CN116323839A - 具有热塑性绝缘体的电磁线 - Google Patents

具有热塑性绝缘体的电磁线 Download PDF

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Abstract

描述了包括由多层不同材料形成的挤出绝缘体的电磁线。电磁线可以包括导体和形成在导体周围的绝缘体。绝缘体可以包括围绕导体形成的第一层挤出热塑性绝缘体和围绕所述第一层挤出热塑性绝缘体形成的第二层挤出热塑性绝缘体。第一层可以由具有第一热指数的第一聚合物材料形成，并且第二层可以由具有高于第一热指数的第二热指数的第二聚合物材料形成。

Description

具有热塑性绝缘体的电磁线
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2020年8月7日提交的题为“Magnet Wire with ThermoplasticInsulation(具有热塑性绝缘体的磁体线)”的美国临时申请No.63/062,501的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开的实施例总体上涉及电磁线，并且更具体地，涉及包括由多层不同材料形成的挤出绝缘体的电磁线。
背景技术
电磁线，也称为绕组线或磁绕组线，用于各种电机和设备中，例如逆变器驱动电机、电机起动发电机、变压器等。通常，电磁线通过将电绝缘体施加到金属导体(例如铜、铝或合金导体)上来构造。绝缘体提供电完整性并防止电磁线中的短路。常规绝缘体通常由聚合物搪瓷膜组成，所述聚合物搪瓷膜以连续的层施加并在烘箱中固化。搪瓷层通常作为含有悬浮在溶剂中的热固性聚合物材料的清漆施加，并且热固化除去溶剂。为了实现更高的介电强度和局部放电性能以满足增加的电性能标准，通常需要施加更多数量的层，并因此使搪瓷变厚。然而，每次连续通过熔炉降低了搪瓷和导体之间的粘附力，并且难以构建超过某一点的搪瓷厚度。另外，增加的搪瓷层可能导致溶剂起泡或成珠和/或柔韧性降低。此外，用于施加搪瓷绝缘体的方法是能量密集且低效的，并且所使用的溶剂通常是必须适当处理的危险材料。
最近，已经尝试由挤出的热塑性材料形成电磁线绝缘体。热塑性绝缘体挤出在裸导体或具有基础搪瓷绝缘体的导体上。例如，可以在导体上挤出相对厚的高性能材料层，例如聚醚醚酮(“PEEK”)。作为另一个实例，美国专利9,224,523描述了一种电磁线，其中PEEK被挤出在搪瓷层上。类似地，美国专利9,324,476描述了一种电磁线，其中PEEK或聚芳醚酮(“PAEK”)挤出在搪瓷层上。使用某些高性能热塑性材料可以形成具有与某些搪瓷材料类似性能的绝缘材料。例如，PEEK可以具有与热固性聚酰亚胺类似的性能。
然而，相对高性能的热塑性材料是昂贵的，并且相对于利用所有搪瓷的常规绝缘体而言增加了电磁线的成本。例如，热塑性PEEK可以具有比热固性聚酰亚胺大两倍至四倍的成本。因此，存在改进的绝缘电磁线的机会，并且更具体地，存在包括由多层不同材料形成的热塑性绝缘体的改进的电磁线。特别地，存在改进的电磁线的机会，该改进的电磁线包括较低成本或较低性能的第一聚合物材料的基层和较高性能的第二聚合物材料的第二层。
附图说明
详细的描述参考附图进行。在附图中，附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目；然而，各种实施例可以利用除了图中所示的元件和/或部件之外的元件和/或部件。另外，提供附图是为了说明本文描述的示例实施例，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的说明性实施例的示例性电磁线的透视图，该电磁线包括由多层不同材料形成的挤出绝缘体。
图2A-2D是根据本公开的说明性实施例的示例性电磁线构造的横截面图，该电磁线构造包括由多层不同材料形成的挤出绝缘体。
图3是根据本公开的说明性实施例的可用于在电磁线上形成挤出绝缘体的示例性系统的示意图。
图4是描绘根据本公开的说明性实施例的用于形成包括由多层不同材料形成的挤出绝缘体的电磁线的示例方法的流程图。
具体实施方式
本公开的各种实施例涉及电磁线，其包括导体和围绕导体形成的绝缘体，其中多个层由不同的挤出聚合物材料形成。绝缘体可以至少包括围绕导体形成的挤出热塑性绝缘体的第一层和围绕所述第一层形成的挤出热塑性绝缘体的第二层。第一层可以由具有第一热等级、第一热指数和/或第一熔融温度的第一聚合物材料形成，并且第二层可以由不同于第一聚合物材料并且具有高于第一热等级的第二热等级、高于第一热指数的第二热指数和/或高于第一熔融温度的第二熔融温度的第二聚合物材料形成。在某些实施例中，热塑性绝缘体的第一层可以直接围绕导体形成。在其他实施例中，一个或多个基部绝缘体层可以围绕导体形成，并且热塑性绝缘体的第一层可以围绕基部绝缘体层形成。例如，可以在导体周围形成一层或多层聚合物搪瓷绝缘体层，并且可以在搪瓷周围形成热塑性绝缘体的第一层。
本公开的其他实施例涉及形成电磁线的方法，所述电磁线包括导体和围绕所述导体形成的绝缘体，所述绝缘体包括多个不同的挤出热塑性材料层。可以提供导体，并且可以在导体周围形成绝缘。形成绝缘可以包括形成围绕导体的热塑性绝缘体的第一层和围绕所述第一层的热塑性绝缘体的第二层。形成第一层可包括挤出具有第一热等级、第一热指数和/或第一熔融温度的第一聚合物材料。形成第二层可以包括挤出不同于第一聚合物材料并且具有高于第一热等级的第二热等级、高于第一热指数的第二热指数和/或高于第一熔融温度的第二熔融温度的第二聚合物材料。
在本公开的各种实施例中可以根据需要使用各种不同的聚合物材料，以便形成挤出的热塑性绝缘体层。例如，可以利用较低性能和/或较便宜的材料来形成第一层，并且可以利用较高性能的材料来形成第二层。在某些实施例中，第一聚合物材料可包括聚酯、共聚酯、尼龙、聚苯硫醚(“PPSU”)、聚苯砜(“PPS”)、聚醚砜(“PESU”)、交联聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸类、含氟聚合物和/或其他合适的聚烯烃材料中的至少一种。根据需要，第一聚合物材料可以由多种聚合物材料的共混物或混合物形成。在某些实施例中，第二聚合物材料可以包括聚醚醚酮(“PEEK”)、聚芳醚酮(“PAEK”)或聚醚酮酮(“PEKK”)中的至少一种。根据需要，第二聚合物材料可以由多种聚合物材料的共混物或混合物形成。
根据需要，可以基于各种合适的性质和/或成本考虑来选择第一聚合物材料和第二聚合物材料。在某些实施例中，第一聚合物材料可以具有200℃或更低的热等级或热指数，并且第二聚合物材料可以具有220℃、240℃或更高的热等级或热指数。根据需要，在各种实施例中，可以将一种或多种添加剂掺入挤出的绝缘体层中，例如相容剂(例如，聚合物共混物中使用的增容剂等)、填充材料、粘合促进剂等。
挤出的热塑性绝缘体的第一层和第二层也可以形成为具有各种合适的厚度和厚度比。在某些实施例中，第一层可以构成挤出绝缘体的厚度(例如，第一层和第二层的组合厚度等)的至少百分之五十五(55％)、百分之六十(60％)或其他合适的百分比。例如，第一层可以构成挤出绝缘体的厚度的百分之五十五(55％)至百分之八十(80％)，并且第二层可以构成挤出绝缘体的厚度的百分之二十(20％)至百分之四十五(45％)。在各种实施例中，可以根据需要使用其他厚度百分比和/或厚度比。此外，整个挤出的热塑性绝缘体(例如，组合的第一层和第二层等)可以形成为具有各种合适的厚度。在某些实施例中，挤出的热塑性绝缘体可以具有在大约15微米和大约200微米之间的厚度，例如在100微米至200微米之间的厚度。另外，挤出的热塑性绝缘体的各个层，例如第一层和第二层，可以形成为具有任何合适的相应厚度。
由于形成具有包括不同材料的多个层的挤出绝缘体，相对于利用高性能热塑性聚合物(诸如PEEK)的常规电磁线，可以降低电磁线的成本。例如，多层绝缘体可以包括由较便宜的材料形成的第一层和由高性能材料形成的第二层，并且两层的总成本可以低于高性能材料的单层。相对于由高性能材料(例如，PEEK)形成的单层绝缘体，多层绝缘体还可以提供类似或改进的性能(例如，PDIV、介电击穿、额定温度等)。
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的实施例，在附图中示出了本公开的某些实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。相同的附图标记始终指代相同的元件。
参考图1，示出了根据本公开的实施例的包括挤出绝缘体的示例性电磁线100的透视图。电磁线100可以包括中心导体105和围绕导体105形成的绝缘体110。绝缘体110可以包括至少两层挤出绝缘体。如图所示，绝缘体110可以包括围绕导体105形成的挤出绝缘体的第一层115和围绕第一层115形成的挤出绝缘体的第二层120。根据本公开的一个方面，第一层115和第二层120可以由不同的聚合物材料(例如，不同的单一材料、不同的材料组或材料共混物等)形成。另外，在某些实施例中，第一层115可直接形成于导体105上。在其他实施例中，可选的基部绝缘体125可以形成在导体105周围，并且第一层115可以形成在基部绝缘体125上。根据需要，基部绝缘体125可以包括任何数量的子层。
图2A-2D是根据本公开的说明性实施例的包括多个不同的挤出绝缘体层的示例性电磁线构造200、220、250、270的横截面图。图2A示出了具有圆形或环形横截面形状的示例性电磁线200，其中多个挤出绝缘体层形成在导体205周围。例如，可以在导体205周围形成挤出绝缘体的第一层210和第二层215。图2B示出了具有圆形横截面形状的另一示例性电磁线220。电磁线220可以包括导体225以及围绕导体225形成的挤出绝缘体的第一层230和第二层235。然而，图2B的电磁线220还包括围绕导体225形成的基部绝缘体240，其中挤出绝缘体的第一层230围绕基部绝缘体240形成。图2C示出了具有矩形横截面形状的示例性电磁线250，其中多个挤出绝缘体层形成在导体255周围。例如，挤出绝缘体的第一层260和第二层265可以围绕导体255形成。图2D示出了具有矩形横截面形状的另一示例性电磁线270。类似于图1和图2B的电磁线100，图2D的电磁线270包括导体275、围绕导体275形成的基部绝缘体290、以及围绕基部绝缘体290形成的挤出绝缘体的第一和第二层280、285。
现在将更详细地描述图1的电磁线100的每个层或部件。图2A-2D的示例性电磁线200、220、250、270可以包括与参考图1描述的层或部件类似的层或部件。实际上，如在各种实施例中所期望的，电磁线可以形成有各种合适的横截面形状和绝缘体配置，条件是绝缘体包括由不同聚合物材料形成的多个挤出绝缘体层。图1至图2D中所示的示例构造仅通过非限制性示例的方式提供。
先转到导体105，导体105可以由各种合适的材料和/或材料组合形成。例如，导体105可以由铜、铝、退火铜、无氧铜、镀银铜、镀镍铜、铜包铝(“CCA”)、银、金、导电合金、双金属、碳纳米管或任何其他合适的导电材料形成。另外，导体105可以形成为具有任何合适的尺寸和/或横截面形状。如图所示，导体105可以具有矩形横截面形状。在其他实施例中，诸如图2A和图2B中所示的那些实施例，导体105可以具有环形或圆形横截面形状。在其他实施例中，导体可以形成为正方形形状、椭圆形或卵形形状或任何其他合适的横截面形状。另外，如对于某些横截面形状(诸如所图示的矩形形状)所期望的，导体可以具有圆角、尖锐角、平滑角、弯曲角、成角度角、截头角或以其他方式形成的角。
导体105还可以形成为具有任何合适的尺寸，例如任何合适的规格、直径、高度、宽度、横截面积等。作为一个非限制性示例，矩形导体105的较长边可以在大约0.020英寸(508μm)和大约0.750英寸(19050μm)之间，并且较短边可以在大约0.020英寸(508μm)和大约0.400英寸(10160μm)之间。示例性方形导体可以具有在大约0.020英寸(508μm)和大约0.500英寸(12700μm)之间的边。示例圆形导体可以具有在大约0.010英寸(254μm)和大约0.500英寸(12700μm)之间的直径。可以根据需要使用其他合适的尺寸。
可以利用各种合适的方法和/或技术来形成、生产或以其他方式提供导体105。在某些实施例中，导体105可以通过将输入材料(例如，较大的导体、杆料等)拉过一个或多个模具来形成，以便将输入材料的尺寸减小到期望的尺寸。根据需要，在将输入材料拉过任何模具之前和/或之后，可以使用一个或多个展平器和/或辊来改变输入材料的横截面形状。在某些实施例中，导体105可以与绝缘体系统的一部分或全部的施加协作地(in tandem)形成。换句话说，导体形成和绝缘材料的施加可以协作地进行。在其他实施例中，具有期望尺寸的导体105可以预先形成或从外部源获得，然后可以通过后续工艺施加绝缘材料。
在某些实施例中，可以在施加挤出绝缘体的第一层115和第二层120之前在导体105上形成基部绝缘体125。可以根据需要使用各种合适的材料来形成基部绝缘体125。例如，基部绝缘体125可以包括一层或多层聚合物搪瓷、一层或多层半导电层和/或一层或多层带或包裹层。在某些实施例中，基部绝缘体125可以直接形成在导体105上，例如，围绕导体105的外周边。另外，根据需要，基部绝缘体125可以包括绝缘材料的单层或绝缘材料的多个子层(例如，多个搪瓷层等)。
在基部绝缘体125形成有多个子层的情况下，可以使用任何数量的子层。在某些实施例中，子层可以由相同的物质或材料形成(例如，由相同的聚合物材料形成的多个搪瓷层等)。在其他实施例中，子层中的至少两个可以由不同的材料形成。例如，不同的搪瓷层可以由不同的聚合物材料形成。作为另一个实例，一个或多个子层可以由搪瓷形成，而另一个子层由合适的带或包裹物形成。
如上所述，基部绝缘体125可以包括一个或多个搪瓷层。搪瓷层通常通过将聚合物清漆施加到导体105上，然后在合适的搪瓷烘箱或熔炉中烘烤导体105来形成。聚合物清漆通常包括悬浮在一种或多种溶剂中的热固性聚合物固体材料。在施加清漆之后，由于烘烤或固化而除去溶剂，从而留下固体聚合物搪瓷层。根据需要，可以将多个搪瓷层施加到导体105上。例如，可以施加第一搪瓷层，并且导体105可以通过搪瓷烘箱或其他合适的固化设备。然后可以施加第二搪瓷层，并且导体105可以再次通过固化设备(或单独的固化设备)。可以重复该过程，直到已经施加所需数量的搪瓷涂层和/或直到已经实现所需的搪瓷厚度或构造。根据需要，搪瓷烘箱可以被配置成促进线100多次通过烘箱。除了搪瓷烘箱之外或作为搪瓷烘箱的替代方案可以使用的其他固化设备包括但不限于红外光系统、紫外光系统和/或电子束系统。
在各种实施例中可以形成任何数量的搪瓷层。另外，每个搪瓷层和/或总搪瓷构造可以具有任何期望的厚度，例如约0.0002、0.0005、0.007、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.012、0.015、0.017或0.020英寸的厚度，包括在任何两个上述值之间的范围内的厚度，或包括在由上述值之一限定的最小端或最大端的范围内的厚度。可以根据需要使用各种不同类型的聚合物材料来形成搪瓷层。合适材料的实例包括但不限于聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、酰胺酰亚胺、聚酯、聚酯酰亚胺、聚砜、聚亚苯基砜、聚硫化物、聚亚苯基硫化物、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚酮等。在某些实施例中，基部绝缘体125可以包括聚酰亚胺(“PI”)搪瓷、聚酰胺酰亚胺(“PAI”)搪瓷或其组合。根据需要，可以将一种或多种合适的填充材料掺入搪瓷层中。合适的填充材料的示例包括但不限于无机材料(例如，金属等)、有机材料和/或其他材料，例如下面参考挤出绝缘体层描述的任何填充材料。在某些实施例中，填充材料可以增强搪瓷层的耐电晕性和/或一种或多种热性质(例如，耐温性、耐切穿性、热冲击等)。填充材料的颗粒可以具有任何合适的尺寸，例如任何合适的直径。此外，可以利用搪瓷层的填充材料和聚合物材料之间的任何合适的共混物或混合物比率。
根据需要，除了搪瓷之外或作为搪瓷的替代，可以使用其他类型的基部绝缘体125。在某些实施例中，基部绝缘体125可以包括一个或多个合适的包裹物或带，诸如包裹在导体105和/或任何下面的层周围的聚合物带。在其他实施例中，基部绝缘体125可以包括一个或多个半导电材料层。半导电层可以具有在导体105的电导率和绝缘体的电导率之间的电导率，并且使用一个或多个半导电层可以有助于均衡或“平滑”可能对电磁线绝缘体施加应力的非均匀电场、磁场和/或电磁场。
继续参考图1，绝缘体100可以包括围绕导体105形成的多个挤出绝缘体层。根据本公开的一个方面，挤出绝缘体的至少第一层115可以围绕导体105形成，并且挤出绝缘体的第二层120可以围绕第一层115形成。另外，第一层115和第二层120可以由不同的热塑性聚合物材料形成。例如，第一层115可以用比第二层120更低性能和/或更低成本的材料形成。在某些实施例中，诸如图2A和图2D中所示的实施例，挤出绝缘体的第一层115可以直接围绕导体105形成，而没有任何中间绝缘体层。在其他实施例中，诸如图1、图2B和图2D中所示的实施例，挤出绝缘体的第一层115可以形成在基部绝缘体125(例如，聚合物搪瓷等)上。
可以利用多种合适的材料和/或材料的组合来形成挤出绝缘体，例如第一层115和第二层120。合适的材料的示例包括但不限于聚醚醚酮(“PEEK”)、聚醚酮酮(“PEKK”)、聚醚醚酮酮(“PEEKK”)、聚醚酮(“PEK”)、聚芳醚酮(“PAEK”)、包括至少一个酮基的其他合适的聚合物、聚醚酰亚胺(“PEI”)(诸如由Sabic Global Technologies销售的
Figure BDA0004143057640000081
)、聚苯砜(“PPSU”)(诸如由美国苏威特种聚合物公司销售的
Figure BDA0004143057640000082
)、聚醚砜(“PESU”)、聚苯硫醚(“PPS”)、聚苯并咪唑(“PBI”)、聚碳酸酯、一种或多种聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)等)、一种或多种共聚酯、尼龙、热塑性聚酰胺、热塑性聚酰亚胺(“TPI”)、一种或多种丙烯酸材料、一种或多种含氟聚合物、聚苯乙烯和/或多种材料的各种共聚物。
在某些实施例中，第一层115可以由较低性能和/或较便宜的材料形成，并且第二层120可以由较高性能的材料形成。在某些示例性实施例中，第一层115可由第一热塑性聚合物材料形成，该第一热塑性聚合物材料包括聚酯、共聚酯、尼龙、聚碳酸酯、丙烯酸类、含氟聚合物、聚苯硫醚(“PPSU”)、聚醚砜(“PESU”)、聚醚酰亚胺(“PEI”)或聚苯砜(“PPS”)中的至少一种。第二层120可以由包括聚醚醚酮(“PEEK”)、聚芳醚酮(“PAEK”)或聚醚酮酮(“PEKK”)中的至少一种的第二热塑性聚合物材料形成。在某些实施例中，第一层115或第二层120中的一者可由多种聚合物材料的共混物或混合物形成。例如，第一层115可由聚合物共混物形成，该聚合物共混物包含上文列出的适合于第一层115的示例性材料中的至少一种。作为另一个实例，第二层120可以由聚合物共混物形成，所述聚合物共混物包含上面列出的适合于第二层120的材料中的至少一种(例如，包含PEEK等的共混物)。另外，在某些实施例中，用于形成第一层115的聚合物材料可与用于形成第二层120的聚合物材料不混溶。
在一个示例实施例中，第一层115可以由PEI形成，并且第二层120可以由PEEK形成。在另一个示例性实施例中，第一层115可以由PEI形成，并且第二层可以由PAEK形成。在另一个示例实施例中，第一层可以由PEI形成，并且第二层可以由PEKK形成。在其他示例实施例中，第一层可以由PPSU形成，并且第二层可以由PEEK、PAEK或PEKK形成。在其它实例实施例中，第一层可以由PESU形成，并且第二层可以由PEEK、PAEK或PEKK形成。在其他示例实施例中，第一层可以由PSU形成，并且第二层可以由PEEK、PAK或PEKK形成。可以根据需要使用其他层组合。
尽管示例性挤出绝缘体在本文中被描述为具有第一层115和第二层120，但是挤出绝缘体可以形成有任何数量的合适层。例如，在其他实施例中，三层或更多层挤出材料可以共挤出或以其他方式结合到绝缘体系统中。例如，PPSU、PEI和PEEK的组合可以共挤出为三层绝缘体。材料的其他合适的组合，包括本文讨论的任何材料，可以可替代地用于形成三个或更多个共挤出绝缘体层。
在挤出层(例如，第一层115、第二层120等)由作为共混物的聚合物材料形成的情况下，两种或更多种组分聚合物材料可以在共混物内以任何合适的共混速率或比率共混或混合在一起。例如，每种组分材料可构成聚合物共混物的按重量计的约1.0％至约99％。在某些实施例中，掺入共混物中的每种组分材料(例如，第一组分材料、第二组分材料等)可构成共混物的按重量计的约5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、45％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或95％，包括在上述值中的任何两个之间的范围内的重量百分比(例如，在约5％和95％之间、在约10％和90％之间等)，或包括在最小值或最大值由上述值中的一个界定的范围内的重量百分比(例如，至少5％、至少10％、不超过95％、不超过90％)。掺入共混物中的材料的组分材料和相对量可基于多种合适的因素来选择，所述因素包括但不限于材料的成本、加工特性、期望的介电击穿、期望的局部放电起始电压(“PDIV”)、期望的切穿、期望的热老化性质、期望的温度等级、期望的结晶度等。
根据需要，可以基于各种合适的性质和/或成本考虑来选择分别用于形成第一层115和第二层120的第一聚合物材料和第二聚合物材料。例如，第一聚合物材料可以具有低于第二聚合物材料的第二熔点的第一熔点(或熔化点)。在某些实施例中，第一聚合物材料可具有低于300℃、250℃、200℃、180℃或另一合适值的熔点。然后，第二聚合物材料的熔点可以高于第一聚合物材料的熔点。类似地，在某些实施例中，第一聚合物材料可具有低于第二聚合物材料的第二玻璃化转变温度的第一玻璃化转变温度。在某些实施例中，第一聚合物材料可具有低于300℃、250℃、200℃、180℃或另一合适值的玻璃化转变温度。然后，第二聚合物材料可以具有高于第一聚合物材料的玻璃化转变温度的玻璃化转变温度。
在各种实施例中，可以选择第一聚合物材料和第二聚合物材料以具有不同的热分类(或热等级)、热指数或耐热性。换句话说，第一聚合物材料可具有低于第二聚合物材料的第二热等级、热指数或耐热性的第一热等级、热指数或耐热性。通常由工业标准组织(例如，国家电气制造商协会、国际电工委员会、UL等)建立的热等级为绝缘材料和/或电磁线建立最大允许温度。示例性热等级包括例如180℃、200℃、220℃、240℃和250℃。热指数通常定义为以摄氏度为单位的数字，其将温度与电绝缘材料的时间特性进行比较。它可以通过将寿命与温度的Arrhenius图外推到指定时间(通常为20,000小时)来获得。作为热等级和热指数之间的差异的示例，材料可以具有230℃的热指数；然而，该材料将具有220℃的热等级，因为它不满足240℃的下一可用热等级的要求。在某些实施例中，第一聚合物材料可以具有200℃或更低的热等级，并且第二聚合物材料可以具有220℃或更高的热等级。在其他实施例中，第一聚合物材料可以具有200℃或更低的热等级，并且第二聚合物材料可以具有240℃或更高的热等级。在一个示例性实施例中，第一聚合物材料可以是具有200℃的热等级的PPSU材料，并且第二聚合物材料可以是具有240℃或更高的热等级的PEEK材料。在其他实施例中，第一聚合物材料和第二聚合物材料可以被选择为具有不同的热指数。换句话说，第一聚合物材料可以具有低于第二聚合物材料的第二热指数的第一热指数。例如，第一聚合物材料可以具有200℃或更小的热指数，并且第二聚合物材料可以具有大于或等于220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃的热指数，或者包括在上述任何两个值之间的范围内的热指数。
另外，在某些实施例中，可以将第一聚合物材料和第二聚合物材料选择为具有不同的物理性质。例如，第一聚合物材料可以包括无定形材料，并且第二聚合物材料可以包括半结晶或结晶材料。由于材料内部的独特晶体结构，具有半结晶结构的热塑性材料可以提供期望的机械性能和/或期望的耐化学性。然而，半结晶材料通常在加工期间表现出更高的热膨胀和收缩比率。例如，PEEK具有在大约1.1和1.5之间的平均模制收缩率。该收缩率高于无定形材料，例如PPSU，其具有约0.7的模制收缩比率。半结晶材料的较高模制收缩比率可在线挤出工艺期间产生较大残余应力，这可导致相对低的粘附特性。对于较厚构造的挤出电磁线，该问题加剧。使用根据本公开的实施例的多层挤出材料可以改善挤出绝缘体的粘合性能，同时仍然允许挤出绝缘体(例如，半结晶材料的外层等)提供期望的机械性能、期望的耐化学性和/或期望的热性能。另外，如果用于形成多个挤出绝缘体层的材料具有相似的体积电阻和介电常数，则多层绝缘体的介电性质和电性能可以与由单一材料(例如，PEEK等)形成的挤出绝缘体的介电性质和电性能相似或更好。
根据需要，在各种实施例中，可以将一种或多种添加剂掺入挤出绝缘体层中，例如第一层115和/或第二层120。例如，在某些实施例中，可以将一种或多种增容剂添加到聚合物材料或聚合物共混物中，以增加材料或聚合物共混物的稳定性。作为另一个实例，一种或多种含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(“PTFE”)，可以共混、混合、添加或以其他方式结合到挤出绝缘体层中。作为又一个实例，可以将一种或多种合适的填充材料添加到用于形成挤出绝缘体层的聚合物材料中。合适的填充材料的示例包括但不限于无机材料，诸如金属、过渡金属、镧系元素、锕系元素、碳纳米管、氮化硼、金属氧化物和/或诸如铝、锡、硼、锗、镓、铅、硅、钛、铬、锌、钇、钒、锆、镍等的合适材料的水合氧化物(例如，二氧化钛、二氧化硅或二氧化硅等)；合适的有机材料，例如聚苯胺、聚乙炔、聚亚苯基、聚吡咯、其它导电颗粒；和/或材料的任何合适的组合(例如，金属氧化物的共混物等)。在某些实施例中，填充材料可以增强耐电晕性和/或一种或多种热性质(例如，耐温性、耐切穿性、热冲击等)。在某些实施例中，填充材料可以包括二氧化钛、二氧化铬、二氧化硅或氮化硼中的至少一种。填充材料的颗粒可以具有任何合适的尺寸，并且可以利用填充材料和聚合物材料之间的任何合适的共混比或填充率(例如，约5％、10％、15％、20％或25％的填充率，或者包括在任何这些值之间的范围内的填充率)。另外，在填料包括不同材料的共混物的情况下，可以在填料的组分之间使用任何合适的共混比。
在某些实施例中，可以在第一层115和第二层120之间形成粘结层或粘合促进层。可以根据需要使用多种合适的材料和/或材料的组合来形成粘结层，包括但不限于聚酯、聚氨酯和/或掺入一种或多种粘合促进剂的聚合物材料。根据需要，粘结层可以挤出或以其它方式形成在第一层115和第二层120之间。粘结层或粘合促进层的使用可允许多种不同的聚合物材料用于第一层115和第二层120。
挤出热塑性绝缘体的第一层115和第二层120也可以形成为具有各种合适的厚度和厚度比。在某些实施例中，第一层115可以构成挤出绝缘体的厚度(例如，第一层115和第二层120等的组合厚度)的至少百分之五十五(55％)。在其他实施例中，第一层115可以构成挤出绝缘体的厚度的百分之五十五(55％)至百分之八十(80％)之间，并且第二层120可以构成挤出绝缘体的厚度的百分之二十(20％)至百分之四十五(45％)之间。在其他实施例中，第一层115可以构成挤出绝缘体(或总绝缘体)的厚度的百分之五十五(55％)至90％(90％)之间，并且第二层120可以构成挤出绝缘体的厚度的百分之十(10％)至百分之四十五(45％)之间。在各种实施例中，可以根据需要使用其他厚度百分比和/或厚度比。例如，第一层115可以构成挤出绝缘体的总厚度的至少51％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，或者包括在上述任何两个值之间的范围内的厚度。第二层120可以构成总厚度的大约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或49％、包括在最大端由上述值之一界定的范围内的厚度、或者包括在上述值中的两个之间的范围内的厚度。
另外，在某些实施例中，可以在第一层115和第二层120之间使用各种合适的厚度比。在各种示例性实施例中，第一层115和第二层120之间的厚度比可以是大约99/1、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25、70/30、60/40、55/45、51/49，或者包括在上述值中的任何两个之间的范围内的比率。
上述示例描述了其中挤出聚合物材料的第一层115比高性能材料的第二层120厚的电磁线。已经发现，利用较厚的第一层115可以实现期望的绝缘性能，同时最大化或提高电磁线的成本。在其他实施例中，电磁线可以形成有两个挤出层，其中第一层115比第二层115薄。例如，第一层115可以构成第一层和第二层的总厚度的大约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或49％、包括在上述值中的任何两个之间的范围内的厚度、或者包括在由上述值中的一个作为最大端而界定的范围内的厚度。第二层120可以构成挤出绝缘体的总厚度的约51％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，包括在上述值中的任意两个之间的范围内的厚度，或者包括在由上述值中的一个作为最小端而界定的范围内的厚度。类似地，可以在第一层115和第二层120之间使用各种合适的厚度比。在各种示例性实施例中，第一层115和第二层120之间的厚度比可以是大约1/99、5/95、10/90、15/85、20/80、25/75、30/70、40/60、45/55、49/51，或者包括在上述值中的任何两个之间的范围内的比率。在其他实施例中，第一层115和第二层120可以形成为具有近似相等的厚度(例如，近似50/50的厚度比等)。
尽管相应的第一层115和第二层120在图1中示出为单个层，但是在其他实施例中，第一层115和第二层120中的一者或两者可由多个子层形成。因此，电线100的绝缘体110中可以包括多于两个单独的挤出热塑性绝缘体层。在某些实施例中，可以利用多种较低成本或较低性能的热塑性材料来形成第一层115的子层。在某些实施例中，结合到挤出层(诸如第一层115或第二层120)中的多个子层可由相同的聚合物材料(例如，单一聚合物材料、聚合物共混物等)形成。在其他实施例中，至少两个子层可由不同的聚合物材料形成。在一个示例性实施例中，由第一材料形成的第一子层可以提供对下面的层(例如，导体105、基部绝缘体125、下面的第一层115)的更大的粘附，并且由第二材料形成的第二子层可以提供其他期望的特性(例如，电性能、机械性能、流体阻力等)。在另一个示例性实施例中，第一子层可以形成为填充层，而第二子层(由相同的聚合物材料或不同的聚合物材料形成)是未填充的。实际上，对于第一层115或第二层120，可根据需要使用各种各样的子层构型。因此，应当理解，可以将任何合适数量的挤出绝缘体层结合到电磁线100中。
此外，整个挤出的热塑性绝缘体(例如，组合的第一层115和第二层120等)可以形成为具有各种合适的厚度。在某些实施例中，挤出的热塑性绝缘体可以具有在大约15微米和大约200微米之间的厚度。在其他实施例中，挤出的热塑性绝缘体可以具有在100微米至200微米之间的厚度。在各种实施例中，整个挤出的热塑性绝缘体可以具有约15、20、25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575或600微米的厚度、包括在上述值中的任何两个之间的范围内的厚度，或者包括在由上述值中的一个作为最小端或最大端而界定的范围内的厚度。另外，挤出的热塑性绝缘体的各个层，例如第一层115和第二层120，可以形成为具有任何合适的相应厚度。
这些示例性厚度允许挤出绝缘体足够薄，以允许所得的电磁线100的相对紧密的包装。另外，在某些实施例中，挤出绝缘体可以形成为具有与下面的导体105和/或任何基部绝缘体125的横截面形状类似的横截面形状。例如，如果导体105具有矩形横截面形状，则挤出绝缘体可以形成为具有矩形横截面形状。在其他实施例中，挤出绝缘体可以形成为具有与下面的导体105(和/或下面的基部绝缘体125)的横截面形状不同的横截面形状。作为一个非限制性示例，导体105可以形成为具有椭圆形横截面形状，而挤出绝缘体形成为具有矩形横截面形状。将理解各种各样的其他合适的配置。
挤出工艺可以导致由大约100％固体材料形成挤出绝缘体层(例如，第一层115和第二层120)。换句话说，挤出绝缘体层可以不含或基本上不含任何溶剂。因此，挤出绝缘体层的施加可比搪瓷层的施加能量密集性更低，因为不需要蒸发溶剂。在某些实施例中，第一层115和第二层120可同时形成。换句话说，可以执行单个聚合物挤出步骤，在该步骤期间，第一层115和第二层120围绕导体105共挤出。在其他实施例中，第一层115和第二层120可经由多个单独或连续的挤出步骤或操作而形成。换句话说，可以挤出第一层115，并且随后可以在第一层115上挤出第二层120。可以根据需要执行任何数量的挤出步骤或操作，以构造第一层115和第二层120以及其任何子层。
在某些实施例中，可以控制挤出工艺，使得挤出的第一层115和第二层120沿着电磁线100的纵向长度具有相对均匀的厚度。换句话说，挤出绝缘体和/或一个或多个挤出层(例如，第一层115、第二层120)可以形成为具有近似接近1.0的同心度。挤出绝缘体(或挤出层)的同心度是在沿着电磁线100的纵向长度的任何给定横截点处挤出绝缘体的厚度与挤出绝缘体的薄度的比率。在某些实施例中，挤出绝缘体(或挤出层)可以形成为具有约1.0和1.8之间的同心度。例如，挤出绝缘体(或挤出层)可以形成为具有约1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.6、1.7、1.75、1.8的同心度、上述值中的任何两个之间的同心度、或以上述值之一为最大值界定的同心度(例如，约1.1或更小的同心度、约1.3或更小的同心度等)。类似于挤出绝缘体层，还可以控制一个或多个其他绝缘体层(例如，基部绝缘体层125等)的施加，以产生期望的同心度，例如上面参考挤出绝缘体讨论的任何示例同心度。
如上所述，在某些实施例中，第一层115可以直接形成在导体105或下面的基部绝缘体125上。换句话说，第一层115可以在不使用粘结剂、粘合促进剂或粘合剂层的情况下形成在下面的层上。例如，第一层115可以由提供期望粘附性的聚合物材料形成。作为另一示例，可以在施加第一层115之前控制电磁线100的温度，以消除对粘合剂层的需要。因此，第一层115可以在不使用单独的粘合剂的情况下结合到下面的层。在其他实施例中，一种或多种合适的粘结剂、粘合促进剂或粘合剂层可以结合在第一层115和下面的层之间。可以根据需要使用多种合适的粘合促进剂。类似地，在某些实施例中，第二层120可以直接形成在第一层115上。在其他实施例中，一种或多种合适的粘结剂、粘合促进剂或粘合剂层可以结合在第一层115和第二层120之间。类似地，粘结剂、粘合促进剂和/或粘合剂层可任选地掺入挤出层的各种子层之间。
在其他实施例中，可以在导体105、任何数量的基部绝缘体层125和/或任何数量的挤出层上利用一种或多种合适的表面改性处理，以促进与随后形成的层的粘附。例如，导体、搪瓷、基层或挤出层的表面可以通过合适的处理来改性，以便促进与随后形成的绝缘体层(例如，随后形成的搪瓷层、随后形成的挤出层等)的粘附。合适的表面改性处理的实例包括但不限于等离子体处理、紫外线(“UV”)处理、电晕放电处理和/或气体火焰处理。表面处理可以改变导体或绝缘体层的形貌，和/或在导体或绝缘体层的表面上形成增强或促进随后形成的绝缘体层的结合的官能团。因此，表面处理可以减少层间分层。
由于形成了具有包括不同材料的多个层(例如，第一层115和第二层120)的挤出绝缘，相对于利用高性能热塑性聚合物(诸如PEEK)的常规电磁线，电磁线100的成本可以降低。例如，多层绝缘体可以包括由较便宜的材料形成的第一层115和由高性能材料形成的第二层120，并且两个层115、120的总成本可以低于单层高性能材料(例如，全PEEK等)。相对于由高性能材料(例如，PEEK)形成的单层绝缘体，多个挤出绝缘体层还可以提供类似的性能，或者在一些情况下，提供更好的性能(例如，PDIV、介电击穿、额定温度等)。
由包括不同材料的多个层形成的挤出绝缘体和/或包含挤出绝缘体的绝缘体系统可以具有各种合适的电性能参数，例如各种合适的PDIV值和/或介电强度或击穿强度值。在某些实施例中，多层挤出绝缘体和/或包含多层挤出绝缘体的绝缘体系统可以提供在25℃下至少约1000、1100、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300或2400伏的PDIV值，或者包括在上述值中的任意两个之间的范围内的PDIV值。类似地，在某些实施例中，挤出绝缘体和/或包含挤出绝缘体的绝缘体系统可以提供至少约10,000、11,000、12,000、12,500、13,000、13,500、14,000、14,500、15,000、15,500、16,000、16,500、17000、17,500、18,000、18.500、19,000、20,000、20,500或21,000伏的介电强度值(例如，通过合适的工业标准测试(例如弹箱(shotbox)或箔测试等)测量的介电强度值)，或者包括在任何两个上述值之间的范围内的介电强度值。在某些实施例中，可以选择用于形成第一层115和第二层120的聚合物材料，以便实现用于预期电磁线应用的期望的电气(例如，PDIV、介电强度等)和/或耐化学性特性。
上面参考图1-2D描述的电磁线100、200、220、250、270仅作为示例提供。在各种实施例中，可以根据需要对所示的电磁线100、200、220、250、270进行各种替代。例如，除了由聚合物共混物形成的挤出绝缘体之外，可以将各种不同类型的绝缘体层结合到电磁线中。作为另一示例，可以改变电磁线和/或一个或多个绝缘体层的横截面形状。实际上，本公开设想了多种合适的电磁线构造。
可以根据需要利用各种合适的系统和/或方法来在电磁线(诸如图1至图2D的示例性电磁线中的任一个)上形成多个挤出绝缘体层。图3中示出了用于形成多个挤出绝缘体层的一个示例性系统300的示意图。系统300可以包括便于处理电磁线305的各种部件。如图所示，系统300可以包括放线装置310、预热器315、挤出机320、冷却槽325和取料装置330。下面更详细地描述这些部件中的每一个以及可以可选地结合到系统300中的其他部件。
参考图3，合适的放线装置310可以向系统300的部件提供电磁线305，该系统300的部件被配置为形成挤出绝缘体。在某些实施例中，放线装置310可以提供具有期望尺寸(例如，期望的横截面形状、期望的直径、期望的宽度和厚度等)的电磁线305。根据需要，在放线装置310提供电磁线305之前，还可以在电磁线305上形成基部绝缘体。在其他实施例中，放线装置310可以向被配置成形成具有期望尺寸的导体的一个或多个部件和/或向被配置成形成基部绝缘体的一个或多个部件提供输入材料。
根据需要，系统300可包括一个或多个线材形成设备或部件，其被配置成接收输入材料(例如，杆料等)并处理所接收的输入材料以形成具有所需尺寸的导体。例如，输入材料可以由合适的杆分解设备或杆磨机处理，所述杆分解设备或杆磨机将输入材料拽或拉过一个或多个模具，所述模具将输入材料的尺寸减小到期望的尺寸。根据需要，可以使用一个或多个展平器和/或辊来改变输入材料的横截面形状(例如，以形成矩形线材)。作为另一个实例，输入材料可以由形成具有期望尺寸的导体的合适的适形设备或系统处理。作为又一示例，导体可以经由3D打印或增材制造工艺形成。
在某些实施例中，系统300可以包括一个或多个部件或子系统，其被配置为在形成挤出绝缘体之前在电磁线305上形成基部绝缘体。例如，系统300可以包括一个或多个搪瓷形成部件，例如清漆施加系统(例如，施加模具等)和一个或多个固化设备(例如，搪瓷烘箱、紫外固化系统等)，其被配置为在电磁线305上形成任何合适数量的搪瓷层。其他合适的基部绝缘体形成部件可以根据需要结合到系统300中。
继续参考图3，系统300可以包括被配置为在施加挤出绝缘体之前控制电磁线305的温度的一个或多个部件。例如，电磁线305可以通过一个或多个预热器320，以便在挤出过程之前达到期望的温度。预热器315可以包括被配置为增加或升高电磁线305的温度的任何合适的部件，例如一个或多个加热线圈、加热器、烘箱等。根据需要，还可以使用一个或多个冷却设备。可以调节或控制电磁线305的温度以在挤出之前实现各种合适的值。例如，在某些实施例中，在挤出之前，可以将温度控制在约180℃或更高、200℃或更高或其他所需温度。作为另一个实例，可以在挤出之前将温度控制在约400°F或更高。将温度控制或保持在该水平可以促进挤出的热塑性层与下面的导体或基部绝缘体之间的粘附。
一个或多个合适的挤出机320或挤出设备可以被配置为接收电磁线305并在电磁线305上挤出多层热塑性绝缘体。在某些实施例中，挤出机320可以被配置为将第一层和第二层挤出热塑性绝缘体共挤出。在其他实施例中，挤出机320可以被配置为连续地或相继地施加第一层和第二层挤出热塑性绝缘体。在某些实施例中，每个挤出机320可以是单螺杆或多螺杆(例如，双螺杆等)挤出机，其被配置为接收输入材料并在通过任何数量的合适的挤出头和/或被配置为施加所需量的热塑性绝缘体的其他设备挤出到电磁线305上之前处理(例如，混合、增加温度、增加压力等)输入材料。根据需要，可以控制挤出绝缘体的流速以获得所需的厚度。另外，在某些实施例中，可以利用一个或多个挤出模具来控制挤出绝缘体的厚度和/或形状。
可以执行各种合适的操作，以便促进和/或优化多个热塑性绝缘体层(例如第一和第二挤出绝缘体层)的共挤出。在某些实施例中，可以调节一种或多种挤出材料的熔融温度和/或粘度，以优化挤出材料的相容性和/或粘附性。在某些实施例中，还可以调节导体温度以优化一种或多种挤出材料的相容性和/或粘附性。
继续参考图3，系统300可以包括被配置为在挤出过程之后控制电磁线305的温度的任何合适的设备。在某些实施例中，挤出绝缘体可以在挤出后被加热。另外，在某些实施例中，可以控制在拾取成品电磁线305之前冷却挤出绝缘体的过程。作为控制挤出绝缘体的冷却速率的结果，可以实现期望的特性(例如，期望的结晶度等)。冷却设备可以包括被配置成在拾取(或后续处理)之前降低成品电磁线的温度的任何合适的设备和/或系统。在某些实施例中，冷却设备可以包括冷却槽325、淬火器或液体浴(例如，水浴)，电磁线305可以穿过冷却槽325、淬火器或液体浴以便冷却。浴中液体的温度可以通过再循环液体来控制。另外，可以根据控制液体温度和/或建立冷却槽325的期望长度来控制冷却速率。
在挤出绝缘体冷却之后，可以将成品电磁线305提供给一个或多个合适的取料装置330、蓄能器或拾取设备。这些设备可以例如向电磁线305施加张力、捆扎线305和/或将成品线305缠绕到线轴上。在其他实施例中，电磁线305可以在取料之前被提供给一个或多个下游设备或部件。例如，电磁线305可以被提供给被配置为在电磁线305上形成附加绝缘体的一个或多个部件，诸如被配置为在电磁线305上形成适形绝缘体层(例如，聚对二甲苯层等)的子系统。作为另一示例，电磁线305可以被提供给一个或多个部件，该一个或多个部件被配置成由电磁线305形成一个或多个制品，诸如可以结合到电机或其他电气设备中的夹(hairpin)或线圈。
在某些实施例中，第一挤出绝缘体层和第二挤出绝缘体层的形成可以与一个或多个其他工艺以串联(tandem)或内联(inline)的方式形成。例如，挤出绝缘体的形成可以与线拉制或导体形成和/或与一个或多个基部绝缘体层的形成以串联的方式形成。在其他实施例中，电磁线105可以在整个过程内的任何合适的步骤处被拾取，并且随后被提供给另一个部件或子系统。
另外，可以将任何合适数量的电机、飞轮、绞盘和/或称重传感器结合到系统300中，以控制电磁线305通过系统300。任何合适数量的控制器(例如，控制单元、计算机、微控制器等)可以被配置为控制系统300的各种部件。例如，一个或多个控制器可以促进系统300内的电机和/或线速度的同步。根据需要，控制器和/或控制器的组合可以另外控制各种其他参数，例如施加的清漆的流速、搪瓷烘箱的温度、各种加热/冷却设备的温度、挤出设备的流速、淬火器中包括的液体的温度和/或在电磁线305上进行的各种测试。每个控制器可以是单独的部件，或者可替代地，并入到另一设备或部件中。另外，任何数量的合适的通信信道(例如，有线通信信道、无线通信信道等)可以促进控制器与一个或多个其他部件(例如，一个或多个电机、另一控制器、其他设备等)之间的通信。
上面参考图3描述的系统300仅作为示例提供。可以利用各种其他合适的系统来形成包括多个挤出绝缘体层的电磁线。这些系统可以包括比图3的系统300更多或更少的部件。另外，这些系统可以包括图3的系统300的某些替代部件，图3的系统300仅作为非限制性示例提供。实际上，本公开设想了可以用于形成电磁线的各种合适的系统。
图4是描绘用于形成根据本公开的说明性实施例的包括多个挤出绝缘体层的电磁线的示例性方法400的流程图。可以利用各种合适的系统和/或设备来执行方法400。例如，方法400的一部分可以由图3的系统300执行。方法400可以在框405处开始，并且可以提供导体。在某些实施例中，可提供具有所需尺寸的预成型导体。在其他实施例中，可以提供和处理输入材料以便形成具有期望尺寸的导体。例如，输入材料可以由杆磨机、展平器和/或辊加工，以便提供具有所需尺寸的导体。
在框410处，其在某些实施例中是可选的，可以在导体上形成基部绝缘体。可以根据需要形成各种合适的基部绝缘体和/或不同类型的基部绝缘体的组合。例如，可以形成一个或多个搪瓷层。在某些实施例中，可以形成一层或多层聚酰胺酰亚胺和/或聚酰亚胺搪瓷作为基部绝缘体。作为另一实例，可形成一个或多个半导电层。
在框415处，可以提供第一热塑性聚合物材料和第二热塑性聚合物材料用于挤出。如本文所述，可以提供多种合适的材料、材料的组合和/或聚合物共混物作为第一和第二聚合物材料。根据本公开的一个方面，第一聚合物材料可以不同于第二聚合物材料，并且材料可以具有不同的性质，例如不同的热指数、热等级、熔点、玻璃化转变温度等。在某些实施例中，第一热塑性聚合物材料可以包括聚酯、尼龙、聚苯硫醚(“PPSU”)或聚苯砜(“PPS”)中的至少一种。第二热塑性聚合物材料可以包括聚醚醚酮(“PEEK”)、聚芳醚酮(“PAEK”)或聚醚酮酮(“PEKK”)中的至少一种。可以根据需要提供其他合适的材料。另外，在各种实施例中，可以根据需要将各种填料、增容剂和/或其他合适的添加剂掺入聚合物材料中。
在框420处，可以在挤出之前控制导体或电线的温度，无论其是否包括基部绝缘体。例如，可以利用一个或多个合适的预热器或其他设备来控制预挤出温度。然后可以在框425处形成多层热塑性绝缘体。例如，第一聚合物材料可用于挤出第一层，并且第二聚合物材料可用于形成第二层。在各种实施例中，可以根据需要利用各种合适的技术来挤出第一聚合物绝缘体层和第二聚合物绝缘体层。例如，在框430处，可以将多层聚合物绝缘体共挤出到电线上。换句话讲，第一层和第二层可共挤出。作为另一示例，在框435处，可以将多层聚合物绝缘体连续地挤出到导线上。换句话说，可以挤出第一层，并且随后可以在第一层上挤出第二层。可以利用任何合适的挤出设备和/或挤出设备的组合来挤出多层热塑性绝缘体。然后可以在挤出之后在框440处控制电磁线和挤出绝缘体的温度。例如，可以利用冷却槽和/或其他合适的部件来在挤出之后冷却电磁线。
在某些实施例中，方法400可以在框440之后结束。在其他实施例中，可以执行一个或多个附加操作。例如，在某些实施例中，可以在电磁线上形成一个或多个附加绝缘体层(例如，另一挤出层、保形层等)。作为另一示例，电磁线可以形成为可以结合到电气器具中的一个或多个制品(例如，线圈、夹等)。然后，方法400可以在附加操作之后结束。
在各种实施例中，图4的方法400中描述和示出的操作可以根据需要以任何合适的顺序实施或执行。另外，在某些实施例中，操作的至少一部分可以并行执行。此外，在某些实施例中，可以执行比图4中描述的操作更少或更多的操作。
示例
如上所述，可以使用多种合适的聚合物材料来形成共挤出的电磁线绝缘体。例如，可以利用各种合适的聚合物材料来形成图1的电磁线100的第一层115和第二层120。下表1和2中列出的实施例旨在作为说明性和非限制性的，并且表示本公开的具体实施例，其中某些示例性聚合物材料用于形成共挤出的电磁线绝缘体。表1的实施例中讨论的线样品都被制备为矩形线，其具有约3.384mm的导体宽度、约1.834mm的导体厚度，公差为+/-0.015mm。导体由无氧铜形成。另外，基部绝缘体由聚酰胺酰亚胺(“PAI”)形成。在表2的实施例中讨论的线样品都被制备为具有大约0.386英寸(大约9.80mm)的导体宽度和大约0.150英寸(大约3.81mm)的导体厚度的矩形线。导体由铝形成，并且在挤出之前在导体上没有形成基部绝缘体。在其他实施例中，导体可以由具有任何合适尺寸的任何合适材料形成。另外，可以根据需要使用任何合适的基部绝缘体，或者可替代地，可以不包括基部绝缘体。
参考表1，提供了几个示例性共挤出线样品。特别地，第一共挤出样品包括PEI的第一挤出层和在PEI上形成的PEEK的第二挤出层。第二共挤出样品包括PPSU的第一挤出层和在PPSU上形成的PAEK的第二挤出层。另外，提供挤出的单一材料PEEK、PPSU(例如，Radel5800)和PEI(例如，Ultem 1000)的控制样品用于与共挤出样品进行比较。为每个样品提供挤出绝缘体系统的总厚度。对于每个共挤出样品，形成大致相等厚度的两种材料(即，第一层和第二层)。另外，提供了挤出样品的测量性能标准。首先，提供在室温下测量的PDIV值。还提供了利用弹箱测试确定的介电击穿值。在弹箱测试中，将电磁线浸没在弹球中并测试直至失效。
Figure BDA0004143057640000211
Figure BDA0004143057640000221
表1：共挤出电磁线的对比样品
如表1所示，某些共挤出绝缘体系统可以提供与常规单一聚合物挤出材料(例如，PEEK、PPSU、PEI等)类似或更好的性能。例如，某些共挤出绝缘体系统可以提供增强的PDIV和/或介电击穿性能。如图所示，共挤出的PEI/PEEK和PPSU/PAEK样品表现出比单一聚合物挤出样品高得多的PDIV值。实际上，相对于比共挤出样品厚得多的单一聚合物样品(例如，PPSU、PEI等)，共挤出样品表现出改善的PDIV。此外，共挤出样品的介电击穿电压类似于或优于单一聚合物挤出样品。应注意，示出较高介电击穿值的单一聚合物样品具有比共挤出样品更厚的绝缘体，这导致较高的介电击穿电压。具有类似绝缘体厚度的对比单一聚合物样品将具有较低的介电击穿电压。此外，发现共挤出样品相对于使用PEI和PPSU的单一聚合物样品具有更高或改善的耐化学性。另外，相对于常规的单一聚合物材料，使用某些共挤出绝缘体系统可以降低总绝缘成本。
参考表2，提供了包括不同厚度比的第一挤出层和第二挤出层的几个示例性共挤出线材样品。特别地，第一共挤出样品包括PPSU的第一挤出层和在PPSU上形成的PEEK的第二挤出层。PPSU/PEEK厚度的比为约75/25。第二共挤出样品还包括PPSU的第一挤出层和在PPSU上形成的PEEK的第二挤出层。PPSU/PEEK厚度比为约55/45。另外，提供挤出的单一材料PEEK的三种不同的对照样品，用于与共挤出样品进行比较。为每个样品提供挤出绝缘体系统的总厚度。另外，提供了挤出样品的测量性能标准。首先，提供在室温下测量的PDIV值。还提供了利用弹箱测试确定的介电击穿值。
Figure BDA0004143057640000222
表2：共挤出电磁线的对比样品
如表2所示，在另一挤出材料上包含PEEK的共挤出绝缘体系统提供了与仅包含PEEK的常规绝缘体类似的性能。应注意，第一共挤出样品形成为具有比PEEK的若干对照样品更小的厚度。给定较高的厚度，第二样品的PDIV将增加，并且可能与较厚的PEEK样品相当。另外，介电弹箱测试测量最薄绝缘区域处的介电强度。鉴于用于形成共挤出样品的共挤出工艺的新颖性，样品中包括一些相对薄的绝缘区域，从而导致较低的介电强度测量。随着共挤出工艺的改进和优化，可以形成具有更好同心度的电线，从而提高共挤出绝缘体的介电强度。另外，即使给定未优化的制造工艺，已注意到55/45共挤出样品具有与PEEK样品相当的介电强度。因此，已观察到并且可以得出结论：在较低成本和较低性能材料(例如，PPSU等)上用PEEK形成的电磁线可以具有与仅包含PEEK的常规电磁线类似的PDIV和介电击穿性能。假如提供了高性能材料(例如，PEEK)的阈值厚度比，则可以用共挤出的电磁线实现期望的整体绝缘性能。然而，相对于仅包括挤出PEEK绝缘体的常规电磁线，绝缘体系统和电磁线的总成本可以降低。
除非另有明确说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则条件语言，诸如“能”、“可”、“可能”或“可以”通常旨在表达某些实施例可以包括某些特征、元件和/或操作，而其他实施例不包括某些特征、元件和/或操作。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元件和/或操作，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或操作是否包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中执行的逻辑。
受益于前面的描述和相关联的附图中呈现的教导，本文阐述的本公开的许多修改和其他实施例将是显而易见的。因此，应当理解，本公开不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (51)

1.一种电磁线，包括：
导体；以及
围绕所述导体形成的挤出绝缘体，所述挤出绝缘体包括：
由具有第一热指数的第一聚合物材料围绕所述导体形成的第一层；以及
围绕所述第一层形成的第二层，所述第二层由具有高于所述第一热指数的第二热指数的第二聚合物材料形成。
2.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一层包括所述绝缘体的厚度的至少55％。
3.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一层包括所述绝缘体的厚度的55％至80％，并且所述第二层包括所述绝缘体的厚度的20％至45％。
4.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一层包括所述绝缘体的厚度的55％至90％，并且所述第二层包括所述绝缘体的厚度的10％至45％。
5.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述绝缘体的厚度在15微米和200微米之间。
6.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述绝缘体的厚度在100微米至200微米之间。
7.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一聚合物材料包括聚酯、尼龙、聚苯硫醚或聚苯砜中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一聚合物材料包括多种聚合物材料的共混物。
9.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第二聚合物材料包括聚醚醚酮、聚芳醚酮或聚醚酮酮中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第二聚合物材料包括多种聚合物材料的共混物。
11.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一热指数为200℃或更低，并且所述第二热指数为220℃或更高。
12.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一热指数为200℃或更低，并且所述第二热指数为240℃或更高。
13.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述第一聚合物材料包括无定形材料，并且所述第二聚合物材料包括半结晶或结晶材料。
14.根据权利要求1所述的电磁线，还包括：
填充材料，所述填充材料结合到所述第一聚合物材料或所述第二聚合物材料中的一者中。
15.根据权利要求14所述的电磁线，其中所述填充材料包括二氧化钛、二氧化铬、二氧化硅或氮化硼中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的电磁线，其中所述绝缘体还包括：
围绕所述导体形成的基部绝缘体，其中所述第一层围绕所述基部绝缘体形成。
17.根据权利要求16所述的电磁线，其中所述基部绝缘体包括至少一层聚合物搪瓷。
18.根据权利要求17所述的电磁线，其中，所述至少一层搪瓷包括聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺中的一种。
19.一种电磁线，包括：
导体；以及
围绕所述导体形成的挤出绝缘体，所述挤出绝缘体包括：
由具有第一热指数的第一聚合物材料围绕所述导体形成的第一层，所述第一聚合物材料包括聚酯、尼龙、聚苯硫醚或聚苯砜中的至少一种；以及
围绕所述第一层形成的第二层，所述第二层由具有高于所述第一热指数的第二热指数的第二聚合物材料形成，所述第二聚合物材料包括聚醚醚酮、聚芳醚酮或聚醚酮酮中的至少一种。
20.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述第一层包括所述绝缘体的厚度的至少55％。
21.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述第一层包括所述绝缘体的厚度的55％至80％，并且所述第二层包括所述绝缘体的厚度的20％至45％。
22.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述第一层包括所述绝缘体的厚度的55％至90％，并且所述第二层包括所述绝缘体的厚度的10％至45％。
23.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述绝缘体的厚度在15微米和200微米之间。
24.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述绝缘体的厚度在100微米至200微米之间。
25.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述第一热指数为200℃或更低，并且所述第二热指数为220℃或更高。
26.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述第一热指数为200℃或更低，并且所述第二热指数为240℃或更高。
27.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述第一聚合物材料包括无定形材料，并且所述第二聚合物材料包括半结晶或结晶材料。
28.根据权利要求19所述的电磁线，还包括：
填充材料，所述填充材料结合到所述第一聚合物材料或所述第二聚合物材料中的一者中。
29.根据权利要求28所述的电磁线，其中所述填充材料包括二氧化钛、二氧化铬、二氧化硅或氮化硼中的至少一种。
30.根据权利要求19所述的电磁线，其中所述绝缘体还包括：
围绕所述导体形成的基部绝缘体，其中所述第一层围绕所述基部绝缘体形成。
31.根据权利要求30所述的电磁线，其中所述基部绝缘体包括至少一层聚合物搪瓷。
32.根据权利要求31所述的电磁线，其中，所述至少一层搪瓷包括聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺中的一种。
33.一种用于形成绝缘电磁线的方法，所述方法包括：
提供导体；以及
围绕所述导体形成挤出绝缘体，其中形成挤出绝缘体包括：
由具有第一热指数的第一聚合物材料围绕所述导体挤出热塑性绝缘体的第一层；以及
由具有高于所述第一热指数的第二热指数的第二聚合物材料围绕所述热塑性绝缘体的第一层挤出热塑性绝缘体的第二层。
34.根据权利要求33所述的方法，其中挤出热塑性绝缘体的第一层包括挤出第一层，所述第一层包括所述绝缘体的厚度的至少55％。
35.根据权利要求33所述的方法，其中挤出热塑性绝缘体的第一层包括挤出第一层，所述第一层包括绝缘体的厚度的55％至80％，并且
其中挤出热塑性绝缘体的第二层包括挤出第二层，所述第二从包括绝缘体的厚度的20％至45％。
36.根据权利要求33所述的方法，其中挤出热塑性绝缘体的第一层包括挤出第一层，所述第一层包括所述绝缘体的厚度的55％至90％，并且
其中挤出热塑性绝缘体的第二层包括挤出第二层，所述第二层包括绝缘体的厚度的10％至45％。
37.根据权利要求33所述的方法，其中，围绕所述导体形成挤出绝缘体包括形成厚度在15微米和200微米之间的挤出绝缘体。
38.根据权利要求33所述的方法，其中，围绕所述导体形成挤出绝缘体包括形成厚度在100微米至200微米之间的挤出绝缘体。
39.根据权利要求33所述的方法，其中从第一聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第一层包括挤出包括聚酯、尼龙、聚苯硫醚或聚苯砜中的至少一种的第一层。
40.根据权利要求33所述的方法，其中从第一聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第一层包括挤出包括多种聚合物材料的共混物的第一层。
41.根据权利要求33所述的方法，其中从第二聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第二层包括挤出包括聚醚醚酮、聚芳醚酮或聚醚酮酮中的至少一种的第二层。
42.根据权利要求33所述的方法，其中从第二聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第二层包括挤出包括多种聚合物材料的共混物的第二层。
43.根据权利要求33所述的方法，其中由第一聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第一层包括由热指数为200℃或更低的第一聚合物材料挤出第一层，并且
其中由第二聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第二层包括由热指数为220℃或更高的第二聚合物材料挤出第二层。
44.根据权利要求33所述的方法，其中由第一聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第一层包括由热指数为200℃或更低的第一聚合物材料挤出第一层，并且
其中从第二聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第二层包括从具有240℃或更高的热指数的第二聚合物材料挤出第二层。
45.根据权利要求33所述的方法，其中，从第一聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第一层包括从无定形材料挤出第一层，并且
其中由第二聚合物材料挤出热塑性绝缘体的第二层包括由半结晶或结晶材料挤出第二层。
46.根据权利要求33所述的方法，还包括：
将填充材料掺入所述第一聚合物材料或所述第二聚合物材料中的一者中。
47.根据权利要求46所述的方法，其中掺入填充材料包括掺入二氧化钛、二氧化铬、二氧化硅或氮化硼中的至少一种。
48.根据权利要求33所述的方法，还包括：
在所述导体周围形成基部绝缘体，
其中，形成挤出绝缘体包括围绕所述基部绝缘体形成挤出绝缘体。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，形成基部绝缘体包括形成至少一层聚合物搪瓷。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，形成至少一层搪瓷包括形成至少一层聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺。
51.根据权利要求33所述的方法，其中挤出热塑性绝缘体的第一层和挤出热塑性绝缘体的第二层包括共挤出所述热塑性绝缘体的第一层和所述热塑性绝缘体的第二层。
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