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Glimmerband zur Herstellung eines elektrischen Leiters Die Erfindung
betrifft ein Glimmerband, das aus einer Schicht aus Glimmerschuppen, einem Trägermaterial
für die Glimmerschicht in Form von Papier, Glasgewebe od. dgl. und einem Bindemittel
besteht, zur Herstellung einer aus dem Isoliermaterial bestehenden, einen elektrischen
Leiter umgebenden Bandage, die mit einem härtbaren Epoxyharz oder ungesättigten
Polyesterharz imprägniert ist.
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Eine Voraussetzung dafür, daß ein Harz bei Imprägnierungsprozessen
mit einem niedrigen Umsetzungsgrad des Harzes verwendet werden kann, ist, daß die
Gebrauchszeit des Harzes bei Imprägnierungs-und Lagerungstemperatur ausreichend
lang ist, d. h. daß das Harz seine Eigenschaften, z. B. Viskosität, während seiner
Verweilung in dem Lagerungs- oder Imprägnierungsgefäß beibehält. Eine andere Voraussetzung
ist, daß das Harz nicht eine ungünstige lange Härtungszeit oder ungünstig hohe Härtungstemperatur
hat.
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Für gewisse Harze, unter anderem für gewöhnliche Härtungsmittel enthaltende
Epoxyharze oder gewöhnliche ungesättigte Polyesterharze, ist es sehr schwer, die
beiden genannten Forderungen gleichzeitig zu erfüllen. Harze der genannten Art,
bei welchen die Gebrauchszeit annehmbar ist, haben nämlich hohe Härtungstemperaturen
oder lange Härtungszeiten, und umgekehrt haben Harze, bei denen die Härtungsbedingungen
annehmbar sind, ungünstig kurze Gebrauchszeiten, d. h., die Eigenschaften der Harze
verändern sich während der Verweilung im Imprägnierungsgefäß so schnell, daß sie
nach nur kurzer Anwendungszeit durch neu vorbereitete Harze ersetzt werden müssen.
Eine lange Härtungszeit eines Harzes bringt unter anderem den Nachteil mit sich,
daß die Zeit für die Herstellung des Produktes steigt. Eine hohe Härtungstemperatur
hat nicht nur den Mangel, daß sie die Verwendung von Öfen erfordert, in denen die
nötigen Temperaturen erreicht werden können, sondern unter anderem auch den, daß
in den hergestellten Produkten enthaltenes, für höhere Temperaturen empfindliches
Material beschädigt werden kann. Weiter kann die Verwendung von hohen Härtungstemperaturen
schädliche innere Spannungen verursachen, wenn das Produkt Material mit verschiedenen
Wärmeausdehnungskoeffizienten enthält. Die Harze schrumpfen während der Härtung
bei hohen Temperaturen auch besonders stark.
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Probleme der obengenannten Art kommen unter anderem in der Elektroindustrie
bei der Imprägnierung von elektrischen Maschinen oder Apparaten oder Teilen von
solchen Ausrüstungen vor, die mit Glimmerbändern isoliert sind. Zum Imprägnieren
solcher Gegenstände werden dort oft große Bottiche mit Imprägnierungsharzen verwendet,
in welche die hergestellten Produkte fortlaufend getaucht werden. Die verbrauchte
Harzquantität ist hierbei gering im Verhältnis zur Harzmenge im Bottich, sie wird
bei Bedarf durch Nachfüllen von Harz ersetzt. Es ist dabei von größter Bedeutung,
daß das Harz im Bottich die ganze Zeit seine Eigenschaften beibehält, unter anderem
seine Viskosität, so daß für jedes zu imprägnierende Produkt dieselben Imprägnierungsbedingungen
angewendet werden können, d. h., daß das Aufrechterhalten der konstanten Eigenschaften
des ausgehärteten Harzes nicht auf Kosten der wünschenswerten oder anwendbaren Härtungsbedingungen
geschieht.
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Bei der Herstellung von Mehrschichtisolierungen aus ungesättigten,
Beschleuniger enthaltenden Polyesterharzen ist es bekannt, das Isoliermaterial so
in zwei Komponenten aufzuteilen, daß jede Komponente einen spezifischen Beschleuniger
der anderen Komponente enthält, wodurch die Tropfzeit des Isoliermaterials verlängert
wird. Die bei Isoliermaterial mit Glimmerschuppen bestehenden Probleme werden in
den bekannten Fällen nicht behandelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glimmerband der eingangs
genannten Gattung so auszubilden, daß bei seiner Verwendung unter Einhaltung niedriger
Härtungstemperaturen und kurzer
Härtungszeiten das in einem Imprägnierungsgefäß
befindliche Imprägnierungsharz seine Eigenschaften nicht ändert. Diese Aufgabe wird
nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Bindemittel einen die Härtungsreaktion
des Harzes beschleunigenden Stoff enthält. Da bei Verwendung eines solchen Glimmerbandes
der Beschleuniger mit dem im Imprägnierungsgefäß befindlichen Harz erst nach der
Durchtränkung des zu imprägnierenden Gegenstandes in Berührung kommt, wird das Harz.
im Imprägnierungsgefäß durch den Beschleuniger nicht beeinträchtigt, so daß das
Harz seine Eigenschaften lange Zeit behält. Durch die Verwendung des Beschleunigers
lassen sich die erwünschten kurzen Härtungszeiten erzielen.
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Außer dem genannten Vorteil werden viele andere Vorteile mit der Erfindung
erreicht. Das Glimmerband nach der Erfindung kann so in einem besonderen, von der
'Imprägnierung unabhängigen Prozeß hergestellt werden und bildet auch ein selbständiges
transportables und lagerungsfähiges Produkt, das in verschiedener Weise behandelt
werden kann, ehe es einer Imprägnierung mit dem härtbaren Harz unterworfen wird.
Weiter wird der Vorteil erreicht, daß auf ein übliches Bindemittel im Glimmerband
verzichtet werden kann. Da der Stoff, der die Härtungsreaktion des Harzes beschleunigt,
in gleicher Weise wie ein übliches Bindemittel angewendet werden kann, bedeutet
seine Verwendung keinen zusätzlichen Arbeitsgang bei der Herstellung einer isolierenden
Bandage eines elektrischen Leiters. Der beschleunigende Stoff darf bei der Imprägnierungstemperatur
im Imprägnierungsharz nicht allzu leicht löslich sein. In der Zeichnung zeigt F
i g. 1 ein Glimmerband mit einem Bindemittel, das als Akzelerator eines später verwendeten
Imprägnierungsharzes dient, F i g. 2 ein Verfahren, das Band nach F i g. 1 herzustellen,
und F i g. 3 einen elektrischen Leiter, der mit einem Isolierband nach F i g. 1
umwickelt ist.
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Beispiel 1 Das Isolierband 10 nach F i g. 1 enthält eine bindemittelfreie
Folie 11 aus einander überlappenden kleinen Glimmerschuppen. Eine solche Folie kann
nach bekannten Methoden durch Spalten von gewöhnlichem Glimmer zu sehr kleinen Schuppen
hergestellt werden. Dabei wird der Glimmer erst einer Wärmebehandlung ausgesetzt,
wonach der durch diese Behandlung gespaltene Glimmer mit Wasser zu einem Brei gerührt
und zu einem bogenförmigen Material geformt wird nach einer Methode, die der bei
Herstellung von Papier verwendeten ähnlich ist. Die Folie 11 ist an einem Trägermaterial
12 befestigt, das aus einem gewebten Glasfaserband besteht mit einem Bindemittel
13 in der Form von einem freie Aminogruppen enthaltenden Polyamid. Das Bindemittel
13 ist in F i g. 1 vereinfacht als eine Schicht und stark vergrößert gezeigt, um
die Figur zu verdeutlichen.
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Die Dicke der Glimmerfolie 11 kann z. B. 0,09 mm sein und die des
Glasfaserbandes z. B. 0,04 mm. Die Bindemittelmenge muß ausreichend sein, damit
die Glimmerschuppenfolie am Glasgewebe haftet.
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Das Bindemittel -besteht aus 25 Gewichtsteilen eines festen, relativ
elastischen Polyamids mit einem Schmelzpunkt von etwa 100°C und einer Aminzahl,
die 3 ist, sowie 75 Gewichtsteilen eines halbfesten Polyamids mit einem Schmelzpunkt
von etwa 50°C und einer Aminzahl, die etwa 90 ist. Die Aminzahl gibt die Anzahl
Milligramm KOH an, die der Aminäquivalenz in 1 g des Polyamids entspricht. Besonders
das letztgenannte Polyamid, das mehrere freie Aminogruppen enthält, wirkt beschleunigend
auf die Härtung des Epoxyharzes, das bei einem späteren Imprägnierungsprozeß verwendet
wird.
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Das Isolierband 10 kann gemäß F i g. 2 hergestellt werden, wobei die
Glimmerfolie 11 und das Glasfaserband 12 von Vorratsrollen 14 und 15 zusammengeführt
werden, nachdem das Glasfaserband mit einem Bindemittel dadurch versehen ist, daß
es eine mit einer rotierenden Walze 16 ausgerüstete Lackieranordnung 17 passiert,
die das genannte Bindemittel zu einer etwa 15°/oigen Lösung in einem aus gleichen
Teilen von Butanol und Toluol bestehenden Lösungsmittel gelöst enthält. Nachdem
die Glirnmerfolie und das Glasfaserband zusammengeführt sind, werden sie durch Passieren
einer Erwärmungsanordnung 18 einer Temperatur von etwa 200°C ausgesetzt. Dabei wird
das Lösungsmittel entfernt und ein zusammenhängendes Produkt erhalten.
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Das Isolierband kann gemäß F i g. 3 zur Isolierung z. B. eines Leiterbündels
19 benutzt werden, das einen Teil einer Hochspannungsspule ausmacht. In dem dargestellten
Fall besteht die Spule 19 aus mehreren einzelnen Leitern 20. Die Leiter sind voneinander
dadurch isoliert, daß sie mit Glasgarn 21 umsponnen und mit einem Bindemittel imprägniert
sind, z. B. einem Epoxyharz, einem Allcydplast, einem Phenolplast od. dgl., das
danach gehärtet worden ist. Bei Isolierung des Leiterbündels 19 wird dies schichtweise
mit z. B. halber Überlappung mit dem oben beschriebenen Isolierband 10 umwickelt.
Nachdem das ganze Bündel mit einer aus einer Anzahl, z. B. dreißig, aufeinanderliegender
Isolierbandschichten bestehenden Isolierung und außerdem mit einer schützenden Umwicklung
von ohne Überlappung aufgebrachtem Glasband 22 versehen ist, wird die Wicklung erst
zweckmäßig in Vakuum getrocknet, wonach der isolierte Leiter mit einem flüssigen
Epoxyharz bei Zimmertemperatur imprägniert wird, zweckmäßig auch in Vakuum. Das
Epoxyharz wird durch Mischen von 100 Teilen eines Epoxyharzes bereitet, das in bekannter
Weise aus Epichlorhydrin und 4,4'-Dioxidiphenyl-dimethylmethan hergestellt ist und
ein Epoxyäquivalenzgewicht von 192 und eine Viskosität von 10 000 bis 12 000 cP
bei 25°C hat, mit 70 Teilen eines Härtungsmittels, das aus einer Mischung von 52
Teilen Hexahydrophthalsäureanhydrid und 18 Teilen Tetrahydrophthalsäureanhydrid
besteht. Ein solches Harz hat eine lange Gebrauchszeit, aber eine lange Härtungszeit
oder hohe Härtungstemperatur. Während der Imprägnierung dringt das Harz in die Isolierung
des Leiters ein. Weil das Bindemittel des Isolierbandes im Imprägnierungsharz verhältnismäßig
schwer löslich ist, hat das Bindemittel keine Zeit, sich aufzulösen und in dem Harz
im verwendeten Imprägnierungsbad zu diffundieren. Der imprägnierte Gegenstand wird
dann in ein Formwerkzeug zum Härten des Imprägnierungsmittels gestellt. Während
der Erwärmung löst sich das Polyamidbindemittel im Epoxyharz auf, was in einer starken
Reduzierung der für Epoxyharz normalen Härtungsbedingungen resultiert. Die Bindemittel
menge im Glimmerband kann zweckmäßig so abgepaßt werden, daß sie 1 bis 100/, der
vom isolierten Gegenstand aufgenommenen ,Harzmenge ausmacht:
Beispie12
Ein Leiterbündel wird isoliert und in derselben Weise und unter Anwendung desselben
Materials wie im Beispiel l imprägniert mit dem Unterschied, daß an Stelle des Isolierbandes
10 ein Isoliermaterial verwendet wird, das aus Glimmerschuppen von gewöhnlicher
Größe besteht, die an einem als Trägermaterial dienenden Glasgewebe befestigt sind.
Beim Herstellen dieses Isoliermaterials werden die Glimmerschuppen über ein breites
Glasgewebe verteilt und aneinander und an das Glasgewebe mit dem im Beispiel 1 angegebenen
Bindemittel gebunden. Das Bindemittel wird wie vorhin in der Form einer 150/0igen
Lösung zugeführt, und das Lösungsmittel wird dadurch entfernt, daß das Glasgewebe
mit daran angebrachten Glimmerschuppen einen etwa 200°C warmen Ofen passieren. Das
so hergestellte Isoliermaterial kann entweder als solches oder nach Aufschneiden
in Bänder von passender Breite verwendet werden. Beispiel 3 Ein isoliertes Leiterbündel
wird in der im Beispiel 1 angegebenen Weise hergestellt und mit einer Mischung aus
90 Gewichtsteilen eines mittelviskosen Epoxyharzes mit dem Epoxyharzäquivalenzgewicht
200, 10 Gewichtsteilen Phenylglycidyläther und 70 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid
imprägniert. Gute dielektrische Eigenschaften der Isolation können bei einer Härtungstemperatur
von 160°C und mit einer Härtungszeit von 8 Stunden erhalten werden. Beispiel 4 Isolierband
wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt mit dem Unterschied, daß
das Bindemittel im Band aus 80 Gewichtsteilen eines festen Polyamids mit einem Schmelzpunkt
von etwa 110°C und einer Aminzahl von 3 und 20 Gewichtsteilen eines flüssigen Polyamids
mit einer Aminzahl von etwa 300 besteht. Das Bindemittel wird dem Glasgewebe in
der Form einer 100/0igen Lösung in einem Lösungsmittel zugeführt, das aus gleichen
Teilen von Butenol und Xylol besteht. Die Isolierbänder werden zur Herstellung von
isolierten Leiterbündeln verwendet und mit einer Mischung von 100 Gewichtsteilen
eines niederviskosen Epoxyharzes mit dem Epoxyharzäquivalenzgewicht 170 und 80 Gewichtsteilen
Hexahydrophthalsäureanhydrid imprägniert. Die Härtung wird bei 140°C vorgenommen.
Hier ist eine bedeutend kürzere Härtungszeit erforderlich als bei Weglassen des
Polymidbindemittels im Band. Beispiel s Isolierband wird in der im Beispiel 1 beschriebenen
Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Bindemittel, mit dem das Glasgewebe
vor seinem Kontakt mit der Glimmerfolie behandelt wird, aus Koboltnaphthenat besteht,
das in solcher Menge in Benzin aufgelöst ist, daß der Kobaltgehalt in der Lösung
40/0 wird. Das getrocknete Band wird in beschriebener Weise zur Isolierung eines
Leiterbündels benutzt und mit einer Mischung von 85 Gewichtsteilen eines ungesättigten
Esterharzes imprägniert, 15 Gewichtsteilen Styrol und 2 Gewichtsteilen 500/0iger
Cyclohexanonperoxydpasta. Die Härtung kann bei Zimmertemperatur oder etwas erhöhter
Temperatur vorgenommen werden, was nicht möglich ist, wenn ein die Härtungsreaktion
nicht beschleunigendes Bindemittel im Band verwendet wird.
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In den Beispielen ist die Verwendung von Beschleunigern für Epoxyharze
und ungesättigte Esterharze als Bindemittel im Isoliermaterial beschrieben worden,
das aus Glimmer und Glasfaserprodukten besteht, die dann einer Imprägnierung mit
einem Epoxyharz bzw. einem ungesättigten Esterharz unterworfen werden. Es ist selbstverständlich,
daß die Beschleuniger als Bindemittel in ähnlichem Isoliermaterial verwendet werden
können, wo ein anderes Trägermaterial als Glasgewebe verwendet wird, z. B. Papier,
Baumwollgewebe, Seidengewebe, Asbestpapier o. dgl.
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In den Beispielen ist unter anderem der Fall behandelt worden, wo
das Imprägnierungsharz ein Epoxyharz und der Beschleuniger ein Polyamid mit freien
Aminogruppen ist, das als Bindemittel in einem Isoliermaterial benutzt wird. An
Stelle der genannten Polyamide können andere Beschleuniger allein oder in Kombination
mit polymeren inaktiven Bindemitteln verwendet werden, wie z. B. ein Alkyd mit adhäsiven
Eigenschaften. Als Beispiel von solchen geeigneten Beschleunigern können unter anderem
genannt werden: Metaphenylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Diäthylaminopropylaminund
Benzyldimethylamin. Als Beispiel von zweckmäßigen Beschleunigern für ein ungesättigtes
Polyesterharz, die sich auch als Bindemittel in einem Isolierband eignen, können
reine Beschleuniger, wie Kobaltnaphthenat nach Beispiel 5, oder polymere, im Imprägnierungsharz
lösliche Bindemittel mit beigemischten Beschleunigern genannt werden, z. B. hochviskoses
Polystyren, Alkyde oder ungesättigte Esterharze mit Beimischung von Koboltnaphthenat
oder Dimethylanilin.