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Elektrischer Leiter mit einem Isolationsmittel Die Erfindung bezieht
sich auf einen elektrischen Isolationsstoff und insbesondere auf die Verwendung
neuer aromatischer Polyester zum Isolieren elektrischer Leiter, wie beispielsweise
Kabeldrähte.
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Es ist bekannt, metallische elektrische Leiter mit polymeren Stoffen,
wie Gummi, Cellulosederivaten und synthetischen linearen Polyamiden, zu isolieren
als auch mit Mischungen von synthetischen Harzen. Während für gewisse Zwecke derartige
Isolationsmittel befriedigende Ergebnisse besitzen, stellt es noch ein Problem dar,
ein Isolationsmaterial zu schaffen, das die notwendige Biegsamkeit, Wasser- und
Ölwiderstandsfähigkeit besitzt und das sich bei hohen Temperaturen nicht zersetzt.
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Es wurde nun gefunden, daß ein elektrischer Leiter, beispielsweise
ein Draht, dadurch isoliert werden kann, daß auf ihn ein Belag aufgebracht wird,
der ganz oder teilweise aus einem oder mehreren aromatischen Polyestern besteht.
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Die aromatischen Polyester, welche gemäß der Erfindung Anwendung finden,
sind die hochpolymeren linearen Ester, welche durch Erwärmen von Glykolen der Reihen
HO (CH,) n OH erhalten werden, worin n
eine ganze Zahl ist,
größer als Z, jedoch nicht größer als zo, mit Terephthalsäure oder einem esterbildenden
Derivat derselben, beispielsweise einem aliphatischen (einschl. zykloaliphatischen)
oder Arylester oder Halbester, einem Säurehalogenid oder einem Ammonium-oder Aminsalz
unter Bedingungen, durch die die Ester in hochpolymerisierter Form entstehen. Beispiele
derartig hochpolymerer linearer Ester sind diejenigen, welche aus Terephthalsäure
oder einem esterbildenden
Derivat desselben und Äthylenglykol, Trimethylenglykol,
Tetramethylenglykol, Hexamethylenglykolund Dekamethylenglykol erhalten werden, wobei
die Herstellung dieser Stoffe in der britischen Patentschrift 578079 beschrieben
ist. Diese Polyester sind hochschmelzende schwer lösliche farblose oder im wesentlichen
farblose Stoffe, die zu Gespinsten verarbeitet werden können, welche sich durch
Ziehen in stark biegsame Fasern überführen lassen, die in der Röntgenprüfung eine
molekulare Orientierung entlang der Faserachse aufweisen. Von diesen Polyestern
ist Polyäthylenterephthalat besonders brauchbar wegen seiner leichten Zugänglichkeit
und wegen seiner ausgezeichneten Biauchbarkeit für elektrische Isolationszwecke.
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Gemäß der Erfindung läßt sich also ein elektrischer Leiter herstellen,
der mit einem Isolationsbelag versehen ist, der ganz oder teilweise aus einem oder
mehreren aromatischen Polyestern besteht.
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Diese Isolationsmaterialien können auf die Leiter in verschiedener
Weise aufgebracht werden. So wird beispielsweise ein Film auf dem Leiter aus einer
Lösung niedergeschlagen, die Zimmertemperatur besitzt oder erhitzt sein kann. Das
mit dem Belag zu versehende Grundmaterial kann aber auch durch die Lösung hindurchgezogen
und schließlich das Lösungsmittel durch Wärmebehandlung entfernt werden. Zwecks
Erzeugung eines starken Films kann eine Anzahl von Belägen auf das Grundmaterial
aufgebracht werden, wobei jeder Niederschlag gebacken wird, bevor der nächste Belag
aufgebracht wird. Als Lösungsmittel für derartige Lösungen können beispielsweise
Phenole, wie Orthokresol, Kresylsäure, Xylenole oder Xylenolmischungen, Lösungen
von Phenol selbst in einem Kresol oder Mischungen von Phenolen mit Tetrachloräthan
oder Monochlorbenzol verwendet werden. Ein anderes Verfahren zur Aufbringung der
polymeren Ester besteht darin, daß von einer Dispersion desselben in einem Lösungsmittel
ausgegangen wird, beispielsweise einem flüchtigen Petroleumkohlenwasserstoff, worauf
dann eine Wärmebehandlung erfolgt, so daß das Lösungsmittel entfernt wird und die
Einzelteilchen des Polyesters miteinander verschweißt werden, wodurch ein nicht
unterbrochener Belag entsteht. In Abänderung dieses letzteren Verfahrens kann das
Nichtlösungsmittel auch ein latentes Lösungsmittel für den Polyester sein, beispielsweise
ein Medium, welches, obwohl es bei gewöhnlichen Temperaturen ein Nichtlösungsmittel
darstellt, bei erhöhten Temperaturen lösende Eigenschaften für den Polyester besitzt.
Hierdurch wird das Zusammenschweißen der Einzelteilchen des Polyesters bei Temperaturen
unterhalb ihres Schmelzpunktes erleichtert, wobei das Lösungsmedium in der üblichen
Weise durch nachfolgende Wärmebehandlung entfernt wird. Ein weiteres Verfahren besteht
darin, daß der Polyester aus einer Schmelze abgeschieden wird, beispielsweise durch
Auspressen des geschmolzenen Polyesters durch eine Düse, wobei die Auspreßtemperatur
erforderlichenfalls durch Anwendung einer gewissen Lösungsmittelmenge verringert
wird, so daß der flüssige Zustand beim Auspressen unterhalb des eigentlichen Schmelzpunktes
des Polyesters erreicht wird. Obwohl brauchbare Filme erhalten werden, welche ganz
aus dem Polyester bestehen können sehr brauchbare Beläge dadurch hergestellt werden,
daß von Stoffzusammensetzungen ausgegangen wird, die außerdem noch eine oder mehrere
andere filmbildende Komponenten enthalten, beispielsweise andere synthetische Harze
oder natürliche Harze, beispielsweise synthetische lineare Polyamide, Alkydharze,
thermoplastische oder in der Hitze härtende Phenolformaldehydkondensationsprodukte,
Polyvinylacetale und Schellack, wobei Weichmachungsmittel und Füllstoffe, beispielsweise
Holzmehl, Papier Asbest, Glimmer Glas und fasrige Stoffe aller Art hinzugefügt werden
können, die nicht Leiter sind. Entflammung verhindernde ' Mittel, beispielsweise
halogensubstistuierte Kohlenwasserstoffe, können den Massen gewünschtenfalls einverleibt
werden. Ein weiteres Verfahren der Anwendung der neuen Isolationsmittel besteht
darin, daß die Leiter mit Gespinsten, Fasern, Garnen, Streifen, Bändern, Filmen
u. dgl. umwickelt werden, die aus einem oder mehreren dieser Polyester bestehen
und/oder aus anderen Materialien, welche dicht belegt oder imprägniert sind. Diese
Gespinste, Fasern, Garne, Gewebe, Streifen, Bänder, Filme und ähnlich gestaltete
Materialien können allein oder in Verbindung mit anderen Stoffen ähnlicher Formgebung
angewendet werden, welche aus Cellulosematerialien aller Art, Seide, Nylon, Polythen,
Polyvinylchlorid, Polyvin3#lidenclilorid, Polyakrylonitril, gesponnenem Glas, Asbest
und Mineralwolle bestehen oder aus diesen Stoffen gebildet sind. Von diesen Materialien
sind nichtgezwirnte Garne, die im wesentlichen aus diesen Polyestern bestehen, besonders
zweckmäßig; sie können dadurch hergestellt werden, daß eine Anzahl ungezogener Fasern
miteinander verzwirnt werden, worauf die so verzwirnten Garne gezogen und die gezwirnten
Garne auf Spulen oder Spindeln aufgewickelt werden, welche im Gegensinn zu der Verzwirnung
des Garns umlaufen mit solchen Geschwindigkeiten, daß, wenn die Garne schließlich
von den Spulen abgewickelt werden, sie keine Verzwirnung mehr aufweisen. Gewünschtenfalls
können die mit dem Belag versehenen Leiter einer Wärmebehandlung unterworfen werden,
wodurch ein Teil des Materials oder die ganzen Materialien, welche den Belag ergeben,
zu einem ganz oder teilweise ununterbrochenen Belag zusammengeschweißt werden. Die
aus diesen Polyestern bestehenden Isolationen können direkt auf die Oberfläche des
elektrischen Leiters aufgebracht werden, oder sie können auch auf einen Grundbelag
aufgebracht werden, der aus einem anderen Stoff oder einer Stoffzusammensetzung
besteht, beispielsweise auf einen Belag eines Polyvinylacetals. Es können auch ähnliche
andere Beläge auf den isolierten elektrischen Leiter aufgebracht werden. Die Leiter
können aus einem einzigen Draht, mehreren verdrehten Drähten, Bändern oder Platten
bestehen.
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In den folgenden Beispielen sind einige Ausführungsformen der Erfindung
angegeben. Beispiel i Eine i5gewichtsprozentige Lösung von Polyäthylenterephthalat
in Kresylsäure wird dadurch hergestellt,
daß der Polyester fein
verrieben wird und dann bei iio° in die Kresylsäure eingerührt wird, bis eine vollständige
Lösung erhalten wird. Ein Kupferdraht von o,6 mm Stärke wird dadurch mit einem Belag
versehen, daß er durch diese Lösung durchgezogen und schließlich senkrecht durch
ein Abstreifkissen ausgezogen wird, worauf er dann einen Ofen durchläuft, der auf
245' erhitzt ist, mit einer solchen Geschwindigkeit, daß der Draht 3o Sekunden der
Ofentemperatur ausgesetzt ist. Der Draht wird auf diese Weise fünfmal mit einem
Belag versehen, so daß der Gesamtbelag i mm Stärke besitzt.
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Die Wirksamkeit, Haftfähigkeit, Abreibewiderstandsfähigkeit und die
Durchschlagfestigkeit dieser Isolation zeigte sich als befriedigend sowohl unmittelbar
nach der Herstellung des Belages als auch nach sechsmonatiger Alterung. Die Isolationswiderstandsfähigkeit
bei erhöhten Temperaturen wurde dadurch geprüft, daß zwei mit einem solchen Belag
versehene Drähte verzwirnt wurden und die Isolationswiderstandsfähigkeit mit einem
5oo-Volt-Prüfgerät bei verschiedenen Temperaturen gemessen wurde. Die Isolationswiderstandsfähigkeit
beträgt bei gewöhnlichen Temperaturen über ioo blegohm, dem größten Meßbereich des
Instruments, und dieser Wert wurde beibehalten bis zu einer Temperatur von 200°.
Oberhalb dieser Temperatur sank die Isolationswiderstandsfähigkeit bis
250', worauf der Belag schmolz und die Isolationswiderstandsfähigkeit auf
o sank. Die Farbe des Belags wurde nicht dunkler, auch wenn der mit dem Belag versehene
Dralit 2 Stunden lang bei 25o° gehalten wurde.
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Beispiel 2 Polyäthylenterephthalat in der Form von kleinen Spänen
wird sorgfältig getrocknet und unter einer Stickstoffatmosphäre in einen zylindrischen
Kessel eingegeben, der an seinem Boden mit einer Düse versehen ist, durch die ein
Kupferdraht senkrecht hindurchgezogen wird. Der Kessel wird erhitzt, so daß das
Polyäthylenterephthalat schmilzt, und die Schmelze wird auf einer Temperatur von
275' gehalten. Die Düse und der durch sie hindurchgehende Draht werden ebenfalls
erwärmt und auf einer Temperatur von 28o bis 285 ° gehalten.
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Der Draht wird durch die Düse mit einer Geschwindigkeit von 4 m je
Minute hindurchgezogen, der aus der Düse austretende Draht wird sofort in kaltem
Wasser gekühlt. Auf diese Weise wird auf dem Draht ein Belag von Polyäthylenterephthalat
von 1,4 mm Stärke erhalten.
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Die Biegsamkeit und die Abreibewiderstandsfähigkeit des Belags sind
gut, und die Haftung des Belags an dem Draht ist ausgezeichnet. Wenn der Belag in
der Luft oder Sauerstoff eine genügende Zeit lang erwärmt wird und dabei auf eine
so hohe Temperatur gebracht wird, daß eine gelbe oder braune Färbung des Belags
eintritt, werden diese Eigenschaften hierdurch nicht beeinflußt.
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Der Isolationswiderstand, gemessen an einer Elektrometertriode, beträgt
über iooo Megohm bei einer Temperatur bis zu ioo°, der Kraftfaktor, gemessen an
der Cambridge-Schering-Brücke bei 8oo Perioden je Sekunde, beträgt i°/, bei Zimmertemperatur
und zeigt auf 5% bei einer Temperatur von ioo °, und die Dielektrizitätskonstante,
gemessen an der Cambridge-Schering-Brücke bei 8oo Perioden je Sekunde, beträgt 3,6
bei Zimmertemperatur.
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Beispiel 3 Nicht gezogenes Polyäthylenterephthalatgarn (200 Denier)
wird schraubenlinienförmig um einen Kupferleiter herumgewickelt in der Weise, daß
benachbarte Garnwindungen einander berühren. Auf diese Weise werden zwei Schichten
Garn aufgebracht, und zwar das eine mit Rechtswindungen und das andere mit Linkswindungen.
Auf diese Weise wird ein ausgezeichnet isolierter Kupferdraht erhalten.
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Beispiel 4 Der in der im Beispiel 3 beschriebenen Weise isolierte
Draht wird in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt, um die einzelnen Garnfäden zum
Schmelzen zu bringen, wodurch ein zusammenhängender Belag entsteht, der dann gekühlt
wird.
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Der Kraftfaktor, gemessen an einem Marconi-Q-Messer mit io Megperioden
je Sekunde, beträgt bei Zimmertemperatur o,3°,'0, und die Elektrizitätskonstante,
gemessen an derg gleichen Marconi-Q-Messer mit io Megperioden je Sekunde, beträgt
4,3 bei Zimmertemperatur.
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Beispiel 5 Polyäthylenterephthalatgarn, welches auf ungefähr 6oo°,'o
seiner ursprünglichen Länge kalt gezogen worden ist und welches 35 Denier besitzt,
wird auf einen mehradrigen Kupferleiter in der im Beispiel 3 angegebenen Weise aufgebracht.
Hierdurch entsteht ein ausgezeichneter isolierter Kupferleiter.
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Beispiel 6 Ein Mischgarn, bestehend aus Polyäthylenterephthalatgarn
von 105 Denier und Polyexamethylenadipamidgarn von 12o Denier, wird auf einen
Kupferdraht in der im Beispiel 3 angegebenen Weise aufgebracht. Dann wird er einer
Wärmebehandlung unterworfen, wie sie im Beispie14 beschrieben ist, um den Belag
zu schmelzen. Hierdurch entsteht keine vollkommene Vermischung der beiden Polymere,
jedoch entsteht ein fest haftender Belag mit guten Isolationseigenschaften.
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Beispiel 7 Ein Mischfaden, bestehend aus Polyäthylenterephthalatgarn
von 105 Denier und Polyakrylonitrilgarn von ioo Denier wird auf einen aus einem
Draht bestehenden Kupferleiter in der im Beispiel 3 beschriebenen Weise aufgebracht.
Es entsteht hierdurch ein gut isolierter Kupferleitungsdraht.
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Das gemäß den vorbeschriebenen Beispielen verwendete Polyäthylenterephthalat
wird in der im folgenden beschriebenen Weise hergestellt. 6o Teile Dimethylterephthalat,
89 Teile Äthylenglykol und o,oi Teil Magnesiumoxyd werden miteinander in einem Kessel
gemischt, der mit einer Rührvorrichtung, ,einem Dampfauslaß, einem Gaseinlaß und
einer
Auslaßöffnung versehen ist. Der Auslaß wird geschlossen, der
Rührer in Bewegung versetzt, und ein langsamer Strom von sauerstofffreiem Stickstoff
wird durch die Reaktionsmasse hindurchgeschickt, während diese allmählich auf ig/
° erwärmt und bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gehalten wird. Das abdestillierende
Methanol tritt durch den Dampfauslaß aus. Die Temperatur wird dann auf
277' erhöht und der Druck auf 0,3 mm Quecksilbersäule verringert.
Die Erwärmung wird unter diesen Bedingungen weitere 6 Stunden lang fortgesetzt,
wobei Äthylenglykol abdestilliert. Die Schmelze wird dann durch den Auslaß abgelassen
und gekühlt.
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Die innere Viskosität dieser Masse wird durch die Formel Loge ii festgestellt,
worin i die Viskosität einer verdünnten, beispielsweise o,i°%igen Lösung des linearen
Polyesters in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise einer Mischung von
Phenol und Tetrachloräthan im Gewichtsverhältnis 3:2, geteilt durch die Viskosität
des Lösungsmittels bei der Messungstemperatur, z. B. 25', in den gleichen Einheiten
und C die Konstante, ausgedrückt in Gramm je ioo ccm, der Lösung ist.
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Die in einigen der vorerwähnten Beispielen zur Anwendung gelangenden
Polyäthylenterephtalatfäden werden durch Schmelzspinnen des Polyäthylenterephthalats
bei 275 bis 280' durch eine zehnlochige Spinndüse hergestellt.