CN106489183A - 绝缘电线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种绝缘电线及其制造方法,该绝缘电线是使用铝导体的绝缘电线,在该铝导体上具有直接烧结含有羧基的清漆而成的密合层,在该密合层的外层具有绝缘层,进一步在该绝缘层的外层具有增强绝缘层。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘电线及其制造方法。
背景技术
变频器作为高效的可变速控制装置被安装在许多电气设备上。变频器以数kHz~数十kHz进行转换,对应这些脉冲会产生浪涌电压。变频器浪涌为下述现象:在其传输体系内在阻抗的不连续点、例如所连接的布线的始端、终端等发生反射,其结果为,施加最大为变频器输出电压的2倍的电压。特别是利用IGBT(Insurated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)等高速转换元件产生的输出脉冲的电压陡度高。由此即使连接电缆变短,浪涌电压也高,进而由于该连接电缆所导致的电压衰减也小,其结果产生变频器输出电压近2倍的电压。
在变频器相关设备、例如高速转换元件、变频器马达、变压器等的电气设备线圈中,作为磁导线主要使用为漆包线的绝缘电线。并且,如上所述,在变频器相关设备中,施加有该变频器输出电压近2倍的电压。因此,要求使作为构成这些电气设备线圈的材料之一的漆包线的变频器浪涌劣化为最小限度。
通常,局部放电劣化为电绝缘材料复杂地产生下述劣化的现象:由该局部放电而产生的带电粒子的碰撞所引起的分子链切断劣化、溅射劣化、局部温度上升所引起的热熔融或者热分解劣化、由放电所产生的臭氧所引起的化学劣化等。由此,有时由局部放电而劣化的电绝缘材料的厚度减少。
据认为,绝缘电线的变频器浪涌劣化也是按照与通常的局部放电劣化相同的机理进行的。即,由于变频器中产生的峰值高的浪涌电压,在绝缘电线中产生局部放电,因该局部放电,作为绝缘电线的被膜的漆包层发生劣化,即为高频局部放电劣化。
对于这样的绝缘电线的漆包层的劣化,可以利用局部放电起始电压高的绝缘电线来防止,考虑有在漆包层中使用相对介电常数低的树脂的方法、增加漆包层的厚度的方法。
但是,对于前者的方法,若还考虑漆包层所要求的其它特性(耐热性、耐溶剂性、可挠性等),则难以选择相对介电常数特别低的树脂。
此外,在后者的方法中为了满足绝缘击穿电压、局部放电起始电压等电特性,在经验上漆包层的厚度需要为60μm以上。
但是,为了由热固化性树脂构成的漆包层的厚膜化,在制造工序中多次通过高温的烧结炉时,在作为导体的铜表面上氧化铜被膜生长,导体与漆包层的密合力下降。其结果,存在可挠性等加工性大幅下降的问题。
此外,为了减少通过烧结炉的次数,使在一次烧结中涂布的厚度较厚时,存在清漆的溶剂未彻底蒸发而以气泡形式残留在漆包层中的缺点。
另一方面,对于马达而言,要求轻量化,利用铝导体进行线圈的大幅轻量化的开发。通过铝的使用,除了重量之外,还能够提高线圈用绕线中重要的弯曲容易性、即可挠性。
此外,通过在铝导体表面形成钝态,能够防止对于铜导体而成为问题的由于氧化覆膜的生长所导致的导体与漆包层的密合力的下降,能够防止线圈加工工序中的电线覆膜的损伤、电绝缘性能的下降。特别是能够制造磨耗性等机械强度高的绝缘电线。
但是,已知在漆包线的烧结中,通过增加烧结次数,施加在导体上的拉伸应力增高。此外,已知导体中使用铝的情况下,由于受热量的增加,导体的强度显著减小。因为这两个现象,在铝导体漆包线的情况下,存在导体直径的精度、导体的断裂强度因烧结次数的增加而下降等作为绕线的可靠性降低的问题。
以往,通过在漆包线的外侧设置被覆树脂来提高局部放电起始电压,除此之外,还进行了利用新设置的被覆树脂层来提高高耐热性、高耐磨耗性等特性的尝试。例如在专利文献1、2等中提出了在漆包层上设置挤出被覆层。另一方面,已知对于铝导体的漆包线实施挤出被覆的情况下,挤出树脂的温度高,因此铝导体与漆包层的密合力容易下降。但是,专利文献1和2中提出的技术没有对于导体与漆包层的密合力进行研究。在导体与漆包层的密合力低的状态下进行马达、变压器的线圈卷绕的情况下,由于线圈加工工序而容易在电线覆膜上产生损伤,其结果,产生电绝缘性能下降、制品的可靠性降低的问题。
在近年来的电气设备中,要求与以往相比进一步提高各种性能、例如耐热性、机械特性、化学特性、电特性、可靠性等。这些之中,对于作为宇宙用电气设备、航空机用电气设备、原子能用电气设备、能源用电气设备、汽车用电气设备用的磁导线使用的漆包线等绝缘电线而言,要求优异的耐磨耗性、耐热老化特性、耐溶剂性。例如在近年来的电气设备中,有时要求能够更长期间地维持优异的耐热老化特性。
此外,对于以马达、变压器为代表的电气设备,这些设备的小型化和高性能化不断进展,大量涌现将绝缘电线压入非常狭窄的部分进行使用的使用方式。具体而言,即使说根据能够向定子槽中加入几根电线来决定该马达等旋转机的性能也不为过。
其结果,作为提高导体的截面积相对于定子槽截面积的比例(占空系数)的手段,最近尝试了使用导体的截面形状与矩形(正方形、长方形)类似的平角线。已知平角线的使用对于占空系数的提高而言显示出明显的效果,但难以在平角导体上均匀涂布绝缘覆膜,特别是难以控制截面积小的绝缘电线的绝缘覆膜的厚度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公平7-031944号公报
专利文献2:日本特开昭63-195913号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题在于提供一种绝缘电线及其制造方法,该绝缘电线包含在铝导体或含有铝的合金导体上烧结热固化性树脂而成的密合层和两个以上的绝缘层,通过提高导体与漆包层的密合力,耐磨耗性和耐热老化特性均优异,此外抑制导体断裂强度的下降也优异,且局部放电起始电压高。
用于解决课题的手段
本发明人为了通过使用适当的涂料烧结出密合层,之后将热塑性树脂挤出被覆或带卷绕来解决上述现有技术具有的问题进行了深入研究。其结果发现,在含有铝的导体上直接烧结含有羧基的清漆形成密合层,在其外侧,结晶性树脂的情况下,被覆熔点为180℃以上的热塑性树脂作为绝缘层,非晶性树脂的情况下,被覆玻璃化转变温度为180℃以上的热塑性或热固化性树脂作为绝缘层,由此具有高的耐热性和电特性,进一步通过在外层设置增强绝缘层,能够得到高的局部放电起始电压而不增厚密合层的厚度。无需增厚密合层,因此无需增加烧结次数,即通过大幅降低施加在导体上的热量,能够防止导体的断裂强度的下降,从而能够长期间地维持优异的耐热老化特性。本发明是基于该见解而完成的。
即,本发明的上述课题利用下述手段实现。
(1)一种绝缘电线,其是使用铝导体的绝缘电线,其特征在于,在该铝导体上具有将含有羧基的清漆烧结而成的密合层,在该密合层的外层具有绝缘层,进一步在该绝缘层的外层具有增强绝缘层。
(2)如(1)所述的绝缘电线,其特征在于,上述密合层和上述绝缘层的厚度的总和为20μm以上85μm以下。
(3)如(1)或(2)所述的绝缘电线,其特征在于,构成上述绝缘层的树脂是熔点为180℃以上的结晶性树脂或玻璃化转变温度为180℃以上的非晶性树脂。
(4)如(1)~(3)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,上述清漆含有聚酰胺酸。
(5)如(1)~(4)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,上述增强绝缘层包含热塑性树脂。
(6)如(1)~(5)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,上述铝导体的铝的纯度为95%以上。
(7)如(1)~(6)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,构成上述绝缘层的树脂包含玻璃化转变温度为180℃以上的热固化性树脂,超过构成该绝缘层的树脂的50质量%的树脂为聚酰胺酰亚胺或/和聚酰亚胺。
(8)如(1)~(7)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,构成上述绝缘层的树脂包含玻璃化转变温度为180℃以上的热固化性树脂,超过构成该绝缘层的树脂的50质量%的树脂为聚酰胺酰亚胺和聚酰亚胺的混合树脂。
(9)如(1)~(8)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,上述增强绝缘层由含有选自聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺和聚苯硫醚的至少一种的热塑性树脂构成,且上述增强绝缘层是将该热塑性树脂挤出成型而成的。
(10)如(1)~(9)中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,上述铝导体的截面形状为矩形。
(11)一种绝缘电线的制造方法,其是使用铝导体的绝缘电线的制造方法,其特征在于,在该铝导体上烧结含有羧基的清漆形成密合层,在该密合层的外层设置绝缘层,然后在该绝缘层的外层将热塑性树脂挤出成型形成增强绝缘层,从而制造该绝缘电线。
在本说明书中,“~”以包含其前后记载的数值作为下限值和上限值的含义进行使用。
关于本发明的上述及其它特征和优点,适当参照附图根据下述记载会更加明确。
发明效果
本发明的铝导体绝缘电线的特征在于,导体与密合层以及密合层与绝缘层的密合力优异,耐磨耗性、耐热老化特性均优异,此外抑制导体断裂强度的下降也优异,且局部放电起始电压高。
附图说明
图1为导体截面为矩形的本发明的绝缘电线的示意性截面图。
图2为导体截面为圆形的本发明的绝缘电线的示意性截面图。
图3为导体截面为矩形且平坦面和边缘面的膜厚不同的绝缘电线的示意性截面图。
图4为示出容纳在定子槽中的两个以上的绝缘电线的容纳状态的示意性截面图。
具体实施方式
例如如图1和图2所示,本发明在铝导体1(以下也简称为“铝导体”)的外周具有至少一层密合层2和绝缘层3,在其外侧具有至少一层增强绝缘层4。
在本发明中,密合层2、绝缘层3和增强绝缘层4的总厚度优选为50μm以上,密合层2和绝缘层3的总厚度优选为85μm以下,增强绝缘层4的厚度优选为200μm以下。此外,构成绝缘层3的树脂的熔点或玻璃化转变温度优选为180℃以上。
需要说明的是,在图1和图2中,在增强绝缘层4的外侧进一步设置最外层5,但并非必须设置最外层5,增强绝缘层4可以为最外层5。
对于本发明的绝缘电线,铝导体与密合层的密合力和局部放电起始电压高,此外抑制导体断裂强度的下降的抑制也优异,且能够长期间地维持优异的耐热老化特性。
因此,本发明的绝缘电线适合作为耐热绕线用,可以用于例如变频器相关设备、高速转换元件、变频器马达、变压器等电气设备线圈、宇宙用电气设备、航空机用电气设备、原子能用电气设备、能源用电气设备、汽车用电气设备用的磁导线等。特别是能够优选用作耐变频器浪涌绝缘电线。
例如如图1所示,本发明的一个优选实施方式是:导体1具有矩形的截面,在该截面中,对置的一组两边和另一组两边的各个边均具有密合层2、绝缘层3和增强绝缘层4,在这些边中的至少对置的一组两边的各个边中,密合层2、绝缘层3和增强绝缘层4的总厚度均具有特定的厚度。
即,本发明的一个优选实施方式是一种绝缘电线,其在具有矩形截面的导体1的外周具有至少一层密合层2和绝缘层3,在其外侧具有至少一层增强绝缘层4,在该截面中,在对置的一组两边的各个边中,密合层2、绝缘层3和增强绝缘层4的总厚度均为50μm以上,密合层2和绝缘层3的总厚度均为85μm以下,增强绝缘层4的厚度均为200μm以下。
密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度更优选为50μm~250μm,进一步优选为80μm~230μm,特别优选为100μm~200μm。
通过使密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度为50μm以上,特别是能够提高局部放电起始电压和耐磨耗特性。通过使密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度为250μm以下,能够保持高的局部放电起始电压,同时能够提高定子槽内的导体占空系数。
密合层和绝缘层的总厚度优选为20μm~85μm,进一步优选为30μm~60μm,特别优选为35μm~50μm。
通过使密合层和绝缘层的总厚度为85μm以下,能够进一步抑制设置绝缘层时的导体的受热量,能够得到适当的断裂强度。此外,通过使密合层和绝缘层的总厚度为20μm以上,能够进一步抑制由于焊接等绕线加工时的热所导致的外观不良的产生。
增强绝缘层的厚度优选为30μm~200μm,进一步优选为50μm~180μm,特别优选为70μm~150μm。
该总厚度在各个边上可以相同,也可以不同,从相对于定子槽的占空系数的观点出发,优选如下那样不同。
即,在马达等的定子槽内发生的局部放电有在槽与电线之间发生的情况和在电线与电线之间发生的情况这两种。因此,通过使用下述绝缘电线,能够维持局部放电起始电压的值,同时能够提高导体的总截面积相对于马达的定子槽内的总截面积的比例(占空系数),所述绝缘电线在绝缘电线的截面形状中,设置在绝缘层的平坦面8上的增强绝缘层的厚度与设置在绝缘层的边缘面9的增强绝缘层的厚度不同。
需要说明的是,如图3所示,平坦面8表示在平角线的矩形导体1中对置的两边中的一对长边,边缘面9表示在平角线的矩形导体1中对置的两边中的一对短边。此外,将密合层、绝缘层、增强绝缘层、最外层等层合起来表示为被膜层7。
在槽10内呈一列排列边缘面9与平坦面8的厚度不同的电线(绝缘电线6)时,在槽10与电线(绝缘电线6)之间发生放电的情况下,如图4所示,按照相对于槽10厚膜面接触的方式排列,按照相邻的电线(绝缘电线6)间的膜厚较薄的方式排列。能够***与膜厚较薄相应的更多的根数,占空系数提高,且能够维持局部放电起始电压的值。同样地容易在电线(绝缘电线6)与电线(绝缘电线)之间发生放电的情况下,使膜厚较厚的面为与电线(绝缘电线6)接触的面,面向槽10的面薄时,不会使槽10的尺寸过度增大,因此占空系数提高,且能够维持局部放电起始电压的值。
在该优选的实施方式中,在形成于发生放电的两边的各个边上,若密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度均为规定厚度,则形成于另一组两边的总厚度即使比其薄,也能够维持局部放电起始电压,也能够提高导体的总截面积相对于马达的定子槽内的总截面积的比例(占空系数)。因此,在设置于一组两边和另一组两边的各个边上,关于密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度,只要发生放电的两边、即对置的至少一组两边的各个边的密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度均为50μm以上即可,优选一组两边和另一组两边、即四个边上均为50μm以上。
增强绝缘层的厚度在该截面的一对对置的两边和另一对对置的两边上不同的情况下,将一对对置的两边的厚度设为1时,另一对对置的两边的厚度优选为1.01~5的范围,更优选为1.01~3的范围。
(导体)
作为本发明的绝缘电线中的导体,能够广泛使用在绝缘电线中使用的铝(以下也简称为“铝”),优选铝的纯度(含量)为95%以上,更优选为98%以上,进一步优选为99%以上的高纯度的铝导体。若铝含量为95%以上,则能够抑制由于加热老化所导致的劣化。此外,氧成分少时,能够大幅降低焊接时引起外观不良的概率。
导体的横截面可以使用所期望的形状,可以为圆形(圆)、矩形(平角)或者六边形等任一形状,从相对于定子槽的占空系数的方面出发,优选具有圆形以外的形状,特别优选矩形。
对于导体的尺寸没有特别限定,截面为圆形的情况下,以直径计优选为0.3~3.0mm,更优选为0.4~2.7mm。
从抑制来自角部的局部放电的方面出发,平角形状的导体期望如图1和3所示那样在四角设置有倒角(曲率半径r)的形状。曲率半径r优选为0.6mm以下,更优选为0.2~0.4mm。
截面为矩形的情况下,对于导体的尺寸也没有特别限定,宽度(长边)优选为1~5mm,更优选为1.4~4.0mm,厚度(短边)优选为0.4~3.0mm,更优选为0.5~2.5mm。宽度(长边)与厚度(短边)的长度的比例优选为1:1~1:4。
(密合层)
在本发明中,密合层是与导体接触的热固化性树脂层,进一步只要接触的成分不变,则视为一层。即,只要由热固化性树脂形成为至少一层且直接涂布在导体上,则可以为一层,也可以为多层。需要说明的是,将含有热固化性树脂的清漆直接涂布在导体上进行烧结,为了增加厚度,多次使用相同的清漆反复进行涂布、烧结的情况下为一层。
在本发明中,若考虑覆膜整体的强度,则密合层的厚度优选小于20μm,另一方面,从相对于定子槽的占空系数的观点出发,上限值更优选为15μm以下,进一步优选为10μm以下,特别优选为5μm以下。
密合层的厚度的下限优选为1μm以上,更优选为3μm以上。
在本发明中,对于密合层,将含有羧基的清漆直接涂布在导体上并进行烧结而形成密合层。至少该清漆在清漆状态下所含有的树脂中存在羧基。
在本发明中,通过使用这样的清漆,无论烧结后的条件,都能够充分提高与铝导体的密合力。这是基于适量存在的羧基通过离子键、配位健与铝牢固地键合。
此处,具有羧基的树脂在聚合物主链或侧链直接具有羧基或通过连结基具有羧基、或在聚合物的主链或侧链的末端具有羧基,该羧基可以为无机或有机的盐,也可以由金属、醇等密封材保护。
具有羧基的树脂1g的酸值(将游离的酸中和所需的KOH的mg/g)优选为10~250mg/g,更优选为50~230mg/g,进一步优选为80~220mg/g。
作为具有羧基的树脂,有例如聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚酯酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酸的涂料,也可以为利用烧结进行反应而得到的树脂。
作为形成密合层的热固化性树脂,可以使用以往使用的热固化性树脂,可以举出例如聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酯酰亚胺(PEsI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺乙内酰脲改性聚酯、聚酰胺(PA)、缩甲醛、聚氨酯、聚酯(PEst)、聚乙烯醇缩甲醛、环氧树脂、聚乙内酰脲。从耐热性优异的方面出发,优选聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酯酰亚胺(PEsI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺乙内酰脲改性聚酯等聚酰亚胺系树脂。漆包树脂可以单独使用这些中的一种,此外也可以混合两种以上使用。
作为聚酰胺酰亚胺(PAI),没有特别限制,可以使用利用通常的方法在例如极性溶剂中使三羧酸酐和二异氰酸酯类直接反应而得到的聚酰胺酰亚胺、在极性溶剂中向三羧酸酐混合二胺类并用二异氰酸酯类进行酰胺化而得到的聚酰胺酰亚胺等。作为市售的聚酰胺酰亚胺,也可以使用HI-406(日立化成株式会社制、商品名)等。
作为聚酰亚胺(PI),没有特别限制,可以使用例如下述聚酰亚胺,使热固化性芳香族聚酰亚胺等通常的聚酰亚胺树脂、芳香族四羧酸二酐和芳香族二胺类在极性溶剂中反应得到聚酰胺酸(polyamic arid)溶液,使用该聚酰胺酸溶液,利用形成绝缘覆膜时的烧结时的加热处理使其酰亚胺化,由此使其热固化而得到的聚酰亚胺等。作为市售的聚酰亚胺,也可以使用U Imide(注册商标)(Unitika公司制)、U-Varnish(宇部兴产公司制、商品名)、HCI系列(日立化成公司制、商品名)、AURUM(注册商标)(三井化学公司制)等。
作为聚酯(PEst),没有特别限制,可以使用通过在芳香族聚酯中添加酚醛树脂等进行改性而得到的聚酯等。具体而言,可以举出耐热等级为H级的聚酯树脂,作为市售的H级聚酯树脂,可以使用Isonel200(Schenectady International公司制、商品名)等。
作为聚酯酰亚胺(PEsI),没有特别限制,可以使用下述聚酯酰亚胺,利用通常的方法,例如在极性溶剂中使三羧酸酐与二异氰酸酯类直接反应形成酰亚胺骨架后,在催化剂存在下,使二醇类反应而得到的聚酯酰亚胺、在极性溶剂中向三羧酸酐中混合二胺类形成酰亚胺骨架,之后使其与二醇类反应,由此合成的聚酯酰亚胺等。作为市售的聚酯酰亚胺,可以使用Neoheat 8200K2、Neoheat 8600、LITON 3300(均为东特涂料公司制、商品名)等。
作为聚醚酰亚胺(PEI),没有特别限制,可以使用下述聚醚酰亚胺,利用通常的方法,例如使芳香族四羧酸二酐与芳香族二氨基醚反应并进行加热得到的聚醚酰亚胺等。作为市售的聚醚酰亚胺,可以举出ULTEM(注册商标)(SABIC Innovative Plastics公司制)等。
此处,聚酰胺酸是将对苯二胺等芳香族二胺类和均苯四甲酸二酐等四羧酸二酐等作为原料,使其在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等溶剂中加成聚合而得到的。将含有聚酰胺酸的清漆涂布在导体上,在高温下进行烧结,由此除去溶剂,同时进行酰亚胺化反应,能够得到耐热性、耐化学药品性、电绝缘性优异的聚合物。
作为四羧酸二酐,没有特别限定,从提高耐热性、机械强度的方面出发,优选芳香族四羧酸。可以举出例如均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4’-氧双邻苯二甲酸酐和3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐等。这些之中,从反应性的观点出发,优选3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐。
作为芳香族二胺类,没有特别限定,可以举出例如邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基甲苯、2,5-二氨基甲苯、2,4-二氨基二甲苯、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、1,5-二氨基萘、2,6-二氨基萘、4,4’-二氨基三联苯、4,4’-二氨基联苯甲烷、1,2-双(苯胺基)乙烷、二氨基联苯砜、2,2-双(对氨基苯基)丙烷、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二苯基醚、1,4-双(对氨基苯氧基)苯、4,4’-双-(对氨基苯氧基)联苯。
存在于热固化性树脂中的羧基在不阻碍树脂性能的量的范围通过与铝导体相互作用,示出导体与密合层的密合性优异的效果,因此作为热固化性树脂的酸值(将游离的酸中和所需的KOH的mg/g),优选为10~250mg/g,更优选为50~230mg/g,进一步优选为80~220mg/g。
作为树脂的清漆化中使用的溶剂,只要不阻碍热固化性树脂的反应,则没有特别限制,可以举出例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等酰胺系溶剂、N,N-二甲基亚乙基脲、N,N-二甲基亚丙基脲、四甲基脲等脲系溶剂、γ-丁内酯、γ-己内酯等内酯系溶剂、碳酸亚丙酯等碳酸酯系溶剂、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮系溶剂、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、乙基卡必醇乙酸酯等酯系溶剂、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚等乙二醇二甲醚系溶剂、甲苯、二甲苯、环己烷等烃系溶剂、环丁砜等砜系溶剂。
这些之中,从高溶解性、高反应促进性等方面出发,优选酰胺系溶剂、脲系溶剂,从不具有容易阻碍由于加热所导致的交联反应的氢原子等方面出发,更优选N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基亚乙基脲、N,N-二甲基亚丙基脲、四甲基脲,特别优选N-甲基-2-吡咯烷酮。
此外,从减少烧结次数的观点出发,清漆中的树脂浓度优选高浓度,优选为15~55质量%,更优选为30~45质量%。
(绝缘层)
作为可用于绝缘层的热塑性树脂,可以举出聚酰胺(PA)(尼龙)、聚缩醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(包括改性聚苯醚)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、间规立构聚苯乙烯树脂(SPS)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、超高分子量聚乙烯等通用工程塑料,此外可以举出聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳酯(PAR)、聚醚酮(PEK)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚醚酮(PEEK)、非晶性热塑性聚酰亚胺树脂、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酯酰亚胺(PEsI)、液晶聚酯等超级工程塑料,进一步可以举出以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)为基体树脂的聚合物合金、ABS/聚碳酸酯、聚苯醚/尼龙6,6、聚苯醚/聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯/聚碳酸酯等包含上述工程塑料的聚合物合金。
在本发明中,从耐热性和耐应力开裂性的方面出发,可以特别优选使用间规立构聚苯乙烯树脂(SPS)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚醚酮(PEEK)、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)。
此外,使用树脂并不受到上述所示的树脂名限定,除了之前列举的树脂以外,只要是性能比这些树脂优异的树脂,则当然可以使用。
这些之中,作为结晶性热塑性树脂,可以举出例如聚酰胺(PA)、聚缩醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、超高分子量聚乙烯等通用工程塑料、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚芳醚酮(PAEK)(包括改性PEEK)、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)。此外,可以举出使用上述结晶性树脂的聚合物合金。另一方面,作为非晶性热塑性树脂,可以举出例如聚碳酸酯(PC)、聚苯醚、聚芳酯、间规立构聚苯乙烯树脂(SPS)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯并咪唑(PBI)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯砜(PPSU)、非晶性热塑性聚酰亚胺树脂等。
作为可用于绝缘层的热固化性树脂,可以举出例如聚酰亚胺(PI)、聚酯酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、聚苯并咪唑等。需要说明的是,这些热固化性树脂可以进行改性,可以举出例如二氧化硅杂化聚酰亚胺等。
在本发明中,从可挠性和耐热性均优异的方面出发,优选聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺,更优选聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺。
此外,除了上述列举的树脂以外,只要是性能比这些树脂优异的树脂,则当然可以使用。
在本发明中,可以在不影响特性的范围对形成绝缘层的热固化性树脂混配气泡成核剂、抗氧化剂、抗静电剂、紫外线防止剂、光稳定剂、荧光增白剂、颜料、染料、相容剂、润滑剂、强化剂、阻燃剂、交联剂、交联助剂、增塑剂、增粘剂、减粘剂和弹性体等各种添加剂。此外,与绝缘层不同,所得到的绝缘电线中可以层积由含有这些添加剂的树脂构成的层,也可以涂布含有这些添加剂的涂料。
在本发明中,这些热塑性树脂和热固化性树脂中,对于结晶性的热塑性树脂,熔点优选为180℃以上,更优选为240℃以上,进一步优选为250℃以上。此外,对于非晶性的热塑性树脂或热固化性树脂,玻璃化转变温度优选为180℃以上,更优选为240℃以上,进一步优选为250℃以上。这些树脂中,最优选热固化性树脂。
需要说明的是,在本发明中,对于熔点、玻璃化转变温度的上限没有特别限定,但现实中熔点为450℃以下,非晶性树脂的玻璃化转变温度为350℃以下。
此处,构成绝缘层的树脂为混合两种以上树脂而得到的混合树脂的情况下,为在混合树脂中得到的熔点、玻璃化转变温度,其中,将在最高温度观测的值作为能力值。
例如作为熔点为180℃以上的结晶性的热塑性树脂,可以举出热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)(Tm.388℃)、聚苯硫醚(PPS)(Tm.275℃)、聚醚醚酮(PEEK)(Tm.340℃)、聚芳醚酮(PAEK)(Tm.340℃)、聚酯酰亚胺(PEsI)(Tm.180℃),优选聚苯硫醚或聚酯酰亚胺。
作为玻璃化转变温度为180℃以上的非晶性的热塑性树脂或热固化性树脂,可以举出热塑性聚酰亚胺树脂(Tg.250℃)、聚酰亚胺(PI)(Tg.400℃以上)、聚酰胺酰亚胺(PAI)(Tg.280~290℃)、间规立构聚苯乙烯树脂(SPS)(Tg.280℃)、聚酯酰亚胺(PEsI)(Tg.180℃)等,其中,优选聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺。
熔点可以通过使用差示扫描热量分析装置“DSC-60”(岛津制作所制),对样品10mg、升温速度5℃/分钟的条件下的熔化点进行观测而测定。玻璃化转变温度可以与熔点同样地通过使用DSC-60,对样品10mg、升温速度5℃/分钟的条件下的玻璃化转变温度进行观察而测定。
在本发明中,绝缘层的玻璃化转变温度为180℃以上的热固化性树脂的主要成分优选聚酰胺酰亚胺或/和聚酰亚胺。
此处,主要成分是指超过构成绝缘层的树脂的50质量%,优选为55质量%以上,更优选为65质量%以上,进一步优选为75质量%以上。
此外,玻璃化转变温度为180℃以上的热固化性树脂层也优选聚酰胺酰亚胺和聚酰亚胺的混合物,以质量比计聚酰胺酰亚胺:聚酰亚胺优选为5:95~95:5,更优选为20:80~80:20。
构成增强绝缘层,维持高的耐热性、耐磨耗性,并且使局部放电增高的情况下,与较厚地烧结作为密合层和绝缘层的热固化性树脂的情况相比,即使是可以实现高的局部放电起始电压程度地进行厚膜化,也能够减少形成密合层和绝缘层时通过烧结炉的次数,能够维持导体与密合层的密合力。从能够防止密合力的下降的方面出发,绝缘层的厚度优选为2μm以上85μm以下,更优选为15μm以上50μm以下,进一步优选为20μm以上30μm以下。
此外,为了不损害绝缘电线所需的特性、即耐电压性、耐热性,优选密合层具有一定程度的厚度。热固化性树脂的每次烧结的厚度只要是不产生针孔的程度的厚度,则没有特别限制,优选为2μm以上,进一步优选为6μm以上。
在该优选的实施方式中,设置在一组两边和另一组两边的密合层和绝缘层的总厚度在至少一组两边的各个边的总厚度均为85μm以下。
在矩形的铝导体上烧结热固化性树脂的方法可以为常规方法,可以举出例如使用呈导体形状相似形的清漆涂布用模具的方法、若导体截面形状为矩形,则使用形成为井字状的被称为“万能模具”的模具的方法。这些涂布有树脂清漆的导体利用常规方法在烧结炉中进行烧结。通过将含有上述绝缘层的树脂清漆在导体上涂布一次、优选涂布两次以上并进行烧结,能够形成热固化性树脂的覆膜层。具体的烧结条件受其使用的炉的形状、风速的影响,但若为约5m的自然对流式的竖型炉,则可以通过在400~500℃将通过时间设定为10~90秒来达成。
将热塑性树脂被覆在漆包线上的方法可以为常规方法,可以举出例如将所得到的漆包线作为芯线,使用挤出机的螺杆将热塑性树脂挤出被覆在漆包线上的方法。此时,按照挤出被覆树脂层的截面的外形的形状成为与导体的形状为相似形,且得到规定的边部和角部的厚度的形状的方式,在热塑性树脂的熔点以上的温度(非晶性树脂的情况下为玻璃化转变温度以上),使用挤出模具进行热塑性树脂的挤出被覆。
需要说明的是,也可以使用有机溶剂等和热塑性树脂形成热塑性树脂层。
(增强绝缘层)
对于本发明的绝缘电线中的增强绝缘层,为了得到局部放电起始电压高的绝缘电线,在密合层和绝缘层的外侧设置至少一层,可以为一层,也可以为多层。
增强绝缘层只要选自热塑性树脂或热固化性树脂即可,此外,形成增强绝缘层的方法可以为挤出成型,也可以为绝缘带卷绕。
增强绝缘层为热塑性树脂的情况下,为了使其覆膜厚度稳定化,优选挤出成型。作为耐热性、耐化学药品性优异的热塑性树脂,在本发明中,优选例如工程塑料或超级工程塑料的热塑性树脂。
作为可以进行带卷绕的增强绝缘层,可以使用聚酰胺绝缘纸、聚酰亚胺绝缘纸、阻燃性聚酯系膜等。从具备可挠性和耐热性的方面出发,作为聚酰胺绝缘纸,在本实施例中,使用NOMEX(注册商标)纸(芳族聚酰胺(全芳香族聚酰胺)聚合物纸、杜邦株式会社制)。特别是具有高耐热性的情况下,也可以使用Kapton(注册商标)膜(聚酰亚胺膜、东丽杜邦株式会社制)等。除此之外,可以根据特性使用DIALAMY(注册商标)(阻燃性聚酯系膜、三菱树脂株式会社制)、VULCANIZED纤维纸(东洋纤维株式会社制、商品名)等。
若利用清漆烧结以外的成型方法进行增强绝缘层的成型,则无需增加烧结工序,即能够大幅减少施加在导体上的热量,因此耐热老化特性、加工性提高,从而是优选的。
对于增强绝缘层,从粘接强度和耐溶剂性优异的方面出发,优选玻璃化转变温度或熔点为250℃以上的热塑性树脂,更优选270℃以上的热塑性树脂。增强绝缘层中使用的树脂的玻璃化转变温度或熔点优选为例如200℃以上,更优选为300℃以上。热塑性树脂的玻璃化转变温度或熔点可以利用差示扫描热量分析(DSC)通过上述方法进行测定。需要说明的是,对于熔点,只要为后述的值以上即可。
作为形成增强绝缘层的热塑性树脂,可以举出例如聚醚醚酮(PEEK)(Tm.340℃)、改性聚醚醚酮(modified-PEEK)(Tm.340℃)、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)(Tm.388℃)、具有芳香环的聚酰胺(以下称为芳香族聚酰胺)(Tm.306℃)、具有芳香环的聚酯(以下称为芳香族聚酯)(Tm.220℃)、聚醚酮(PEK)(Tm.373℃)、聚苯硫醚(PPS)(Tm.275℃)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)(Tm.228℃)等。这些之中,优选选自由聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)、芳香族聚酰胺、聚苯硫醚和聚对苯二甲酸丁二酯组成的组中的至少一种热塑性树脂,更优选聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)或聚苯硫醚,进一步优选聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)或聚苯硫醚。
这些热塑性树脂中,使用熔点为180℃以上、优选相对介电常数为4.5以下的热塑性树脂。热塑性树脂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。需要说明的是,热塑性树脂只要是至少熔点为180℃以上,则可以混合其它树脂、弹性体等。
增强绝缘层的厚度优选为200μm以下,从实现本发明的效果的方面出发,更优选为180μm以下,进一步优选为130μm以下。若增强绝缘层的厚度过厚,则有时无论后述的增强层的覆膜结晶度的比例,在将绝缘电线卷绕至铁芯上并进行加热时都在绝缘电线表面产生白色化的位置。如此,若增强绝缘层过厚,则树脂层本身具有刚性,因此作为绝缘电线的可挠性不足,有时影响加工前后的电绝缘性维持特性、特别是耐热老化特性。
另一方面,从能够防止绝缘不良的方面出发,增强绝缘层的厚度优选为20μm以上,更优选为50μm以上,进一步优选为60μm以上。
在该优选实施方式中,设置在一组两边和另一组两边的增强绝缘层的厚度分别优选为200μm以下,更优选为180μm以下,进一步优选为130μm以下。
在本发明中,对于结晶性的热塑性树脂的结晶度没有特别限定,例如优选为30~100%,更优选为50~100%。
结晶度是可以使用差示扫描热量分析(DSC)测定的值,表示结晶性的热塑性树脂规律排列的程度。对于结晶度,例如在热塑性树脂中使用聚苯硫醚(PPS)的情况下,适量采取无发泡区域,例如以5℃/分钟的速度使其升温,计算出在超过300℃的区域观察到的起因于熔化的吸热量(熔化热量)和在150℃周边观察到的起因于结晶化的放热量(结晶化热量),将相对于熔化热量的从熔化热量减去结晶化热量所得到的热量的差作为结晶度。以下示出计算式。
计算式:结晶度(%)=[(熔化热量-结晶化热量)/(熔化热量)]×100
需要说明的是,使用PPS以外的结晶性的热塑性树脂的情况下,熔化峰值和结晶峰值温度也不同,但可以与上述计算式同样地计算出结晶度。
结晶度可以通过例如热塑性树脂层刚成型之前的导体侧的预热进行调整。通常,导体侧的预热温度极度低于热塑性树脂层的成型温度的情况下,结晶度低,预热温度高的情况下,热塑性树脂的结晶度增高。
(最外层)
此处的最外层能够赋予与绝缘性能不同的功能。可以举出例如熔接层、耐电晕放电层、耐局部放电层、半导电层、耐光层、着色层。其结果,即使作为绝缘电线被膜的绝缘性能发生变化也不会成为问题。此外,并非必须设置最外层,上述增强绝缘层可以成为最外层。
最外层不是上述增强绝缘层的情况下,最外层的厚度优选为5~50μm,更优选为10~30μm。
在本发明中,密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度优选为50μm以上。若总厚度为50μm以上,则绝缘电线的局部放电起始电压为1000Vp以上,能够防止变频器浪涌劣化。从能够表现出更高的局部放电起始电压,能够高度防止变频器浪涌劣化的方面出发,该总厚度更优选为75μm以上,进一步优选为100μm以上。
在该优选实施方式中,设置在一组两边和另一组两边的密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度分别为50μm以上。如此,若使密合层和绝缘层的总厚度为85μm以下、增强绝缘层的厚度为200μm以下、且密合层、绝缘层和增强绝缘层的总厚度为50μm以上,则至少能够满足绝缘电线的局部放电起始电压的提高、即变频器浪涌劣化的防止、导体和密合层的粘接强度和覆膜的粘接强度。需要说明的是,导体上的总覆膜的总厚度优选为280μm以下,考虑到加工前后的电绝缘性维持特性,为了没有问题地进行加工,更优选为250μm以下。
因此,该优选实施方式中的绝缘电线的导体与密合层以高粘接强度密合。导体与覆膜的加工性按照例如与JIS C 3216-3绕线试验方法的、5.可挠性和密合性、5.1卷绕试验相同的要领进行,以直至产生密合层的***为止的转数进行评价。
如后所述,该优选实施方式中的绝缘电线的铝导体与密合层的粘接强度优异,进一步耐热老化特性等也优异。
此外,该优选实施方式中的绝缘电线的耐热老化特性优异。该耐热老化特性是用于确保可靠性的指标,所述可靠性是指即使在高温环境下使用,长期间绝缘性能也不会下降,例如可以将依据JIS C 3216-3绕线试验方法的、5.可挠性和密合性、5.1卷绕试验卷绕得到的绝缘电线放置在190℃高温槽中1000小时后,目视评价覆膜上有无产生的龟裂。该优选实施方式中的绝缘电线即使在高温环境下使用,在静置更长时间、例如静置1500小时后,也能够维持耐热老化特性。
该优选实施方式中的绝缘电线在1000小时自然不用说,即使在1500小时,在覆膜的任一层上也没有确认到龟裂,耐热老化特性优异,即使在高温环境下使用,也能够更长期间地确保可靠性。
如上所述,本发明的绝缘电线通过在铝导体上构成烧结含有羧基的清漆而成的热固化性树脂层作为适当的密合层,在密合层的外层具备具有耐热性的绝缘层和增强绝缘层,能够提供一种最近绝缘电线所要求的、耐磨耗性和耐热老化特性均优异的铝导体绝缘电线,进一步通过密合层的烧结次数的减少,铝导体的受热量也减少,从而能够抑制导体断裂强度的下降。此外,单向磨耗试验成为将绝缘电线向马达等加工时受损程度的指标。
绝缘电线加工后的导体断裂强度参照例如JIS C 3216-3绕线试验方法的、JA5.2密合性的、JA.5.2.2漆包平角线,将加工后的绝缘电线的密合层、绝缘层、增强绝缘层、最外层剥离而使导体露出,对于该导体,采取3个长度约35cm的试验片,对于各个试验片,可以按照将标线距离设为250mm,以每分钟300mm的拉伸速度伸长至断裂为止时的强度进行评价。需要说明的是,作为具有充分强度的绕线,测定值优选为20N/mm2以上,作为具有良好强度的绕线,更优选为40N/mm2以上。
耐磨耗性可以在25℃,按照与JIS C 3216-3绕线试验方法的、6.耐磨耗(适用于漆包圆线)相同的要领进行评价。矩形截面的平角线的情况下,对于四角的角部进行。具体而言,使用JIS C 3216-3中规定的磨耗试验机,使其在一定负荷下单方向滑动直至覆膜剥离为止。读取覆膜剥离的刻度,可以根据该刻度值与使用的负荷之积进行评价。
该优选实施方式中的绝缘电线的上述刻度值与使用的负荷之积为2000gf以上。
本发明的另一优选实施方式是一种绝缘电线,其在铝导体的外周具备至少一层密合层,在密合层的外侧具备绝缘层,进一步在绝缘层的外层具备增强绝缘层,使粘接力、加工性、耐热老化特性强化。
需要说明的是,密合层、绝缘层和增强绝缘层与上述的密合层、绝缘层和增强绝缘层基本相同。
能够成为绝缘层和增强绝缘层的树脂通常实质上不含有耐局部放电性物质。
此处,耐局部放电性物质是指下述物质,该物质是不易受到局部放电劣化的绝缘材料,且通过使其分散在电线的绝缘覆膜中而具有提高加电寿命特性的作用。作为耐局部放电性物质,有例如氧化物(金属或非金属元素的氧化物)、氮化物、玻璃、云母等,作为具体例,可以举出氧化硅、二氧化钛、氧化铝、钛酸钡、氧化锌、氮化镓等微粒等。
此外,“实质上不含有”耐局部放电性物质是指,不使耐局部放电性物质主动地含有在绝缘层和增强绝缘层中,除了完全不含有的情况,也包括含有不损害本发明目的的程度的含量的情况。例如作为不损害本发明目的的程度的含量,可以举出相对于形成绝缘层和增强绝缘层的树脂成分100质量份为30质量份以下的含量。特别是添加粉体的情况下,可以添加分散剂。
可以在不影响特性的范围,对形成绝缘层和增强绝缘层的热固化性或热塑性树脂混配抗氧化剂、抗静电剂、紫外线防止剂、光稳定剂、荧光增白剂、颜料、染料、相容剂、润滑剂、强化剂、阻燃剂、交联剂、交联助剂、增塑剂、增粘剂、减粘剂和弹性体等各种添加剂。
绝缘层与增强绝缘层之间的粘接力不充分的情况下,在严格的加工条件、例如弯曲加工为小半径的情况下,有时在相当于弯曲的圆弧内侧部分的增强绝缘层上产生褶皱。若产生这样的褶皱,则在绝缘层与增强绝缘层之间产生空间,因此有时导致局部放电起始电压下降的现象。
为了防止该局部放电起始电压的下降,需要使弯曲的圆弧内侧不产生褶皱,通过在绝缘层与增强绝缘层之间导入具有粘接功能的层来进一步提高粘接强度,从而能够高度防止上述那样的褶皱的产生。
即,本发明的绝缘电线通过密合层与铝导体的粘接强度高而发挥高的耐磨耗性,通过在绝缘层与增强绝缘层之间设置粘接层,能够发挥更高的耐磨耗性,能够有效地防止由于强加工导致覆膜被破坏。
在本发明的绝缘电线中,可以在绝缘多层内加入粘接层。粘接层是指能够提高增强绝缘层与绝缘层的粘接力的层。此外,绝缘多层是指,如由本发明中的绝缘层和绝缘增强层这两层构成的层那样,接触的层的树脂成分不同,但是任一层均示出绝缘性的一组绝缘层。
具体而言,例如若在绝缘多层中热固化性树脂的层(例如本发明的绝缘层)与热塑性树脂的层(例如本发明的增强绝缘层)相邻,则存在2层间的粘接力降低的情况。该情况下,通过在2层之间烧结经清漆化的热塑性树脂形成粘接层,且使绝缘层与增强绝缘层发生热熔接,能够制造具有高加工性的绝缘电线。
用该制造方法在绝缘层之后构成增强绝缘层的情况下,为了使其充分进行热熔接,在挤出被覆工序中,形成增强绝缘层的热塑性树脂的加热温度优选为形成粘接层的热塑性树脂的玻璃化转变温度(Tg)以上,更优选比Tg高30℃以上的温度,进一步优选比Tg高50℃以上的温度。此处,形成挤出被覆树脂层的热塑性树脂的加热温度是模具部的温度。
将形成粘接层的热塑性树脂清漆化的溶剂只要是能够使选择的热塑性树脂溶解的溶剂,则可以为任一溶剂。
作为能够以该目的使用的热塑性树脂,从不易产生由于热导致结晶化而发生收缩等由于状态变化所带来的应力的方面出发,优选非晶性的树脂。优选例如选自聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜、聚苯醚、聚苯砜(PPSU)和非晶性热塑性聚酰亚胺树脂的至少一种。作为聚醚酰亚胺,可以使用例如ULTEM(注册商标)(SABIC Innovative Plastics公司制)。作为聚醚砜,可以使用例如Sumikaexcel(注册商标)PES(住友化学公司制、商品名)、PES(MitsuiFine Chemicals公司制、商品名)、Ultrason(注册商标)E(BASF Japan公司制、商品名)、Radel(注册商标)A(Solvay Specialty Polymers公司制、商品名)。作为聚苯醚,可以使用例如Zylon(注册商标)(旭化成化学公司制)、Iupiace(注册商标)(三菱工程塑料公司制)。作为聚苯砜,可以使用例如Radel(注册商标)R(Solvay Specialty Polymers公司制、商品名)。作为非晶性热塑性聚酰亚胺树脂,可以使用例如U-Varnish(宇部兴产公司制、商品名)、HCI系列(日立化成公司制、商品名)、U Imide(Unitika公司制、商品名)、AURUM(注册商标)(三井化学公司制)。从容易溶解于溶剂的方面出发,更优选聚苯砜、聚醚酰亚胺。
在本发明中,“非晶性”是指保持几乎不具有结晶结构的无定形状态,是指固化时高分子的链成为无规状态的特性。
<绝缘电线的制造方法>
如图1和图2所示,绝缘电线优选如下进行制造:在铝导体1上涂布上述含有羧基的清漆并进行烧结,形成密合层2,在该密合层2的外层设置绝缘层3后,在该绝缘层3的外层挤出成型热塑性树脂,形成增强绝缘层4。此外,也优选根据需要在该增强绝缘层4的外层形成最外层5。
实施例
以下,基于实施例,对本发明进行更详细的说明,但本发明不限于这些实施例。
需要说明的是,被覆层的厚度只要没有特别声明,则在四边的任一边上均为相同的厚度。
(实施例1)
各清漆利用浸涂进行涂布,通过模具调节涂布量。具体而言,在截面矩形(长边3.0mm×短边1.6mm,四角的倒角的曲率半径r=0.5mm)的平角导体(纯度99%的铝制)上涂布将聚酰亚胺(PI-1)(Unitika公司制、商品名:U Imede)以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)调整为树脂成分20质量%的聚酰亚胺清漆,利用5m的自然对流式的竖型炉,在炉温500℃、通过时间30秒的条件下进行烧结,形成厚度5μm的密合层。
接着,在密合层上涂布以等质量混合上述聚酰亚胺(PI-1)(Unitika公司制、商品名:U Imede)清漆和聚酰胺酰亚胺(PAI-2)清漆[日立化成公司制、商品名:HPC-5000、固体成分浓度30%、溶剂组成比(质量):NMP/二甲苯=70/30)]而得到的、以固体成分质量比计聚酰亚胺:聚酰胺酰亚胺为39:61的混合清漆,利用5m的自然对流式的竖型炉,在炉温500℃、通过时间30秒的条件下进行烧结,形成厚度30μm的绝缘层。
进一步,使用挤出模具在该上层进行聚苯硫醚(PPS)(东丽公司制、商品名:TORELINA)的挤出被覆后,空出10秒的时间,进行水冷,形成厚度100μm的增强绝缘层,制作出绝缘电线。
(实施例2)
与实施例1同样地进行,制作下述表1的构成的绝缘电线。
其中,绝缘层使用与密合层不同类型的聚酰亚胺(PI-2)清漆[荒川化学公司制、商品名:Compoceran H850D(固化残留15%、固化残留中氧化硅2质量%的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液)]代替聚酰亚胺/聚酰胺酰亚胺的混合清漆,增强绝缘层使用聚醚醚酮(PEEK)(Solvay Specialty Polymers公司制、商品名:KetaSpire)代替PPS。
(实施例3)
与实施例1同样地进行,在实施例1中使用的铝导体上设置下述表1的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,绝缘层使用聚酰胺酰亚胺(PAI-2)清漆[日立化成公司制、商品名:HPC-5000、固体成分浓度30%、溶剂组成比(质量):NMP/二甲苯=70/30)]代替聚酰亚胺/聚酰胺酰亚胺混合清漆,增强绝缘层使用实施例2中使用的聚醚醚酮(PEEK)代替PP S。
在上述增强绝缘层上,涂布将聚氨酯(东特涂料公司制、商品名:TPU F2-NCA)以甲酚调整为树脂成分30质量%而得到的清漆,接着进行烧结,由此形成厚度5μm的最外层,由此制作绝缘电线。
(实施例4)
与实施例1同样地进行,制作下述表1的构成的绝缘电线。
其中,铝导体使用下述表1的纯度,密合层使用聚酯酰亚胺(PEsI)(东特涂料公司制、商品名:Neoheat 8600A)代替聚酰亚胺。
(实施例5)
与实施例3同样地进行,制作下述表1的构成的绝缘电线。
其中,铝导体使用下述表1的纯度,密合层使用聚酯(PEst)(东特涂料公司制、商品名:LITON 2100S)代替聚酰亚胺,绝缘层使用实施例1中使用的聚酰亚胺(PI-1)/聚酰胺酰亚胺(PAI-2)混合清漆代替聚酰胺酰亚胺,最外层使用聚酰胺酰亚胺(PAI-2)清漆[日立化成公司制、商品名:HPC-5000、固体成分浓度30%、溶剂组成比(质量):NMP/二甲苯=70/30)]代替聚氨酯。
(实施例6)
与实施例1同样地进行,在实施例1中使用的铝导体上设置下述表1的构成的密合层和绝缘层。
其中,铝导体的纯度使用下述表1的纯度,密合层使用聚酰胺酰亚胺(PAI-1)清漆[日立化成株式会社制、商品名:HI-406(树脂成分32质量%的NMP溶液)]代替聚酰亚胺,绝缘层使用与上述密合层不同类型的聚酰胺酰亚胺(PAI-2)清漆[日立化成公司制、商品名:HPC-5000、固体成分浓度30%、溶剂组成比(质量):NMP/二甲苯=70/30)]代替聚酰亚胺/聚酰胺酰亚胺混合清漆。
进一步,通过将聚酰胺纸(美国杜邦公司制、商品名:NOMEX纸)带卷绕至绝缘层上,形成增强绝缘层,使用挤出工具在增强绝缘层上进行热塑性聚酰亚胺(TPI)(三井化学公司制、商品名:AURUM)的挤出被覆后,空出10秒的时间,进行水冷,由此形成厚度10μm的最外层,制作出绝缘电线。
(实施例7)
与实施例6同样地进行,设置下述表1的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,密合层使用聚醚酰亚胺(PEI)(SABICInnovative Plastics公司制、商品名:ULTEM)代替聚酰胺酰亚胺,绝缘层使用实施例1中使用的聚酰亚胺(PI-1)/聚酰胺酰亚胺(PAI-2)混合清漆代替聚酰胺酰亚胺,使用聚酰亚胺带(东丽杜邦公司制、商品名:Kapton)代替聚酰胺纸。需要说明的是,与实施例6不同,未设置最外层。
(实施例8)
与实施例6同样地进行,设置下述表2的构成的密合层、绝缘层、增强绝缘层和最外层。
其中,密合层使用实施例1的绝缘层中使用的聚酰亚胺(PI-1)/聚酰胺酰亚胺(PAI-2)混合清漆代替聚酰胺酰亚胺,绝缘层使用实施例4的密合层中使用的聚酯酰亚胺(PEsI)代替聚酰胺酰亚胺。
(实施例9)
与实施例1同样地进行,设置下述表2的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,铝导体的纯度使用下述表2的纯度,增强绝缘层使用实施例2中使用的PEEK代替PPS。
进一步,使用挤出模具在增强绝缘层上进行聚酰胺(东丽公司制、商品名:Amilan66尼龙)的挤出被覆后,空出10秒的时间,进行水冷,由此形成厚度20μm的最外层。
(实施例10)
与实施例9同样地进行,设置下述表2的构成的密合层、绝缘层、增强绝缘层和最外层。
其中,铝导体的纯度使用下述表2的纯度,增强绝缘层使用聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)(三菱工程塑料公司制、商品名:Nova Duran;Tg225℃)代替PEEK。
(实施例11)
与实施例1同样地进行,设置下述表2的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
(实施例12)
与实施例9同样地进行,设置下述表2的构成的密合层、绝缘层、增强绝缘层和最外层。
其中,绝缘层使用实施例1的增强绝缘层中使用的聚苯硫醚(PPS)代替聚酰亚胺/聚酰胺酰亚胺混合清漆。
(实施例13)
与实施例1同样地进行,设置下述表2的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,绝缘层使用与密合层不同的对应的聚酰亚胺(PI-2)清漆[荒川化学公司制、商品名:Compoceran H850D(固化残留15%、固化残留中氧化硅2质量%的DMAc溶液)]代替聚酰亚胺/聚酰胺酰亚胺混合清漆,增强绝缘层使用实施例6的最外层中使用的热塑性聚酰亚胺(TPI)代替PPS。
需要说明的是,实施例3、5、6、8~10、12除了厚度以外具有图1那样的4层被覆层,实施例1、2、4、7、11、13在图1中没有最外层5。
(比较例1)
与实施例1同样地进行,设置下述表3的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,对于导体,将纯度99%的铝导体变更为纯度99%的铜导体。
(比较例2)
与比较例1同样地进行,设置下述表3的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,密合层使用实施例6中使用的聚酰胺酰亚胺(PAI-1)代替聚酰亚胺,增强绝缘层使用实施例2中使用的聚醚醚酮(PEEK)。
(比较例3)
与实施例1同样地进行,设置下述表3的构成的密合层、绝缘层和增强绝缘层。
其中,对于密合层,代替聚酰亚胺,将实施例1的增强绝缘层中使用的聚苯硫醚(PPS)使用挤出模具在导体上进行挤出被覆。
(比较例4)
使用挤出模具在实施例2中使用的铝导体上使用实施例2中使用的PEEK进行挤出被覆后,空出10秒的时间,进行水冷,形成下述表3记载的厚度的增强绝缘层,制作出绝缘电线。
(比较例5)
与实施例1同样地进行,设置下述表3的构成的密合层和绝缘层。
需要说明的是,与实施例1不同,未设置增强绝缘层。
以下,将使用的树脂按照各层进行记载。
此处,聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺分别具有不同的对应的树脂,因此区别记为PI-1、PI-2、PAI-1、PAI-2。
此外,在以下的表1~3中,使用下述简称进行记述。
(密合层)
PI-1(Unitika公司制、商品名:U Imide;酸值KOH180mg/g)
PEsI(东特涂料公司制、商品名:Neoheat 8600A;酸值KOH150mg/g)
PEst(东特涂料公司制、商品名:LITON 2100S;酸值KOH20mg/g)
PAI-1(日立化成公司制、商品名:HI-406;酸值KOH10mg/g)
PAI-2(日立化成公司制、商品名:HPC-5000;酸值KOH20~40mg/g)
PEI(SABICInnovative Plastics公司制、商品名:ULTEM;KOH10mg/g)
PPS(东丽公司制、商品名:TORELINA;不具有羧基,酸值KOH0mg/g)
(绝缘层)
PI-1(Unitika公司制、商品名:U Imide;Tg400℃以上)
PI-2(荒川化学公司制、商品名:Compoceran H850D;Tg400℃以上)
PAI-2(日立化成公司制、商品名:HPC-5000;Tg280℃)
PEsI(东特涂料公司制、商品名:Neoheat 8600A;Tg180℃)
PPS(东丽公司制、商品名:TORELINA;Tg278℃)
(增强绝缘层)
PPS(东丽公司制、商品名:TORELINA;Tm278℃)
PEEK(Solvay Specialty Polymers公司制、商品名:KetaSpire KT-820;Tm340℃)
聚酰胺纸(美国杜邦公司制、商品名:NOMEX纸;Tg260℃)
聚酰亚胺带(东丽杜邦公司制、商品名:Kapton;Tg400℃以上)
PBT(三菱工程塑料公司制、商品名:Nova Duran;Tg225℃)
TPI(三井化学公司制、商品名:AURUM;Tg250℃)
(最外层)
聚氨酯(东特涂料公司制、商品名:TPU F2-NCA)
PAI-2(日立化成公司制、商品名:HPC-5000)
TPI(三井化学公司制、商品名:AURUM)
聚酰胺(东丽公司制、商品名:Amilan 66尼龙)
对于如此制造的实施例1~13和比较例1~5的绝缘电线进行下述评价。
[熔点和玻璃化转变温度]
使用差示扫描热量分析装置“DSC-60”(岛津制作所制),在升温速度5℃/分钟的条件下对绝缘层10mg进行测定,结晶性树脂的情况下,读取在超过180℃的温度区域观察到的熔化峰值,或者非晶性树脂的情况下,读取在超过180℃的温度区域观察到的起因于玻璃化转变温度的热量的峰值温度,分别作为熔点(Tm)或玻璃化转变温度(Tg)。需要说明的是,存在两个以上峰值温度的情况下,将更高温的峰值温度作为熔点。
[局部放电起始电压]
对于绝缘电线的局部放电起始电压的测定,使用局部放电试验机“KPD2050”(菊水电子工业制)。截面形状为方形的绝缘电线的情况下,制作使2条绝缘电线成为长边的面彼此按照经过长度150mm而没有间隙的方式进行密合而得到的试样。圆导体的情况下,制作2个基于扭绞法的双绞线。在该2个导体间连接电极,施加正弦波50Hz的交流电压,一边连续地进行升压,一边测定放电电荷量为10pC时的电压(有效值)。测定温度为25℃、50%RH。局部放电起始电压利用下述Dakin实验式,换算为将绝缘覆膜的厚度设为50μm时的局部放电起始电压,并进行评价。
[数1]
V=163(t/ε)0.46
在上述实验式中,V表示局部放电起始电压,t表示绝缘层整体的厚度(μm),ε表示绝缘层整体的相对介电常数。
将读取的电压的峰值电压(Vp)为1000以上的情况判断为在使用条件下不易产生局部放电,表示为“A+”,将800以上且小于1000的情况判断为稍微不易产生局部放电,表示为“A”,将600以上且小于800的情况判断为有可能产生局部放电,但其概率低,表示为“B”,将小于600的情况判断为容易产生放电,表示为“C”。
[加工性(密合性)]
导体与覆膜的加工性按照与JIS C 3216-3绕线试验方法的、5.可挠性和密合性、5.1卷绕试验相同的要领进行,可以以直至产生密合层的***为止的转数进行评价。在矩形截面的平角线中也可以同样地进行。
将直至产生密合层的***为止的转数为15转以上的情况设为密合性良好,表示为“A+”,将10转以上且小于15转的情况设为在铝导体中能够耐受加工,表示为“A”,将5转以上且小于10转的情况设为加工时产生覆膜的剥离等的可能性高,表示为“B”,将小于5次或在利用扭绞法制作样品时的覆膜切入切口时已经产生剥离的情况设为“C”。
[耐磨耗性]
耐磨耗性按照与JIS C 3216-3绕线试验方法的、6.耐磨耗(适用于漆包圆线)相同的要领进行评价,矩形截面的平角线的情况下,对于四角的角部进行评价。具体而言,使用JIS C 3216-3中规定的磨耗试验机,在25℃的条件下,在一定负荷下使其在单方向滑动直至覆膜发生剥离为止,读取覆膜剥离的刻度,用该刻度值与使用的负荷之积进行评价。
将单方向磨耗试验的结果为2800gf以上的情况设为磨耗性非常优异,表示为“A+”,将2000gf以上且小于2800gf的情况设为适当,表示为“A”,将800gf以上且小于2000gf,磨耗性稍微弱的情况设为“B”,将小于800gf设为不满足作为绕线的要求,表示为“C”。
[耐热老化特性]
对于绝缘电线的耐热老化特性,将按照JIS C 3216-3绕线试验方法的、5.可挠性和密合性、5.1卷绕试验卷绕而得到的绝缘电线投入设定为190℃的高温槽中。静置1000小时和1500小时后,目视调查覆膜上有无龟裂。将静置1000小时后也没有在覆膜上确认到龟裂等异常的情况表示为“A”,将静置1500小时后也没有在所有覆膜上确认到龟裂等异常的情况表示为“A+”。需要说明的是,静置1000小时后,在绝缘层和增强绝缘层的至少一者确认到龟裂等异常的情况下,作为绝缘体发挥作用,因此设为合格,表示为“B”,在绝缘层和增强绝缘层这两者确认到龟裂等异常的情况下,设为不合格,表示为“C”。
考虑为以往的绝缘体的情况下,耐热老化特性可以为评价“A”或“B”,更长期间要求优异的耐热老化特性的情况下,优选为评价“A+”。
[导体断裂强度]
对于绝缘电线的加工后的导体断裂强度的测定,将绝缘电线的密合层、绝缘层、增强绝缘层、最外层剥离使导体露出,对于该导体,参照JIS C 3216-3绕线试验方法的5.2密合性的JA.5.2.2漆包平角线,采取3个长度约35cm的试验片,对于各个试验片,测定将标线距离设为250mm,以每分钟300mm的拉伸速度伸长直至断裂为止时的强度。将80N/mm2以上设为作为绕线具有特别良好的强度,表示为“A+”,将40N/mm2以上且小于80N/mm2设为作为绕线具有良好的强度,表示为“A”,将20N/mm2以上且小于40N/mm2设为具有充分的强度,表示为“B”,将小于20N/mm2设为作为绕线的强度不足,不合格,表示为“C”。
此外,各层的厚度通过利用显微镜“数字显微镜”(KEYENCE公司制)对截面研磨后的截面进行观察而测定。
导体截面形状为圆形的情况下,将全周中4点的平均的各层厚度作为测定值。此外,截面矩形的情况下,将四边中两个短边的中心部分的平均厚度分别作为密合层厚度、绝缘层厚度、密合层+绝缘层的厚度、增强绝缘层厚度、密合层+绝缘层+增强绝缘层的厚度、最外层厚度。
汇总所得到的结果,示于下述表1~3。
需要说明的是,在表1~3中,将铝导体简记为“铝”。
[表1]
[表2]
[表3]
由上述表1~3可知,对于实施例1~10的绝缘电线,在铝导体上具有涂布含有羧基的清漆并进行烧结而成的密合层,在密合层的外层具有绝缘层,进一步在该绝缘层的外层具有增强绝缘层,导体与覆膜层的密合性、耐磨耗性和耐热老化特性均优异,进一步导体断裂强度的下降的抑制也优异,且具有高的局部放电起始电压。
与此相对,在使用铜制的导体的比较例1和2中,耐热老化特性不充分。此外,在利用挤出被覆形成密合层的比较例3中,导体与覆膜层的密合性差,耐热老化特性也不充分。在利用挤出被覆在导体上仅形成增强绝缘层的比较例4中,密合性、耐磨耗性和耐热老化特性均不充分,在不具有增强绝缘层的比较例5中,局部放电起始电压、密合性、耐热老化特性和导体断裂强度均不充分。
结合其实施方式对本发明进行了说明,但本申请人认为,只要没有特别指定,则本发明在说明的任何细节均不被限定,应当在不违反所附权利要求书所示的发明精神和范围的情况下进行宽泛的解释。
本申请要求基于2014年6月3日在日本提交专利申请的日本特愿2014-114954的优先权,将其内容以参考的形式作为本说明书记载内容的一部分引入本申请。
符号说明
1 导体
2 密合层
3 绝缘层
4 增强绝缘层
5 最外层
6 绝缘电线(电线)
7 被膜层
8 平坦面
9 边缘面
10 槽
Claims (11)
1.一种绝缘电线,其是使用铝导体的绝缘电线,其特征在于,在该铝导体上具有将含有羧基的清漆烧结而成的密合层,在该密合层的外层具有绝缘层,进一步在该绝缘层的外层具有增强绝缘层。
2.如权利要求1所述的绝缘电线,其特征在于,所述密合层和所述绝缘层的厚度的总和为20μm以上85μm以下。
3.如权利要求1或2所述的绝缘电线,其特征在于,构成所述绝缘层的树脂是熔点为180℃以上的结晶性树脂或玻璃化转变温度为180℃以上的非晶性树脂。
4.如权利要求1~3中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,所述清漆含有聚酰胺酸。
5.如权利要求1~4中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,所述增强绝缘层包含热塑性树脂。
6.如权利要求1~5中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,所述铝导体的铝的纯度为95%以上。
7.如权利要求1~6中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,构成所述绝缘层的树脂包含玻璃化转变温度为180℃以上的热固化性树脂,超过构成该绝缘层的树脂的50质量%的树脂为聚酰胺酰亚胺或/和聚酰亚胺。
8.如权利要求1~7中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,构成所述绝缘层的树脂包含玻璃化转变温度为180℃以上的热固化性树脂,超过构成该绝缘层的树脂的50质量%的树脂为聚酰胺酰亚胺和聚酰亚胺的混合树脂。
9.如权利要求1~8中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,所述增强绝缘层由含有选自聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺和聚苯硫醚的至少一种的热塑性树脂构成,且所述增强绝缘层是将该热塑性树脂挤出成型而成的。
10.如权利要求1~9中任一项所述的绝缘电线,其特征在于,所述铝导体的截面形状为矩形。
11.一种绝缘电线的制造方法,其是使用铝导体的绝缘电线的制造方法,其特征在于,在该铝导体上烧结含有羧基的清漆形成密合层,在该密合层的外层设置绝缘层,然后在该绝缘层的外层将热塑性树脂挤出成型形成增强绝缘层,从而制造该绝缘电线。
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