EP0002224B1 - Process for manufacturing insulated binding wires by extrusion of thermoplasts and thermoplasts for carrying out this process - Google Patents
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- EP0002224B1 EP0002224B1 EP19780101407 EP78101407A EP0002224B1 EP 0002224 B1 EP0002224 B1 EP 0002224B1 EP 19780101407 EP19780101407 EP 19780101407 EP 78101407 A EP78101407 A EP 78101407A EP 0002224 B1 EP0002224 B1 EP 0002224B1
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing insulated winding wires by extrusion of partially crystalline thermoplastic polycondensates and thermoplastics which are particularly suitable for carrying out the method.
- Enamel-insulated winding wires so-called “enamelled wires” are precisely characterized in the German standard DIN 46435 from April 1977. They are used on a large scale in electrical engineering, transformer construction and electronics.
- the conductor metal preferably copper or aluminum, is insulated with a thin, but mechanically and thermally extremely resistant synthetic resin lacquer layer.
- Such enamelled wires are produced on wire enamelling machines by repeatedly applying an enamelled wire, i.e. in principle, the solution of an organic synthetic resin in a solvent, on the metal wire.
- the number of lacquer coats must be increased as much as possible and the layer thickness of the individual coats kept thin.
- an insulation layer of 15-34 fL is provided according to DIN 46435, for example.
- the baking process that follows each coat of paint causes the solvents to evaporate and the paint film to harden.
- the solvent vapors are removed from the baking chamber by a fan.
- the baking temperature for this process is between 300 and 550 ° C and depends on the lacquer base, the wire diameter, the chamber length and the take-off speed.
- Paint solutions according to the prior art contain solids contents in the range from approx. 20 to approx. 40%, i.e. the proportion of solvents to be evaporated is 60-80%.
- processing solutions are disadvantageous because the coating solutions are too viscous.
- Class I b German Ordinance on Hazardous Working Materials from 8.9.1975: Class I b, i.e. toxic and can be identified with a skull, even when mixed with other solvents, down to a cresol or xylenol content of 1%.
- Drahtlach dispersions (DE-A-2351078) and that of in Water-soluble wire enamel resin materials (DE-A-1720321 and DE-A-2605790), however, involve the problem of extremely energy-intensive evaporation of large amounts of water, the complete removal of which is absolutely necessary in order to obtain functional enameled wire insulation.
- thermoplastics which is characterized by the use of partially crystalline thermoplastic polycondensates with crystallite melting points above 170 ° C., preferably above 250 ° C. (see, for example, DE-A- 26 38 763).
- Such polyamides have the high melting points desired for the intended application, but the range between the melting point and the decomposition point is too narrow. In most cases, decomposition takes place even during the melting process, ie the polymers mentioned cannot be melted without decomposition. It is obvious that in such cases a Processing by "thermal forming" impossible or the processing latitude is too tight.
- part of the unbranched aliphatic diprimeric diamines can be replaced by linear aliphatic diamines with side groups, e.g. part of the hexamethylenediamine (1.6) is replaced by trimethylhexamethylenediamine, or part of the aromatic is replaced by aliphatic dicarboxylic acids.
- the present invention was based on the requirement to develop special polycondensates for the extrusion process with which the disadvantages described above can be avoided.
- dicarboxylic acid diamine molar ratio of 1: 1 as precisely as possible.
- 100 moles of diamine i.e. 100 moles of terephthalic acid. the sum of hexamethylenediamine and isophoronediamine-required.
- any molar ratio of hexamethylene diamine to isophorone diamine is possible.
- the melting point decreases with increasing isophoronediamine content - (the pure polyamide made of terephthalic acid and isophoronediamine has a melting point of 270-280 ° C) - a limitation of the isophoronediamine content is required for winding wires for which high softening temperatures (according to DIN 46453) are required values that are as low as possible, but still guarantee a flawless processing range, are advisable.
- the melting point of the polyamide already drops to 310-320 ° C.
- Such a polyamide can also be used with advantage, but the enamelled wires produced with it have a lower temperature index.
- the question of limiting the isophoronediamine content cannot therefore be answered in general.
- the isophorone diamine content should only be limited to a max. 15 mol% remain limited.
- a polyamide made with 8 mol% isophoronediamine has a melting point of 365-370 ° C. Noticeable decomposition begins at 380 ° C, so the product can still be processed. As the isophoronediamine content continues to decrease, the range between the melting point and the decomposition point becomes narrower and the difficulties become greater.
- a fine-grained polyamide composed of terephthalic acid, hexamethylene diamine (1) and isophoronediamine (2) in a molar ratio of (1) to (2) of 88:12 and in a molar ratio of terephthalic acid to total diamine of 1: 1, with a reduced viscosity ( ⁇ red ) of 0. 8 and a melting range of 340-350 ° C. was introduced into the filler neck of an extruder described in detail in DT-OS 2728883.
- the extruder temperatures from the inlet to the die were 290 ° C / 310 ° C / 325 ° C / 350 ° C / 360 ° C.
- Soft-annealed copper wire with a diameter of 0.6 mm was used, which first passed through a preheating section and, after passing through the coating zone in the extruder head, through a wiper nozzle that regulates the layer thickness.
- the coated wire was wound up, the take-off speed was 210 m / min.
- the total layer thickness applied was 60 ⁇ and thus corresponded to grade - 2 according to DIN 46435 from April 1977.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten durch Extrusion von teilkristallinen thermoplastischen Polykondensaten und zur Ausführung des Verfahrens besonders geeignete Thermoplaste.The present invention relates to a method for producing insulated winding wires by extrusion of partially crystalline thermoplastic polycondensates and thermoplastics which are particularly suitable for carrying out the method.
Lackisolierte Wickeldrähte, sogenannte "Lackdrähte", sind in der Deutschen Norm DIN 46435 von April 1977 genau charakterisiert. Sie kommen in großem Umfang im Elektromaschinenbau, Transformatorenbau und in der Elektronik zum Einsatz.Enamel-insulated winding wires, so-called "enamelled wires", are precisely characterized in the German standard DIN 46435 from April 1977. They are used on a large scale in electrical engineering, transformer construction and electronics.
Das Leitermetall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, ist mit einer dünnen, jedoch mechanisch und thermisch äußerst widerstandsfähigen Kunstharzlackschicht isoliert.The conductor metal, preferably copper or aluminum, is insulated with a thin, but mechanically and thermally extremely resistant synthetic resin lacquer layer.
Die Herstellung derartiger Lackdrähte erfolgt auf Drahtlackiermaschinen durch mehrfaches kontinuierliches Auftragen eines Drahtlackes, d.h. im Prinzip der Lösung eines organischen Kunstharzes in einem Lösemittel, auf den Metalldraht.Such enamelled wires are produced on wire enamelling machines by repeatedly applying an enamelled wire, i.e. in principle, the solution of an organic synthetic resin in a solvent, on the metal wire.
Un einen glatten, blasen- und lösungsmittelfreinen Lackfilm zu erzielen, muß die Anzahl der Lackaufträge soweit wie möglich erhöht und dabei die Schichtstärke des Einzelauftrages dünn gehalten werden.In order to achieve a smooth, bubble-free and solvent-free lacquer film, the number of lacquer coats must be increased as much as possible and the layer thickness of the individual coats kept thin.
Im allgemeinen werden 6-10 Einzelaufträge getätigt, die erforderlichen Schichtstärken sind dabei sehr stark durchmesserabhängig. Für einfach (1 L) isolierte Kupferrunddrähte von 1 mm Durchmesser ist nach DIN 46435 beispielsweise eine Isolierschicht von 15-34 fL vorgesehen.In general, 6-10 individual orders are placed, the required layer thicknesses are very dependent on the diameter. For simple (1 L) insulated copper round wires with a diameter of 1 mm, an insulation layer of 15-34 fL is provided according to DIN 46435, for example.
Der jedem Lackauftrag nachfolgende Einbrennprozeß bewirkt ein Verdampfen der Lösemittel und die Härtung des Lackfilms. Die anfallenden Lösemitteldämpfe werden durch einen Ventilator aus der Einbrennkammer entfernt. Die Einbrenntemperatur liegt bei diesem Prozeß zwischen 300 und 550°C und ist abhängig von der Lackbasis, dem Drahtdurchmesser, der Kammerlänge und der Abzugsgeschwindigkeit.The baking process that follows each coat of paint causes the solvents to evaporate and the paint film to harden. The solvent vapors are removed from the baking chamber by a fan. The baking temperature for this process is between 300 and 550 ° C and depends on the lacquer base, the wire diameter, the chamber length and the take-off speed.
Lacklösungen gemäß dem Stand der Technik enthalten Festkörpergehalte im Bereich von ca. 20 bis ca. 40%, d.h. der Anteil an zu verdampfenden Lösemitteln beträgt 60-80%. Bei Erhöhung des Festkörpergehaltes resultieren verarbeitungstechnisch ungünstige, weil zu hochviskose Lacklösungen.Paint solutions according to the prior art contain solids contents in the range from approx. 20 to approx. 40%, i.e. the proportion of solvents to be evaporated is 60-80%. When the solids content is increased, processing solutions are disadvantageous because the coating solutions are too viscous.
Als Lösemittel für die gängigen Drahtlacke kommen wegen ihrer großen Lösekraft, ihres verlauffördernden hohen Siedebereiches und nicht zuletzt wegen ihrer Preiswürdigkeit vorzugsweise die aus Stein- oder Braunkohlenteer gewonnenen isomeren Kresol- und Xylenolgemische im Verschnitt mit aromatischen Kohlenwasserstoffen zum Einsatz, bei einigen speziellen Drahtlacken werden auch N-Methylpyrolidon und Dimethylformamid verwendet.Because of their great solvent power, their high boiling range, which promotes the flow and not least because of their value for money, the isomeric cresol and xylenol mixtures obtained from tar or lignite tar mixed with aromatic hydrocarbons are used as solvents for the common wire enamels, with some special wire enamels also N -Methylpyrolidon and Dimethylformamid used.
Der oben skizzierte Stand der Tecknik bei der Herstellung lackisolierter Wickeldrähte muß ganz offensichtlich als unbefriedigend bezeichnet werden.The state of Tecknik outlined above in the manufacture of enamelled insulated winding wires must obviously be described as unsatisfactory.
Das Aufbringen einer Vielzahl von sehr dünnen Einzelaufträgen erfordert einen hohen technischen Aufwand und muß sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirken.The application of a large number of very thin individual orders requires a high level of technical effort and must have a negative impact on the economy of the process.
Die zwecks Erzielung optimaler Lackdrahteigenschaften unbedingt notwendige vollständige Entfernung der Lösemittel aus dem Reaktionsraum ist nur unter hohem Energieaufwand möglich.The complete removal of the solvents from the reaction space, which is absolutely necessary to achieve optimal enamelled wire properties, is only possible with high energy consumption.
Der parallel hierzu ablaufende Härtungsprozeß-bei den meisten Drahtlackharzen eine unter Abspaltung flüchitiger Kondensationsprodukte stattfindende Vernetzung-erfordert infolge der Notwendigkeit, wirtschaftlich vertretbare Abzugsgeschwindigkeiten zu erreichen, ebenfalls große Energiemengen.The hardening process running parallel to this - with most wire enamels a crosslinking taking place with elimination of volatile condensation products - also requires large amounts of energy due to the need to achieve economically acceptable take-off speeds.
Trotz dieses beträchtlichen Aufwandes sind die auf gängigen Maschinen erzielbaren Abzugsgeschwindigkeiten-beispielsweise bei 1 mm Kupferdrähten 25 m/min.-vergleichsweise gering.Despite this considerable effort, the take-off speeds which can be achieved on conventional machines - for example with 1 mm copper wires 25 m / min. - are comparatively low.
Die Gefährlichkeit der in Drahtlacken verwendeten kresolischen und sonstigen Lösemittel bei Berührung mit der Haut und bei Einatmung der Dämpfe wird durch folgende Daten für die vorzugsweise verwendeten Kresole und Xylenole dokumentriert:
- Maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) 1t. deutsch. Kommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe, 1977: 5 ppm bzw. 22 mg/m3.
- Maximum workplace concentration (MAK value) 1t. German. Commission for the Testing of Harmful Working Materials, 1977: 5 ppm or 22 mg / m 3 .
Deutsche Verordnung über gefährliche Arbeitsstoffe vom 8.9.1975: Klasse I b, d.h. giftig und mit Totenkopf zu kennzeichnen auch in Abmischungen mit anderen Lösungsmitteln bis auf einen Kresol- bzw. Xylenolgehalt von 1%.German Ordinance on Hazardous Working Materials from 8.9.1975: Class I b, i.e. toxic and can be identified with a skull, even when mixed with other solvents, down to a cresol or xylenol content of 1%.
Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) vom 28.8.74: Klasse I, d.h. die max. erlaubte Emission von Kresolen bzw. Xylenolen beträgt lediglich 20 mg/m3 Abluft.Technical instructions for keeping the air clean (TA-Luft) from 28.8.74: Class I, ie the max. allowed emission of cresols or xylenols is only 20 mg / m 3 exhaust air.
Zur Erfüllung der behördlichen Vorschriften, d.h. zur Vermeidung von Gesundheitsgefährdung sind also aufwendige Sicherheitsvorkehrungen notwendig.To comply with official regulations, i.e. To avoid health risks, complex safety precautions are necessary.
Bei den dem üblichen Stand der Technik entsprechenden Lackdrahtmaschinen werden die Lösemitteldämpfe wie erwähnt durch einen Ventilator aus der Einbrennkammer entfernt. Die Installation von Verbrennungskatalysatoren, durch welche ein Großteil der aus der Einbrennkammer anfallenden Lösemitteldämpfe vernichtet wird, führt zu einer beträchtlichen finanziellen Belastung und damit zur Verteuerung des Endproduktes.In the enamelled wire machines corresponding to the conventional art, the solvent vapors are removed from the baking chamber by a fan, as mentioned. The installation of combustion catalytic converters, through which a large part of the solvent vapors arising from the stoving chamber is destroyed, leads to a considerable financial burden and thus to an increase in the price of the end product.
Zur Überwindung der aus der Verwendung von Lösemitteln resultierenden Schwiergkeiten wurde bereits der Vorschlag gemacht, wäßrige Systeme zum Einsatz zu bringen.In order to overcome the difficulties resulting from the use of solvents, the proposal has already been made to use aqueous systems.
Sowohl die Verwendung von Drahtlach-Dispersionen (DE-A-2351078) als auch die von in Wasser gelösten Drahtlackharzeri (DE-A-1720321 und DE-A-2605790) beinhalten jedoch die Problematik der äußerst energieaufwendigen Verdampfung großer Wassermengen, deren vollständige Entfernung zum Erhalt einer funktionsfähigen Lackdrahtisolation zwingend notwendig ist.Both the use of Drahtlach dispersions (DE-A-2351078) and that of in Water-soluble wire enamel resin materials (DE-A-1720321 and DE-A-2605790), however, involve the problem of extremely energy-intensive evaporation of large amounts of water, the complete removal of which is absolutely necessary in order to obtain functional enameled wire insulation.
Zudem werden die oben geschilderten Umweltprobleme durch die bei wäßrigen Systemen bekanntlich bestehende Notwendigkeit der Modifizierung mit wechselnden Mengen organischer Hilfsmittel, wie z.B. hochsiedenden, als Verlaufsmittel fungierenden Lösemitteln, Dispergierund gegebenenfalls Verdickungsmitteln sowie vor allem durch organische, die Wasserlöslichkeit vermittelnde Amine allenfalls abgemildert.In addition, the environmental problems outlined above are compounded by the known need, in aqueous systems, to modify them with varying amounts of organic auxiliaries, such as high-boiling solvents which act as leveling agents, dispersing agents and, if appropriate, thickening agents and, above all, at most are mitigated by organic amines which impart solubility in water.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Isolierung von elektrischen Leitern mit Harzschmelzen, speziell von härtbaren Polyesterimiden (DE-A-2135157 und DE-A-2401027).Also known is a process for the insulation of electrical conductors with resin melts, especially curable polyesterimides (DE-A-2135157 and DE-A-2401027).
Die Verarbeitung von Schmelzen derart reaktiver Harze bei den zur Diskussion stehenden Temperaturen ist jedoch problematisch im Hinblick auf deren Lagerfähigkeit.The processing of melts of such reactive resins at the temperatures under discussion is problematic with regard to their shelf life.
Die nach diesem Verfahren erreichbaren Abzugsgeschwindigkeiten sind außerdem keinesfalls höher, vorzugsweise sogar erheblich niedriger als die konventioneller Lacke.The removal speeds that can be achieved by this process are also in no way higher, preferably even considerably lower than that of conventional lacquers.
Es wurde-u.a. von der Anmelderen-bereits ein Verfahren zur Herstellung von sogenannten lackisolierten Wickeldrähten durch Extrusion von Thermoplasten vorgeschlagen, das durch den Einsatz von teilkristallinen thermoplastischen Polykondensaten mit Kristallitschmelzpunkten oberhalb 170°C, vorzugsweise oberhalb 250°C, gekennzeichnet ist (vergl. z.B. DE-A-26 38 763).It has been the applicant has already proposed a process for the production of so-called enamel-insulated winding wires by extrusion of thermoplastics, which is characterized by the use of partially crystalline thermoplastic polycondensates with crystallite melting points above 170 ° C., preferably above 250 ° C. (see, for example, DE-A- 26 38 763).
Dieses Verfahren leistet einen entscheidenden Beitrag zur Überwindung der den bekannten Stand der Technik eindeutig belastenden Nachteile:
- 1. Da die nach diesem Verfahren zur Anwendung kommenden teilkristallinen Thermoplasten keinerlei Lösemittel oder sonstige toxische Substanzen enthalten, entfallen die aufwendigen Verbrennungsvorrichtungen und sonstigen zur Vermeidung von Gesundheitsgefährung erforderlichen Maßnahmen.
Dieses Verfahren ist also eindeutig unweltfreundlicher als die bisher angewendeten Verfahren. Die infolge des Wegfalls von Lösemittelverdampfung ein tretende Energieeinsparung trägt außerdem entscheidend zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bei. - 2. Die laut DIN 46435 vorgesehene Isolierschicht kann in einem Arbeitsgang aufgebracht werden. Vorteilhafterweise gilt dies auch für doppelt (2 L)-isolierte Drähte, bei denen nach DIN 46435 für Kupferrunddrähte von 1 mm Durchmesser beispielsweise eine Isolierschicht von 3O47 µ vorgesehen ist.
Das Verfahren ist also diesbezüglich gegenüber den bisher angewandten Verfahren (6-10 Durchzuge) eindeutig bevorzugt. - 3. Da verfahrensgemäß Thermoplaste zum Einsatz kommen, entfällt die bei den bisher angewandten Verfahren notwendige Härtungsreaktion, was wiederum eine beträchtliche Energieeinsparung zur Folge hat.
- 4. Als Konsequenz aus allen vorgenannten Punkten ergibt sich eine eindeutige und entscheidende Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit und damit der Wirtschaftlichkeit bei der Beschichtung von Leiterdrähten.
Bei 1 mm Kupferrunddrähten sind beispielsweise Geschwindigkeiten bis zu 500 m/min durchaus praktikabel, gegenüber dem herkömmlichen Verfahren läßt sich also die Geschwindigkeit problemlos um den Faktor 20 erhöhen.
- 1. Since the semi-crystalline thermoplastics used in accordance with this process contain no solvents or other toxic substances, the elaborate combustion devices and other measures necessary to avoid health risks are eliminated.
This process is therefore clearly more environmentally friendly than the processes previously used. The energy saving that occurs as a result of the elimination of solvent evaporation also makes a decisive contribution to improving the economy of the process. - 2. The insulating layer provided in accordance with DIN 46435 can be applied in one operation. This advantageously also applies to double (2 L) insulated wires, in which, according to DIN 46435, for example, an insulating layer of 3047 μ is provided for round copper wires of 1 mm diameter.
In this regard, the method is clearly preferred over the previously used methods (6-10 swipes). - 3. Since thermoplastics are used in accordance with the method, the hardening reaction required in the previously used methods is eliminated, which in turn results in considerable energy savings.
- 4. As a consequence of all of the above, there is a clear and decisive increase in the take-off speed and thus the economy in the coating of conductor wires.
With 1 mm round copper wires, for example, speeds of up to 500 m / min are quite practicable, so the speed can easily be increased by a factor of 20 compared to the conventional method.
Vor Einreichung der obengenannten DE-A-26 38 763 war die Verwendung von aliphatischen und araliphatischen Polyamiden als Isolationsmaterial für elektrische Leiter bekannt, und zwar die Beschichtung aus der Lösung, aus der Schmelze oder mit Filmen oder Bändern solcher Polyamide. Überzüge aus den genannten Polyamiden sind aber auch schon in Form von Schläuchen auf den elektrischen Leiter ausgespritzt und aufgeschrumpft worden, wobei die Regelung der Schichtstärke ausschließlich durch die Abzugsgeschwindigkeit erfolgte (vergl. US-A-2 348 536 und US-A-2 308 638).Before filing the above-mentioned DE-A-26 38 763, the use of aliphatic and araliphatic polyamides as insulation material for electrical conductors was known, namely coating from solution, from the melt or with films or tapes of such polyamides. However, coatings made from the polyamides mentioned have also been sprayed and shrunk onto the electrical conductor in the form of tubes, the layer thickness being regulated exclusively by the rate of removal (see US Pat. Nos. 2,348,536 and 2,308,638) ).
In den Beispielen obengenannter Anmeldung werden die Extrusionsbedingungen für Polyäthylenterephthalat, 6,6-Polyamid sowie Polyphenylensulfid sowie die Eigenschaften der entsprechenden Wickeldrähte beschrieben.In the examples of the abovementioned application, the extrusion conditions for polyethylene terephthalate, 6,6-polyamide and polyphenylene sulfide and the properties of the corresponding winding wires are described.
Darüber hinaus wird auch im Text auf die prinzipielle Eignung araliphatischer Polyamide aus aromatischen Dicarbonsäuren bzw. deren funktionellen Derivaten und unverzweigten aliphatischen diprimären Diaminen bzw. entsprechenden aliphatischen Dicarbonsäuren und aromatischen Diaminen hingewiesen, z.B. auf Polyamide aus
- Terephthalsäure und Hexamethylendiamin (1, 6),
- Terephthalsäure und Äthylendiamin,
- Terephthalsäure und Nonamethyleridiamin (1, 9),
- Terephthalsäure und Decamethylendiamin (1, 10),
- Adipinsäure und p-Phenylendiamin.
- Terephthalic acid and hexamethylenediamine (1, 6),
- Terephthalic acid and ethylenediamine,
- Terephthalic acid and nonamethyleridiamine (1, 9),
- Terephthalic acid and decamethylenediamine (1, 10),
- Adipic acid and p-phenylenediamine.
Derartige Polyamide weisen zwar die für die vorgesehene Anwendung erwünschten hohen Schmelzpunkte auf, jedoch ist die Spanne swischen Schmelzpunkt und Zersetzungspunkt zu eng. In den meisten Fällen findet sogar schon während des Schmelzvorganges eine Zersetzung statt, d.h. die genannten Polymeren sind nicht unzersetzt schmelzbar. Es liegt auf der Hand, daß in solchen Fällen eine Verarbeitung durch "thermische Umformung" unmöglich bzw. der Verarbeitungsspielraum zu knapp ist.Such polyamides have the high melting points desired for the intended application, but the range between the melting point and the decomposition point is too narrow. In most cases, decomposition takes place even during the melting process, ie the polymers mentioned cannot be melted without decomposition. It is obvious that in such cases a Processing by "thermal forming" impossible or the processing latitude is too tight.
Es wird in obengenannter Anmeldung bereits vorgeschlagen, im Falle sehr hockschmelzender Thermoplasten eine Auflockerung des kristallinen Gefüges und damit eine Herabsetzung des Schmelzpunktes durch Cokondensation mit Monomeren anderer Struktur durchzuführen.It is already proposed in the abovementioned application to loosen the crystalline structure in the case of very high-melting thermoplastics and thus to lower the melting point by cocondensation with monomers of a different structure.
Beispielsweise kann bei sehr hochschmelzenden oder nicht ohne Zersetzung schmelzenden araliphatischen Polyamiden ein Teil der unverzweigten aliphatischen diprimären Diamine durch lineare aliphatische Diamine mit Seitengruppen, z.B. ein Teil des Hexamethylendiamin (1,6) durch Trimethylhexamethylendiamin, oder ein Teil der aromatischen durch aliphatische Dicarbonsäuren ersetzt werden.For example, in the case of very high-melting or non-decomposing araliphatic polyamides, part of the unbranched aliphatic diprimeric diamines can be replaced by linear aliphatic diamines with side groups, e.g. part of the hexamethylenediamine (1.6) is replaced by trimethylhexamethylenediamine, or part of the aromatic is replaced by aliphatic dicarboxylic acids.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufage zugrunde, spezielle Polykondensate für das Extrusionsverfahren zu entwickeln, mit denen die oben geschilderten Nachteile vermieden werden können.The present invention was based on the requirement to develop special polycondensates for the extrusion process with which the disadvantages described above can be avoided.
Es wurde gefunden, -und das war weder durch den Stand der Technik nahegelegt, noch in irgendeiner Weise vorauszusehen,- daß das Verfahren zur Herstellung isolierter Wickeldrähte durch Extrusion von teilkristallinen thermoplastischen Polykondensaten zu besonders günstigen Ergebnissen führt, wenn araliphatische Polyamide mit Kristallitschmelzpunkten von mindestens 280° und Viskositätszahlen von mindestens 0,5 aus Terephthalsäure oder deren zur Amidbildung fähigen funktionellen Derivaten, Hexamethylendiamin und Isophorondiamin im Molverhältnis Dicarbonsäure zu Gesamtdiamin von 1:1 bis 1:1.1 mit Isophorondiamingehalten von mindestens 5 Mol % -bezogen auf Gesamtmol an Diamin-verwendet werden.It was found, and this was not suggested by the prior art, nor was it foreseen in any way, that the process for producing insulated winding wires by extrusion of partially crystalline thermoplastic polycondensates leads to particularly favorable results when araliphatic polyamides with crystalline melting points of at least 280 ° and viscosity numbers of at least 0.5 from terephthalic acid or its functional derivatives capable of amide formation, hexamethylenediamine and isophoronediamine in a molar ratio of dicarboxylic acid to total diamine of 1: 1 to 1: 1.1 with isophoronediamine contents of at least 5 mol%, based on the total mol of diamine, are used .
Die Viskositätszahl (auch unter dem Ausdruck reduzierte Viskosität bekannt, in der angelsächsischen Literatur als "viscosity number" oder "reduced specific viscosity" bezeichnet) ist durch folgende Beziehung definiert:
- t7 = Auslaufzeit der Polymerlösung in sec.
- 1]0 = Auslaufzeit des Lösemittels in sec.
- c = Konzentration der Polymerlösung in g/100 ml
- t 7 = run-out time of the polymer solution in sec.
- 1] 0 = solvent drain time in sec.
- c = concentration of the polymer solution in g / 100 ml
Die Synthese derartiger Polyamide, auf die hier kein Schutzanspruch erhoben wird, erfolgt in Anlehnung an allgemein bekannte Technologien zur Polyamidherstellung.The synthesis of such polyamides, to which no protection claim is made, is based on generally known technologies for the production of polyamides.
Zwecks Erhalts höhermolekularer Produkte ist die möglichst genaue Einhaltung eines Molverhältnisses Dicarbonsäure: Diamin von 1 : 1 notwendig. Zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Polyamide werden also für 100 Mol Terephthalsäure 100 Mol Diamin-d.h. die Summe aus Hexamethylendiamin und Isophorondiamin-benötigt.In order to obtain higher molecular weight products, it is necessary to maintain a dicarboxylic acid: diamine molar ratio of 1: 1 as precisely as possible. To produce the polyamides used according to the invention, 100 moles of diamine, i.e. 100 moles of terephthalic acid. the sum of hexamethylenediamine and isophoronediamine-required.
Prinzipiell ist jedes Molverhältnis von Hexamethylendiamin zu Isophorondiamin möglich. Da der Schmelzpunkt mit steigendem lsophorondiaminanteil jedoch sinkt-(das reine Polyamid aus Terephthalsäure und Isophorondiamin weist einen Schmelzpunkt von 270-280°C auf)-ist für solche Wickeldrähte, für die hohe Erweichungstemperaturen (nach DIN 46453) gefordert werden, eine Beschränkung des Isophorondiamingehalts auf möglichst niedrige, jedoch noch eine einwandfreie Verarbeitungsspanne garantierende Werte ratsam. So weisen beispielsweise Lackdrähte, die aus dem in Beispiel 1 beschriebenen Polyamid mit 12 Mol% Isophorondiamin-bezogen auf die Gesamtmenge an Diamin-mit einem Schmelzpunkt von 340-350°C hergestellt wurden, Erweichungstemperaturen (nach DIN 46453, auch "Wärmedruck" genannt) von 265-275°C auf, ein Wert, welcher nach DIN 46416, Teil 4, noch eine Zuordnung zum Typ W 155 (Temperaturindex 155) rechtfertigt. Ein solches Produkt läßt sich auf dem Extruder noch gut verarbeiten, da erst ab 385°C merkliche Zersetzung beginnt.In principle, any molar ratio of hexamethylene diamine to isophorone diamine is possible. However, since the melting point decreases with increasing isophoronediamine content - (the pure polyamide made of terephthalic acid and isophoronediamine has a melting point of 270-280 ° C) - a limitation of the isophoronediamine content is required for winding wires for which high softening temperatures (according to DIN 46453) are required values that are as low as possible, but still guarantee a flawless processing range, are advisable. For example, enamelled wires made from the polyamide described in Example 1 with 12 mol% isophoronediamine, based on the total amount of diamine, with a melting point of 340-350 ° C. have softening temperatures (according to DIN 46453, also called "thermal pressure") from 265-275 ° C, a value which, according to DIN 46416, part 4, justifies an assignment to type W 155 (temperature index 155). Such a product can still be processed well on the extruder, since noticeable decomposition only begins at 385 ° C.
Erhöht man dagegen den Isophorondiamin-Gehalt auf 20 Mol% bezogen auf die Gesamtmenge an Diamin, so sinkt der Schmelzpunkt des Polyamids bereits auf 310-320°C. Auch ein solches Polyamid kann durchaus mit Vorteil zum Einsatz kommen, allerdings weisen die hiermit hergestellten Lackdrähte einen niedrigeren Temperaturindex auf.However, if the isophoronediamine content is increased to 20 mol% based on the total amount of diamine, the melting point of the polyamide already drops to 310-320 ° C. Such a polyamide can also be used with advantage, but the enamelled wires produced with it have a lower temperature index.
Die Frage nach einer Limitierung des Isophorondiamin-Gehaltes läßt sich also nicht generell beantworten. Lediglich im speziellen Fall der Einsatzmöglichkeit für Lackdrähte des Typs W 155 (Temperaturindex 155) sollte der lsophorondiamin-Gehalt auf max. 15 Mol% beschränkt bleiben.The question of limiting the isophoronediamine content cannot therefore be answered in general. The isophorone diamine content should only be limited to a max. 15 mol% remain limited.
Ein mit 8 Mol% Isophorondiamin hergestelltes Polyamid weist einen Schmelzpunkt von 365-370°C auf. Ab 380°C beginnt merkliche Zersetzung, das Produkt istr also noch gerade verarbeitbar. Mit weiter abnehmendem Isophorondiamin-Gehalt wird die Spanne zwischen Schmelz- und Zersetzungspunkt immer enger und die Schwierigkeiten werden größer.A polyamide made with 8 mol% isophoronediamine has a melting point of 365-370 ° C. Noticeable decomposition begins at 380 ° C, so the product can still be processed. As the isophoronediamine content continues to decrease, the range between the melting point and the decomposition point becomes narrower and the difficulties become greater.
Um den Zersetzungsgrad während des Aufschmelzprozesses so niedrig wie möglich zu halten, ist eine kurze Verweilzeit der Harzschmelze im Extruder geboten. Jedoch sind Polyamide mit Isophorondiamin-Gehalten von unter 5 Mol%- bezogen auf die Gesamtmenge an Diamin-auch unter Ausschöpfung aller technologischen Möglichkeiten nicht mehr sinnvoll zu verarbeiten.In order to keep the degree of decomposition as low as possible during the melting process, a short residence time of the resin melt in the extruder is required. However, polyamides with isophoronediamine contents of less than 5 mol% - based on the total amount of diamine - can no longer be processed sensibly even when all technological possibilities have been exhausted.
Es sei noch erwähnt, daß für die neuen im Extrusionsverfahren isolierten Wickeldrähte z.Z. keine speziellen Prüfvorschriften vorliegen. Die Prüfung erfolgt daher gemäß DIN 46453 für lackisolierte Wickeldrähte, zumal die im Extrusionsverfahren isolierten Wickeldrähte für die gleichen Anwendungsgebiete wie erstere zum Einsatz kommen.It should also be mentioned that there are currently no special test regulations for the new winding wires insulated in the extrusion process. The test is therefore carried out in accordance with DIN 46453 for paint-insulated Winding wires, especially since the winding wires insulated in the extrusion process are used for the same areas of application as the former.
Ein feinkörniges Polyamid aus Terephthalsäure, Hexamethylendiamin (1) und Isophorondiamin (2) im Molverhältnis (1) zu (2) von 88 : 12 und im Molverhältnis Terephthalsäure zu Gesamtdiamin von 1 : 1, mit einer reduzierten Viskosität (ηred) von 0,8 und einem Schmelzbereich von 340-350°C wurde in den Einfüllstutzen eines in der DT-OS 2728883 im Detail beschriebenen Extruders eingegeben.A fine-grained polyamide composed of terephthalic acid, hexamethylene diamine (1) and isophoronediamine (2) in a molar ratio of (1) to (2) of 88:12 and in a molar ratio of terephthalic acid to total diamine of 1: 1, with a reduced viscosity (η red ) of 0. 8 and a melting range of 340-350 ° C. was introduced into the filler neck of an extruder described in detail in DT-OS 2728883.
Die Extruder temperaturen vom Einlauf bis zur Düse betrugen 290°C/ 310°C/ 325°C/ 350°C/ 360°C.The extruder temperatures from the inlet to the die were 290 ° C / 310 ° C / 325 ° C / 350 ° C / 360 ° C.
Diese Temperaturen betreffen die verschiedenen Heizzonen in der Extruderschnecke mit abgestufter Heizleistung. Dadurch wird das thermoplastische Material langsam auf die Endtemperatur gebracht.These temperatures affect the various heating zones in the extruder screw with graduated heating output. This slowly brings the thermoplastic material to the final temperature.
Zum Einsatz gelangte weichgeglühter Kupferdraht von 0,6 mm Durchmesser, der über eine Abspulvorrichtung zunächst eine Vorheizstrecke und nach Passieren der Beschichtungszone im Extruderkopf eine Abstreiferdüse, die die Schichtstärke reguliert, durchlief.Soft-annealed copper wire with a diameter of 0.6 mm was used, which first passed through a preheating section and, after passing through the coating zone in the extruder head, through a wiper nozzle that regulates the layer thickness.
Nach Passieren einer Kühlstrecke wurde der beschichtete Draht aufgespult, die Abzugsgeschwindigkeit betrug 210 m/min.After passing through a cooling section, the coated wire was wound up, the take-off speed was 210 m / min.
Die aufgetragene Gesamtschichtstärke betrug 60 µ und entsprach somit Grad -2 nach DIN 46435 vom April 1977.The total layer thickness applied was 60 µ and thus corresponded to grade - 2 according to DIN 46435 from April 1977.
Sofern nicht anders vermerkt, alle Werte gemäß DIN 46453, Teil 1, von April 1977.
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