DE2706768B2

DE2706768B2 - Verfahren zur Elektroisolierung von metallischen Leitern

Info

Publication number: DE2706768B2
Application number: DE2706768A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dussel; Hans Dipl.-Ing. Dr. Jung; Jenoe Dr. 6712 Bobenheim-Roxheim Kovacs; Helmut 2057 Reinbek Lehmann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1980-04-24
Also published as: FR2381380B1; IT7848030A0; DE2706768A1; IT1103872B; DE2706768C3; US4252842A; FR2381380A1

Description

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vorzugsweise

K)"⁴ ^ '² '"ι

beträgt, und das Verhältnis der die Beschichtungszone durchlaufenden Dispersionsmenge zu der auf den oder die Dräh'.c aufgebrachten Dispersionsmenge zwischen 10 und 500, vorzugsweise zwischen 80 und 100, liegt.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion im Vorratsgefäß ständig in Bewegung gehallen wird.

3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragswalzen mit Filz beschichtet sind.

4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Auftragswalzen angetrieben wird und der Anpreßdruck zwischen den beiden Auftragswalzen gerade so groß gewählt wird, daß die zweite Auftragswalze von der angetriebenen Auftragswalze initbewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vektor der Umfangsgeschwindigkeit vi der Auftragswalzen dem Vektor der Drahtgeschwindigkeit v\ gleichgerichtet ist,

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit vi der Auftragswalzen einstellbar ist

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektroisolierung von metallischen Leitern durch Lackieren von Drähten mit 10- bis 60gewichtsprozentigen wäßrigen Dispersionen von polymeren organischen Beschichtungsmitteln, bei dem in einem Arbeitsgang eine Ausgangsdispersion des Beschichtungsmittel in eine Vorratszone eingeführt wird, gegebenenfalls die Dispersion in einer Kühlzone auf eine Temperatur unter 40⁰C abgekühlt wird, anschließend die Dispersion kontinuierlich einer Fraktionierzone zugeführt wird, in welcher eine Auftrennung nach der Teilchengröße stattfindet in eine Feinfraktion mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 0,2 und 2 μπι, die praktisch keine Teilchen mit mehr als 3 μπι enthält, und eine Grobfraktion, die größere Teilchen enthält und in die Vorratszone zurückgeführt wird, bei dem die Feinfraktion schließlich mit einer Temperatur von weniger als 40⁰C kontinuierlich- durch eine oder mehrere Beschichtungszonen hindurch und dann in die Vorratszone zurückgeführt wird, wobei gleichzeitig durch diese Beschichtungszonen ein oder mehrere Drähte mit einem Durchmesser von mehr als 0,01 mm, vorzugsweise von mehr als 0,05 mm, gezogen und mit einem Dispersionsüberzug beschichtet werden, der hinterher eingebrannt wird, und bei dem der oder die Drähte vor der Beschichtung mit dem Dispersionsüberzug einem Waschvorgang unterzogen werden.

Metallische Leiter werden üblicherweise durch Beschichten mit Kunstharzen lackiert, die in Form von Lösungen in organischen Lösungsmitteln aufgebracht werden. Beim anschließenden Finbrennen der Lacke verdampft das Lösungsmittel und führi zu einer Umweltbelastung.

Aus diesem Grund wurde versucht, die Drahtlackierung mit wäßrigen Dispersionen vorzunehmen. In der DE-OS 23 51 078 sind Überzugsmittel für die Drahtlakkierung auf der Basis von wäßrigen Polyesterimid-Dispersionen beschrieben, deren Teilchendurchmesser bevorzugt zwischen 0,05 und 1,5 μπι liegen. In zwei getrennten Arbeit ischrittcn werden hier die Dispersionen aufbereitet und auf Kupferdrähte aufgetragen. In der DE-AS 12 85 081 sind Drahtlackc aus wäßrigen Polyester-Dispersionen beschrieben. Auch hier wird das Dispergieren und Beschichten in zwei Arbeitsgängen vorgenommen; um einen gleichmäßigen Auftrag zu erhalten, soll die Dispersion fortlaufend filtriert werden.

Weiter ist aus der DE-AS 25 23 099 ein Verfahren zur Lackierung von Drähten mit Dispersionen bekannt, bei dem zunächst mit Hilfe einer in der Beschichtungszone befindlichen Auftragswalze der Draht mit einer Überschußmenge Lack überzogen wird, wobei diese Auftragswalze teilweise in die Dispersion eintaucht. Die Dosierung der Dispersionsmenge erfolgt mit zwei Filzen, die durch einen konstanten Druck aufeinandergepreßt werden und der Auftragswalze nachgeschaltet sind. Die Auftragswalze ist mit Rillen versehen, die so angeordnet sind, daß durch die Rillen der Draht senkrecht zur Laufrichtung des Drahtes zwischen den Filzen hin- und herbewegt wird. Bevor der Draht in die

Bescbichtungszone eingeführt wird, muß er von anhaftenden Fett- und Schmutzresten gereinigt werden. Dies geschieht üblicherweise in einem leicht angesäuerten Wasserbad.

Der Nachteil des beschriebenen Verfahrens besteht vor allem darin, daß zur Einstellung der Schichtdicke des Lackauftrags der Druck auf die Filze laufend geändert werden muß, was bei dünnen Drähten zu Abrissen des Drahtes führen kann. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß bei dem erforderlichen Anpreßdruck der Filze der Draht infolge der auftretenden Reibungskräfte zwischen Draht und Filz in der Einbrennzone ausgezogen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit Hilfe dessen einerseits ein Ausziehen des Drahtes während des Beschichtungsvorgangs vermieden und eine konstante Schichtdicke des Dispersionsüberzuges auf dem Draht gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der pH-Wert der Waschflüssigkeit beim Waschvor gang um 0,5 bis 2 über dem pH-Wert der Veinfraktion des Beschichtungsmittels liegt und der oder die Drähte die Beschichtungszone zwischen zwei aufeinandergepreßten Auftragswalzen mit einer Geschwindigkeit vi durchlaufen, eine der Auftragswalzen teilweise in las Beschichtungsmittel eintaucht und mit einer Umfangsgeschwindigkeit V2 so umläuft, daß das Verhältnis der

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vorzugsweise

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beträgt, und das Verhältnis der die Beschichtungszone durchlaufenden Dispersionsmenge zu der auf den oder die Drähte aufgebrachten Dispersionsmenge zwischen 10 und 500, vorzugsweise zwischen 80 und ! 00, liegt.

Während des Beschichtungsvorgangs muß die Dispersion im Vorratsgefäß ständig in Bewegung gehalten werden, um die Bildung von Agglomeraten zu verhindern.

Die Auftragswalzen in der Beschichtungszone sind bevorzugt mit Filz beschichtet, um eine gleichmäßige Übertragung der Dispersion auf den gesamten Drahiumfang zu gewährleisten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine der Auftragswalzen angetrieben, und der Anprelidruck zwischen den beiden Auflragswalzen wird gerade so groß gewählt, daß die zweite Auftragswalze von der angetriebenen Auftragswalze mitbewegt wird.

Der Vektor der Umfangsgeschwindigkeit v, der Auftragswalzen ist dabei dem Vektor der Drahtgeschwindigkeit v, gleichgerichtet und die Umfangsgeschwindigkeit v^der Auftragswalzen einstellbar.

Der große Vorteil ist vor allem darin zu erblicken, daß lediglich durch eine entsprechende Wahl der Umfangsgeschwindigkeit der Auftragswalzen die Schichtdicke des Dispersionsüberzuges auf dem Draht eingestellt werden kann. Die umlaufenden und mit Dispersion benetzten Auftragswalzen üben dabei auf den Draht so geringe Kräfte aus, daß dieser während des Beschichtungsvorgangs weder ausgezogen wird noch gar abreißt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhnnd der Zeic'mung näher erläutert.

In einer Vorratszone 1 ist eine Dispersion 8 enthalten. Von der Vorratszone 1 aus wird die Dispersion 8 zweckmäßigerweise mit einer Kreisel-Tauchpumpe 9, deren Kreisel 2 nur teilweise abgedeckt ist, über eine Kühlzone 5 in eine Fraktionierzone 3 gedrückt. Die Fraktionierzone 3 besteht aus zwei koaxialen zylindrischen Gefäßen 10, 11. Dem inneren Gefäß 10 wird die Dispersion am Boden tangential zugeführt, so daß sich ein Wirbel ausbildet. Über den oberen Rand des inneren Gefäßes 10 fließt ein Teilstrom der Dispersion 8 in das äußere Gefäß 11 und von dort in die Vorratszone 1 zurück. Im Boden des inneren Gefäßes 10 mit dem Durchmesser D sind auf einem Kreis mit dem

D
Durchmesser y eine oder mehrere Abflußöffnungen 12

angebracht, aus denen mittels Schwerkraft die Dispersion 8 der unterhalb der Fraktionierzone 3 angeordneten Beschichtungszone 4 zufließt. Ir ier Beschichtungszone 4 befinden sich mit Filz beschichtete Auftragswaizen 6 und 7, von denen die angetriebene Auftragswalze 7 teilweise in die Dispersion eintaucht und Dispersion aufnimmt. Der Anpreßdruck der Auftragswalze 6 muß so gewählt werden, daß diese gerade von der Auftragswalze 7 mitgenommen wird. Die Auftragswalze 7, deren Oberfläche mit Dispersion abgesättigt ist, überträgt einen Teil der Dispersion auf die Auftragswalze 6. Der zwischen den Auftragswaben 6, 7 mit einer Geschwindigkeit v\ durchlaufende und zu beschichtende Draht 13 wird zunächst durch ein Wasserbad 14 geführt, in dem er von anhaftenden Fett- und Schmutzresten gereinigt wird, wobei der pH-Wert des Wasserbades um 0,5 bis 2 höher liegt als der der für die Drahtbeschichtung verwendeten Dispersion. Der Draht 13 nimmt die Dispersion zwischen den Auftragswalzen 6, 7 auf und läuft in die Einbrennzone ein.

Als Harze kommen alle hierfür geeigneten polymeren organischen Beschichtungsmittel in Frage. Besonders gut geeignet sind:

Polyester aus aromatischen Dicarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen, die vorzugsweise durch Einbau von Trishydroxyälhylisocyannrat vernetzt sind; Polyamindimide, hergestellt durch Umsetzung von Trimelliihsäureanhydrid oder dessen Derivaien mit aromatischen Diaminen oder Diisucyanaten oder von Diimiddicarbonsäurcn mit Diisocyanaten; Polyimide auf Basis von aromatischen Tetracarbonsäuredianhydriden bzw. deren Derivaten und aromatischen Diaminen; Polyurethane aus einem Gemisch eines hydroxylgruppenhaltigen Polyesters und eines verkappten Polyisocviinats; Polyamide aus Dicarbonsäuren und Diaminen; Polyacrylate auf Basis von Copolymerisaten aus Estern uer Acrylsäure oder Methacrylsäure.

Grundsätzlich sind alle in Dispersionsfo:'m übetfübrbaren polymeren organischen Harze verwendbar, die bei erhöhter Temperatur aufschmelzen und bei Beschichten eines Drahtes einen zusammenhängenden Überzug ergeben Bevorzugt sind temperaturbeständige Polymere, die nach dem Einbrennen auf dem Draht eine Grenztemperatur nach DIN 53 446 von über 100°C, vorzugsweise über 150°C, haben.

Besonders bevorzugt sind Polyesterimide, die Polykondensationsprodukte aus aromatischen Polycarbonsäuren, mehrwertigen Alkoholen und mehrwertigen Aminen darstellen. Die enthalten im allgemeinen 0,5 bis 7, vorzugsweise 1 bis 5 Gewichtsprozent Imidstickstoff in Form von 5eliedrieen lmidrineen. Hip mil :irr>mnti-

sehen Kernen anellicri sind. Zu ihrer Herstellung können folgende Ausgangsstoffe eingesetzt werden:
10 Äquivalente aromatischer Tri- oder Tetracarbonsäuren, deren Anhydride oder Ester, z. B. Trimellithsäure. Pyromellithsäure oder deren Anhydride, gegebenenfalls zusammen mit aromatischen Dicarbonsäuren oder deren Estern, z. B. Terephthalsäure, Isophthalsäure oder Naphthalindicarbonsäure, sowie deren niedrige Alkylester,

5 bis 20 Äquivalente niederer aliphatischer Diole. gegebenenfalls zusammen mit 3- oder 4wertigen Alkoholen, beispielsweise Äthylenglykol. Propylenglykol, BiJtandiol, zusammen mit Glycerin. Trimethylolpropan oderTrihydrooxyäthylisocyanurat.
1 bis 5 Äquivalente di- oder triprimärer Amine. beispielsweise

Äthylendiamin, Hexanethylendianiin, Benzidin.
Diaminodipheny!methan, Diaminobenzophenon.
Diaminodiphenyläther oder
Diaminodiphenylsulfon,
Phenylendiamin.Toluylendiamine,
Xylylendiamine oder Melamin.

Die Ausgangsstoffe können — vorzugsweise in Gegenwart von Lösungsmitteln — entweder zusammen kondensiert werden oder man kann Vorkondensate einsetzen, z. B. Dimididicarbonsäuren aus 2 Mol Trimellitsäureanhydrid und 1 Mol eines diprimären aromatischen Amins.

Das Verfahren geht aus von 10- bis bOgewichtsprozentigen wäßrigen Dispersionen des Harzes. Die Dispersion kann außer den Harzen gegebenenfalls noch folgende Bestandteile enth?'ten:

Suspensionsstabilisatoren in Mengen von 1 bis 5 Gewichtsprozent, beispielsweise Polyvinylpyrrolidon. Copolymerisate von Vinylpropionat und Vinylpyrrolidon. Polyacrylsäure oder teilverseifte Copolymerisate aus Acrylester und Acrylnitril.

oberflächenaktive Stoffe in Mengen von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, beispielsweise Polyvinylalkohole. Celluloseether oder Gelatine,

Verlaufsmittel in Mengen von 1 bis 10 Gewichtsprozent, z. B. Butandiol, Diäthylenglykol, Glykolmonoäther, Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder N-Methylpyrrolidon.

Verdickungsmittel in Mengen von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, z. B. hochmolekulares Polyvinylpyrrolidon oder Vinylpyrrolidon-Copolymere, Antithixotropiermittel in Mengen von 0,05 bis 3 Gewichtsprozent, z. B. Äthanolamin ode: Triethanolamin.
Neutralisationsmittel in Mengen von 0.1 bis 3 Gewichtsprozent, z. B. Hexamethylentetramin oder sonstige Amine,

Einbrenn-Katalysatoren in Mengen von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, z. B. Oxotitanate, Triäthanoititanat, Titanlactat oder Titanoxalat, die insbesondere bei Polyesterimid-Dispersionen wichtig sind,
zur Erzielung besonderer Effekte können auch Pigmente, Füllstoffe oder Farbstoffe zugesetzt werden.

Die Ausgangsdispersion des organischen Harzes kann entweder direkt durch Polymerisation oder Polykondensation in wäßriger Dispersion hergestellt werden. Man kann aber auch von einer Lösung des Harzes in einem organischen Lösungsmittel ausgehen, dieses gefriertrocknen und das erhaltene Pulver in Wasser dispergieren. Schließlich kann man das feste Harz in trockenem Zustand auf üblichen mechanischen Mühlen, wie Pralltellcrmühlen oder Stiftmühlen zerkleinern und dann in Wasser dispergieren.

Gegebenenfalls kann die Dispersion durch Zerkleinern der Teilchen in üblichen Kugelmühlen auf eine ·, mittlere Teilchengröße von weniger als 10 um, vorzugsweise weniger als 3 μηι, vermählen werden.

Sämtliche mit der Dispersion in Berührung kommenden Bauteile, wie Pumpen, Rohrleitungen, Fraktionierzone und Beschichtungszone müssen aus elektrisch in nichtleitenden Werkstoffen hergestellt sein, um F.ntmischungcn der Dispersion durch Bildung von Lokalclementen zu vermeiden.

Beispiel I

Ein Blankdraht mit 0.24 mm Durchmesser soll eine eingebrannte L.ackschicht von insgesamt 13 um erhalten. Bei einem Einbrennofen von 1750 mm Länge wird eine Einbrenntemperatur im Eingang von 480°C und im

zn Ausgang von 520" C eingestellt. Ein Wasserbad, durch das der zu beschichtende Blankdraht läuft, wird auf einen pH-Wert von 8,5 mit Äthanolamin eingestellt. Zur Verwendung bei der Beschichtung kommt eine auf den pH-Wert 7.5 eingestellte Polyesterimid-Dispersion mit

:, einem Festkörpergehalt von 26 Gewichtsprozent. Es wurden insgesamt 8 Einzelschichten eingebrannt. Die Lackier^eschwindigkeit des Drahtes v, bei diesem Einbretmofen beträgt 48 m/Min. Die Auftragswalze)! mit einem Durchmesser von 35 mm laufen mit 0.5

in Umdrehungen/Min, um. Die Durchmesserzunahme von 20 μΐη des lackierten Drahtes wurde über eine Laufzeit von 48 h mit Hilfe einer dafür geeigneten Meßvorrieh tung mitgeschrieben. Während dieser Laufzeit betrug die Schichtdicke 13±0,5μηι.

π Nach 48 Stunden erfolgte ein Wechsel des Blankdrahtes. Es sollte nun eine Schichtdicke von 14 μΐη bei 8 Einzelschichten eingestellt werden. Ein die mit Filz beschichtete Auftragswalze antreibender Gleichstrommotor läßt sich über die angelegte Spannung mittels

κι eines Potentiometers in der Drehzahl regeln. 0.5 Umdrehungen/Min, entsprechen dabei auf einem Voltmeter abzulesenden 15 Volt. Um die Schichtdicke von 13 auf 14 μπι zu erhöhen, mußten auf dem Voltmeter 17 Volt eingestellt werden, was einer

-i-i geringen Erhöhung der Umdrehungszahl der Auftragswalzen entspricht. Ohne eine weitere Änderung an dem Walzenauftragssystem konnte allein mit dieser Maßnahme der Auftrag von 14±0,5μπι über 100 Stunden konstant gehalten werden.

in Nach dieser Zeit wurde das Wasserbad auf pinen pH-Wert von 5 eingestellt. Auf dem Draht ergaben sich daraufhin Schichtdickenschwankungen von 30 μπι und mehr. Trotz dieser Schichtdickenschwankungen konnte aber ein Drahtabriß bei einer Laufzeit über 2 Stunden

,5 hin vermieden werden.

Das Wasserbad wurde nun auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt. Auf dem Draht stellte sich nach einer Laufzeit von 10 Min. ohne eine Änderung an dem Auftragswalzensystem erneut die konstante Schichtdik-

w) ke von 14 + 0,5 μίτι ein.

Beispiel 2

Ein Blankdraht von 0,14 mm Durchmesser wurde in hi derselben Einbrennanlage mit einer Polyurethan-Dispersion beschichtet Die Temperatur im Ofeneingang wurde auf 460°C und im Ofenausgang auf 510°C eingestellt. Die Lackiergeschwindigkeit beträgt dabei

120 m/Min. Um einen Lackauftrag von 10 μm zu erhalten, mußte die Umdrehungszahl der Auftragswalzen von 0,4 Umdrehungen/Min, bei einem Auftragswalzendurchmesser von 35 mm eingestellt werden. Das Waschwasser für den Blankdraht wurde auf einen pH-Wert von 8 und die Dispersion mit 32 Gewichtsprozent Feststoff auf pH 7 (neutral) mit Äthanolamin eingestellt. Im Versuchszeitraum von 48 Stunden konnten Schichtdickenschwankungen von lediglich ± 0,5 um beobachtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zur Elektroisolierung von metallischen Leitern durch Lackieren von Drähten mit. 10 -> bis öOgewichtsprozentigen wäßrigen Dispersionen von polymeren organischen Beschichtungsmittel^ bei dem in einem Arbeitsgang eine Ausgangsdispersion des Beschichtungsmittel in eine Vorratszone eingeführt wird, gegebenenfalls die Dispersion in in einer Kühlzone auf eine Temperatur unter 40° C abgekühlt wird, anschließend die Dispersion kontinuierlich einer Fraktionierzone zugeführt wird, in welcher eine Auftrennung nach der Teilchengröße stattfindet in eine Feinfraktion mit einer mittleren π Teilchengröße zwischen 0,2 und 2 μΐη, die praktisch keine Teilchen mit mehr als 3 μπι enthält, und eine Grobfraktion, die größere Teilchen enthält und in die Vorratszone zurückgeführt wird, bei dem die Feinfrak'jon schließlich mit einer Temperatur von _·ι> weniger uls 40° C kontinuierlich durch eine oder mehrere Beschichtungszonen hindurch und dann in die Vorratszone zurückgeführt wird, wobei gleichzeitig durch diese Beschichtungszonen ein oder mehrere Drähte mit einem Durchmesser von mehr r> als 0,01 mm, vorzugsweise von mehr als 0,05 mm, gezogen und mit einem Dispersionsüberzug beschichtet werden, der hinterher eingebrannt wird, und bei dem der oder die Drähte vor der Beschichtung mit dem Dispersionsüberzug einem jo Waschvorgang unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Waschflüssigkeil um 9,5 bis Γ über dem pH-Wert der Feinfraktion des BescHchtungsmittels liegt, und der oder die Drähte die Beschü.' tungszonc zwischen r. zwei aufeinandergepreßten Auftragswalzcn mit einer Geschwindigkeit v\ durchlaufen, eine der Auftragswalzen teilweise in das Beschichtungsmittel eintaucht und mit einer Umfangsgeschwindigkeit v? so umlauft, daß das Verhältnis der Geschwindigkeit κι