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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Jede dieser Lösungen wird zum Isolieren vors Magnetdrähten verwendet
und beim Prüfen in der angegebenen Weise als geeignet befunden.
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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.
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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.