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Verwendung wäßriger Dispersionen von Kunststoffen,oder von kunststoffähnlichen
Naturprodukten zur Bildung elektrisch trennender üb erzüge auf Elektrobleche
Die Erfindung betrifft die Verwendung von wäfSrigen Kunststoffdispersionen zur Bildung
elektrisch trennender überzüge auf Elektroblechen.
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Wenn auch im allgemeinen Sprachgebrauch häufig von Isolationsschichten
auf Elektroblechen- die Rede ist, so wird doch im folgenden der Ausdruck »elektrisch
trennender Überzug« bevorzugt, um den Unterschied gegenüber anderen, nicht
vergleichbaren Isolationsschichten besser hervorzuheben.
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Zur Bildung elektrisch trennender Überzüge auf Elektrobleche, die
im allgemeinen zur Herstellung von elektrischen Maschinen und Apparaten,
wie Motoren und Transformatoren, verwendet werden, hat man sich bisher mehrerer
Verfahren bedient. So ist es bekannt, die Bleche oberflächlich während oder
nach der Herstellung zu oxydieren bzw. den Walzzunder auf den Blechen zu belassen.
Eine weitere bekannte Maßnahme, insbesondere wenn in einem größeren Blechstapel
die einzelnen Bleche gegeneinander isoliert werden sollen, besteht darin, daß man
zwischen jedes Blech ein gegebenenfalls präpariertes Papier legt. Schließlich hat
man auch schon versucht, auf die Oberfläche der Metalle dünne Phosphatschichten
oder organische Lacke, wie Schellack, aufzubringen. Die verschiedenartigen Anforderungen
an eine elektrisch trennende Schicht konnten aber durch diese bekannten Verfahren
im allgemeinen nur unvollständig oder zumindest nur teilweise erfüllt werden.
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Es ist auch versucht worden, ferromagnetische Bleche mit Kunststoffen
zu überziehen. Versuche mit wäßrigen Lösungen von etwa 5 bis 10% Glühhurz,
die zusätzlich eine bestimmte Menge Magnesiumhydroxyd und - andere Zusätze
enthalten müssen, haben nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt.
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Ferner werden in der Elelf#o-lechnik-a-uch wäßrige Dispersionen von
Polymerisaten bzw. #&#dhpoly# merisaten von Acrylacetaten für durch Erhitzen
-zum Aushärten gebrachte isolierende überzüge verwendet. Derartige Überzüge sind
insbesondere für glatte Kupferdrähte entwickelt worden, genügen aber den Ansprüchen,
die man an elektrisch trennende überzüge für Elektrobleche stellt, nicht. Die letzteren
Überzüge müssen nicht nur fest auf dem Elektroblech haften, sondern auch in der
Lage sein, die stellenweise lockere Zunderschicht mit dem Untergrund fest zu verkleben.
Sie sollten ferner in der Lage sein, eventuell vorhandene Reineisenoberschichten
der Bleche zu beeinflussen. Schließlich wird eine gewisse reversible Dehnbarkeit
des Überzuges verlangt, um bei starker Biegebeansprachung ein flächiges
Ab-
platzen der spröden Eisen-Zunder-Schicht zu verhindem. Für die Weiterverarbeitung
der mit überzügen versehenen Bleche ist eine gute Stanzbarkeit erforderlich, wobei
die Stanzwerk2euge möglichst geringem Verschleiß unterliegen sollen. Außerdem ist
in vielen Fällen eine gewisse Klebfähigkeit des überzugs erwünscht, da die durch
homogene Verschmelzung erfolgte Verklebung der Bleche untereinander eine sehr erwünschte
Eigenschaft der mit elektrisch trennenden überzügen versehenen Elektrobleche darstellt.
Die .bekannten Dispersionen haben ferner den Nachteil, daß -man dem Dispersionssystem
ein zusätzliches Lö#-sungsmittel -züsetzen muß, um die Ausbildung eines Films zu
ermöglichen oder doch zu erleichtern.
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Die elektrisch trennenden überzüge für Elektrobleche können hinsichtlich
ihrer elektrischen Eigenschaften also nicht mit den üblichen Isolationsmitteln,
insbesondere auch für Drähte, -verglichen werden. Bei Elektroblechen kommt
es auf einen Schichtwiderstand der überzilge, deren Dicke etwa 2 bis 50 li
betragen soll, an, der in der Größenordnung von 2 bis 1000 Ohm pro Quadratzentimeter
Fläche bei Durchschlagsspannungen von etwa 0,1 bis 50 V liegen soll.
Demgegenüber werden z. B. für Drahtisolationsüberzüge im allgemeinen Prüfspannungen
von
750 bis 1500 V verwendet Lind wesentlich höhere
Widerstandswerte gefordert, weshalb derartige Drähte im allgemeinen erheblich dicker
isoliert sind. Bei der Isolation von Kupferdrähten ist auch die Haftfähigkeit von
untergeordneter Bedeutung, nicht zuletzt deswegen, weil -Kupferdiähte eine glätte,
saubere Oberfläche aufweisen. Auch die anderen obengenannten Eigenschaften spielen
bei der. Isolation von Kupferdrähten keine Rolle oder si nd sogar unerwünscht.
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Zusammen assend sind die wichtigsten Eigenschaften, die man
heute von elektrisch trennenden überzügen für Elektrobleche verlangt, folgende:
eine Durchschlagfestigkeit- von - etwa. 5.0---V, - ein #hoher Durchgangswiderstand,
der möglichst größer sein soll als 50 Ohm - cm2/10 kp/ni2, ein möglichst
dünner überzlig, insbesondere dünner als etwa 20 #t, ein porenfreier überzug, der
mechanisch und chemisch insbesondere gegen öl stabil ist, eine. gute Deforinationsfestigkeit,
Stanzbarkeit#Wärinebeständigkeit-und eine geringe Hygroskopizität aufweist, thermoplastisch
ist, sehr festhaftend auch auf rauher Unterlage ist und auch Zunderschichten des
Elektroblechs zu binden vermag.
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Es hat sich nun gezeigt, daß diese genannten Forderungen in hervorragendem
Maße überraschend erfüllt werden können, wenn man zur Bildung der elektrisch trennenden
überzüge auf Elektroblechen wäßrige Dispersionen thermoplastischer Kunststoffe oder
thermoplastischer Naturprodukte, wie vorzugsweise Polyacry-Isäureeste-r, Poly#dnylester#
Polyvinyläther oder Naturlatex, zusammen mit einer geringen Menge, vorzugsweise
1- bis 5 Gewichtsprozenti einer Phosphorsäure oder . einem
sauren Phosphat, gegebenenfalls in polymerer Form, und deren Copolymeren, verwendet.
Hierbei sollen -die - Dispersionen möglichst feindispers oder_ sogar kolloiddispers
sein. Wegen der Verwendung -von Wasser als- Dispersionsmedium läßt sich die Erfindung
in besonders wirtschaftlicher Weise durchführen und hat gegenüber bekannten Verfahren
den Vorteil, daß kostspielige, gegebenen-falls brennbare oder gesundheitsschädliche
organische Lösungsmittel -vermieden sind. Die erfindungsgemäße. Verwendung der betreffenden
Dispersionen hat den Vorteil, daß die Herstellung von Elekauf troblechen- mit elektrisch
# trennendeir Über2 agen sehr einfache Weise in einem einzigen Verfahrensschritt
erfolgen kann, ohne daß. man, hiQrdmch eine nennenswerte Verteuerung -.der
fertigen -,Bter?hg -in
Kauf- nehmen muß.
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- --Wegen der Anwesenheit der--Pho5phoxsävre:-t>zw. ihrer saurenSalze
wird die Korrosioxisgefahr zwischen dem Auftragen und Trocknen der, elektrischtrennen--
plIständig den Schicht stark vermindert oder sogar v -
vermieden. Gleichzeitig
wird durch diQse ii- Zusati eine, besonders gute-Haftfestigke.it:des-übezzug5 auf
der Blechoberfläche und das- gute Isolitionsvermögen des überzugs erreicht. -Neben
diesen vorteilhaften Wirkungen kommt auch die -bekannte korrosionshindernde Wirkung.
-der. Phosphate, zum - Tragen- Es ist anzunehmen, daß hierfür --ein ähnlicher
Mechamismus verantwortlich ist, wie -er für- die- Dünnscluichtphosphatierungen
vermutet -wird. Durch die- Zugabe der Phosphorverbindungenläßt sich auch>
eine frühzeitige Koagulierung der Dispersionen-.vor dem Auftragen, z. B. während-.der--Lieferung,-verineiden,
so daß, die Dispersion verhältnismäßig, lange, auf Lager genom.7 men werden:
kann. 1. - - - :
D..i.e,-#Mtvgrwendung von Phosphorsäure bzw. deren sauren
Verbindungen war Beie der Anwendung von Dispersionen aus thermoplastischen Kunststoffen
bisher nicht nur nicht bekannt, sondern wurde offenbar auch für unmöglich erachtet,
da solche Systeme mit starkem Elektrolytgehalt ganz allgemein für unstabil gehalten
wurden. Es ist daher überraschend, daß die Verwendung von Phosphorsäure in der angegebenen
Menge die Stabilität der oben näher bezeichneten Dispersion keineswegs stört, sondern
eine erhebliche Erhöhung der Haftfestigkeit der Überzüge bewirkt.
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Im allgemeinen lassen sich die wäßrigen Dispersionen von X-unststoff
en- oder -von kunststoff ähnlichen Naturprodukten in Schichtstärken bis herab zu
etwa 3 #t aufbringen.
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-Der elektrisch trennende überzug läßt sich-bei verschiedenen
Anwendungen zweckinäßig dadurch abwandeln, daß man- --elektrisch schlecht
-- leitende anorganische Substanzen, wie Talkum, Glimmer, Siliziumdioxyd,
-Aluminiumoxyd -und/oder Magnesiumoxyd, vorzugsweise in einer Komgröße von -- etwa
O# 1- bis 5 R, beimischt. Ferner hat sich für bestimmte Zwecke, -als
-vorteilhaft eiwieseni zusätzlich- -oder an Stelle der anorganischen Füllmittel
organische, Substanzen, wie Polyäthylen, Polypropylen, Chlorkautschuk oder Cellulose,
vorzugsweise *in ehiner Teilchens größe- von etwa 20 bis 50-#t, zuzufügen.# Für-
eine Schichtstärke von 10 #t bei einem gegebenen Blechmaterial bestimmter
- Oberflächeaeigenschaften verwendet man z. B. eine Kunststoff-Fülfstoff-Gesamtkonzentration
von- 22,9#o. (11-. 11), für 12 #t etwa von 27% (11:16). Diese Angaben gelten,.
wenn man gleiche'#'olumina für gleiclie Oberflächen verwendet. Größere. Volumina
mit geringerem Feststoffgehalt hinterlassen,..nach. -dem Verdunsten des Wassers
natürlich, einen gleichdigken -Film wie ents-Prechend geringere Volumina
mit größeren Feststoffgehalten. Kunststoffdispersionexi..sind im allgemeinen nur
mit einem- Feststoffgehalt, -von weniger, als etwa. 50 % technisch zu handhaben.
Bei diesen oberen Konzentrationgijiegen, sie bereits. in-Form. eteifer Pasten vor.
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.-Wie bereits. erwähnt, läßt sich die, Zusammensetzung der Dispersion
in weiten Grenzen ändern -und damit dem jeweiligen Verwendungszweck anpassen, Bei
diesen-Variierungsmöglichkeiten geht man zweck-mäßig von -,der Erkenntnis
aus, daß der organische Anteil der Dispersionen gegebenenfalls in Kombination mit
den Füllmi ' tteln für die -eigentliche Isolierung verantwortlich ist,- während
die sauren =Zusätze, wie die Phosphorsä-are", Polyphosplorsäure, die sauren Pho#sphate-,gdex-_P,alyphdsph#fe"
im wesentlichen den Korrosio ässchutz Übernehmen, und zur guten Haftung an der Metalloberfläche
beitragen.. Dieb erfindungsgemäßen Dispersionen lassen sich auf die Metalloberfläche
durch Aufspritzen, Tauchen oder andere bekannte Maßnahmen aufbringen. Anschließend
wird das Material zweckmäßig bei 120- bis 2001C getrocknet. Bei der Anwendung
von-mit thermoplastischen Kunststoffen gefüllte Dispersion6n muß die knapp über
Adern. - Erweichungspunkt, des betreffenden Polymers liegende Einbxenntemperatur
kurze Zeit beibehalten werden, während beimmeralischen Füllstoffen die Schichtbildung.,mitAem-
Trocknen, abgeschlossen ist. Auf diese Weise lassen sich-sehr dünne elektrisch trennende
-Schichten erzieNn, die der Dünne von Phosphatschichten entsprechen, jedoch im Gegensatz
zu diesen.bekannten Schichten keine Hygroskopizität
zeigen, so daß
sich der Durchgangswiderstand durch Wasseraufnahme nicht erniedrigt.
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Wenn es nicht auf dünne Schichten, d. h. auf Schichtdicken
von weniger als 20 #t, ankommt, werden vorteilhaft statt der anorganischen Füllstoffe
die obenerwähnten hochpolymeren organischen Kunststoffe in Form von Pulver verwendet
und die Dispersionen, wie bei Einbrennlacken bekannt, auf die MetaRoberfläche aufgebracht.
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Schließlich können auch noch andere an sich bekannte Zusätze, wie
Netzmittel oder Inhibitoren, in die Dispersion eingearbeitet werden. Als Beispiel
für Netzmittel seien erwähnt: Polyglykoläther und Polyalkylenoxydaddukte. Beispiele
für Inhibitoren sind quartäre Ammoniumsalze sowie Salze aliphatischer Fettgäureamme.
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Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele erläutert. In den
Beispielen ist lediglich die. Zusammensetzung der Dispersionen angegeben, da die
Herstellung der Dispersionen in an sich bekannter Weise erfolgt. Bei den Mengenangaben
handelt es# sich stets um Gewichtsprozente, bei den Verwendungsangaben um Anwendungsbeispiele.
Beispiel 1
Isoliermittel für Bleche Dispersion von Polyvinylpropionat oder
Copolymere, wie Vinylacetat-Vinylchlorid ............................ 201/o
II3P04 .............................. 1 0/(# K(Na)-metaphosphat
................. 10/0
Glimmer (etwa 5 #t Teilchengröße) ..... 10%
Talafettaminphosphat (als Inhibitox) .... 0,01% Fettalkoholsulfonat (als Netzmittel)
.... 0,10/9 Wasser ........................... ad 100% Beispiel 2 Isoliermittel
für Kaltwalzbleche Dispersion von Polyvinylacetat ........ 5% Naturlatex
........................... 101/o Phthalatharz ......... ................
10% H3P04 .............................. JO/, K(Na)-metaphosphat 1% Talgfettaminphosphat
(als Inhibiior)-,.. 0,01% Isopropyl-naphthalinsulfoiisäure --
(als Netzmittel)
.................... 0,10/0 Wasser ........................... ad
1000/9 Beispiel 3
Isollermittel für Warmwalzbleche Dispersion von Polyvinylacetat
........ 17,50/9 Metacrylsäureester ................... 5% Chlorkautschuk
...................... 5,019 Glimmer .............................
1111/o K(Na)-metaphosphat ................. 1% Saures Na-pyrophosphat ..............
1,5% Polyglycoläther (als Netzmittel) ........ 0,10/0 Wasser ...........................
ad 100% Beispi,el 4 Dispersion von Polyvinylacetat ........ 17,5% Polyäthylenpulver
..... ............... 10% HSP04 ......................... . .... 10/0 Isopropyl-naphthalinsulfonsäure
(als Netzmittel) ..................... 0,1% Wasser ...........................
ad 100 0/9