da die Betriebstemperatur des Motors hoch genug liegt, um eine volle Aushärtung zu ermöglichen. 35 It can thus be seen that the samples which were exposed to the N2 flow were more fully cured than the two samples which were left in air. Additional heat treatment of the material did not appear to be necessary for a typical Class F motor because full curing could be achieved after the coils were wrapped in a stator because the operating temperature of the motor is high enough to allow full curing.
Auch könnte das Wickeln von nur teilweise ausgehär-45 teten Spulen (unter der Voraussetzung, dass das Harz nicht mehr klebt) von Vorteil sein, da die Glimmerisolation noch ein gewisses Mass an günstiger Flexibilität behalten würde. Herkömmlich hergestellte Spulen sind manchmal etwas steif und daher schwierig aufzuwickeln, ohne dass die Isolierung so bricht. Winding only partially cured coils (provided that the resin no longer sticks) could also be advantageous, since the mica insulation would still retain a certain degree of favorable flexibility. Conventionally manufactured coils are sometimes a bit stiff and therefore difficult to wind up without breaking the insulation.
s s
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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