DE1790228C3

DE1790228C3 - Eleklrolsolierlack

Info

Publication number: DE1790228C3
Application number: DE19651790228
Authority: DE
Inventors: Heinz 6209 Hettenhain Böttger
Original assignee: Ausscheidung aus: 15 15 565 Reichhold Chemie GmbH, 6200 Wiesbaden
Filing date: 1965-06-29
Publication date: 1976-07-22

Description

Die Erfindung betrifft Elektroisoiierlacke für elektrische Leiter, wie z. B. Metalldrahte, die besonders dann von erheblichem Wen sind, wenn damit .'U iechnen ist. daß der elektrische Leiter zeitweise Temperaturüberlastungen ausgesetzt ist. die die Gefahr ion Kurzschlüssen mit sich bringen Derartige kurzfristige Temperaturüberlastungen treten beispielsweise %c'\ Magnetwicklungen in Elektromaschinen. die überhöhten Anzugsmomenten unterworfen werden, wie 1. B. bei Wicklungssystemen in Bohrmaschinen und Küchengeräten auf. da die Wicklungen bei der Belastung kurzfristig auf Temperaturen oberhalb von 300 C erhitzt werden können. Die Elektroisolierungen dürfen sich bei derartigen Temperaturen nicht iersetien oder verflüchtigen, da sonst Kurzschlüsse tuftreten.

Aus der USA-Patentschrift 2 982 754 sind bereits Elektroisolationslaeke bekannt, die einen hydroxylgruppenhaltigen Terephthalsäurepolyester enthalten, ier durch Zugabe eines Isocyanuratderivates aus trimerisiertem Diisocyanat vernetzt wurde. Diese bekannten Elektroisolationslacke ergeben zwar eine Verbesserte Thermostabilität. jedoch ist die Temperaturüberlastbarkeit der mit ihnen überzogenen Leiter Hur ziemlich begrenzt, so daß die Gefahr eines Durchfcchmorens uind von Kurzschlüssen bei kurzzeitigen Starken Erwärmungen nicht beseitigt ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 121 752 sind Drahtlacke bekannt, die Polyester der Terephthalsäure mit zwei- und mehrwertigen Alkoholen, stabilisierte Di- oder Polyisocyanate und lösliche Metallverbindungen von Metallen der Gruppen II, III. IV oder VI des Periodensystems der Elemente enthalten. Schließlich beschreibt die deutsche Patentschrift 1 099 673 Drahtlacke Tür die Elektroisolation von Metalldrähten, die aus einem Gemisch von freie Hydroxylgruppen enthaltenden Polyesteramiden. Losungsmitteln und einer auf die Hydroxylgruppen berechneten Menge an blockiertem Isocyanat bestehen. Auch diese bekannten Drahtlacke besitzen nicht die erwünschte Temperaturbeständigkeit sowohl bei D;.uiTbelastung wie auch bei kurzzeitiger I emperaturübe--

lastuni!.

Weiterhin sind aus der britischen Patenlschn'"' 973 377 und der belgischen Patentschrift 651 3K0 Kondensationsprodukte aus Polyestcrimiden für Drahilaeke bekannt, die Kondensationsprodukte aus Polycarbonsäuren oder deren Derivaten mit mehrwertigen Alkoholen sind, wobei entweder die Pol>carbonsäure oder der mehrwertige Alkohol wenigstens einen fijnfgliedrigen Imidring zwischen den funktionellen Gruppen des Moleküls enthält. Aus di_r belgischen Patentschrift 628 506 und d;r französischen Patentschrift 1 397 585 sind schließlich isocyanuralmoditizierte Polyester für Drahtlacke bekannt. Ein ähnlicher älterer Vorschlag ergibt sich auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 520 888. Auch aus derartigen Polyesterimiden und isocyanuratmodifizierten Polyestern gewonnene Elektroisoiierlacke besitzen jedoch nicht die erwünschte Temperaturbeständigkeit bei Dauerbelastung und kurzzeitiger starker Temperaturbelastung, und außerdem nehmen sie einen relativ hohen Prozentsatz an organischen Lösungsmitteln und speziell von Perchloräthylenda.npf auf. was besonders bei der Herstellung von Kühlaggregaten unerwünscht ist. die mit Perchloraten !en auseespült werden, so daß gewisse Mengen desselben in der Apparatur zurückbleiben.

Aufgabe der Erfindung war es daher. Elektroisoiierlacke mit besseren mechanischen Eigenschaften und besserer Temperaturbeständigkeit, insbesondere mit erhöhter Lebensdauer bei erhöhler Temperatur, ausgezeichneter Kurzschlußfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 300 bis zu etwa 350 C sowie möglichst geringer Perchloräthylendampfaufnahme zu bekommen.

Die erlindungsgemäßen Elektroisolierlacke auf der Grundlage von imidmodifizierten Polyestern aus Trimellithsäure. Terephthalsäure, mehrwertigen Alkoholen und aromatischen Diaminen sowie organischen Lösungsmitteln und gegebenenfalls üblichen Zusatzstoffen sind dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel einen imidmodifizierten Polyester enthalten, der durch Umsetzung eines Polyesters aus Terephthalsäure, mindestens einem mehrwertigen Alkohol und Tris - (2 - carboxyäthyl) - isocyanurat mit einem Kondensationsprodukt aus Trimellithsäuretriäthylenglycol und einem aromatischen Diamin hergestellt worden ist.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, als mehrwertigen Alkohol Äthylenglycol zu verwenden. Als aromatisches Diamin zur Gewinnung des Kondensationsproduktes mit Trimellithsäuretriäthylenglycol sind besonders solche Diamine geeignet, die die Formel

H,N— f

V-X -

-NH₁

haben, worin X (CH₂J_n, O. S oder SO₂ bedeutet, wobei π eine ganze Zahl von 1 bis 4 sein kann. Als besonders vorteilhaft erwiesen sich dabei Diaminodiphenylmethan. Diaminodiphenyläther. Diaminodiphenylpropan und Diaminodiphenylsulfon.

Weiterhin wurde festgestellt, daß besonders hochwertige Elektroisolierlacke erhalten werden, wenn das molare Verhältnis der Terephthalsäuregruppen zu den Isocyanuratgruppen etwa 1 :0,5 und das Gewichtsverhältnis von Polyester zu dem Kondensationspro-

dukt aus Trimellithsäureiriälhylenghcol und aromatischem Diamin 1 : 1 betrügt.

Bti der Verarbeitung \on isuiierien Drähten zu NVicklungssystemen ist es besonders wesentlich, bei den hohen Wicklungsgeschwindigkeiten auftretende mechanische Belastungen auszuschalten, um die Ausschußquoten möglichst gering zu halten. Dabei besitzt das Maß der Gleitfähigkeit eines Lackdrahies besondere Bedeutung, da von dieser Gleitfähigkeit das einwandfreie Einschießen der einzelnen Windungen in die Nuten der Wicklung abhängt. Es erwies sich daher als ganz besonders vortei'haft, wenn die nach der Erfindung mit Lacken isolierten elektrischen Leiter, sofern diese Tür Wicklungssysteme verwendet werden sollen, zusätzlich über der Isolierschicht einen überzug besitzen, der aus einem linearen Polyester aus Terephthalsäuredimethylester, p-Hydroxybenzocsäure und Äthylenglycol besteht. Zweckmäßigerweise wird ein solcher zusätzlicher überzug aus einer Kresollösung auf die Isolierschicht des elektrischen Leiters aufgemacht.

Die so gewonnenen elektrischen Leiter besitzen nicht nur eine hervorragende Oberfiächenglätte, sondern auch eine sehr gute Kerbfestigkeiu wobei optimale Eigenschaften erreieht werden, wenn der Anteil der Ätherbindungen in dem linearen Polyester etwa 10% beträgt. Solche Polyester können günstigerweise durch Vakuumkondensation von Terephthalsäuredimethylester. p-Hydroxybenzoesäure und Äthylenglycol gewonnen werden.

Zum Nachweis des technischen Fortschrittes wurde der gemäß dem nachfolgenden Beispiel 1 nach der Erfindung erhaltene Elektroisoüeriack mit Elektroisolierlacken verglichen, die nach Beispiel 3 der britischen Patentschrift 973 377 und nach Beispiel 5 der belgischen Patentschrift 628 506 erhalten wurden. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle

nach Beispiel 3
der britischen
! Patentschrift <*'} V

Ma\ Hitzeschockfestigkeit mit einfacher Wickellocke

Erweichungstemperatur I

Steilanstii;» des Verlustfaktors (1(XX)Hz) bei C j

Lebensdauer nach Al EE 57 j

Perchlorilhylendampfaufnahme der Lackdrahtprobe \ (nach '·, Stunde Lagerung in gesättigtem Perchlor- ·, äthylendampf (120 C) und anschließender Trock- · nunsi ' ■, Stunde im Exsikkator) I

5 80 C
1 χ
300 C
175
180 C

4.2" ο

Klektroisolierlackc

nach Beispiel > der belgischen Patentschrift f>2X 506	C <
170 1 >	C
1 ' 340
170	C
175

3.8%

nach Beispiel I
der lirfindung

24O=C
1 χ

340-C
-210
210 C

0.4%

Beispiel 1

194 g Dimethylterephthalat, 186 g Äthylenglycol, 170 g Tris-(2-carboxyäthylHsocyanurat und Ig Lithiumnaphtenat wurden bei etwa 170⁰C miteinander umgesetzt, bis 60 g Methanol, das abdestillierte, abgespalten worden waren.

Getrennt hiervon wurden 192 g Trimelilithsäureanhydrid und 186 g Äthylenglycol bei Temperaturen um 170 C bis zu einer Säurezahl unter 5C' verestert und anschließend mit 150 g Diaminodiphenylmethan versetzt. Nach einer Temperatursteigerung auf 200°C erhielt man ein noch freie Amin- und Hydroxylgruppen enthaltendes viskoses Produkt, von dem 300 g zur Umsetzung mit dem anfangs hergestellten Polyester verwendet wurden. Die Umsetzung dieses Polyesters mit dem Kondensationsprodukt aus Trimellithsäuretriäthylenglykol und Diaminodiphenylmethan erfolgte bei Temperaturen um 22O°C, bis die Viskosität einer 35%igen Lösung des Harzes in Kresol 2500 c P betrug.

35 Gewichtsteile dieses Harzes wurden mit 45 Gewichtsteilen Kresol. 19 Gewichtsteilen Solveintnaphtha und 1 Gewichtsteil polymeren! Butyltitanat in üblicher Weise durch Vermischen zu einem Drahtlack verarbeitet, der in an sich bekannter Weise auf einen elektrischen Leiteirdraht aufgebracht wurde.

Als Alternative wurden nach fünf Drahtpassagen durch das Isolierlackbad zwei Drahtpassa.gen durch ein Uberzugslackbad angeschlossen, das ein Kondensationsprodukt von Terephthalsäuredimethylester. p-Hydroxybenzoesäure und Äthylenglycol mit einem lOVoigen Gehalt an Ätherbindungen enthielt. Als elektrische Leiter wurden hierbei 0,6-mm-Kupferdrähte verwendet. Die so überzogenen Kupferdrähte mit oder ohne zusätzliche Lackschicht zur Erhöhung der Oberflächenglätte wurden auf eine Ofentemperatur von 42O⁰C erhitzt, um in üblicher Weise ein Einbrennen der Lackschichten zu erreichen.
Zum Vergleich der physikalischen Eigenschaften der mit Lacken nach der Erfindung hergestellten isolierten elektrischen Leiter mit bekannten isolierten elektrischen Leitern wurden nach bekannten Methoden die folgenden beiden Isolierlacke hergestellt.

Beispiel 2

194 g Dimethylterephthalat, 186 g Äthylenglycol. 170 g Tris-(2-carboxyäthyl)-isocyanurat und Ig Lithiumnaphthenat wurden bei etwa 170 C miteinander umgesetzt, bis 60 g Methanol, das abdesiilüertc.

abgespalten worden waren.

Getrennt hiervon wurden 192 g TrimeHithsäureanhydrid und 186 g Äthylenglycol bei Temperaturer, um 170 C bis zu einer Säurezahl unter 50 verestert und anschließend mit 150 g Diaminodiphenylmethan versetzt. Nach einer Temperatursteigerung auf 200 C erhielt man ein noch freie Amin- und Hydroxylgruppen enthaltendes viskoses Produkt, von dem 300 g zur Umsetzung mit dem anfangs hergestellten

Polyester \erwendet wurden. Die Umsetzung dieses Polyesters mit dem Kondensationsprodukt aus Innieiiithsaureinäihyienglycol und Diamindiphenylmethan erfolgte bei Temperaturen um 220 C. his die Viskosität einer 35%it>en Losuna des Har/es in kre- s sol 250OcP betrug.

35 Gewichtsteile dieses Harzes wurden mit 45 Gc wjchtstcilcn Kresol und 11 Gewichtsteilen Sohentnaphtha in üblicher Weise durch Vermischen /u einem Drahtlack verarbeitet, der in üblicher Weise auf einen Kupferdraht von 0.6 mm in fünf Drahtpassagcii als Cberzug aufgebracht wurde.

Der so beschichtete Kupferdraht wurde mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 7 m Min. bei einer Ofentemperaiur von 420 C eingebrannt. Die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der so hergestellten Drahtisolierung ergab die gleichen Werte wie für den t-lektroisolierlack gemäß Beispiel !. Dies /eint, daß bei Weglassi'ng des polymeren Butyliitanats im Beispiel I lediglieh die Abzugsgeschwindigkeit beim Einbrennen etwas herabgesetzt werden muß.

Vergleichsheispiel I

In 45 Gewichtsteilen Kresol wurden 2" Gewicht-,-teile hydroxylgruppenhaltiger Terephthalsäurepohester. S Gewiehtsteile phenolverkapptes Polyi>ocyanat. N Gewichtsteile Solveninaphtha und i Gewichtsteil polymeres Butyltitanat gelost.

Vergleichsbesspiel 2

Il5g Trimellithsäureanhydrid wurden bei I5n C' in 500 g Kresol gelöst, worauf 60 g Diaminodiphenylniethan zuücset/t wurden. 6 Stunden wurde dieses (iemisch auf I-44* C gehalten und anschließend -ibückühlt. worauf die ausfallenden Krislalle durch Nitration und mehrmaliges Waschen mit Alkohol und Äther isoliert wurden.

Getrennt hiervon wurden 3S5 g D'meihylierephthal.it. 112 g Athylenglycol und 75 g Glycerin miteinander umgesetzt und nach Zugabe von P7g des wie oben gewonnenen Produktes aus Trimeilillisaureanhydrid und Diaminodiph :nylmethan bei 2! 5 ( im Vakuum kondensiert.

Zur Gewinnung eines Drahtlaekes wurden 35 Gewichtsteile dieses Kondensationsprcxiuktes zusammen mit I Gewichtsteil polymerem Butyltitanai in 45 Gewichtsteilen Kresol und \9 tievvichisteilen SoI-veninaphtha gelöst.

Die nach den Vergleichsbcispielen I und 2 gewonnenen Drahtlacke wurden in bekannter Weise auf Kupferdrähte mit einer Dicke von 0.6 mm aufgebracht und bei einer Ofentemperaiur von 420 ( eingebrannt.

hin Vergleich der physikalischen lügenschafu-n ergab, daß die Elekti oisolationslackc nach der F-.rlmduns! eine wesentlich bessere Wärmedruckfestigkeit. W'armestandfestigkeit und limerson-Abriebfesiigkeit sowie eine erhöhte Lebensdauergrery.temperalur gegenüber den bekannten Lacken ergaben. Die physikalischen Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt Dabei ist der Lack I der nach dem Beispiel 1 nach der Erfindung gewonnene Drahtlack ohne t'berzugsschicht zur Verbesserung der Oberllächcnglätte. und die Drahtlackc 2 und 3 sind die nach den Verglcichsbeispiclen 1 und 2 pew onnenen.

Tabelle Il

Ofentemperatur beim Einbrennen

Drahtdurchmesser

Lackzunahme

Abzugsgeschwindigkeit

Max. Außenfaserdehnbarkeit

Max. Hitzeschockfestigkeit einer einfachen Wickelrolle

W'ürmedruckfestigkeit

Wärmestandfestigkeit bei 180 C (bei 500 Volt und

5(X) g Belastung)

Standfestigkeit von AIEE 510 Mntorettempulen im

Kurzschluß

Emerson-Abriebfestigkeit

Temperaturknickpunkt des Verlustfaktors

Lebensdauergrenztemperatur nach AIEE 57

420 C \	420 C	420 C
0.6 mm	0.6 mm	0.6 mm
0.04 mm	0.04 mm	0.04 mm
8 m Min.	4 m Min.	5 m Min.
100% :	80%	100%
240 C ^j	140 C	240 C
340 Χ	280 C	260 C
Ι (X) Stunden	40 Stunden	20 Stunden
35 Minuten '	4 Minuten	8 Minuten
29 Pfund	12 Pfund	8 Pfund
210 c ;	130 C	170 C
210 c i	165 C	185 "C

Claims

•J Patentansprüche:

1. ElcLiroisnlierlack auf cfcr Grundlage von iniidmodifiziiDrten Polyesiern aus Trimellithsaure. 1 erephthalsäure, mehrwertigen Alkoholen und aromatischen Diaminen sowie organischen Lösungsmitteln und gegebenenfalls üblichen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bindemittel einen imidmodifuierten Polyester enthält, der durch Umsetzung eines Polyesters aus Terephthalsäure, mindestens einem mehrwertigen Alkohol und Trisn|2-carboxyäthyl)-isocyanurat mit einem Kondensationsprodukt aus Trinielltthsäuretriäthylenglycol und einem aromatischen Diamin hergestellt worden ist.

2. Elektroisolierlack nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Terephihalsäuregruppen zu Isocyanuratgruppen etwa ! .0.5 und das Gewichtsverhältnis von Polyester zu Kondensationsprodukt aus Trimellithsäuretriäthvlenglycol und aromatischem Diamin etwa 1 : I betraft.