DE2918489C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schwer brennbares, flexibles, druckempfindliches Band gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektrisch isolierende Folien, häufig in Bandform, d. h. auf einer Rolle vorliegend, werden zum Umwickeln von Elektroteilen benutzt. In vielen Fällen enthalten die Bänder aus naheliegenden Vorteilen einen druckempfindlichen Klebstoff. Solche Bänder müssen typischerweise bestimmte Eigenschaften besitzen, wie z. B. Isoliervermögen gegenüber elektrischer Beanspruchung/Durchschlagsspannung, Temperaturbeständigkeit, Feuchtigkeits- und Chemikalienbeständigkeit, Zähigkeit und so weiter. Erwünscht ist weiterhin eine Schwerbrenn­ barkeit derart, daß irgendeine Flamme oder ein Brand, die bzw. der durch Kurzschluß des von dem Band umhüllten Elektroteils oder von einer äußeren Quelle her verursacht worden ist, durch das Band selbst nicht weiter unterhalten werden kann.

Bei einem bekannten schwer brennbaren Band der eingangs erwähnten Art (US-PS 33 36 153) findet eine aufquellende bzw. sich aufblähende Schicht Verwendung, wodurch jedoch eine verhältnismäßig große Dicke für ein wirksames Band aufgrund des aufquellenden Materials erforderlich ist und die Wasserempfindlichkeit des Bandes dieses für elektrische Isolierungen nicht geeignet macht.

Aus der US-PS 30 27 279 ist ein elektrisch isolierendes Harz­ system bekannt, das aus einem Reaktionsprodukt aus Polyester und Epoxyd besteht. Irgendwelche Hinweise auf eine Flamm­ festigkeit sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Es ist bekannt (US-PS 40 61 826), zur Erzielung der Schwer­ brennbarkeit von Bändern mit druckempfindlichen Klebstoff schwer brennbare Bestandteile in dem Klebstoff selbst vorzusehen. So wird eine halogenierte Verbindung gemeinsam mit dem druckempfindlichen Klebstoff benutzt, wobei sich jedoch gezeigt hat, daß die zur Erzielung einer zufriedenstellenden Schwerbrenn­ barkeit erforderliche Konzentration von Zusätzen so hoch sein muß, daß die ursprünglichen Klebeeigenschaften dadurch zu stark beeinträchtigt werden und sich andere funktionelle Nachteile ergeben. Aus der US-PS 35 15 578 geht weiterhin die Zugabe einer Phosphatkomponente zu einem druckempfindlichen Klebstoff hervor, um diesem Schwerbrenn­ barkeit zu verleihen, wobei jedoch keine optimale Schwer­ brennbarkeit des Klebstoffs erreicht wird und der Zusatz außerdem einen Erweichungseffekt auf den Klebstoff ausübt, wodurch dessen Eigenschaften beeinträchtigt werden.

Es ist auch bekannt (DE-AS 15 20 780), Epoxydharz durch Verwendung von halogenierten Ausgangskomponenten flammfest zu machen.

Schwer brennbare Klebstoffe verhindern nicht, daß konventionelle thermoplastische Schichtträger tropfen, wenn sie mit der Flamme in Berührung kommen, was zu einem Lösen der Isolierung von dem elektrischen Teil führen kann und fast immer die Unterhaltung eines Brands ermöglicht.

Eine weitere Möglichkeit bestand darin, schwer brennbare Komponenten in der Trägerfolie selbst vorzusehen, und zwar mit oder ohne Einsatz eines Klebstoffsystems, das schwer brennbar ist. Dieser Weg führt jedoch zu einer unzureichenden Schwerbrennbarkeit, weil hohe Konzentrationen von schwer brennbaren Komponenten die Verarbeitung der Trägerfolie schwierig, wenn nicht unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einem Band der eingangs erwähnten Art eine gute elektrische Isolierfähigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Schwerbrennbarkeit zu verleihen, ohne daß die elektrischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Flexibilität der Trägerfolie, die für die Funktionalität desselben erforderlich sind, beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bandes verwendete Trägerfolie kann herkömmlicher Art sein, wie sie in Verbindung mit Elektromaterial benutzt wird. Typische Trägerfolien, die eine weitverbreitete Verwendung auf diesem Gebiet gefunden haben, bestehen aus Polyestermaterialien.

Zu den für das erfindungsgemäße Band geeigneten schwer brennbaren wärmehärtenden Harzmassen gehören wärmehärtende Harzsysteme, die zu dem wärmegehärteten Zustand bei einer Temperatur härten können, welche genügend niedrig ist, so daß eine Verformung oder ein Abbau des Trägermaterials vermieden wird. Bei Einsatz einer Trägerfolie aus Polyester ist diese Temperatur etwa 130°C. Außerdem muß die Schicht aus der wärmegehärteten Harzmasse selbst genügend flexibel sein, um eine wesentliche Zunahme der Steifigkeit des Bandes zu vermeiden. Ferner muß das Harzsystem in seinem wärmegehärteten Zustand genügend Adhäsion gegenüber der flexiblen Trägerfolie haben, um ein Ablösen von der Trägerfolie zu vermeiden. Außerdem darf die Schicht die elektrischen Eigen­ schaften der Trägerfolie nicht wesentlich beeinflussen und sollte daher einen Isolationswiderstand von mindestens etwa 10⁶ Megohm haben, sollte praktisch nicht korrodierend gegenüber Metallen sein, um so eine Beschädigung der elektrischen Teile, bei denen das Band benutzt werden soll, zu vermeiden. Weiter muß das Harzsystem gegenüber gewöhnlichen Lösungsmitteln resistent sein, z. B. gegenüber Ketonen und Toluol, und mit der verwendeten Trägerfolie verträglich sein, d. h. es darf auf das Trägermaterial nicht in ungeeigneter Weise chemisch einwirken. Ebenso muß das wärmegehärtete Harzsystem mit dem Klebstoffsystem des Bandes verträglich sein.

Es können auch nicht-schwer-brennbare Harzsysteme auf Polyester/Epoxy-Basis verwendet werden, denen eine Schwer­ brennbarkeit durch Einschluß inerter teilchenförmiger haloge­ nierter Materialien verliehen worden ist.

Die Harzsysteme können in einfacher Weise als Schicht auf der Trägerfolie aufgetragen und dann zu einem wärmegehärteten Zustand gehärtet werden. Schichtdicken von etwa 0,012 bis etwa 0,076 mm führen, wie festgestellt worden ist, zu befriedigenden Ergebnissen. Höhere Schichtdicken können die Flexibilität des Schichtmaterials beeinträchtigen, und dünnere Schichten können die Schwerbrennbarkeit unter den optimalen Wert vermindern.

Ein solches Schichtmaterial kann zum Beispiel bei Transformatoren, als Wicklungshüllen darin, bei Phasentrennern usw. verwendet werden. Konventionelle Klebstoffe sind zur Verwendung für das druckempfindliche Band, das elektrisch isolierend wirken soll, geeignet. Klebstoffsysteme, wie z. B. Acrylklebstoffe, Kautschukharze usw., gleichgültig ob sie schwer brennbar sind oder nicht, sind für das erfindungsgemäße Band einsetzbar. Am vorteilhaftesten ist es, ein schwer brennbares Klebstoffsystem zu verwenden, wie es z. B. aus der US-PS 40 61 826 hervorgeht.

Es ist festgestellt worden, daß die genaue Lage der wärme­ gehärteten schwer brennbaren Harzschicht in dem Schichtmaterial bei Verwendung eines druckempfindlichen Klebstoffsystems relativ unwichtig ist. D. h., die Harzschicht kann auf der Rückseite des Trägerfilms vorhanden sein, wobei sich das Klebstoffsystem auf der entgegengesetzten Seite davon befindet, oder kann zwischen die Trägerfolie und dem druckempfindlichen Klebstoffsystem angeordnet sein. Wenn die wärmegehärtete Harzschicht auf die Rückseite der Trägerfolie aufgebracht wird, steht eine leichter bedruckbare Oberfläche zur Verfügung. Wenn die wärmegehärtete Schicht zwischen der Trägerfolie und der druckempfindlichen Klebstoffschicht angeordnet ist, ist die Entschichtungsfestigkeit des Schicht­ materials erhöht. Außerdem kann die wärmegehärtete Schicht auf beide Seiten der thermoplastischen Trägerfolie aufgetragen werden, um einen möglichst hohen Wert für das Feuerhemmvermögen bzw. die Schwerbrennbarkeit zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Band wird nun anhand nachfolgender Beispiele erläutert, in denen alle Teile Gewichtsteile sind, falls es nicht anders angegeben ist.

Beispiel 1

Nach den Angaben in der US-PS 30 27 279 wurde ein aus korrosionsfestem Stahl bestehender Kessel, der mit einer gefüllten, zu einem Kühler führenden Kühltonne ausgestattet war, mit 28,1 Teilen Adipinsäure, 22,7 Teilen Tetrabrom­ phthalsäureanhydrid (halogeniertem Anhydrid zur Verleihung einer Schwerbrennbarkeit), 14,2 Teilen Propylenglykol, 2,4 Teilen Trimethylolpropan und 0,01 Teil wasserfreiem Natriumacetat (Katalysator) beschichtet. Die Temperatur wurde unter Benutzung eines erwärmten Ölbads langsam auf 230°C erhöht, und das Erwärmen wurde für mehrere Stunden fortgeführt, wobei das gebildete Kondensationswasser durch einen Stickstoff­ strom entfernt wurde, bis die Säurezahl sich 58 näherte. Ein Vakuum von 10 mm Hg wurde angelegt, und das Erwärmen wurde fortgesetzt, bis eine Säurezahl von 53 erreicht worden war. Ein verzweigtkettiger Polyester mit Säureendgruppe wurde erhalten.

Ein Gemisch von 67,4 Teilen dieses Polyesters und 9,4 Teilen eines flüssigen Epoxyharzes wurde mit Toluol bis zu einem Festsubstanzgehalt von 77% verdünnt und unter Rückfluß­ bedingungen für 4 Stunden erwärmt, wonach die Viskosität der Masse 2000 mPa s bei 25°C betrug.

Eine Überzugsmasse wurde dann durch Vermischen der folgenden Bestandteile mit einem mit mittlerer Geschwindigkeit arbeitenden Schraubenmischer hergestellt:

69,40 Teilevon obigem bromiertem Polyester/Epoxyharz 14,85 Teileeiner Lösung von bromiertem Epoxyharz (70% Festsubstanzen in Toluol)  8,33 TeileGemenge von Antimontrioxid und flüssigem Epoxyharz in einem Gewichtsanteil von 50/50  1,50 TeileTrimellitsäureanhydrid, ein Vernetzungsmittel  4,79 TeileMethyläthylketon  1,04 Teileeines Katalysators auf Basis von Chromoctoat  0,50 Teileeines Silikonharz-Netzmittels

Nach dem Vermischen für 10 Minuten betrug die Viskosität der Lösung annähernd 1000 mPa s und die Gelbildungs- bzw. Erstarrungs­ dauer auf einer heißen Platte von 121°C etwa 60 Sekunden. Die Lösung wurde auf einer 0,0254-mm-Polyäthylen­ terephthalatfolie mit einer Gegenwalzenbeschichtungsvorrichtung unter Benutzung einer 0,05-mm-Naßdüse unter Anwendung von Zonentemperaturen von 66°C, 127°C und 127°C geführt. Die Verweildauer in jeder der drei Zonen betrug etwa 1 Minute, 1,5 Minuten und 1,5 Minuten, wobei die erste Zone mit der niedrigeren Temperatur dazu benutzt wurde, das Lösungsmittel aus der Schicht abzutreiben.

Nach dieser Temperaturbehandlung war die trockene Schicht mit einer Dicke von etwa 0,03 mm glatt, glänzend und sehr flexibel und fühlte sich trocken an. Die Schicht wurde durch Methyl­ äthylketon oder Toluol nicht gelöst. Die Bindung an dem Polyesterträger war ausgezeichnet, weil die Schicht nicht durch Auftragen eines stark klebrigen druckempfindlichen Streifens auf die Schicht und den Versuch, letztere von dem Polyesterfilm zu lösen, entfernt werden konnte.

Ein 1,54 cm breites senkrechtes Band wurde mit einem Bunsen­ brenner angezündet, worauf sich die Flamme nicht nach oben an dem Band ausbreitete und nach etwa 2 Sekunden verlöschte. Überraschenderweise trat kein Tropfen auf, was typischerweise bei den schwer brennbaren herkömmlichen Bändern stattfand. Wenn andererseits ein Band aus der nicht-beschichteten 0,03 mm dicken Polyesterfolie angezündet wurde, verbrannte es völlig, wobei ein Schmelzen und Tropfen stattfand.

Die Polyesterfilmseite des Schichtmaterials, d. h. die der Harzschicht entgegengesetzte Seite, wurde dann mittels einer Quetschwalze mit einer dünnen Schicht aus einer 5gew.-%igen Lösung von Polyisoprenkautschuk, gelöst in Toluol, gemäß der Angaben der US-PS 31 88 266 versehen. Die Schicht wurde an einer warmen Trommel bei 93°C getrocknet und dann einer Ultraviolettstrahlung geringer Intensität ausgesetzt, wodurch das Isopren an den Polyesterfilm gebunden wurde. Diese Schicht diente als Grundierung für den nachfolgend aufgetragenen druck­ empfindlichen Klebstoff.

Die Seite des Trägers, die die wärmegehärtete schwer brennbare Schicht darauf enthielt, wurde dann mittels einer Quetschwalze mit einer 5gew.-%igen Lösung von Urethanschlichtemittel geringerer Adhäsion nach den Angaben in der US-PS 25 32 011 beschichtet und luftgetrocknet. Während der gleichen Operation wurde ein nach dem Beispiel 3 der US-PS 37 18 495 hergestelltes Phenolharz-gehärtetes Kautschukharz-Klebstoff­ system mit einer Rakel auf die grundierte Seite des Trägers unter Benutzung einer 0,18-mm-Öffnung als Schicht aufgetragen. Der Klebstoff wurde dann in dem oben erwähnten Ofen bei Temperaturen von 49°C, 82°C und 113°C getrocknet, wobei die Verweildauer in jeder Zone etwa 2 Minuten betrug. Die Dicke der trockenen Klebstoffschicht betrug etwa 0,05 mm.

Das genannte Band wurde zu einer großen Rolle aufgewickelt und dann in herkömmlicher Weise zu einer 2,54 cm breiten Rolle zerschnitten. Entsprechende Testergebnisse, die unter Benutzung des Bandes erhalten worden waren, sind wie folgt:

Adhäsion gegenüber Stahl, bestimmt nach ASTM D 1000 für PSA- Elektrostreifen

direkt nach Herstellung5,47 N/cm nach dem Altern für eine Woche bei 49°C5,69 N/cm

Adhäsion gegenüber dem Träger, bestimmt nach ASTM D 1000

direkt nach Herstellung1,56 N/cm nach dem Altern für eine Woche bei 49°C4,13 N/cm Isolationswiderstand, nach ASTM D 10001,5 × 10⁸ Megohm

Brennbarkeitstest nach Underwriter Laboratories Spec. 510

1. Zündung6 Sekunden Brand 2. Zündung5 Sekunden Brand 3. Zündung2 Sekunden Brand 4. Zündung1 Sekunde Brand 5. Zündung0 Sekunden Brand

Beim Test an aluminiumbedampften Polyesterkondensatoren nach Unterwriter Laboratories Spec. 1414 wurde das Band als befriedigend beurteilt.

Die vorstehenden Tests zeigen, daß das Band ausgezeichnete und beständige Klebeeigenschaften, gute elektrische Eigenschaften und ein ausgezeichnetes Feuerhemmvermögen bzw. eine Schwerbrennbarkeit hat.

Beispiel 2

Eine biaxial orientierte 0,03-mm-Polypropylenfolie, die auf beiden Seiten koronabehandelt worden war, wurde mittels Rakel­ auftrag bei einer Austrittsöffnung von 0,076 mm mit der Harzlösung des Beispiels 1 beschichtet. Die Schicht wurde dann für 1,5 Minuten bei 66°C getrocknet und für 3 Minuten bei 121°C gehärtet, wonach eine glatte, glänzende, trockne, flexible Schicht mit einer Trockenschichtdicke von 0,038 mm erhalten wurde.

Auf die schwer brennbare Schicht wurde dann mittels einer Rakel eine Schicht aus dem druckempfindlichen Klebstoff des Beispiels 1 unter Benutzung einer 0,178-mm-Auftragsöffnung aufgetragen. Die Klebstoffschicht wurde dann für 1,5 Minuten bei 66°C und anschließend für 3 Minuten bei 110°C getrocknet.

Die Polypropylenfilmseite des Schichtmaterials wurde dann wie in dem Beispiel 1 mit einem Schlichtemittel geringer Adhäsion versehen.

Das Band wurde in herkömmlicher Weise zu 1,9 cm breiten Streifen zerschnitten und auf Spulen mit einem Durchmesser von 2,54 cm aufgewickelt. Eine Rolle des Bandes wurde für eine Woche bei 49°C gealtert, und dann wurden die Klebstoff­ eigenschaften derselben wie folgt getestet:

Adhäsion gegenüber Stahl, nach ASTM D 1000 für PSA- Elektrostreifen

direkt nach Herstellung8,04 N/cm nach dem Altern für eine Woche bei 49°C9,04 N/cm

Der Isolationswiderstand des Bandes wurde nach ASTM D 1000 an 2,54 cm breiten Bandstücken ermittelt und betrug 2 × 10⁸ Megohm.

Nach dem UL-510-Brennbarkeitstest war das Feuerhemmvermögen bzw. die Schwerbrennbarkeit wie folgt:

Zündung 117 Sekunden Zündung 2 2 Sekunden Zündung 317 Sekunden Zündung 4 0 Sekunden Zündung 5 0 Sekunden

Claims (6)

1. Schwer brennbares, flexibles, druckempfindliches Band bestehend aus einer flexiblen thermoplastischen Trägerfolie, mit mindestens einer schwer brennbaren Schicht auf einer Oberfläche der Trägerfolie und mit einer druck­ empfindlichen Klebstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die schwer brennbare Schicht aus einer wärmegehärteten Harzmasse, die ein halogeniertes Reaktionsprodukt aus einem verzweigtkettigen Polyester mit Säureendgruppe und mindestens einem Epoxyharz ist, und üblichen flamm­ festen Zusätzen besteht.

2. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie ein Polyester ist.

3. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Klebstoff schwer brennbar ist.

4. Band nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Klebstoffschicht auf der die Harz­ masse enthaltenden Schicht vorgesehen ist.

5. Band nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Oberfläche der Trägerfolie eine zweite schwer brennbare, die wärmegehärtete Harzmasse enthaltende Schicht vorgesehen ist.

6. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Klebstoffschicht auf der anderen Oberfläche der Trägerfolie vorgesehen ist.