DE1178915B

DE1178915B - Electrical insulating material

Info

Publication number: DE1178915B
Application number: DEG25010A
Authority: DE
Inventors: Patrick Michael Di Cerbo
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1957-08-19
Filing date: 1958-07-30
Publication date: 1964-10-01
Also published as: JPS3593B1; CA642322A

Description

Elektrischer Isolierstoff Es ist bekannt, Gewebe aus mineralischen Fasern, insbesondere Glasfasern, zur Isolierung elektrischer Bauteile zu verwenden. Man kann solche Gewebe bekanntlich auch noch mit einem Lacküberzug versehen, um ihr Isolationsvermögen zu erhöhen. Der Verwendung von Glasfasergeweben zur elektrischen Isolierung sind durch die geringe Dehnbarkeit und Geschmeidigkeit des Glases Grenzen gesetzt.Electrical insulating material It is known to be made of mineral fabrics To use fibers, in particular glass fibers, for insulating electrical components. It is known that such fabrics can also be provided with a lacquer coating in order to to increase their insulation capacity. The use of fiberglass fabrics for electrical Insulation is limited by the low elasticity and flexibility of the glass set.

Es ist auch bereits eine Leiterisolation bekanntgeworden, die aus miteinander verzwirntem Polyäthylen-Terephthalat-Garn und Glasfasergarn besteht. Die Dehnbarkeit einer derartigen Isolierung wird jedoch fast ausschließlich durch das Glasfasergarn bestimmt, das nicht besonders schmiegsam ist.A conductor insulation has already become known that consists of polyethylene terephthalate yarn and fiberglass yarn twisted together. However, the ductility of such insulation is almost exclusively due to determines the fiberglass yarn, which is not particularly pliable.

Es ist auch bereits ein Gewebe bekannt, bei welchem die Kettenfäden aus Textilfaser und die Schußfäden aus Glasfasern bestehen.A fabric is also already known in which the warp threads consist of textile fiber and the weft threads of glass fibers.

Der elektrische Isolierstoff nach der vorliegenden Erfindung, der aus einem gewebten Stoff besteht, dessen Kettenfäden von einem Garn gebildet werden, das aus einem organischen Stoff besteht, und dessen Schußfäden von einem Garn gebildet werden, das aus Glasfäden besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß der organische Stoff der Kettenfäden Polyäthylenglycol-Terephthalat darstellt und der gewebte Stoff sowohl heiß fixiert als auch in an sieh bekannter Weise mit einer elastomeren oder harzartigen Masse überzogen ist. Vorzugsweise ist diese f_Tberzugsmasse wärmehärtbar.The electrical insulating material according to the present invention, the consists of a woven fabric, the warp threads of which are formed by a yarn, which consists of an organic material and whose weft threads are formed by a yarn , which consists of glass threads, is characterized in that the organic The fabric of the warp threads is polyethylene glycol terephthalate and the woven fabric both heat-set and in a known manner with an elastomer or resinous mass is coated. This coating compound is preferably thermosetting.

Das erfindungsgemäß ausgestaltete Gewebe besitzt hervorragende elektrische Eigenschaften, eine hohe Wärmefestigkeit, hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine große Dehnbarkeit. Darüber hinaus behält das Gewebe bei der Dehnung seine dielektrische Festigkeit bei. Die elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gewebes entsprechen denen von Glasfasern, und die Dehnbarkeit entspricht der von Polyäthylenglycol-Terephthalat.The fabric designed according to the invention has excellent electrical properties Properties, high heat resistance, high moisture resistance and a great extensibility. In addition, the fabric retains its dielectric properties when stretched Strength at. The electrical properties of the fabric according to the invention correspond those of glass fibers, and the ductility corresponds to that of polyethylene glycol terephthalate.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Isolierstoffes wird zunächst ein Gewebe hergestellt, dessen Kettenfäden aus Polyäthylenglycol-Terephthalat und dessen Schußfäden aus Glas bestehen. Polyäthylen-Terephthalat ist ein bekanntes Kondensationsprodukt, das aus Äthylenglycol und Terephthalsäure gewonnen wird. Das Gewebe wird dann in an sich bekannter Weise unter Spannung heiß fixiert. Die Fixierungstemperatur muß unter dem Schmelzpunkt von Polyäthylenglycol-Terephthalat liegen, damit ein Schmelzen der Kettenfäden nicht auftreten kann.In the production of the insulating material according to the invention, first made a fabric, the warp threads of polyethylene glycol terephthalate and whose weft threads are made of glass. Polyethylene terephthalate is a well known one Condensation product obtained from ethylene glycol and terephthalic acid. That Tissue is then heat-fixed under tension in a manner known per se. The fixing temperature must be below the melting point of polyethylene glycol terephthalate for a Melting of the warp threads cannot occur.

Die genaue Wahl der Fäden hängt von der Dicke des gewünschten Gewebes und selbstverständlich vom Anwendungsgebiet des Isolierstoffes ab. Die Dicke des Gewebes ist eine Funktion der Zusammensetzung des Gewebes und der Dicke der Glasfasern, da die Glasfasern im allgemeinen einen größeren Durchmesser als die Polyäthylenglycol-Terephthalat-Fäden besitzen. Man verwendet vorzugsweise Glasfäden elektrischer Güte und keine Stapelfasern.The exact choice of threads depends on the thickness of the fabric you want and of course the area of application of the insulating material. The thickness of the Fabric is a function of the composition of the fabric and the thickness of the glass fibers, because the glass fibers generally have a larger diameter than the polyethylene glycol terephthalate filaments own. It is preferred to use electrical grade glass filaments rather than staple fibers.

Die Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen näher erläutert, in denen F i g.1 eine schematische Ansicht eines Gewebes und F i g.2 einen Querschnitt eines mit dem erfindungsgemäßen Isolierstoff versehenen Kabels zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to drawings, in FIG. 1 shows a schematic view of a fabric and FIG. 2 shows a cross section shows a cable provided with the insulating material according to the invention.

Wie F i g.1 zeigt, besteht das Gewebe aus Kettenfäden und Schußfäden 2. Die Kettenfäden bestehen aus Polyäthylenglycol-Terephthalat und die Schußfäden 2 aus Glas.As FIG. 1 shows, the fabric consists of warp threads and weft threads 2. The warp threads are made of polyethylene glycol terephthalate and the weft threads 2 made of glass.

Das Kabel nach F i g.2 hat einen leitenden Kern, der aus einer Anzahl von Leitern 3, z. B. aus Kupfer, besteht. Die Leiter sind mit mehreren konzentrischen Schichten 4 des Isolierstoffes von F i g.1 umgeben, die mit einem wärmegehärteten Lack überzogen sind. Die äußere Schicht des Isolierstoffes wird von einem schützenden Metallüberzug 5, z. B. aus Blei, eingeschlossen. Bei der Herstellung des Isolierstoffes der Erfindung wird ein Gewebe aus Polyäthylenglycol-Terephthalat-Fäden und Glasfäden angefertigt. Danach wird das Gewebe unter Spannung heißfixiert, wobei die Spannung nur so groß ist, wie unbedingt zur Vermeidung der Schrumpfung des Gewebes erforderlich, und die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Polyäthylenglycol-Terephthalat-Fäden liegt. Wenn das Gewebe mit einem wärmehärtbaren Lack überzogen werden soll, muß die Heißfixiertemperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Polyäthylenglycol-Terephthalats und oberhalb der Härtetemperatur des Lacks, z. B. in der Größenordnung von 150 bis 235°C, liegen. Die Fäden werden sehr schnell fixiert, und diese Behandlung braucht deshalb nur einige Minuten oder noch weniger lange zu währen. Nach dem Heißfixieren wird das Gewebe mit einem natürlichen oder synthetischen Isolierlack oder -harz überzogen, der anschließend gehärtet wird.The cable according to F i g.2 has a conductive core which is made up of a number of ladders 3, e.g. B. made of copper. The ladder are concentric with several Layers 4 of the insulating material surrounded by F i g.1, with a thermoset Paint are coated. The outer layer of the insulating material is covered by a protective Metal coating 5, e.g. B. lead, included. In the preparation of of the insulating material of the invention is a fabric made of polyethylene glycol terephthalate threads and made of glass threads. The tissue is then heat-set under tension, with the tension is only as great as is absolutely necessary to avoid the shrinkage of the tissue required, and the temperature below the melting point of the polyethylene glycol terephthalate threads lies. If the fabric is to be coated with a thermosetting varnish, must the heat setting temperature below the melting point of the polyethylene glycol terephthalate and above the curing temperature of the lacquer, e.g. B. on the order of 150 to 235 ° C. The threads are fixed very quickly and this treatment needs therefore only last a few minutes or even less. After heat setting the fabric is coated with a natural or synthetic insulating varnish or resin coated, which is then hardened.

Das folgende Beispiel stellt ein mögliches Herstellungsverfahren für den Isolirestoff der Erfindung dar. Beispiel Ein Isolierstoff wird aus Polyäthylenglycol-Terephthalat-Fäden (Kettenfäden) und aus Glasfäden (Schußfäden) gewebt. Auf 1 cm treffen ungefähr dreizehn Polyäthylenglycol-Terephthalat-Fäden mit 20 Denier und ungefähr elf Glasfäden (0,09 g/m). Dieses Gewebe wird dann unter einer hinreichend großen Spannung zur Vermeidung der Schrumpfung des Gewebes ungefähr 2 Minuten lang auf eine Temperatur von 220°C erhitzt.The following example represents a possible manufacturing process for the insulating material of the invention. Example An insulating material is made from polyethylene glycol terephthalate threads (Warp threads) and woven from glass threads (weft threads). About thirteen meet 1 cm 20 denier polyethylene glycol terephthalate filaments and approximately eleven glass filaments (0.09 g / m). This tissue is then under sufficient tension to avoid it the shrinkage of the fabric to a temperature of 220 ° C for about 2 minutes heated.

Nach dieser Heißfixierung wird das Gewebe in einen Behälter getaucht, der einen schwarzen Asphaltlack enthält, der aus Gilsonit, Tungöl und Leinöl besteht, und einen Naphthenattrockenstoff enthält. Das überzogene Gewebe wird danach 30 Minuten lang in einen Ofen mit einer Temperatur von 150°C gegeben. Dieser Vorgang wird insgesamt dreimal durchgeführt, so daß der gebildete Isolierstoff drei Lacküberzüge besitzt.After this heat setting, the fabric is immersed in a container, which contains a black asphalt varnish consisting of gilsonite, tung oil and linseed oil, and contains a naphthenate desiccant. The coated fabric is then 30 minutes placed in an oven at a temperature of 150 ° C for a long time. This process is total carried out three times, so that the insulating material formed has three lacquer coatings.

Um die Eigenschaften dieses Isolierstoffes mit denen anderer solcher Stoffe vergleichen zu können, wurden an verschiedenen lackierten Proben bei 50 und 960/, relativer Feuchtigkeit Versuche über die dielektrische Festigkeit und den Leistungsfaktor angestellt. Die folgende Tabelle A gibt das prozentuale Absinken der dielektrischen Festigkeit und den prozentualen Anstieg des Leistungsfaktors bei höherer Feuchtigkeit für die verschiedenen lackierten Isolierstoffe an. Tabelle A Absinken Anstieg des der dielek- Leistungs- Stoff trischen faktors Festigkeit bei 100°C o@ n@ I. Baumwolle ........ 60 95 2. Kunstseide ....... 72 214 3. Superpolyamid aus Hexamethylenati- amin und Adipin- säure ............. 50 163 4. Glas ............. 42 51 5. Polyacrylonitril..... 40 92 6. Zellulosetriazetat ... 11 125 7. Polyäthylenglycol- Terephthalat-Matte 31 11 B. Polyäthylenglycol- Terephthalat-Glas .. 12 31 Diese Tabelle zeigt die Überlegenheit des Isolierstoffes der Erfindung (Probe 8) im Hinblick auf die Beibehaltung der elektrischen Eigenschaften in einer sehr feuchten Atmosphäre.In order to be able to compare the properties of this insulating material with those of other such materials, tests on the dielectric strength and the power factor were carried out on various coated samples at 50 and 960 /, relative humidity. The following table A shows the percentage decrease in the dielectric strength and the percentage increase in the power factor at higher humidity for the various coated insulating materials. Table A. Decrease increase in the dielek performance Fabric tric factor Strength at 100 ° C o @ n @ I. Cotton ........ 60 95 2. Rayon ....... 72 214 3. Super polyamide Hexamethylenati- amine and adipine acid ............. 50 163 4. Glass ............. 42 51 5. Polyacrylonitrile ..... 40 92 6. Cellulose triacetate ... 11 125 7. Polyethylene Glycol Terephthalate mat 31 11 B. polyethylene glycol Terephthalate glass .. 12 31 This table shows the superiority of the insulating material of the invention (Sample 8) in terms of maintaining electrical properties in a very humid atmosphere.

Für Anwendungen, die ein dehnbares Band erfordern, ist das Polyäthylenglycol-Terephthalat-Glasgewebe der Erfindung von besonderem Wert. Lackierte schräg gewebte Bänder weisen beim Dehnen eine ungleiche Druckverteilung auf dem Lacküberzug über die Länge des Bandes auf. Dadurch wird eine stellenweise Beschädigung des Überzuges verursacht und die durchschnittliche dielektrische Festigkeit herabgesetzt. Andererseits wird der Druck bei dem Polyäthylenglycol-Terephthalat-Glasgewebe gleichmäßiger über die gesamte Länge des Bandes verteilt, wenn es gespannt wird, so daß der Überzug weniger stark beschädigt wird und sich eine höhere dielektrische Festigkeit ergibt. Um diese Angaben zu verdeutlichen, wurden drei grundlegend verschiedene Arten von Geweben mit demselben Lack überzogen und auf ihre dielektrische Festigkeit bei verschieden starker Dehnung geprüft. Tabelle B Keine 8n!n 12°1n Absinken Dehnung I Dehnung ` Dehnung I °/n Diagonal-Baumwollband ........................ 1500 1200 700 53 Polyäthylenglycol-Terephthalat-Matte (nicht verwebt) 1900 1450 1250 34 Polyäthylenglycol-Terephthalat-Glas (gerade geschnittenes Gewebe) . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1800 1800 1650 8,3 Die dielektrische Festigkeit ist in Volt pro 0,025 mm angegeben.For applications that require a stretchable tape, the polyethylene glycol terephthalate glass fabric of the invention is of particular value. Varnished diagonally woven tapes show an uneven pressure distribution on the varnish coating over the length of the tape when stretched. This causes local damage to the coating and lowers the average dielectric strength. On the other hand, with the polyethylene glycol terephthalate glass fabric, the pressure is more evenly distributed over the entire length of the belt when it is tensioned, so that the coating is less damaged and the dielectric strength is higher. In order to clarify this information, three fundamentally different types of fabrics were coated with the same lacquer and tested for their dielectric strength at different degrees of elongation. Table B. No 8n! N 12 ° 1n drop Elongation I Elongation `Elongation I ° / n Diagonal cotton ribbon ........................ 1500 1200 700 53 Polyethylene glycol terephthalate mat (non-woven) 1900 1450 1250 34 Polyethylene glycol terephthalate glass (straight cut fabric). ... . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . 1800 1800 1650 8.3 The dielectric strength is given in volts per 0.025 mm.

Tabelle B zeigt die Überlegenheit des Isolierstoffes der Erfindung im Hinblick auf die Beibehaltung der dielektrischen Stärke unter Dehnung.Table B shows the superiority of the insulating material of the invention with a view to maintaining dielectric strength under strain.

Das Gewebe der Erfindung kann in derselben Art und Weise für dieselben Zwecke verwendet werden wie die Diagonal-Baumwollbänder. Gleichzeitig wird ein Isolierstoff von weit größerer Güte geliefert, da die Spannung-Dehnung-Kurve nahezu mit der für schräge Diagonal-Baumwolle zusammenfällt, wie die folgende Tabelle angibt. Tabelle C 2250 g 4500 g 6750 g 9000 g 11250 g Belastung Belastung Belastung Belastung # Belastung Dehnung in °/o Polyäthylenglycol-Terephthalat-Matte .... 1,50 2,5 5,5 12,5 32,0 Gerade geschnittene Baumwolle . . . . . . . . . 0,25 0,50 1,0 1,4 2,0 Schräge Baumwolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,75 1,5 3,0 5,0 6,5 Polyäthylenglycol-Terephthalat-Glas ....... 0,75 1,5 3,5 5,5 7,5 Wie aus Tabelle C hervorgeht, besitzen die Polyäthylenglycol-Terephthalat-Matten eine erheblich größere Dehnung als schräg gewebte Baumwolle, deren Lackschicht daher leicht unter Druck zerstört wird. Andererseits hat das gerade gewebte Baumwollband eine unzureichende Dehnung für die Isolierung von Kabeln oder ähnlich geformten Leitern. Das Gewebe der Erfindung besitzt indessen eine Dehnung, die der von schräg gewebter Baumwolle beinahe genau gleich ist.The fabric of the invention can be used for the same purposes in the same manner as the diagonal cotton ribbons. At the same time, an insulating material of much higher quality is supplied, as the stress-strain curve almost coincides with that for sloping diagonal cotton, as the following table shows. Table C. 2250 g 4500 g 6750 g 9000 g 1 1 250 g Load load load load # load Elongation in ° / o Polyethylene glycol terephthalate mat .... 1.50 2.5 5.5 12.5 32.0 Straight cut cotton. . . . . . . . . 0.25 0.50 1.0 1.4 2.0 Weird cotton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.75 1.5 3.0 5.0 6.5 Polyethylene glycol terephthalate glass ....... 0.75 1.5 3.5 5.5 7.5 As can be seen from Table C, the polyethylene glycol terephthalate mats have a considerably greater elongation than diagonally woven cotton, the lacquer layer of which is therefore easily destroyed under pressure. On the other hand, the straight-woven cotton tape has insufficient elongation for the insulation of cables or similarly shaped conductors. The fabric of the invention, however, has an elongation almost exactly equal to that of bias-woven cotton.

Der als Überzug für den Isolierstoff der Erfindung verwendete harzartige Stoff kann jeder der herkömmlichen Isolierharze oder -lacke sein oder aus einer Mischung derselben bestehen. Zum Beispiel können natürliche Harze, wie Schellack, Ölharzlacke, wie schwarzer Asphaltlack, bestehend aus Gilsonit, Leinöl und Tungöl, oder synthetische Harze, wie die Polyurethane, Silikone, ungesättigte Polyester, wärmehärtbare Phenolharze, Ölphenole, Polyvinylchloridharze, Alkydharze, Ölalkydharze, Epoxyharze usw., Verwendung finden.The resinous one used as a coating for the insulating material of the invention Substance can be any of the conventional insulating resins or varnishes, or one of them Mixture of the same exist. For example, natural resins, such as shellac, Oleoresin paints, such as black asphalt paint, consisting of gilsonite, linseed oil and tung oil, or synthetic resins such as polyurethanes, silicones, unsaturated polyesters, thermosetting phenolic resins, oil phenols, polyvinyl chloride resins, alkyd resins, oil alkyd resins, Epoxy resins, etc., can be used.

Wegen seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften und wegen seiner Dehnbarkeit ist der Isolierstoff der Erfindung besonders für die Umwicklung von elektrischen Kabeln geeignet. Er kann ebenso zur Isolierung vieler Arten von Leitern, wie z. B. von Motorschlangen, Sammelschienen, Spulenleitern, und als Isolierband für Spleißkabel oder in Generatoren und Transformatoren verwendet werden. Außerdem ist er für viele Zwecke geeignet, für die bisher schräg gewebte Baumwollbänder verwendet wurden, z. B. für die Umwicklung von rechteckigen oder anders geformten Leitern.Because of its excellent electrical properties and because of its Extensibility is the insulation material of the invention especially for wrapping suitable for electrical cables. It can also be used to insulate many types of conductors, such as B. from motor snakes, busbars, coil conductors, and as insulating tape for splice cables or in generators and transformers. aside from that it is suitable for many purposes, for which previously diagonally woven cotton ribbons were used were, e.g. B. for wrapping rectangular or other shaped conductors.

Claims

Claims: 1. Electrical insulating material, consisting of a woven fabric, the warp threads of which are made from a yarn made from a consists of organic material and the weft threads of which are formed by a yarn, which consists of glass threads, characterized in that the organic substance of the Warp threads representing polyethylene glycol terephthalate and that the woven fabric both heat-set as well as in a manner known per se with an elastomeric or resin-like one Mass is coated.

2. Insulating material according to claim 1, characterized in that the coating composition is thermosetting. Publications considered: German Patent Nos. 800 167, 910 677, 916 653; U.S. Patent No. 2,734,934; "Melliand Textile Reports", XXXII, March 1951, pp. 215 to 221; »Plastic Review«, 1956, no. 5, p. 179; "Textile Recorder", December 1946, pp. 36/37.