DE855880C - Aus getraenktem Faserstoff bestehender elektrischer Isolierkoerper - Google Patents

Description

• Aus getränktem Faserstoff bestehender elektrischer Isolierkörper Die Erfindung bezieht sich auf hitzebeständige, unbrennbare und wasserbeständige elektrische Isolierkörper, insbesondere zur Isolation und für Schutzmäntel elektrischer Leiter, und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
• _'"sl>est und Glaswolle sind anorganische Stoffe, die sehr hohen Temperaturen widerstehen. Asbestfasern werden seit geraumer Zeit für Umhüllungen elektrischer Leiter verwendet, und neuerdiiigs kommt auch Glaswolle für diesen Zweck in Anwendung. Die vorteilhaften Eigenschaften dieser Stoffe haben sich jedoch bisher nicht restlos ausnutzen lassen, weil die verwendeten Tränkmittel nicht ;genügend hitzebeständig gewesen sind. Das Tränkmittel muß aber auch wie der Faserstoffkörper biegsam sein, und es muß ferner den Faserstoffkörper wasserdicht machen. Ohne ein Tränl:mittel würde der Faserstotfkö rper Feuchtigkeit aufnehmen, die sich in den llolilräunieti des Körpers niederschlagen und ansammeln würde, wodurch der Isolationswert zerstört würde. Die bisher für die genannten Faserstoftk#')rl>er als Tränkmittel verwendeten Harze, Öle, `Vaclise, Lacke u. dgl. sind sämtlich organischer Natur und setzen, da sie in bezug auf die Hitzebest;indighcit mit den verwendeten anorganischen hascrstofteii nicht verglichen werden können, den Gebrauchswert der hitzebeständigen anorganischen Isolation herab.
• Es sind zwar auch anorganische Tränkmittel bekannt. Dies sind die löslichen Silicate. Lösungen von Silicaten trocknen '"ein zu durchsichtigen Filmen, die zwar hitzebeständig, aber weder biegsam noch wasserbeständig sind. Wenn man die löslichen Silicate zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit mit Schwermetallsalzen behandelt, so geschieht (lies auf 'Kosten des Zusammenhangs des Gels. :),ußerdem ist der erhaltene Stoff nach dem Trocknen nicht biegsam.
• Erfindungsgemäß wird der Faserstoff mit einer hitzebeständigen"flammsicheren, wasserbeständigen, plastischen .Masse getränkt, die überwiegend oder vollständig anorganisch und im Endzustand biegsam ist. Hierfür kommen nach der Erfindung polymerisierte und kondensierte ,anorganische Stoffe in Frage.
• Ein Stoff, der sich für den Zweck der Erfindung besonders gut eignet, ist polymerisiertes Phosphornitrilchlorid (P N C12)". Die übrigen. Phosphornitrilhalogenide, die weniger bekannten Brom-, Fluor- und Jodverbindungen, haben ;ähnliche Gefügeeigentümlichkeiten und können ebenfalls verwendet werden. Phosphornitrilchlori.dpolymere, die nach der Erfindung vorzugsweise verwendet werden, werden durch thermische Polymerisation von Phosphornitrilchlorid hergestellt. Sie enthalten Phosphor, Stickstoff und Chlor, keinen :Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltende Radikale, sind völlig anorganisch, z'ä'h und gummiartig und haben eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Flammen, Wasser und Lösungsmittel.
• Eine andere Gruppe .von Stoffen, die erfindungsgemäß benutzt werden können, sind die Thio-1>hosphorylamid-Formalde'hyd-Harze, die durch Kondensation von Thiophosphorylamid und Formaldehyd hergestellt werden. Sie enthalten Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff, Schwefel und Wasserstoff. Sie sind zwar nicht völlig anorganisch, enthalten aber doch überwiegendanorganische Elemente. Wenn sie auch nicht gummiartig sind, so sind sie doch biegsam und für den vorliegenden Zweck geeignet, wenn auch nicht in jedem Fall in gleichem Maße wie der bevorzugte Stoff, das Phosphornitrilchlorid.
• Eine weitere Gruppe geeigneter anorganischer Kondensationsprodukte sind die Triarylphosphat-Metalloxyd-Harze, die durch Einwirkung organischer Phosphate, wie Tricresylphosphat, auf Calciumoxyd oder Zinkoxyd bei hoher Temperatur entstehen. Sie enthalten Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphor und entweder Calcium oder Zink. Sie sind ebenfalls nicht restlos anorganisch, enthalten aber auch zum größten Teil anorganische Bestandteile. Auch können sie, obwohl sie nicht gummiartig sind, plastisch und biegsam gemacht werden.
• Alle diese genannten Stoffe sind überwiegend anorganische plastische tMassen, die biegsam und wasserbeständig sind und einen höheren Schmelzpunkt als 300° C haben oder urischmelzbar sind. Es werden somit nach er Erfindung Stoffe als Trznkmittel verwendet, die in demselben :Maß hitzebeständig sind wie die anorganischen Faserstoffkörper selbst. Infolgedessen erhöhen diese Tränkmittel die Hitzebeständigkeit des gesamten Isolierkörpers bis zu dem Grad der Hitzebeständigkeit des Faserstoffes. Dabei hat das erfindungsgemäß verwendete Tränkmittel die Biegsamkeit, Wasserbeständigkeit und auch die Isoliereigenschaften, wie sie von einem Trankmittel fur elektrisch isolierende Faserstoffkörper gefordert werden müssen.
• Der nach der Erfindung vorzugsweise verwendete Stoff, das Phosphornitrilchlorid, wird zweckmäßig wie folgt hergestellt und angewendet: Das Phosphornitrilchlorid wird zur teilweisen Polymerisation nahezu 1/z Stunde lang bei i8o bis 25a° C erhitzt. Die Temperatur kann höher oder niedriger sein als der angegebene Bereich, je nach der Dauer der Erhitzung. Durch diese Behandlung entsteht ein im abgekühlten Zustand zähflüssiges 01. Dieser Stoff wird alsdann in einem geeigneten Lösungsmittel, vorteilhaft einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie z. B. Benzol, gelöst. Mit dieser Lösung wird der Faserstoffkörper bis zur Sättigung getränkt und das Lösungsmittel durch Abdampfen entfernt. Alsdann wird der in dem Faserstoffkörper zurückgebliebene Stoff zur weiteren Polymerisation erhitzt. Diese Wärmebehandlung verursacht verschiedene Veränderungen, die wesentlich von der Gefügeart abhängen, die behandelt werden soll. Für einen Leiter, der keine Bestandteile enthält; die unter hoher Hitze leiden, kann der Faserstoffkörper bei annähernd 180 bis 200°C 15 Minuten lang erhitzt werden, um die gewünschte weitere Polymerisation desTränkmittels zu erhalten. Wenn Gummi oder andere hitzeempfindliche Stoffe zugegen sind, kann der Faserstoffkörper w'ä'hrend längerer Zeit bei niedrigerer Temperatur erhitzt werden, beispielsweise bei 130° C 20 !Minuten lang.
• Einige Ausführungsformen von elektrischen Leitern nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
• Abb. i zeigt einen mit Asbestvorgespinst isolierten Leiter, der mit einer Benzollösung von teilweise polymerisiertem Phosphornitrilchlorid getränkt und bei i8o bis 2oo° C 15 Minuten lang erhitzt worden ist.
• Der Leiter nach Abb. 2 ist mit Glasvorgespinst isoliert, das mit dem gleichen Stoff getränkt und in der gleichen Weise behandelt worden ist.
• Abb.3 stellt einen verseilten Leiter dar, der mit einem biegsamen Stoff, z. B. Gummi, und darüber mit einem Asbestvorgespinst isoliert ist, das mit einer Benzollösung von teilweise polymerisiertem Phosphornitrilchlorid getränkt und bei 130'C 2o Minuten lang erhitzt worden ist.
• Abb.4 schließlich zeigt einen Leiter, der mit einem Stoff, z. B. Gummi, und darüber mit einer Asbestschnur isoliert ist, die wie bei dem Kabel nach Abb.3 getränkt und behandelt worden ist.
• In den Abbildungen bezeichnen jeweils i den Leiter, 2 die Umhüllung aus Gummi oder einem ähnlichen "tOff. 3 das Asbestvorgespinst, .I die Asbestschnur, 5 das Glasvorgespinst und 6 das Tränkmittel.
• Anstatt (las Phosphornitrilchlorid (oder einen iihnlichen verwendeten polymerisierbarenStoff) vor dem Tränken des Faserstoffkörpers teilweise zu polymerisieren und in gelöster Form zum Tränken zu verwenden, kann auch sogleich der Faserstoff mit Phosphornitrilchlorid getränkt und dieser Stoff durch Erhitzen des .getränkten Faserstoffes in fortlaufendem Verfahren bis zu dem gewünschten Grad polymerisiert werden. Dieses Verfahren kann mituliter Vorteile haben, das bevorzugte Verfahren der Polymerisation in Stufen und der Anwendung des teilweise polymerisierten Stoffes in Lösung ist jedoch im allgemeinen zweckmäßiger. Der aus der 1_ösung abgeschiedene polymerisierte Stoff polymerisiert nämlich selbst bei Raumtemperaturen langsam weiter bis zu dem gummiähnlichen Zustand, sehr rasch schon bei mäßig hohen Temperaturen, wie sie bequem bei der Wärmebehandlung der meisten Drähte benutzt werden können. Dies ist nicht der Fall, wenn der Stoff nicht vorher teilweise polymerisiert worden ist. Außerdem kann der teilweise polymerisierte Stoff in fortlaufendem Verfahren aufgebracht und erhitzt werden und ergibt, selbst wenn der äußerste Grad der Polymerisation nicht im Erhitzungsofen erreicht wird, durch die bis zum Endzustand selbsttätig fortschreitende Polymerisation keine besondere Störung. Wenn der Stoff nicht vorher polymerisiert worden ist, verbleibt er dagegen in seinem ursprünglichen Zustand, es sei denn, man würde ihn beträchtlich lange auf eine hohe "Temperatur erhitzen. Überdies entwickeln sich während der ersten Stufen der zum Polymerisieren erforderlichen Wärmebehandlung beträchtliche Mengen stark angreifender Gase, weshalb es besser ist, die anfängliche Polymerisation in einer besonders für diesen Zweck eingerichteten Anordnung vorzunehmen, als in den Ofen, die zum Brennen der Drähte dienen.
• Die in der Zeichnung dargestellten Leiterausführungen sind nur Beispiele. Natürlich kann der anorganische polymerisierte Stoff allein oder mit anorganischen Faserstoffen bei anderen Leitertypen oder anderen Konstruktionen verwendet werden, bei denen es erwünscht ist, eine größere Wä;rmewiderstandsfähigkeit,Wasserbeständigkeit, Flammsic'herheit, Biegsamkeit usw. zu erhalten. Zum Beispiel kann das Tränkmittel für gefirnißte Tuche oder für andere organische, synthetische, plastische Isolationen benutzt werden. Indessen ergibt der einfache Aufbau aus einem Leiter und einer Isolation aus vollständig anorganischem Stoff eine Konstruktion, die bisher nicht erreichbar war, und ermöglicht eine Leiterisolation zum Gebrauch in einem Temperaturbereich, wie es mit irgendeiner bestehenden Isolation undurchführbar ist. Die Anwendungsgebiete für solche Leiter bestehen seit vielen Jahren, und Glas- und Porzellanperlen sind für hohe Temperaturen bis zu einem gewissen Grad benutzt worden, aber offensichtlich sind alle die Vorzüge der Erfindung nicht erreicht worden. Wie Glas- und Asbestfasern, so besitzt die Glas-oder Porzellanperlenisolation gute Isolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit, aber keine Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit. Wenn auch Glas- und Asbestfasern biegsam sind, so sind sie doch nicht wasserbeständig. Außerdem verkohlen sie unter Verwendung der bisher bekannten Tränkmittel schon bei niedrigen Temperaturen, wobei sie sowohl ihre Biegsamkeit als auch ihre Wasserbeständigkeit einbüßen.
• Die erfindungsgemäß verwendeten Stoffe sind in ihrer Anwendung nicht beschränkt auf Faserstoffmäntel für elektrische Leiter, sondern können auch für Faserstoffrö'hren oder -hüllen benutzt werden, die über normalen Leitern aufgebracht werden, welche höhere Flammsicherheit und Hitzebeständigkeit oder diese vereinigt mit Wasserbeständigkeit besitzen sollen. Die Stoffe können auch kombiniert angewandt werden mit einem Band, welches über einen Leiter gewickelt ist.

Claims (4)

1. PATENTANSPROCHE: i. Aus getränktem Faserstoff .bestehender elektrischer Isolierkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoff mit einem wärme-und wasserbeständigen, anorganischen oder überwiegend anorganischen, polymerisierten oder kondensierten Stoff, wie Phosphornitrilhalogenid, Thiophosphorvlamid-Formaldehyd-Harz, Triarylphosphat-Metalloxyd-Harz, getränkt ist.
2. 2. Isolierkörper nach Anspruch i, .dadurch gekennzeichnet, daß als Fasergrundlage ein biegsamer, hitzebeständiger, nicht entflammbarer Faserstoff verwendet ist.
3. 3. Elektrischer Leiter mit einer Umhüllung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter unter der getränkten Faserstoffschicht eine Gummischicht besitzt.
4. 4.Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolierkörpers oder eines umhüllten elektrischen Leiters nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel vor der Tränkung teilweise polymerisiert und in einem flüchtigen Lösungsmittel gelöst wird, das nach der Tränkung wieder entfernt wird.