Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isoliermaterials Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines neuen faserhaltigen elektrischen Isoliermaterials, das nicht nach der in der Textil industrie üblichen Weise gewebt ist. Es ist ausserdem wegen der Vereinigung von physikalischen, chemi schen und - elektrischen Eigenschaften, welche auf seine Struktur zurückzuführen sind, für elektrische Isolierungen aussergewöhnlich geeignet.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man aus unverstreckten und verstreckten Polyesterfasern der gleichen chemischen Zusammensetzung ein Vlies bildet und das so er haltene Vlies unter Druck und -gleichzeitiger Wärme einwirkung bei einer solchen Temperatur zu einem Vliesstoff verfestigt, dass ausschliesslich die unver- streckten Fasern erweichen und die Verfestigung herbeiführen.
Das Isoliermaterial ist aus einer Mischung von zwei verschiedenen Typen von Polyester-Stapelfasern zusammengesetzt. Beide Typen zusammen ergeben einen biegsamen Vliesstoff, ohne dass es notwendig ist, artfremde Klebe- oder Bindemittel anzuwenden. Das erzielte Produkt ist auch keinem Papier im üblichen Sinne vergleichbar. Es ist auch nicht auf Papiermaschinen oder aus Papierfasern hergestellt. Die Faserstruktur im ganzen und das Verhältnis der Fasern zueinander ist wesentlich anders, als dies bei Papier oder bei gewebten Tuchen der Fall ist. Auf diesen Verschiedenheiten beruhen die Vorteile dieses Produktes in der Verwendung für elektrische Isolier- zwecke.
Das erfindungsgemäss hergestellte Isoliermaterial hat eine poröse offene Struktur, in welcher die verhältnismässig langen Stapelfasern heterogen 'mit einander gemischt sind. Sie berühren einander nur dort, wo sie sich kreuzen, längs ihrer Achsen liegen sie frei. Dieser Zustand hat die Wirkung, dass der Vliesstoff nicht nur biegsamer ist, sondern auch ein hoher Prozentsatz an freier Faseroberfläche mit einem Imprägnierungsmittel überzogen werden kann. Das Isoliermaterial ist zur Imprägnierung mit elek trischen Isolierlacken sehr gut geeignet und besitzt eine gute Aufnahmefähigkeit für dieselben, wie aus dem Gewichtsverhältnis von Imprägnierlack zu Faser hervorgeht.
Die Struktur erlaubt im wesentlichen den freien Zugang solcher Mittel zur gesamten Oberfläche jeder Faser und vermeidet ausserdem, .dass Luft- Bläschen eingeschlossen werden.
Alle diese Vorteile sind nicht möglich bei ge webten Tuchen, weil deren Struktur eine andere ist. Die bekannten, aus gezwirnten Fasern hergestellten Fäden liegen bei Tuchen entlang ihren Achsen ein ander an, wodurch Luft inmitten der Fasern einge schlossen werden kann. Das Isoliermaterial kann =vor seiner Verwendung 'mit Lacken imprägniert werden, um lackierte Isoliermaterialen herzustellen. Die Erfin dung umfasst so hergestellte Produkte ebenfalls. Der Ausdruck Lack ist im weitesten Sinne zu ver stehen und ist keineswegs auf öl-Harz-Lacke einge schränkt.
Der Imprägnierlack kann aus einem wei chen und dehnbaren Polymer bestehen, wie z. B. aus einem heisshärtbaren Polyester- oder Epoxyd-Harz, welches durch weitere Hitzebehandlung fertig gehär tet werden kann. So können z. B. Spulen mit im prägnierten Bändern gewickelt und dann erst fertig gehärtet werden.
Die erfindungsgemässen Isoliermaterialien kön nen zu Streifen oder Bändern zerschnitten werden, deren Ränder nicht ausfasern. Derartige Bänder sind bis zu einem Ausmasse von mindestens 20 % dehn bar, ohne dass sie dabei reissen. Sie eignen sich. zum Aufwickeln auf Spulen und ähnlichen Vorrichtungen, wobei sie sich der Form derselben gut anpassen. Die beschriebene Struktur der Isoliermaterialien bringt- es mit sich, dass die Fasern sich nur soweit bewegen, als es für die Anpassung an die Form, in die sie gebracht werden sollen, erforderlich ist. Im Gegensatz hierzu hat ein normal gewobenes Band eine geringere Streckfähigkeit.
Sie beträgt bei einem gewebten Baumwollgewebe nur cä. 6,5 %. Bei üblicher We- bung müssen sich jedoch ganze Bündel von Fasern (Garne oder Fäden) über beträchtliche Strecken ver schieben, um sich der gewünschten Form anzupassen. Es ist jedoch wünschenswert, dass diese Anpassung mit einem Mindestmass an Faserbewegung vor sich geht, da sonst zugesetzte Imprägniermittel den Zu sammenhang verlieren.
Die Polyester-Fasern haben ausgezeichnete elek trische Eigenschaften. Sie wirken auf ihre Umgebung nicht korrodierend und sind sehr beständig gegen Feuchtigkeit. Sie sind in Ölen und in vielen orga nischen Lösungsmitteln unlöslich. Sie sind gut wärme beständig und haben eine lange Gebrauchsdauer. Diese charakteristischen Eigenschaften sind schon bekannt.
Eine weitere wichtige charakteristische Eigen schaft dieser Isoliermaterialien ist, dass sie an eine Polyesterfolie geschichtet werden können. Auf -diese Weise entsteht ein biegsames, faserhaltiges flächiges Material oder ein gleichartiges Band, das für elek trische Isolation, z. B. für Isolation von Schlitzen, mit und ohne Imprägnation hervorragend geeignet ist.
Diese neuen Isoliermaterialien können eine oder mehrere Lagen eines Vliesstoffes enthalten, der aus einer Mischung von 2 Typen von Polyester-Stapel- fasern, welche beide eine Länge von ca. 25,4 mm haben. Einer dieser Typen liefert Fasern, welche an ihren Kreuzungspunkten autogen verbunden sind und dabei ein Netzwerk bilden, welches eine einheitliche Struktur bildet. Unter autogener Verbindung ist der Prozess verstanden, dass die Fasern an den Kreu zungspunkten ohne Verwendung von artfremden Klebstoffen unter Verwendung von Druck durch Zusammenschmelzen bei den Erweichungstempera- turen verbunden werden.
Der andere Typ von Polyester-Harzen liefert Fasern, welche an den Kreu zungspunkten unter sich nicht miteinander verbunden sind. Diese so verbundenen Fasern liefern ein Netz werk, welches von den nicht verbundenen Fasern durchflochten wird.
Dieses Resultat wird erreicht, indem man eine Mischung von verstreckten und unverstreckten Po lyester-Fasern, die die beiden oben beschriebenen Typen bilden, verwendet. Jeder dieser Typen von Fasern -soll vorzugsweise 40-60 % des Gesamtge- wichtes an Fasern (= 100 %)
betragen. - Polyester-Fasern sind unter dieser Bezeichnung gut bekannt und sind im Handel erhältlich. Sie wer den aus zweiwertigen Alkoholen und aromatischen Dicarbonsäuren hergestellt und bilden hochpolymere lineare Polyester. Die Fäden werden durch einen Schmelz-Spinnprozess hergestellt.
Die regulären, im Handel erhältlichen Fäden werden einem Streckver fahren -unterzogen. Diese verstreckten Fäden besitzen einen höheren Erweichungspunkt, eine verbesserte Zugfestigkeit und Elastizität, eine verminderte Streck barkeit. Diese Veränderungen gegenüber der nicht gestreckten Faser rühren von der Orientierung der Polymermoleküle in der Faserachsenrichtung her, die mit einer Bildung von Kristallen einhergeht. Die end losen Fäden werden zu Stapelfasern zerhackt.
Das Handelsprodukt, sei es in Form von Garnen, sei es in Form von Stapelfasern, besteht ausschliesslich aus verstreckter Ware, und nur diese allein besitzt die Eigenschaften, die von den üblichen Textilien ver langt werden.
Der nicht verstreckte Typ der Polyester-Faser ist lediglich ein amorphes Zwischenprodukt und besitzt keine orientierten Moleküle.
Polyester - Fasern werden in den Vereinigten Staaten von der Du Pont Company hergestellt und werden unter dem Handelsnamen Dacron ver kauft.
Der im Handel befindliche verstreckte Fasertyp kann nicht als einziger Fasertyp im erfindungsge- mässen Verfahren verwendet werden. Der Schmelz punkt der im Handel befindlichen Dacron -Fasern liegt bei ca. 240 oC, und der Temperaturbereich, innerhalb welchem die Fasern erweichen und schmel zen, ist sehr schmal. Dies macht es unmöglich, die Fasern autogen durch Erhitzen und Pressen in be friedigender Weise autogen zu verbinden. Denn die Fasern erweichen entweder nicht so, dass sie zusam menschmelzen können, oder sie werden beim Erwei- chungspunkt so plastisch, dass sie zerdrückt werden.
Aber auch der unverstreckte Typ der Polyester- Faser kann nicht als alleinige Faserkomponente im erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden. Diese Zwischenprodukte bei der Fabrikation von Dacron -Fasern haben einen thermischen Erwei- chungspunkt von der Art, dass sie in hohem Masse zerdrückt würden, wenn sie einer Hitze und einem Druck ausgesetzt würden, die angemessen sind, um die Fasern an ihren Kreuzungspunkten fest zusam menzuschmelzen.
Es wurde nun gefunden, dass eine gewebeähn liche Mischung dieser zwei Fasertypen durch Hitze und schwachen Druck so verfestigt wird, dass die nicht verstreckten Fasern an ihren Kreuzungspunkten ohne jegliche Strukturänderung autogen verbunden werden. Jeder Typ soll mit ungefähr 40-60 Ge- wichts-0/0 vertreten sein.
Wenn der Anteil an nicht verstreckter Faser weniger als 40 % beträgt, ist die entstandene Vliesstoffstruktur nicht genügend einheit lich.
Wenn der Anteil derselben wesentlich grösser als 60 % ist, wird der Vliesstoff zu steif, Festigkeit und Elastizität werden ungenügend. Die Temperatur ist so zu wählen, dass die nicht verstreckten Fasern zusammenschmelzen, während die verstreckten Fa seranteile nicht erweichen sollen.
Der nicht verstreckte Dacron -Fasertyp hat einen grossen Erweichungsbereich, der zwischen 150 o und 230 oC liegt. In diesem Bereich kann befriedigende autogene Verbindung erreicht werden. sationskatalysator enthält, welcher beim Erhitzen des imprägnierten Vliesstoffes trocknet und erhärtet und dabei auf den Fasern einen Überzug von Polyester- Lack bildet. Derselbe verhindert jegliche Tendenz zur Zerfaserung und erhöht die Zugfestigkeit.
Ein sol cher Vliesstoff, welcher einen solchen Polyesterüber zug besitzt, kann durch geeignete Behandlung mit Hitze und Druck autogen an eine Polyesterfolie gebunden werden.
Vollständige Imprägnierung des porösen Vlies- stoffes, sei es nun vorher mit einem Überzug ver sehen oder auch nicht, mit irgend einem geeigneten elektrisch isolierenden Lack, führt zu einem biegsa men mit Lack versehenen Isolationsprodukt, dessen gewünschte Eigenschaften teils auf die Eigentümlich keiten des faserhaltigen Vliesstoffes, teils auf den dem Gewicht oder dem Volumen nach verhältnismässig hohen Anteil an Imprägnierlack zurückzuführen ist. Ähnlich verhält es sich, wenn ein Band eines solchen Vliesstoffes zum Wickeln auf Spulen verwendet wird.
Die darauf folgende Imprägnierung mit einem Isolier- lack führt infolge des Zusammenwirkens dieser günstigen Umstände zu einem hervorragenden iso lierenden Überzug. <I>Arbeitsweise</I> Der Apparat, welcher zur kontinuierlichen Her stellung des Isoliermaterials gemäss dieser Erfindung dient, besteht im wesentlichen aus einer Krempel maschine, welche die Fasern durcheinander mischt und dann ein Vlies liefert. Ferner werden eine rotierende geheizte Trommel mit geeigneten Druck walzen benötigt.
Das Vlies wird durch dieselben Hitze und Druck ausgesetzt, wobei die Fasern zusam- mengepresst werden und die nicht verstreckten Fa sern zu einer einheitlichen Struktur vereinigt werden. Ferner wird eine Aufwickelvorrichtung benötigt, wel che das Endprodukt in Rollen aufrollt. Es können ferner noch zusätzliche Mittel vorgesehen werden, um einen vorher fabrizierten Vliesstoff von einer Rolle so zuzuführen, dass es über einem gekrempelten Vlies zu liegen kommt, während es zur rotierenden Trom mel geführt wird.
Es wird auf diese Weise durch Laminierung ein Mehrschichtenvliesstoff erzeugt: Der Ausdruck Krempehnaschine umschliesst nicht nur die in der Technik üblichen Maschinen dieser Art, sondern auch Garnettmaschinen, welche ebenfalls gekrempelte Vliese liefern. Der Krempel- prozess richtet die Fasern gerade aus und liefert ein offenes flaumiges Faservlies von nicht parallelen sich kreuzenden Fasern, welche in heterogener Weise über- und untereinander verlaufen. Jede Faser wird durch zahlreiche andere Fasern gekreuzt.
Die Mischung der Fasern wird vorzugsweise so herge stellt, dass man die Fasern im gewünschten Mengen verhältnis in eine Maschine gibt, wie sie zum Zupfen der Wolle versendet wird: Dieser Apparat lockert die Fasern auf und mischt sie.
Die Heiztrommeln mit den Presswalzen sollen nur einen leichten Druck auf das Vlies ausüben. Die Walzen sollen aus weichem Material bestehen. Dieser Druck ist vollkommen verschieden von dem Druck, wie er in Textilspinnereien durch Kalander ausgeübt wird. Diese haben harte Walzen, durch deren Wal zenspalt flächiges Material unter hohem Druck hin durchgeht. Will man aber verhindern, dass die erweichten Fasern zerdrückt werden, so muss schwa cher Druck angewendet werden.
Die Heiztrommel kann horizontal aufgestellt sein und aus poliertem Stahl hergestellt sein. Sie kann einen Durchmesser von 762 mm und eine Länge von 1676,4 mm haben. Auf ihr können Vliese mit einer Breite von 1584 mm behandelt werden. Sie wird innen beheizt. Die Oberflächentemperatur soll 215-229 OC betragen. Sie soll in der Minute 7,65 Umdrehungen machen, so dass sie an der Peripherie eine Geschwin digkeit von<B>1828,8</B> 8 cm pro Minute hat. Es können durch sie in der Stunde 1097,28 Meter Produkt her gestellt werden.
Die zwei horizontalen Druckwalzen sind so mon- tiert, dass sie sich der Heiztrommel anlegen. Der Abstand zwischen den Druckwalzen beträgt ungefähr zwei Drittel des Umfangs der Heiztrommel. Das Faservlies wird von der Krempelmaschine in den Wal zenspalt zwischen der ersten Druckwalze und der Trommel eingeführt und bewegt sich dann weiter in Kontakt mit der Oberfläche der rotierenden Trom mel, bis es den Walzenspalt zwischen der zweiten Druckwalze und der Trommel passiert, wobei ein Weg von ungefähr 2/3 des Trommelumfangs zurückge legt wird.
Der Vliesstoff wird dann aufwärts und um die zweite Druckwalze gezogen und auf diese Weise von der Oberfläche der Heiztrommel entfernt. Er wird durch Zugrollen gezogen und gelangt dann zu Aufwinderollen. Das Abstreifen des Vliesstoffes von der Trommel wird erleichtert durch eine dünne Siliconschicht, welche auf der Oberfläche der Trom mel aufgetragen wird.
Die beweglichen Druckwalzen sind hohle Stahlzy linder mit einem Durchmesser von 127 mm, welche in einem Zapfenlager montiert sind, so dass sie sich frei drehen können. Der gewünschte Druck wird auf die Zapfenlager durch mit Luft gefüllte Zylinder ausgeübt, wobei der Walzendruck durch den Luft druck kontrolliert wird. Auf die zweite Druckwalze, mit welcher das Vlies in Berührung kommt, gelangt das Vlies, wenn es bereits erhitzt ist, wodurch die unverstreckten Polyesterfasern in weichem Zustand vorliegen. Diese Walze soll nur einen so schwachen Druck ausüben, dass die Fasern zwar autogen ver bunden, aber nicht zerdrückt werden.
Diese Walze ist umhüllt von 20 Lagen glatten Glasgewebes, welches in einer solchen Richtung gewickelt ist, dass das äussere Ende durch den Walzenspalt nachgeschleppt wird.
Das Glasgewebe besitzt eine weiche und biegsame Oberfläche, welche an dem erhitzten Vlies nicht klebt und welche am Walzenspalt einen guten Kon takt gibt. Bei der ersten Druckwalze ist ein solcher Glasüberzug nicht notwendig, weil das Vlies durch den Walzenspalt geht, bevor es Gelegenheit gehabt hat, sich auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der die Fasern erweichen. Diese Walze dient mehr dazu, das flaumige Faservlies kompakt zu machen und die Zugseite des Vlieses in gutem Kontakt mit der rotierenden Trommel zu halten, während das Vlies sich gegen den Walzenspalt der zweiten Walze hin bewegt. Der totale Druck der ersten Druckwalze wird ungefähr auf einer Höhe von 113 kg gehalten. Dies entspricht einem Druck, der wenig mehr als 0,72 kg pro cm Gewebebreite entspricht.
Der Total druck der zweiten Walze liegt je nach den Bedin gungen zwischen 113 kg und 454 kg.
Will man ein Zweischichtenprodukt machen, so ist der Vorgang der gleiche mit der Ausnahme, dass ein vorher gefertigter Einschichtvliesstoff in den Spalt der ersten Druckwalze eingeführt wird. Er liegt über einem von der Krdmpelmaschine kommenden Vlies. Letzteres ist in Kontakt mit der Heiztrommel. Die Trommeltemperatur wird in diesem Fall um 8,3 C erhöht, auch der Druck der Presswalzen wird etwas erhöht, um die Verbindung der beiden Gewebe sicher zu stellen. Ähnlich verfährt man, wenn man ein Drei- oder Vierschichtenprodukt herstellen will.
Ein Zwei- oder Dreischichtenvliesstoff wird dann mit dem Faservlies aus der Krempehnaschine in den Walzen spalt der ersten Druckwalze eingeführt. Es wird dadurch eine weitere Schicht mit den anderen ver bunden und gleichzeitig das Vlies aus der Krempel maschine verfestigt.
Die endgültigen Einstellungen von Temperatur und Druck werden während der Fabrikation vorge- noimmen, so dass das Produkt die gewünschte Struk tur hat. Diese kann durch Untersuchung leicht fest gestellt werden. Beispiel Typische bevorzugte Arten von elektrischen Iso liermaterialien sind zweischichtige und dreischichtige Polyesterfaservliesstoffe, die folgendermassen herge stellt werden.
Gleiche Gewichtsteile verstreckte Dacron -sta- pelfasern (38,10 mm durchschnittliche Länge, 1,5 Denier) und unverstreckte Polyesterstapelfasern (31,75 mm durchschnittliche Länge), die aus endlo sen Fäden, die in der Dacron -Herstellungsopera- tion hergestellt wurden, aber nicht dem Streckprozess unterworfen wurden, durch Zerhacken erhalten wur den, werden gezupft und zusammengemischt.
Die unverstreckten Fasern haben einen Durch messer von 0,0254 bis 0,0508 mm, der etwa doppelt so gross ist wie der der entsprechenden verstreckten Fasern. Die verstreckten Fasern haben einen Schmelzpunkt von annähernd 240 C, und der Tem peraturbereich, in dem die Faser erweicht und schmilzt, ist sehr schmal. Die unverstreckte Polyester stapelfaser hat einen breiten Erweichungsbereich von annähernd <B>150</B> bis 230 IIC. Wie man sieht, liegt dieser Bereich unterhalb des Temperaturbereichs, innerhalb dessen die verstreckte Faser erweicht und schmilzt.
Die Krempelmaschine wird so betrieben, das ein wahlloses gekrempeltes Vlies mit annähernd 16,15 m pro Minute erzeugt wird<B>;</B> dieses Vlies wird dem Wal zenspalt der ersten Druckwalze mit geringstmöglicher Streckung zugeführt. Die erste Druckwalze wird mit der Heiztrommel mit annähernd 113 kg Druck in Berührung gehalten. Die Heiztrommel wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 17,37 m pro Minute betrie ben und trägt das Vlies um die zweite Druckwalze, die mit annähernd 6,35 mm feinem Glastuch bedeckt ist. Die Heiztrommel ist mit einem Siliconöl leicht überzogen, um das Kleben an der Trommel zu ver hindern und das leichte Abstreifen des verfestigten Vliesstoffes zu gestatten.
Die Temperatur der Heiz- trommel ist ca. 215 aC. Der Vliesstoff wird dann um und durch den Walzenspalt von angetriebenen Stahl- und mit Gummi bedeckten Zugrollen geführt, um den Vliesstoff von der Heiztrommel abzuziehen und das Faltenschlagen zu verhindern. Der Vliesstoff wird dann auf einen Kern aufgewickelt, der durch einen gewichtsbelasteten Hebelmechanismus gegen eine Aufwickelrolle gedrückt wird.
Bei der Herstellung eines zweischichtigen Pro duktes ist das Verfahren gleich mit der Ausnahme, dass ein vorher hergestellter einschichtiger verfestigter Vliesstoff ebenfalls dem Walzenspalt der ersten Druckwalze zugeführt wird, so dass er über dem Vlies von der Krempelmaschine liegt und das letztere die Oberfläche der Heiztrommel. berührt. Die Trom meltemperatur wird um ca. 8,4 OC erhöht, und die Druckwalzendrücke werden ebenfalls etwas erhöht, um die Verbindung der beiden Vliesstoffe sicher zustellen.
Ein dreischichtiges Produkt wird in ähnli cher Weise hergestellt, indem man ein zuvor herge stelltes zweischichtiges Produkt am ersten Druckwal zenspalt verwendet.
Das Zweischichtenprodukt hat bei einer Ober fläche von 267,55 m2 ein Riesgewicht von<B>13,6</B> kg, entsprechend einem Gewicht von 50,9 g pro m2. Die mit dem Kaliber gemessene Dicke beträgt ungefähr 0,1651 mm. Die der Länge nach gemessene Zugfe stigkeit ist mindestens 0,71 kg/cm Breite, die senk recht dazu gemessene Zugfestigkeit ca. 0,18 kg/cm Breite. Dieser Unterschied ist darauf zurückzuführen, dass die Komponenten der Faserrichtung in Längs richtung die Komponenten in Querrichtung überstei gen. Die Dehnung, bis es zum Bruch kommt, beträgt <B>25-</B> 31 0/0.
Das Dreischichtenprodukt hat ein Riesgewicht von 20,4 kg, was einem Gewicht von 76,3 g pro m2 entspricht. Die mit dem Kaliber gemessene Dicke ist ungefähr 0,2032 mm. Die der Länge nach gehnessene Zugfestigkeit ist mindestens 1,78 kg/cm Breite, die senkrecht dazu gemessene Zugfestigkeit ist 0,44 kg/cm Breite, und die Dehnung ist 20-26 %.
Der verfestige Vliesstoff kann kalandriert werden, wenn eine dichtere Struktur und gleichmässige Dicke gewünscht wird. Temperatur und Druck sollten dabei so niedrig gewählt werden, dass der Charakter des Gewebes- nicht verloren geht und die Fasern nicht durchschnitten werden. Das oben beschriebene Zwei schichtenprodukt wird z. B. kalandriert in befriedi gender Weise, indem man es durch den Walzenspalt eines gewölbten Stahlwalzenpaares von 457,20 mm Durchmesser gehen lässt. Die Walzen haben eine Umfangsgeschwindigkeit von 12,19 Meter pro Mi nute.
Die Oberflächentemperatur der Walzen ist <B>110</B> OC. Der Druck wird so eingestellt, dass die Dicke des Vliesstoffes von 0,1651 mm auf 0,1133 mm zurückgeht.
Der faserhaltige Polyestervliesstoff kann auch autogen an eine Polyesterfolie laminiert werden. Ein Dreischichtenvliesstoff wird z. B. an eine Mylar Polyesterfolie von 0,0127 imm Dicke laminiert, indem man einen Zweischichtenvliesstoff zusammen mit der Folie durch die oben beschriebene, aus einer Heiz- trommel und Druckwalzen bestehende Vorrichtung hindurchführt,
wobei ein aus der Krempelmaschine kommendes Vlies dazwischen angeordnet wird und die Folie auf die Innenseite in direktem Kontakt mit der Trommel zu liegen kommt. Dies hat zur Folge, dass die Polyesterfolie oberflächlich mit den nicht verstreckten Fasern des Gewebes, welche mit der Folie in Kontakt sind, autogen verbunden wird.
Die Folie ist verstreckt und hat daher eine erhöhte Er weichungstemperatur, die über dem Erweichungs- punkt der nicht verstreckten Fasern liegt, so dass die Verbindung bei Temperaturen unter den Erwei- chungstemperaturen der verstreckten Fasern und der Folie erreicht werden kann. Es wird dadurch eine Verschlechterung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften der Folie vermieden. Es besteht keine Bindung zwischen der Folie und den verstreckten Fasern. Dadurch wird die Biegsamkeit und Verform barkeit gefördert.
Der Mylar -Polyesterfilm ist ein Produkt der Du Pont Company und wird aus einem Polyester von Aethylenglykol und Terephthalsäure hergestellt.
Method for producing an electrical insulating material The invention relates to a method for producing a new fibrous electrical insulating material which is not woven in the manner customary in the textile industry. It is also exceptionally suitable for electrical insulation because of the combination of physical, chemical and electrical properties which can be traced back to its structure.
The method according to the invention is characterized in that a fleece is formed from undrawn and drawn polyester fibers of the same chemical composition and the fleece obtained in this way is solidified under pressure and simultaneous exposure to heat at a temperature such that only the unstretched fibers soften and cause solidification.
The insulation material is composed of a mixture of two different types of polyester staple fibers. Both types together result in a flexible nonwoven fabric without the need to use different adhesives or binders. The product achieved is also not comparable to any paper in the usual sense. It is also not made on paper machines or from paper fiber. The fiber structure as a whole and the ratio of the fibers to one another is significantly different than is the case with paper or woven fabrics. The advantages of this product when used for electrical insulation purposes are based on these differences.
The insulating material produced according to the invention has a porous open structure in which the relatively long staple fibers are mixed heterogeneously with one another. They only touch where they cross; they are exposed along their axes. This condition has the effect that the nonwoven fabric is not only more flexible, but also a high percentage of the free fiber surface can be coated with an impregnating agent. The insulating material is very suitable for impregnation with electrical insulating varnishes and has a good capacity for the same, as can be seen from the weight ratio of impregnation varnish to fiber.
The structure allows essentially free access of such agents to the entire surface of each fiber and also avoids entrapping air bubbles.
None of these advantages are possible with woven fabrics because their structure is different. The known, made of twisted fibers threads are in cloths along their axes on another, whereby air can be included in the middle of the fibers. The insulation material can be impregnated with lacquers before it is used in order to produce lacquered insulation materials. The invention also includes products made in this way. The term paint is to be understood in the broadest sense and is in no way restricted to oil-resin paints.
The impregnation varnish can consist of a white and stretchable polymer, such as. B. made of a thermosetting polyester or epoxy resin, which can be finished hardened tet by further heat treatment. So z. B. Coils are wound with in the impregnated tapes and only then hardened completely.
The insulating materials according to the invention can be cut into strips or tapes, the edges of which do not fray. Such tapes can be stretched to an extent of at least 20% without tearing. You are suitable. for winding on spools and similar devices, adapting well to the shape of the same. The described structure of the insulating materials means that the fibers only move as far as is necessary to adapt to the shape in which they are to be brought. In contrast, a normal woven tape has a lower stretchability.
With a woven cotton fabric it is only approx. 6.5%. With normal weaving, however, entire bundles of fibers (yarns or threads) have to shift over considerable distances in order to adapt to the desired shape. However, it is desirable that this adaptation takes place with a minimum amount of fiber movement, since otherwise added impregnating agents lose the context.
The polyester fibers have excellent electrical properties. They have a non-corrosive effect on their surroundings and are very resistant to moisture. They are insoluble in oils and in many organic solvents. They are good heat resistant and have a long service life. These characteristic properties are already known.
Another important characteristic of these insulating materials is that they can be layered against a polyester film. In this way, a flexible, fibrous sheet material or a similar tape, which is used for elec tric isolation, z. B. for the isolation of slots, with and without impregnation.
These new insulation materials can contain one or more layers of a nonwoven fabric made from a mixture of 2 types of polyester staple fibers, both of which have a length of approx. 25.4 mm. One of these types provides fibers which are autogenously connected at their crossing points and thereby form a network that forms a uniform structure. Autogenous connection is understood to mean the process that the fibers are connected at the points of intersection without the use of foreign adhesives using pressure by melting them together at the softening temperatures.
The other type of polyester resin provides fibers which are not interconnected at the intersection points. The fibers connected in this way provide a network through which the fibers that are not connected are braided.
This result is achieved by using a mixture of drawn and undrawn polyester fibers forming the two types described above. Each of these types of fibers should preferably be 40-60% of the total weight of fibers (= 100%)
be. Polyester fibers are well known by this name and are commercially available. They are made from dihydric alcohols and aromatic dicarboxylic acids and form high-polymer linear polyesters. The threads are made using a melt spinning process.
The regular, commercially available threads are subjected to a stretching process. These drawn threads have a higher softening point, improved tensile strength and elasticity, and reduced stretchability. These changes compared to the unstretched fiber are due to the orientation of the polymer molecules in the fiber axis direction, which is accompanied by the formation of crystals. The endless threads are chopped up into staple fibers.
The commercial product, be it in the form of yarns or in the form of staple fibers, consists exclusively of drawn goods, and only these have the properties that are required of conventional textiles.
The undrawn type of polyester fiber is just an amorphous intermediate and has no oriented molecules.
Polyester fibers are manufactured in the United States by the Du Pont Company and are sold under the trade name Dacron.
The drawn fiber type that is commercially available cannot be used as the only fiber type in the method according to the invention. The melting point of commercially available Dacron fibers is approx. 240 oC, and the temperature range within which the fibers soften and melt is very narrow. This makes it impossible to autogenously bond the fibers autogenously in a satisfactory manner by heating and pressing. This is because the fibers either do not soften in such a way that they can melt together, or they become so plastic at the softening point that they are crushed.
However, even the undrawn type of polyester fiber cannot be used as the sole fiber component in the process according to the invention. These intermediates in the manufacture of Dacron® fibers have a thermal softening point such that they would be crushed to a high degree if subjected to a heat and pressure adequate to firmly fuse the fibers together at their crossing points .
It has now been found that a fabric-like mixture of these two fiber types is solidified by heat and weak pressure in such a way that the undrawn fibers are autogenously connected at their crossing points without any structural change. Each type should be represented with about 40-60 weight 0/0.
If the amount of undrawn fiber is less than 40%, the resulting nonwoven structure is not sufficiently uniform.
If the proportion thereof is much more than 60%, the nonwoven fabric becomes too stiff, strength and elasticity become insufficient. The temperature should be chosen so that the undrawn fibers melt together, while the drawn fiber portions should not soften.
The undrawn Dacron fiber type has a large softening range between 150 and 230 oC. In this range, satisfactory autogenous compound can be achieved. contains sationkatalysator, which dries and hardens when the impregnated nonwoven is heated and forms a coating of polyester lacquer on the fibers. It prevents any tendency to fray and increases tensile strength.
Such a nonwoven fabric which has such a polyester cover can be autogenously bonded to a polyester film by suitable treatment with heat and pressure.
Complete impregnation of the porous nonwoven fabric, be it with a coating beforehand or not, with any suitable electrically insulating varnish, leads to a flexible insulation product provided with varnish, the desired properties of which are partly due to the peculiarities of the fiber-containing nonwoven fabric , partly due to the relatively high proportion of impregnation varnish in terms of weight or volume. The situation is similar when a tape of such a nonwoven fabric is used for winding on spools.
The subsequent impregnation with an insulating varnish leads to an excellent insulating coating as a result of the interaction of these favorable circumstances. <I> Mode of operation </I> The apparatus which is used for the continuous Her position of the insulating material according to this invention consists essentially of a carding machine which mixes the fibers and then delivers a fleece. Furthermore, a rotating heated drum with suitable pressure rollers are required.
The fleece is exposed to the same heat and pressure, the fibers being pressed together and the non-drawn fibers being combined into a uniform structure. Furthermore, a winder is required which rolls up the end product in rolls. Additional means can also be provided to feed a previously fabricated nonwoven from a roll so that it comes to rest over a carded nonwoven while it is being guided to the rotating drum.
In this way, a multi-layer nonwoven is produced by lamination: The term carding machine not only includes machines of this type that are common in technology, but also garnetting machines, which also deliver carded nonwovens. The carding process straightens the fibers and provides an open, fluffy fiber fleece made of non-parallel, intersecting fibers that run over and under each other in a heterogeneous manner. Each fiber is crossed by numerous other fibers.
The mixture of the fibers is preferably produced in such a way that the fibers are put into a machine in the desired proportion in the desired proportion, as is sent for plucking the wool: this apparatus loosens the fibers and mixes them.
The heating drums with the press rollers should only exert a slight pressure on the fleece. The rollers should be made of soft material. This pressure is completely different from the pressure exerted by calenders in textile spinning mills. These have hard rollers through whose roller gap flat material passes under high pressure. However, if you want to prevent the softened fibers from being crushed, gentle pressure must be applied.
The heating drum can be set up horizontally and made of polished steel. It can have a diameter of 762 mm and a length of 1676.4 mm. It can be used to treat fleeces with a width of 1584 mm. It is heated inside. The surface temperature should be 215-229 OC. It should make 7.65 revolutions per minute, so that it has a speed of <B> 1828.8 </B> 8 cm per minute on the periphery. They can produce 1097.28 meters of product per hour.
The two horizontal pressure rollers are mounted so that they lie against the heating drum. The distance between the pressure rollers is approximately two thirds of the circumference of the heating drum. The nonwoven fabric is fed from the carding machine into the nip between the first pressure roller and the drum and then continues to move into contact with the surface of the rotating drum until it passes the nip between the second pressure roller and the drum, a path of about 2/3 of the drum circumference is put back.
The nonwoven fabric is then drawn up and around the second pressure roller and thus removed from the surface of the heating drum. It is pulled through pull rollers and then goes to take-up rollers. The stripping of the nonwoven fabric from the drum is facilitated by a thin silicone layer which is applied to the surface of the drum.
The movable pressure rollers are hollow steel cylinders with a diameter of 127 mm, which are mounted in a journal bearing so that they can rotate freely. The desired pressure is exerted on the journal bearings by air-filled cylinders, the roller pressure being controlled by the air pressure. The nonwoven reaches the second pressure roller, with which the nonwoven comes into contact, when it is already heated, whereby the undrawn polyester fibers are in a soft state. This roller should only exert such a slight pressure that the fibers are autogenously connected but not crushed.
This roller is encased in 20 layers of smooth glass fabric which is wound in such a direction that the outer end is dragged through the roller gap.
The glass fabric has a soft and flexible surface, which does not stick to the heated fleece and which gives good contact at the roller gap. Such a glass coating is not necessary in the case of the first pressure roller because the fleece passes through the nip before it has had an opportunity to warm to a temperature at which the fibers soften. This roller serves more to make the fluffy fiber fleece compact and to keep the tension side of the fleece in good contact with the rotating drum while the fleece moves against the nip of the second roller. The total pressure of the first pressure roller is kept at approximately 113 kg. This corresponds to a pressure that corresponds to a little more than 0.72 kg per cm of fabric width.
The total pressure of the second roller is between 113 kg and 454 kg, depending on the conditions.
If you want to make a two-layer product, the process is the same with the exception that a previously manufactured single-layer nonwoven is inserted into the gap of the first pressure roller. It lies over a fleece coming from the crimping machine. The latter is in contact with the heating drum. In this case, the drum temperature is increased by 8.3 C, and the pressure of the press rollers is increased slightly to ensure the connection between the two fabrics. The procedure is similar if you want to manufacture a three- or four-layer product.
A two- or three-layer nonwoven is then introduced with the nonwoven from the carding machine into the nip of the first pressure roller. This connects another layer with the others and at the same time solidifies the fleece from the carding machine.
The final settings for temperature and pressure are made during manufacture so that the product has the desired structure. This can easily be determined by examination. Example Typical preferred types of electrical insulation materials are two-layer and three-layer polyester nonwoven fabrics, which are produced as follows.
Equal parts by weight of drawn Dacron® staple fibers (38.10 mm average length, 1.5 denier) and undrawn polyester staple fibers (31.75 mm average length) made from continuous filaments made in the Dacron® manufacturing operation but not subjected to the stretching process, obtained by chopping, are plucked and mixed together.
The undrawn fibers have a diameter of 0.0254 to 0.0508 mm, which is about twice as large as that of the corresponding drawn fibers. The drawn fibers have a melting point of approximately 240 C and the temperature range in which the fiber softens and melts is very narrow. The undrawn polyester staple fiber has a broad softening range of approximately <B> 150 </B> to 230 IIC. As can be seen, this range is below the temperature range within which the drawn fiber softens and melts.
The carding machine is operated in such a way that a random carded fleece is produced at approximately 16.15 m per minute. This fleece is fed to the nip of the first pressure roller with the lowest possible stretch. The first pressure roller is held in contact with the heating drum with approximately 113 kg of pressure. The heating drum is operated at a speed of about 17.37 m per minute and carries the fleece around the second pressure roller, which is covered with approximately 6.35 mm fine glass cloth. The heating drum is lightly coated with a silicone oil to prevent sticking to the drum and to allow the solidified nonwoven fabric to be easily peeled off.
The temperature of the heating drum is approx. 215 aC. The nonwoven fabric is then fed around and through the nip by powered steel and rubber covered pull rolls to pull the nonwoven fabric from the heating drum and prevent wrinkling. The nonwoven fabric is then wound onto a core which is pressed against a winding roller by a weighted lever mechanism.
When manufacturing a two-layer product, the process is the same with the exception that a previously produced single-layer, consolidated nonwoven is also fed to the nip of the first pressure roller so that it lies over the nonwoven from the carding machine and the latter the surface of the heating drum. touched. The drum temperature is increased by approx. 8.4 OC, and the pressure roller pressures are also increased somewhat in order to ensure the connection of the two nonwovens.
A three-layer product is made in a similar manner using a previously made two-layer product at the first nip of the press roll.
The two-layer product has a surface area of 267.55 m2 and a basic weight of <B> 13.6 </B> kg, corresponding to a weight of 50.9 g per m2. The thickness measured with the caliber is approximately 0.1651 mm. The tensile strength measured lengthways is at least 0.71 kg / cm width, the tensile strength measured perpendicular to it is approx. 0.18 kg / cm width. This difference is due to the fact that the components of the fiber direction in the longitudinal direction exceed the components in the transverse direction. The elongation until it breaks is <B> 25- </B> 31 0/0.
The three-layer product has a ream weight of 20.4 kg, which corresponds to a weight of 76.3 g per m2. The thickness measured with the caliber is approximately 0.2032 mm. The lengthwise tensile strength is at least 1.78 kg / cm width, the tensile strength measured perpendicular thereto is 0.44 kg / cm width, and the elongation is 20-26%.
The consolidated nonwoven fabric can be calendered if a denser structure and uniform thickness are desired. The temperature and pressure should be chosen so low that the character of the tissue is not lost and the fibers are not cut. The two layer product described above is z. B. calendered in a befriedi gender manner by letting it go through the nip of a pair of arched steel rollers of 457.20 mm in diameter. The rollers have a peripheral speed of 12.19 meters per minute.
The surface temperature of the rollers is <B> 110 </B> OC. The pressure is adjusted so that the thickness of the non-woven fabric is reduced from 0.1651 mm to 0.1133 mm.
The fiber-containing polyester nonwoven can also be autogenously laminated to a polyester film. A three-layer nonwoven is e.g. B. laminated to a Mylar polyester film 0.0127 mm thick by passing a two-layer nonwoven together with the film through the device described above, consisting of a heating drum and pressure rollers,
whereby a fleece coming from the carding machine is arranged in between and the film comes to lie on the inside in direct contact with the drum. As a result, the surface of the polyester film is autogenously connected to the non-stretched fibers of the fabric which are in contact with the film.
The film is drawn and therefore has an increased softening temperature which is above the softening point of the undrawn fibers, so that the connection can be achieved at temperatures below the softening temperatures of the drawn fibers and the film. This avoids a deterioration in the physical and electrical properties of the film. There is no bond between the film and the drawn fibers. This promotes flexibility and deformability.
The Mylar® polyester film is a product of the Du Pont Company and is made from a polyester of ethylene glycol and terephthalic acid.