DE1440862B2

DE1440862B2 - Isolierter elektrischer leiter

Info

Publication number: DE1440862B2
Application number: DE19631440862
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Hansch Ferdi nand Rombrecht Hans Malte Dr 2000 Hamburg Schmidt
Original assignee: Dr Beck & Co AG, 2000 Hamburg
Priority date: 1963-11-18
Filing date: 1963-11-18
Publication date: 1971-06-24
Also published as: DE1440862A1; US3306771A; GB1046756A

Description

Die Erfindung betrifft isolierte elektrische Leiter mit einer Esterimidharzisolierung als Grundschichtisolation. Üblicherweise werden mit Lackfilmen isolierte elektrische Leiter hergestellt, indem man den metallischen Leiter durch ein Lackbad mit Harzlösung hindurchführt, und zwar gegebenenfalls mehrmals, und nach jeder Lackierung unter Wärmeeinwirkung die Lösungsmittel verdampft und das Harz auf dem Leiter einbrennt und aushärtet. Zur Erzielung hochwärmebeständiger Drähte werden schon seit längerer Zeit vernetzte Terephthalsäurepolyester verwendet. Der Nachteil dieser Harzisolierung ist unter anderem eine unbefriedigende Wärmeschockfestigkeit. Diese kann z. B. nach dem Vorschlag der USA.-Patentschrift 3 022 200 dadurch erhöht werden, daß die mit der Grundisolierschicht versehenen Drähte mit einem zusätzlichen Überzug aus einem hochmolekularen linearen Terephthalsäureglycolpolyester überzogen werden. Es werden hierbei jedoch die dielektrischen Eigenschaften besonders in der Wärme durch den linearen Polyester verschlechtert.

Andererseits wurde in neuerer Zeit eine vollständig neue Stoffklasse für die Elektroisolation von Leitern gefunden. Es handelt sich hierbei um die sogenannten Esterimidharze, d. h. um Polyesterharze, die in den Polyesterketten cyclische Imidgruppen enthalten. Hierbei sind die Imidgruppen derart in die Polyesterkette eingebaut, daß die funktionellen Gruppen des jeweiligen Polyesterbestandteiles über unterschiedliche Glieder des cyclischen Imidnnges hinweg miteinander in Verbindung stehen. Die Herstellung solcher Esterimidharze und elektrischer Leiter, z. B. Drähte, die mit diesen neuartigen Harzen beschichtet sind, ist z. B. aus den britischen Patenten 973 377, 996 649, 1 026 032 und 1 028 977 bekannt.

Diese Isolationslackfilme zeigen nicht nur eine ausgezeichnete thermische Stabilität und sehr gute dielektrische Werte, sie zeichnen sich insbesondere auch durch eine sehr gute Wärmeschockfestigkeit aus. Gelegentlich ist jedoch die Abriebfestigkeit derartiger Drahtlackisolationen nicht hoch genug, um den Draht auf modernen vollautomatischen Wickelmaschinen verarbeiten zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Elastizität und besonders die Abriebfestigkeit von derartigen lackisolierten elektrischen Leitern zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über der Esterimidharzisolierung eine Deckschichtisolation vorgesehen ist, die eine Kombination eines vernetzten Esterimidharzes mit einem linearen Polyalkylenester der Isooder Terephthalsäure ist.

Bemerkenswert ist dabei, daß erst durch diese Kombination des vernetzbaren Esterimidharzes mit dem rein linearen Polyalkylenester die gewünschten Effekte erreicht werden, während ein zusätzlicher Überzug aus einem rein linearen Polyalkylenester allein keineswegs so gute Ergebnisse liefert. Durch den Einbau der imidgruppenhaltigen Polyester in den zweiten Überzug wird eine bessere Abriebfestigkeit erzielt als bei der Verwendung der linearen Terephthalsäurepolyester allein. Auch die dielektrischen Werte zeigen gegenüber einem Überzug aus rein linearen Polyalkylenestern Verbesserungen.

Vorzugsweise ist das Polyalkylenesterharz der Deckschicht hochmolekulares Glycolterephthalat. Zweckmäßigerweise wird die zweite Isolationsschicht in einer dünneren Schichtstärke aufgetragen als die Grundschicht. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Esterimidharz der Deckschicht identisch mit dem Esterimidharz der Grundschichtisolation.

Aus der Figur ergibt sich der Aufbau der erfindungsgemäßen Leiterisolation.

Auf einen elektrischen Leiter, z. B. einen Draht, ist zunächst eine Grundschichtisolation 2 aus einem imidgruppenhaltigen Polyesterharz aufgebracht und

ίο dort ausgehärtet, wie es z. B. in den genannten älteren Patenten der Anmelderin beschrieben ist. Diese erste Isolationsschicht wird durch einen zweiten, vorzugsweise dünneren Überzug 3 abgedeckt, der die erfindungsgemäße Kombination des imidgruppenhaltigen Polyesterharzes mit einem linearen Polyalkylenester ist.

Die Erfindung umfaßt weiterhin die Herstellung solcher isolierter elektrischer Leiter. Hierbei wird zunächst in an sich bekannter Weise, gegebenenfalls in mehreren Schichten, der Grundüberzug 2 aus dem imidgruppenhaltigen Polyesterharz aufgebracht und ausgehärtet. Sodann wird in gleicher Weise der weitere dünne Überzug 3 aus der erfindungsgemäßen Kombination aufgebracht, indem der mit dem Groindüberzug 2 versehene Leiter ein- oder auch mehrmals durch eine Lösung der erwärmten Harze dieser Kombination gezogen wird, worauf diese durch Wärmeeinwirkung darauf eingebrannt werden.

Die Verarbeitungsbedingungen, insbesondere die Einbrenntemperatur und die Abzugsgeschwindigkeit, können bei den beiden Lackierungen für die Herstellung dieser Schichten gleich gewählt werden, so daß auch vorzugsweise in nur einem Arbeitsgang gefahren werden kann. Hierbei muß dafür gesorgt werden daß der Draht nacheinander die beiden jeweiligen Lackbäder getrennt passiert. Selbstverständlich kann dabei der Draht das jeweilige Lackbad mehrfach passieren.
Wie bereits angegeben, kann für den äußeren Überzug als imidgruppenhaltige Polyesterkomponente das gleiche Harz wie für den Grundüberzug verwendet werden. Als zweite Komponente in der erfindungsgemäßen Deckisolationsschicht, d. h. als lineares Polyalkylenharz, wird zweckmäßigerweise ein hochmolekulares Glycolterephthalat verwendet, das auch zur Herstellung von Fasern geeginet ist.

In der erfindungsgemäßen Deckisolationsschicht werden dabei vorzugsweise die beiden Komponenten, d. h. das Esterimidharz und das Glycolterephthlatharz, in Mengen von 20:80 bis 60:40 Gewichtsteilen eingesetzt. Bevorzugt sind Gewichtsverhältnisse von 40:60 bis 50:50.

Die Herstellung eines Überzugslackes für die Deckschicht kann z. B. vorteilhaft in der folgenden Weise erfolgen: Man fügt zu einer 3- bis 8%'gen, vorzugsweise 5- bis 6%ig^en> Lösung des imidgruppenhaltigen Polyesters in einem Lösungsmittel, beispielsweise einem Gemisch aus Phenol und Kresolen, 5 bis 10 %> vorzugsweise 7 bis 8 %> des linearen Alkylenpolyesters bei erhöhter Temperatur, beispielsweise im Bereich von etwa 9O⁰C, unter Rühren in kleinen Anteilen hinzu und löst dabei vollständig. Eventuell in den Lösungsmitteln vorhandenes oder am Harz haftendes Wasser wird mit Hilfe einer geringen Menge Xylol unter Anlegen von Vakuum entfernt. Wenn auch das Xylol wieder vollständig abdestilliert ist, wird ohne Vakuum noch für einen kurzen Zeitraum erhitzt, beispielsweise für eine halbe Stunde auf etwa 12O⁰C. Es fällt dabei

eine Lösung des Harzgemisches an, die sich nach den üblichen Methoden zur Drahtbeschichtung gut verarbeiten läßt. Der Lack bleibt klar und mehrere Monate lagerfähig. Geeignet ist beispielsweise eine etwa 13- bis 14%ige Lösung des Harzgemisches in Phenol/Kresol mit einer Viskosität von 80 bis 100 Sekunden bei 20⁰C im 4-mm-DIN-Becher.

Lediglich der Vollständigkeit halber sei hier kurz darauf hingewiesen, daß die an sich bekannten imidgruppenhaltigen Polyester (Esterimidharze), die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, nach den Lehren der genannten älteren Patente durch Umsetzung von mehrwertigen Carbonsäuren, mehrwertigen Alkoholen und Verbindungen mit primären Aminogruppen, gegebenenfalls unter Mitverwendung von Hydroxycarbonsäuren bzw. deren Derivaten, Aminocarbonsäuren und/oder Aminoalkoholen hergestellt werden. Hierbei können entweder im Rahmen einer Polyester-Herstellung mindestens teilweise solche Verbindungen eingesetzt werden, bei denen die funktionellen Gruppen des Moleküls über einen Imidring hinweg miteinander in Verbindung stehen, oder es werden bei der Harzkondensation solche Komponenten gewählt, daß bei der Kondensationsreaktion die gewünschten Imidringe innerhalb der Polyesterketten gebildet werden.

In den folgenden Beispielen beschreibt:

Beispiel 1 die Herstellung eines imidgruppenhaltigen Polyesterharzes, das für die Grundisolierung des metallischen Leiters verwendet wird.

Beispiel 2 die Herstellung einer Harzlösung auf Basis eines linearen Polyalkylenesters.

Es wurde für die Versuche ein bekanntes hochmolekulares Glycolterephthalat benutzt.

Beispiel 3 die Herstellung eines Lackes, der für den

zweiten Überzug des erfindungsgemäßen

isolierten elektrischen Leiters verwendet

wurde.

Für diese Kombination wurde das imidgruppen-

haltige Polyesterharz aus Beispiel 1 und der lineare Polyester aus Beispiel 2 eingesetzt.

Beispiell

98,4 g Dimethylterephthalat, 29,0 g Glycerin und 43,5 g Äthylenglykol wurden mit 20,0 g Kresol, 1,0 g Cernaphthenat und 0,3 g Calciumnaphthenat in einem 2-1-Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Rektifizieraufsatz langsam aufgeheizt. Ab 140⁰C wurde die Temperatur um etwa 5°C pro Stunde gesteigert, bis bei etwa 200⁰C die theoretische Menge Methanol abdestilliert war. Der gebildete Terephthalsäureester wurde mit 170 g Kresol verdünnt und auf 8O⁰C abgekühlt. Dann wurden 149,7 g Trimellitsäureanhydrid und 76,3 g 4,4'-Diaminodiphenylmethan hinzugefügt und die Temperatur wieder gesteigert. Bei etwa 140⁰C fiel die Dicarbonsäure Bis-4,4'-(trimellithsäureimido)-diphenylmethan als dicker gelber Niederschlag aus, und Wasser destillierte ab. Die Temperatur wurde in der Weise weitergesteigert, daß die Kopf temperatur immer etwa 100⁰C betrug. Dabei wurde überwiegend nur Wasser abdestilliert. Nachdem der Ansatz klar geworden war, wurde die Temperatur noch etwa 2 Stunden auf 205 bis 215⁰C gehalten und dann der Ansatz mit Kresol verdünnt, so daß der Festkörpergehalt der Lösung 58 bis 60% betrug. Diese Harzlösung wurde auch zur Herstellung des Überzugslackes nach Beispiel 3 verwendet. Zur Herstellung des Lackes für die Grundisolierung wurde die kresolische Lösung obigen Harzes noch mit 1,7% Butyltitanat und 0,28% p-Toluolsulfonsäure, berechnet auf das Festharz, versetzt und mit Kresol, Solventnaphtha und Xylol bis zu einem Festkörpergehalt von 28% ^und einer Viskosität von 110 Sekunden bei 2O⁰C im 4-mm-DIN-Becher verdünnt.

■ -"- Beispiel 2

394 g Phenol, 219 g o-Kresol und 262 g Kresol DAB IV wurden auf 80 bis 90⁰C erwärmt und unter Rühren 125 g Glykolterephthalat in kleinen Anteilen hinzugegeben. Es wurde etwa 3 Stunden bei dieser Temperatur gerührt, bis eine vollständige Lösung des Polyesters erreicht war. Dann wurden 10 ml Xylol hinzugefügt und im Vakuum Spuren von Wasser zusammen mit dem Xylol abdestilliert. Nachdem das Xylol wieder vollständig entfernt war, wurde das Vakuum aufgelöst und noch eine halbe Stunde auf HO⁰C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Lösung auf 60°C abgekühlt und filtriert. Sie hatte einen Festkörpergehalt von 13 %·

Beispiel 3

159 g 58%igeHarzlösung aus Beispiel 1 wurden mit 755 g Phenol, 421 g o-Kresol und 505 g Kresol DAB IV verdünnt und auf 90⁰C erwärmt. Unter Rühren wurden 160 g der obenerwähnten Polyesterchips in kleinen Anteilen hinzugefügt. Es wurde etwa 3 Stunden bei 90⁰C gerührt, bis vollständige Lösung erreicht war.

Dann wurden 80 g Xylol hinzugefügt, das dann zusammen mit vorhandenen geringen Mengen Wasser im Vakuum wieder vollständig abdestilliert wurde. Dann wurde ohne Vakuum noch ¹J₂ Stunde auf 110⁰C erhitzt. Nach dem Abkühlen auf 6O⁰C wurde filtriert.

Der Lack hatte einen Festkörpergehalt von 13,6 % und eine Viskosität von 85 Sekunden bei 2O⁰C im 4-mm-DIN-Becher.

Die in den Beispielen beschriebenen Lacke wurden nach üblichen Verfahren mit einem Drahtemaillierofen von 3,50 m Länge, einer Ofentemperatur von 48O⁰C auf Kupferdraht von 1 mm 0 lackiert und eingebrannt. Die Isolierung der angeführten Muster erfolgte in folgender Weise: ·■■"■.'-

Muster A:

Gesamtisolierung aus Imidgruppen-haltigem Polyesterharz nach Beispiel 1. Es wurden zwei Muster mit unterschiedlicher Schichtstärke der Isolation geprüft (A 1 und A 2), um zu zeigen, daß bei Erhöhung der Schichtstärke die Abriebwerte gleichbleiben, da die jeweilige Belastung in Abhängigkeit von der Schichtstärke gewählt wird.

Muster B:

Grundschicht aus Imidgruppen-haltigem Polyesterharz nach Beispiel 1, Deckschicht aus Glykolterephthalat nach Beispiel 2.

Muster C:

Erfindungsgemäße Isolierung mit Grundschicht aus Imidgruppen-haltigem Polyesterharz nach Beispiel 1, Deckschicht aus Kombination nach Beispiel 3.

Die Prüfergebnisse der nach diesem Schema isolierten elektrischen Leiter sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

	Schichtstärke	Abrieb	Dielektrischer	Verlustwinkel	68
IVl Ua Lei	der Isolierung	Belastung 675 g	(800 hz)	tg δ 10⁴	53
Al	71 μ	75 Doppelhübe			49
		Belastung 560 g			34
A2	54 μ	72 Doppelhübe			151
			2O⁰C	456
			100° C
			150° C	72
			180°C	111 65
			200° C	68
		Belastung 680 g	220° C	211
B	Grundschicht 56 μ	85 Doppelhübe		547
	Deckschicht 17 μ		20° C
	Gesamt 73 μ		100° C 150°C	78
			180° C	52 87
			200° C	55
		Belastung 680 g	220° C	138
C	Grundschicht 54 μ	122 Doppelhübe		442
	Deckschicht 18 μ		20°C
	Gesamt 72 μ		100° C 150° C
			180° C
			200⁰C
		220° C

Aus der Tabelle ist klar ersichtlich, daß der erfindungsgemäß isolierte elektrische Leiter (Muster C) eine starke Verbesserung der Abriebfestigkeit aufweist. In der tg <5-Kurve ist bei dem Muster B ein Maximum bei 100° C zu erkennen, das durch den linearen Polyester hervorgerufen wird. Bei dem erfindungsgemäßen isolierten elektrischen Leiter (Muster C) entsteht erst bei 15O⁰C ein zusätzliches Maximum.

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Leiter mit einer Esterimidharzisolierung als Grundschichtisolation, gekennzeichnet durch eine darüberliegende Deck- Schichtisolation, die eine Kombination eines vernetzten Esterimidharzes mit einem linearen PoIyalkylenester der Iso- oder Terephthalsäure ist.

2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Deckschichtisolation hochmolekulares Glycolterephthalat vorliegt.

3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundschicht- und in der Deckschichtisolation die gleichen Esterimidharze vorliegen.

4. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichtisolation eine dünnere Schichtstärke aufweist als die Grundschichtisolation.

5. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichtisolierung das Esterimidharz zum Alkylenpolyesterharz in Verhältnissen von 20:80 bis 60:40 Teilen, vorzugsweise von 40:60 bis 50:50 Teilen, enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen