CH525757A - Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Giessharzplatte und nach diesem Verfahren hergestellte Giessharzplatte - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Giessharzplatte und nach diesem Verfahren hergestellte Giessharzplatte
Faserverstärkte Giessharzplatten, bei denen die Verstärkungsfasern (Glasfasern, Polyesterfasern, Cellulosefasern oder andere synthetische Fasern) in Form von Geweben, Matten oder Vliesen in der Plattenebene orientiert angeordnet sind, können auf verschiedenen Gebieten der Technik mit Vorteil eingesetzt werden. Bei einer Anwendung in Hochspannungsschaltanlagen können sie als Isolierteile zur Ver   ringerung    der Abmessungen führen, wenn sie anstelle früherer Metallwände eingesetzt werden. Voraussetzung dafür ist aber eine Metallen entsprechend hohe mechanische Festigkeit bei gleichzeitiger grosser dielektrischer Festigkeit.



   Bisher hat man faserverstärkte Giessharzplatten als Pressteile hergestellt. Zu diesem Zweck wurden die Fasern (Gewebe, Papier   o. ä.)    zunächst mit einem gelösten Harz im sogenannten A-Zustand imprägniert, in einem Trockenkanal getrocknet und in den B-Zustand (schmelzbar) überführt, dann schichtweise übereinandergestapelt und anschliessend in einem Pressvorgang endgültig ausgehärtet (C-Zustand des Harzes). Bei diesem Herstellungsverfahren liess es sich aber nicht vermeiden, dass Gasblasen in der Platte zurückblieben, die beim Herstellungsvorgang, z. B. beim Aufeinanderstapeln der einzelnen Schichten, eingeschlossen wurden. Durch diese Mikroblasen wurden die dielektrischen Eigenschaften beeinträchtigt.



   Bei der Herstellung von faserverstärkten Rohren ist es bekannt, die Verstärkung durch sogenannte Vakuumtränkung mit dem Harz zu imprägnieren. Dabei wird die Tränkform evakuiert. Anschliessend lässt man das Harz in die evakuierte Form einströmen, bis die Form ausreichend weit gefüllt ist.



  Dabei fliesst das Harz in den Ringspalt zwischen Verstärkungslagen und äusserer Form nur wenig behindert ein und imprägniert die Verstärkungslagen senkrecht zur Faserrichtung recht schnell. Diese Art der Tränkung kann man jedoch bei Platten, d. h. bei Packungen von Verstärkungsfasern mit einer grossen Ausdehnung in einer Ebene gegenüber geringen Abmessungen in der zu dieser Ebene senkrechten Dimensionen, nicht ausführen. Bei solchen Platten dringt das Harz im allgemeinen längs zu den eben zwischen Formteilen angeordneten Fasern von allen Seiten des Randes her mehr oder minder gleichzeitig ein und bildet deshalb etwa in der Mitte der Platte eine oder mehrere Luftblasen, die von dem in der Form eingeschlossenen Restgas herrühren. Diese Luftblasen bereiten ähnliche dielektrische Schwierigkeiten wie Luftblasen in faserverstärkten Pressteilen.

  Sie können sogar die Platte insgesamt unbrauchbar machen.



   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Giessharzplatte, bei der die Verstärkungsfasern in Form von Geweben, Matten oder Vliesen in der Plattenebene orientiert angeordnet sind. Erfindungsgemäss werden die Verstärkungsfasern im Vakuum mit einem Tränkharz blasenfrei getränkt, das mindestens in Gestalt einer Komponente den den Plattenkörper begrenzenden Raum einer Form vor der Benetzung durch das Tränkharz dampfförmig ausfüllt.



   Durch Anwendung der Erfindung ist eine hohe dielektrische Festigkeit der faserverstärkten Giessharzplatte durch eine vollständige Tränkung gewährleistet, weil das Restgas (Luft, N2,    2    oder ähnliche Gase) nicht mehr von dem allseitig in die Platte eindringenden Harz eingeschlossen wird, sondern zuvor durch die dampfförmige Komponente aus der Form verdrängt wird, so dass keine Gasblasen entstehen können. Mithin gestattet die Erfindung die Herstellung von Platten, die nicht nur mechanisch hochwertig sind und deshalb anstelle von Metall eingesetzt werden können, sondern die auch dielektrisch einwandfrei sind.



   Wie sich gezeigt hat, ist es vorteilhaft, wenn das Tränkharz einen Härter oder reaktiven Verdünner mit einer solchen Verdampfungstemperatur aufweist, dass diese bei betriebsmässigem Vakuum um mindestens   100    C niedriger liegt als die beim Tränken vorliegende Formtemperatur. Je grösser die Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfungstemperatur der Komponente ist, die zum dampfförmigen Auffüllen der Form benutzt wird, und der Formtemperatur, um so schneller wird die Form ausgefüllt. Dabei kann man nicht nur die Komponente, d.h. die Zusammensetzung des Harzes, wählen, sondern im allgemeinen auch die Formtemperatur variieren und damit die optimale Temperaturdifferenz für eine blasenfreie Füllung der Form finden.



   Es ist zwar an sich bekannt, Formen vorzuheizen, bevor sie mit einem Giessharz gefüllt werden. Bisher hat man sich  dabei jedoch stets bemüht, eine Vorverdampfung, wie sie bei der Erfindung bewusst benutzt wird, zu vermeiden. Man befürchtete nämlich, dass die Verdampfung einer Komponente zu einer Veränderung der Zusammensetzung des Harzes führt, die einen schädlichen Einfluss ausübt. Bei der Erfindung wird die Verdampfung dagegen gefördert, damit der Anteil des Restgases unschädlich gemacht wird. Eine nachteilige Einwirkung auf die Zusammensetzung des Harzes konnte dabei nicht festgestellt werden.



   Die Erfindung ergibt nicht nur eine einwandfreie blasenlose Tränkung. Sie gestattet es darüber hinaus, mit kleinen Faserfüllungen zu arbeiten. So kann man faserverstärkte Giessharzplatten herstellen, deren Faserfüllung 10 bis 30 Volumprozent der Giessharzplatte beträgt. Bei diesem niedrigen Füllungsgrad erhält man durch die Fasern eine durchaus bedeutsame Verstärkung der mechanischen Festigkeit.



  Anderseits fallen die Fasern preislich nicht sehr ins Gewicht.



  Dies gilt besonders für den Fall, dass teure Fasern, insbesondere Glasfasern, verwendet werden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Platte nach der Erfindung besitzt deshalb eine Glasfaserfüllung von 10 bis 20 Volumprozent.



   Es ist auch möglich, dass die den   Aussenflächen    der Platte benachbarten Zonen einen hohen Faseranteil aufweisen. Zu diesem Zweck kann die Platte in der Nähe der Oberfläche durch Gewebe, ungewebte unidirektionale Matten oder Vliese verstärkt sein, die gegenüber inneren voluminösen Faserstoffen einen höheren Füllgrad ergeben. Solche Platten haben sich bei der Erprobung besonders bewährt. Sie sind gegen Biegung widerstandsfähiger als Platten, deren Füllungsgrad in den Oberflächenzonen gleich dem im mittleren Bereich ist, während anderseits der gesamte Füllstoffgehalt und damit die Kosten kleiner sein können als bei mechanisch gleich gut belastbaren Platten mit gleichmässiger höherer Fülldichte.



   Die Herstellung von faserverstärkten Giessharzplatten kann bei einer Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung vorteilhaft dadurch erfolgen, dass eine Form mit den Verstärkungsfasern gefüllt, evakuiert und erhitzt wird und dass das Harz dann mit einer solchen Geschwindigkeit in die Form eingelassen wird, dass das in der Form eingeschlossene
Restgasvolumen von einer dampfförmigen Komponente des Harzes ersetzt wird, bevor das Harz in den Stutzen gelangt, der die Form mit einer Vakuumpumpe verbindet. Die Geschwindigkeit kann man durch die Druckdifferenz bestimmen, die zwischen dem Vakuum der Form und einem Vakuum vorhanden ist, dem das Tränkharz im Füllbehälter ausgesetzt wird. Dabei hat sich in der Praxis eine Druckdifferenz von 10 bis 100 Torr ausgezeichnet bewährt.



   Die Erfindung kann mit Vorteil so verwirklicht werden, dass mehrere Platten in einer Vakuumform gleichzeitig getränkt werden. Dies verringert den an sich hohen Aufwand.



   Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden beispielsweise im folgenden an Hand der Zeichnung faserverstärkte Giessharzplatten sowie eine Einrichtung zu ihrer Herstellung beschrieben. Die Platten sind in zwei Ausführungen in den Fig. 1 und 2 in einer perspektivischen Darstellung gezeichnet.



  Die Fig. 3 zeigt perspektivisch die erwähnte Einrichtung, mit der nach dem erfindungsgemässen Verfahren faserverstärkte Giessharzplatten hergestellt werden können.



   Platten im Sinne der Erfindung sind Gebilde mit einer Ausdehnung in einer Ebene, die wesentlich grösser ist als die Abmessungen in der dazu senkrechten Richtung. Beispielsweise können Platten nach der Erfindung 2   ¯   3 Meter, also 6 m2 Fläche, aufweisen bei einer Dicke zwischen 0,3 und
100 mm. Insbesondere handelt es sich um Platten im Bereich zwischen 1 und 40 mm Dicke.



   Die Platten nach der Erfindung können die zur Verstärkung vorgesehenen Fasern, vor allem Glasfasern, in homogener Verteilung aufweisen (Platte 1 in Fig. 1). Besonders günstig sind jedoch Platten 2, die, wie in Fig. 2 angedeutet ist, zwei den Oberflächen zugekehrte Schichten 4 und 5 mit einem stärkeren Fasergehalt und im mittleren Bereich 6 einen geringeren Fasergehalt aufweisen. Der mittlere Bereich kann erheblich dicker sein als die Schichten 4 und 5, die vor-zugsweise gleich dick sind.



   Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Platten 1, 2 werden durch Vakuumtränkung von Verstärkungsfasern hergestellt.



  Zu diesem Zweck sind in eine   Tränltform    8 das zur Herstellung der Platten verwendete Verstärkungsmaterial 9 zusammen mit den als Formteile zur   Trennung    der Platten vorgesehenen Blechen 10 übereinander angeordnet. Wie man sieht, werden bei der Erfindung vorteilhaft mehr als eine Platte gleichzeitig hergestellt. Beim Ausführungsbeispiel sind es drei Platten. Es können aber je nach Dicke auch mehr oder weniger Platten sein.



   Die zur Herstellung der Platten benutzten Glasfasern werden als Gewebe eingelegt, die die Schichten 4 und 5 bilden, und als Matten zur Herstellung der Schicht 6. Die Wichte der Schicht 6 ist kleiner als die der Schichten 4 und 5, weil das spezifische Gewicht von Glasfasern mehr als das Zweifache von dem des Harzes beträgt. Auf eine derart vorbereitete Lage Verstärkungsmaterial wird eine Platte 10 gelegt, die mit einem Trennmittel bestrichen wird. Darauf wird die nächste Lage Verstärkungsmaterial in die Form 8 eingebracht.



   Nach dem Füllen der Form wird durch nicht dargestellten Spannvorrichtungen eine geringe Druckkraft von beispielsweise 0,1 bis 2 kg/cm2 auf die flachen Seiten der Form aufgebracht. Diese Kraft soll nur dafür sorgen, dass die Platten 1 die richtige, durch Distanzstücke vorgegebene Wandstärke erhalten und die Form vakuumdicht verschlossen werden kann. Sie hat nichts mit der beim Herstellen von gepressten Platten üblichen Kraft in der Grössenordnung zwischen 20 und 200 kg/cm2 zu tun, bei der die Verstärkungsfasern stark beansprucht und unter Umständen sogar zerstört werden.



  Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber der bisher üblichen Herstellungsart faserverstärkter Giessharzplatten.



   Nach dem Schliessen der Form wird die Form über den Rohrstutzen 12 an eine nicht gezeichnete Vakuumpumpe angeschlossen, mit der ein Unterdruck von z.B. 1   ¯      10-i    Torr hergestellt wird. Dieser Unterdruck kann für längere Zeit beibehalten werden, um sicherzustellen, dass das Fasermaterial möglichst wenig Restgas aufweist.



   Das zum Herstellen der Platten verwendete Tränkharz ist in einem Aufbereitungs- und Füllbehälter 14 untergebracht.



  Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein aromatisches Epoxydharz mit einem cycloaliphatischen Säureanhydrid als Härter. Dieses Harz ist im Füllbehälter 14 mit Hilfe einer Vakuumleitung 15 und einer Vakuumpumpe 16 ebenfalls unter Vakuum gesetzt. Ein Ventil 17 in einer Verbindungsleitung 18 zwischen Form und Füllbehälter gestattet eine unabhängige Evakuierung von Füllbehälter 14 und Form 8. Das Vakuum im Füllbehälter 14 beträgt beispielsweise 10 Torr.



   Die Form 8 wird vor dem Füllen auf etwa   1000    C aufgeheizt. Dann gelangt das Harz beim Öffnen des Ventils 17 aus dem Behälter 14 in die Form 8, wobei eine Druckdifferenz von 10 Torr wirksam ist. Auf Grund der Druckdifferenz füllt sich bei der gezeichneten Anordnung die Form innerhalb von einigen Minuten: Hierbei würde normalerweise in der Form eine Restgasmenge eingeschlossen, weil das Harz beim Tränken zunächst allseitig um den Rand der Faserpackung läuft und dann von dort aus in das Fasermaterial eindringt.



   Die Verwendung einer Harzkomponente, z.B. eines Säureanhydridhärters mit einer Verdampfungstemperatur, die  um   150    niedriger ist als die Formtemperatur, nämlich Kp 0,1   Torr    C beträgt, führt jedoch dazu, dass vor dem Zusammenfliessen der beiden Harzströme, die um die Fasermaterialpackungen herum längs des Innenrandes der Form verlaufen, bereits der Härter dampfförmig die Hohlräume zwischen den Fasern vollständig ausfüllt. Der Dampf spült die in der Form gegebenenfalls vorhandenen Restgasmengen aus der Form 8 heraus, bevor der Auslass 12 vom Giessharz verschlossen wird. Der verbleibende Dampfrest verbindet sich dann mit dem nachströmenden flüssigen Harzmaterial und ergibt dadurch eine blasenfreie, faserverstärkte   Giess.   



  harzplatte, die in mechanischer wie in elektrischer Hinsicht einwandfrei und den bisher üblichen gepressten Isolierstoffplatten überlegen ist.



   Beim Ausführungsbeispiel wurden aromatische Epoxyd harze als Tränkmaterial genannt. Daneben kommen auch andere Epoxydharze sowie ungesättigte Polyesterharze, Diallylphthalatharze, Methacrylatharze und andere in Frage.



  Ferner sind auch andere Härter, z. B. Aminhärter, zur erfindungsgemässen Herstellung der Platten geeignet.



   PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Giessharzplatte, bei der die Verstärkungsfasern in Form von Geweben, Matten oder Vliesen in der Plattenebene orientiert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern im Vakuum mit einem Tränkharz blasenfrei getränkt werden, das mindestens in Gestalt einer Komponente den den Plattenkörper begrenzenden Raum einer Form vor der Benetzung durch das Tränkharz dampfförmig ausfüllt.



   UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Tränkharz einen Härter oder reaktiven Verdünner mit einer solchen Verdampfungstemperatur aufweist, dass diese bei betriebsmässigem Vakuum um mindestens   100    C niedriger liegt als die beim Tränken vorliegende Formtemperatur.



   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass die Form mit Verstärkungsfasern gefüllt, eva    kuiert    und erhitzt wird und dass das Tränkharz dann mit einer solchen Geschwindigkeit in der Form eingelassen wird, dass das in der Form eingeschlossene Restgasvolumen von einer dampfförmigen Komponente des Tränkharzes ersetzt wird, bevor das Tränkharz in einen mit der Form verbundenen und an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Stutzen gelangt.



   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des in die Form strömenden Tränkharzes durch die Druckdifferenz zwischen dem Vakuum der Form und einem Vakuum bestimmt wird, dem das Tränkharz im Füllbehälter ausgesetzt wird.



   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Platten in einer Vakuumform gleichzeitig getränkt werden.



     PATENTANSPRUCH II   
Faserverstärkte Giessharzplatte, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Verstärkungsfasern 10 bis 50 Volumenprozent der Giessharzplatte beträgt.



   UNTERANSPRÜCHE
5. Faserverstärkte Giessharzplatte nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die den Aussenflächen der
Platte benachbarten Schichten einen höheren Faseranteil auf weisen.



   6. Faserverstärkte Giessharzplatte nach Patentanspruch
II, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte in der Nähe der
Oberfläche durch Gewebe, ungewebte unidirektionale Mat ten oder Vliese verstärkt ist, die gegenüber inneren   voluminö-    sen Faserstoffen einen höheren Füllgrad ergeben.



   PATENTANSPRUCH III
Verwendung der faserverstärkten Giessharzplatte nach Patentanspruch II in elektrischen Hochspannungsschaltanlagen.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. um 150 niedriger ist als die Formtemperatur, nämlich Kp 0,1 Torr C beträgt, führt jedoch dazu, dass vor dem Zusammenfliessen der beiden Harzströme, die um die Fasermaterialpackungen herum längs des Innenrandes der Form verlaufen, bereits der Härter dampfförmig die Hohlräume zwischen den Fasern vollständig ausfüllt. Der Dampf spült die in der Form gegebenenfalls vorhandenen Restgasmengen aus der Form 8 heraus, bevor der Auslass 12 vom Giessharz verschlossen wird. Der verbleibende Dampfrest verbindet sich dann mit dem nachströmenden flüssigen Harzmaterial und ergibt dadurch eine blasenfreie, faserverstärkte Giess.

   harzplatte, die in mechanischer wie in elektrischer Hinsicht einwandfrei und den bisher üblichen gepressten Isolierstoffplatten überlegen ist.

   Beim Ausführungsbeispiel wurden aromatische Epoxyd harze als Tränkmaterial genannt. Daneben kommen auch andere Epoxydharze sowie ungesättigte Polyesterharze, Diallylphthalatharze, Methacrylatharze und andere in Frage.

   Ferner sind auch andere Härter, z. B. Aminhärter, zur erfindungsgemässen Herstellung der Platten geeignet.

   PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Giessharzplatte, bei der die Verstärkungsfasern in Form von Geweben, Matten oder Vliesen in der Plattenebene orientiert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern im Vakuum mit einem Tränkharz blasenfrei getränkt werden, das mindestens in Gestalt einer Komponente den den Plattenkörper begrenzenden Raum einer Form vor der Benetzung durch das Tränkharz dampfförmig ausfüllt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Tränkharz einen Härter oder reaktiven Verdünner mit einer solchen Verdampfungstemperatur aufweist, dass diese bei betriebsmässigem Vakuum um mindestens 100 C niedriger liegt als die beim Tränken vorliegende Formtemperatur.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass die Form mit Verstärkungsfasern gefüllt, eva kuiert und erhitzt wird und dass das Tränkharz dann mit einer solchen Geschwindigkeit in der Form eingelassen wird, dass das in der Form eingeschlossene Restgasvolumen von einer dampfförmigen Komponente des Tränkharzes ersetzt wird, bevor das Tränkharz in einen mit der Form verbundenen und an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Stutzen gelangt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des in die Form strömenden Tränkharzes durch die Druckdifferenz zwischen dem Vakuum der Form und einem Vakuum bestimmt wird, dem das Tränkharz im Füllbehälter ausgesetzt wird.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Platten in einer Vakuumform gleichzeitig getränkt werden.

   PATENTANSPRUCH II Faserverstärkte Giessharzplatte, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Verstärkungsfasern 10 bis 50 Volumenprozent der Giessharzplatte beträgt.

   UNTERANSPRÜCHE 5. Faserverstärkte Giessharzplatte nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die den Aussenflächen der Platte benachbarten Schichten einen höheren Faseranteil auf weisen.

   6. Faserverstärkte Giessharzplatte nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte in der Nähe der Oberfläche durch Gewebe, ungewebte unidirektionale Mat ten oder Vliese verstärkt ist, die gegenüber inneren voluminö- sen Faserstoffen einen höheren Füllgrad ergeben.

   PATENTANSPRUCH III Verwendung der faserverstärkten Giessharzplatte nach Patentanspruch II in elektrischen Hochspannungsschaltanlagen.