DE10004830B4

DE10004830B4 - Hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtungen und daraus hergestellte hochfrequenzfeste Emaildrähte

Info

Publication number: DE10004830B4
Application number: DE10004830A
Authority: DE
Inventors: Chih-Min Jang; Ru-Shi Chutung Liu; Chi-Ting Du; Wen-Lu Tai; Yao-Chung Tu; Wen-Hsiung Liu; Wen-Cheng Wu; Yung-Chin Lin; Shang-Yen Chang
Original assignee: Tai-I Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tai-I Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: TW446739B; US6376073B1; DE10004830A1

Abstract

Hochfrequenzfeste Beschichtung, die aus wärmehärtendem Polyurethan besteht, das eine Blockdiisocyanat-Komponente 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 Methylolalkan 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 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 aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochfrequenzfeste Beschichtung für Emaildraht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung für Emaildraht. Der Gegenstand der Erfindung betrifft auch einen Emailleitungsdraht, der aus einer hochfrequenzfesten Beschichtung hergestellt wird. Der Emaildraht ist zur Verwendung in Schaltnetzteiltransformatoren oder Wicklungsmaterialien 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 elektrischen Einrichtungen verwendet wird, ist ein Schaltnetzteil (SPS). Das Beschichtungsmaterial von herkömmlichen Emaildrähten muß weiter modifiziert werden, um der hohen Anforderung an die Hochfrequenzfestigkeit zu entsprechen. Bekannte Emaildrähte zur Verwendung in einem Motor mit variabler Frequenz zur Impulsbreitenmodulation (PWM) können langfristig keinem Frequenzstoß standhalten. JP 53-4785 offenbart ein kristallines thermoplastisches Kunstharz für Emaildraht einer Isolationsbeschichtung. 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 werden. Folglich offenbart JP 56-93214 eine Verbesserung der obigen Nachteile, indem durch Auftragen einer Schicht aus thermoplastischem Polyamid (zum Beispiel Nylon) auf das thermoplasti sche Kunstharz Dehnbarkeit und Gleitfähigkeit verliehen wird, um die mechanischen Eigenschaften während des Aufwickelprozesses zu verbessern. Da jedoch die Adhäsion zwischen dem thermoplastischen 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 Hochfrequenzeinfluß herrührt. Ferner wird jede Beschichtung hergestellt, indem eine Kombination thermoplastischer Materialien auf der Grundlage 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 Adhäsionsqualitäten für niedrige Kosten und ohne die Bearbeitungsbedingungen ändern zu müssen herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wärmehärtende Beschichtung zur Hochfrequenzfestigkeit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Adhäsionsfähigkeit aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzustellen, die nicht durch mehrere Beschichtungen erzeugt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzustellen, die zur Verwendung in Schaltnetzteiltransformatoren oder Wicklungsmaterialien für Hochfrequenzspulen bestimmt ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Beschichtung bereitzustellen, 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 hergestellt 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 Verständnis der vorliegenden Erfindung mit vielen der damit verbundenen Vorteilen derselben bereitzustellen, wird die folgende detaillierte Beschreibung betreffend hochfrequenzfesten wärmehärtenden Beschichtungen und daraus hergestellten hochfrequenzfesten Emaildrähten gegeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochfrequenzfeste wärmehärtende Polyurethan-(PU-) Beschichtung für die Herstellung 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 Verhältnis gemischt werden.
Die Blockdiisocyanat-Komponente wird aus polymerisierten Komponenten hergestellt, die ein Diisocyanat, ein Methylolalkan und ein tertiäres Amin aufweisen. Das molare Verhältnis zwischen 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 hergestellt, 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, Hexylendiisocyanat und Xylyendiisocyanat veranschaulicht. Das Methylolalkan wird als Trimethylolpropan veranschaulicht. Das tertiäre Amin wird als Triethylamin veranschaulicht.
Die verwendeten Polyole werden als Ethylenglycol, Diethylenglycol 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 Trimellithanhydrid veranschaulicht. Das Terephthalat wird als Dimethylterephthalat veranschaulicht.
Die Blockdiisocyanat-Komponente wird mit der veresterten Polyol-Komponente abhängig vom Molekulargewicht in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:2,5 gemischt. Das so erhaltende modifizierte 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), vorzugsweise 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 Erfindung wird aus einer hochfrequenzfesten Beschichtung hergestellt. Der hochfrequenzfeste Emaildraht weist einen Metalleiter 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 können aus Kupfer sein. Der Querschnitt des Metalleiter weist vorzugsweise eine Form eines Kreises auf. Der Durchmesser des Metalleiters liegt in einem Bereich von 0,1 bis 1,5 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,20 bis 1,0 mm. Der hochfrequenzfeste 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 wärmehärtend ist, ist die erhaltene Beschichtungsschicht thermoplastischen Kunstharzen bezüglich Zähigkeit, Adhäsion, Vernetzungsdichte, Abriebfestigkeit und Erweichungsfestigkeit überlegen. Wenn die Dicke der Beschichtungsschicht 90μm oder mehr beträgt, ist die hochfrequenzfeste Lebensdauer mit jener von JP 56-93214 vergleichbar. Wenn die Dicke der Beschichtungsschicht 97μm erreicht, beträgt die hochfrequenzfeste Lebensdauer das Dreifache oder mehr als jene von JP 56-93214. Da die Beschichtungsschicht 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. Veresterte Polyol-Komponente

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 dehydratisiert) 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. Blockdiisocyanat-Komponente (hergestellt durch Polymerisation)
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 hochfrequenzfeste 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 herkömmlichen 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.

Claims

Hochfrequenzfeste Beschichtung, die aus wärmehärtendem Polyurethan besteht, das eine Blockdiisocyanat-Komponente 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 Methylolalkan 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 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 aufweist.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Diisocyanat aus Toluoldiisocyanat, Methylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexylendiisocyanat und Xylyendiisocyanat ausgewählt wird.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Methylolalkan Trimethylolpropan ist.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das tertiäre Amin Triethylamin ist.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Terephthalat Dimethylterephthalat ist.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Anhydrid Trimel lithanhydrid ist.
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.
Beschichtung nach Anspruch 1, die ferner ein einfaches Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelmischung aufweist, wobei die Menge des Lösungsmittels 54 bis 60 Gew.% der Beschichtung beträgt.
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-Komponente 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 Methylolalkan 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 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 aufweist.
Emaildraht nach Anspruch 9, wobei die Dicke der Beschich tungsschicht von 85 bis 120 μm beträgt.
Emaildraht nach Anspruch 9, wobei das Diisocyanat aus Toluoldiisocyanat, Methylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexylendiisocyanat und Xylyendiisocyanat ausgewählt wird.
Emaildraht nach Anspruch 9, wobei das Methylolalkan Trimethylolpropan ist, das tertiäre Amin Triethylamin ist, das Terephthalat Dimethylterephthalat ist und das Anhydrid Trimellithanhydrid ist.
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.
Emaildraht nach Anspruch 9, der ferner ein einfaches Lösungsmittel oder ein gemischtes Lösungsmittel aufweist, wobei die Menge des Lösungsmittels 54 bis 60 Gew.% der Beschichtung beträgt.
Emaildraht nach Anspruch 9, zur Verwendung in elektronischen Maschinen.
Emaildraht nach Anspruch 9, zur Verwendung in Wicklungsmaterialien für Schaltnetzteiltransformatoren.