DE2443252A1

DE2443252A1 - Waermebestaendiger, haertbarer klebelack fuer wicklungsdraehte

Info

Publication number: DE2443252A1
Application number: DE2443252A
Authority: DE
Inventors: Charles Borer; Peter Dr Ing Heim; Hans Dr Mosimann
Original assignee: Schweizerische Isola Werke AG
Current assignee: Von Roll Schweiz AG
Priority date: 1973-09-13
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1975-03-20
Also published as: NL162938C; FR2244237A1; DD113819A5; ZA745730B; NO140031B; IE39889B1; FI61709C; NO140031C; FI61709B; IT1020782B; JPS5825703B2; NL162938B; SE413714B; IL45632A; NL7412209A; BE819919A; JPS5076136A; HU180960B; IL45632A0; CA1038991A

Description

Wärmebeständiger, härtbarer Klebelade für Wicklungsdrähte

Die Erfindung betrifft einen wärmebeständigen, härtbaren Klebelack zum Ueberziehen von elektrisch isolierten Drähten und Verkleben derselben durch Wärmezufuhr unter Bildung einer ausgehärteten, wärmebeständigen Drahtwicklung. Mit dem erfindungsgemässen Klebelack überzogene Drähte können durch Wärmeeinwirkung miteinander verklebt und die entstsn-iieiirr Klebeschicht bei hi^er^r Wärmezufuhr ""shaif^^t ^T-™y— den. " ·

Seit etwa 20 Jahren sind sogenannte verbackbare Lackdrähte im Handel* Sie sind so aufgebaut, dass über'

einer normalen Isolierschicht eine sogenannte Klebe- oder 509812/1014

Backschicht aufgetragen wird. Die untere Schicht stellt die eigentliche Isolation dar, die obere dient dem Verkleben der Drahtwindungen miteinander. Meist entspricht die Dicke der unteren Schicht der Auftragsklasse C_Q bzw. C₁ [nach Normblatt Nr. 23 7^5 (1967) des· Vereins Schweizerischer Maschinenindustrieller (Kirchweg 4, Postfach, Zürich; im folgenden VSM abgekürzt); diese Auftragsklassen entsprechen jenen gemäss Publikation Nr. 182 (1964) des Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale (1, rue de Varembe, Geneve; im folgenden CEI abgekürzt. und mit der zusätzlichen Klebeschicht erreicht der Draht einen der Auftragsklasse C, bzw. C_? (VSM) entsprechenden Aussendurchmesser.

Bis heute hat man als Lacke für die Klebeschicht praktisch nur thermoplastische Kunstharze verwendet, die so gewählt sind, dass sie auf dem Draht eine bei Raumtemperatur harte, glatte Schicht ergeben. Nach dem Wickeln dieses Drahtes auf eine Schablone können die Windungen durch Erwärmen miteinander verklebt werden. Dabei wird die obere Schicht des Drahtüberzugs erweicht. Sie wird durch den Wickelzug des Drahtes zerquetscht oder fliesst etwas, und nach dem Abkühlen bleibt auf der Schablone eine verklebte Wicklung zurück. Die Schablone wird meist mehrteilig gestaltet, so dass die Wicklung nachher von der Schablone befreit wurden kann. So ist es möglich geworden, selbsttragende Spulen, Rähmchenspulen. Ablenkspulen für das Fernsehen usw. herzustellen, ohne die Wicklung wie bisher durch einen Imprägnierprozess mit einem anderen Lack verfestigen zu müssen. Die

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Erwärmung kann in einem Ofen, durch Heissluft beim Wickeln oder durch einen Stromstoss nach dem Wickeln erfolgen. Auch Befeuchten der thermoplastischen Schicht durch geeigente Lösungsmittel wird zum Verkleben der Windungen angewendet.

Diese Klebeschichten tragen kaum etwas zur Isolation des Drahtes bei; sie dienen einzig der Verklebung.

Die.Klebelacke bewähren sich ausgezeichnet, so lange die Betriebstemperatur der Wicklung kaum über die Raumtemperatur ansteigt oder so lange sie jedenfalls wesentlich unter dem Erweichungspunkt der Klebeschicht bleibt. Sobald aber höhere Betriebstemperaturen auftreten, nimmt die Stärke der Verklebung ab und die Wicklung kann sich deformieren und schliesslich ·

auseinanderfallen. Man hat deshalb die zuerst als Klebeschicht verwendeten Polyvinylbutyral durch geeignetere Polyamide ersetzt. Dies hilft wohl etwas, weil der Erweichungspunkt höher liegt, doch bleibt der Hauptmangel trotzdem bestehen und es ist nicht möglich, solche Wicklungen bei höheren Betriebstemperaturen mit Sicherheit zu verwenden.'

Heute sind hochwertige Isolierlacke bekannt und ermöglichen die Herstellung von Grundschichten, welche jbogar Betriebstemperaturen bis über 200 ⁰C zulassen. Es besteht also eine Lücke, indem die Eigenschaften der bisherigen thermoplastischen Schichten nicht ausreichen, um den breiten Betriebstemperaturbereich der Isolierschicht auch bei selbsttragenden Wicklungen auszunützen, ohne

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wiederum imprägnieren zu müssen.

Besonders bei Motorenwicklungen könnten sich bei Verwendung von bei höherer Temperatur verklebt bleibenden Drahtwindungen neue Anwendungsgebiete eröffnen. Die Zeitdauer zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Wicklung kann nämliah durch die Anwendung der Klebelackdrähte verkürzt werden, da der separate Imprägnierungsvorgang wegfällt, was auch für Reparaturwerkstätte von Interesse sein kann. Es ist auch nicht unbedingt nötig, dass die Verklebung innerhalb von Sekunden erfolgt, man kann sich hier mit Bruchteilen von Stunden zufrieden geben.

Eine befriedigende Lösung bietet sich, wenn die Klebeschicht nicht nur thermoplastisch, sondern auch härtbar ist. Bei den bisherigen Anstrengungen, die Wicklungen durch Stromstoss innerhalb von Sekunden zu verfestigen (wie es bei Ablenkspulen für das Fernsehen, Rähmchenspulen bei Messinstrumenten usw. der Fall war), kam nur ein möglichst rasches Verkleben in Betracht, was nur mit einem Thermoplasten erreicht werden konnte. An eine Anwendung bei Motoren, z.B. zur Herstellung von Feldspulen, wurde deshalb überhaupt nicht gedacht. Unter der Bedingung, dass die Wicklung dauernd fest verbacken ist, ist es nun aber doch möglich, mit verklebbaren Drähten auch solche Spulen herzustellen« Lockerten sie sich nämlich während des Betriebes, " " .würde nachher die Grundlaokschicht durch Scheuern rasch beschädigt v/erden* Deshalb

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müssen nach den heutigen Verfahren hergestellte Wicklungen in Wicklereibetrieben oder beim Verbraucher durch einen speziellen Irnpragnierungsprozess lackiert werden. Der nachher getrocknete Imprägnierlack übernimmt die Rolle der Verfestigung und des Schutzes gegen atmosphärische Einflüsse.

Da die Imprägnierungslacke Lösungsmittel enthalten oder Monomere abgeben, ist der Imprägnierungsprozess mit gewissen Gefahren für die damit beschäftigten Arbeiter verbunden. Ausserdem braucht man bei den lösungsmittelhaltigen Lacken eine Trooknungsdauer von mindestens 4 Stunden und es verlangt zusätzliches Hantieren der Wicklung. Die Verwendung der Klebelackdrahte vereinfacht also die Arbeit und vermindert für die Arbeiter die MÖg- lichkeiten einer Gesundheitsschädigung durch Lösungsmittel.

Wenn auch schon früher härtbare Klebelackdrahte aus Polyvinylbutyralen in Mischung mit Phenolharzen hergestellt wurden, waren diese höchstens für Betriebstemperaturen von 120 ⁰C thermisch geeignet. Die Temperaturbeständigkeit der Klebeschicht sollte aber mindestens annähernd jene der Grundschicht erreichen, weswegen diese Mischungen von vornherein für die Verwendung in Geräten der Wärmeklassen F (155 ⁰C) und H (l80 ⁰C) wegfallen. [Publikation Nr. 85 (1957) CEI]. ■

Für die Verwendung bei Geräten der Klasse F werden für die Klebeschiehten u.a. Kombinationen von Epoxiden mit Isocyanaten (Britische Patentschrift Nr. I.285.463) oder von Epoxiden mit Titanaten (Deutsche Offenlegungsschrift Nr. I.96O..888) vorgeschlagen. Solche

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Kombinationen sind zum Teil zwar thermohärtbar, doch wird für die Härtung bei Temperaturen im Bereich der Wärmeklasse-Temperatur sehr viel Zeit beansprucht, was sich auf den Arbeitsablauf ungünstig auswirkt. Ferner ist auch ihre chemische Beständigkeit z.B. gegen Kältemittel ungenügend.

Bekannt für hervorragende Wärme- und Chemikalienbeständigkeit sind Lacke auf Esterimidbasis. Sie finden heute hauptsächlich als bei höherer Temperatur wärmebeständige Draht- und Imprägnierlacke Anwendung. Drahtlacke dieser Zusammensetzung sind aber in unvernetztem Zustand (nur angetrocknet; B-Zustand) vollständig spröde und entsprechend Überzogene Drähte können keinesfalls gewickelt werden. Zudem sind fUr das Aushärten relativ hohe Temperaturen notwendig. Die Esterimid-Imprägnierlacke dagegen können praktisch nicht ohne gleichzeitiger Vernetzung getrocknet werden, da bei der zur Trocknung benötigten Wärmeeinwirkung die Aushärtungsreaktion bereits einsetzt, so dass eine spätere Verklebung nicht mehr möglich ist.

Polglich war es bisher Überhaupt nicht möglich, auf der Basis von Esterimiden geschmeidige Filme herzustellen, die eine Verarbeitung des Drahtes ermöglichen, da 'Esterimide normalerweise erst nach dem Aushärten geschmeidige und nicht klebende Filme ergeben.

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Es wurde nun Überraschenderweise gefunden, dass durch Verwendung eines Lacks auf der Basis von Polyurethanhalt igen Polyesterimiden einer bisher nicht bekannten Struktür und von hochmolekularen Epoxidharzen Klebeschichten erzielt werden können, die allen Anforderungen genügen und zudem die bekannte thermische und chemische Beständigkeit von reinen Esterimiden weitgehend beibehalten.

Der erfindungsgemässe härtbare Klebelack zum Ueberziehen von elektrisch isolierten Drähten ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus a) einem Polyurethan-Esterimid mit durch ein einwertiges Phenol blockierten, endständigen Isocyanatgruppen und zugleich mit freien Hydroxylgruppen und b) einem im wesentlichen linearen, sekundäre Hydroxylgruppen aufweisenden Epoxidharz vom Molekulargewicht Über 3O.OOO besteht, wobei der Lack beim Trocknen einen lagerungsbeständigen B-Zustand erreicht, welcher durch eine Teilreaktion vorhandener oder durch Rückspaltung der Phenylurethangruppen entstehender Isocyanatgruppen mit den sekundären Hydroxylgruppen des genannten Epoxidharzes erzeugt wird, so dass der gebildete hochmolekulare Molekülverband auf dem Draht bereits solche zähelastischen Eigenschaften aufweist, dass er die den Drahtnormen entsprechenden, mechaniGehen und elektrischen Prüfungen, insbesondere die V/i.ck<?lprüfung, aushält, dass aber die Lackschichv. bei weiterer Wärmezufuhr wieder erweicht und durch eine intra-

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molekulare und intermolekulare Weiterreaktion zu einem vernetzten Molekülverband im C-Zustand aneinanderliegende Drähte unter sich verklebt, so dass eine bei allen im Betrieb vorkommenden Temperaturen und Uebertemperaturen beständige Klebeverbindung entsteht.

Als Komponente b) liesse sich auch an Stelle des erwähnten hochmolekularen Epoxidharzes eine andere lineare, sekundäre Hydroxylgruppen aufweisende Verbindung vom Molekulargewicht über 30.000 verwenden, wie insbesondere ein entsprechendes Polyesterharz (oder Alkydharz). Die Verwendung des genannten Epoxidharzes stellt jedoch eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar.

Im erfindungsgemässen härtbaren Klebelack soll ferner eine besonders bevorzugte Gruppe hervorgehoben werden, in welcher der Klebelack dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus

(l) einer Verbindung von Komponenten A und B, wobei A einem Hydroxylgruppen enthaltenden Esterimid entspricht, welches aus einer Dicarbonsäure der Formel:

HOOC ^

N-CH₂-COOH

(a)

und Polyalkoholen der Formel:

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HOCH₂-Ch₂-O-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂OH

Cb₁)

und

N
CH₂-CH₂OH

.CH₂-CH₂OH

(b_o)

in den. molaren Verhältnissen:

a:Cb₁ + b₂) = 1:1,2 bis 1:2

b₁:b₂ =1:1 bis 10:1

aufgebaut ist, B einer polyfunktionellen, Isocyanatgruppen enthaltenden Verbindung der Formel'.

-NHCO

-/ Vn

N-CH₂CH₂-OOCNH

V™ /"^

NCO

CH, CH₂-C

-CH₀-OOCNH-

NCO CH,

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OCN

-fX-

NCO

oder Mischungen derselben entspricht und das Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Isocyanatgruppen von 1:1 bis 1:1,5 ist,

(2) einem im wesentlichen linearen, sekundären Hydroxylgruppen aufweisenden Epoxidharz vom Molekulargewicht über

30.000,

(3) einem einwertigen Phenol, welches die im Polyester-'imid obiger Formel verbleibenden Isocyanatgruppen blockiert, und

(^) einem organischen Lösungsmittel, welches dasselbe wie das unter (3) genannte Phenol sein kann, besteht.

Im folgenden soll der neue Klebelack ausführlich beschrieben werden.

Die Aufbaukomponenten von Teilstück A des Polyesterimids (1) sind einerseits Trimellitsäureanhydrid und Glykokoll, andererseits die Polyalkohole Triäthylenglykol und Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat. Ein Beispiel eines solchen Teilstückes A kann durch folgende Formel wiedergegeben werden;

HO-

(HO)-

-R-OOC

- CH₂- COO-

-(0H)

R-OH

1-10

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in welcher das Symbol R einen der zuvor erwähnten Alkohole b, und bp darstellt.

In welchem molaren Verhältnis die genannten Alkohole in Teilstück A auch vorliegen, besteht in jedem Fall ein Ueberschuss an Hydroxylgruppen; im Urethan-haltigen Polyesterimid liegen nun diese Hydroxylgruppen in Form von .Urethanb indungen mit den Isocyanatgruppen der Verbindung'bzw. der Verbindungen B vor.

Als zweite Hauptkomponente enthält der Klebelack ein hochmolekulares Epoxidharz (2). Darunter versteht man hler vorzugsweise solche mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 30.000 bis 200.000. Als Epoxidharz wird vorzugsweise ein hochmolekulares Copolymere aus Epichlorhydrin und Bisphenol A - oder 2,2-(4,4'-Dihydroxydiphenyl)-dime thy lme than, HOC₆H₁₁-C(ClO₂-CgH^OH eingesetzt. Mit Vorteil kann man als Epoxidharz z.B. die Handelsprodukte Epikote 52-L-32 (Molekulargewicht ca. 80.000) und Epikote 55-L-32 (Molekulargev/icht ca. 200.000) der Firma Shell verwenden. In diesen Produkten liegt der Hydroxylwert bei ca. 0,35 (d.h. etwa 0,35 Aeq.-Gew. OH pro 100 g Produkt); ein Eooxyäquivalent hingegen lässt sich praktisch nicht mehr bestimmen, so gering ist die Anzahl Epoxygruppen in der Molekel. Der Anteil an Epoxidharz kann beispielsweise etwa 80 Gew.-^ der festen Stoffe und darüber betragen.

Das einwertige Phenol (3) kann insbesondere

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Phenol selbst oder ein Kresol oder ein Xylenol sein.
Der Anteil davon im Klebelack soll mindestens zur Blokkierung der im Polyesterimid vorhandenen Isocyanatgruppen ausreichend sein. Das Phenol dient also zugleich zur Regelung des Ablaufs der Po.lyadditionsreaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxylgruppen bei erhöhter Temperatur. Zugleich stellt das Phenol auch ein bevorzugtes Lösungsmittel oder die Hauptkomponente eines bevorzugten Lösungsmittelgemisches dar. Daher wird man im allgemeinen eine grossere Menge des Phenols einsetzen als der bereits erwähnte Mindestanteil. In einer dritten Funktion trägt das Phenol dazu bei, die Viskosität des Klebelacks auf das für die Anwendung, d.h. das Auftragen auf den Draht, gewünschte Niveau
einzustellen.

Wird das Phenol nur in dem zur Blockierung der Isocyanatgruppen notwendigen Mindestanteil verwendet,
muss im Lack ein organisches Lösungsmittel (h) vorhanden sein. Das Polyesterimid und das näher zugesetzte Epoxidharz sollen nämlich in gelöstem Zustand vorliegen, damit auf dem Draht eine einheitliche und glatte Schicht entsteht. Als Lösungsmittel eignen sich insbesondere

Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzol, Toluol oder

(R) Xylol, Solvesso ^ (leichtbenzinartiges, hydriertes

Erdöldestillat von Dichte 0,797 bis 0,937) oder Solventnaphtha; Carbonsäureester, beispielsweise Aethylacetat,
Butylacetat, Methyl- oder Aethylglykolacetat; Ketone,

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beispielsweise Methyläthylketon oder Methylisobutylketon; ferner Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methy!pyrrolidon usw. Das Lösungsmittel dient zugleich zum Einste3.1en ,der Viskosität des Klebelacks, wie oben im Falle des Phenols erwähnt wurde.

Es ist bekannt, dass Urethane sich durch die Reaktion von Isocyanaten und Alkoholen bilden- und dass die Urethane wieder einer Spaltung in die Ausgangskomponenten unterliegen (siehe z.B. Vieweg-Hoechtlen, Polyurethane'; Hanser,München, 1966, S. 11). Es besteht ein thermisches Gleichgewicht zwischen Urethan und den Ausgangskomponenten:

R NH—COO R₁. R N=C=O + R₁ OH

Es ist auch bekannt (loc.cit.), dass die.Polyurethane mit sekundären Hydroxylgruppen wesentlich stabiler sind als solche mit primären.

Es hat sich nun gezeigt, dass die Urethangruppen der erwähnten Verbindungen unter den Bedingungen wie sie beim Verkleben vorkommen (ca. L80 ⁰C) z.Teil wieder spalten und mit den sekundären Hydroxylen des Epoxidharzes wesentlich stabilere Verbindungen ergeben, die zu der guten Wärmestabilität der Lackschicht beitragen.

Zwischen den endständigen blockierten Isocyanatgruppen und den sekundären Hydroxylen des Epoxidharzes sind ebenfalls stabile Vernetzungen möglich. . - ■

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Schliesslich ist auch noch eine Reaktion der endständigen Isocyanatgruppen mit den sehr spärlich vorkommenden endständigen Epoxidgruppen möglich.

Man hat es demnach in der Hand_;die Zahl der reaktionsfähigen Gruppen des urethanhaltigen Esterimids im Verhältnis zu den sekundären Hydroxylen des Epoxidharzes durch Aenderung der mengenmässigen Anteile zu variieren.

Das Epoxidharz hat in der Zusammensetzung dieser Lacke eine doppelte Funktion: Solange der Draht noch nicht zur Verklebung gekommen ist, hilft es, den Erweichungspunkt der Klebelackschicbfc herunterzusetzen, damit die Verklebung bei zwischen ca. 150 und 200 ⁰C liegenden Temperaturen ausgeführt werden kann. In der endgültig gehärteten Lackschicht bedingt das Verhältnis des Epoxidharzes zur Urethan-Esterimidkomponente die Stärke der möglichen Vernetzung und damit die Stärke der Verklebung.

Beim Auftragen des erfindungsgemässen Lacks auf den Draht entstehen besonders geeignete Lackschichten, welche - z.B. in einem Ofen - leicht eingetrocknet v/erden können und dabei einen glatten, geschmeidigen, bei Raum-

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temperatur nicht klebenden und auf d er unteren Isolierschicht fest haftenden Ueberzug ergeben. Das Harz befindet sich im B-Zustand. Die Deckschicht wird zweckmässig in einem Ofen mit tieferer Einbrenntemperatur getrocknet als die Grundschicht. Diesen Eigenschaften zufolge lässt sich der entstandene Lackdraht vorzüglich transportieren, unbestimmt lange lagern und nicht zuletzt sehr leicht wickeln. Uebrigens ist auch der Klebelade selber lagerungsfähig und bei Raumtemperatur praktisch unbeschränkt haltbar. Der Draht entspricht in mechanischer und elektrischer Hinsicht den Forderungen der bestehenden Normen.

Die beim Wickeln gebildeten, sich berührenden Drahtwindungen können hierauf durch Wärmezufuhr miteinander verklebt und gleichzeitig oder anschliessend ausgehärtet werden.

In der Tat erweicht die Lackschicht je nach Zusammensetzung bei Temperaturen zwischen 100 und 200 ⁰C, meistens über 150 ⁰C, die Windungen kleben unter leichtem Druck zusammen und bleiben während und nach dem Erkalten verklebt; es soll noch hervorgehoben werden, dass der Lack dabei nicht spröde wird. Die Wärmezufuhr kann bei dünnen Drähten durch einen Stromstoss oder durch heisse Luft oder schliesslich bzw. bei dickeren Drähten in einer erwärmten Pressform erfolgen. Es ist, besonders bei dickex-en Drähten, nicht unbedingt nötig, die Verklebung in einigen Sekunden zu bewirken, es können hier-

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zu Zeitdauern von einer halben Stunde bis etwa fünf Stunden ohne weiteres angewendet v/erden.

Nach dieser Zeitdauer ist bereits eine genügende Aushärtung erreicht, um eine thermische Belastung im Bereich der Wärmeklassen F (I50 ⁰C) und H (I80 ⁰C) auszuhalten. Die Wärmezufuhr leitet in dem Lack durch eine chemische Reaktion die Aushärtung, d.h. die Bildung von Quervernetzungen, ein. Die thermoplastischen Produkte gehen dabei in einen zäh-ela-sti sehen Zustand Über, so dass der Lack nicht spröde wird. Der Vernetzungen wegen ist ein Auseinanderfallen der Wicklung ohne Zersetzung der Lacksubstanz nicht möglich, im Gegensatz zu dem bekannten Verhalten der Thermoplasten. Bei reinen Thermoplasten führt nämlich die bei erhöhter Temperatur und Krafteinwirkung ungenügende Standfestigkeit der Wicklung zu einer kontinuierlich fortschreitenden Deformierung. Durch die erwähnte Vernetzung, d'.h. durch den Uebergang in den zäh-elastischen Zustand, wird dagegen eine höhere Standfestigkeit der Wicklung erreicht, welche deren Auseinanderfallen bei den gleichen Temperaturen verhindert; somit erfüllt

der neue Klebelack die Aufgabe des bisher erforderlichen Imprägnierlackes vollkommen.

Die erfolgte Verklebung der Drahtwindungen miteinander kann nach der Methode des "helicoidal coil" (siehe experimenteller Teil) gemessen werden; es wurde

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gefunden, dass die Klebekraft mindestens jener eines Imprägnierlackes der gleichen Wärmeklasse entspricht. Unter den Betriebsbedingungen nimmt der Aushärtungsgrad (infolge der fortgesetzten Wärmezufuhr) weiter, im allgemeinen auf ein Mehrfaches, zu und mit ihm auch die Klebekraft bei erhöhter Temperatur,

Zusammenfassend wird mit dem erfindungsgemässen Klebelack allein, d.h. ohne nachträglicher Imprägnierung der Wicklung, eine feste Verklebung der Drahtwindungen erreicht, welche auch bei höheren Temperaturen, wie sie bei der Wicklung im Betrieb entstehen, vollkommen wärmebeständig und dauerhaft ist, ohne jedoch dass der Lack dabei spröde wird.

Beispiel 1

^A· 800 Gewichtsteile Kresol, 4 Gewichtsteile Bleiacetat- trihydrat, 262,5 Gewichtsteile Triäthylenglykol, 130,5 Gewichtsteile Tris-(hydroxyäthyl)-isocyanurate 112,5 Gewichtsteile Glykokoll und 288 Gewichtsteile Trimellitsäureanhydrid werden in der genannten Reihenfolge in ein Reaktionsgefäss mit Rührer und absteigendem Kühler eingefüllt. Unter Rühren wird erhitzt, so dass in annähernd h Stunden 200 ⁰C erreicht werden. Man reguliert die Temperatur so, dass möglichst viel Wasser, aber wenig Kresol destilliert. Nachdem man die Temperatur 8 Stunden

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bei 200 bis 210 ⁰C gehalten hat, ist die Reaktion beendet, Man lässt abkühlen und erhält ca. 1^50 Gewichtsteile einer ein Esterimid enthaltenden Kresollösung. Dazu gibt man 600 Gewichtsteile Xylol und 300 Gewichtsteile Methylglykolacetat, erhitzt unter Rühren auf 85 ⁰C und lässt unter leicht vermindertem Druck 2 bis 5 '% flüchtige Bestandteile, zur Hauptsache Wasser, abdestillieren. Nach beendeter Entwässerung werden 250 Gewichtsteile ρ,ρ'-Diphenylmethandiisocyanat unter Rühren zugegeben und das Gefäss geschlossen. Die einsetzende exotherme Reaktion bewirkt einen Temperaturanstieg auf ca. 100 ⁰C; man lässt bei dieser Temperatur 30 Minuten weiterreagieren. Dann verdünnt man zuerst mit 350 Gewichtsteilen entwässertem Kresol, stellt auf die gewünschte Viskosität ein, z.B. 100 cP für Filzlackierung, mit einem Gemisch von 55 Gewichtsteilen Kresol, 30 Gewichtsteilen Xylol und I5 Gewichtsteilen Methylglykolacetat und filtriert.

B. Das Produkt von Abschnitt A wird mit Epikote 52-L-32 (Shell) so vermischt, dass auf einen Teil feste Stoffe aus Abschnitt A ein Gewichtsteil (feste Stoffe) des Epoxidharzes fallen.

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Beispiel 2

Das Produkt von Beispiel 1Λ. wird mit Epikote 55-L-32 (Shell) so vermischt, dass die Feststoffanteile im Verhältnis 1:4 vorliegen.

Beispiel 3

800 Gevrichtsteile Krc3ol, 4 Gewichtsteile Bleiacetat-trihydrat, 500 Gov.'icht3teile Ti-iäthylenglykol, 261 Gewichteteile Tris-(hydroxy~ äthyl)-iaocyanurat, 112,5 Gewichtsteile Glykokoll und 280 Gewichtsteile Trimellitsäureanhydrid werden in der genannten Reihenfolge in ein Reaktionsgefä3s mit Rührer und absteigendem Kühler eingefüllt. Unter Rühren wird erhitzt, so dass in annähernd 4 Stunden 200 C erreicht werden. Man reguliert die Temperatur so, dass möglichst viel Wasser, aber wenig Kresol destilliert. Nachdem man die Temperatur 8 Stunden bei 200 bis 210 C gehalten hat, ist die Reaktion beendet. Man lässt abkühlen und gibt 600 Gewichtsteile Xylol und 300 Gewichtsteile Methylglykolacetat zu, erhitzt unter Rühren auf 85 C und lässt unter leicht vermindertem Druck 2 bis 5 ^c/° flüchtige Bestandteile, zur Hauptsache Wasser, abdestillieren, danach lässt man abkühlen. In einem anderen Reaktionsgefäss mit Rührer und absteigendem Kühler werden 300 Gewichtsteile Kresol, 192 Gewichtsteile Trimellitsäureanhydrid und 37,5 Gewichtsteile Glykokoll eingefüllt. Unter Rühren wird erhitzt, so dass in annähernd 4 Stunden 210 C erreicht werden. Man lässt bei dieser Temperatur reagieren bis kein Reaktionswasser nehr abdesülliert, was nach etwa 5 Stunden der Fall ist. Danach werden unter Rühren zugefügt: 700 Gewichtsteile entwässertes Kresol, 1000 Gewichtsteile Solvesso 100 und 750 Gewichtsteile ρ,ρ'-Diphenylmethandiisocyanat. Unter Rühren wird erneut auf 160 bis 170 C erhitzt und dabei mit einer an den Rückflusskühler angeschlossenen Gasuhr die (^-Entwicklung überwacht. Nach t> bis 4 Stunden ist die (^-Entwicklung beendet und man lässt abkühlen.

50981 2/ 1OU

Beide Präparate werden nun vereinigt und unter Rühren auf 130 bis 150 ⁰C erhitzt. Kan lässt in diesem Temperaturbereich oolangc reagieren eis eine klare Lösung entsteht (30 bis 120 Hinuten) und kühlt danach auf unter 50 °C ab.

Zum Schluss werden noch 10 000 Gewichtsteile Bpikote 55-L-32 und 1000 Gewichtüteile Dimethylformamid zugesetzt, gut umgerührt und danach filtriert.

Beispiel 4

Man verfährt wie im Beispiel IA., verwendet jedoch (anstelle von 262,5)300 Gewichtsteile Triäthylenglykol und(anstelle von 130,5) 44 Gewichtsteile Tri3-(hydroxyäthyl)~isocyanurat. Zudem wird nach der Zugabe des ρ,ρ'-Mphenylmethandiisocyanurates nicht 30 Minuten bei ca. 100 ⁰C sondern ca. 30 Minuten bei I40 C reagiert, d. h. bis ein Viskositätsanstieg auf 5000 bis 6000 cP, gemessen bei 20 G, erreicht ist. Unmittelbar vor der Filtration werden noch I4OO Gewichtsteile Epikote 55-L-32 dazu eingerührt.

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Mit diesen Lacken wird ein mit einem PoIyeGterimid auf die Auftragsklasse C^ nach VSM (international Grad 1) lackierter Draht zu Auftragsklasse Cp nach VSM (international Grad 2) auflackiert. Man kann beispielsweise einen Kupferdraht von 0,40 mm Durchmesser zuerst mit einem Esterimidlack so überziehen, dass die Durchmesserzunähme d^-d 37 um beträgt, und darüber einen Klebelackauftrag dp-d, von l8 + 3 um anbringen. Die Einbrennbedingungen müssen so gehalten werden, dass die Klebeschicht getrocknet, aber nicht gehärtet wird; z.B. liegt die Ofentemperatur bei einer Fahrgeschwindigkeit von 35 m/min und einer Ofenlänge von 2,5 m im Mittel bei 300 ⁰C.

Der Lackdraht wird dann zu einer Wicklung geformt und verklebt; für den Lack nach Beispiel 1 braucht es

30 Minuten bei 170 + 10 ⁰C.

Tabelle 1 gibt eine Gegenüberstellung der Klebekraft und Wärmestandfestigkeit bei erhöhter Temperatur von bereits bekannten Klebelacken und solchen gemäss vorliegender Erfindung. Der Vergleich zeigt, dass durch die Klebelacke gemäss vorliegender Erfindung Werte erzielt werden, die in der Wärme denjenigen.von Imprägnierlacken derselben Wärmeklasse zumindest entsprechen.

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ί·
I
4

-

■

Tabelle :

Verbackting 30 MnJlSU ⁰C

160 ⁰C

200 ⁰C

Zeitstandfestigkeit in Kin.
Kr3fteinwirkung: 1 N

200 ⁰C

•

160 ⁰C

200 ⁰C

Zeitstandfostigkeit in Hin.
Kraftetnafrkung: 2 N

Klebekraft in N ¹^

1

«,

160 ⁰C

<1

2

<i -

200 ⁰C

Polyvinylbutylfal

r

20 °C

3

<1

Verbackung 2 Std./lSO °C

3

<1

<,.

Epikote 534.-32 bzw.
554.-32 2)

•60

4

3

.<!

>300

Klebekraft in N

6

. 5

<i

cn

Beispiel 1

70

3

2

> 300

>300

20°C

6

4

> 300

co

Seispiel 2

90

5

3-4

7300

^300 '

68

9

7

;>3oo

OQ

Beispiel 3

95

3

2

>300

65

5

4

>3C0

Is.
»».

Beispiel 4

100 -

4⁴⁾

j⁴»

>300

■ ,300"

90

5⁵⁾

4⁵⁾

>300

C

Lack SIB 757 ³⁾

90

W

86

100⁴⁾

92

76 '

1) Bestiiranungsmethode siehe nächste Seite.

2) Hochmolekxilare lineare Copolymere von Bisphenol A und Epichlorhydrin.

3) Bei SIB Y57 handelt es sich um einen Imprägnierlack auf E.'jterimidbasis für die Verwendung in Geräten der Klasse F.

CO

cn ISJ

2ΑΛ3252

*l) Hier wurden die Drahtwindungen (ohne Klebeschicht) so imprägniert, dass nach der für den Imprägnierlack vorgeschriebenen Trocknung die Schichtdicke der Imprägnierung gleich stark war wie die Klebeschichten bei den Klebelackdrähten.

5) VJie hieroben bei 4), jedoch 2-Stunden bei l8o°C nachgehärtet.

Methode zur Prüfung der Klebekraft von Lackdrahtwindungen

Die Prüfung der Klebekraft des Drahtes wird nach der Methode gemäss Publikation Nr. 290 (1969) CEI durchgeführt. Diese Methode bezweckt eigentlich die Messung derKlÄekraft von Imprägnierlacken. Dabei wird auf einem Aluminiumdraht, der zu dicht aneinander liegenden Windungen von 1 mm Durchmesser und 75 mm Länge auf einen Dorn gewickelt wird, Imprägnierlack durch Tauchen aufgetragen und nach Vorschrift getrocknet. Es wird dann die Kraft gemessen, die nötig ist, um diese Wicklung auseinanderzureissen.

Entsprechend kann man nun d-en Aluminiumdraht durch einen normalen Kupferdraht und den Imprägnierlack durch den erfindungsgernässen Klebelack ersetzen. Die Methode wurde so abgeändert, dass ein Lackdraht von 0,40 mm Durchmesser mit dem Klebelack überzogen und eingebrannt wurde. Der Draht wurde dann auf einen Dorn von 6,3 mm Durchmesser unter einer Belastung von 0,7 N (1 Newton (M) = 102 g bzw. 1 kg : 9,8l) gewickelt und die Wicklung hierauf verbacken. Die Klebekraft wurde wie in der Vorschrift bei verschiedenen Tem-

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.peratüren bestimmt.

Es stellt sich dabei die Präge, wie das absolute Niveau der Verklebung zu beurteilen ist. Mit anderen Worten, wie gross, muss die Klebekraft z.B. bei der Temperatur der Wärmeklasse P (155 ⁰C) sein, damit sie für die Wicklung als ausreichend betrachtet werden kann. Dieses Problem wurde gelöst, indem man die Wicklung zuerst mit der Grundlackschicht (ohne Klebeschicht) und darauf mit einem Imprägnierlack der betreffenden Wärmeklasse versah. Da dieser Lack anerkannterweise eine genügende Verklebung ergibt, darf man die an solchen Wicklungen bei verschiedenen Temperaturen erhaltenen Werte als Richtmass annehmen und postulieren, dass alle Klebelackdrähte, deren Wicklung bei den gemessenen Temperaturen mindestens gleiche oder höhere Werte der Klebekraft liefern als jene an den imprägnierten Wicklungen erhaltenen, sich im Betrieb bewähren werden.

Zum Schluss soll noch an einem Vergleich der Unterschied zwischen bisherigen thermoplastischen Klebeschichten und solchen nach der Erfindung gegeben werden.

Die Prüfung erfolgte nach der CEI-Vorschrift No. 290 Helicoidal Coil Test. 0,4 mm dicke Drähte wurden mit dem gleichen Polyesterimid als Grundschicht isoliert. Darüber wurde für eine bestimmte Länge

a) ein für solche Zwecke im Handel befindlicher Lack

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auf Polyamiclbasis, b) ein Lack nach der Erfindung aufgetragen.

Aus den nach a) und b) gefertigten Klebedrähten wurden die Wickel für den Test angefertigt und "50 Min. bei l8o°C verbacken» Dann wurden sie in der Versuchsanordnung aufgelegt und mit einer Krafteinwirkung von IN belastet.

Die Versuche wurden dann bei 16o, l8o und 200⁰C durchgeführt. Die folgende Figur zeigt die Ergebnisse. Daran zeigen Kurven A, B und C das Verhalten eines mit dem erfindungsgemässen Lack hergestellten Klebedrahtes bei 160⁰C* l8o°C bzw. 200⁰C₅ während Kurve D bzw. Kurve E das Verhalten eines Klebedrahtes auf Polyamidbasis bei 'l60^oC_s bzw. bei 20O⁰C₅ veranschaulichen.

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Die Durchbiegung der Wickel ist als Funktion der Zeit aufgetragen. Bei den beiden Versuchen mit thermoplastischer Schicht knickt der Wickel innerhalb weniger Minuten durch und bricht, wie zu erwarten, zuerst bei der höheren Temperatur, Mit der härtbaren Klebelackschleht gemäss der Erfindung erfolgt wohl noch eine Durchbiegung des Wickels, da 30 Min. bei 180 ⁰C nicht zu einer vollen Aushärtung ausreichen. Aber während des Versuchs härtet die Schicht weiter und stabilisiert sich in der angegebenen Weise.

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Claims

Patentansprüche

Härtbarer Klebelack zum Ueberziehen von elektrisch isolierten Drähten,, dadurch gekennzeichnet, dass er aus a) einem Polyurethan-Esterimid mit durch ein einwertiges Phenol blockierten, endständigen Isocyanatgruppen und zugleich mit freien Hydroxylgruppen und b) einem im wesentlichen linearen, sekundäre Hydroxylgruppen aufweisenden Epoxidharz vom Molekulargewicht über 3C000 besteht, wobei der Lack beim Trocknen einen lagerungsbestandigen B-Zustand erreicht, welcher durch eine Teilreaktion vorhandener oder durch Rückspaltung der Phenylurethangruppen entstehender Isocyanatgruppen mit den sekundären Hydroxylgruppen des genannten Epoxidharzes erzeugt wirdj, so dass der gebildete hochmolekulare Molekül-' verband auf dem Draht bereits solche zähelastischen Eigenschaften aufweist, dass er die den Drahtnormen entsprechenden, mechanischen und elektrischen Prüfungen, insbesondere die VJickclprÜfung, aushält, dass aber die Lackschicht bei weiterer Wärmezufuhr wieder erweicht und durch eine intramolekulare und intermolekulare Weiterreaktion zu e.inem vornetzten HolekUlverband im C-Zustand aneinanderliegende Drahte unter tich verklebt, κο dass eine bei allen im Betrieb vorkommenden Temperaturen und Uebertemperaturen beständige Klebeverbindung entsteht.

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_ ₂₈ _ 2A43252
2. Härtbarer Klebelack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus (1) einer Verbindung von Komponenten A und B₃ wobei A einem Hydroxylgruppen enthaltenden Esterimid entspricht, welches aus einer Dicarbonsäure der Formel:

HOOC.

N-CHp-COOH , ν ^d (a)

. und Polyalkoholen der Formel:

HOCIIp- CHp- 0- CHp- Clip- 0- CHp- CH_nOH

C~ CZ (Z CZ ' CZ C..

.CH₂-CH₂OH

CH₂-CH₂OH

in den molaren Verhältnissen:

^a: (^bl + ^b ₂) ⁼ 1:1,2 bis 1:2

^b3^:b2 ^{= 1:1 bis 10:1}
aufgebaut ist, B eJner polyfunktionellen, Isocyanatgruppen

enthäutenden Verbindung dor Fornol'

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CH-,CII₂-C

N-CH₀CH₀-00CNH

dc

dc

Vch-zTYn,

C0NH-

/V™ jT\

-NCO

HCO

-CH^-OOCNH·

oder

OCN

/%-NCO

oder Mischungen derselben entspricht und das Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Isocyanatgruppen von 1:1 bis

(2) einem irn wesentlichen linearen, sekundären Hydroxylgruppen aufweisenden Epoxidharz vom Molekulargewicht Über 3O.OOO,

(3) einem einv;ert.igen Phenol, welches die im Polyesterimid obiger Formel verbleibenden Isocyanatgruppen blockiert, und

(*) einem organ.i sehen Lösungsmittel, welches-dasselbe wie das unter (3) genannte Phenol sein kann, besteht.

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- 30 - 2U3252
3· Härtbarer Klebelack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hochmolekulare Epoxidharz aus einem entsprechenden Kondensationsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin besteht.
4. Härtbarer Klebelack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als einv/ertiges Phenol Phenol selbst, ein Kresol öder ein Xylenol verwendet wird.
5. Härtbarer Klebelack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel ein Gemisch eines Phenols und eines Kohlenwasserstoffs, eines Carbonsäureesters oder eines Ketons oder ein Gemisch des Phenols mit Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder N-Methylpyrrolidon verwendet wird.
6. Verklebbarer Lackdraht, mit dem härtbaren Klebelack nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Deckschicht hergestellt.

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