DE852259C

DE852259C - Elektrischer Isolierstoff

Info

Publication number: DE852259C
Application number: DED8199A
Authority: DE
Inventors: Earle Jennings Smith
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1946-01-21
Filing date: 1950-09-24
Publication date: 1952-10-13

Description

Elektrischer Isolierstoff Isolierstoffe können auf verschiedene Weise zur Isolierung von elektrischen Leitern verwendet werden. So können z. B. isolierende Gewebe mit Emaille getränkt werden, oder man kann die Emaille unmittelbar auf vorgeformte elektrische Leiter auftragen, die bei ihrer Verwendung oder Verlegung nicht gebogen zu werden brauchen. Die Emaille kann auch auf Drähte aufgetragen werden, die dann zu Magnetspulen verarbeitet werden, worauf die Emaille schließlich gehärtet wird. Bei diesem Verfahren läßt sich auch solche Emaille verwenden, die nach der Härtung den hohen Anforderungen an Emaille für Magnetdrähte nicht entspricht. Es besteht jedoch ein erhebliches Bedürfnis nach einer Emaille für Magnetdrähte, die auf den Draht aufgetragen und gehärtet werden kann und die, wenn sie danach bei der Verarbeitung der Drähte mechanischen Beanspruchungen, wie Biegen oder Recken, unterworfen wird, nicht beschädigt wird. Organische Harze, die sich zu diesem Zweck eignen, sind bekannt. Diese Harze sind jedoch nicht in dem großen Temperaturbereich brauchbar, dem elektrische Drähte oft ausgesetzt sind.
Um für Magnetdrähte geeignet zu sein, muß eine Isolationsemaille beim Erhitzen zu einem nicht klebrigen Zustand härtbar sein. Es muß einen oberhalb 38°, aber unterhalb 54o° liegenden Temperaturbereich geben, in dem bei konstanter Härtezeit eine gut gehärtete Emaille erhalten wird. Dieser Temperaturspielraum für das Härten des Harzes ist erwünscht, weil bei technischen Isolierverfahren keine genauen Betriebsbedingungen eingehalten werden. Die Emaille muß bei etwa 2oo° in weniger als i Stunde ausgehärtet sein.
Wird der mit Isolieremaille überzogene Draht urr einen Dorn von einem Durchmesser, der der Dicke des Drahtes entspricht, gewickelt, so darf die Emaille nicht beschädigt werden. Ebenso darf, wenn der Draht durch einen Ruck gebrochen wird, die Emaille nicht brechen oder sich als lose Hülle abschälen. Um diesen Anforderungen zu entsprechen, muß die Isolierschicht ganz bestimmte Eigenschaften aufweisen, und zwar hauptsächlich entsprechende Biegsamkeit, Streck. barkeit, Zähigkeit und festes Anhaften an der Metallfläche. Aus einem derart isolierten Draht hergestellte Magnetspulen werden häufig außerdem mit Harz getränkt, um die Spulen abzudichten. Das zum Abdichten verwendete Harz wird dann durch Erwärmen gehärtet. Die Isolationsemaille für Magnetdrähte soll deshalb einen so hohen Erweichungspunkt aufweisen, daß das zum Abdichten verwendete Harz gehärtet werden kann, ohne daß die Emaille der Magnetdrähte dabei weich wird.
Es sind bereits Siloxanharze bekannt, die beim Erwärmen härten. Diese Harze sind jedoch zur Verwendung als Isolationsemaille für Magnetdrähte wenig geeignet, da sie nicht den obigen Anforderungen entsprechen.
Es wurde nun gefunden, daß Siloxanharze, die im wesentlichen nur aus den Struktureinheiten C H3 Si 01,51 C e H5 Si O1,5, C H3 C e H5 Si O bestehen und die io bis 40 Molprozent Methylsiloxan-, mindestens 9, aber weniger als 25 Molprozent Phenylsiloxan= und 4o bis 7o Molprozent Monomethylmonophenylsiloxaneinheiten enthalten, ausgezeichnet als Isoliermittel für elektrische Drähte geeignet sind, da sie zähe, biegsame und streckbare Überzüge ergeben, die leicht härtbar sind.
Überraschenderweise zeigen die Harze, welche diese Struktureinheiten in den angegebenen Mengen enthalten, andere physikalische Eigenschaften als Harze, welche dieselben Struktureinheiten, aber in anderen Mengenverhältnissen, enthalten. So sind z. B. Harze, welche 4o bis 70 Molprozent Methylphenylsiloxaneinheiten und im übrigen entweder nur Methyl- oder Phenylsiloxaneinheiten enthalten, zur Verwendung als Emaille für Magnetdrähte nicht geeignet. Diese binären Harze versagen bei den beiden angeführten Versuchen, bei welchen der damit isolierte Draht um einen Dorn von der Dicke des Drahtes gewickelt bzw. ruckartig gebrochen wird. Wieso die erfindungsgemäß verwendeten Harze diesen Anforderungen entsprechen, während die beiden binären Harze versagen, ist nicht bekannt. Obgleich Methyl- und Phenylsiloxaneinheiten in mancher Beziehung gleichwertig sind, scheinen sie sich doch in dem erfindungsgemäßen Polymerisat verschieden zu verhalten. Wenn beide in den angegebenen Verhältnissen .zugegen sind, zeitigen sie Ergebnisse, die mit einer Komponente allein nicht zu erzielen sind. Zur Erklärung der abweichenden Eigenschaften der neuen Harze kann angenommen werden, daß bei der Eindickung des Harzes hauptsächlich Methylsiloxaneinheiten polymerisiert werden. Diese Polymerisation scheint durch die Gegenwart der anderen Siloxaneinheiten beeinflußt oder modifiziert zu werden. Die Phenylsiloxaneinheiten scheinen ein Erstarren der Harze während des Härtens zu verursachen. Daraus ist jedoch nicht zu schließen, daß die Phenylsiloxaneinheiten erst beim Härten in die Molekülstruktur des Polymerisats eintreten, denn es ist durchaus denkbar, daß die Phenylsiloxaneinheiten sowohl Bauteile des Copolymerisatmoleküls bilden, als auch aktive Zentren für die weitere Polymerisation darstellen, da die Phenylsiloxaneinheiten dreidimensional polymerisierbar sind.
Die neuen Harze können zur Isolierung in Lösungsmitteln gelöst auf den Draht aufgetragen und dann zum Härten gebracht werden. Es ist oft erwünscht, mehrere Lagen Emaille auf den Draht aufzutragen, um eine dicke Schicht aufzubauen. In diesem Fall wird der Draht abwechselnd überzogen und gehärtet. Nachdem die Emaille gehärtet ist, kann der Draht zu Magnetspulen verarbeitet werden.
Die Harze können auch mit weiteren Stoffen, wie Metall- oder Metalloxydpigmenten, gemischt Verwendung finden. Beispiel i Als Isoliermittel wird ein Harz verwendet, das 30 Molprozent Methylsiloxan-, 15 Molprozent Phenylsiloxan- und 55 Molprozent Monomethylmonophenylsiloxanstruktureinheiten enthält und das folgendermaßen hergestellt werden kann Es wird ein Gemisch aus 15,4 kg Methyltrichlorsilan, 10,53 kg Phenyltrichlorsilan und 35,2 kg Methylphenyldichlorsilan hergestellt. Ein Fünftel dieses Gemisches wird in 1141 Toluol und 381 Wasser, die sich in einem für indirekte Wärmeübertragung eingerichteten Kessel befinden, eingetragen, und zwar so langsam, daß bei der verfügbaren Kühlung die Kesseltemperatur unter 3o° bleibt. Dann wird die gebildete Wasserschicht entfernt und durch 38 1 frisches Wasser ersetzt, worauf ein weiteres Fünftel des Gemisches eingetragen wird. Die übrigen drei Fünftel werden in der gleichen Weise zugesetzt, wobei jeweils die wäßrige Schicht entfernt wird. Die Toluollösung des Harzes wird sodann mit Wasser gewaschen, bis das abfließende Waschwasser auf Bromkresolviolett neutral reagiert. Die wäßrige Schicht wird abgegossen. Das Toluol wird durch Destillation bis izo° entfernt, wobei der Rückstand 8o bis 9o °/o Feststoffe enthält. Das nach dem Abgießen noch zurückgebliebene Wasser wird als azeotropes Gemisch mit dem Toluol bei dessen Destillation abgeschieden. Der Rückstand wird dann auf 13o bis 18o° erhitzt und unter Vakuum auf dieser Temperatur gehalten, bis eine 5ogewichtsprozentige Toluollösung des Harzes eine Viskosität von 3o bis 40 cSt aufweist. Dann werden io °/o Toluol, berechnet auf das Gesamtgewicht des Harzes, zugesetzt, und die Erwärmung wird fortgesetzt, bis eine 5ogewichtsprozentige Toluollösung des Harzes eine Viskosität von 125 cSt aufweist. Dann wird das Harz sofort gekühlt und mit Toluol auf einen Feststoffgehalt von 50 ()/o verdünnt. Diese Lösung hat eine Viskosität von i bis 2 P.
Dieses Harz wird zum Isolieren von Magnetdraht verwendet, indem man den Draht sechsmal in die Harzlösung eintaucht und den Film dann jeweils härtet. Die Härtungstemperatur im Ofen schwankt zwischen 26o° am Eintritt und bis zu 435° am Austritt. Der Ofen ist 3,7 m lang. Die Härtezeit beträgt etwa eine halbe Minute, wenn man den Draht mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 7,5 m/min durchführt. Der so behandelte Draht besteht die beiden angegebenen Prüfungen.
Nach dem gleichen Verfahren wird ein Harz hergestellt, das 55 Molprozent Methylphenylsiloxan- und 45 Molprozent Phenylsiloxanstruktureinheiten enthält. Nach dem Härten büßt dieses Harz seine Biegsamkeit ein, wenn es i Stunde auf 25o° gehalten wird. Ein mit diesem Harz isolierter Magnetdraht versagt bei den beiden oben beschriebenen Prüfungen. Beispiel 2 Zur Isolierung von Magnetdrähten werden drei Siloxanharze der folgenden Zusammensetzung verwendet

Nr. i Nr2 Nr. 3

Molprozent I Molpr. ozent I Molprozent

C H3 Si o1 5 . . io 20 40

C B H5 Si O1,5 . 20 12 20

CH3C6H'Si0 70 68 40

Diese Harze werden aus den folgenden Stoffen gewonnen:

Nr. i Nr. 2 Nr. 3

kg kg k8

C H3 Si C13 . . . 1,5 2,99 5,98

C6H,SiC13 .. 4,23 2,54 4,23

CH3C,H,SiC12 13,4 13,0 7,64

Wasser ...... 33,6 33,9 38,o

Toluol....... 33,1 31,6 27,8

Die Chlorsilane werden gemischt und unter Rühren allmählich dem Wasser und Toluol zugesetzt, wobei das Reaktionsgemisch gekühlt und die Chlorsilane so langsam zugesetzt werden, daß die Temperatur sich auf etwa 25° hält. Die gebildeten zwei Schichten werden durch Abgießen getrennt, und die Toluollösung wird bei einer Temperatur von 3o bis 3,5° mit Wasser gewaschen, bis das Waschwasser auf Bromkresolviolett alkalisch reagiert. Dann wird die Lösung filtriert und das Lösungsmittel bei vermindertem Druck abgetrieben, wobei man die Temperatur bis 95° ansteigen läßt. Das Hydrolysat Nr. i wird 3 Stunden bei i55°, das Hydrolysat Nr. 2 wird 5,4 Stunden bei 155 bis 16o° und das Hydrolysat Nr.3 wird 9,8 Stunden bei 135 bis 15o° und 1,5 Stunden bei 18o° polymerisiert. Dann wird jeweils genügend Toluol zugesetzt, um Lösungen mit etwa 6o °/a Feststoffgehalt zu gewinnen.
Jede dieser Lösungen wird zum Isolieren vors Magnetdrähten verwendet und beim Prüfen in der angegebenen Weise als geeignet befunden.
Mit diesen Harzen überzogene Drähte eignen sich gut zur Herstellung von Magnetspulen, die dann mit Siloxanharzen abgedichtet werden sollen, da diese Harze hohe Erweichungspunkte aufweisen.
Wenn auch die erfindungsgemäßen Siloxane insbesondere für die Isolierung von elektrischen Drähten verwendet werden sollen, so können sie doch selbstverständlich auch überall da Verwendung finden, wo die Verwertung der Eigenschaften der Siloxane ihre Anwendung wünschenswert erscheinen läßt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verwendung von Siloxanharzen, die im wesentlichen nur die Struktureinheiten CH a Si 01,51 C,H,Si01,5, CH,C,H,SiO im Verhältnis io bis 40 Molprozent Methylsiloxan-, mindestens 9, aber weniger als 25 Molprozent Phenylsiloxan- und 4o bis 70 Molprozent Monomethylmonophenylsiloxaneinheiten enthalten, als elektrische Isolierstoffe, insbesondere für Drähte.