PROCEDE DE FABRICATION D'UN ISOLATEUR POUR UNE UTILISATION EN HAUTE TENSION

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un isolateur à partir d'un matériau diélectrique solide de hautes performances utilisable dans des dispositifs électriques en haute tension. En particulier, l'invention traite d'un procédé de fabrication d'un isolateur électrique pour une utilisation en haute tension réalisé à partir d'un matériau composite à base d'une matrice polymère renforcée par une charge minérale. La charge minérale est composée d'une charge minérale de taille micronique et d'une charge minérale de type submicronique. Ces charges de tailles différentes peuvent être de compositions chimiques différentes. De même les charges microniques et submicroniques peuvent être composées de plusieurs types de charges de compositions chimiques différentes. La matrice polymère pourra être avantageusement une résine thermodurcissable renforcée par une charge minérale, une résine époxyde chargée alumine, ou encore une matrice silicone renforcée par une alumine tri-hydratée.

[0002] On entend, par haute tension, une tension supérieure à 1000 volts.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[0003] Pour pouvoir être utilisé comme isolant dans des dispositifs électriques en haute tension, un matériau doit avoir des propriétés diélectriques particulières, à savoir une rigidité diélectrique élevée ainsi qu'une permittivité et des pertes diélectriques faibles. En particulier, le matériau doit avoir une rigidité diélectrique maximale à la fois en champ fort homogène et en champ fort divergent. De plus, ces matériaux doivent avoir un bon comportement thermo-mécanique et thermique.

[0004] De nombreux matériaux isolants existent actuellement. Ceux-ci sont généralement obtenus en ajoutant des charges minérales dans la matrice polymère du matériau. On trouve par exemple des composites à base de résines thermodurcissables telles que les résines époxydes renforcés par des fibres de verre, les silicones renforcés par des charges minérales, les résines vynilesters, les polyesters insaturés, ou des composites à base de matrices thermoplastiques telles que les polyéthylènes, les polycarbonates, les polyesters ou encore les polytétrafluoroéthylènes. Ces matériaux sont notamment utilisés dans le domaine des transformateurs haute tension, des disjoncteurs haute tension et des condensateurs de puissance en tant que parois isolantes, supports isolants ou traversées isolantes. Par exemple, les cônes isolants utilisés dans les disjoncteurs ou les câbles à isolation gazeuse sont réalisés en résine époxyde chargée alumine. Plus largement, on peut par exemple citer les transformateurs de distribution de type sec qui sont isolés par des résines époxydes chargées, ou encore les isolateurs supports de lignes aériennes haute tension qui sont composés d'un tube composite en fibres de verre imprégnées de résine époxyde et sont recouverts d'ailettes en silicone chargé d'alumine trihydrate.

[0005] De manière générale, l'ajout du renfort minéral à la matrice polymère a pour conséquence, entre autres, d'améliorer la résistance thermo-mécanique et la conductivité thermique du matériau. De plus, dans le cas où le matériau doit être utilisé dans un dispositif électrique, plus précisément dans le cas d'un isolant pour appareillage haute tension, il est particulièrement intéressant d'améliorer les propriétés de conductivité thermique du matériau. Mais, l'ajout de charge a un effet contrasté sur les propriétés diélectriques du matériau en induisant, d'une part, une augmentation de sa tenue diélectrique en champ divergent due à un effet barrière joué par les charges et, d'autre part, une diminution de sa tenue diélectrique en champ homogène résultant d'un renforcement du champ électrique dans la matrice occasionné par la présence des charges de plus faible résistivité électrique.

[0006] Dans le cas de l'appareillage haute tension, le dimensionnement de certains isolateurs, tels que les isolateurs supports de barres ou les cônes isolants généralement réalisés en résine thermodurcissable chargée de particules minérales, et en particulier réalisés en résine époxy chargée d'alumine, est calculé en fonction des contraintes mécaniques appliquées sur les isolateurs et des caractéristiques mécaniques du matériau, en particulier des caractéristiques thermo-mécaniques du matériau. Dans ce cas, la matrice polymère est choisie parmi les matériaux à fortes caractéristiques mécaniques, telles que les résines époxydes. Il résulte du dimensionnement mécanique des isolateurs que les contraintes diélectriques appliquées sont relativement faibles par rapport aux caractéristiques diélectriques limites du matériau. On applique de ce fait un coefficient de sécurité élevé dans le domaine diélectrique. De cette manière, la diminution de la tenue diélectrique du matériau en champ homogène n'a pas d'incidence sur la tenue globale du matériau et donc sur son application. Néanmoins, bien que l'on applique un coefficient de sécurité élevé dans le domaine diélectrique, des défaillances électriques induisant la rupture diélectrique de l'isolateur peuvent être observées en exploitation. Ces ruptures diélectriques sont généralement dues au vieillissement électrique conduisant à un échauffement interne du matériau, avec notamment la présence de décharges partielles. Les décharges partielles dans le matériau sous contraintes électriques sont initiées préférentiellement au niveau de défauts tels que des cavités, des micro-cavités, des poussières, des inclusions métalliques ou des défauts de coulages, suite à un renforcement local du champ.

[0007] Pour diminuer l'échauffement d'un matériau composite, et notamment sa conséquence destructrice, on peut, selon le document [1] référencé à la fin de la description, mélanger une résine avec un matériau diélectrique, thermiquement conducteur, afin d'améliorer la dissipation de chaleur dans le volume du matériau. Généralement, on mélange la résine avec de l'alumine car l'alumine a une conductivité thermique élevée. Quand on augmente la teneur en alumine du matériau composite, on constate entre autres que la conductivité thermique du matériau augmente et que le coefficient thermique d'expansion du matériau diminue. Cependant, on constate qu'il est de plus en plus difficile d'obtenir un matériau ayant une distribution homogène et isotropique de l'alumine.

[0008] Dans le cas d'un matériau isolant à conductivité thermique améliorée, l'effet destructif des décharges partielles, qui engendrent un échauffement local du matériau, est réduit par dissipation d'énergie dans le matériau. Ainsi, le matériau présente une meilleure tenue au vieillissement.

[0009] Dans le cas d'applications particulières où le dimensionnement des pièces ne tient pas compte des contraintes mécaniques exercées sur lesdites pièces, comme par exemple pour la réalisation d'ailettes sur des isolateurs composites, les contraintes diélectriques appliquées sont fortes. Dans ce cas particulier, la matrice polymère est choisie parmi les matériaux à fortes caractéristiques diélectriques tels que par exemple les silicones renforcés par une charge minérale.

[0010] Comme il a déjà été fait mention précédemment, les matériaux composites à base de matrices polymères thermodurcissables ou thermoplastiques renforcées par des charges minérales, en particulier des résines thermodurcissables renforcées par des charges minérales, des résines époxydes chargées d'alumine ou de silice, ou encore des silicones chargés d'alumine trihydrate, sont particulièrement utilisés dans les applications moyenne et haute tensions car ils présentent de très bonnes propriétés thermo-mécaniques et diélectriques. De manière générale ces matériaux composites, décrits ci-dessus, sont renforcés par des charges minérales de taille micronique, y compris des mélanges de charges de tailles microniques de compositions chimiques différentes. Quelques études ont été menées pour l'insertion d'un renfort de taille sub-micronique ou nanométrique seul (c'est-à-dire ne présentant pas de charges de taille de plus du micromètre) et d'un seul type de composition chimique. Dans ce cas, le problème des matrices de résine rencontrées dans l'art antérieur est que leurs taux de renfort sont limités à 10% en volume. La raison la plus souvent avancée pour cette limitation en pourcentage est la viscosité trop importante des mélanges fortement chargés qui rend impossible la réalisation des matériaux (voir document [2]).

[0011] Ainsi, Ce document [2] de l'art antérieur compare trois méthodes de dispersion utilisant un procédé de « ball-milling », qui consiste à apporter l'énergie nécessaire à la dispersion des agglomérats de renfort par l'entrechoquement de billes. Les deux premières méthodes, moins efficaces, désagrègent les agglomérats de renfort avec ou sans solvant, avant l'introduction du renfort dans la résine. La troisième méthode, jugée plus efficace pour obtenir une bonne dispersion, utilise le procédé de « ball-milling » pour disperser directement une alumine submicronique dans un mélange comprenant de la résine époxyde (sans durcisseur) et du solvant. Le solvant est par la suite éliminé. L'inconvénient de cette méthode est que la viscosité élevée du mélange de la résine et de l'alumine ne permet pas d'avoir des concentrations en alumine supérieures à 10% en volume. Les propriétés d'un matériau donné ne peuvent être améliorées, en utilisant ce mode de dispersion, que jusqu'à l'ajout maximal de 10% en volume d'un renfort.

[0012] Une autre méthode utilisée pour disperser un renfort dans une matrice de résine consiste à utiliser les vibrations provoquées par des ultrasons (fréquences sonores supérieures à 20 kHz). Ces ultrasons apportent au système « renfort-matrice de la résine » l'énergie nécessaire pour rompre les interactions qui lient entre elles les particules de renfort et pour les disperser directement dans la matrice de la résine (voir document [3]). Le problème est que cette technique s'accompagne d'un fort auto-échauffement. En outre, la dispersion obtenue par ultrasons n'est pas très bonne (voir document [4]). Par ailleurs, le document [3] met en évidence que l'adhésion du renfort sur la matrice est assez faible pour les échantillons réalisés en utilisant des ultrasons. En effet, dans leurs travaux, les auteurs n'observent pas d'effet de taille lors d'essais mécaniques de rupture pour les échantillons réalisés à l'aide d'ultrasons.

[0013] Dans la publication [5], les auteurs dispersent des nanotubes de carbone dans une matrice époxyde à l'aide d'un mélange mécanique à grande vitesse (vitesse de rotation de 2000 rpm (rpm = tours par minutes)). Cette étape est réalisée en réfrigérant le mélange afin d'en augmenter la viscosité et donc les forces de cisaillement mises en jeu. Mais en soumettant le mélange à un fort cisaillement, on prend le risque de dégrader le matériau et ses propriétés électriques.

[0014] Ainsi, les différentes méthodes présentées plus haut ne permettent pas de traiter des mélanges présentant des taux de renfort important en charge submicronique (> 10% en volume) du fait de leur trop forte viscosité, nécessitant de mettre en jeu des forces de cisaillement trop élevées risquant d'entraîner un échauffement et, donc risquant de dégrader le matériau lors de sa mise en oeuvre.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

[0015] Le but de l'invention est d'améliorer les propriétés électriques d'un matériau diélectrique composite chargé avec un renfort déterminé afin de pouvoir obtenir un isolateur performant. En particulier, on cherche à améliorer la conductivité thermique, la rigidité diélectrique en champ divergent, la résistance aux décharges partielles et ainsi, par voie de conséquence, améliorer la tenue dans le temps de la rigidité diélectrique du matériau de l'isolateur pour qu'il soit plus adapté à l'utilisation dans des applications haute tension. Le but de l'invention est aussi de fournir un procédé permettant d'obtenir un isolateur ayant des propriétés diélectriques améliorées. Cela est possible car le procédé permet d'obtenir une composition de matrice polymère chargée avec un renfort minéral dans laquelle le renfort est uniformément dispersé au sein de la composition. En particulier, le procédé selon l'invention permet de disperser uniformément, dans la matrice, un taux de renfort maximum de 45% en volume.

[0016] Ce but et d'autres encore sont atteints, conformément à l'invention par un procédé de fabrication d'un isolateur pour une utilisation en haute tension à partir d'une composition de matrice polymère chargée avec un renfort minéral, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :

• mélanger mécaniquement une quantité déterminée de durcisseur et un premier type de renfort minéral, constitué d'un volume déterminé de particules d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques de taille submicronique,
• dégazer le premier mélange ainsi obtenu,
• ajouter au premier mélange une quantité déterminée de matrice polymère et un deuxième type de renfort minéral, constitué d'un volume déterminé de particules d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques de taille micronique,
• mélanger mécaniquement le second mélange obtenu, le mélange mécanique étant réalisé par un broyage par attrition,
• dégazer le mélange final obtenu,
• former l'isolateur par moulage du mélange final de manière à ce que l'isolateur une fois obtenu ait une épaisseur minimale au moins de 10 mm.

[0017] Le premier type de renfort minéral comprend des particules d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques de taille micronique et le deuxième type de renfort comprend des particules d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques de taille submicronique, ces particules de tailles distinctes pouvant être de composition chimique différente.

[0018] On rappelle qu'un durcisseur est un produit réactif utilisé pour provoquer le durcissement de la résine.

[0019] La première étape de mélange mécanique du durcisseur et des particules de renfort de taille submicronique, préalable au mélange avec la résine époxyde et la quantité déterminée de particules de renfort ayant une taille micronique, permet d'obtenir une bonne dispersion du renfort de taille submicronique dans le durcisseur.

[0020] Avantageusement, les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille au minimum deux fois plus petite que la taille des particules du renfort minéral de taille micronique.

[0021] Notons que la notion de taille se rapporte au « diamètre médian » de la distribution des particules dans le cas où les particules utilisées ont une géométrie proche de la géométrie sphérique. On rappelle que le « diamètre médian » est le diamètre de la particule au niveau de la médiane de la distribution des diamètres des particules, la médiane représentant la valeur où la fréquence totale des valeurs au-dessus et la fréquence totale au-dessous de cette valeur sont identiques. Dans le cas où les particules utilisées présentent des morphologies avec de forts facteurs de forme, comme par exemple des morphologies lamellaires telles que des feuillets ou des bâtonnets, la notion de taille se rapporte alors à la plus grande dimension de la particule, par exemple la longueur dans le cas d'un feuillet.

[0022] Notons que la taille des particules de taille submicronique est inférieure ou égale à un micromètre, et que la taille des particules de taille micronique est supérieure à un micromètre.

[0023] Avantageusement, les particules du renfort minéral de taille micronique ont une taille comprise entre 1 et 100 micromètres et les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille comprise entre au minimum 5 nanomètres et au maximum quelques centaines de nanomètres.

[0024] Avantageusement, les particules du renfort minéral de taille micronique ont une taille comprise entre 1 et 30 micromètres et les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille comprise entre 10 nanomètres et quelques centaines de nanomètres.

[0025] Avantageusement, les particules du renfort minéral de taille micronique ont une taille de 6,6 micromètres et les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille de 0,4 micromètre.

[0026] Avantageusement, les renforts sont constitués d'au moins un matériau choisi parmi l'alumine Al₂O₃, l'alumine trihydrate (ATH) Al(OH)₃, l'oxyde de calcium CaO l'oxyde de magnésium MgO, la silice SiO₂, la wollastonite, le carbonate de calcium CaCO₃, l'oxyde de Titane TiO₂, des composés à base de silicates telles que les montmorillonites, les vermiculites, le kaolin et les micas ou un mélange de ces différents matériaux. Les composés à base de silicates sont des nanocharges de type silicate (« nanoclay » en anglais), c'est-à-dire des charges de taille nanométrique dont la taille est inférieure ou égale à quelques centaines de nanomètres. On peut ainsi réaliser des mélanges avec plusieurs types de charges microniques et plusieurs types de charges submicroniques. On peut par exemple réaliser un matériau composite à base de résine silicone renforcé par une alumine trihydrate (ATH) de taille micronique, une silice (SiO₂) de taille micronique, une silice de taille submicronique et une nanocharge de type silicate de taille submicronique. Dans un autre exemple, on peut réaliser un matériau composite à base de résine époxyde renforcé par une alumine (Al₂O₃) de taille micronique, un oxyde de titane (TiO₂) de taille micronique, une alumine de taille submicronique et une nanocharge de type silicate de taille nanométrique.

[0027] Avantageusement, les particules du premier et/ou du deuxième type de renfort subissent au moins un traitement de surface pour améliorer leurs caractéristiques d'adhésion avec la matrice polymère, avant d'être incorporées au premier ou au deuxième mélange. Les particules de renfort peuvent avantageusement faire l'objet d'un ou plusieurs traitements préalables, tel qu'une silanisation, un traitement plasma ou autres, dans le but de promouvoir l'adhésion entre le renfort et la matrice. Dans le cas des nanocharges de type silicate, et plus précisément les montmorillonites, un traitement préalable particulier peut consister, par exemple, à ajouter des nanomères (polymères de taille nanométrique) avec les nanocharges de type silicate de manière à modifier la structure de la charge et obtenir une texture dite intercalée (feuilles d'argile parallèles de dimensions nanométriques séparés par des nanomères) et rendre les surfaces compatibles. L'utilisation de nanocharge à texture intercalée permet d'obtenir une dispersion des charges la plus fine possible par exfoliation dans la matrice polymère.

[0028] Avantageusement, si les renforts sont des composés à base de silicates, ils peuvent subir un traitement d'intercalation et de compatibilisation chimique de surface afin de faciliter leur exfoliation.

[0029] Avantageusement, le renfort minéral a une pureté supérieure ou égale à 95%.

[0030] Selon une première variante, la matrice polymère est une résine thermodurcissable. Avantageusement, cette résine est choisie parmi les résines époxydes, les polyesters insaturés, les polyuréthanes, les silicones ou les polyesters. Avantageusement, la résine est une résine époxyde de diglycidyl éther de bisphénol A (DGEBA).

[0031] Selon une deuxième variante, la matrice polymère est une résine thermoplastique. Avantageusement, cette résine est choisie parmi les polyéthylènes, les polyesters thermoplastiques, les polyéthylène-téréphtalates, les polycarbonates ou les polytétrafluoroéthylènes.

[0032] Avantageusement, le mélange final obtenu comprend au moins 10% en volume de renfort. Quand on parle de renfort, ce terme comprend ici le renfort de premier type et le renfort de deuxième type.

[0033] Avantageusement, le mélange final obtenu comprend au maximum 45% en volume de renfort.

[0034] Avantageusement, le renfort comprend au minimum 1% en volume de renfort minéral de taille submicronique et au maximum 99% en volume de renfort minéral de taille micronique.

[0035] Avantageusement, le mélange final obtenu comprend 15% en volume de renfort dont 25% en volume de renfort de taille submicronique et 75% en volume de renfort de taille micronique.

[0036] La quantité de renfort ajouté à la résine, le ratio entre le renfort de taille submicronique et le renfort de taille micronique, ainsi que la composition chimique des différentes particules de renfort (c'est-à-dire des mélanges de différents types de particules microniques, et des mélanges de différents types de particules submicroniques) sont choisis de manière adéquate pour améliorer les propriétés diélectriques du mélange final obtenu, c'est-à-dire de la composition de matrice polymère chargée avec un renfort minéral.

[0037] Avantageusement, l'étape de formation de l'isolateur par moulage est obtenue en :

• versant le mélange final obtenu dans un moule,
• chauffant ledit mélange final versé dans le moule,
• rechauffant ledit mélange final.

[0038] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un isolateur pour une utilisation en haute tension obtenu par le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'isolateur a une épaisseur minimale au moins égale à 10 mm.

[0039] On entend par haute tension une tension supérieure à 1000 V.

[0040] L'isolateur est un support isolant en matériau diélectrique, généralement utilisé dans un disjoncteur afin de maintenir mécaniquement un conducteur isolé électriquement de la masse (enveloppe métallique externe), ou de maintenir mécaniquement au moins deux conducteurs isolés électriquement l'un de l'autre et isolés de la masse. Notamment, le support isolant doit parfaitement maintenir la position du ou des conducteur(s) lors des court-circuits, qui induisent des efforts électrodynamiques conduisant à des efforts mécaniques importants sur les supports isolants.

[0041] L'isolateur est obtenu en versant le mélange final de composition de matrice polymère chargée dans un moule, en chauffant le mélange versé dans le moule et en rechauffant le mélange jusqu'à former un isolateur en matériau diélectrique solide ayant une forme spéciale déterminée en fonction de la forme du moule et ayant une épaisseur d'au moins 10 mm. Les autres dimensions de l'isolateur sont grandes par rapport à l'épaisseur, par exemple au moins 10 fois supérieures à l'épaisseur.

[0042] Si l'on veut réaliser un isolateur ou support isolant pour disjoncteur à isolation gazeuse, la matrice polymère peut être une résine époxyde de désignation commerciale Araldite CY5923 avec son durcisseur HY5925 distribués par Huntsman. La charge minérale micronique peut être une alumine de désignation commerciale WSK AT 0-30MY distribuée par Treibacher Schleifmittel AG. La charge minérale submicronique peut être une alumine de désignation commerciale P172SB distribuée par Altech Pechiney.

[0043] Avantageusement, l'isolateur a une forme choisie parmi une forme de cône, de disque, de tube.

[0044] Avantageusement, l'isolateur a une surface externe lisse ou avec un relief, par exemple avec des ailettes. Par exemple, si l'on veut réaliser des ailettes pour isolateurs supports, la matrice polymère peut être un silicone de type HTV (vulcanisation à haute température) ou RTV (vulcanisation à température ambiante) de désignation commerciale ELASTOSIL distribué par Wacker. La charge minérale micronique peut être une alumine trihydrate de désignation commerciale SH300 distribuée par Altech Pechiney. La charge minérale sub-micronique peut être une alumine de désignation commerciale P172SB distribuée par Altech Pechiney.

[0045] L'isolateur support massif obtenu selon le procédé de l'invention possède des propriétés électriques et de vieillissement améliorées grâce à l'incorporation de particules de renfort de taille micronique et de particules de renfort de taille submicronique dans une matrice de résine, par exemple en résine époxyde, au moyen d'un mélange par broyage par attrition. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un isolateur haute tension à partir d'une résine (par exemple une résine époxyde) chargée en renfort (par exemple en alumine) de tailles micronique et submicronique avec un taux de charge important sans avoir à utiliser un diluant. L'utilisation d'un diluant peut occasionner des contaminations de la matrice de résine réticulée et donc créer des points faibles dans l'isolateur, du type rupture mécanique, décharges partielles, pertes diélectriques locales élevées conduisant à un échauffement local du matériau formant l'isolateur.

BRÈVE DESCRIPTION DU DESSIN

[0046] La figure représente une photographie MEB d'un matériau diélectrique obtenu selon l'invention permettant de former un isolateur massif.

EXEMPLES DE RÉALISATION PARTICULIERS ET TESTS

[0047] Nous allons réaliser un isolateur à haute tension à partir d'une composition comprenant une résine époxyde chargée en alumine de taille micronique et submicronique, où le renfort d'alumine est mélangé dans la résine par broyage par attrition.

[0048] Tout d'abord, pour étudier l'influence de l'ajout combiné d'un renfort de taille micronique et d'un renfort de taille submicronique sur les propriétés électriques d'une matrice polymère, nous avons réalisé des matériaux d'isolateurs selon les formulations et procédés décrits précédemment. Ces matériaux sont obtenus à partir de matrices polymères identiques mais présentent des taux de renfort différents, ainsi que des ratios renfort submicronique/renfort micronique différents. Puis, nous avons effectué des tests en champ fort homogène et en champ fort divergent sur ces matériaux.

[0049] Dans cet exemple de réalisation particulier, les différents matériaux obtenus sont réalisés à partir d'une résine époxyde de type DGEBA comportant un durcisseur anhydride, des particules d'alumine Al₂O₃ micronique de diamètre médian d₅₀=6,6 µm, et des particules submicronique d'alumine plus de dix fois plus petites, de diamètre médian d₅₀=400 nm. Notons que dans le cadre de cet exemple de réalisation, les charges alumines ont des configurations quasisphériques, ainsi la notion de taille se rapporte au « diamètre médian » de la distribution des particules.

[0050] De même, un matériau de matrice résine époxyde ou polyépoxyde thermodurcissable de type DGEBA non renforcée est réalisée. Pour cela, on mélange mécaniquement la résine et le durcisseur dans les proportions conseillées par le fournisseur. Puis on dégaze le mélange, on le verse dans un moule et on procède aux étapes de chauffage et de post-chauffage du mélange.

[0051] De la même manière, on réalise également plusieurs matériaux témoins consistant en une matrice de résine époxyde renforcée avec un taux volumique d'alumine de 15%, de 25%, de 35% et de 45% et réalisés selon un procédé classique de mélange. Il s'agit ici d'une alumine ayant une taille micronique, en particulier un diamètre médian de 6,6 µm. Les étapes du procédé classique de mélange sont les suivantes : on mélange mécaniquement la résine époxyde, le durcisseur et les particules de diamètre médian 6,6 µm ; puis on dégaze le mélange, on le verse dans un moule et on procède aux étapes de chauffage et de post-chauffage du mélange. Les matériaux obtenus par ce procédé classique de mélange sont désignées dans le tableau 1 ci-dessous sous le terme de procédé 1.

[0052] Enfin, on réalise des matériaux ayant une matrice de résine époxyde renforcée par des taux volumiques d'alumine de 15%, 25%, 35% et 45% dont 25% sont une fraction d'alumine de diamètre médian 400 nm (désigné sous le terme d'alumine fine), des taux volumiques d'alumine de 15%, 25% et 35% dont 50% sont une fraction d'alumine fine et enfin des taux volumiques d'alumine de 15%, l'alumine étant en totalité de l'alumine de taille 400 nm. Ces différents matériaux sont réalisés à l'aide du procédé selon l'invention. Par exemple, pour obtenir le matériau présentant un taux volumique total d'alumine de 25% dont une fraction de 50% est de l'alumine fine, on mélange mécaniquement 40 g de durcisseur (par exemple du HY5925) avec 50 g d'alumine de taille 400 nm. Puis on dégaze le mélange. On verse ensuite 50 g de résine époxyde (CY5923) et 50 g d'alumine de taille 6,6 µm. On mélange mécaniquement et on dégaze le mélange obtenu. On verse le mélange dans un moule et on procède aux étapes de cuisson à 140°C pendant 20 minutes sous une pression de 1,2 bar pour compenser le retrait et de post-cuisson en étuve à 140°C pendant 8h du mélange.

[0053] Les étapes plus détaillées de ce procédé de fabrication du matériau de matrice résine époxyde sont les suivantes :

• dispersion de l'alumine submicronique à l'aide d'un mélangeur en téflon afin de supprimer tout agrégats de particules,
• séchage des deux types d'alumine dans une étuve à 50°C,
• mise en température de la résine et du durcisseur à 50°C,
• incorporation et mélange de l'alumine micronique et de la résine thermodurcissable,
• incorporation et mélange de l'alumine submicronique et du durcisseur, de viscosité plus faible,
• mélange de la résine et du durcisseur à 50°C à pression atmosphérique,
• dégazage sous vide à 50°C en trois cycles avec remise à la pression atmosphérique,
• coulée du mélange dans un moule par Gélification sous Pression Automatisée (GPA) à la pression de 1,2 bar et une température de moule de 140°C,
• cuisson du mélange dans le moule à 140°C pendant 20 minutes,
• post-cuisson du mélange de 8h à 140°C.

[0054] Selon la forme du moule, on obtient un isolateur de forme différente. L'isolateur peut avoir une forme conique, une forme de tube ou de disque. L'isolateur peut également présenter des aspérités, comme des ailettes, ou présenter une surface lisse.

[0055] Dans tous les cas, l'isolateur obtenu est massif et a une épaisseur supérieure ou égale à 10 mm.

[0056] Ces matériaux comprenant deux alumines de tailles différentes et obtenus par ces différentes étapes de procédé sont désignées dans le tableau 1 suivant sous le terme de procédé 2.

[0057] Les mélanges mécaniques dans les procédés 1 et 2 sont réalisés à l'aide d'un broyeur à attrition. Dans ce broyeur, le mélange de la matière, ainsi que sa désintégration, se font par usure des particules entre des billes mises en mouvement dans un récipient fixe au moyen de pales rotatives. Dans ce broyeur, le mouvement des billes et du mélange est réalisé mécaniquement et non par centrifugation, comme ce serait le cas dans un procédé de type « ball-milling ». De plus, le broyeur est un dispositif vertical et non horizontal. Le choix d'un mélange mécanique s'explique principalement en raison de la viscosité importante du mélange, qui ne permet pas un entrechoquement efficace des billes par centrifugation.

[0058] Par ailleurs, les parties de l'appareil permettant de réaliser le broyage par attrition, c'est-à-dire les pales rotatives et les parois intérieures du broyeur, qui sont en contact avec l'alumine ne sont de préférence pas métalliques. En effet, l'alumine étant un matériau fortement abrasif, elle risquerait d'attaquer le métal de l'appareil. Nous évitons ainsi toute possibilité de présence de particules métalliques dans les matériaux réalisés qui auraient dégradées les propriétés diélectriques du matériau.

[0059] Les différents matériaux obtenus sont présentés dans le tableau suivant :

Tableau 1

Echantillons réalisés		Taux volumique en alumine (%v)
		15	25	35	45
Fraction d'alumine fine (%v)	0	(1)	(1)	(1)	(1)
	25	(2)	(2)	(2)	(2)
	50	(2)	(2)	(2)
	100	(2)

(1) Echantillon réalisé par le procédé 1. (2) Echantillon réalisé par le procédé 2.

[0060] Notons que le matériau de matrice polyépoxyde non renforcée n'a pas été introduit dans ce tableau récapitulatif.

[0061] La bonne dispersion de l'alumine dans le matériau final, ainsi que celles des deux différentes alumines entre elles a été contrôlée par microscope électronique à balayage (MEB). Tous les matériaux réalisés présentaient une bonne dispersion des alumines dans la matrice de résine. Une photographie MEB d'un tel matériau est visible dans la figure. Cette photographie représente un matériau diélectrique selon l'invention, grossi 1000 fois, contenant 15% d'alumine composée à 50% de charge de taille micronique et à 50% de charge de taille submicronique. On voit bien sur cette photographie que les renforts 1 (éléments clairs) sont bien dispersés dans la matrice de résine 2 (éléments foncés).

[0062] Le procédé selon l'invention permet une bonne dispersion du renfort au sein de la matrice. On n'a donc pas besoin d'utiliser de solvant pour améliorer la dispersion des particules de renfort. On évite ainsi que le matériau réalisé ne comporte des traces de solvant. En effet, après son utilisation, le solvant est évaporé, mais peut rester piégé dans le matériau sous forme de traces. L'utilisation de solvants présente l'inconvénient d'ajouter des impuretés dans le matériau réalisé qui peuvent détériorer les propriétés diélectriques sous champ fort du matériau (par exemple, par création d'arborescences électrochimiques). De plus, les modifications apportées par la présence de traces de solvant ne sont pas contrôlables.

[0063] Le matériau selon l'invention est destiné à être utilisé dans des applications d'isolation sous haute tension sous forme de pièces massives, et en particulier pour former des isolateurs d'au moins 10 mm d'épaisseur. Pour simplifier, les différents échantillons réalisés sont donc obtenus sous forme de plaques identiques de plusieurs centimètres d'épaisseur pour que les études soient réalisées dans les mêmes conditions qu'en cours d'utilisation réelle.

[0064] Pour mesurer la rigidité diélectrique de ces différents matériaux sous champ fort homogène, chaque échantillon est placé dans un bac rempli d'huile isolante, entre deux sphères en acier inoxydable d'un diamètre de 7 mm. L'échantillon est soumis à une tension alternative de fréquence 50 Hz, croissante (rampe 1 kV/s), jusqu'à son claquage (c'est-à-dire jusqu'à perforation, voire destruction du matériau). La rigidité diélectrique est calculée à l'aide de la formule suivante :


où U est la tension de claquage mesurée et e l'épaisseur de l'échantillon étudié.

[0065] On remarque que sous champ quasi- homogène, la rigidité diélectrique des matériaux suit une loi quasi linéaire décroissante en fonction du taux de renfort. L'ajout d'une alumine de taille submicronique n'influence pas la rigidité diélectrique du matériau sous champ fort homogène.

[0066] La tension de claquage des matériaux est ensuite mesurée sous champ fortement divergent. Pour cela, on place les échantillons à étudier entre une pointe en tungstène de rayon de courbure 0,015 mm et un plan circulaire de diamètre 150 mm en cuivre, dans un bac rempli d'huile isolante, et on soumet les échantillons à une tension alternative de fréquence 50 Hz, croissante (rampe 1 kV/s), jusqu'au claquage du matériau. Le champ à la pointe au moment du claquage est alors calculé à partir de l'approximation hyperboloïdale:


où U est la tension de claquage mesurée, r le rayon de courbure de la pointe et e l'épaisseur de l'échantillon.

[0067] Sous champ fortement divergent, on observe l'existence d'un optimum de la tension de claquage en fonction du taux de renfort et de la fraction d'alumine fine. Cet optimum est obtenu pour le matériau renforcé par 25% en volume d'alumine. Rappelons que cet optimum est valable pour un matériau obtenu en mélangeant, sans solvant et de manière purement mécanique, des particules d'alumine de diamètre d₅₀=6,6 µm avec des particules d'alumine de diamètre d₅₀=400 nm dans une résine époxyde de type DGEBA comportant un durcisseur anhydride.

[0068] L'optimum observé résulte de la compétition entre les mécanismes à l'origine de la rupture diélectrique, à savoir les effets thermiques, et les effets de localisation de champ.

[0069] Un autre exemple de réalisation particulier basé sur le renfort d'une matrice époxyde par une charge minérale micronique et un mélange de deux charges minérales de tailles submicroniques est présenté ci-dessous.

[0070] Un matériau est réalisé en mélangeant mécaniquement sous vide entre 2% et 20% en masse de charge nanométrique, préalablement traitée pour présenter des propriétés particulière d'exfoliation et par conséquent de dispersion dans la matrice polymère (par exemple une nanocharge de type montmorillonite de désignation commerciale Nanomer I.28^E commercialisée par Nanocor, USA), avec de la résine époxyde de type DGEBA (désignation commerciale CY5923, commercialisée par Huntsman). La nanocharge a été préalablement passée sur un tamis de maille 75 µm, séchée à 80°C et dispersée à l'aide d'un mélangeur en téflon afin de supprimer tout agrégats de particules. La résine a été préalablement dégazée, mise en température à 50°C et mélangée à la charge micronique de désignation commerciale WSK AT 0-30 MY distribuée par Treibacher Schleifmittel AG. La charge micronique a été préalablement séchée à 50°C. Le mélange ainsi obtenu est dégazé puis remis à l'air. A ce mélange on ajoute le durcisseur de type anhydride de désignation commerciale HY5925 distribué par Huntsman qui a été préalablement chargé par le renfort de type submicronique de désignation commerciale P172 SB distribuée par Pechiney Altech. La charge submicronique a été préalablement séchée a 50°C et dispersée à l'aide d'un mélangeur en téflon afin de supprimer tout agrégats de particules. Le mélange de la résine et du durcisseur se fait à 50°C à la pression atmosphérique. Le mélange ainsi obtenu est dégazé en trois cycles avec remises à la pression atmosphérique. Le mélange peut être coulé dans un moule soit par gélification sous pression automatisée à la pression de 1.2 bars ou par coulée gravitaire. Dans ces deux cas la température du moule est de 140°C. La cuisson du matériau s'effectue dans le moule à une température de 140°C pendant 20 minutes.

[0071] On a utilisé dans cet exemple des particules d'alumine de taille micronique et des particules de montmorillonite et d'alumine de tailles microniques, mais il est bien entendu qu'on aurait pu utiliser d'autres types de renfort.

CONCLUSION :

[0072] Le procédé selon l'invention permet la réalisation de matériaux composites à matrice polymère comportant des taux de renfort supérieurs à 10% en volume pour application en tant qu'isolateur dans le domaine de la haute tension. L'obtention de taux de renfort supérieurs à 10% en volume est rendue possible grâce au procédé selon l'invention qui permet aux deux charges minérales, l'une de taille submicronique et l'autre de taille micronique, d'être convenablement dispersées au sein de la matrice polymère. Ces charges minérales pouvant être composées de mélanges de charges de compositions chimiques différentes. Cela est dû au fait qu'une grande partie de la charge de taille submicronique utilisée mesure quelques centaines de nanomètres, ce qui correspond à une surface de contact bien plus faible que dans le cas de particules mesurant quelques nanomètres seulement. Ensuite, la charge de taille submicronique est dispersée dans le durcisseur, plus fluide que la résine. Le mélange obtenu est par conséquent moins visqueux que si nous avions dispersé une grande quantité de particules de quelques nanomètres dans la matrice polymère.

[0073] Par ailleurs, l'utilisation d'un tel mélange de deux renforts de tailles différentes, selon la formulation décrite ci-dessus, induit une amélioration de la dissipation thermique du matériau, ce qui a pour effet de limiter les conséquences de dégradation par échauffement dans le cas de décharges partielles. Ce dernier point est à l'origine de la meilleure tenue dans le temps des propriétés diélectriques. En effet, le matériau ainsi développé présente des propriétés de résistance au vieillissement électrique renforcées.

[0074] Le procédé de réalisation rend possible une dispersion homogène du renfort, quelque soit la taille des particules, sans avoir besoin d'utiliser de solvant, évitant ainsi l'incorporation d'impuretés dans le matériau. En particulier, le procédé de réalisation du matériau selon l'invention rend possible la dispersion de charge minérale de taille submicronique dans un matériau, alors qu'elle avait tendance à rester agglomérée dans l'art antérieur. Ce procédé permet ainsi de réaliser de manière industrielle des matériaux dont les propriétés diélectriques sont reproductibles.

BIBLIOGRAPHIE

[0075] 

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[5] Sandler J.K.W. et al., "Ultra-low electrical percolation threshold in carbonnanotube-epoxy composites", Polymer, 2003, 44(19): p. 5893-5899.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un isolateur pour une utilisation en haute tension à partir d'une composition de matrice polymère chargée avec un renfort minéral, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :

- mélanger mécaniquement une quantité déterminée de durcisseur, et un premier type de renfort minéral, constitué d'un volume déterminé de particules d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques de taille submicronique,

- dégazer le premier mélange ainsi obtenu,

- ajouter au premier mélange une quantité déterminée de matrice polymère et un deuxième type de renfort minéral, constitué d'un volume déterminé de particules d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques de taille micronique,

- mélanger mécaniquement le second mélange obtenu, le mélange mécanique étant réalisé par un broyage par attrition,

- dégazer le mélange final obtenu,

- former l'isolateur par moulage du mélange final de manière à ce que l'isolateur une fois obtenu ait une épaisseur minimale au moins de 10 mm.

2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille au minimum deux fois plus petite que la taille des particules du renfort minéral de taille micronique.

3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules du renfort minéral de taille micronique ont une taille comprise entre 1 et 100 micromètres et les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille comprise entre au minimum 5 nanomètres et au maximum quelques centaines de nanomètres.

4. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les particules du renfort minéral de taille micronique ont une taille comprise entre 1 et 30 micromètres et les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille comprise entre 10 nanomètres et quelques centaines de nanomètres.

5. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les particules du renfort minéral de taille micronique ont une taille de 6,6 micromètres et les particules du renfort minéral de taille submicronique ont une taille de 0,4 micromètre.

6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les renforts sont constitués d'au moins un matériau choisi parmi l'alumine Al₂O₃, l'alumine trihydrate (ATH) Al(OH)₃, l'oxyde de calcium CaO, l'oxyde de magnésium MgO, la silice sio₂, la wollastonite, le carbonate de calcium CaCO₃, l'oxyde de Titane TiO₂, des composés à base de silicates telles que les montmorillonites, les vermiculites, le kaolin et les micas ou un mélange de ces différents matériaux.

7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules du premier et/ou du deuxième type de renfort subissent au moins un traitement de surface pour améliorer leurs caractéristiques d'adhésion avec la matrice polymère, avant d'être incorporées au premier ou au deuxième mélange.

8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice polymère utilisée est une résine thermodurcissable.

9. Procédé de fabrication selon 1a revendication précédente, caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines époxydes, les polyesters insaturés, les polyuréthanes, les silicones ou les polyesters.

10. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la résine est une résine époxyde de diglycidyl éther de bisphénol A (DGEBA).

11. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matrice polymère utilisée est une résine thermoplastique.

12. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les polyéthylènes, les polyesters thermoplastiques, les polyéthylène-téréphtalates, les polycarbonates ou les polytétrafluoroéthylènes.

13. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange final obtenu comprend au moins 10% en volume de renfort.

14. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange final obtenu comprend au maximum 45% en volume de renfort.

15. Procédé de fabrication selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le renfort comprend au minimum 1% en volume de renfort minéral de taille submicronique et au maximum 99% en volume de renfort minéral de taille micronique.

16. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange final obtenu comprend 15% en volume de renfort dont 25% en volume de renfort de taille submicronique et 75% en volume de renfort de taille micronique.

17. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de formation de l'isolateur par moulage est obtenue en :

- versant le mélange final obtenu dans un moule,

- chauffant ledit mélange final versé dans le moule,

- rechauffant ledit mélange final.

18. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de manière à ce que l'isolateur ait une épaisseur minimale au moins égale à 10 mm.

19. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de manière à ce que l'isolateur ait une forme choisie parmi une forme de cône, de disque, de tube.

20. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de manière à ce que l'isolateur ait une surface externe lisse ou avec un relief, par exemple avec des ailettes.

Claims

1. Method of producing an insulator for high voltage use from a mineral reinforced polymer matrix composition, characterised in that it comprises stages consisting of:

- mechanically mixing a given quantity of hardener and a first type of mineral reinforcement consisting of a given volume of particles of one or more sub-micron sized dielectric materials,

- degassing the first mixture thus obtained,

- adding to the first mixture a given quantity of polymer matrix and a second type of mineral reinforcement consisting of a given volume of particles of one or more micron-sized dielectric materials,

- mechanically mixing the second mixture obtained, said mechanical mixing being carried out by attrition milling,

- degassing the final mixture obtained,

- forming the insulator by moulding the final mixture in such a way that, once obtained, the insulator has a minimum thickness of at least 10 mm.

2. Production method according to the preceding claim, characterised in that the particles of sub-micron sized mineral reinforcement are at least half the size of the particles of micron-sized reinforcement maternal.

3. Production method according to claim 1 or claim 2, characterised in that the particles of micron-sized mineral reinforcement have a size of between 1 and 100 micrometres and the particles of sub-micron sized mineral reinforcement have a size of between at least 5 nanometres and at most several hundred nanometres.

4. Production method according to the preceding claim, characterised in that the particles of micron-sized mineral reinforcement have a size of between 1 and 30 micrometres and the particles of sub-micron sized mineral reinforcement have a size of between 10 nanometres and several hundred nanometres.

5. Production method according to the preceding claim, characterised in that the particles of micron-sized mineral reinforcement have a size of 6.6 micrometres and the particles of sub-micron sized mineral reinforcement have a size of 0.4 micrometres.

6. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that the reinforcements consist of at least a material chosen from alumina Al₂O₃, alumina trihydrate (ATH) Al(OH)₃, calcium oxide CaO, magnesium oxide MgO, silicon dioxide Si0₂, wollastonite, calcium carbonate CaCO₃, titanium dioxide TiO₂, silicate-based compounds such as montmorillonites, vermiculites, kaolin and micas or a mixture of these different materials.

7. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that the particles of the first and/or the second type of reinforcement undergo at least a surface treatment to improve the properties of adhesion to the polymer matrix, before being incorporated in the first or second mixture.

8. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that the polymer matrix used is a thermosetting resin.

9. Production method according to the preceding claim, characterised in that the resin is chosen from epoxy resins, unsaturated polyesters, polyurethanes, silicones or polyesters.

10. Production method according to claim 8 or claim 9, characterised in that the resin is a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) epoxy resin.

11. Production method according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the matrix polymer used is a thermoplastic resin.

12. Production method according to the preceding claim, characterised in that the resin is chosen from polyethylenes, thermoplastic polyesters, polyethylene terephthalates, polycarbonates or polytetrafluoroethylenes.

13. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that the final mixture obtained comprises at least 10 % by volume of reinforcement.

14. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that the final mixture obtained comprises at most 45 % by volume of reinforcement.

15. Production method according to claim 13 or claim 14, characterised in that the reinforcement comprises at least 1 % by volume of sub-micron sized mineral reinforcement and at most 99 % by volume of micron-sized mineral reinforcement.

16. Production method according to any one of the preceding claim, characterised in that the final mixture obtained comprises 15 % by volume of reinforcement of which 25 % by volume is sub-micron sized reinforcement and 75 % by volume is micron-sized reinforcement.

17. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that the stage of forming the insulator by moulding is achieved by:

- pouring the final mixture obtained into a mould,

- heating said final mixture poured into the mould,

- reheating said final mixture.

18. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that it is carried out so that the insulator has a minimum thickness of at least 10 mm.

19. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that it is carried out so that the insulator has the form of a cone, dish or tube.

20. Production method according to any one of the preceding claims, characterised in that it is carried out so that the insulator has a smooth external surface or is embossed, for example with ribs.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines lsolators zur Verwerdung im Hochspannungsbereich, ausgehend von einer mineralstoffverstärkten Polymermatrixzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

- mechanisches Vermischen einer bestimmten Menge Härtungsmittel und eines mineralischen Verstärkungsmittels erster Art, das aus einem bestimmten Volumen von Teilchen eines bzw. mehrerer dielektrischer Materialien submikroskopisch kleiner Größe besteht,

- Entgasen des so erhaltenen ersten Gemisches,

- Beimengen einer bestimmten Menge Polymermatrix und eines mineralischen VerstärfCUngsmittels zweiter Art, das aus einem bestimmten Volumen von Teilchen eines bzw. mehrerer dielektrischer Materialien mikroskopisch kleiner Größe besteht, zu dem ersten Gemisch,

- mechanisches Vermischen des erhaltenen zweiten Gemisches, wobei das mechanische Vermischen durch Zermahlen mittels Aneinanderreiben erfolgt,

- Entgasen des erhaltenen Endgemisches,

- Bilden des Isolators durch Formung des Endgemischs derart, dass der Isolator nach Erhalt eine Mindestdicke von zumindest 10 mm aufweist.

2. Herstellungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die submikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe haben, die höchstens halb so groß wie die Größe der mikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels ist.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe zwischen 1 und 100 µm haben und die submikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe zwischen mindestens 5 nm und höchstens einigen Hundert nm haben.

4. Herstellungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe zwischen 1 und 30 µm haben und die submikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe zwischen 10 nm und einigen Hundert nm haben.

5. Herstellungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe von 6,6 µm haben und die submikroskopisch kleinen Teilchen des mineralischen Verstärkungsmittels eine Größe von 0,4 µm haben.

6. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus der Gruppe Aluminiumoxid Al₂O₃, Aluminiumoxid-Trihydrat (ATH) Al(OH)₃, Calciumoxid CaO, Magnesiumoxid MgO, Siliciumdioxid SiO_2, Wollastonit, Calciumcarbonat CaCO₃, Titandioxid TiO₂, Verbindungen auf Basis von Silicaten, wie etwa Montmorillonite_, Vermiculite, Kaolin und Glimmer bzw. aus einem Gemisch aus diesen verschiedenen Materialien bestehen.

7. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Verstärkungsmittels erster und/oder zweiter Art zumindest einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt werden, um deren Hafteigenschaften mit der Polymermatrix zu verbessern, bevor sie dem ersten bzw. zweiten Gemisch beigemengt werden.

8. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Polymermatrix ein wärmeaushärtendes Harz ist.

9. Herstellungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ausgewählt ist aus der Gruppe der Epoxidharze, ungesättigten Polyester, Polyurethane, Silikone oder Polyester.

10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Bisphenol-A-Diglycidylether-Epoxidharz (DGEBA) ist.

11. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Polymermatrix ein Thermoplast-Harz ist.

12. Herstellungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyethylene, thermoplastischen Polyester, Polyethylenterephtalate, Polycarbonate bzw. Polytetrafluorethylene.

13. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenntzeichnet, dass das erhaltene Endgemisch zumindest 10 Vol.-% an Verstärkungsmittel enthält.

14. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Endgemisch höchstens 45 Vol.-% an Verstärkungsmittel enthält.

15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmittel mindestens 1 Vol.-% an mineralischem Verstärkungsmittel submikroskopisch kleiner Größe und höchstens 99 Vol.-% an mineralischem Verstärkungsmittel mikroskopisch kleiner Größe enthält.

16. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Endgemisch 15 Vol.-% an Verstärkungsmittel enthält, darunter 25 Vol.-% Verstärkungsmittel submikroskopisch kleiner Größe und 75 Vol.-% Verstärkungsmittel mikroskopisch kleiner Größe.

17. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Bilden des lsolators durch Formung dadurch erhalten wird, dass

- das erhaltene Endgemisch in eine Form gegossen wird,

- dieses in die Form gegossene Endgemisch erhitzt wird,

- dieses Endgemisch erneut erhitzt wird.

18. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es so durchgeführt wird, dass der Isolator eine Mindestdicke gleich mindestens 10 mm hat.

19. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es so durchgeführt wird, dass der Isolator eine Form hat, die aus einer Kegel-, Scheiben- oder Rohrform ausgewählt ist.

20. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es so durchgeführt wird, dass der Isolator eine Außenfläche hat, die glatt ist oder mit einem Relief versehen ist, beispielsweise mit Rippen.

Dessins