DE2913070A1 - Isoliersystem fuer elektrische leiter - Google Patents

Isoliersystem fuer elektrische leiter

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DE2913070A1 DE19792913070 DE2913070A DE2913070A1 DE 2913070 A1 DE2913070 A1 DE 2913070A1 DE 19792913070 DE19792913070 DE 19792913070 DE 2913070 A DE2913070 A DE 2913070A DE 2913070 A1 DE2913070 A1 DE 2913070A1
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Description

Isoliersystem für elektrische Leiter
Die Erfindung betrifft ein neuartiges Isoliersystem für elektrische Leiter mit einer einmaligen Kombination von Eigenschaften, durch die es sich besonders für die Anwendung bei hohen Temperaturen, bei der gleichzeitig auch hohe Abriebbeständ-igkeit notwnedig ist, eignet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von durch Bestrahlung vernetzten Isolatoren mit einmaligen Eigenschaften.
Es besteht eine starke Nachfrage nach einem guten, hochtemperaturbeständigen, flammbeständigen, abriebfesten und leichtgewichtigen Isoliersystem, in erster Linie für die Verwendung in der Luftfahrtindustrie bei der Ausrüstung der Zellen und der Schaltungen. Zur Zeit werden in der Luftfahrtindustrie sehr teure Materialien, wie Polyimide oder Füllstoffe enthaltende PoIytetrafluoräthylenisoliersysteme, verwendet. Polyimidlacke sind auch bei verschiedenen Isoliersystemen zur Verbesserung der Abriebfestigkeit solcher Systeme verwendet worden, jedoch haben die meisten dieser Systeme eine geringe Durchtrennbeständigkeit (cut-through resistance) bei hoher Temperatur.
Erfindungsgemäß wurde nun ein Isoliersystem für elektrische Leiter entwickelt, das aus einer Schicht eines durch Bestrahlung vernetzten polymeren Isolators besteht, bei dem das Polymere ein Xthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat oder -Terpolymerisat oder ein inthylen-Chlortrifiuoräthylen-Kopolymerisat ist, das mit hochenergetischer ionisierender Strahlung von 3 bis 20 IJegarad bestrahlt worden ist, sowie aus einer Beschichtung aus hitzehärtendem Polyimid, die an der Oberfläche der ersten Isolatorschicht haftet. Das Isoliersysteia nach der Erfindung weist eine einmalige Kombination von Eigenschaften auf, einschließlich
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ORIGINAL
guter Flamm- und Kratzbeständigkeit und Durchtrennbeständigkeit bei hoher Temperatur, sowie ^uter elektrischer Kigenschaften, niedriger Korrosivitäc, leichter Abstreifbarkeit und niedriger Rauchneigung.
Die ü-riintuimt wird nach FoI v»nd anhand der beige±ü&;ten Zeichnung i:;i einzelnen Erläutert. Die einzige V-ic'jur der. ioiehnun;.·; xoigt eine typische Ausi-ihruriKsfor-i aer ' "-.ri'An'i-.m ;, um- zwar ein Segment, eines mit dem Isoliersystem nach der Erfindung isolierten Kabel:;, teilweise im Schnitt.
Die /.eichnurif.; zei'/t ein Kabej. 1<» mit einem inneren Drahtleitor ;2, der üblicher\veise aus Kupfer, verzinntem Kupfer, Kupferlegierung od. dgl. besteht. Der Leiter 12 kann sowohl strangförmig als auch kompakt sein. Der Leiter· 12 wird zunächst von einer ersten Schicht 14 aus polyraerem Isoliermaterial umnüllt, das ein durch Bestrahlung vernetztes üthylen-Tetrafluoräthylen-Xopolymerisat oder -Terpolymerisat oder ein iithylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat ist. Die Isolierschicht 14 wird schließlich von einer Schicht 16 aus Polyimidlack bedeckt.
Die polymere Isolierschicht muß mit hochenergetischer Strahlung vernetzt sein. Die Vernetzung kann vor oder nach dem Beschichten mit dem Polyamid vorgenommen werden.
Die Herstellung des Isoliersystems nach der Erfindung wird nun im einzelnen erläutert, wobei für die erste polymere Isolierschicht ein äthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat verwendet wird. Das Verfahren ist jedoch dasselbe, wenn Athylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat oder Sthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat eingesetzt wird. Bei einem Äthylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat kann als drittes Monomer in dem Terpolymerisat eine große Gruppe von äthylenisch ungesättigten Monomeren verwendet werden.
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BAD ORIGINAL
- ο —
Äthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolyraerisat in beliebiger Form, wie als Pellets, Flocken oder Pulver, wird in den Einfülltrichter eines Extruders gegeben und bis zurBildung einer viskosen Flüssigkeit erhitzt. Der zu isolierende Leiter wird gewöhnlich vor dem Beschichten mit dem Polymerisat auf etwa 120° C vorerhitzt. Das Äthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat fließt aus dem Spritzwerkzeug- als viskose Flüssigkeit mit einem rohrförmigen Querschnitt aus und überzieht in einer geeigneten Menge den Leiter. Beispielsweise wird zum Isolieren eines 24-Gauge-Leiters (AWG) mit einem äußeren Durchmesser von 0,6 mm mit einer 0,18 mm dicken Schicht von Äthylen-Tetrafluoräthylen letzteres durch ein ringförmiges Spritzwerkzeug extrudiert, das einen inneren Durchmesser von 2,44 mm und einen Außendurchmesser von 3,65 mm aufweist. Das extrudierende, schlauchförmige Kopolymerisat wird auf den Leiter in einem Verhältnis von 7:1 herabgezogen. Leiter mit anderen Maßen können ebenso mit den hier beschriebenen Kopolymerisaten isoliert werden, und die Dicke der polymeren Isolierschicht kann durch Änderung der Größen und des Überzugsverhältnisses verändert werden.
Üblicherweise besteht ein Extruder für die in den erfindungsgemäßen Isoliersystemen verwendeten Fluorkohlenstoffpolymerisate aus einem Einfüllabschnitt, einem Mittelteil und einem Spritzwerkzeugteil und wird in dem Einfüllabschnitt bei etwa 100 C, im Mittelteil bei etwa 360° C und im vorderen oder Spritzwerkzeugteil des Extruders bei etwa 332° C betrieben. Nachdem die erste Schicht der polymeren Isolierung durch das Spritzwerkzeug extrudiert und auf den Leiter gezogen worden ist, wird der isolierte Leiter in einem Kaltwasserbad abgeschreckt.
Danach wird die erste polymere Isolierschicht vernetzt, indem der isolierte Draht einer hochenergetischen ionisierenden Bestrahlung ausgesetzt wird, wie der Bestrahlung mit einem Hochspannungselektronenbeschleuniger, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen aus einer Quelle wie Kobalt 60, u. dgl. Die bevorzugte Quelle für hochenergetische ionisierende Bestrahlung ist ein
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Hochspannungselektronenbeschleuniger. Die für die Vernetzung erforderliche Bestrahlungszeit für einen typischen Hochspannungselektronenbeschleuniger kann zwischen etwa 2 Sekunden
bis etwa 60 Sekunden betragen. Die Gesamtstrahlungsdosis muß jedoch auf zwischen 3 und 20 Megarad eingestellt werden. Bevorzugte Bedingungen zum Bestrahlen der ersten Schicht der polymeren Isolierung mit einem Elektronenbeschleuniger sind
6 Sekunden und eine Gesamtstrahlungsdosis von 10 Megarad
(Bestrahlungsintensität von 1,66 Megarad/sec).
Gewünschtenfalls kann die polymere Isolierschicht vor der
Bestrahlung mit dem Polyamidlack beschichtet werden, und die polyimidbeschichtete Isolierung wird zum Vernetzen des Polymeren der hochenergetischen Bestrahlung ausgesetzt. Der Polyamidlack ist hochbeständig gegenüber der Vernetzung durch Bestrahlung und verändert sich deshalb während der Bestrahlung nicht
nennenswert.
Das Polyimid wird auf beliebige Weise auf die Oberfläche der polymeren Isolierung aufgebracht, wie durch Eintauchen oder
Besprühen. Der erhaltene Draht wird durch eine Ofenreihe geschickt, in welcher die Polyimidbeschichtung auf dem Draht
getrocknet und gehärtet wird. Die Härtung führt zur Entfernung von Lösungsmittel aus dem Polyimid und kann in einem Ofen in einem einzigen kontinuierlichen Vorgang oder in mehreren Schritten vorgenommen werden. Ebenso kann die Härtung im satzweisen Betrieb erfolgen, bei dem eine Drahtspule für eine Zeitdauer von 15 Minuten bis zu 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 204 C in einen Ofen gegeben wird. Die Dicke der Polyimidbeschichtung auf dem vernetzten Polymeren kann gesteuert werden, indem der polyimidbeschichtete Draht durch eine Reihe von
Feinzugmatrizen (sizing dies) geschieht wird. Zum Erreichen
der gewünschten Durchtrennbeständigkeit des Isoliersystems
nach der Erfindung muß die Dicke des Polyimidlacks mindestens etwa 0,013 mm betragen. Die bevorzugte Dicke der Polyimidschicht
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beträgt etwa 0,025 mm. Es können jedoch auch dickere Polyimidschichten bis zu etwa 0,05 mm angewendet werden.
Es ist wünschenswert, die Oberfläche der polymeren Isolierung nach der Vernetzung durch Bestrahlung und vor dem Aufbringen des Polyimidlacks einer Aktivierungsbehandlung zu unterziehen. Eine Aktivierungsmethode der polymeren Isolierung besteht darin, die Oberfläche mit einem Material, wie Lithium, Natrium oder einer Lösung von Alkalimetall, wie Natrium oder Kalium, in flüssigem, wasserfreiem Ammoniak, beispielsweise mit einer Natriumkonzentration von 1 bis 10 %, oder einer Lösung, beispielsweise von 5 ',ό Natriummetall in geschmolzenem Naphthalin oder Natriumnaphthalin gelöst in Tetrahydrofuran, in Berührung zu bringen. Solche Stoffe ätzen die Oberfläche der polymeren Isolierung und erbringen eine bessere Haftung oder Bindefestigkeit des Polyimidlacks auf der polymeren Isolierung.
Die vernetzte polymere Isolierung in dem Isoliersystem nach der Erfindung wird durch Bestrahlen eines polymeren Materials hergestellt, das aus der Gruppe Äthylen-Tetrailuoräthylen-Kopolymerisat (Handelsname TEFZEL 200, E.I. du Pont de Nemours & Co.), Athylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat (Handelsname THFZliL 280, E. I. du Pont de Nemours & Co.) und Athylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat (Handelsname HALAR, Allied Chemical Company) ausgewählt ist.
Die Polymerisate, die zur Ausbildung der ersten Schicht des Isoliersystems nach der Erfindung durch Bestrahlung vernetzt werden können, können kleinere Mengen an Vernetzungsmittel enthalten, wie die Triallylester der Cynnur- oder Isocyanursäure. Andere Vernetzungsmittel, wie die in eier US-IS 4 031 167 beschriebenen, können ebenfalls in das Polymere eingearbeitet sein. .Solche Vernetzungsmittel werden in Mengen von etwa 1 Gew.-* bis etwa 10 Gew.-C-, bezogen auf das Gewicht des Polymerisates, eingesetzt.
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BAD ORIGINAL
Der zum Beschichten der strahlungsvernetzten polymeren Isolierung nach der Erfindung verwendete Polyamidlack ist ein hitzehärtbares polymeres Imid mit 1) einem aromatischen Kohlenstoff ring, z.B. einem 3enzol- oder Naphthrlinring, und 2) einem heterocyclischen 5- oder 6-gliedrigen Ring mit einem oder mehreren Stickstoffatomen und einer Kohlenstoff-Kohlenstoif-Doppelbindung und/oder Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindung und/oder Carbonylgruppen* Vorzugsweise enthält es keine nichtaromatischen Kohlenstoffatome mit daran gebundenem Wasserstoff, Die polymeren Imide sind Harze und im allgemeinen lineare Polymere, die infolge ihres hohen Molekulargewichts und starken intermolekularen Anziehung extrem hoch schmelzen. Beispiele für Polyimide, die zur Erzeugung des isolierten Drahtes nach der Erfindung verwendet werden können, sind die in der US-PS 3 168 417 beschriebenen, wobei die in den Spalten 2, 3 und 4 dieser Druckschrift erläuterten Polyimide besonders vorteilhaft sind. Polyimide, die durch Kondensation von aromatischen Diaminen, wie 4,4-Oxydianilin, und Pyromellitsäuredianhydriden erhalten worden sind, sind für die Verwendung in den Isoliersystemen nach der Erfindung verwendbar.
Die Polyimide werden auf die polymere Isolierung in Form einer Lösung aufgebracht. Hierfür kann jedes geeignete Lösungsmittel für Polyimide, wie Ameisensäure, Dimethylsulfoxid, Schwefelsäure, N-Methylpyrrolidon, N-Methylcaprolactan, Dimethylacetamid u. dgl. verwendet werden.
Ein bevorzugtes Polyimid für die Verwendung in den Isoliersystemen der Erfindung ist unter dem Handelsnamen LIQUD H von E.I. du Pont de Nemours & Co. auf dem Markt.
Beispiel 1
Mit dem Isoliersystem nach der Erfindung beschichtete Leiter wurden gemäß den hier beschriebenen Methoden ausgewertet. 19 Drahtstränge, jeder mit einem Durchmesser von 0,2 mm,
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wurden zu eine* Leiter (20 AWG) mit einem Durchmesser von 0,94 mm verseilt, der mit einer ersten Schicht eines polymeren Isolators in einer Dicke von 0,25 mm ummantelt wird. Der verwendete polymere Isolator ist Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat. Die polymere Isolierung wird dann mittels eines Hochspannungselektronentjeschleunigers 6 Sekunden lang bestrahlt. Die Gesamtstrahlungsdosis beträgt 10 Megarad. Die Oberfläche der polymeren Isolierung wird dann mit einem Gemisch von Natrium (1-3 %) in wasserfreiem Ammoniak zur Verbesserung der Oberflächenhaftung der polymeren Isolierung behandelt. Nach Bestrahlung und Oberflächenbehandlung wird die vernetzte polymere Isolierung mit Polyimid in einerDicke von 0,025 mm beschichtet. Das PoIyimid wird als 12 %ige Lösung in normalem Methylpyrrolidon aufgebracht. Das verwendete Polyimid ist das Kondensationsprodukt eines aromatischen Diamins und Pyromellitsäureanhydrid. Der erhaltene isolierte Leiter wird auf verschiedene Eigenschaften untersucht. Ein Vergleich bestimmter Eigenschaften des isolierten Leiters nach der Erfindung und desselben Leiters, der in derselben Dicke mit einem unvernetzten Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolyraerisat isoliert war, und eines Leiters, der mit durch Bestrahlung vernetztem Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat isoliert war, wurde vorgenommen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
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Tabelle
Eigenschaft
Test
Unvernetztes ÄCTFÄ*)
Vernetz- Vernetztes tes ÄCTFÄ*) äCTFA
+ PoIyimid **)
Durchtrennbeständigkeit bei 23° C
Durchtrennbeständigkeit
bei 200° C Abrieb
Beschleunigte Alterung, 7 Std. bei 210° C
"Dynamischer Durchtrenntest" mit Instron-Tester, Messerradius 0,127 ram
"Dynamischer Durchtrenntest" mit Instron-Tester, Messerradius 0,127 mm
MiI-W-22759,
Abs. 4.7.5.12
Mil-W-22759
Versagen
22,68 kg 41,55 kg
1,13 kg 9,53 kg
55,62 kg 115,57 kg
Besteht Besteht Prüfung Prüfung
*) ÄCTFÄ «= Äthylen-Chlortrifluoräthylen
**) Polyimid mit Handelsnamen LIQUID H
Beispiel 2
Ein Leiter wie in Beispiel 1 wird mit einer ersten Schicht aus modifiziertem Äthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat isoliert, das unter dem Handelsnamen TEFZEL 280 auf dem Markt ist. Alle Bedingungen und Parameter für die Isolierung des Leiters waren wie in Beispiel 1. Die Eigenschaften des erhaltenen isolierten Leiters wurden ausgewertet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt.
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Tabelle
Eigenschaft Test Ergebnis
Deformierung U.L. 758, Ausnahme
275 C und Gewicht 250 g		 70 %
Zug U.L. 758 378 kg/cm2
Dehnbarkeit U.L. 758 150 %
Schrumpfung Mil-W-22759, Abs. 4,7.5.10;
Versuchstemp. 250 C		 0
Isolier
beständigkeit		 Mil-W-22759, Abs. 4,7.5.2 Ck
Abrieb
beständigkeit		 Mil-W-22759,
Abs. 4,7.5.12.2		 186,7 cm
Beschleunigte
Alterung		 Mil-W-81044/9; Ausnahme:
Test bei 250° C		 Besteht die
Prüfung
Beispiel 3
Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise und unter Verwendung von Leiter, Isolatorabmessungen und Bedingungen wie in Beispiel 1 wird ein geseilter Draht mit einem Isoliersystem nach der Erfindung unter Verwendung von Athylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat als Polymerschicht isoliert. Bestimmte Eigenschaften dieses Isolatorsystems nach der Erfindung und von isoliertem Draht, der unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen hergestellt worden war, wurden verglichen. Die Ergebnisse, die in Tabelle 3 zusammengestellt sind, sind Durchschnittswerte von vier Durchgängen jeden Versuches.
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Test Tabelle 1, 19,3 3 Vernetz- ATP1A + Vernetz-
Eigenschaft ATFÄ tes PoIy- tes ÄTFÄ
ÄTFÄ *) imid + PoIy-
imid
üil-W-22759, —
Kratz Abs. 4.7.5.4.
festigkeit Ausnahme:
Gewicht		 6,0 - 79,3
1,36 kg
U.L. 758, 4,22
Deformie Ausnahme: kg
rung 250 g, _ 100 % 70 %
275° C
Durchtrenn-
beständig- 2,72 - 4,67 kg
keit bei kg
150° C
*) ÄTFÄ = Äthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat
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Leerseite

Claims (11)

  1. körner<L
    fer
    D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 48 D-1 BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE Θ8
    BERLIN: DIPL.-INQ. R. MÜLLER-BÖRNER
    ilaveg Industries, Inc.,
    ',/iimin;;ton, Delaware (USA)
    MÜNCHEN: DIPL.-INQ. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-INQ. EKKEHARD KÖRNER
    30 521
    Pa tentansprüche
    eisoliersystem für elektrische Leiter, bestehend aus einer ersten Schicht einer durch Bestrahlung vernetzten polymeren Isolierung, wobei das Polymere aus der Gruppe Äthylen-Tetrafluoräthyl en-Kopolyraeri sat, Äthylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat und Athylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisafc ausgewählt ist und wobei das Polymere mittels hochenergetischer ionisierender Strahlung vernetzt ist, wobei die Strahlungsdosis 3 bis 20 Megarad beträgt, sowie bestehend aus einer hitzehärtenden, auf der Oberfläche der vernetzten polymeren Isolierung haftenden Polyimidbeschichtung.
  2. 2. Isoliersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzehärtende Polyimid aus der Gruppe der einen Benzoloder einen Naphthalinring aufweisenden Polymeren ausgewählt ist, die an zwei Kohlenstoffatome eines heterocyclischen Ringes mit 5 bis 6 Gliedern gebunden sind, wobei eines oder zwei Atome des heterocyclischen Ringes Stickstoffatome und der Rest Kohlenstoffatome sind.
    909844/0680
    MÜNCHEN: TELEFON (080) 2S5585 BERLIN: TELEFON (O3O) 8312Ο88
    KABEL: PROPINDUS -TELEX 05 24 244 KABEL: PROPINDUS · TELEX O1 84Ο57
    BADJDRK3JNAL
  3. 3. Isoliersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Bestrahlung vernetzte Polymere Athylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat ist.
  4. 4. Isoliersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    das durch Bestrahlung vernetzte Polymere Athylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolsmierisat ist.
  5. 5. Isoliersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Bestrahlung vernetzte Polymere Athylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat ist.
  6. o. Isoliersystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid das Kondensationsprodukt von 4,4-Oxydianilin und Pyromellitsäuredianhydrid ist.
  7. 7. Isolierter elektrischer Leiter, bestehend aus a) einem elektrischen Leiter, b) einer ersten Schicht aus vernetztem polymerem Isolator, der den elektrischen Leiter umgibt, wobei das Polymere aus der Gruppe Athylen-Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat, Athylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat und Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat ausgewählt ist und wobei das Polymere durch hochenergetische ionisierende Bestrahlung in einer Dosis von 3 bis 20 Megarad vernetzt ist, und c) einem hitzehärtenden, auf der Oberfläche des vernetzten polymeren Isolators haftenden Polyimid.
  8. 8. Isolierter Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzehärtende Polyimid aus der Gruppe von Polymeren ausgewählt ist, die einen Benzol- oder einen Naphthalinring aufweisen, der an zwei Kohlenstoffatome eines heterocyclischen Ringes mit 5 bis 6 Gliedern gebunden ist, wobei eines oder zwei Atome des heterocyclischen Ringes Stickstoffatome und der Rest Kohlenstoffatome sind.
    909844/0680
    BAD ORIGINAL
  9. 9. Isolierter elektrischer Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Bestrahlung vernetzte Polymere Kthylen-Tetrafluoräthylen-Kopolyraerisat ist.
  10. 10. Isolierter elektrischer Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Bestrahlung vernetzte Polymere Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat ist.
  11. 11. Isolierter elektrischer Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Bestrahlung vernetzte Polymere iithylen-Tetrafluoräthylen-Terpolymerisat ist.
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DE19792913070 1978-04-19 1979-04-02 Isoliersystem fuer elektrische leiter Ceased DE2913070A1 (de)

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US05/897,967 US4184001A (en) 1978-04-19 1978-04-19 Multi layer insulation system for conductors comprising a fluorinated copolymer layer which is radiation cross-linked

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DE2913070A1 true DE2913070A1 (de) 1979-10-31

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JP (1) JPS5586007A (de)
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IL (1) IL57083A (de)
IT (1) IT1202911B (de)

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