84

W

úrÛd zastosowaÒ kompozycji
epoksydowych moøna wyrÛø-
niÊ wykonywanie laminatÛw

elektrotechnicznych, izolatorÛw, przek≥ad-
nikÛw, transformatorÛw, ≥πcznikÛw oraz
kszta≥tek do zastosowaÒ elektrotechnicz-
nych.

Øywice epoksydowe

Øywice epoksydowe najczÍúciej utwar-

dzane sπ aminami i bezwodnikami. DziÍki
stosunkowo niskiej cenie i ≥atwoúci prze-
twarzania sπ stosowane niemal na ca≥ym
úwiecie.

Øywice mogπ wystÍpowaÊ w formie

aromatycznej (oparte na bisfenolu A lub F)
oraz alifatycznej (lub cykloalifatycznej).
NajtaÒsze ñ i wykorzystywane najczÍúciej
ñ sπ oparte na bisfenolu A.

Wadπ uk≥adÛw aromatycznych jest nato-

miast ich brak odpornoúci na dzia≥anie UV,
a co za tym idzie ñ na warunki zewnÍtrzne.
Znacznie lepszπ odpornoúÊ wykazujπ uk-
≥ady alifatyczne.

Øywice silikonowe

KoniecznoúÊ zastosowaÒ elementÛw

elektroizolacyjnych w warunkach zewnÍt-
rznych, a takøe w wysoko zanieczyszczo-
nym úrodowisku lub tropiku (wysoka wil-
gotnoúÊ i ciep≥o) spowodowa≥y wprowa-
dzenie øywic silikonowych. Øywice sili-
konowe poza odpornoúciπ na UV charak-
teryzujπ siÍ takøe w≥asnoúciami hydrofo-
bowymi ñ ich powierzchnia nie ulega

zwiløeniu. Dlatego ich odpornoúÊ na wa-
runki zewnÍtrzne jest lepsza od øywic cyk-
loalifatycznych.

Wadπ silikonÛw jest natomiast ich s≥aba

wytrzyma≥oúÊ mechaniczna: konieczne
jest dodatkowe wzmocnienie przy produk-
cji izolatorÛw w postaci rury szk≥oepoksy-
dowej, ktÛra jest jedynie pokrywana gumπ
silikonowπ. Takie rozwiπzanie powoduje
znaczne zwiÍkszenie kosztÛw ze wzglÍdu
na wiÍkszπ z≥oøonoúÊ procesu wytwarza-
nia i iloúÊ procesÛw technologicznych.

Dodatkowo øywice silikonowe wyma-

gajπ zastosowania innych urzπdzeÒ niø te
posiadane do przetwÛrstwa typowych
epoksydÛw.

Kompozycja hydrofobowa

Firma Vantico (powsta≥a z wydzielenia

dzia≥u øywic z firmy Ciba) opracowa≥a
kompozycjÍ, ≥πczπcπ w≥aúciwoúci epoksy-
dÛw i silikonÛw. Efektem prac inøynierÛw
Vantico jest hydrofobowa kompozycja
epoksydowa CY5622 i wersja specjalna
HW5625-1BD.

Nowo opracowane systemy zosta≥y pod-

dane wielu badaniom, aby w warunkach
laboratoryjnych sprawdziÊ prawid≥owoúÊ
za≥oøeÒ teoretycznych. W zwiπzku z tym
przeprowadzono badania porÛwnawcze
dla øywicy hydrofobowej HCEP oraz sili-
konu i klasycznej epoksydowej øywicy
cykloalifatycznej Araldit CY184. Badania
przeprowadzono w siedmiu dziedzinach:

ï

w≥aúciwoúci mechaniczne,

ï

w≥aúciwoúci elektryczne,

ï

odpornoúÊ na pÍkanie (creep),

ï

starzenie termiczne,

ï

testy UV/ekspozycja,

ï

transfer hydrofobowoúci,

ï

odzysk hydrofobowoúci.

W≥aúciwoúci mechaniczne

Utwardzone, standardowe prÛbki zos-

ta≥y poddane typowym badaniom wytrzy-

listopad 2004

f i r m y , l u d z i e , p r o d u k t y

84

Kompozycje hydrofobowe
do izolatorÛw napowietrznych
firmy Vantico

Jacek Karpiñski

Kompozycje epoksydowe w zastosowaniach elektroizolacyjnych uøywane sπ od ponad pÛ≥

wieku. Firma Vantico ñ powsta≥a z wydzielenia dzia≥u øywic z firmy Ciba ñ opracowa≥a kom-

pozycjÍ, ≥πczπcπ w≥aúciwoúci epoksydÛw i silikonÛw. Efektem prac inøynierÛw Vantico jest

hydrofobowa kompozycja epoksydowa CY5622 oraz jej wersja specjalna ñ HW5625-1BD.

ï

trwa≥a w czasie hydrofobowoúÊ,

ï

transfer hydrofobowoúci na zanieczyszcze-

nia (HTE),

ï

odzysk hydrofobowoúci po uszkodzeniu po-

wierzchni (np. po wy≥adowaniu) ñ Recovery,

ï

niewraøliwoúÊ na UV i wilgoÊ,

ï

moøliwoúÊ przetwÛrstwa na starych urzπdze-

niach do epoksydÛw a takøe na urzπdzeniach

do silikonÛw (wersja specjalna),

ï

odpornoúÊ na niskie i wysokie temperatury,

ï

zachowanie mechanicznych i elektrycznych

w≥aúciwoúci klasycznych epoksydÛw,

ï

korzystna cena dziÍki moøliwoúci wype≥nia-

nia

Podstawowe cechy øywicy

85

ma≥oúciowym w laboratorium. Zastoso-
wano 66% wype≥nienie mπczkπ kwarcowπ
silanizowanπ. Metodyka analiz wynika≥a
z odpowiednich norm ISO178, ISO527.
Uzyskano parametry:

ï

odpornoúÊ na zginanie:

144 Mpa,

ï

modu≥:

11454 Mpa,

ï

odpornoúÊ na rozciπganie:

89 Mpa,

ï

wyd≥uøenie do zerwania:

1,3%,

ï

udarnoúÊ:

504 J/m

2

Otrzymane rezultaty pozwalajπ na wy-

konywanie izolatorÛw wsporczych i wi-
szπcych bez stosowania dodatkowych
wzmocnieÒ kompozytowych.

W≥aúciwoúci elektryczne

Badania elektryczne przeprowadzano

zgodnie ze standardowπ procedurπ, a ich
wyniki prezentuje tab. 1.

Okreúlenie tych parametrÛw pozwala na

wykorzystanie øywicy w charakterze elek-
troizolacji do úredniego i wysokiego na-
piÍcia.

OdpornoúÊ na pÍkanie

Zastosowanie kompozycji epoksydo-

wych w warunkach zewnÍtrznych wiπøe

siÍ z koniecznoúciπ uzyskania odpowied-
nich parametrÛw odpornoúci na pÍkanie
izolacji na wtopach metalowych (inser-
tach) przy zmianach temperatury. Okreú-
lenie temperatury powstawania rys poz-
wala na ustalenie odpornoúci na szoki ter-
miczne i pracÍ pod sta≥ym obciπøeniem.
O ile standardowe kompozycje cykloali-
fatyczne i bisfenolowe wykazujπ indeks na
poziomie 12∞C, kompozycje hydrofobowe
HCEP -66∞C. Pozwala to stwierdziÊ, øe
moøna je stosowaÊ w trudnych warunkach
klimatycznych.

Dodatkowe badania pod obciπøeniem 16

Mpa w 70∞C wykazujπ rysy na poziomie
poniøej 0,3% po 1000 godzin, co jest niø-
sze o po≥owÍ od efektu dla znanej øywicy
CY184.

Starzenie termiczne

Okreúlenie klasy temperaturowej i tem-

peratury zeszklenia jest jednym z kryte-
riÛw zastosowania okreúlonej kompozycji
w aplikacji elektrotechnicznej. Im niøsze
Tg i wyøsza klasa termiczna, tym kompo-
zycja lepiej sprawdzi siÍ w warunkach
eksploatacyjnych. W testach okreúlono Tg
nowych systemÛw na 110∞C, a klasÍ tem-

f i r m y , l u d z i e , p r o d u k t y

85

Tab. 1. Wyniki badaÒ elektrycznych

W≥aúciwoúÊ

Norma

Wynik

OdpornoúÊ na ≥uk

ASTM D495.73/79

185 s

OdpornoúÊ na przebicie

IEC 60243-1

24 kV/mm

StratnoúÊ tan

δ

DIN 54843

0,9%

Wytrzyma≥oúÊ na przebicie

VDE0441/1

HD2

OdpornoúÊ na prπdy pe≥zajπce

IEC112/79

>600

Korozja elektrolityczna

IEC60426

A1

86

peraturowπ ñ na minimum F. Dokonanie
krÛtkoterminowych testÛw (60 dni w 200∞C)
pozwala na stwierdzenie klasy takiej samej
jak Araldit CY184/HT907 (testy d≥ugoter-
minowe sπ jeszcze w trakcie przeprowa-
dzania).

Testy UV / ekspozycja

Z uwagi na to, øe kompozycja HCEP

zosta≥a opracowana stosunkowo niedawno,
nie ma jeszcze dostÍpnych badaÒ ekspozy-
cyjnych dla warunkÛw rzeczywistych.
Testy w komorze ekspozycyjnej i ekstra-
polowane dla warunkÛw normalnych wy-
kazujπ odpornoúÊ na bezpoúrednie nas≥o-
necznienie (Australia / po≥udniowa Afry-
ka) na 8700 godzin bez wp≥ywu na stopieÒ
hydrofobowoúci. Zaobserwowano pod mi-
kroskopem rozwiniÍcie powierzchni po

ekspozycji, jednak wbrew przewidywa-
niom dodatkowo zwiÍkszy≥o to kπt zwil-
øania, co t≥umaczone jest odwrotnym efek-
tem kapilarnym.

OdpornoúÊ na UV jest wiÍc nie mniejsza

od sprawdzonego w praktyce systemu
Araldit CY184.

Transfer hydrofobowoúci

Transfer hydrofobowoúci jest jednπ

z cech rÛøniπcych kompozycje HCEP od

innych epoksydÛw i stawiajπcych je na
rÛwni z silikonami.

W warunkach rzeczywistych i przy du-

øym zabrudzeniu na powierzchni zbiera siÍ
py≥ i kurz. Taka warstwa pod wp≥ywem
wody tworzy przewodzπcπ papkÍ i powo-
duje przebicie na powierzchni izolatora.
Silikony i HCEP posiadajπ unikalnπ w≥aú-
ciwoúÊ transferu hydrofobowoúci powierz-
chni: zbierajπcy siÍ na ich powierzchni
kurz uzyskuje zmniejszonπ zwiløalnoúÊ.
W efekcie nie miesza siÍ z wodπ tworzπc
papkÍ, ale krople zeúlizgujπ siÍ lub sπ odd-
zielone bez efektu mostka elektrycznego.

Hydrofobowoúc jest zazwyczaj okreúla-

na przez kπt zwiløania. Dla uproszczenia
moøna jednak zastosowaÊ umowne stop-
nie hydrofobowoúci (tab. 2).

Dla celÛw badawczych zastosowano

sztuczne zabrudzenie przez napylanie mπ-
czki kwarcowej do gruboúci 0,5 mm.
NastÍpnie nakraplano wodÍ, aby spraw-
dziÊ efekt HTE przez okres 650 godzin. Po
650 godzinach usuwano warstwÍ zabru-
dzenia i nanoszono nowπ (2-nd applica-
tion) i znÛw badano efekt HTE przez 650 h.
Badanie powtarzano do 8 aplikacji zabru-
dzenia. Jest to symulacja eksploatacji izo-
latora polegajπca na formowaniu brudu
i czyszczeniu okresowym.

listopad 2004

f i r m y , l u d z i e , p r o d u k t y

86

Tab. 2. Umowne stopnie hydrofobowoúci

StopieÒ 1 Krople sπ absorbowane na powierzchni

Brak efektu HTE

StopieÒ 2

Krople sπ stabilne min. 2 minuty a na powierzchni pochylonej 45∞
wch≥aniajπ siÍ

S≥abe HTE

StopieÒ 3 Jak stopieÒ 2 ale przy pochyleniu do 45∞ krople siÍ zeúlizgujπ

årednie HTE

StopieÒ 4

Krople sπ stabilne na powierzhni (nie wch≥aniane) i spadajπ z powierzchni
pochylonej do 45∞

Dobre HTE

StopieÒ 5

Krople spadajπ z powierzchni przy niewielkim nachyleniu nie zostawiajπc
úladu

Wyúmienite HTE

0.1 min

10 min

1 h

1 d

1

2

3

4

5

6

7

B (CY 5622)

Silicone

A (CY 184)

ï

odpornoúÊ na UV, trwa≥a niezwiløalnoúÊ ñ

jak silikon,

ï

transfer i odzysk hydrofobowoúci ñ jak

silikon,

ï

przetwÛrstwo i cena ñ jak epoksyd.

Trzy najwaøniejsze cechy

nowej generacji øywic:

Tab. 3...........................

H-Class

Efekt

Wniosek

1

tylko ma≥e krople

φ > 80

o

(dla wiÍkszoúci kropel)

úwietna hydrofobowoúÊ

2

tylko ma≥e krople 80

o

>

φ > 50

o

(dla wiekszoúci kropel)

bardzo dobra hydrofobowoúÊ

3

tylko ma≥e krople 50

o

>

φ > 20

o

(dla wiekszoúci kropel)

dobra hydrofobowoúÊ

4

ma≥e krople i ma≥e wilgotne powierzchnie

A

wet

< 2cm

2

i

ΣA

wet

< 90 % ca≥ej powierzchni

lekka hydrofobowoúÊ

5

ma≥e miejsca zwiløone A

wet

> 2cm

2

i

ΣA

wet

< 90 %

lekka hydrofilowoúÊ

6

100 % >

ΣA

wet

>90 %

úrednia hydrofilowoúÊ

7

ΣA

wet

= 100 %

bardzo hydrofilowe

87

Wykres wykazuje, øe po uformowaniu zabrudzenia w ciπgu

mniej niø 100 godzin osiπgany jest 4. stopieÒ hydrofobowoúci.
Jest to wynik zbliøony do silikonÛw, a lepszy niø øywicy cykloali-
fatycznej.

Odzysk

hydrofobowoúci

Waønπ cechπ dla izolatora jest odzyskiwanie w≥aúciwoúci

hydrofobowych po wy≥adowaniu, co w warunkach laboratoryj-
nych symulowano dzia≥aniem plazmy. W takich warunkach
wszystkie tworzywa sztuczne uzyskujπ aktywacjÍ powierzchni
(dlatego stosuje siÍ plazmÍ do aktywacji przed klejeniem) i co za
tym idzie zwiløalnoúÊ. Efektu tego nie da siÍ uniknπÊ, dπøy siÍ
natomiast, aby powierzchnia jak najszybciej odzyska≥a swoje
w≥aúciwoúci.

Dotychczas takπ cechπ najlepiej charakteryzowa≥y siÍ silikony,

odzyskujπc w≥aúciwoúci po kilku godzinach. Kompozycje HCEP
rozpoczynajπ odzysk juø po kilku minutach.

W warunkach rzeczywistych jest to istotne, gdyø po wy≥adowa-

niu na zwiløonej powierzchni ≥atwo ≥uk moøe siÍ powtÛrzyÊ.

Dla celÛw porÛwnawczych zastosowano skalÍ klas-H
Im wyøsza klasa tym bardziej zwiløana jest powierzchnia i gorsze

w≥aúciwoúci.

Podsumowanie

Na bazie badaÒ moøna stwierdziÊ, øe nowe øywice majπ szan-

sÍ na zastosowanie po upowszechnieniu wiedzy o ich istnieniu.
MoøliwoúÊ zastosowania starych maszyn i technologii daje moø-
liwoúÊ niedofinansowanym zak≥adom na wykonanie konkurencyj-
nych produktÛw bez kosztownych inwestycji, a takøe zak≥adom
Ñgaraøowymî moøliwoúÊ zaistnienia na rynku opanowanym przez
izolatory silikonowe. Dlatego teø jako pierwsze izolatory z HCEP
zosta≥y wyprodukowane i zastosowane w Chinach. Obecnie tech-
nologiÍ tÍ wprowadzi≥y juø ñ przynajmniej na ograniczonπ skalÍ
ñ duøe koncerny, jak np. Siemens czy ABB.

Jacek KarpiÒski

Autor jest xxxxxxxxxxxxx

Literatura:
1. C.Beisle, B.Kultzow (Vantico AG Basel) ÑNew hydrophobic cycloaliphatic

epoxy outdoor insulation systemsî IEEEElectrical insulation magazine vol.17
No4 2001

2. Karty techniczne produktÛw
3. Materia≥y konferencyjne Vantico GmbH WiedeÒ

f i r m y , l u d z i e , p r o d u k t y

87