DE2444926C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Isolierung von Drähten in der Gasphase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufbringen von Polymer-Schichten auf Drähten für die Isolierung elektrischer Leiter, bei dem der Niederschlag und die Polymerisation eines monomeren " Gases durch Glimmentladung im Hoehfrequenzfeld in einer unter Vakuum sichenden Reaktionskammer erfolgt, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bekannt ist bereits ein Verfahren zur Herstellung ^h" vorzugsweise lackartiger bzw. isolierender Überzüge, bei dem der /u überziehende; Körper der Wirkung einer elektrischen Entladung in Anwesenheit solcher polymerisierbarer gas- oder dampfförmiger Stoffe ausgesetzt wird, die unter dem Einfluß dieser Entladung polymere '" h/w. hoher molekulare Verbindungen bilden (deutsche P.itcntanmeldung I'^r>l 202 D/4c, 34c, bckanntgcmucht am -'. ">. ^r>l). Dabei werden die organischen Vcrbindungen erst dem Reaklionsraum selbst aus den Grundgasen durch die elektrischen Entladungen erzeugt, die elektrischen Entladungen werden durch eine Wechselspannung bewirkt und eine Elektrode der elektrischen Entladungsstrecke besteht aus einem zu überziehenden Körper aus metallisch leitendem Material, beispielsweise in Band- oder Drahtform.

Bei diesem bekannten Verfahren ist die Reaktionsgeschwindigkeit gering, so daß sich bei der Anwen lung in der Praxis lange Behandlungszeiten oder sehr ausgedehnte Reaktionskammern ergeben. Soll die Reaktionskammer evakuiert sein, so ergeben sich an den Stellen, an denen die Drähte in die Reaktionskammer ein- und austreten, hohe Vakuiimverluste, die durch eine leistungsfähige Pumpe ausgeglichen werden müssen.

Bekannt ist ferner ein Verfahren zum Aufbringen von Polymer-Schichten auf langgestreckten Gegenständen, bei dem der Niederschlag und die Polymerisation eines monomeren Gases durch Glimmentladung im Hochfrequenzfeld in einer unter Vakuum stehenden Reakiionskammer erfolgt (US-PS 30 69 383). Bei diesem Verfahren wird das langgestreckte Gut mit einer Abwickel- und einer Aufwickelrolle in die evakuierte Reakiionskammer eingebracht und über Umlenkrollen durch mehrere rohrförmige Elektroden geführt.

Dieses Verfahren, dessen Anwendung für die Beschichtung von Kondensatorfolien beschrieben wird, vermeidet zwar die Schwierigkeiten, die bei der Durchführung des langgestreckten Gutes durch die Wände der evakuierten Reaktionskammer auftreten, stellt aber kein kontinuierliches Verfahren dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zum Aufbringen von Polymer-Schichten auf Drähten nach dem Oberbegriff des Anspruchs I anzugeben, das hohe Fertigungsgeschwindigkeilen erlaubt und qualitativ hochwertige, gleichmäßige und somit spannungsfeste Kunststoffschleifen ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindung.sgcmäß dadurch gelöst, daß die Drähte während der Behandlung in der Reaktionskammer auf einer Temperatur von etwa — 25°C gehalten werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 —5 angegeben.

Eine vorteilhafte Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Hilfskammer mit einer ersten Vakuumpumpe und mit einer Kühlrolle und aus einer Reaktionskammer mit einer /weiten Vakuumpumpe mit wenigstens einer gekühlten Umlenkrolle und mit wenigstens zwei rohrförmigen Elektroden und der Eintritt der zu beschichtenden Drähte in die Reaktionskammer und der Austritt der beschichteten Drähte aus d<_r Reaktionskammer ist durch die Hilfskammer geführt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist in Anspruch 7 angegeben.

Die er/.iclbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich sowohl extrem dünne als auch dicke Profildrähte, die bi.shcr schwierig zu beschichten waren, einfach und gleichmäßig mit hoher Eertigungsgcschwindigkcil isolieren zu lassen, Damit hergestellte, auch extrem dünne Überzüge /eigen überraschend gute Eigenschaften sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Hinsicht.

Der nach dem neuen Verfahren hergestellte Draht zeichnet sich durch eine einheitliche und gleichmäßige Isolierschicht aus. Der fiedampfungsgrad richtet sich nach der gewünschten Dicke der Polymerschichten, der

ζ. B. in einfacher Weise durch Variation der Durchlaufgeschwindigkeit erzielt wird und durch den gewählten Dampfdruck. Dickenschwankungen der aufgebrachten Drahtbeschichtung werden durch die infolge der Dosierpumpe bewirkte gleichmäßige Gasströmung vermieden. Durch diese hochmolekulare Polymerschicht erhält man in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen eine ausgezeichnete Drahtisolation mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften und beachtlicher Atiriebfestigkeit und Flexibilität. Je nach Wahl der Ausgangsstoffe können Temperaturbeständigkeiten bis über 200°C erreicht werden. Es können verschiedene Monomere angewandt werden, vor allem auch solche, die bei den herkömmlichen Technologien zu keinem Polymeren führen.

Es kommen z. B. in Frage: Aromatische Kohlenwasserstoffe (wie Benzo! und Alkylbenzole), Vinylverbindungen (wie Styrol, Äthylen, Propylen, Trifluorvinylchlorid. Acryl- oder Metacrylsäure. Acrylate, Metacrylate), aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromalische mehrwertige Karbonsäure, ihre Anhydride und Ester (wie Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Dibjtylphthalat, isophthalsäure, Terephthalsäure, Terephthalsäuredimethylester, Trimellithsäure, Pyromellithsäurediariiiydrid), Diamine, Glykole, Glycerin, Ester (wie Trikresylphosphat), Silane, Halogensilane, Arylsilicone, Hydantoine, Fluorverbindungen, und zwar je nach den gewünschten Eigenschaften einzeln oder zu mehreren miteinander kombiniert.

Es können alle Monomeren Verwendung finden, die unter den beschriebenen Bedingungen, also insbesondere unter dem Einfluß von Glimmentladungen einzeln oder aus dem Gasgemisch auf dem gekühlten Draht kondensieren und vernetzte Verbindungen bilden. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, unorganische Gase mitzuverwenden, z. B. als Inertgase, zur Steuerung der Reaktion und zur Modifikation der Überzüge.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben. Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Darstellung.

In der Figur ist die Vorratsspule mil 1 bezeichnet, von welcher der Draht 2 kontinuierlich eine Reinigungsanlage 3 durchläuft und in einer Hilfskanimer 4. die an eine Vakuumpumpe 6 angeschlossen ist, über ein tiefgekühltes Führungs- oder Umlcnkrad 5 geführt wird. In dieser Hilfskammer werden von Draht eventuell mitgeschleppte Sauerstoff- oder Feuchligkeitsrestc entfernt. An die Hilfskammer 4 schließt sich die Reaktionskammer 7 an, welche an eine Vakuumpumpe IO angeschlossen ist. Der Draht wird durch ein Düsensystem 16 in die beiden Kammern ein- und ausgeführt. Die rohrförmigen Elektroden Wn und 116, die sich in der Reaktionskammer 7 befinden, sind an einen lloehfrcqiienzgcnerato¹· 13 angeschlossen. Der zu beschichtende Draht 2 bildet die Innenelcktrode, die mit der Masse verbunden ist. Aus der rohrförmigen Elektrode Wu wird der Draht 2 über eine Umlcnkrollc 12 in die rohrförmige Elektrode 1 \bgeführt, unter anschließender Hcrausfühning durch die Hilfskanimer 4 und Aufwicklung auf eine Vorratsspule 14. Unterhalb der Reaktionskamnier 7 befinden sich die zu erhitzenden Behälter Sn, Sh und 8c, die die monomeren und die anorganischen Stoffe enthalten, /.wischen diesen Behältern Sn. Sb und 8r und der Zuführungsleitung in die Reaklionskammer 7 sind die Dosierventile 9 angeordnet, durch welche die Gasdrukke reguliert werden. Zur Abscheidung von sich im Umlauf befindlichen Gasdämpfen ίsi /wischen der Reaktionskammei 7 und der Vakuumpumpe 10 eine Kondensationseinrichtung 15 vorgesehen.

Die Durchführung des Verfahrens geschieht in der Weise, daß der Draht von der Abwickelspule kontinuierlich abgerollt und zunächst einer Reinigungsanlage zugeführt wird, um ihn vor der Bedampfung mn organischen Verbindungen von etwa anhaftenden Staub- und Fetteilchen nach den bekannten Verfahren zu befreien. Anschließend wird der Draht zwecks Abkühlung auf z. B. etwa minus 25°C in eine unter Vakuum stehende Hilfskammer und über ein in derselben befindliches gekühltes Führungs- oder Umlenkrad in eine größere, ebenfalls unter Vakuum stehende Reaktionskammer geführt. Zur Kühlung des Drahtes kann der Kontakt mit einem abgekühlten Körper oder mit einem expandierenden Gas zur Wärmeabfuhr angewendet werden. Die Kühlung des Drahtes kann sowohl in der Hilfskammer als auch in dor Reaktionskammer mehrmals wl·.., erholt werden. Außerhalb dieser Reaktionskammer uePiden sich die monomeren Stoffe, die in einem Behälter oder mehreren gesonderten Behältern in bekannter Weise erhitzt und aus der festen oder flüssigen Phase in die Gasphai. umgewandelt werden. Die monomeren Dämpfe von organischen Verbindungen strömen durch jeweils ein zur Regelung des Gasdruckes vorgesehenes Dosierventil durch eine heizbare Zuführungsleitung in die größere an eine Vakuumpumpe angeschlossene Reaktionskammer. Dabei wird der Gasdruck für jedes Gas durch dieses Dosierventil konstant gehalten oder je nach den gewünschten Bedingung!, η variiert. Auch durch Verwendung unterschiedlicher Temperaturen in den Behältern für die Monomeren lassen sich die gewünschten Gasdrucke einstellen. Diese Regelungen können auch automatisch erfolgen. Die Zufuhr der Monomeren und anderen Gase kann unmittelbar in den Innenraum der Außenelektrode geschehen. Unter dem Einfluß der Glimmentladungen kondensieren und reagieren die monomeren Dämpfe auf dem Draht, wählend derselbe durch die beiden an den Hochfrequenzgenerator angeschlossenen rohrförmigen Elektroden, und zwar zuerst durch die unsere und anschließend über eine Umlenkrolle durch die obere rohrförmige Elektrode läuft, unter anschließender Hcrausführung des Drahtes durch die Hilfskanimer auf die Aufwickelspule. Die monomeren Dämpfe werden durch eine Vakuumpumpe kontinuierlich aus der Kammer abgesaugt, um Zersetzungsprodu^.te aus dem Reaktionsbereich abzuleiten, damit jeweils nur frische Gasdämpfe in der Reaktionskamnier für die Kondensation auf dem Draht verfügbar sind.

Zw¹Vr cn Reaktionskammer und Vakuumpumpe wird zweckmäßig eine Kondensationscinrichtung angeordnet, in der die .licht verbrauchten monomeren Gasdämpfe abgeschieden und über die vorhandenen Einrichtungen der Reaktionskammer wieder zugeführt werden und so winder in Umlauf gebracht werden.

Durch dieses Vci fahren bildet sich eine gleichmäßige und gleichzeitig gehärtete bzw, vernetzte Polymerschicht durch Bestrahlen mit Elektronen in Glimmentladung auf dem tiefgekühlten Draht.

Es ist auch möglich, die Vorrichtung wahlweise durch Einbau von mehreren Elektroden so auszurichten, daß mehrere parallel lautende Drähte in einer Kammer beschichtet werden oder durch mehrmalige Führung desselben Drahtes /wischen den Elektroden die

< ieschwindigkeit des l)r;ihliliirchl;iufes oder die Duke der Isolierschicht /u steigern. Die Reiiklionstetnpenitiir und (.liiniit der Druck der Motiomergiise in tier Rc;iktioiisk;immcr sind nur durch die thermische Bestiindigkeit tier erzeugten Polymerschicht begrenzt

Hierzu 1 Blatt Zeiclinurigen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Aufbringen von Polymer-Schichten auf Drähten für die Isolierung elektrischer Leiter, bei dem der Niederschlag und ~> die Polymeristion eines monomeren Gases durch Glimmentladung im Hochfrequenzfeld in einer unter Vakuum stehenden Reaktionskammer erfolgt, d a durch gekennzeichnet, daß die Drähte (2) während der Behandlung in der Reaktionskammer κι (7) auf einer Temperatur von etwa —25°C gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Drähte (2) durch Berührung mit tiefgekühlten Rollen (5,12) erfolgt. r>

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (2) vor dem Eintritt in die Reaktionskammer (7) in einer Hilfskammer (4) tiefgekühlt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- .'» zeichnet, öa3 die Hilfslcammer (4) unter Vakuum steht und als Schleuse für den bin- und Austritt der Drähte (2) dient.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskammer -·"> (7) zwei oder mehrere gasförmige Monomere oder anorganische Gase zugeführt werden, deren Mengenverhältnis mit Dosierventilen (9, 9a) geregelt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ^!" nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Hilfskammer (4) mit einer ersten Vaki-jmpurr-e (6) und mit einer Kühlrolle (5) und aus ein^r Reaktionskammcr (7) mit einer zweiten Vakuumpumpe i*9) mit wenigstens '"' einer gekühlten Umlenkrolle (12) und mit wenigstens zwei rohrförmigen Elektroden (Ha und Wb) besteht und daß der Eintritt der zu beschichtenden Drähte (2) in die Rcukiionskammer (7) und der Austritt der beschichteten Drahte (2) aus der '" Reaktionskammer (7) durch diu Hilfskammer (4) geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen für die gasförmigen Monomere und/oder anorganischen Gase im '"' Innern der rohrförmigen Elektroden (Ha und Wb) angeordnet sind.