DE1440862B2 - Isolierter elektrischer leiter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft isolierte elektrische Leiter mit einer Esterimidharzisolierung als Grundschichtisolation.
Üblicherweise werden mit Lackfilmen isolierte elektrische Leiter hergestellt, indem man den
metallischen Leiter durch ein Lackbad mit Harzlösung hindurchführt, und zwar gegebenenfalls mehrmals,
und nach jeder Lackierung unter Wärmeeinwirkung die Lösungsmittel verdampft und das Harz auf dem
Leiter einbrennt und aushärtet. Zur Erzielung hochwärmebeständiger Drähte werden schon seit längerer
Zeit vernetzte Terephthalsäurepolyester verwendet. Der Nachteil dieser Harzisolierung ist unter anderem
eine unbefriedigende Wärmeschockfestigkeit. Diese kann z. B. nach dem Vorschlag der USA.-Patentschrift
3 022 200 dadurch erhöht werden, daß die mit der Grundisolierschicht versehenen Drähte mit einem
zusätzlichen Überzug aus einem hochmolekularen linearen Terephthalsäureglycolpolyester überzogen
werden. Es werden hierbei jedoch die dielektrischen Eigenschaften besonders in der Wärme durch den
linearen Polyester verschlechtert.
Andererseits wurde in neuerer Zeit eine vollständig neue Stoffklasse für die Elektroisolation von Leitern
gefunden. Es handelt sich hierbei um die sogenannten Esterimidharze, d. h. um Polyesterharze, die in den
Polyesterketten cyclische Imidgruppen enthalten. Hierbei sind die Imidgruppen derart in die Polyesterkette
eingebaut, daß die funktionellen Gruppen des jeweiligen Polyesterbestandteiles über unterschiedliche Glieder
des cyclischen Imidnnges hinweg miteinander in Verbindung stehen. Die Herstellung solcher Esterimidharze
und elektrischer Leiter, z. B. Drähte, die mit diesen neuartigen Harzen beschichtet sind, ist
z. B. aus den britischen Patenten 973 377, 996 649, 1 026 032 und 1 028 977 bekannt.
Diese Isolationslackfilme zeigen nicht nur eine ausgezeichnete thermische Stabilität und sehr gute
dielektrische Werte, sie zeichnen sich insbesondere auch durch eine sehr gute Wärmeschockfestigkeit
aus. Gelegentlich ist jedoch die Abriebfestigkeit derartiger Drahtlackisolationen nicht hoch genug,
um den Draht auf modernen vollautomatischen Wickelmaschinen verarbeiten zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Elastizität und besonders die Abriebfestigkeit
von derartigen lackisolierten elektrischen Leitern zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß über der Esterimidharzisolierung eine Deckschichtisolation vorgesehen ist,
die eine Kombination eines vernetzten Esterimidharzes mit einem linearen Polyalkylenester der Isooder
Terephthalsäure ist.
Bemerkenswert ist dabei, daß erst durch diese Kombination des vernetzbaren Esterimidharzes mit dem
rein linearen Polyalkylenester die gewünschten Effekte erreicht werden, während ein zusätzlicher Überzug
aus einem rein linearen Polyalkylenester allein keineswegs so gute Ergebnisse liefert. Durch den Einbau der
imidgruppenhaltigen Polyester in den zweiten Überzug wird eine bessere Abriebfestigkeit erzielt als bei der
Verwendung der linearen Terephthalsäurepolyester allein. Auch die dielektrischen Werte zeigen gegenüber
einem Überzug aus rein linearen Polyalkylenestern Verbesserungen.
Vorzugsweise ist das Polyalkylenesterharz der Deckschicht hochmolekulares Glycolterephthalat. Zweckmäßigerweise
wird die zweite Isolationsschicht in einer dünneren Schichtstärke aufgetragen als die
Grundschicht. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Esterimidharz der Deckschicht
identisch mit dem Esterimidharz der Grundschichtisolation.
Aus der Figur ergibt sich der Aufbau der erfindungsgemäßen
Leiterisolation.
Auf einen elektrischen Leiter, z. B. einen Draht, ist zunächst eine Grundschichtisolation 2 aus einem
imidgruppenhaltigen Polyesterharz aufgebracht und
ίο dort ausgehärtet, wie es z. B. in den genannten älteren
Patenten der Anmelderin beschrieben ist. Diese erste Isolationsschicht wird durch einen zweiten, vorzugsweise
dünneren Überzug 3 abgedeckt, der die erfindungsgemäße Kombination des imidgruppenhaltigen
Polyesterharzes mit einem linearen Polyalkylenester ist.
Die Erfindung umfaßt weiterhin die Herstellung solcher isolierter elektrischer Leiter. Hierbei wird
zunächst in an sich bekannter Weise, gegebenenfalls in mehreren Schichten, der Grundüberzug 2 aus dem
imidgruppenhaltigen Polyesterharz aufgebracht und ausgehärtet. Sodann wird in gleicher Weise der weitere
dünne Überzug 3 aus der erfindungsgemäßen Kombination aufgebracht, indem der mit dem Groindüberzug
2 versehene Leiter ein- oder auch mehrmals durch eine Lösung der erwärmten Harze dieser Kombination
gezogen wird, worauf diese durch Wärmeeinwirkung darauf eingebrannt werden.
Die Verarbeitungsbedingungen, insbesondere die Einbrenntemperatur und die Abzugsgeschwindigkeit,
können bei den beiden Lackierungen für die Herstellung dieser Schichten gleich gewählt werden, so
daß auch vorzugsweise in nur einem Arbeitsgang gefahren werden kann. Hierbei muß dafür gesorgt
werden daß der Draht nacheinander die beiden jeweiligen Lackbäder getrennt passiert. Selbstverständlich
kann dabei der Draht das jeweilige Lackbad mehrfach passieren.
Wie bereits angegeben, kann für den äußeren Überzug als imidgruppenhaltige Polyesterkomponente das gleiche Harz wie für den Grundüberzug verwendet werden. Als zweite Komponente in der erfindungsgemäßen Deckisolationsschicht, d. h. als lineares Polyalkylenharz, wird zweckmäßigerweise ein hochmolekulares Glycolterephthalat verwendet, das auch zur Herstellung von Fasern geeginet ist.
Wie bereits angegeben, kann für den äußeren Überzug als imidgruppenhaltige Polyesterkomponente das gleiche Harz wie für den Grundüberzug verwendet werden. Als zweite Komponente in der erfindungsgemäßen Deckisolationsschicht, d. h. als lineares Polyalkylenharz, wird zweckmäßigerweise ein hochmolekulares Glycolterephthalat verwendet, das auch zur Herstellung von Fasern geeginet ist.
In der erfindungsgemäßen Deckisolationsschicht werden dabei vorzugsweise die beiden Komponenten,
d. h. das Esterimidharz und das Glycolterephthlatharz, in Mengen von 20:80 bis 60:40 Gewichtsteilen
eingesetzt. Bevorzugt sind Gewichtsverhältnisse von 40:60 bis 50:50.
Die Herstellung eines Überzugslackes für die Deckschicht kann z. B. vorteilhaft in der folgenden Weise
erfolgen: Man fügt zu einer 3- bis 8%'gen, vorzugsweise
5- bis 6%igen>
Lösung des imidgruppenhaltigen Polyesters in einem Lösungsmittel, beispielsweise
einem Gemisch aus Phenol und Kresolen, 5 bis 10 %> vorzugsweise 7 bis 8 %>
des linearen Alkylenpolyesters bei erhöhter Temperatur, beispielsweise im Bereich
von etwa 9O0C, unter Rühren in kleinen Anteilen hinzu
und löst dabei vollständig. Eventuell in den Lösungsmitteln vorhandenes oder am Harz haftendes Wasser
wird mit Hilfe einer geringen Menge Xylol unter Anlegen von Vakuum entfernt. Wenn auch das Xylol
wieder vollständig abdestilliert ist, wird ohne Vakuum noch für einen kurzen Zeitraum erhitzt, beispielsweise
für eine halbe Stunde auf etwa 12O0C. Es fällt dabei
eine Lösung des Harzgemisches an, die sich nach den üblichen Methoden zur Drahtbeschichtung gut verarbeiten
läßt. Der Lack bleibt klar und mehrere Monate lagerfähig. Geeignet ist beispielsweise eine
etwa 13- bis 14%ige Lösung des Harzgemisches in Phenol/Kresol mit einer Viskosität von 80 bis 100 Sekunden
bei 200C im 4-mm-DIN-Becher.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei hier kurz darauf hingewiesen, daß die an sich bekannten imidgruppenhaltigen
Polyester (Esterimidharze), die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, nach den
Lehren der genannten älteren Patente durch Umsetzung von mehrwertigen Carbonsäuren, mehrwertigen
Alkoholen und Verbindungen mit primären Aminogruppen, gegebenenfalls unter Mitverwendung von
Hydroxycarbonsäuren bzw. deren Derivaten, Aminocarbonsäuren und/oder Aminoalkoholen hergestellt
werden. Hierbei können entweder im Rahmen einer Polyester-Herstellung mindestens teilweise solche
Verbindungen eingesetzt werden, bei denen die funktionellen Gruppen des Moleküls über einen Imidring
hinweg miteinander in Verbindung stehen, oder es werden bei der Harzkondensation solche Komponenten
gewählt, daß bei der Kondensationsreaktion die gewünschten Imidringe innerhalb der Polyesterketten
gebildet werden.
In den folgenden Beispielen beschreibt:
Beispiel 1 die Herstellung eines imidgruppenhaltigen Polyesterharzes, das für die Grundisolierung
des metallischen Leiters verwendet wird.
Beispiel 2 die Herstellung einer Harzlösung auf Basis eines linearen Polyalkylenesters.
Es wurde für die Versuche ein bekanntes hochmolekulares Glycolterephthalat benutzt.
Beispiel 3 die Herstellung eines Lackes, der für den
zweiten Überzug des erfindungsgemäßen
isolierten elektrischen Leiters verwendet
wurde.
Für diese Kombination wurde das imidgruppen-
haltige Polyesterharz aus Beispiel 1 und der lineare Polyester aus Beispiel 2 eingesetzt.
98,4 g Dimethylterephthalat, 29,0 g Glycerin und 43,5 g Äthylenglykol wurden mit 20,0 g Kresol, 1,0 g
Cernaphthenat und 0,3 g Calciumnaphthenat in einem 2-1-Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und
Rektifizieraufsatz langsam aufgeheizt. Ab 1400C
wurde die Temperatur um etwa 5°C pro Stunde gesteigert, bis bei etwa 2000C die theoretische Menge
Methanol abdestilliert war. Der gebildete Terephthalsäureester wurde mit 170 g Kresol verdünnt und auf
8O0C abgekühlt. Dann wurden 149,7 g Trimellitsäureanhydrid
und 76,3 g 4,4'-Diaminodiphenylmethan hinzugefügt und die Temperatur wieder gesteigert.
Bei etwa 1400C fiel die Dicarbonsäure Bis-4,4'-(trimellithsäureimido)-diphenylmethan
als dicker gelber Niederschlag aus, und Wasser destillierte ab. Die Temperatur wurde in der Weise weitergesteigert, daß
die Kopf temperatur immer etwa 1000C betrug. Dabei
wurde überwiegend nur Wasser abdestilliert. Nachdem der Ansatz klar geworden war, wurde die Temperatur
noch etwa 2 Stunden auf 205 bis 2150C gehalten und dann der Ansatz mit Kresol verdünnt, so daß der
Festkörpergehalt der Lösung 58 bis 60% betrug. Diese Harzlösung wurde auch zur Herstellung des
Überzugslackes nach Beispiel 3 verwendet. Zur Herstellung des Lackes für die Grundisolierung wurde die
kresolische Lösung obigen Harzes noch mit 1,7% Butyltitanat und 0,28% p-Toluolsulfonsäure, berechnet
auf das Festharz, versetzt und mit Kresol, Solventnaphtha und Xylol bis zu einem Festkörpergehalt von
28% und einer Viskosität von 110 Sekunden bei
2O0C im 4-mm-DIN-Becher verdünnt.
■ -"- Beispiel 2
394 g Phenol, 219 g o-Kresol und 262 g Kresol DAB IV wurden auf 80 bis 900C erwärmt und unter
Rühren 125 g Glykolterephthalat in kleinen Anteilen hinzugegeben. Es wurde etwa 3 Stunden bei dieser
Temperatur gerührt, bis eine vollständige Lösung des Polyesters erreicht war. Dann wurden 10 ml Xylol
hinzugefügt und im Vakuum Spuren von Wasser zusammen mit dem Xylol abdestilliert. Nachdem das
Xylol wieder vollständig entfernt war, wurde das Vakuum aufgelöst und noch eine halbe Stunde auf
HO0C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Lösung
auf 60°C abgekühlt und filtriert. Sie hatte einen Festkörpergehalt von 13 %·
159 g 58%igeHarzlösung aus Beispiel 1 wurden mit
755 g Phenol, 421 g o-Kresol und 505 g Kresol DAB IV verdünnt und auf 900C erwärmt. Unter Rühren wurden
160 g der obenerwähnten Polyesterchips in kleinen Anteilen hinzugefügt. Es wurde etwa 3 Stunden bei
900C gerührt, bis vollständige Lösung erreicht war.
Dann wurden 80 g Xylol hinzugefügt, das dann zusammen mit vorhandenen geringen Mengen Wasser
im Vakuum wieder vollständig abdestilliert wurde. Dann wurde ohne Vakuum noch 1J2 Stunde auf 1100C
erhitzt. Nach dem Abkühlen auf 6O0C wurde filtriert.
Der Lack hatte einen Festkörpergehalt von 13,6 % und eine Viskosität von 85 Sekunden bei 2O0C im
4-mm-DIN-Becher.
Die in den Beispielen beschriebenen Lacke wurden nach üblichen Verfahren mit einem Drahtemaillierofen
von 3,50 m Länge, einer Ofentemperatur von 48O0C auf Kupferdraht von 1 mm 0 lackiert und eingebrannt.
Die Isolierung der angeführten Muster erfolgte in folgender Weise: ·■■"■.'-
Muster A:
Gesamtisolierung aus Imidgruppen-haltigem Polyesterharz nach Beispiel 1. Es wurden zwei Muster
mit unterschiedlicher Schichtstärke der Isolation geprüft (A 1 und A 2), um zu zeigen, daß bei Erhöhung
der Schichtstärke die Abriebwerte gleichbleiben, da die jeweilige Belastung in Abhängigkeit
von der Schichtstärke gewählt wird.
Muster B:
Grundschicht aus Imidgruppen-haltigem Polyesterharz nach Beispiel 1, Deckschicht aus Glykolterephthalat
nach Beispiel 2.
Muster C:
Erfindungsgemäße Isolierung mit Grundschicht aus Imidgruppen-haltigem Polyesterharz nach Beispiel
1, Deckschicht aus Kombination nach Beispiel 3.
Die Prüfergebnisse der nach diesem Schema isolierten elektrischen Leiter sind in folgender Tabelle
zusammengefaßt:
Schichtstärke | Abrieb | Dielektrischer | Verlustwinkel | 68 | |
IVl Ua Lei | der Isolierung | Belastung 675 g | (800 hz) | tg δ 104 | 53 |
Al | 71 μ | 75 Doppelhübe | 49 | ||
Belastung 560 g | 34 | ||||
A2 | 54 μ | 72 Doppelhübe | 151 | ||
2O0C | 456 | ||||
100° C | |||||
150° C | 72 | ||||
180°C | 111 65 |
||||
200° C | 68 | ||||
Belastung 680 g | 220° C | 211 | |||
B | Grundschicht 56 μ | 85 Doppelhübe | 547 | ||
Deckschicht 17 μ | 20° C | ||||
Gesamt 73 μ | 100° C 150°C |
78 | |||
180° C | 52 87 |
||||
200° C | 55 | ||||
Belastung 680 g | 220° C | 138 | |||
C | Grundschicht 54 μ | 122 Doppelhübe | 442 | ||
Deckschicht 18 μ | 20°C | ||||
Gesamt 72 μ | 100° C 150° C |
||||
180° C | |||||
2000C | |||||
220° C | |||||
Aus der Tabelle ist klar ersichtlich, daß der erfindungsgemäß isolierte elektrische Leiter (Muster C)
eine starke Verbesserung der Abriebfestigkeit aufweist. In der tg <5-Kurve ist bei dem Muster B ein Maximum
bei 100° C zu erkennen, das durch den linearen Polyester hervorgerufen wird. Bei dem erfindungsgemäßen
isolierten elektrischen Leiter (Muster C) entsteht erst bei 15O0C ein zusätzliches Maximum.
40
Claims (5)
1. Elektrischer Leiter mit einer Esterimidharzisolierung als Grundschichtisolation, gekennzeichnet durch eine darüberliegende Deck-
Schichtisolation, die eine Kombination eines vernetzten Esterimidharzes mit einem linearen PoIyalkylenester
der Iso- oder Terephthalsäure ist.
2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Deckschichtisolation
hochmolekulares Glycolterephthalat vorliegt.
3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundschicht-
und in der Deckschichtisolation die gleichen Esterimidharze vorliegen.
4. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichtisolation
eine dünnere Schichtstärke aufweist als die Grundschichtisolation.
5. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichtisolierung
das Esterimidharz zum Alkylenpolyesterharz in Verhältnissen von 20:80 bis 60:40 Teilen, vorzugsweise von 40:60 bis 50:50
Teilen, enthält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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DE1440862B2 true DE1440862B2 (de) | 1971-06-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |