DE10004830A1 - Hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtungen und daraus hergestellte hochfrequenzfeste Emaildrähte - Google Patents

Hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtungen und daraus hergestellte hochfrequenzfeste Emaildrähte

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Abstract

Es wird eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung für die Herstellung von hochfrequenzfesten Emaildrähten bereitgestellt. Es wird auch ein hochfrequenzfester Emaildraht bereitgestellt, der aus der hochfrequenzfesten wärmehärtenden Beschichtung hergestellt wird. Die Adhäsion, Vernetzungsdichte, Abriebfestigkeit und Erweichungsfestigkeit der Beschichtung sind ausgezeichnet. Mit demselben Nenndurchmesser und einer Beschichtungsdicke, die größer als 85 mum ist, ist die hochfrequenzfeste Lebensdauer des Emaildrahts, der aus der hochfrequenzfesten wärmehärtenden Beschichtung hergestellt wird, das 3- bis 4-fach derjenigen von herkömmlichen thermoplastischen Emaildrähten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochfrequenzfeste Beschichtung für Emaildraht. Insbesondere betrifft die vorlie­ gende Erfindung eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschich­ tung für Emaildraht. Der Gegenstand der Erfindung betrifft auch einen Emailleitungsdraht, der aus einer hochfrequenzfesten Beschichtung hergestellt wird. Der Emaildraht ist zur Verwen­ dung in Schaltnetzteiltransformatoren oder Wicklungsmateria­ lien für Hochfrequenzspulen bestimmt.
Hintergrund der Erfindung
Mit der Miniaturisierung des Abstandes von Transformatoren nimmt das Erfordernis nach einer Hochfrequenzfestigkeit eines Netzteils zu. Das Netzteil, das am verbreitetsten in elektri­ schen Einrichtungen verwendet wird, ist ein Schaltnetzteil (SPS). Das Beschichtungsmaterial von herkömmlichen Emaildräh­ ten muß weiter modifiziert werden, um der hohen Anforderung an die Hochfrequenzfestigkeit zu entsprechen. Bekannte Email­ drähte zur Verwendung in einem Motor mit variabler Frequenz zur Impulsbreitenmodulation (PWM) können langfristig keinem Fre­ quenzstoß standhalten. JP 53-4785 offenbart ein kristallines thermoplastisches Kunstharz für Emaildraht einer Isolationsbe­ schichtung. Da die Beschichtung des Emaildrahts thermoplastisch ist, sind die mechanischen Eigenschaften, wie Oberflächenhärte, Abriebfestigkeit und Reibfestigkeit schlecht und der Emaildraht neigt dazu, während des Aufwickelprozesses beschädigt zu wer­ den. Folglich offenbart JP 56-93214 eine Verbesserung der obi­ gen Nachteile, indem durch Auftragen einer Schicht aus thermo­ plastischem Polyamid (zum Beispiel Nylon) auf das thermoplasti­ sche Kunstharz Dehnbarkeit und Gleitfähigkeit verliehen wird, um die mechanischen Eigenschaften während des Aufwickelprozes­ ses zu verbessern. Da jedoch die Adhäsion zwischen dem thermo­ plastischen Kunstharz und dem thermoplastischen Polyamid schlecht ist, müssen drei getrennte Beschichtungen aufgetragen werden, um die Dicke der Beschichtung auf 100 µm zu erhöhen, um ein thermisches Reißen zu verhindern, das vom Hochfrequenzein­ fluß herrührt. Ferner wird jede Beschichtung hergestellt, indem eine Kombination thermoplastischer Materialien auf der Grund­ lage eines festen Verhältnisses gemischt wird, um die Adhäsion zwischen Schichten und die Erweichungsbeständigkeitstemperatur der Beschichtung zu verbessern.
Daher ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, einen Emaildraht mit einer Beschichtung mit starken Adhäsionsquali­ täten für niedrige Kosten und ohne die Bearbeitungsbedingungen ändern zu müssen herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wärme­ härtende Beschichtung zur Hochfrequenzfestigkeit bereitzustel­ len.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzu­ stellen, die eine ausgezeichnete Adhäsionsfähigkeit aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzu­ stellen, die nicht durch mehrere Beschichtungen erzeugt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzu­ stellen, die zur Verwendung in Schaltnetzteiltransformatoren oder Wicklungsmaterialien für Hochfrequenzspulen bestimmt ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzu­ stellen, die zur Verwendung bei der Herstellung eines dicken Emaildrahts bestimmt ist, ohne die Bearbeitungsbedingungen zu ändern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hochfrequenzfesten Emaildraht bereitzustellen, der aus einer hochfrequenzfesten wärmehärtenden Beschichtung herge­ stellt wird.
Die obigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und Ausführungsbeispiele verstanden. Es sollte auch zu verstehen sein, daß der hochfrequenzfeste Emaildraht, der die vorliegende Erfindung veranschaulicht, lediglich beispielhaft ist und nicht als eine Beschränkung der Erfindung betrachtet werden soll.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Zur Veranschaulichung, und um ein vollständigeres Verständ­ nis der vorliegenden Erfindung mit vielen der damit verbundenen Vorteilen derselben bereitzustellen, wird die folgende detail­ lierte Beschreibung betreffend hochfrequenzfesten wärmehärten­ den Beschichtungen und daraus hergestellten hochfrequenzfesten Emaildrähten gegeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Polyurethan-(PU-)Beschichtung für die Herstel­ lung eines hochfrequenzfesten Emaildrahts. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen hochfrequenzfesten Emaildraht, der aus einer hochfrequenzfesten wärmehärtenden Polyurethan- (PU-)Beschichtung hergestellt wird. Wenn die Dicke der Beschichtung bis zu 85 µm beträgt, sind die hochfrequenzfesten Eigenschaften des Emaildrahts hervorragend
Das Polyurethan, das im Gegenstand der Erfindung verwendet wird, wird erhalten, indem eine Blockdiisocyanat-Komponente und eine veresterte Polyol-Komponente in einem geeigneten Verhält­ nis gemischt werden.
Die Blockdiisocyanat-Komponente wird aus polymerisierten Komponenten hergestellt, die ein Diisocyanat, ein Methylolalkan und ein tertiäres Amin aufweisen. Das molare Verhältnis zwi­ schen dem Diisocyanat und Methylolalkan liegt in einem Bereich von 0,7 bis 1,3 : 0,1 bis 0,6.
Die veresterte Polyol-Komponente wird aus Komponenten her­ gestellt, die ein Terephthalat (oder Terephthalsäure), ein Anhydrid, p,p'-Diaminodiphenylmethan und mindestens ein Polyol in einem molaren Verhältnis von 0,7 bis 1,3 : 0,7 bis 1,3 : 0,3 bis 0,7 : 2 bis 4 aufweisen. Ein Katalysator, wie Tetrabutyltitanat kann in einer Menge von 0,1 bis 0,2 Gew.-% hinzugegeben werden.
Das verwendete Diisocyanat wird als Toluoldiisocyanat, Methylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexylen­ diisocyanat und Xylyendiisocyanat veranschaulicht. Das Methy­ lolalkan wird als Trimethylolpropan veranschaulicht. Das ter­ tiäre Amin wird als Triethylamin veranschaulicht.
Die verwendeten Polyole werden als Ethylenglycol, Diethy­ lenglycol und Glycerol veranschaulicht. Das molare Verhältnis von Ethylenglycol, Diethylenglycol und Glycerol beträgt etwa 1,0 bis 1,6 : 1,0 bis 1,6 : 0,2 bis 0,5. Das Anhydrid wird als Tri­ mellithanhydrid veranschaulicht. Das Terephthalat wird als Dimethylterephthalat veranschaulicht.
Die Blockdiisocyanat-Komponente wird mit der veresterten Polyol-Komponente abhängig vom Molekulargewicht in einem Ver­ hältnis von 1 : 1 bis 1 : 2,5 gemischt. Das so erhaltende modifi­ zierte Polyurethan weist einen Feststoffgehalt von etwa 40 bis 46% (Trocknen bei 170°C für 2 Stunden), vorzugsweise 43 bis 45% auf, und weist eine Viskosität von 18 bis 25 Poise (30°C), vor­ zugsweise von 23 bis 25 Poise (30°C) auf. Die verwendeten Lösungsmittel können ein einfaches Lösungsmittel oder eine Mischung von Lösungsmitteln sein, um die Materialien zur Erleichterung der Beschichtung aufzulösen. Die Menge des Lösungsmittel beträgt 54 bis 60 Gew.-% der Beschichtung.
Der hochfrequenzfeste Emaildraht des Gegenstands der Erfin­ dung wird aus einer hochfrequenzfesten Beschichtung herge­ stellt. Der hochfrequenzfeste Emaildraht weist einen Metallei­ ter als Kern und eine Beschichtungsschicht auf, die auf dem Kern liegt. Metalleiter sind in der Technik bekannt und können für spezielle Anforderungen ausgewählt werden. Die Metalleiter kön­ nen aus Kupfer sein. Der Querschnitt des Metalleiter weist vor­ zugsweise eine Form eines Kreises auf. Der Durchmesser des Metalleiters liegt in einem Bereich von 0,1 bis 1,5 mm, vor­ zugsweise in einem Bereich von 0,20 bis 1,0 mm. Der hochfre­ quenzfeste Emaildraht besitzt hervorragende hochfrequenzfeste Eigenschaften, wenn die Dicke der Beschichtungsschicht in einem Bereich von 85 bis 120 µm liegt.
Da die Beschichtung des Gegenstands der Erfindung wärmehär­ tend ist, ist die erhaltene Beschichtungsschicht thermoplasti­ schen Kunstharzen bezüglich Zähigkeit, Adhäsion, Vernetzungs­ dichte, Abriebfestigkeit und Erweichungsfestigkeit überlegen. Wenn die Dicke der Beschichtungsschicht 90 µm oder mehr beträgt, ist die hochfrequenzfeste Lebensdauer mit jener von JP 56-93214 vergleichbar. Wenn die Dicke der Beschichtungsschicht 97 µm erreicht, beträgt die hochfrequenzfeste Lebensdauer das Drei­ fache oder mehr als jene von JP 56-93214. Da die Beschichtungs­ schicht des Gegenstands der Erfindung auf den Emaildraht nicht in einer mehrfachen Beschichtungsweise aufgetragen wird, wie jene von JP 56-93214, besitzt der Gegenstand der Erfindung keine Adhäsionsprobleme. Zusätzlich umfaßt der Gegenstand der Erfindung keine komplizierten Prozesse, die die Bearbeitungs­ bedingungen verändern, und ist kostengünstig.
Ausführungsbeispiel 1 (Herstellung von Polyurethan) 1. Blockdiisocyanat-Komponente (hergestellt durch Polymerisation)
Komponenten und deren Mengen sind wie folgt:
Dimethylterephthalat 194 g (1 Mol)
Trimellithanhydrid 192 g (1 Mol)
p,p'-Diaminodiphenylmethan 99 g (0,5 Mol)
Diethylenglycol 137,8 g (1,3 Mol)
Ethylenglycol 80,6 g (1,3 Mol)
Glycerin 34,07 g (0,37 Mol)
Tetrabutyltitanat 0,7 g
Die obigen Komponenten werden in einem Reaktionsgefäß gemischt. Das Reaktionsgefäß wird mit Stickstoff gespült. Der Inhalt des Reaktionsgefäß wird allmählich auf 230±5°C erwärmt. Die Temperatur des Inhalts wird für 5 bis 8 Stunden gehalten, um die Dehydration (etwa 72 bis 75 g Wasser werden dehydrati­ siert) und die Methanolentfernung auszuführen, bis kein Wasser mehr destilliert wird. Ein Säuregrad von gleich oder weniger als 5 mg KOH/g bedeutet, daß die Reaktion beendet ist. Danach wird die Temperatur auf 180°C vermindert. Kresol (240 g) und Xylen (240 g) werden dem Reaktionsgefäß hinzugegeben, um den Inhalt aufzulösen und zu verdünnen.
Der Feststoffgehalt des Endprodukts beträgt 55±0,5% (getrocknet bei 170°C für 2 Stunden).
Die Viskosität des Produkts beträgt 200 bis 400 Poise (30°C).
2. Veresterte Polyol-Komponente
Methylendiisocyanat (250 g, 1 Mol) und Xylen (305 g, 2,5 Mol) werden in einem Reaktionsgefäß gemischt. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes beginnt bei 60°C eine erhebliche exotherme Reaktion auszuführen und bleibt bei 125°C für etwa 2 Stunden in Reaktion. Trimethylolpropan (44.67 g, 0,3 Mol) und Triethylamin (0,25 g) werden in das Reaktionsgefäß bei 125°C hinzugegeben und reagieren weiter für 6 bis 8 Stunden. Danach werden Kresol (47 g) und Xylen (47 g) in das Reaktionsgefäß hinzugegeben und der Inhalt wird abgekühlt. Es sollte während der Reaktion Stickstoff in das Reaktionsgefäß gespült werden.
Der Feststoffgehalt des Endprodukts beträgt 55±0,5% (getrocknet bei 170°C für 2 Stunden).
Die Viskosität des Produkts beträgt 60 bis 80 Poise (30°C).
3. Polyurethan
veresterte Polyol-Komponente (Feststoffgehalt beträgt 55±0,5%) 100 g
Blockdiisocyanat (Feststoffgehalt beträgt 55±0,5%;) 200 g
Triethylamin 0,33 g
Kresol 22 g
Xylen 22 g
Die obige Blockdiisocyanat-Komponente 1 und veresterte Polyol-Komponente 2 werden gemischt und ein homogenes Produkt 3 wird erhalten. Der Feststoffgehalt des Produkts beträgt etwa 43 bis 46% (getrocknet bei 170°C für 2 Stunden). Die Viskosität des Produkts beträgt etwa 23 bis 25 Poise (30°C).
Ausführungsbeispiel 2
Verdrillte Drahtpaare werden verwendet, um die hochfre­ quenzfeste Lebensdauer der hochfrequenzfesten Emaildrähte des Erfindungsgegenstandes durch eine Hochspannungsfestigkeits- und Hochfrequenzfestigkeitstesteinrichtung mit einer Spannung von bis zu 622 V (von Null zum Spitzenwert) zu prüfen und zu bewerten.
Der hochfrequenzfeste Emaildraht des Gegenstands der Erfin­ dung wird beruhend auf dem Furukawa-Standard auf allgemeine mechanische und elektrische Eigenschaften geprüft und bewertet.
1. Kontrolle
Ein Emailleitungsdraht TEX-E 1,00 µm, der thermoplastisch ist, wird als eine Kontrolle verwendet.
2. Der Emaildraht des Gegenstands der Erfindung
Der Emaildraht des Gegenstands der Erfindung, TUEWF 1,00 µm, wird aus dem oben erwähnten Ansatz mittels eines her­ kömmlichen Beschichtungsprozesses hergestellt.
Die Ergebnisse des Vergleichs werden unten aufgelistet.
Das Ergebnis der Tabelle 1 zeigt, daß die hochfrequenzfeste Lebensdauer des Gegenstands der Erfindung 337,4 Stunden beträgt, mehr als die des TEX-E LOOPM. Mit anderen Worten, beträgt die hochfrequenzfeste Lebensdauer des Gegenstands der Erfindung etwa das 3,9 fache von der des TEX-E 1,00 µm.
Die vorliegende Erfindung kann natürlich in anderen spezi­ fischen Arten ausgeführt werden, als jenen, die hierin bekannt gegeben werden, ohne den Geist und die wesentlichen Eigenschaf­ ten der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als eine Veran­ schaulichung und nicht beschränkend aufzufassen. Daher sollen alle Änderungen, die in die Bedeutung und den äquivalenten Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, darin eingeschlossen sein.

Claims (19)

1. Hochfrequenzfeste Beschichtung, die aus wärmehärtendem Po­ lyurethan besteht, das eine Blockdiisocyanat-Komponente und eine veresterte Polyol-Komponente aufweist, die hergestellt wird durch Mischen des Blockdiisocyanats und des verester­ ten Polyols in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 2,5, wobei die Blockdiisocyanat-Komponente ein Diisocyanat, ein Methy­ lolalkan und ein tertiäres Amin aufweist, wobei das molare Verhältnis zwischen dem Diisocyanat und Methylolalkan 0,7 bis 1,3 : 0,1 bis 0,6 beträgt, und die veresterte Polyol-Komponente ein Terephthalat, ein An­ hydrid, p,p'-Diaminodiphenylmethan und mindestens ein Po­ lyol in einem molaren Verhältnis von 0,7 bis 1,3 : 0,7 bis 1,3 : 0,3 bis 0,7 : 2 bis 4 aufweist.
2. Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Diisocyanat aus To­ luoldiisocyanat, Methylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan­ diisocyanat, Hexylendiisocyanat und Xylyendiisocyanat aus­ gewählt wird.
3. Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Methylolalkan Tri­ methylolpropan ist.
4. Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das tertiäre Amin Triethylamin ist.
5. Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Terephthalat Dime­ thylterephthalat ist.
6. Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Anhydrid Trimel­ lithanhydrid ist.
7. Beschichtung nach Anspruch 1, wobei die veresterte Polyol- Komponente Ethylenglycol, Diethylenglycol und Glycerin in einem molaren Verhältnis von 1,0 bis 1,6 : 1,0 bis 1,6 : 0,2 bis 0,5 aufweist.
8. Beschichtung nach Anspruch 1, die ferner ein einfaches Lö­ sungsmittel oder eine Lösungsmittelmischung aufweist, wobei die Menge des Lösungsmittels 54 bis 60 Gew.-% der Beschich­ tung beträgt.
9. Hochfrequenzfester Emaildraht, der einen Metalleiter als Kern und eine Beschichtungsschicht, die auf den Kern liegt, aufweist, wobei
die Beschichtungsschicht eine wärmehärtende Polyurethan- Beschichtung aufweist, die eine Blockdiisocyanat-Kompo­ nente und eine veresterte Polyol-Komponente aufweist, die hergestellt wird durch Mischen des Blockdiisocyanats und des veresterten Polyols in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 2,5, wobei
die Blockdiisocyanat-Komponente ein Diisocyanat, ein Methy­ lolalkan und ein tertiäres Amin aufweist, wobei das molare Verhältnis zwischen dem Diisocyanat und Methylolalkan 0,7 bis 1,3 : 0,1 bis 0,6 beträgt, und
die veresterte Polyol-Komponente ein Terephthalat, ein An­ hydrid, p,p'-Diaminodiphenylmethan und mindestens ein Po­ lyol in einem molaren Verhältnis von 0,7 bis 1,3 : 0,7 bis 1,3 : 0,3 bis 0,7 : 2 bis 4 aufweist.
10. Emaildraht nach Anspruch 9, wobei die Dicke der Beschich­ tungsschicht von 85 bis 120 µm beträgt.
11. Emaildraht nach Anspruch 9, wobei das Diisocyanat aus To­ luoldiisocyanat, Methylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan­ diisocyanat, Hexylendiisocyanat und Xylyendiisocyanat aus­ gewählt wird.
12. Emaildraht nach Anspruch 9, wobei das Methylolalkan Trime­ thylolpropan ist, das tertiäre Amin Triethylamin ist, das Terephthalat Dimethylterephthalat ist und das Anhydrid Tri­ mellithanhydrid ist.
13. Emaildraht nach Anspruch 9, wobei die veresterte Polyol- Komponente Ethylenglycol, Diethylenglycol und Glycerin in einem molaren Verhältnis von 1,0 bis 1,6 : 1,0 bis 1,6 : 0,2 bis 0,5 aufweist.
14. Emaildraht nach Anspruch 9, der ferner ein einfaches Lö­ sungsmittel oder ein gemischtes Lösungsmittel aufweist, wo­ bei die Menge des Lösungsmittels 54 bis 60 Gew.-% der Be­ schichtung beträgt.
15. Emaildraht nach Anspruch 9, wobei die Beschichtungsschicht eine einfache Polyurethanschicht ist.
16. Emaildraht nach Anspruch 9, wobei die Beschichtungsschicht durch Beschichtung gebildet wird.
17. Emaildraht nach Anspruch 9, zur Verwendung in elektroni­ schen Maschinen.
18. Emaildraht nach Anspruch 9, zur Verwendung in Wicklungsma­ terialien für Schaltnetzteiltransformatoren.
19. Emaildraht nach Anspruch 9, der der als frequenzfestes Wicklungsmaterial zur Anwendung aus Elektronikteile verwen­ det wird, um einer Trägerfrequenz von bis 15 kHz, einer Spannung bis zu 622 V (von null zum Spitzenwert) und einer frequenzfesten Lebensdauer von etwa 454 Stunden, wenn die Dicke der Beschichtungsschicht 0,106 mm beträgt, standzu­ halten.
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