DE1817563A1

DE1817563A1 - Elektrischer Isolator

Info

Publication number: DE1817563A1
Application number: DE19681817563
Authority: DE
Inventors: Rogers Jun Dow A
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-01-08
Filing date: 1968-12-31
Publication date: 1969-08-28
Also published as: US3586557A; BR6905403D0; ES361823A1; CH485302A; FR1598835A; JPS5434477B1

Description

Westinghouse Erlangen, 30.12.1968

Electric Corporation Werner-von-Siemens-Str.50

Pittsburgh, Pa, USA

"Unser Zeichen:

PLA 68/8265 Soe/Rd

Elektrischer Isolator

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden USA-Patentanmeldung Serial Uo. 700,339 vom 8.1.1968 beansprucht.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Isolator mit einer g

glimmerartigen bzw. glimmerhaltigen Schicht und einer faser- -

haltigen Trägerschicht, bei dem zwischen der glimmerhaltigen Schicht und der Trägerschicht eine Verbindungsschicht aus thermoplastischem Kunststoff angeordnet ist,und ein Verfahren zu seiner Herstellung

Glimmerhaltige Isolationsstoffe wurden bisher in verschiedenster 7/eise hergestellt. Bei einem Verfahren werden nur Glimmerschuppen oder -splitter und harzige, flüssige Bindemittel benutzt. Diese Isolation kann durch Trocknen des Bindemittels vulkanisiert werden. Falls eine flexible Glimmerisolation benötigt wird, kann ein Bindemittel benutzt werden, das beim Vulkanisieren weich· oder gummiartig wird. Glimmerisolatoren können auch mit einer biegsamen Trägerschicht und einer harzi- ™ fen Bindemittelschicht hergestellt werden, die die Glimmer-Hi-'hieht und die Trägerschicht zusammenkleben. Bekannt ist es, znm Zusammenkleben flüchtige Bindemittel, beispielsweise Wasr,er, zu benutzen. Solche flüchtigen Bindemittel besitzen aber keine Klebekraft und die Isolation muß mit größter Sorgfalt bf.-rifi.ndpl t werden. Neuerdings werden bis auf seltene Ausnahmen p'·:. /mere Kunststoffe als Bindemittel benutzt.

Bnk'>rmt, int es, "Glimmerpapier" in vielfältiger Weise als elek^f. r i ■ ■ ·ho J;-oLi.erung für Spulen zu benutzen. Es ist billiger und Mr--r"--:pr aj.R G1 immer schuppen bzw. -splitter, aber seine mechar I'-.'-'if-n und elektrischen Eigenschaften sind schlechter. Im- :>' !/'"rrif·! ncn wird Glimmerpapier in Verbindung mit einer biegsamen

— 2 —

909835/1261

PLA 68/8265 - 2 -

Trägerschicht und flüssigen, polymerisierten Kunststoffbindemitteln verwendet. Bei einem bekannten Isolator ist das Glimmerpapier mit einer thermoplastischen Faser- Und Glasfasersehicht verbunden, wobei die Fasern in Abständen voneinander aufgebracht sind, um die Widerstandskraft des Isolators zu erhöhen. Andere bekannte Isolatoren aus Glimmerpapier sind mit Polyester-Pasern armiert. Jeder dieser bekannten Isolatoren besitzt jedoch einige Nachteile.

Die Isolatoren, bei welchen flüchtige Bindemittel benutzt werden, sind zerbrechlich und müssen mit Sorgfalt behandelt werden. Im wesentlichen gilt das auch für das armierte Glimmerpapier und das Glimmerpapier, das mit Glas- und thermoplastischen Pasern, die in Abständen aufgebracht sind, verstärkt ist. Außerdem erhält man zusätzlich eine geringere elektrische Durchschlagsfestigkeit, da der Einschluß von Polyester-Pasern in das Glimmerpapier eine, Verkleinerung des Glimmeranteils mit sich führt. .

Um geringe Verluste und gute Isoliereigenschaften in elektrischen Spulen zu erhalten, wickelt man gewöhnlich den Spulendraht" zusammen mit einer Glimmerisolation auf eine bestimmte Dicke,und imprägniert anschließend diesen Körper mit Lack oder Kunstharz. Zum Imprägnieren mit dem Kunstharz wird die gesamte Spule in Vakuum gebracht. Dadurch, werden Feuchtigkeit, Gase und ..andere schädliche flüchtige Materialien aus der Spule abgedampft. Anschließend wird mit Kunstharz imprägniert, wobei oft Druck angewendet wird, um das Eindringen des Kunstharzes in die inneren . Zwischenräume der Spule sicherzustellen. . . _..

Versuche haben gezeigt, daß das getrocknete Kunststoffbindemittel, das die Glimmerschuppen oder das Glimmerpapier und die.,._;-biegsame Trägerschicht zusammenhält, das Eindringen jedes Im-,. -.. prägnierlackes verhindert. Außerdem wird durch das getrockne-te· Bindemittel auch die Lebensdauer des. Glimmerisolators vor seiner Verwendung als Isolator in Spulen, für elektrische Leitungen und Wicklungen für elektrische Maschinen beeinflußt.

Es besteht die Aufgabe, einen verbesserten, flexiblen Glimmerisolator zu schaffen, der ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist, unbegrenzte Lebensdauer besitzt, einen

90 983571261 - 3 -

' OWGINAL

PLA 68/8265

erhöhten Widerstand gegen Ableimen und hohe Zugfestigkeit aufweist. Außerdem müssen alle bekannten undl· imprägnierenden Lacke und/oder Kunstharze in den Isolator eindringen können und der Isolator muß mit diesen Lacken oder Kunstharzen ^vollständig verträglich sein. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Herstellungsverfahren für einen solchen Glimmerisolator aufzuzeigen, das insbesondere auch für einen fortlaufenden Herstellungsprozeß geeignet ist»

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbindungsschicht eine Dicke von etwa 0,35*10" mm (0,12 mil) _Λ bis etwa 2,2·10" mm (0,85 mil) besitzt und daß die Verbindungs- " schicht viele Löcher aufweist, über die der Isolator mit einem Imprägnierlack tränkbar ist.

Die Verbindungsschicht kann eine Dicke von etwa 0,65*10" mm (0,25 mil) bis etwa 1,3*10 mm (0,50 mil) besitzen.

Vorzugsweise besteht die Verbindungsschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff, der sich bei erhöhter Temperatur zusammenzieht. Der thermoplastische Kunststoff kann ein Polyamid oder ein Polyester oder ein Polyäthylen oder ein Polypropylen oder ein fluoriertes Äthylen oder Polystyrol oder Polyvenylalkohol oder Polyvenylchlorid oder chloriertes Polyvenylazetat oder Polyvenylfluorid oder regenerierte Zellulose oder ein Poly- (j carbonat oder ein Polyphenyloxid oder eine ionisierbare, copolymere <** ι β -ungesättigte Karbonsäure sein. Das Material der faserhaltigen Trägerschicht kann Hartpapier oder Asbest oder es können Glasfasern oder Polyester-Fasern sein.

Vorteilhaft ist es, als thermoplastischen Kunststoff Polyäthylen- -Terephtalat und als Trägerschicht ein lose gewebtes Glasgewebe oder als thermoplastischen Kunststoff ein Mischpolymerisat aus dem Hatriumsalz der Acrylsäure und Äthylen und als Trägerschicht ein Gewebe aus Polyester-Fasern oder Polyäthylen-Terephtalat- -Fasern zu benutzen.

Vorzugsweise wird zur Herstellung eines erfindungsgemäßen

909835/1261

PLA 68/8265

elektrischen Isolators eine Schicht thermoplastischen Kunststoffes zwischen die glimmerhaltige Schicht und die Trägerschicht eingebracht und es werden die Schichten zum Verkleben und zum Schrumpfen des thermoplastischen Kunststoffes erhitzt. Die Schichten können kontinuierlich über eine erhitzte Rolle geführt werden, wobei die Rolle von der glimmerhaltigen Schicht berührt und die glimmerhaltige Schicht vor der Berührung mit der heißen Rolle erhitzt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Isolator wird also Glimmerpapier mit einer kräftigen, faserhaltigen Trägerschicht mittels einer dünnen Schicht thermoplastischen Kunststoffes verklebt. Die dünne, feste thermoplastische Kunststoffschicht wird hierzu zwischen dem Glimmerpapier und der Trägerschicht angeordnet. Die Anordnung wird erhitzt, um den thermoplastischen Kunststoff zu erweichen, wodurch die Glimmerschicht und die Trägerschicht verklebt werden und der dünne Film thermoplastischen Kunststoffes sich in Richtung auf die Pasern der Trägerschicht zusammenzieht. Durch dieses Zusammenziehen entstehen unregelmäßig verteilte Lücken bzw. Löcher in der Kunststoffschicht, durch die ein imprägnierender Lack oder Kunstharz eindringen und den Isolator tränken kann. Der erhaltene Isolator hat ausgezeichnete physikalische und elektrische Eigenschaften.

Die Verbindungsschicht aus thermoplastischem Kunststoff sichert eine hohe Verbindungs- und Abschälkraft und zusätzlich eine hohe Durchdringbarkeit der elektrischen Isolation. Derartige thermoplastische Kunststoffe sind als Bänder auf Rollen aufgewickelt im Handel erhältlich. Mit der Verwendung faserhaltiger Trägerschichten, beispielsweise Polyester-Geweben oder lose gewebten Glasgespinsten, wird ein äußerst geschmeidiger Isolator mit hoher Zugfestigkeit erhalten, der auch einer rauhen Behandlung, wie sie bei der Spulenherstellung üblich ist, ausgesetzt werden kann.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Isolator und ein Verfahren zu seiner Herstellung beispielhaft an Hand der Pig.1 bis 3 und verschiedene Ausführungsformen näher beschrieben.

- 5 909835/1261

■ .- 5 -

Es wurde gefunden, daß eine glimmerhaltige Schicht und eine faserverstärkte Trägerschicht dadurch miteinander verbunden werden können, daß zwischen ihnen eine dünne Schicht thermoplastischen Kunststoffes angeordnet wird und die Anordnung erhitzt wird, um den thermoplastischen Kunststoff wenigstens zu erweichen und teilweise zu schmelzen. Der dünne Film thermoplastischen Kunststoffes schrumpft während des Verbindungsprozesses und Lücken, die sich in der Kunststoffschicht wegen' des Schrumpfens bilden, machen die Anordnung durchlässig für imprägnierenden Lack oder Kunstharz. Diese Isolation hat ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, praktisch unbegrenzte Lebensdauer, hohe Flexibilität, hohe Zugfestigkeit und ist f

unerwarteterweise äußerst gut tränkbar mit allen bekannten imprägnierenden Lacken, mit denen sie auch vollständig verträglich ist.

Glimmerpapier spielt eine immer größer werdende, wichtige Rolle als Isolator für elektrische Vorrichtungen. Um die wesentlichen wirtschaftlichen Vorteile aufzuzeigen, wurden Langdauerversuche durchgeführt, die zeigten, daß Isolationen mit Glimmerpapier besser als Isolationen mit Glimmerschuppen bzw. -splitter sind. Der Verlustfaktor sowohl als Funktion der Temperatur als auch der angelegten Spannung ist kleiner. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit und Durchschlagsspannung in Systemen mit kleineren Spannungen (kleiner als 7 kV) ist größer. Es sind An- | zeichen vorhanden, daß diese Überlegenheit von Isolatoren mit Glimmerpapier auch in Systemen mit höheren Spannungen (7 kV bis 13,8 kV) erhalten bleibt. Bei der Verwendung von unbearbeiteten Glimmerpapier-Isolatoren war bisher die geringe Durchschlagsfestigkeit nachteilhaft, .die eine Verwendung von Glimmerpapier in elektrischen Vorrichtungen mit hoher Spannung nicht zuließ.

Poröses Glimmerpapier, das zur Herstellung, der erfindungsgemäßen Isolation geeignet ist, wird kommerziell in fortlaufenden, gleichförmigen flexiblen Bändern oder Schichten hergestellt und kann mit bekannten Methoden bearbeitet werden, wie sie beispielsweise im USA-Patent 2791 262 beschrieben sind. Glimmerpapier hat. im allgemeinen eine Durchschlagsfestigkeit von ungefähr

909835/1261 »*⁰ °™^GINAL

2,4*10 V/cm oder mehr, eine Zugfestigkeit von ungefähr 140 at und seine Dicke variiert um weniger als 10$. Die Kohäsionskräfte, die das Glimmerpapier zusammenhalten, sind .den Kräften zwischen parallelen Flächen gleichgerichteter, kleiner Glimmerschuppen im Glimmerpapier gleich. Glimmerpapier ist als Isolator allein nicht verwendbar, da seine Zugfestigkeit und Zerreißfestigkeit zu gering sind.

Als Armierung oder Trägerschicht für das Glimmerpapier können Hartpapier, Asbest, Fiberglasprodukte, beispielsweise Glaspapier und lose gewebte Glasgespinste, und Polyacryl- und Polyester-Gewebe verwendet werden. Die Trägerschichten müssen fest und flexibel sein. Sie sollen faserverstärkt oder gewebt sein, und sie müssen angemessenen Klebetemperaturen ausgesetzt werden können.

Als feste thermoplastische Kunststoffe haben sich Polyamide, Polyester, Polyäthylene, Polypropylene, polymere fluorierte A'thylene, Polystyrol, Polyvenylalkohol, Polyvenylchloride,Polyvenylfluoride, regenerierte Zellulose, Polycarbonate, Polyphenyloxide, Polysulfone und ionisierbare copolymere at ,β, ungesättigte Karbonsäuren als geeignet erwiesen.

Schichten mit ionisierbaren copolymeren «*> -ungesättigten Carbonsäuren geben außerordentlich gute Resultate. Solche Carbonsäuren sind beispielsweise in "Modem Plastics", Sept.1964, S.98 und 209 beschrieben und unter dem Handelsnamen "Surlyn" erhältlich. Diese Polymere weisen sowohl kovalente als auch Ionenbindung auf. Die Ionenbindung des Polymers erzeugt thermisch reversible Zwischenkettenverbindungen mittels einer Vielzahl von Kationen aus der I. und II.Nebengruppe des Periodensystems. Die negativ geladenen Gruppen oder Anionen sind gewöhnlich Caboxyl- -Gruppen, sie sind Seitenketten der Hauptketten. Die Hauptkomponente ist im allgemeinen Äthylen. Weitere Eigenschaften sind beispielsweise in "Modem Plastics lmcyklopedia", Band 44 (1967), Seite 177 angegeben.

Die ionisierbaren copolymeren «*· -ungesättigten Carbonsäuren sind Copolymere eines Kohlenwasserstoffs mit der allgemeinen Formel! RCH = CHp» beispielsweise Äthylen, und einer ot , ,-^-ungesättigten Monocarbonsäure, beispielsweise Methacrylsäure. Sie weisen

— 7 —

* ¥0903 5/1261

BAD OWGlNAL

ein- bis dreifach ionisierte Metallionen, wie Natrium, Zink und Eisen auf. Andere Monomere können mit diesen Copolymeren beliebig copolymerisiert werden. Bezüglich Einzelheiten der Herstellung solcher' ionisierbarer Copolymere und der Herstellung von Filmen, auch auf beschichtete Flächen mit solchen Copolymeren, wird beispielsweise auf die USA-Patente 3264 272 und 3338 739 verwiesen. Die verwendbaren festen thermoplastischen Kunststoffschichten müssen bei Erhitzung einschrumpfen, d.h. sie müssen sich in eine oder zwei Richtungen ohne den Einfluß einer wesentlichen Spannung zusammenziehen, falls sie Temperaturen über 100⁰C ausgesetzt werden» Die am besten geeigneten thermoplastischen Kunststoffschichten sind bei der Her- (j stellung stranggepreßt und zweiachsig orientiert. Eine thermoplastische Kunststoffschicht ist zweiachsig orientiert, falls während ihrer Herstellung die Schicht in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen gestreckt wird. Dieses Strecken kann gleichzeitig oder auch aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Sowohl die zweiachsige Orientierung als auch das Schrumpfen bei erhöhter Temperatur sind beispielsweise diskutiert und beschrieben in den USA-Patenten 3177 277 und 2928 132. Im allgemeinen wird die Größe des Schrumpfens bei Hitzeeinwirkung durch die Temperatur bedingt, bei welcher die thermoplastische Kunststoffschicht hitzegehärtet wurde. Hitzehärtung bewirkt bei solchen Schichten eine Kristallisation. Man erreicht dies, indem man sie auf eine Temperatur erhitzt, die beträchtlich über der { Temperatur liegt, bei der sie während der Herstellung gereckt wurden. Wurde eine Schicht bei erhöhter Temperatur hitzegehärtet, so besitzt sie einen hohen Srad von "Raumstabilität" und schrumpft nicht. Es dürfen daher die bei der Herstellung erfindungsgemäßer Isolatoren verwendeten thermoplastischen Kunststoff schichten nicht hitzegehärtet sein. Auch eine Hitzehärtung bei niedrigen Temperaturen ist zu vermeiden. Je geringer die Schrumpfung bei Erhitzung in den benutzten thermoplastischen Kunststoffschichten ist, um so geringer ist die Durchdringbarkeit des Endproduktes. Eine nicht hitzegehärtete, zweiachsig orientierte Kunststoffschicht zieht sich gleichmäßig in beiden Richtungen auf die Fasern der Trägerschicht hin zusammen, falls sie zum Verkleben eines erfindungsgemäßen Isolators benutzt

9 0 9 8 3 5/1261 HAD OWQlNAL

wird, und man erreicht damit eine hohe Durchdringbarkeit. Die Dicke der festen thermoplastischen Schicht ist außerordentlich wichtig. Sie kann zwischen ungefähr 0,35*10" mm (0,12 mil) und ungefähr 2,2*10" mm (0,85 mil) schwanken. Bei Schichtdicken unterhalb ungefähr 0,35*10" mm ist die Schicht schwer zu verarbeiten und bei Schichtdicken größer als ungefähr 2,2·10" mm wird die Erweichungszeit verlängert und die Ausbildung der Lücken in einem fortlaufenden Herstellungsprozeß erschwert. Vorzugsweise wird eine Schichtdicke zwischen ungefähr 0,65*10" mm (0,25 mil) und ungefähr 1,3*10" mm (0,5 mil) benutzt.

Fig«1 zeigt eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Isolators, wobei zwei Herstellungsstufen dargestellt sind. Fig.1 zeigt das Glimmerpapier ¹IO, den festen darauf geschichteten thermoplastischen Kunststoff 11 und eine Trägerschicht 12 vor dem Erhitzen. In Pig.1b ist die erfindungsgemäße glimmerhaltige Isolation nach dem Erhitzen dargestellt. Über die Lücken 13 ist das Glimmerpapier 10 einer Imprägnation völlig zugänglich. Die Lücken 13 füllen den Raum zwischen den Pasern der Trägerschicht 12 fast völlig aus. Die unter Hitzeeinwirkung schrumpfende thermoplastische Kunststoffschicht hat sich in Richtung auf die Pasern der Trägerschicht 12 zusammengezogen und bildet eine unregelmäßige durchlöcherte, nichtzusammenhängende Schicht 15. Verschiedene andere Arten faserhaltiger Trägerschichten 12 oder armierter Trägerschichten können mit dem gleichen Resultat verwendet werden. In Pig.1 ist ausschließlich aus Demonstrationszwecken eine Trägerschicht dargestellt, die aus einem gewebten Gespinst besteht.

Fig.2 zeigt einen schematischen Aufriß einer Vorrichtung, mit der ein fortlaufendes Herstellungsverfahren durchgeführt werden kann. Die Trägerschicht, die im allgemeinen 2,5*10" mm (1 mil) bis 5*10"* mm (2 mil) dick ist, wird kontinuierlich von der Rolle 19 abgezogen. Die feste, thermoplastische Kunststoffschicht wird fortlaufend von der Rolle 20 abgezogen. Glimmerpapier, das im allgemeinen 5*10" mm (2 mil) bis 7,5*10" mm (3 mil) dick ist, wird kontinuierlich von der Rolle 21 abgezogen und über die Rollen 22 und 23 einem Vorerhitzer 25 zugeführt, der

- 9 909 835/1261 _RÄD OfttQtNAU

sich auf einer Temperatur von ungefähr 100⁰O befindet. In diesem Vorerhitzer 25 wird die gesamte Feuchtigkeit aus dem Glimmer papier abgedampft. Die Trägerschicht und die thermoplastische Kunststoffschicht treffen bei der Kontrolle 24 zu-' sammen. Die Trägerschicht, die thermoplastische Kunststoffschicht und das Glimmerpapier berühren sich im Punkt 30» wo sie auch in Kontakt mit einer erhitzten Rolle 26 kommen. Die Rolle 26 wird über Ketten von einem Motor 28 angetrieben. Die Rollen 19» 20 und 21 werden nur mittels der Spannung der abgezogenen Bänder getrieben. Die maximale Geschwindigkeit liegt ungefähr bei 900 cm/min. Die Temperatur der erhitzten Rolle 26 variiert in Abhängigkeit von den bekannten Materialien zwischen 100 und 300⁰C. Falls eine Schicht thermoplastischen Polyesters, wie Tseispielsweise Polyäthylen-Terephtalat, benutzt wird, muß dag Verkleben bei einem höheren Schmelzpunkt erfolgen. Dabei erhält man einen Temperaturgradienten von ungefähr 50⁰C zwischen der erhitzten Rolle * deren Temperatur etwa 300°0 beträgt, und der Trägerschicht, die ungefähr auf 25O⁰C, erhitzt ist, und die beispielsweise ein lose- gewebtes Glasgespinst sein kann. Falls ein niedriger schmelzender fester thermoplastischer Kunststoff, beispielsweise Polypropylan, oder ionieierbares ot -ungesättigtes copolymeres Polyäthylen verwendet wird,"ist die Temperatur der erhitzten Rolle ungefähr 23O⁰C und man erhält wieder einen Temperaturgradienten von 50° zu der faserverstärkten Trägersöhichtj die in diesem Falle ein Gewebe aus Polyäthylen- -Terephtalat-Fasern sein kann. Die gesamte Kontaktstrecke mit der erhitzten Rolle zwischen den Punkten 30 und 31 beträgt ungefähr 20 cm und das Verkleben erfolgt im allgemeinen vollständig bereits auf den ersten 10 cm der Kontaktstrecke. Das Glimmerpäpier liegt auf der erhitzten Rolle auf, so daß diese nicht mit geschmolzenem thermoplastischen Kunststoff in Berührung kommt * fahrend des Herstellungsprozesses wird eine Entlüftungshaube 29 über die Rolle 26 gestülpt, um flüchtige Stoffe au entfernen. Als Aufnahmerolle wird eine Zugspannungswinde 27 benutzt, über die eine konstante Zugspannung ausgeübt wird. Druckroilen brauchen nicht vorgesehen zu werden, da auf der Kontaktstrecke der erhitzten Rolle 26 wegen der bestehenden Zugspannung ein für das Verkleben genügender Druck vorhanden ist.

909835/ 1 261 ^{BAD 0WGINAC 1}° "

Anzumerken ist, daß in einer abgewandelten Vorrichtung die Schicht aus thermoplastischem Kunststoff bereits in dem Ofen 25 mit dem Glimmerpapier verklebt werden kann. Hierzu muß die Kunststoffschicht entlang der in der Fig.2 dargestellten gestrichelten Linie 40 geführt werden. Die thermoplastische Kunststoffschicht kann auch zuerst mit dem Glimmerpapier mit Hilfe einer erhitzten Rolle verklebt und draufhin erst die Trägerschicht mit einer zweiten erhitzten Rolle aufgebracht werden. Die thermoplastische Kunststoffschicht kann auch entweder mit dem Glimmerpapier oder mit der faserverstärkten Trägerschicht in einer gesonderten Stufe verklebt werden, worauf dieses Zwischenprodukt den im vorhergehenden beschriebenen weiteren Prozeß unterzogen werden muß.

Beispiel I

Ein geschichteter, biegsamer Isolator wurde mit einem 5*10 mm dicken Glimmerpapier, einer 6,5*10 mm dicken Polyäthylen- -Terephtalat-Schicht und einem 4,3*10" mm dicken lose gewebten Glasgespinst als Trägerschicht hergestellt. Der Isolator, bei dem die verklebende Kunststoffschicht zwischen dem Glimmerpapier und dem Glasgespinst angeordnet ist, wurde in eine Presse gebracht und bei einem Druck von 14 at 5 min lang auf 260 C erhitzt. Der erhaltene Schichtwerkstoff ist äußerst gut verklebt. Jeder Versuch, das Glasgespinst abzureißen, führt zur Zerstörung des Glimmerpapiers. Weiterhin ist der Schichtwerkstoff äußerst flexibel, und er zeigt eine außerordentlich gute Zugfestigkeit (810 at).

Die mikroskopische Untersuchung zeigt, daß jedes Glasfaserbündel fest mit dem Glimmerpapier verklebt ist und daß die Zwischenräume, in diesem Falle die Räume zwischen den verwebten Glasfasernj im wesentlichen ohne Kunstatoffilm sind. TIm weiterhin zu zeigen, daß der Schichtwerkstoff eine äußerst hohe Durchdringbarkeit aufweist, was eine notwendige Bedingung für eine nachfolgende Imprägnierung ist, wurde ein Tropfen Styrol auf die Oberfläche des beschichteten Isolators gebracht. Die Flüssigkeit drang sofort ein und die gegenüberliegende Oberflächenschicht wurde von dem Styrol völlig durchtränkt. Diesen Erfolg erhält man wegen der ursprünglichen, bei der

909835/1261 _BAD omeiNAL

Herstellung erzeugten Orientierung der thermoplastischen Kunststoffschicht. Palls die Schicht einer Temperatur von 260⁰C und einem Druck von 14 at ausgesetzt wird, zieht sich die Kunststoffschicht auf die Pasern des Glasgespinstes hin zusammen und der erhaltene Isolator ist vollkommen tränkbar. Der Isolator kann in außerordentlich guter Weise für das Umwickeln von rechteckigen Kupferdrähten "bei hoher Geschwindigkeit benutzt werden.

Beispiel II

Ein geschichteter Isolierwerkstoff wurde mit einer 7,5-10" mm dicken Glimmerpapierschicht, einer 7,5·10" dicken Schicht eines Mischpolymerisats aus dem Natriumsalz der Acrylsäure und Äthylen und ionisierbarer copolymerer ^-ungesättigter Carbonsäure als thermoplastischem Kunststoff und einem 3· 10"" mm dicken Gewebe aus Polyäthylen-Terephtalat-Fasern hergestellt. Der für die Verbindungsschicht verwendete Kunststoff ist im Handel unter dem Namen "Surlyn A" erhältlich. Die aufeinandergeschichteten Stoffe wurden in eine Presse gebracht und bei einem Druck von H at zwei Minuten lang auf 18O⁰C erhitzt. Der erhaltene isolierende Schichtwerkstoff ist äußerst gut verklebt und. besitzt eine hervorragende Zugfestigkeit (680 at), Biegsamkeit und Tränkbarkeit. Der Isolator ist als eine billige Isolation für Motoren und Generatoren hervorragend geeignet.

Beispiel· III

Bin geschichteter Isolator wurde aus einem 3*10" mm dicken Polyäthylen-Terephtalat-Gewebe, einer 0,75*10" mm dicken Schicht eines Mischpolymerisatβ aus dem Natriumsalz der Acrylsäure und Äthylen, einer 7,5"10" asm dicken Schicht Glimmerpapier, einer zweiten,0,75*10" mm dicken Schicht eines Mischpolymerisats aus dem Natriumsalz der Acrylsäure und Äthylen, einem zweiten, 3·10" mm dicken Polyäthylen-Terephtalat-Gewebe hergestellt. Die aufeinanderlege schichte ten Materialien wurden in eine Presse gebracht und bei einem Druck von 14 at zwei Minuten lang auf 180⁰C erhitzt. Der erhaltene, isolierende Schichtwerkstoff ist äußerst gut verklebt und zeigt eine hervorragende Zugfestigkeit (810 at), Biegsamkeit und Tränkbarkeit. Dieses Erzeugnis

9 0 9835/1261 - 12 -

ßÄD ORIGfNAL

ist ein Beispiel für ein doppelt verklebtes Glimmerpapierband, bei dem ein Polyester-Gewebe als Armierung benutzt ist.

Beispiel IV

Ein isolierender Schichtwerkstoff wurde mit einem 4,3*10" mm dicken, lose gewebten Glasgespinst, einer 0,65·10~ mm dicken

_ -ι

Polyäthylen-Terephtalat-Schicht, einem 7»5·10 mm dicken Glimmerpapier, einer 0,65*10" mm dicken Polyäthylen-Terephtalat- -Schicht und einem weiteren 4,3*10" mm dicken, lose gewebten Glasgespinst hergestellt. Die aufeinandergeschichteten Materialien wurden in eine Presse eingebracht und bei einem Druck von 14 at fünf Minuten lang auf 260 C erhitzt. Der erhaltene isolierende Schichtwerkstoff ist außerordentlich, gut verklebt und zeigt eine hervorragende Zugfestigkeit (1060 at), Flexibilität und gute Tränkbarkeit.

Beispiel V

— 1 · Ein geschichteter Isolator wurde mit einem 3*10 mm dicken PoIyäthylen-Terephtalat-Gewebe, einer 0,75*10" mm dicken Schicht eines Mischpolymerisats aus dem Natriumsalz der Acrylsäure und Xthylen, einer 7,5*10" mm dicken Schicht Glimmerpapier und einer zweiten Schicht 0,75*10 mm dicken. Schicht eines Mischpolymerisats aus dem Natriumsalz der Acrylsäure und Äthylen hergestellt. Die aufeinandergeschichteten Materialien wurden in eine Presse eingebracht und bei einem Druck von 14 at zwei Minuten lang auf 18O⁰O erhitzt. Das erhaltene Erzeugnis ist ein Beispiel für ein Isolationsband, das nur mit einer einzigen Tragschicht verstärkt ist. Falls lose gewebtes Glasgespinst als Armierung verwendet wird, kann jeder bei Erwärmung schrumpfende thermoplastische Kunststoff für die Verbindungsschicht verwendet werden. Falls ein Polyäthylen-Terephtalat-Gewebe als Tragschicht verwendet wird, muß ein bei Hitze schrumpfender thermoplastischer Kunststoff für die Verbindungsschicht benutzt werden, der einen Erweichungsoder Schmelzpunkt unterhalb 240⁰C besitzt, damit die zum Erweichen der Verbindungsschicht aus thermoplastischem Kunststoff benötigte Temperatur die armierende Tragschicht nicht erweicht, oder zerstört.

BAD OWGlNAL -H-909835/126 1 '

-_A- ^PI^ 60/8265

Beispiel TI

Ein geschichteter Isolator wurde auch mit der kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung, die in Fig.2 dargestellt ist, hergestellt. Die Vorrichtung besitzt drei Beschickungsrollen, die ir Pig.2 gezeigt sind. Auf der unteren Rolle 21 ist ein Band

—1
5*10 mm dicken Glimmerpapiers aufgerollt. Auf der mittleren Rolle 20 befindet sich ein 0,65*10 mm dickes Band aus PoIyäthylen-Terephtalat und auf der oberen Rolle 19 ist ein Band ,·* aus 4*10" mm dickem, lose gewebtem Glasgespinst aufgewickelt. Das Glimmerpapier wird von der Rolle abgezogen und durch einen kleinen,Vorerhitzer 25 geführt, in dem es auf eine Temperatur von ungefähr 100⁰C erwärmt ist, um Feuchtigkeit abzudampfen. Das Glimmerpapier wird dann über die mit Ketten getriebene er- % hitzte Rolle 26 geführt. Das Polyäthylen-Terephtalat-Band und das Band aus Glasgespinst werden ebenfalls der erhitzten Rolle 26 zugeführt, wo sie oberhalb des Glimmerpapiers zu liegen kommen. Die Geschwindigkeit der erhitzten Rolle beträgt ungefähr 60 cm/min und die Kontaktstrecke mit der Oberfläche der erhitzten Rolle 26 ist ungefähr 20 cm lang.. Die Temperatur an der Oberfläche der Rolle 26 beträgt ungefähr 300 C und die Temperatur des Glasgespinstes ungefähr 50⁰C weniger. Der verklebte, glimmerhaltige Isolator wird anschließend auf die. Rolle 27 aufgewickelt.

Bei dem Herstellungsverfahren wird kein anderer Druck benötigt, als der, der durch die Spannung der Bänder zwischen den Be- |

schiokungsrollen und der erhitzten Rolle erzeugt wird. Der erhaltene Isolator ist £ut verklebt und zeigt eine außerordentlich große Zugfestigkeit (770 at) und Flexibilität. Seine Tränkbarkeit war ebenfalls sehr gut. Die gute Verklebung zeigt sich bei einer mikroskopischen Untersuchung. Etwas schwieriger zu beobachten ist, daß die Räume zwischen den Fasern des Glasgespinstes nicht völlig frei von Kunststoff sind. Der Kunststofffilm blieb auch noch in den offenen Flächen des Gespinstes vorhanden und zeigt dort ein Bild, das sich am besten mit einem ^Schweizer Käse« vergleichen läßt. Einige Räume zwischen den Fasern, c|es Gespinstes waren völlig durch den Kunststoffilm ge,'-Rchlossen, aber der überwiegende Teil dieser Räume war entweder

008831/1261

BAD OWGINAL

PLA όβ/8265

völlig offen oder nur teilweise geschlossen. Obwohl bei diesem kontinuierlichen Herstellungsprozeß nicht die vollständige Tränkbarkeit erhalten wird, die man bei Verwendung einer Presse erhält, ist mit ihm trotzdem ein äußerst gut tränkbarer, flexibler und sehr fester Isolator herstellbar. Die Tränkbarkeit reicht für das Tränken von Vielfachschicht-Isolatoren mit Kunstharz aus.

30 Patentansprüche
2 Figuren

•AD OWGiNAl

Claims

PLA 68/8265 - 15 - Patentansprüche

1. Elektrischer Isolator mit einer glimmerartigen bzw. glimmerhaltigen Schicht und einer faserhaltigen Trägerschicht, bei dem zwischen der glimmerhaltigen Schicht (10) und der Trägerschicht (12) eine Verbindungsschicht (11) aus thermoplastischem Kunststoff angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

_1 die Verbindungsschicht eine Dicke von etwa 0,35*10 mm bis etwa 2,2·10~ mm besitzt und daß die Verbindungsschicht viele | Löcher (15) aufweist, über die der Isolator mit einem Imprägnierlack tränkbar ist.

2. Elektrischer Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht eine Dicke von etwa 0,65*10" mm bis etwa 1,3*10" mm besitzt.

3. Elektrischer Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (11) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der sich bei erhöhter Temperatur zusammenzieht.

4. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid ist. {

5. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyester ist.

6. Elektrischer^Isolator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyäthylen ist.

7. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polypropylen ist.

8. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein fluoriertes Polyäthylen ist.

- 16 -

909835/1261

: BAD OTOGINAL

9. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polystyrol ist.

10. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyvenylalkohol ist.

11. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyvenylchlorid ist.

12. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein chloriertes PoIyvenylazetat ist.

13· Elektrischer Isolator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyvenylfluorid ist.

H. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein regeneriertes Zellulose ist.

15· Elektrischer Isolator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polycarbonat ist.

16. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Polyphenyloxyd ist.

17. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff eine ionisierbare cl , fi ungesättigte Carbonsäure ist.

18. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der faserhaltigen Tragschicht Hartpapier ist.

19· Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch, gekennzeichnet,, daß das Material der faserhaltigen Tragschicht Asbest ist.

20. Elektrischer Isolator n"ach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der faserhaltigen Tragschicht Glas ist.

BAD MGlNW

909835/126 1

21. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der faserhaltigen Tragschicht ein Polyacrylsäureester ist.

22. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägerschicht Polyesterfasern sind.

23. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff Polyäthylen-Terephtalat und die Trägerschicht ein lose gewebtes Glasgespinst ist.

24·. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Mischpolymerisat aus ™ dem Natriumsalz der Acrylsäure und Äthylen und die Trägerschicht ein Gewebe aus Polyesterfasern ist.

25. Elektrischer Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein Mischpolymerisat aus dem Natriumsalz der Acrylsäure und Äthylen und die Trägerschicht ein Gewebe aus Polyäthylen-Terephtalatfasern ist.

26. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolators nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht thermoplastischen Kunststoffes zwischen die glimmerhaltige Schicht und die Trägerschicht eingebracht wird und daß die Schichten zum Verkleben und zum Einschrumpfen | des thermoplastischen Kunststoffes erhitzt werden.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten kontinuierlich über eine erhitzte Rolle geführt werden.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Rolle von der glimmerhaltigen Schicht berührt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die glimmerhaltige Schicht vor dem Zusammenfügen der Schichten erhitzt wird,

- 18 -9098 3 5/1261 BADOBfGlNAL

— 1 a —

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die glinunerhaltige Schicht vor der Berührung mit der heißen

Rolle erhitzt wird.

909835/1261