Связующее для электроизоляционного фенопласта Советский патент 1984 года по МПК H01B3/36 C08L61/06 

00

00 00

Изобретение относится к электроизоляционным материалам - слоистым пластикам, препрегам, пресс-массам и т;п., используемым например, в изоляции низковольтной аппаратуры.

Известно, что при изготовлении фенолластов в качестве связующих используются немодифицированные и/или модифицированные фенольные смолы резольного и/или новолачного типа 1.

При производстве электроизоляционных фенопластов Наибольшее применение в качестве связующих нащли фенолформальдегидные смолы резольного типа или смеси новолачных фенолформальдегидных смол с эпоксидными смолами 2.

Фенопласты, полученные на основе такого связующего в ряде случаев обладают недостаточно высокими диэлектрическими и физико-мехайическими свойствами.

Цель изобретения - улучшение технологических свойств связующего и повышение диэлектрических и физико-механических характеристик электроизоляционных фенопластов на его основе.

Поставленная цель достигается тем, что связующее на основе фенольной смолы резольного типа или смеси фенольной смолы новолачного типа и эпоксидной смолы дополнительно содержит лактам при следующем соотношении компонентов, мае.ч.:

Фенольная смола резольного типа или смесь из

30-700/0 фенольной смолы новолачного типа и

70-ЗО /о эпоксидной

смолы100

Лактам5-50

В качестве лактама применяется незамещенный лактам, выбранный из группы, включающей f -капролактам, ij -каприллактам или лауринлактам.

Связующее может также дополнительно содержать органический растворитель или воду в количестве 80-150 вес.ч.

В качестве фенольной смолы применены промышленные водо- или спиртбрастворимые фенолформальдегидные смолы резольного типа. Могут также использоваться фенолофурфурольные и анилинофенолформаль дегидные смолы, ксилол- или дифенилоксидфенолформальдегидные смолы и другие аналогичные олигомеры, содержащие гидроксильные, алкоксильные, ацетальные, простые эфирные или аминные функциональные группы.

При получении связующего раствор фенольной смолы в воде или в органическом растворителе смешивают с лактамом или с раствором лактама в том же или другом растворителе или смешивают и диспергируют смолу и лактам в твердом виде.

Действие лактамов многообразно и проявляется неоднозначно в зависимости от типа и соотношения использованных олигомеров и лактамов, наличия или отсутствия катализаторов раскрытия лактамного кольца и условий переработки. Помимо фенольной смолы и лактама в состав связующего могут при необходимости вводиться различные целевые добавки, например, катализаторы раскрытия лактамного кольца (триэтаноламинтитанат, триэтилбензиламмонийхлорид и др.), пластификаторы, смазки (стеараты кальция, цинка и др.), пигменты и т.п.

Было установлено, что использование лактамов приводит к улучшению технологических свойств связующих и материалов на их основе (повышение стабильности и жизнеспособности связующих и препрегов), улучщению диэлектрических (повышение электрической прочности и удельного объемного сопротивления) и физико-механических (прочность на изгиб, удельная ударрая вязкость и др.) свойств фенопластов. Свойства фенопластов и соответствующих связующих можно широко варьировать выбором исходных фенольных смол и лактамов и изменением соотношения смолы и лактама.

Пример 1. В 200 вес.ч. водного 500/о-ного раствора резольной фенолформальдегидной смолы марки ОФ растворяют при перемешивании 5 вес.ч. g -капролактама. Полученным связующим пропитывают целлюлоз.ную бумагу ЭИП-Б, после чего ее сушат в течение 20 мин при 95°С и нарезают налисты. Содержание связующего в высущенных листах составляет 40%. Листы собирают в пакет и прессуют при температуре 160±5°С и удельном, давлении 8 МПа. Время прессования составляет 5 мин на 1 мм толщины пластика. Полученный таким образом гетинакс имеет электрическую прочность перпендикулярно слоям 45 кВ эфф/мм и пробивное напряжение параллельно слоям 60 кВ эфф в то время как без добавки лактама эти параметры составляют соответственно 30 кВ эфф/мм и 39 кВэфф.

Пример 2. Целлюлозную бумагу марки ЭИП-А пропитывают связующим, представляющим собой 42/о-ный спиртовый раствор резольной крезолфенолформальдегидной смолы марки ИК ип-каприллактама, взятых в соотношении 100-25 вес.ч.. Пропитанную бумагу сущат 15-20 мин при 95-100°С. Нарезанную на листы бумагу стопируют и прессуют при 155±5°С и удельном давлении 6,0-8,0 МПа в течение 5-7 мин на 1 мм толщины пластика. Полученный гетинакс имеет повыщенную электрическую прочность (47 кВ эфф/мм перпендикулярно слоям, 75 кВ эфф параллельно слоям) и способен перерабатываться методом холодного штампования (степень штампуемости 6-7). Без добавки лактама эти характеристики составляют соответственно 32 кВ эфф/ /мм, 55 кВ эфф. и 5. Пример 3. В SO /o-HOM спиртовом растворе фенолформальдегидной смолы резольного типа марки ФЛ-5111 (200 вес.ч.) растворяют i-капролактам (10 вес.ч.). Полученным свя-. зующим пропитывают стеклоткань марки ЭЗ-100 и сушат ее в течение 15 мин при 100-105°С. Содержание связующего и высушенной ткани 35%. Ткань нарезают на листы, которые собирают в пакет и прессуют при 160±5°С и удельном давлении 4,0-5,0 МПа. Время прессования составляет 4-5 мин/мм. Полученный стеклотекстолит имеет повышенные электрические свойства и прочность на изгиб. Его электрическая прочность перпендикулярно слоям - 35(12) кВ.эфф/мм, электрическое сопротивление после увлажнения в течение 24 ч при 20°С и относительной влажности 95±3 /о - 10 (10). Ом, разрушающее напряжение при изгибе 400(160) МПа. В скобках приведены свойства аналогичного пластика (СТ-1), полученного без добавки лактама. Пример 4. Стеклоткань марки ЭЗ-180-39 пропитывают связующим, содержащим 100 вес.ч. ксилолфенолформальдегидной смолы марки КФ, 80 вес.ч. толуола, 50 вес.ч. лауринлактама и 0,75 вес.ч. триэтаноламинтитаната марки ТЭАТ-1. Пропитанную и высушенную от растворителя (толуол) в течение 30 мин при 70-80°С стеклоткань, содержащую 65% связующего, используют в качестве препрега. Препрег обладает длительным сроком хранения (более 6 мес) и стабильностью технологических свойств, а также повышенной эластичностью. Срок хранения аналогичного препрега, изготовленного без лактама, не превышает 3-4 мес. Текучесть модицифированного препрега 60, а немодифицированного только 50%. При перегибе листов немодифицированного препрега наблюдается растрескивание и осыпание связующего. Модификация лактамом устраняет эти явления. Пример 5. Нарубленный стекложгут марки РБР-13-2520 (длина волокон 12 мм) смешивают с сухим связующим, полученным смешением в шаровой мельнице 100 вес.ч. анилинофенолформальдегидной смолы СФ340А и 25 вес. ч. rj, -каприллактама. Рубленый жгут и связующее берут в соотнощении 58:42. Полученный премикс прессуют .при 140±5 С и удельном давлении 8,0- 10,0 МПа в течение 30-40 мин. Образцы прессматериала имеют следующие свойства (в скобках приведены свойства материала, полученные без добавки лактама): электрическая прочность перпендикулярно слоям 17(8) кВэфф/мм, удельная ударная вязкость перпендикулярно слоям 23(10) кДж/м, разрушающее- напряжение при изгибе 150(80) МПа, сопротивление изоляции после увлажнения в. течение 24 ч при 20°С и относительной влажности 95 ±3% - 10 (10) Ом. Пример 6. В спирто-толуольный (1:1) 50%-ный раствор фенолформальдегидной смолы резольного типа марки ОФ вводят 50%-ный ацетоновый раствор t-капролактама при соотношении смолы и лактама (вес.ч.) 100:155. Полученным связующим пропитывают асбостекломатериал марки АБАС и сушат его в течение 15-20 мин при 110- 115°С Содержание связующего в материале составляет 40%. Высушенный материал нарезают на листы, стопируют и прессуют при 160± ±5°С и удельном давлении 8-9 MHia в течение 20 мин на 1 мм толщины пластика. Полученный абсостеклотекстолит имеет повышенные электрические и физико-механические свойства. Электрическая прочность перпендикулярно слоям 27(10) кВэфф/мм, электрическое сопротивление после увлажнения в течение 24 ч при 20°С и относительной влажности 95±3% -10 (10) Ом, разрушающее напряжение при статическом изгибе. 250(120) МПа. В скобках приведены свойства аналогичного пластика марки ACT, полученного без добавки лактама. Пример 7, Асбестовую бумагу Марки БЭ пропитывают связующим, представляющим собой раствор в 120 вес.ч. спирто-толуольной смеси (1:1) 68 вес.ч. эпоксидной смолы ЭД-16, 32 вес.ч. новолачной фенолформальдегидной смолы марки НФ и 20 вес.ч. -калролактама. Пропитанную асбестовую бумагу с содержанием связующего 30% сушат в течение 10-15 мин при 115-120°С, нарезанной на листы. Листы собирают в пакет и прессуют при 155±5°С и удельном давлении 5-6 МПа. Время прессования составляет 8-10 мин на 1 мм толщины пластика. Полученный таким образом асбогетинакс имеет следующие свойства (в скобках приведены свойства пластика, полученного без добавки лактама): электрическая прочностьперпендикулярно слоям 25(15) МВ эфф/м, сопротивление изоляции после увлажнения в течение 24 ч при 20°С и относительной влажности 95 i 3% - Ю (10) Ом, разрушающее напряжение при статическом изгибе 190(110) МПа. Пример 8. Стеклохолст марки Lg-70- 50 пропитывают связующим, полученным растворением в 115 вес.ч. спирто-толуольной смеси (1:1) 65 вес.ч. эпоксидной смолы ЭД-16, 32 вес.ч. новолачной фенолформальдегидной смолы марки НФ и 15 вес.ч. -капролактама. Холст сушат 20-25 мин при 100-110°С, нарезают на листы и прессуют при 160- 70;°С и удельном давлении 2,0 МПа в te4eHHe 10-20 мин на 1 мм толщины пластика. Полученный стеклопластик имеет следующие свойства (в скобках даны свойства пластика, полученного без лактама): электрическая прочность перпендикулярно слоям 25(15) МВ.зфф/м, удельная ударная вязкость перпендикулярно слоям 66(25) кДж/м

степень штампуемости 6-7(5), разрушающее напряжение при изгибе 200(120), МПа, сопротивление изоляции после увлажнения в течение 24 ч при 20°С и относительной

влажности 95±30/0 Ю (Ю) Ом.

Примеры 9 и 10. Изготавливают стеклопластик по примеру 8, но с использованием 25 вес.ч. эпоксидной смолы ЭД-16 и Тбвес.ч. новолачной смолы НФ или 75 вес.ч. смолы ЭД-16 и 25 вес.ч. новолачной смолы НФ соответственно.

Свойства пластика, полученного с использованием 25 вес.ч. смолы ЭД-16 следующие: электрическая прочность перпендикулярно слоям 14 MB эфф/м, удельная ударная вязкость перпендикулярно слоям 22 кДж/м, разрушающее напряжение при изгибе 97 МПа, сопротивление изоляции после увлажнения в течение 24 ч при 20°С и относительной влажности .95±3%-10 Ом.

Свойства пластика, полученного с использованием 75 вес.ч. смолы ЭД-16, практически не отличаются от свойств пластика по примеру 8 (70 вес.ч. смолы ЭД-16).

Снижение содержания лактама в связующих менее чем до 5 вес.ч. не дает существенного эффекта, а увеличение содержания лактама более чем до 50 вес.ч. приводит к снижению теплостойкости.

Пример 11. Изготавливают гетинакс по примеру 1, но с использованием 3 вес.ч. е-капролактама вместо 5. Получают пластик, имеющий пробивное напряжение параллельно слоям только 43,5 кВ.эфф, а электрическую прочность перпендикулярно слоям 32 кВ эфф/мм.

Пример 12. Получают препрег по примеру 4 с использованием 60 вес.ч. лауринлактама. Полученным таким образом препрег имеет текучесть 65% и после прессования 160°С, 4-5 мин/м, 4,0-5,0 МПа) дает стеклопластик с разрушающим напряжением

при изгибе при 150С 138 МПа, в то время как при содержании 50 вес.ч. лауринлактама разрушающее напряжение составляет 194 МПа.

Приведенные примеры показывают, что введение лактамов позволяет улучшить технологические свойства связующих, а также существенно повысить диэлектрические и физико-механические свойства пластиков. Снижение содержания лактама в связующих менее5 вес.ч. не дает существенного

повышения характеристик пластиков, а увеличение содержания лактамов более 50 вес.ч приводит к снижению теплостойкости материалов.

Предлагаемое изобретение позволяет поднять свойства фенопластов до уровня лучших зарубежных материалов, а также разработать новые виды пластиков с повышенными свойствами путем использования дешевых и недефицитных исходных материалов.

1. СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО ФЕНОПЛАСТА на основе фенольной смолы резольного типа или смеси из фенольной смолы новолачного типа и эпоксидной смолы, отличающееся тем. что, с целью улучшения технологических свойств связующего и повышения диэлектрических и физико-механических свойств фенопласта на его основе, связующее дополнительно содержит лактам при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: .Фенольная смола резольного типа или смесь из 30-70% фенольной смолы новолачного типа и 70-30% эпоксидной смолы100 Лактам5-50 2.Связующее по п. 1, отличающееся тем, что в качестве лактама оно содержит незамещенный лактам, выбранный из группы, включающей 6 -капролактам или t -каприллактам или лауринлактам. 3.Связующее по п. 1, отличающееся тем, (Л что оно дополнительно содержит органический растворитель или воду в количестве с 80-150 вес.ч.