EP0024674B1 - Verfahren zur Herstellung isolierter Wickeldrähte durch Aufextrudieren von Polyethylenterephtalat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung isolierter Wickeldrähte durch Aufextrudieren von Polyethylenterephtalat Download PDF

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EP0024674B1
EP0024674B1 EP80104919A EP80104919A EP0024674B1 EP 0024674 B1 EP0024674 B1 EP 0024674B1 EP 80104919 A EP80104919 A EP 80104919A EP 80104919 A EP80104919 A EP 80104919A EP 0024674 B1 EP0024674 B1 EP 0024674B1
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titanium dioxide
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extrusion
insulated winding
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Eberhard Kertscher
Hans-Georg Dr. Matthies
Rainer Dr. Theysohn
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BASF Coatings GmbH
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Dr Beck & Co AG
Beck Dr and Co GmbH
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    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
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    • H01B3/42—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes polyesters; polyethers; polyacetals
    • H01B3/421—Polyesters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
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    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/294—Coated or with bond, impregnation or core including metal or compound thereof [excluding glass, ceramic and asbestos]
    • Y10T428/2951—Metal with weld modifying or stabilizing coating [e.g., flux, slag, producer, etc.]
    • Y10T428/2953—Titanium compound in coating

Definitions

  • the present invention relates to an improved method for producing insulated winding wires by extrusion of thermoplastics.
  • Enamel-insulated winding wires so-called «enamelled wires» are precisely characterized in the German standard DIN 46 435 from April 1977. They are used to a large extent 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 enamel to the metal wire.
  • wire enamel dispersions and aqueous solutions of wire enamel resins as well as resin melts are already used for wire enamelling.
  • thermoplastics for thick-walled sheathing of electrical conductor bundles and for the production of conductor wires has long been known from the cable industry.
  • DE-OS 2 638 763 discloses a process for the production of enameled winding wires by extrusion of partially crystalline thermoplastic polycondensates with crystallite melting points above 170 ° C., preferably above 250 ° C.
  • fine, concentric cracks preferably form on the surface after rewinding the coated wires, which are apparently due to subsequent crystallization and thus shrinkage processes of the polymer.
  • the object of the invention was to improve the extrusion of thermoplastics for the production of winding wires so that cracking no longer occurs.
  • This object was achieved by a process for producing insulated winding wires by extruding polyethylene terephthalate, which is characterized in that polyethylene terephthalates filled with 5 to 15% by weight of titanium dioxide are used.
  • wires coated with polyethylene terephthalate with a titanium dioxide content of 4% by weight and 5% by weight were still in order after an observation period of 10 days, but when re-examined after a further 65 days the coating showed weakly pronounced fine hairline cracks.
  • titanium dioxide From the above, there is therefore the need for a minimum addition of 5% by weight of titanium dioxide. From the standpoint of cracking, an upper limit on the titanium dioxide content is not apparent. However, since film homogeneities occur when the titanium dioxide content is too high and lead, among other things, to a drop in the breakdown voltage, the titanium dioxide content should be limited to max. 15% by weight can be limited.
  • Polyethylene terephthalate can be used for practically all types produced in the fiber and plastics industry from terephthalic acid or dimethyl terephthalate and ethylene glycol.
  • the commercially available rutile and anatase types such as those used for coloring plastics and paints, are also used as titanium dioxide.
  • the titanium dioxide is expediently incorporated into polyethylene terephthalate on mixing extruders.
  • Polyethylene terephthalate (relative viscosity 1.33, K value according to Fikentscher 52, melting point according to DTA 255 ° C) Determination of the relative viscosity of a solution of polyethylene terephthalate (0.5 g) in 100 ml of a solvent consisting of 3 parts phenol and 2 parts o- Dichlorobenzene at 25 ° C with the help of an Ubbelohde viscometer la.
  • K-value is calculated according to Fikentscher from the relative viscosity) with 8% titanium dioxide (anatase type, Kronos AV from Kronos Titan GmbH) was placed in a filler neck in the DT-OS 2 728 883 entered extruder described in detail.
  • the extruder temperatures from the inlet to the Nozzles at the individual temperature measuring points were 240 ° C / 250 ° C / 260 ° C / 270 ° C / 270 ° C / 270 ° C / 280 ° C.
  • Soft-annealed copper wire with a diameter of 0.4 mm was used, which first passed a preheating section via a unwinding device and, after passing through the coating zone in the extruder head, a stripper nozzle which regulates the layer thickness. After passing through a cooling section, the coated wire was wound up; the take-off speed was 200 m / min. The applied total layer thickness was 31 ⁇ m and thus corresponded to grade 1 according to DIN 46435 from April 1977.
  • the coating was smooth and showed no cracks - even after rewinding (observation period 210 days).
  • polyethylene terephthalate with 4% by weight, 5% by weight, 6% by weight, 7% by weight, 10% by weight and 15% by weight of titanium dioxide was used.
  • the insulated winding wires were produced under the same conditions as described above.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten durch Extrusion von Thermoplasten.
  • Lackisolierte Wickeldrähte, sogenannte «Lackdrähte», sind in der Deutschen Norm DIN 46 435 vom April 1977 genau charakterisisiert. Sie kommen in grossem Umfang im Elektromaschinenbau, Transformatorenbau und in der Elektronik zum Einsatz.
  • Das Leitermetall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, ist mit einer dünnen, jedoch mechanisch und thermisch äusserst widerstandsfähigen Kunstharzlackschicht isoliert.
  • Die Herstellung derartiger Lackdrähte erfolgt auf Drahtlackiermaschinen durch mehrfaches kontinuierliches Auftragen eines Drahtlackes auf den Metalldraht. Im Hinblick auf die Schädlichkeit der in dem Drahtlack enthaltenen Lösungsmittel und auf die sich daraus ergebenden Umweltprobleme werden zur Drahtlackierung auch schon Drahtlack-Dispersionen und wässrige Lösungen von Drahtlackharzen sowie auch Harzschmelzen eingesetzt.
  • Alle diese bekannten Verfahren sind durch die damit erreichbaren verhältnismässig niedrigen Abzugsgeschwindigkeiten jedoch recht arbeits-und zeitaufwendig.
  • Aus der Kabetindustrie ist seit langem die Extrusion von Thermoplasten zur dickwandigen Ummantelung elektrischer Leiterbündel sowie zur Herstellung von Leitungsdrähten bekannt.
  • Aus der DE-OS 2 638 763 ist ein Verfahren zur Herstellung von lackisolierten Wickeldrähten durch Extrusion von teilkristallinen thermoplastischen Polykondensaten mit Kristallitschmetzpunkten oberhalb 170°C, vorzugsweise oberhalb 250 °C, bekannt.
  • Nachteilig. bei diesen teilkristallinen Polykondensaten, insbesondere- bei Polyethylenterephthalaten ist - wie erst neuerdings festgestellt wurde - die Neigung der Thermoplastbeschichtung zur Rissbildung..
  • Nach einer Lagerzeit von wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen bilden sich vorzugsweise nach dem Umspulen der beschichteten Drähte oberflächlich feine, konzentrisch verlaufende Risse aus, die offenbar auf nachträgliche Kristallisations- und damit Schrumpfungsprozesse des Polymeren zurückzuführen sind.
  • Es liegt auf der Hand, dass diese Risse, auch wenn sie nicht bis auf die Metalloberfläche durchgehen, eine gewisse Beeinträchtigung einiger Eigenschaften der Wickeidrähte darstellen.
  • Aufgabe der Erfindung war es, die Extrusion von Thermoplasten zur Herstellung von Wickeldrähten so zu verbessern, dass keine Rissbildung mehr auftritt.
  • Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten durch Aufextrudieren von Polyethylenterephthalat, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mit 5 bis 15 Gew.-% Titandioxid gefüllte Polyethylenterephthalate eingesetzt werden.
  • Obwohl der Zusatz von Titandioxid zu Kunststoffen aus der US-PS 3 287 489 sowie aus der AT-B-286639 zu einem anderen Zweck bekannt ist, war es überraschend und in keiner Weise vorhersehbar, dass durch Einarbeitung von Titandioxid in Polyethylenterephthalat die Tendenz der damit beschichteten Drähte zur Rissbildung merklich verringert wird. Bei einem Titandioxidgehalt oberhalb von 5 Gew.-% über einen längeren Beobachtungszeitraum wird die Rissbildung sogar völlig verhindert.
  • Dieser Befund ist umso überraschender, da andere Zusätze, wie z.B. Talkum, Kaolin, Bariumsulfat, keinen diesbezüglichen Effekt erkennen liessen.
  • So waren beispielsweise mit Polyethylenterephthalat beschichtete Drähte mit einem Titandioxid-Gehalt von 4 Gew.-% und 5 Gew.-% nach einem Beobachtungszeitraum von 10 Tagen noch in Ordnung, bei erneuter Begutachtung nach weiteren 65 Tagen zeigte die Beschichtung jedoch schwach ausgeprägte feine Haarrisse.
  • Mit 6 Gew.-% und 7 Gew.-% Titandioxid war die Beschichtung im gleichen Beobachtungszeitraum noch völlig in Ordnung, mit 8 Gew.-%, 10 Gew.-%, 15 Gew.-% und 30 Gew.-% Titandioxid darüber hinaus auch nach einem Beobachtungszeitraum von über 200 Tagen.
  • Aus dem Vorgenannten ergibt sich also die Notwendigkeit eines Mindestzusatzes von 5 Gew.-% Titandioxid. Vom Standpunkt der Rissbildung aus gesehen ist eine obere Grenze des Titandioxid-Gehaltes nicht ersichtlich. Da jedoch bei zu hohen Titandioxid-Gehalten Filminhomogenitäten auftreten, die u.a- zum Abfall der Durchschlagspannung führen, sollte der Titandioxid-Gehalt auf max. 15 Gew.-% begrenzt werden.
  • Als Polyäthylenterephthalat können praktisch alle in der Faser- und Kunststoffindustrie üblichen aus Terephthalsäure bzw. Dimethylterephthalat und Äthylenglykol hergestellten Typen Verwendung finden. Weiterhin kommen als Titandioxid die handelsüblichen Rutil- und Anatas-Typen, wie sie zur Einfärbung von Kunststoffen und Lacken verwendet werden, zum Einsatz. Die Einarbeitung des Titandioxids in Polyäthylenterephthalat erfolgt zweckmässigerweise auf Mischextrudern.
    • Beispiel
  • Polyäthylenterephthalat (relative Viskosität 1,33, K-Wert nach Fikentscher 52, Schmelzpunkt nach DTA 255°C Bestimmung der relativen Viskosität einer Lösung des Polyäthylenterephthalats (0,5 g) in 100 ml eines Lösungsmittels bestehend aus 3 Teilen Phenol und 2 Teilen o-Dichlorbenzol bei 25°C mit Hilfe eines Ubbelohde Viskosimeters la. Der sogenannte K-Wert wird nach Fikentscher aus der relativen Viskosität berechnet) mit 8% Titandioxid (Anatas-Typ, Kronos AV der Firma Kronos Titan GmbH) wurde in den Einfüllstutzen eines in der DT-OS 2 728 883 im Detail beschriebenen Extruders eingegeben.
  • Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur Düse betrugen an den einzelnen Temperaturmessstellen 240 °C/250 °C/260 °C/270 °C/270 °C/ 270°C/280°C.
  • Zum Einsatz gelangte weichgeglühter Kupferdraht von 0,4 mm Durchmesser, der über eine Abspulvorrichtung zunächst eine Vorheizstrecke und nach Passieren der Beschichtungszone im Extruderkopf eine Abstreiferdüse, die die Schichtdicke reguliert, durchlief. Nach Passieren einer Kühlstrecke wurde der beschichtete Draht aufgespult; die Abzugsgeschwindigkeit betrug 200 m/min. Die aufgetragene Gesamtschichtdicke betrug 31 µm und entsprach somit Grad 1 nach DIN 46435 vom April 1977.
    • Eigenschaften des Wickeldrahtes
  • Sofern nicht anders vermerkt, alle Werte gemäss DIN 46 453, Blatt 1, vom April 1977.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
  • Die Beschichtung war glatt und wies - auch nach erfolgtem Umspulen - keine Risse auf (Beobachtungszeitraum 210 Tage).
  • In weiteren Versuchen kam Polyäthylenterephthalat mit 4 Gew.-%, 5 Gew.-%, 6 Gew.-%, 7 Gew.-%, 10 Gew.-% und 15 Gew.-% Titandioxid zum Einsatz.
  • Die Herstellung der isolierten Wickeldrähte erfolgte unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben.
  • Die Abhängigkeit der Rissbildungstendenz vom Titandioxid-Gehalt ist aus der Textbeschreibung zu entnehmen.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten durch Aufextrudieren von Polyethylenterephthalat; dadurch gekennzeichnet, dass mit 5 bis 15 Gew.-% Titandioxid gefüllte Polyethylenterephthalate eingesetzt werden.
EP80104919A 1979-09-01 1980-08-19 Verfahren zur Herstellung isolierter Wickeldrähte durch Aufextrudieren von Polyethylenterephtalat Expired EP0024674B1 (de)

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