DE1646024C3

DE1646024C3 - Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs auf einem elektrischen Teil durch kataphoretisches Aufbringen eines in Wasser dispergierten Lackes

Info

Publication number: DE1646024C3
Application number: DE1646024A
Authority: DE
Inventors: Yoichiro Onishi; Takashi Suetake
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1966-03-07
Filing date: 1967-03-07
Publication date: 1978-12-21
Also published as: US3540990A; DE1646024B2; GB1169447A; DE1646024A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Oberzugs auf einen elektrischen Teil durch kataphoretisehes Aufbringen eines isolierenden Überzuges.

Es ist bekannt, elektrisch leitende Teile, beispielsweise Drähte, durch elektrophoretische Abscheidung von isolierenden Lacken zu überziehen. Die Lacke können in einem organischen Lösungsmittel gelöst vorliegen oder aber vorteilhaftepweise- in Form von wäßrigen Dispersionen, weil dadonch teuere und die Umwelt verschmutzende Lösungsmittel vermieden werden können. Außerdem kann man Lacke aus wäßrigen Dispersionen in dickeren Schichten auf zu überziehende Materialien aufbringen.

Es ist jedoch schwierig, Überzüge mit einer Dicke oberhalb von etwa 0,1 mm durch Elektrophorese auf Unterlagen aus in Wasser dispergierten isolierenden Lacken aufzubringen, weil solche Überzüge leicht porös sind. Zwar kann man die Dicke der Überzüge durch Zusatz verschiedener Füllstoffe erhöhen, jedoch wird dadurch häufig die Haftung der Überzüge nach dem Aushärten auf dem Substrat vermindert..

Die elektrophoretische Abscheidung von Lackteilchen aus wäßrigen Systemen wird unter anderem in den US-Patentschriften 28 20 752 und 30 27 313 beschrieben,

Aus der DE-PS 8 76 060 ist es bekannt, lackierte Drähte und dergleichen mit Lösungsmitteldämpfen zu behandeln. Dabei liegen die auf dem Leiter abgeschiedenen Lackschichten aber noch in Form einer Flüssigkeit vor. Diese mindestens zum Teil noch flüssige Schicht wird nun der Einwirkung eines Lösungsmitteldampfes ausgesetzt, so daß die Oberflächenspannung der Lackschicht über einen genügenden Zeitraum hinaus erhöht wird, und dadurch die Bildung eines gleichförmigen Oberzuges ermöglicht wird. Für dieses Verfahren ist somit das Lösungsvermögen des jeweils eingesetzten s Lösungsmittels von Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzuges auf einem elektrischen Teil durch kataphoretisehes Aufbringen eines isolierenden Überzuges aus einem in Wasser dispergierten isolierenden Lack aufzuzeigen, welches die Herstellung verhältnismäßig dicker Isolierungen ermöglicht Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, poröse Überzüge zu vermeiden.

Die Erfindung wird in den Patentansprüchen is beschrieben.

Das organische Lösungsmittel, welches auf den Überzug aufgebracht wird, wird vorzugsweise mindestens auf Raumtemperatur gehalten. Vorteilhafterweise wird nach der Aufbringung des organischen Lösiingmittels der Belag bei einer Temperatur von 40⁰C bis zur Endhärtungstemperatur 10 Minuten bis 1 Stunde vorgetrocknet und dann bei der Endhärtungstemperatur endgültig ausgehärtet

Bevorzugte Lacke umfassen fein verteilte syntheti-

sehe Harze, wie Polystyrolharze, die in einem wässrigen

Dispersionsmedium dispergiert oder suspendiert sind,

und emulgierte Isolierlacke, wie z. B. ?.uf Basis von

Acrylnitril.

Die Ergebnisse von ausgedehnten Versuchen zeigten, daß das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Koagulationsmittel ein in Wasser vollständig oder teilweise lösliches organisches Lösungsmittel sein soll und auch fähig sein soll, den aus dem Lack niedergeschlagenen isolierenden Überzug etwas aufzulösen. Bevorzugte organische Lösungsmittel sind Phenol für Lacke aus Polystyrolharzen und Dimethylformamide und Dimethylacetamide für Lacke aus Acrylnitrilharzen.

Die Endstufe besteht darin, den isolierenden Überzug,

auf den das Koagulationsmitte! aufgebracht worden ist, durch Wärme zu trocknen. Vorzugsweise wird zur endgültigen Aushärtung eine Vortrocknung bei einer

Temperatur von 40°C bis zur Endhärtungstemperatur

10 Minuten bis 1 Stunde lang vorgenommen. Diese

Maßnahme verhindert, daß der Belag aufgrund des

thermischen Schocks reißt, der auftritt, wenn der isolierende Überzug vom Beginn der Erhitzung an auf die Endhärtungstemperatur erhitzt wird.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert, worin

Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise im Längsschnitt, einer Überzugsvorrichtung ist, welche sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet; und

F i g. 2 eine ähnliche Ansicht wie F i g. I ist, die jedoch eine abgewandelte Vorrichtung zeigt.

Die Erfindung wird zwar in der Anwendung auf elektrisch leitende Teile in Form von länglichen Gebilden, wie z. B. elektrisch leitenden Teilen beschrieben, es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Erfindung genauso gut auf jede Form elektrisch leitender Teile anwendbar ist.

Da längliche kontinuierliche Teile im allgemeinen

h-, durch Ziehverfahren unter Verwendung von Düsen hergestellt werden, ist es normalerweise schwierig, die

Teile in ein Bad eines Koagulationsmittels, wie es oben

beschrieben wurde, einzutauchen, ohne daß ein Belag

auf das Teil niedergeschlagen wird, das mechanisch mit dem Koagulationsmittel in Berührung kommt Unter diesen Umständen müssen notwendigerweise verschiedene Mittel zur Aufbringung des Koagulationsmittels auf den Belag am leitenden Teil vorgesehen werden, was im Gegensatz zur Verwendung von Werkstücken mit einer endlichen Ausdehnung in allen drei Richtungen steht. Um dies zu erreichen, umfaßt die in Fig, I gezeigte Anordnung Einrichtungen für die Aufbringung eines Koagulationsmittels auf einen überzug, welcher auf einem leitenden Teil niedergeschlagen worden ist, mit Hilfe einer Berieselungs- oder Spritztechnik, während die Anordnung von F i g. 2 eine Einrichtung für die Durchführung des niedergeschlagenen Oberzuges durch eine Atmosphäre mit gesättigtem Dampf des Koagulationsmittels zwecks Aufbringung des Koagulationsmittels auf den Überzug umfaßt Gewünschtenfalls können beide Anordnungen miteinander für den gleichen Zweck vereinigt werden.

In Fig. 1 wird ein länglicher, elektrisch leitender Gegenstand, z. B. ein elektrischer Leitungsdraht 10, in einen geneigten Behälter 12 eingeführt, der eine Flüssigkeit aus belagbildendem Material 14 e/ahält In dem Behälter 12 verläuft der Draht durch eine Gegenelektrode 16 mit hohlzylindrischer Gestalt die so im Behälter angeordnet ist, daß sie mit der Flüssigkeit durch das kataphoretische Verfahren beschichtet wird. Dann tritt der den Behälter 12 verlassende beschichtete Draht 10 in eine Koagulationskammer 18 ein, die im wesentlichen mit dem Behälter 12 ausgerichtet tet. In der Kammer 18 verläuft der Draht 10 zwischen zwei Reihen von Berieselungs- oder Spritzdüsen 20, die in der Kammer in geeigneter Weise angeordnet sind, daß sie mit 2inem Koagulationsmittel beschichtet werden könnin, das aus den Düsen austritt. Die überschüssige v, Meng -■ des Koagulationsmittels wird in einem Reservoir 22 ge;ammelt, das am unteren Teil der Kammer 18 in der Mähe des Behälters 12 angeordnet ist. Das Koagulationsmittel im Behälter 22 wird der Düsenreihe 20 durch Pumpen 24 und entsprechende Leitungen zugeführt. Der Draht 10 verläßt die Kammer 18 und wird dann in einer nicht gezeigten Erhitzungskammer erhitzt, bis der Belag in der oben beschriebenen Weise gehärtet ist.

In F i g. 2, wo die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden, in F i g. 1 gezeigten Teile bezeichnen, sind Mittel für die Erhöhung der Temperatur eines Koagulationsmittels, das auf einen niedergeschlagenen Überzug aufgebracht werden soll, vorgesehen. Ein beschichteter Draht 10, der eine Beschichtungskammer 18 der gleichen Konstruktion wie der Behälter 12 von Fi g. I verläßt, läuft durch eine geneigte Koagulationskammer 18 mit einer Atmosphäre aus gestättigtem Koagulaiionsmitteldampf. Wie es in F i g. 2 gezeigt wird, ist eine Heizkammer 26 mit einer Heizwendel 28 unterhalb der Kammer 18 angeordnet und besitzt eine Öffnung, die mit dem untersten Ende der Kammer 18 in Verbindung steht, und eine weitere öffnung, die mit dem Mittelteil der Kammer in Verbindung steht, so daß das verdampfte Koagulationsmittel die Kammer füllt. Die so Kammer 18 ist am Auslaßteil und an dem Teil der äußeren Wandung, der sich in der Nähe des Austrittsteiles befindet, mit Kühlschlangen 30 und 32 zur Kühlung der äußeren Wandung der Kammer ausgerüstet, wodurch ein Entweichen von Koagulationsmittel in h-, Form von Dampf aus der Kammer durch das Austrittsende 34 verhindert wird. Der Teil des Koagulationsmittels, der iiicht auf einen Belag auf dem durch die Kammer laufenden Draht aufgebracht wird, wird verflüssigt und läuft dann in das unterste Ende der Kammer, bis er in die Erhitzungskammer 26 eintritt, um von neuem verdampft zu werden.

Die Anordnung von Fig,2 ist deshalb vorteilhaft, weil das Koagulationsmittel eine erhöhte Temperatur aufweisen kann und weil das Aussehen des fertigen Überzugs glänzender ist, als bei einem durch das Tauchverfahren hergestellten Belag,

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 400 Gew.-Teilen Wasser, 200 Gew.-Teilen Styrol, 2 Gew.-Teilen Kaliumpersulfat, 1 Gew.-Teilen Natriumhydrogensulfit und 4 Gew.-Teile Natriumsalz von Laurinsäureester wurde emulgiert und bei 8O⁰C 4 Stunden polymerisiert. Das erhaltene Polystyrolharz wurde zur Herstellung eines Lackbades mit 20% nichtflüchtigen Bestandteilen dispergiert

Ein Stück Weicheisenblech als Werkstück und eine gegenüberliegende Elektrode wurden in das Lackbad eingebracht, und ein Gleichstrom on 30 V an das Werkstück und die Gegenelektrode 30 Sekunden lang angelegt, wobei das Werkstück als Anode verwendet wurde. Hierdurch wurde ein Harzüberzug durch Kataphorese auf dem Werkstück niedergeschlagen.

Dann wurde das mit der Harzschicht versehene Werkstück 30 Sekunden in 50⁰C warmes Phenol eingetaucht, das als Koagulationsmittel dieme. Die Harzschicht auf dem Werkstück wurde anschließend in einem auf 70°C gehaltenen Ofen 1 h teilweise gehärtet. Die teilweise gehärtete Harzschicht wurde dann 1 h bei 200°C vollständig ausgehärtet. Der erhaltene gehärtete Überzug war glänzend und hatte eine Dicke von 0,3 mm.

Die Ergebnisse der Versuche zeigten, daß der Belag bzw. der Überzug gute Eigenschaften besaß.

Beispiel 2

Ein emulgierter Lack auf Acrylnitrilbasis wurde mit Wasser bis zu einem Gehalt von 20 Gew.-% nichvflüchtiger Bestandteile verdünnt. Ein durch Alkalienfettung und Beizung gereinigtes Weicheisenblech und eine Gegenelektrode wurde in das Bad eingebracht. An das Weicheisenblechstück und an die Gegenelektrode wurde 1 Minute ein Gleichstrom von 20 V angelegt, wobei das Blechstück als Anode geschaltet wurde. Hierdurch wurde ein Überzug auf dem Werkstück durch Kataphorese abgeschieden.

Das Werkstück wurde dann aus dem Lackbad entfernt und anschließend in Ν,Ν'-Dimethylformamid, das als Koagulationsmittel diente, 1 Minute bei Raumtemperatur eingetaucht. Nach der Entnahme aus dem Koagulationsmittel wurde das Werkstück 1 h in einem Ofen auf 70° zur Teilhärtung erhitzt. Dann wurde der Über>'jp 4 h bei 180⁰C endgültig gehärtet, wodurch ein gleichmäßiger kontinuierlicher Überzug mit einer Dicke von 0,22 mm erhalten wurde.

Der Überzug wurde auf die Bogenwiderstandseigenschaften gemäß dem in ASTM No. D 495 angegebenen Standardtest untersucht, und es wurde gefunden, daß er eine Eigenschaft entsprechend von 180 Sekunden und darüber aufwies. Er wurde auch in der folgenden Weise auf seine Wärmeerweichungswiderstandseigenschaft untersucht. Ein Stück eines blanken Kupierdrahts mit einem Durchmesser von 0,6 mm wurde senkrecht auf den Rand eines 10x10x100 mm großen Versuchsstücks aus Weicheisen mit einem in der obigen Weise hergestellten Harzbelag gelegt und mit einem Gewicht von 500 g beschwert. Dann wurde die Temperatur mit

einer Geschwindigkeit von 20XTC je Stunde in einem Ofen erhöht, bis ein Kurzschluß zwischen dem Kupferdraht und dem Versuchsstück verursacht wurde, so daß ein elektrischer Stromkreis entstand. Die Temperatur, bei der der elektrische Stromkreis geschlossen wurde, wurde gemessen und als Maß für die Wärmeerweichungsbeständigkeit genommen. Es wurde gefunden, daß der Überzug bei 200°C und mehr beständig war.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß eine Gleichstromspannung von 10 V an dem Werkstück und an der Gegenelektrode 5 Minuten angelegt wurde und daß die Endhärtungszeit 2 h betrug. Der erhaltene Belag hatte eine gleichmäßige und kontinuierliche Struktur und eine Dicke von 0.275 mm.

Der 2iif diese Weise herbste!!¹.? Ubcr/u^{17 W|}.^|ro·.* ?.i'f

seine dielektrische Durchschlagsfestigkeit und auf seinen spezifischen Widerstand gemäß den in ASTM No. D 149 bzw. D 257 angegebenen Standardversuchen getestet. Die Ergebnisse der Tests zeigten, daß die dielektrische Durchschlagsfestigkeit 4 Kilovolt je zehntel Millimeter für eine Dicke von 0.300 mm im getrockneten Zustand und 2.5 Kilovolt je zehntel Millimeter für eine Dicke von 0.310 mm im nassen Zustand betrug. Der spezifische Widerstand wurHf zu 5.1 χ 10^l5Ohmcm im trockenen Zustand und 4.9 χ IO^U Ohm cm im nassen Zustand bestimmt.

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß ein Gleichstrom mit einer Spar.iung von 20 Volt an dem Werkstück und an der Gegenelektrode 50 Sekunden angelegt wurde und daß Dimethylacetamid als Koagulationsmittel verwendet wurde. Der erhaltene Überzug hatte eine Dicke von 0.220 mm und gute Eigenschaften.

Beispiel 5

Die Verfahrensweise von Beispiel 2 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß ein Gleichstrom mit einer Spannung von 10 V an dem Werkstück und an der Gegenelektrode 5 Minuten angelegt wurde, um auf dem Werkstück einen Belag herzustellen, auf welchen wiederum N.N'-Dimethylformamid von 70^rC 30 Sekunden aufgetröpfelt wurde. Der erhaltene Überzug hatte gute Eigenschaften und eine Dicke von 0.205 mm.

Beispiel 6

Die Verfahrensweise von Beispiel 2 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß ein Gleichstrom mit einer Spannung von !8 V an dem Werkstück und an der Gegenelektrode 4 Minuten lang angelegt wurde. Auf dem Werkstück wurde ein Belag hergestellt, der in einer mit N.N'-Dimethylformamiddampf übersättigten Atmosphäre 1 h lang gehalten wurde. Es wurde ein Überzug von 0310 mm Dicke erhalten.

Beispiel 7

In dem gleichen Lackbad wie in Beispiel 2 wurde ein mit Zink plattiertes Weicheisenblech der Kataphorese in einem Gleichstrom mit einer Spannung von 25 V 2 Minuten lang unterworfen. Der auf dem Werkstück niedergeschlagene Beiag wurde 30 Sekunden in N'.N-Dimethylformamid von 70^rC eingetaucht und dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 gehärtet. Dies ergab einen gehärteten Überzug mil einer Dicke von 0.195 mm.

Beispiel 8

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei auf ein gut poliertes Aluminiumblech ein durch ein Tauchverfahren verzinktes Aluminiumblech und ein mit Zink und Kupfer in der angegebenen Reihenfolge plattiertes Aluminiumblech durch Kataphorese mit

ίο Gleichstrom von 20 V 2 Minuten lang Überzüge niedergeschlagen wurden. Die auf diese Weise gehärteten Überzüge hatten Dicken von 0,210. 0.240 und 0.2J0 mm.

! ₅ Beispiel')

In dem gleichen Lackbad wie in Beispiel 2. welches jedoch 22 Gcw.-% nichtflüchtige Bestandteile enthielt, wurde die Kataphorese 1.5 Miniuen lang bei einer S^ui'.P.'Jng ^vi?*} 7^ V ausgeführt ι Jt'r Hr-lag wnrflp jO Sekunden lang in N.N'-Dimetiiylformamic! von 80 C eingetaucht und dann I Stunde lang ■ ti einer mit N.N^:-Dimet:_viformamiddampf übersattigten Atmosphäre gehalten, worauf 4 h in einem Ofen bei HO bis I8O°C gehärtet wurde. Der erhaltene Überzug war sehr glänze:.„ und hatte eine Dicke von 0.160 mm.

Vergleichsversuch

Zuiii Zwecke des Vergleichs wird ein LackbuO mit einem vorher zugesetzten Koagulationsmittel verwen-

det. Aus dem Überzugslack gemäß Beispiel 2 wurde ein kataphoretisches Bad mit einem Gehalt von 28 Gew-% nichtflüchtiger Bestandteile angesetzt, wuraut N,N'-Dimethylformamid in einer Menge von 250%, bezogen auf das Gewicht der nichtflüchtigen Bestandteile, zugesetzt wurde. Ein Weicheisenblech und eine Gegenelektrode wurden in das Bad eingebracht, und es wurde ein Gleichstrom von 20 V 10 Sekunden lang an das Werkstück und an die Elektrode angelegt, wobei das Werkstück als Anode verwendet wurde. Hierdurch wurde ein Harzbelag durch Kataphorese auf dem Werkstück niedergeschlagen. Der Überzug wurde 30 Minuten bei 100°C gehärtet und dann 2 Stunden bei 180^cC endgehärtet, wodurch ein gehärteter Belag mit einer Dicke von 0.27 mm erhalten wurde. Nur annähernd 30% der gehärteten Überzüge, die in der eben beschriebenen Weise hergestellt worden waren, hatten gute Eigenschaften. Dies beweist, daß die erhaltenen Überzüge sehr unstabil waren, obwohl die Stabilität vom betreffenden elektrisch leitenden Material abhängt.

Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß bei eir τ Behandlung der niedergeschlagenen Überzüge mit einem Koagulationsmittel in der in den Beispielen oben angegebenen Weise Beläge mit vorzüglichen Eigenschäften ergibt.

Wenn das Verfahren wiederholt wird, dann adsorbiert das Koagulationsmittel mehr und mehr Wasser, das aus den niedergeschlagenen Überzügen stammt. Jedoch kann das wasserhaltige Koagulationsmittel

rii durch fraktionierte Destillation gereinigt werden. Es wurde gefunden, daß ein Gehalt an Wasser bis zu 2OGew.-°/o im Koagulationsmittel das vorliegende Verfahren nicht stark beeinflußt.

Das Koagulieren mittels auf einen gemäß den obigen

t.; Beispielen niedergeschlagenen Belag kann wiederholt werden. Aijch kann eine Kombination der Auftragüng des Koagulationsmittels, wie sie in den Beispielen beschrieben wurde, angewendet werden. Wie oben

6 46 024

beschrieben, kann ein Belüg, der in einen! ein Koagulationsmittel enthaltenden l.ackbad niedergeschlagen wurde, mit dem gleichen oder mit einem ähnlichen Koagulationsmittel einer in den Beispielen beschriebenen Art und Weise behandelt werden. Weiterhin kann während der vorläufigen Härtung das Koagulationsmittel ein weiteres Mal auf den Belag aufgebracht werden, wie /. B. durch eine 'rauchbehandlung, worauf die vorläufige Hürlungsbehandlung fortgesetzt wird. Diese Maßnahme ist besonders in dem KaIIe wirksam, wenn der Belag vor der ersten vorläufigen Härtung zu wenig Koagulationsmittel aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs auf einem elektrischen Teil durch katapboretisehes Aufbringen eines isolierenden Oberzugs aus einem in Wasser dispergierten isolierenden Lack und anschließender Behandlung mit Lösungsmitteln sowie Trocknung und Härtung, dadurch gekennzeichnet, daß man den abgeschiedenen isolierenden Oberzug mit einem in Wasser löslichen oder teilweise löslichen organischen Lösungsmittel, das im flüssigen Zustand vorliegt, behandelt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel zumindest auf Raumtemperatur gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen und Härten eine erste Stufe, in der der Belag vorläufig bei einer Temperatur von 40" C bis zur Endhärtungstemperatur 10 Minuten bis i Stunde getrocknet wird, und eine Endstufe, in welcher der vorläufig gehärtete Belag bei der Endhärtungstemperatur abschließend gehärtet wird, umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ajs Lack ein Polystyrolharz oder ein Acrylinitrilharz verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Lösungsmittel Phenol, Dimethylformamid oder Dimethylacetamid verwendet werden.