DE60206857T2

DE60206857T2 - Mehrschichtige Struktur, insbesondere zur Umspinnung von elektrischen Kabeln

Info

Publication number: DE60206857T2
Application number: DE60206857T
Authority: DE
Inventors: Chor-Keung Yeung
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: FR2828832A1; FR2828832B1; DE60206857D1; EP1285747B1; EP1285747A1; ES2252410T3; ATE307720T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer laminierten Mehrlagenstruktur, die insbesondere für die Ummantelung elektrischer Kabel im Hinblick auf die Gewährleistung einer elektrischen Isolierung anwendbar ist.
Eine besondere Anwendung ist die Verkabelung in der Luftfahrt, in der eine perfekte elektrische Isolierung unverzichtbar ist, um die Ausbreitung eines Lichtbogens zu verhindern.
Seit einer Reihe von Jahren kommen bei derartigen Anwendungen laminierte Mehrlagenstrukturen zum Einsatz, bei denen eine Polyimidschicht, z.B. „Kapton" der Firma E.I. du Pont de Memours and Co., eingesetzt wird. Dieses Material weist niedrige Wärmeleitfähigkeitswerte und gute elektrische Isolationseigenschaften auf.
Ein Beispiel einer solchen Mehrlagenstruktur wird in der US-Patenschrift 3 616 177 der gleichen Firma beschrieben. Diese Struktur umfasst eine Polyimidschicht, deren wenigstens eine Seite mit FEP (fluoriertem Ethylen-Propylen-Copolymer) überzogen ist, und eine PTFE-Schicht (Polytetrafluorethylen), welche mit den FEP-Schichten haftend verbunden ist. Die PTFE-Schicht wird durch Überziehen in Form einer wässrigen Dispersion aufgebracht.
Durch die Anwesenheit von FEP kann vermieden werden, dass das Polyimid, auf das es aufgebracht wird, Feuchtigkeit von außen absorbiert, was infolge von Hydrolyse zu seiner Zerstörung führen würde.
Ein Nachteil einer derartigen Mehrlagenstruktur besteht darin, dass die PTFE-Schicht, die durch Überziehen in Form einer wässrigen Dispersion aufgebracht wurde, nur eine geringe Dicke hat und infolgedessen nur eine niedrige mechanische Festigkeit und eine geringe Abriebfestigkeit aufweist.
Für das Ausführen einer Ummantelung mit modernen Umwicklungsmaschinen bei Umdrehungszahlen von 2.000 bis 3.000 U/min ist nun aber eine Struktur mit hoher mechanischer Festigkeit erforderlich, die für die Arbeitsgeschwindigkeit der Umwicklung geeignet ist, so dass alle Schichten und insbesondere die PTFE-Schicht eine ausreichend hohe Festigkeit haben müssen, um dieser Arbeitsgeschwindigkeit standzuhalten, ohne dass Fehler auftreten.
Andere Mehrlagenstrukturen, die eine Polyimidschicht umfassen, welche von einem fluoriertem Ethylen-Propylen-Copolymer überzogen ist, werden in JP-A-7125067 und FR-A-1556405 beschrieben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren, eine laminierte Mehrlagenstruktur herzustellen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Bei dem erhaltenen Endprodukt ist das PTFE unbehandelt, und das Zusammenfügen der Bänder erfolgt bei einer Temperatur, die in der Praxis zwischen 280 und 300 °C liegt, also oberhalb des Schmelzpunktes von FEP, so dass dieses schmilzt und das oder die PTFE-Bänder auf dem mit FEP beschichteten Polyimidband anhaften können.
Gemäß der Erfindung ist die Temperatur bei der Erwärmung unter Druckeinwirkung kleiner als 340 °C, der Sintertemperatur (Gelifizierung) des PTFE.
Gemäß der Erfindung ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein einziges PTFE-Band eingesetzt wird und dass die Breite des PTFE-Bandes größer als die des mit FEP überzogenen Polyimidbandes ist.
Vorzugsweise steht nur eine Seite des PTFE-Bandes über das mit FEP überzogene Polyimidband seitlich über. Dadurch ist es beim Umwickeln möglich, eine bessere Isolation der mit FEP überzogenen Polyimidschicht zu erzielen, da die beim PTFE-Band überstehende Kante eine fortlaufende Sperre bewirkt, wodurch das Polyimid in einer aggressiven Umgebung vor einer möglichen Veränderung geschützt wird.
Gemäß der Erfindung erhält man das verwendete PTFE durch geschmierte Extrusion dergestalt, dass es eine ausgerichtete faserige Struktur in Längsrichtung des hergestellten Bandes aufweist.
Es sei daran erinnert, dass das Verfahren der geschmierten Extrusion darin besteht, PTFE-Pulver mit einem Schmierstoff zu mischen und gegebenenfalls einen Füllstoff und/oder Farbpigmente hinzuzufügen, damit eine kompakte Vorform entsteht, die einem Ziehvorgang mit einer Presse unterzogen wird, bei dem der Kolben das mit oder ohne Füllstoff versetzte PTFE durch eine Ziehdüse drückt und ein Profil geformt wird, z.B. ein flaches Band oder eine zylindrische Stange, während das Schmiermittel danach im Allgemeinen durch Erwärmen beseitigt wird.
Das erhaltene Band wird im Allgemeinen kalandriert und kann gegebenenfalls zur Verringerung der Dichte gereckt werden, wodurch das Produkt eine feinfaserige innere Porösität erhält.
Das gemäß der Erfindung erhaltene Band kann auch von der Art sein, dass es durch Laser markiert werden kann, wenn es beispielsweise die in den französischen Patentschriften 92 06427 und 95 03195 des anmeldenden Unternehmens beschriebenen Strukturen aufweist.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbar, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer Herstellungsvorrichtung ist, mit der das Verfahren der Erfindung ausgeführt werden kann,
2 schematisch eine aus der Vorrichtung von 1 erhaltene Struktur zeigt, die zur Bildung einer Isolierung für einen elektrischen Leiter eingerollt ist,
3 schematisch eine Schneidvorrichtung veranschaulicht, mit der eine Struktur gemäß einer bestimmten Ausführungsart realisiert werden kann,
4 eine Ansicht analog zu 2 mit einer Struktur ist, die mittels der Schneidvorrichtung der 3 erhalten werden kann.
Die Vorrichtung von 1 umfasst im Wesentlichen eine temperaturgeregelte Unterlage 1 und Führungsrollen 2, über die ein PTFE-Band 3 und ein mit FEP überzogenes Polyimidband 4 geführt werden, damit diese auf der temperaturgeregelten Unterlage unter Einwirkung von Wärme und Druck zusammengefügt werden.
In einem bestimmten Realisierungsbeispiel verwendet man ein durch geschmierte Extrusion erhaltenes unbehandeltes PTFE-Band mit einer Dicke von 30 μm und einer Breite von 70 mm.
Das mit FEP überzogene Polyimidband 4 ist ein unter der Handelsbezeichnung KAPTON 606 lieferbares Band, das ebenfalls eine Breite von 70 mm und eine Dicke von 30 μm aufweist.
Die Temperatur der Unterlage wird auf 310 °C geregelt, und die Kraft zum Zusammenfügen der Bänder 3 und 4 beträgt 30 g.
Die für das PTFE-Band 3 gemessene mechanische Spannung beträgt in Längsrichtung 21,2 MPa (nach dem Standard ASTM/D-882 gemessen). Die mechanische Spannung der laminierten Mehrlagenstruktur in Längsrichtung beträgt 128 MPa, wodurch es möglich wird, dass bei Anwendungen wie z.B. der Isolierung elektrischer Kabel eine Ummantelung mit hoher Geschwindigkeit unter Einsatz moderner Umwicklungsmaschinen mit Umdrehungszahlen von 2.000 U/min oder sogar mehr durchgeführt werden kann.
2 veranschaulicht die in der Vorrichtung von 1 erhaltene und um einen elektrischen Leiter 5 gewickelte Mehrlagenstruktur.
In 3 wird die Ausführung einer Variante für die Herstellung der laminierten Mehrlagenstruktur gemäß der Erfindung veranschaulicht, bei der die Breite des PTFE-Bandes in der Endstruktur größer als die des mit FEP überzogenen Polyimidbandes ist.
Zu diesem Zweck wird mit den schematisch dargestellten Schneidmessern 6 eine in der Vorrichtung von 1 erhaltene Struktur zertrennt, bei der z.B. das PTFE-Band 3 seitlich wie gezeigt an zwei Seiten über das mit FEP überzogene Polyimidband übersteht, indem ein Amboss 7 verwendet wird, der eine derart dimensionierte Vertiefung umfasst, dass das Band 4 durchlaufen kann.
In dem dargestellten Beispiel sieht man, dass das PTFE-Band 3 nach dem Zertrennen nur auf einer Seite über das mit FEP überzogene Polyimidband übersteht, wodurch es bei der Ummantelung möglich ist, die in 4 gezeigte Anordnung zu realisieren, wo man sieht, dass das PTFE-Band 3 das mit FEP überzogene Polyimidband 4 vollständig abdeckt und dieses hundertprozentig schützt.
Es ist beispielhaft eine laminierte Struktur realisiert worden, in der das PTFE-Band und das mit FEP überzogene Polyimidband die Eigenschaften der oben erwähnten Bänder aufweisen, wobei die Breite des mit FEP überzogenen Polyimidbandes 4 57 mm beträgt.
Diese laminierte Struktur zeigt bezüglich der Zugfestigkeit im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie die in dem oben beschrieben Beispiel.
Weiterhin ist die Erfindung auch umgesetzt worden, indem das PTFE-Band nach seiner Herstellung durch geschmierte Extrusion gereckt wurde, um seine Dichte zu verringern, wobei das PTFE-Band nach dem Recken eine Dichte von 0,7 aufwies.
Die so erhaltenen mechanischen Eigenschaften der laminierten Struktur sind von gleicher Art wie jene in dem oben beschriebenen Beispiel, so dass ebenfalls Umwickelmaschinen mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden können.
Versuche, bei denen Folien aus mit Füllstoffen versetztem PTFE verwendet wurden und die eine für Markierungen mit Laserstrahlen, insbesondere UV-Laser, geeignete Struktur aufweisen, haben vergleichbare mechanische Eigenschaften gezeigt.
Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit bestimmten ausgeführten Beispielen beschrieben, es ist jedoch klar, dass sie dadurch in keiner Weise beschränkt ist und dass man sie mit unterschiedliche Varianten und Modifikationen umsetzen kann, ohne dabei vom Umfang abzuweichen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer laminierten Mehrlagenstruktur umfassend eine Polyimidschicht, deren wenigstens eine Seite mit FEP (fluoriertem Ethylen-Propylen-Copolymer) überzogen ist, und wenigstens eine Schicht aus PTFE (Polytetrafluorethylen), welche mit der mit FEP überzogenen Polyimidschicht haftend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Band (3) aus rohem, durch geschmierte Extrusion erhaltenem PTFE und ein mit FEP überzogenes Polyimidband (4) unter Anwendung von Druck bei einer Temperatur, die unter der Sintertemperatur des PTFE liegt, warm zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein PTFE-Band (3) verwendet wird, dessen Breite größer ist als die Breite des mit FEP überzogenen Polyimidbandes (4).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder derart zusammengefügt werden, dass das PTFE-Band (3) auf nur einer Seite des mit FEP überzogenen Polyimidbandes (4) seitlich übersteht.