Titel Härtbares Reaktionsharzsystem

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein härtbares Reaktionsharzsystem und dessen Verwendung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Systeme auf der Basis eines durch eine chemische Reaktion aushärtenden Harzes spielen bei der Herstellung technischer Bauteile und Komponenten eine große Rolle. Werden derartige Reaktionsharzsysteme zu Isolierzwecken eingesetzt, so weisen diese üblicherweise hohe Füllstoffgehalte auf. Hohe

Füllstoffgehalte führen zu einer hohen thermischen und mechanischen Beständigkeit der ausgehärteten Reaktionsharzsysteme.

Aus der DE 103 45 139 Al sind derartige Reaktionsharzsysteme auf der Basis von Epoxidharzen bekannt. Diese weisen einen Füllstoffanteil von bis zu 90

Gew.% auf. Höhere Füllstoffanteile sind mit den dort beschriebenen Systemen nicht realisierbar, da es sonst zu nachteiligen Auswirkungen auf die Viskosität bzw. Verarbeitbarkeit der Vergussmasse kommt. Allerdings gehen hohe Füllstoffgehalte zu Lasten der Fließ- bzw. Dehnfähigkeit des Materials.

Offenbarung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein härtbares Reaktionsharzsystem bereitzustellen, das eine hohe thermische Stabilität bei gleichzeitig guter Bruchdehnung aufweist und dennoch gut zu verarbeiten ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Reaktionsharzsystems gelöst, das als Zweikomponentensystem einsetzbar ist und einen hohen Anteil von in einer Harzkomponente des Reaktionsharzes dispergierten Polymerpartikeln umfasst. Das Reaktionsharzsystem weist während der Verarbeitung eine gute Fließfähigkeit auf und im ausgehärteten Zustand eine hohe thermische Stabilität und elektrische Isolationsfähigkeit.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Reaktionsharzsystems möglich.

So weist das Reaktionsharzsystem als Polymerpartikel vorzugsweise Silikonelastomerpartikel auf, die oberflächenmodifiziert sind, um eine gute Anbindung an die Harzmatrix des Reaktionsharzsystems zu gewährleisten. Der besondere Vorteil der Verwendung von Silikonelastomerpartikeln besteht darin, dass deren Zusatz, wenn überhaupt, nur einen geringen Einfluss auf die Glasübergangstemperatur des Systems hat, gleichzeitig jedoch die thermische Stabilität bzw. die elektrische Durchschlagfestigkeit erhöht wird. Weiterhin ist vorteilhaft, dass Silikonelastomerpartikel nicht flüchtig sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Reaktionsharzsystem als Harzkomponente ein Epoxid gegebenenfalls in Abmischung mit einem Bisphenol A, Bisphenol B und/oder Bisphenol F auf. Das resultierende Harzsystem weist einen hohen Vernetzungsgrad und somit eine hohe mechanische Stabilität im ausgehärteten Zustand auf.

Ausführungsbeispiele

Ein Reaktionsharzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist drei Grundkomponenten auf, nämlich eine Harzkomponente A, einen Härter B und Polymerpartikel C, die in der Harzkomponente A dispergiert sind. Darüber hinaus kann ein Füllstoff D sowie übliche Additive wie Entschäumer, Sedimentationshemmer und Haftvermittler enthalten sein.

Als Harzkomponente A kann grundsätzlich eine Vielzahl monomerer, vernetzbarer Verbindungen oder Mischungen derartiger Verbindungen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Verbindungen, die mindestens eine Epoxidfunktion aufweisen, gegebenenfalls in Abmischungen mit anderen Verbindungen mit oder ohne Epoxidfunktion. So eignen sich beispielsweise Di-, Tri-, oder Tetraepoxide, wobei die im folgenden aufgeführten, kommerziell erhältlichen Verbindungen exemplarisch aufgeführt sind. Als besonders geeignet haben sich cycloaliphatische, vorzugsweise ringepoxidierte Diepoxide, wie beispielsweise (I) und (VI), erwiesen.

(III)

- A -

(IV) (V)

(VI)

(VII)

Die Harzkomponente A kann eine oder mehrere der Verbindungen (I) bis (VII) umfassen sowie weitere Harzkomponenten. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise Harzkomponenten auf der Basis von Bisphenol A, Bisphenol B und/oder Bisphenol F, PUR oder auch Cyanatester alleine oder in Mischungen untereinander bzw. mit geeigneten Epoxidharzkomponenten zum Einsatz kommen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, als Harzkomponente A ein Novolak- Epoxidharz einzusetzen, insbesondere ein Cresol-Novolak-Epoxidharz der folgenden Zusammensetzung:

Die Harzkomponente A ist im Reaktionsharzsystem zu 5 bis 65 Gew.%, vorzugsweise zu 10 bis 50 Gew.%, insbesondere zu 15 bis 40 Gew.% enthalten.

Um zu gewährleisten, dass das Reaktionsharzsystem als Zweikomponentensystem verarbeitbar ist, ist weiterhin ein Härter B vorgesehen. Hierfür sind beispielsweise Anhydride wie Hexahydrophthalsäureanhydrid (HHPSA),

Hexahydromethylphthalsäureanhydrid (MHHPSA), Methylnadicsäureanhydrid (MNSA) oder entsprechende Amine geeignet.

Als dritte Komponente enthält das Reaktionsharzsystem darüber hinaus in der Harzkomponente A dispergierte Polymerpartikel C. Dabei handelt es sich insbesondere um polysiloxanhaltige Polymere, wobei die Komponente C vorzugsweise eine Dispersion eines oder mehrerer Silikone in der Harzkomponente A darstellt. Bevorzugt werden Silikonpartikel in Form von Silikonharz- oder Silikonelastomerpartikel mit einem Teilchendurchmesser von 10 nm bis 100 μm verwendet. Die Silikonpartikel können grundsätzlich eine chemisch modifizierte Oberfläche in Form einer Polymerschicht beispielsweise aus PMMA aufweisen (sogenannte Core-Shell-Partikel); es hat sich jedoch gezeigt, dass oberflächenfunktionalisierte Silikonpartikel für die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung besser geeignet sind. Alternativ sind Silicon-

Blockcopolymere oder Elastomerpartikel aus Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymerisat (ABS) ebenfalls geeignet.

Das Reaktionsharzsystem enthält bspw. mehr als 25 und bis zu 50 Gew.% an Polymerpartikeln C, vorzugsweise mehr als 25 und bis zu 40 Gew.% und insbesondere mehr als 25 und bis zu 30 Gew.%.

Das Reaktionsharzsystem enthält vorzugsweise nur einen geringen Anteil an mineralischen Füllstoffen D, durch dessen geeignete Wahl ein Schwund des Reaktionsharzsystems im ausgehärteten Zustand verringert werden kann und sich thermische Stabilität bzw. Rissfestigkeit des Reaktionsharzsystems im ausgehärteten Zustand erhöht. Der Füllstoff D ist bspw. in Form von Nanopartikeln ausgeführt, wobei unter Nanopartikel eine Teilchenfraktion zu verstehen ist, deren mittlere Korngrößenverteilung d ₅₀ sich im Nanometerbereich bewegt. Als Füllstoffmaterialien eignen sich beispielsweise Aluminiumoxid,

Kreide, Siliziumcarbid, Bornitrid, Ruß oder Talkum. Vorzugsweise weist der Füllstoff D Partikel aus Quarzmehl bzw. Quarzgut oder Mischungen derselben auf.

Der gesamte Füllstoffanteil im Reaktionsharzsystem beträgt bspw. weniger als 10

Gew.%, vorzugsweise weniger als 7 Gew.%, insbesondere weniger als 5 Gew.%. Das Reaktionsharzsystem kann auch unter Verzicht auf mineralische Füllstoffe ausgeführt werden.

Das vorliegende Reaktionsharzsystem kann sowohl als Imprägnierharz, als auch als Vergussmasse eingesetzt werden. Bei Verarbeitung als Imprägnierharz, beispielsweise zur Imprägnierung elektrischer Wicklungen, wird die entsprechende Wicklung in Rotation versetzt und entweder in das flüssige Imprägnierharz eingetaucht oder das flüssige Imprägnierharz wird auf die rotierende Wicklung aufgetropft. Die Aushärtung der imprägnierten Wicklung erfolgt beispielsweise thermisch oder über eine UV-unterstützte Vernetzung.

Wird das Reaktionsharzsystem als Vergussmasse eingesetzt, so erfolgt der Verguss zu einem Formteil bei höherer Temperatur. Das Reaktionsharzsystem weist bei entsprechender Erwärmung eine so geringe Viskosität und eine so hohe

Kapillarwirkung auf, dass auch ungünstige Geometrien wie Gießspalte mit einem Durchmesser von < 300 μm beim Verguss ausgegossen werden können.

Exemplarisch werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von Reaktionsharzsystemen bzw. deren Zusammensetzungen (in Gew.%) und des resultierenden Eigenschaftsprofils im gehärteten Zustand aufgeführt.

Zusammensetzung:

Die obengenannten Zusammensetzungen ergeben folgendes Eigenschaftsprofil:

Das Reaktionsharzsystem eignet sich aufgrund seiner thermischen Stabilität im ausgehärteten Zustand vor allem für Bauteile, die zumindest zeitweise Temperaturen von 160 bis 220 ⁰ C ausgesetzt sind.

So kann das erfindungsgemäße Reaktionsharzsystem als Vergussmasse beispielsweise zum Verguss von Hochvoltaktoren oder ähnlichen elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen zum Einsatz kommen. Weiterhin können elektrische Wicklungen mit dem Reaktionsharzsystem imprägniert werden.