DE1614922C3 - Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

H₂C

CH,

einem aufgedampften, gleichmäßigen kontinuierlichen Überzug aus linearem p-Xylylenpolymerisat bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kondensators mit einem verbesserten, kunststoffüberzogenen dielektrischen Material, der besonders für die Anwendung von Wechselstrom geeignet ist, wobei die bisherigen Schwierigkeiten bei der Anwendung hoher Spannungen und Frequenzen behoben werden sollen, und der eine relativ kleine Größe gegenüber anderen, gegebenenfalls mit kunststoffüberzogenem Papier ausgerüsteten Papier-Wickelkondensatoren mit ähnlichen Eigenschaften besitzt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Kondensator, der eine Mehrzahl von die Beläge bildenden Metallfolien und dazwischenliegende dielektrische Zwischenschichten aus porösem Material besitzt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das poröse Material mit einem gleichmäßigen kontinuierlichen Überzug aus linearem p-Xylylenpolymerisat überzogen ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Polymerisatüberzug auf das poröse Material durch Kondensation von reaktionsfähigen p-Xylylendiradikalen mit der allgemeinen Struktur

(R)

in der R für einen üblichen Substituenten und χ für 0, 1, 2 oder 3 steht, bei Temperaturen, die unter der Kondensationstemperafjr der Diradikale liegen, aufträgt und dieses Material als dielektrische Zwischenschicht verwendet.

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Die Erfindung betrifft einen Kondensator aus einer Mehrzahl von die Beläge bildenden Metallfolien und dazwischenliegenden dielektrischen Zwischenschichten aus porösem Material, das mit Kunststoff überzogen ist.

Es gibt eine Anzahl von elektrischen Schaltungen, für die Papier-Wickelkondensatoren mit oder ohne Kunststoffüberzug auf dem Papier am besten geeignet sind. Die Anwendung von Wechselstrom und andere Anwendungsgebiete mit ziemlich hoher Spannung und Frequenzen bringen Probleme hinsichtlich der elektrischen Beanspruchung und der Temperatur mit sich, denen viele Kunststoff-Film-Kondensatoren nicht standhalten, oder die die Verwendung relativ großer Einheiten erfordern würde.

Wickelkondensatoren aus Papier und kunstoffüberzogenem Papier — obwohl sonst für viele Anwendungsgebiete geeignet — zeigen ein starkes Ansteigen des positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich des Energieverlustes oberhalb 50°C, was zu Selbstentladung führen kann, wenn die Kondensatoren Grenzbelastungen ausgesetzt werden.

So ist z. B. in der DT-PS 8 90 843 ein Kondensator aus einer Mehrzahl von Beläge bildenden Metallfolien und dazwischenliegenden dielektrischen Lagen beschrieben, wobei letztere aus Papier oder auch aus Polystyrol bestehen können und mit einem glättenden Stoff überzogen sind. Als Überzugsmaterialien werden insbesondere isolierende oder klebende Lacke vorgeschlagen. Auch durch oberflächliches Paraffinieren des Papiers sollen glatte Oberflächen erzielt werden.

Ferner ist in der FR-PS 13 85 707 ein Kondensator beschrieben mit Metallfolien, die die Beläge bilden, und dazwischenliegenden dielektrischen Schichten, die aus H₂C

CH₂-

in der R ein üblicher Substituent und χ 0, 1,2 oder 3 bedeutet, bei unter der Kondensationstemperatur des Diradikals liegenden Temperaturen aufgebracht wird. Der Kondensator nach der Erfindung und das Verfahren gemäß der Erfindung zu seiner Herstellung wird an Hand der graphischen Darstellung und der Ausführungsbeispiele der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung, aus der die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kondensators im Vergleich zu einem bekannten Kondensator hervorgeht,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wickelkondensators, aus der Art, Bestandteile sowie sein Aufbau zu sehen sind,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt entlang Linie 3-3 der gewickelten Bestandteile der Fig. 1,

Fig.4 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt des kunststoffüberzogenen dielektrischen Materials,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer zur Herstellung des verwendeten kunststoffüberzogenen Dielektrikums geeigneten Vorrichtung.

In F i g. 2 und 3 wird ein röhrenförmiger Kondensator 10, der auf einen Kern 11 gewickelt wird, gezeigt. Abwechselnd werden Metallfolien 12 und 13 zwischen Schichten 14 und 15 aus dielektrischem Material angeordnet. Die Metallfolien 12 und 13 besitzen die Breite Wf, die kleiner als die Breite Wo der dielektrischen Schichten 14 und 15 ist. Die Kanten der Folien 12 und 13 sind an gegenüberliegenden Kanten der dielektrischen Schichten 14 und 15 angeordnet, so daß sich die Metallfolien in einem Mittelteil W₀ überlappen, wodurch ein Bereich mit Kapazitätswirkung in der Einheit geschaffen wird. Die äußeren, nicht überlappenden Teile der Folien werden für die elektrische Anschlußleitung verwendet. Ein Anschlußdraht wird am rechten Rand der Folie 12 und der andere Anschlußdraht am linken Rand der Folie 13 angeschlossen.

Die leitenden Folien 12 und 13 können aus Aluminium, Kupfer, Stahl oder einem anderen, geeigneten Metall bestehen. Die dielektrischen Schichten 14 und 15 werden jeweils aus einem Blatt oder Streifen porösen Materials 16, wie Papier, gebildet, das mit einem gleichmäßigen, kontinuierlichen Überzug 17 aus einem linearen p-Xylylenpolymerisat, wie in Fig.4 gezeigt, beschichtet ist.

Nach dem Wickeln wird der Kondensatorkörper 10 von dem Kern entfernt und ein Ende, z. B. 18, durch Aufbringen eines Kupferüberzugs mittels eines Flammsprühverfahrens zum Anbringen des Anschlußdrahtes vorbereitet, um die Kanten jeder Windung der Metallfolie 13 eines Belags mit diesem zu verbinden. Ein Leitungsdraht (nicht gezeigt) wird an das mit Kupfer überzogene Ende 18 gelötet. Am anderen Ende des Kondensatorwickels wird ähnlich verfahren. Die Einheit wird dann durch bekannte Verfahren mit einer Hülle versehen, wie Heißtauchen, Harztauchen, Kunststofftauchen oder Einbringen in ein geformtes Gehäuse etc.

Neben dem beschriebenen Folienwickelkondensator können die Kondensatoren auch in anderen Ausbildungsformen vorliegen; zum Beispiel in Form von Schicht- oder Scheibenkondensatoren.

Das im Dielektrikum verwendete poröse Material kann zelluloseartiges Material, wie Papier, sein. Kraftzellstoffpapier wird bevorzugt, aber auch aus Hanf hergestelltes Papier kann verwendet werden.

Der Papierstreifen kann mit einem linearen p-Xylylenpolymerisat unter Verwendung eines Apparates wie in F i g. 5 gezeigt, nämlich eines glockenförmigen Gefäßes 19, das eine Aufdampfanlage umschließt, überzogen werden. Das Gefäß kann durch eine schematisch mit einem Pfeil angezeigte Leitung ausgepumpt werden. Die Aufdampfanlage besteht im wesentlichen aus einem Behälter 20, der das zu verdampfende organische Material, ein zyklisches p-Xylylendimer enthält. Der Behälter 20 ist mit Heizungsvorrichtungen (nicht gezeigt) ausgestattet, so daß das Material verdampfen und dann in ein Dampfrohr 21 geleitet werden kann. Das dampfförmige zyklische p-Xylylendimer wird dann in diesem Rohr weiter erhitzt (durch das Rohr umgebende, nicht gezeigte Heizvorrichtungen), um den Dampf zu p-Xylylendiradikalen zu pyrolysieren. Durch die Auslaßleitung 22 mit zumindest einem Auslaßrohr 23 wird der Strom 24 aus p-Xylylendiradikalen zu einem Träger 25 geleitet. Eine Rolle Papier 26 kann so angeordnet sein, daß kontinuierlich ein Streifen Papier 27 über den Träger 25 hinweg auf eine andere Rolle 28 aufrollen kann. Die p-Xylylendiradikale kondensieren auf dem Papierstreifen und bilden einen gleichmäßigen, kontinuierlichen Überzug aus linearem p-Xylylenpolymerisat. Der Streifen kann umgedreht und auf die gleiche Weise die andere Seite des Papiers überzogen werden.

Der oben beschriebene Apparat dient nur zur beispielhaften Erläuterung einer Vorrichtung zum Überziehen von Papier mit dem Polymerisat. Andere Apparate und Verfahren können ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel könnte sich der Dampferzeuger außerhalb der Glocke befinden und nur die Auslaßöffnung 23 hineinführen, oder der Apparat kann so beschaffen sein, daß beide Seiten des Papierstreifens gleichzeitig überzogen werden.

Der Kondensator mit einem Dielektrikum aus Papier, das mit einem gleichmäßigen, kontinuierlichen Überzug aus linearem p-Xylylenpolymerisat überzogen ist, besitzt überlegene elektrische Eigenschaften. Der Kondensator besitzt eine relativ hohe Kapazität; und im Vergleich zu anderen papier- oder kunststoffüberzogenen Papierkondensatoren zeigt er einen höheren Isolationswiderstand, weniger Verlust, einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten der Kapazität und eine höhere dielektrische Wirkung. Ein besonders wichtiges Merkmal dieses Kondensators besteht in dem negativen Temperaturkoeffizienten bezüglich des Energieverlustes, was eine höhere Ladung ermöglicht.

Der Verlustfaktor des Kondensators beträgt von etwa 0,1 bis etwa 0,25% und sinkt mit der Temperatur auf etwa 0,05% bis 150%. Der Isolationswiderstand liegt im Bereich von etwa 70 000 M Ω pro μΡ bei 25° C bis 2000 Ω pro μΡ bei 125° C. Die Kapazitätsschwankung beträgt etwa 5% bei Zimmertemperatur im Vergleich zu —65° C und 15O⁰C. Die Durchschlagsspannung beträgt zwischen 250-600 Volt Gleichstrom.

Diese und die folgenden Eigenschaften sind für einen — wie folgt — hergestellten Wickelkondensator charakteristisch. Ein Kondensator aus 0,006 mm dicken Papier wurde auf beiden Seiten mit einem gleichmäßigen, kontinuierlichen, 0,002 mm dicken Überzug aus linearem p-Xylylenpolymerisat (wie oben bereits beschrieben) überzogen. Etwa 0,006 mm dicke AIuminiumfolien wurden als Beläge verwendet.

Der Überzug war glatt und außen kontinuierlich und umschloß das faserartige Papier so eng, daß die Kunststoffschicht und das Papier nicht getrennt werden konnten. Das p-Xylylen scheint in die Zwischenräume des Papiers einzudringen und jede Faser zu überziehen. Der Überzug schien nicht überbrückend zu sein. Eine Reihe von Kondensatoren wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Materialien gewickelt. Die Kondensatoren wurden nicht auf genau arbeitenden Wickelmaschinen gewickelt, und daher wurden Abwandlungen der Eigenschaften erzielt.

Die hier gegebenen Werte sind jedoch für einen derartigen Kondensator typisch. Die Kapazität schwankt von 0,007 μΡ bis 0,054 μΡ wegen der unterschiedlichen Anzahl der Umwindungen und des unterschiedlichen Überlappungsgrades. Der Verlustfaktor lag ständig im Bereich von 0,1 bis 0,25% bei 25⁰C und 1000 Hz. Das ist beträchtlich niedriger als der Verlustfaktor von anderen, gegebenenfalls kunststoffüberzogenen Papierkondensatoren. Allgemein wird ein Verlustfaktor unter 1% bei 25⁰C und 1000 Hz als sehr zufriedenstellend angesehen.

Versuche unter zyklischer Variation der Temperatur wurden unter Verwendung verschiedener Versuchsmethoden und Temperaturen durchgeführt, wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist.

Tabelle 1

Temperaturvariation und Art des Tests

TCC-Test

IR-Test

TCD-Test

1. 25°C

2. -65° C

3. 85° C

4. 100° C

5. 150° C

6. 25° C

7. 50°C

8. 100°C

9. 125⁰C
10. 25° C

11. -65°C

12. 85⁰C

13. 100°C

14. 150°C

15. 25° C

Bei dem TCC-Test wird die Probe in einer Versuchskammer bei der gewünschten Temperatur gehalten und die Kapazität mit einer geeigneten Meßbrücke gemessen, nachdem Gleichgewichtsbedingungen erreicht waren.

Beim IR-Test wird die Probe bei der gewünschten Temperatur in einer Versuchskammer gehalten und der Stromverlust bei konstanter Spannung gemessen, nachdem Gleichgewichtsbedingungen erreicht waren.

Tabelle 2

Kapazitäts- und Verlustfaktormessungen

Beim TCD-Test wird die Probe in einer Versuchskammer auf einer Temperatur gehalten und, nachdem Gleichgewichtsbedingungen erreicht waren, der Verlustfaktor mit einer geeigneten Meßbrücke gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Test Nr. Anfängt. Kapazität

Anfängl. Verlustfaktor Endgültige Kapazität

Endgültiger

Verlustfaktor

o/o

1	0.0225	0.09	0.0228	0.11
2	0.0208	0.11	0.0208	0.13
3	0.0220	0.12	0.0220	0.13
4	0.0430	0.19	0.0427	0.22
5	0.0190	0.10	0.0192	0.16
6	0.0200	0.10	0.0200	0.11
7	0.0544	0.20	0.0543	0.25
8	0.0129	0.14	0.0132	0.15
9	0.0264	0.11	0.0264	0.12
10	0.0145	0.11	0.0146	0.15
11	0.0073	0.12	0.0074	0.13
12	0.0201	0.14	0.0202	0.16
13	0.0445	0.18	0.0440	0.20

Die Kapazitätsveränderung nach Ablauf des Temperaturzyklus betrug durchschnittlich weniger als 1 % mit einer maximalen Veränderung von etwa 2%. Ein leichtes Ansteigen des Verlustfaktors war infolge des Temperaturzyklus zu bemerken.

Der Temperaturkoeffizient der Kapazität ist über dem Bereich von —65° C bis 150⁰C positiv und hat einen Durchschnitt von 0.045 bei -65° C, 0.025 bei 85° C, 0,027 bei 100⁰C und 0.04 bei 150⁰C, was in % je ⁰C ausgedrückt wird. Tabelle 3 zeigt diese Veränderung ebenfalls in % bei den verschiedenen Temperaturen.

Tabelle 3

Temperaturabhängige Veränderung der Kapazität

(Kondensator aus Papier-p-Xylylenpolymerisat)

Test

Nr.

Prozentuale Veränderung der Kapazität
-65⁰C 85°C 100⁰C 150°C

30

10	2	1	1	4
11	2	1	1,5	1,5
12	4	1	1,5	3
13	7	3	4	8

1,5

Prozentuale Veränderung der Kapazität
-65°C 85⁰C 100⁰C 150⁰C

1	3	1,5	2	4
2	3	1,0	1,5	4
3	3	1,5	2	4
4	4,5	3	3	9
5	3,5	1,5	2	5
6	3	1,5	1,5	3
7	6	4	4	9
8	4	1	1	6
9	3	1,5	2	3

Die unterschiedlichen Resultate aus Tabelle 3 kommen durch die verschiedene Zahl der Umwindungen der verschiedenen, untersuchten Kondensatoren, wie auch durch den unterschiedlichen Überlappungsgrad zustande.

Es stellt ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Kondensators dar, daß bei ansteigender Temperatur über einen weiten Temperaturbereich ein bemerkenswertes Sinken des Verlustes erreicht wird. In Tabelle 4 wird die prozentuale Veränderung des Verlustes bei zunehmender Temperatur für einige Wickelkondensatoren gezeigt, nämlich

1. mit linearem p-Xylylenpolymerisat überzogener Papierkondensator,

2. ein Kondensator aus starkem Papier und

3. ein Papier-Kunststoff-Kondensator (ein zweifaches Dielektrikum aus Papier und einem Polyesterfilm).

Tabelle 4

Prozentualer Verlust mit steigender Temperatur

Kondensator

Temperaturen ⁰C

-55° 25°

50°

75°

100°

125°

1. Lineares p-Xylylol-	0.6	.15	.10	.08	.06	.05
Papier
2. Papier	2.0	.35	.30	.25	.20	.15
3. Papier-Kunststoff	2.0	.30	.25	.30	.42	.75

Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, weist der lineare p-Xylylen enthaltende Papierkondensator nur einen niedrigen Verlustfaktor und einen negativen Temperaturkoeffizienten hinsichtlich des Verlustes auf. Bekanntes Papier- und Papier-Kunststoff-Kondensatoren führen zu höherem Verlust und zeigen oft einen

ansteigenden positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich des Verlustes über 50°C, was bei Grenzbelastungen mit Wechselstrom zu Selbstentladung führen kann. Ein derartiger Energieverlust bei Wechselstrom durch einen einen gegebenenfalls anderen Kunststoff enthaltenden Papierkondensator bewirkt ein Erhitzen, was Verluste erhöht und folglich noch mehr Hitze erzeugt. Dieser Mechanismus fortschreitender Temperaturerhöhung setzt sich bis zum Versagen des Kondensators fort. Um diesen Nachteil der bekannten, gegebenenfalls Kunststoff enthaltenden Papierkondensatoren zu überwinden, mußten sie weit unter der Grenzbelastung verwendet werden, und das bedeutet, daß sie größer sein mußten als ein Ideal-Kondensator. Ein dieser Grenzbelastung ausgesetzter Papierkondensator mit linearem p-Xylylen besitzt dadurch selbstregulierende Eigenschaften, daß die Temperatur durch den Wechselstromverlust ansteigt, der Verlustfaktor abnimmt, wobei die Hitzewirkung verringert wird und der Kondensator ein Gleichgewicht bei normaler Temperatur erreicht. Obwohl auch einige Papierkondensatoren negative Temperaturkoeffizienten bezüglich des Verlustes besitzen, so sind sie beträchtlich größer als die der Papierkondensatoren mit linearem p-Xylylen, wodurch solche Papierkondensatoren nur bis zu niedrigeren Grenzbelastungen verwendet werden können.

Die graphische Darstellung der F i g. 1 zeigt die Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors für den erfindungsgemäßen Kondensator (durchgehende Linie) und die eines typischen bekannten Kondensators (gestrichelte Linie) mit einem Dielektrikum aus einem Polyesterfilm und Papier.

Der erfindungsgemäße Kondensator besitzt einen hohen Isolationswiderstand, besonders bei erhöhten Temperaturen, etwa 2000 Ω pro μΡ bei 125° C. Das ist etwa lOmal höher als der Widerstand von Papier, Polyesterfilm/Papier- oder Polyesterfilmkondensatoren. Ein hoher Isolationswiderstand ist bei Anwendungen mit Wechselstrom erwünscht und ist bei Verwendungszwecken mit Wechselstrom/Gleichstrom besonders wichtig, wo die Wechselstromverluste (eine Funktion des Ladungsverlustes) und die Gleichstromverluste (eine Funktion des Isolationswiderstandes) zusammen zur Überschreitung der Grenzbelastung führen können.

Die erfindungsgemäßen Kondensatoren besitzen eine dielektrische Widerstandsfähigkeit über 390 Volt pro μπι (Gleichstrom). In Tabelle 5 wird die Gleichstrom-Durchschlagsspannung von drei Kondensatoren, die je ein Dielektrikum einer Dicke von 10 μπι besitzen, verglichen:

1. ein Kondensator mit einem 6 μΐη dicken Papier und einem 2 μίτι dicken Überzug aus linearem p-Xylylen-Polymerisat auf jeder Seite,

2. Kondensator aus starkem Papier,

3. imprägnierter Papierkondensator.

Tabelle 5
Gleichstrom-Durchschlagsspannung

Kondensator

Volt

1. Lineares p-Xylylen-Papier

2. Papier

3. Imprägniertes Papier

4000

500

1500

Die erfindungsgemäßen Kondensatoren besitzen erwünschte dielektrische Absorptionscigenschaften.

Diese Eigenschaft bezeichnet die Wirksamkeit, mit der ein Kondensator seine Ladung abgibt, wenn er kurzgeschlossen wird, was im Idealfall vollständig und sofort geschieht. Tabelle 6 zeigt die überlegenen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kondensators gegenüber den Eigenschaften anderer Kondensatoren.

Tabelle 6

Dielektrische Absorption

Kondensator

Prozentuale
dielektrische
Absorption

1. Lineares p-Xylylen-Papier

2. Papier

3. Papier-Polyesterüberzug

4. Polyesterfilm

0,2

0,6 bis 3

0,9

0,5

Die angegebenen Eigenschaften und Tabellen zeigen, daß die erfindungsgemäßen Kondensatoren den gegebenenfalls mit anderen Kunststoffüberzügen versehenen Papierkondensatoren in vieler Hinsicht überlegen sind. Die erfindungsgemäßen Kondensatoren besitzen besondere Vorteile bei Verwendungen mit Wechselstrom, wo zwingende Erfordernisse hinsichtlich der dielektrischen Leistungsfähigkeit gestellt werden. Das geht auf das Durchleiten eines relativ großen Stroms (im Vergleich zu dem Leckstrom bei Gleichstrom) durch das Dielektrikum zurück, wodurch Hitze erzeugt wird, was von erhöhten Verlusten und einer Verringerung des Widerstandes begleitet ist. Diese Wirkungen nehmen gewöhnlich mit ansteigender Frequenz zu. Die erfindungsgemäßen Kondensatoren sind ausgezeichnet zur Verwendung bei Wechselstromfrequenzen (60 bis 400 Hz) geeignet und können auch bei höheren Frequenzen, wie beim Frequenzbereich von Radios, verwendet werden.

Ein linearer Polymerisatüberzug kann durch Kondensieren von reaktionsfähigen Diradikalen hergestellt werden, die durch Pyrolyse von zyklischen Dimeren der Di-p-xylylene der Formel

CH-

CH₂
CH₂

in der R ein üblicher Substituent an den aromatischen Ringen bedeutet und gleich oder verschieden ist und xO, 1,2 oder 3 ist, erhalten werden.

Die gegebenenfalls vorhandenen Substituenten R sind organische oder anorganische Gruppen, wie sie normalerweise an aromatischen Ringen vorkommen. Beispiele solcher Substituenten sind Alkyl-, Aryl-, Alkenyl-, Amino-, Cyano-, Carboxyl-, Alkoxy-, Hydroxyalkyl-, Carbalkoxyreste u.dgl. sowie anorganische Reste, wie Hydroxyl-, Nitro-, Halogen- und ähnliche übliche Gruppen, zusätzlich vorzugsweise die einfachen Kohlenwasserstoffgruppen, wie niedrige Alkylgruppen, z. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Hexylgruppen; Halogene, insbesondere Fluor, Chlor, Brom, Jod und auch die Cyanogruppen. Es ist selbstverständlich, daß bei Abwesenheit von Substituenten die Bindung durch Wasserstoff abgesättigt wird.

40? 5*4/176

Da die Bindungs- und Polymerisationsreaktion der reaktionsfähigen Diradikalen bei deren Kondensation den aromatischen Ring nicht beeinträchtigen, kann jedes gegebenenfalls substituierte p-Xylylenpolymerisat hergestellt werden, zumal die Substituenten im wesentlichen inerte Gruppen sind.

Da jedoch die Polymerisate hier als Dielektrikum dienen und viele der obengenannten substituierten p-Xylylenpolymerisate ein beachtliches Dipolmoment besitzen, werden nicht alle Derivate gleiche Ergebnisse bei der Verwendung im Kondensator liefern. Der Verlustfaktor bestimmter p-Xylylenpolymerisate mit hochpolaren Substituenten kann zwar etwas höher sein als bei anderen p-Xylylenpolymerisaten, jedoch können derartig substituierte p-Xylylenpolymerisate auch erwünscht sein, da sie oft eine höhere dielektrische Konstante haben als z. B. unsubstituierte Polymerisate.

Bestimmte physikalische Eigenschaften von einzelnen substituierten p-Xylylenpolymerisaten können erwünscht sein, so daß etwas schlechtere dieleketrische Eigenschaften toleriert werden. Zum Beispiel ist Poly-(2-chlor-p-xylylen) ein sehr zähes Polymerisat mit mechanischen Vorteilen gegenüber anderen p-Xylylenpolymerisaten.

Poly-(aAA',a'-tetrafluor-p-xylylen) ist sehr temperaturbeständig und kann sogar für 100 Stunden 300⁰C ohne Veränderung der physikalischen Festigkeit aushalten. Von den substituierten p-Xylylenpolymerisaten werden diese beiden bevorzugt. Für allgemeine Anwendungszwecke werden jedoch normalerweise unsubstituierte p-Xylylendiradikale bevorzugt (d. h., wo x = 0 und alle Substituenten = Wasserstoff), da das daraus hergestellte Polymerisat die stabilsten elektrischen Eigenschaften und die bevorzugteste dielektrische Konstante und Leistungsfaktor im Vergleich zu den anderen Polymerisaten besitzt.

Die Ausdrücke »Di-p-xylylen« und »p-Xylylendiradikale« bedeuten daher vorzugsweise unsubstituierte Dimere oder Diradikale bzw. substituierte Dimere oder Diradikale, die zur Herstellung eines gegebenenfalls substituierten p-Xylylenpolymerisats geeignet sind und beim Auftragen auf Papier oder anderen porösen Materialien die gewünschte Kombination elektrischer und physikalischer Eigenschaften ergeben, was in manchen Fällen eine Festigkeit gegen hohe Temperaturen einschließt. Zyklische dimere Di-p-xylylene und entsprechende substituierte Dimere, die erfindungsgemäß verwendet werden, sind bekannt. Substituierte Dimere können aus Di-p-xylylen durch übliche Verfahren zur Einführung von Substituenten hergestellt werden.

Das zyklische Dimer (I) wird zur Herstellung der reaktionsfähigen Diradikale (II) pyrolysiert. Vorzugsweise wird das zyklische Dimer vor der Pyrolyse bei niedrigen Temperaturen verdampft, was bei Temperaturen über wenigstens 100⁰C beginnt. Das Verdampfen ist jedoch zur Ausführung dieses Verfahrens nicht entscheidend.

Die Pyrolyse des dampfförmigen Di-p-xylylens findet bei Temperaturen über etwa 400⁰C vorzugsweise zwischen etwa 550⁰C und 700⁰C statt. Durch die Pyrolyse wird das Di-p-xylylen (I) quantitativ gespalten und reaktionsfähige Diradikale der Struktur

besitzt. Die pyrolytische Spaltung hat keine Veränderung des aromatischen Teils des Di-p-xylylens zur Folge, und im Dampf der Pyrolyse sind keine Einheiten mit niedrigerem Molekulargewicht vorhanden.

Die in der oben beschriebenen Weise gebildeten Diradikalen treffen auf die Oberfläche des Papiers oder eines anderen porösen Materials auf, wobei die Oberfläche auf Temperaturen unter der Kondensationstemperatur der Diradikale gehalten wird. Diese

ίο polymerisieren spontan nach dem Kondensieren und bilden einen gleichmäßigen, kontinuierlichen Überzug aus einem linearen p-Xylylenpolymerisat mit der allgemeinen Struktur

H,C

CH,

in der R und χ wie oben definiert sind und η für die Anzahl der sich wiederholenden Einheiten in der Kette steht, normalerweise z. B. etwa 5000.

Es wurde gefunden daß es für jede Diradikalart eine Höchstkondensationstemperatur gibt, über der die Diradikale nicht kondensiert und polymerisiert. Alle beobachteten Höchsttemperaturen von p-Xylylendiradikalen waren unter etwa 25O⁰C, variieren jedoch in gewisser Weise mit dem angewendeten Druck. Zum Beispiel bei einem Druck von 0,5 mm Hg sind typische Kondensations- und Polymerisationstemperaturen für folgende Diradikale beobachtet worden:

p-Xylylen

Chlor-p-xylylen

Dichlor-p-xylylen

25- 30⁰C

70- 8O⁰C

200-250° C

CH, —< >—CH₂ · (II)

gebildet, worin (R)_x die bereits definierte Bedeutung Je nach den Substituenten an dem zyklischen Dimer können entweder Homo- oder Mischpolymerisate gebildet werden. Wenn z. B. (R)_x in jedem der wiederkehrenden Einheiten gleich ist, werden nach Kondensation der Diradikalen Homopolymerisate gebildet. Wenn R oder χ in den wiederkehrenden Einheiten verschieden sind oder eine Mischung aus zyklischen Dimeren pyrolysiert wird, können Mischpolymerisate gebildet werden, wenn die Kondensationstemperatur unter der niedrigsten Höchstkondensationstemperatur der substituierten Diradikalen gehalten wird. Auf diese Weise beeinflußt die Polymerisation bei der Kondensation die aromatischen Teile der Diradikale (II) die Substituentengruppe nicht. Wie vorher ausgeführt, sollte die Auswahl der Substituenten je nach den gewünschten Eigenschaften des Dielektrikums erfolgen. p-Xylylenpolymerisate besitzen eine ungewöhnlich gute Widerstandsfähigkeit gegen praktisch alle Lösungsmittel, was ein Anzeichen dafür ist, daß sich in dem Polymerisat keine anderen Komponenten mit niedrigem Molekulargewicht befinden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Überzugsverfahrens wird eine abgewogene Menge eines geeigneten Di-p-xylylens in den Behälter 20 (Verdampfungszone) des Verdampfungs-Pyrolyse-Ofens gegeben. Das System wird bis zu dem genannten Druck evakuiert und dann Di-p-xylylen in das Dampfrohr 21 (Pyrolysezone) gegeben. Die in der Pyrolysezone gebildeten Diradikale werden durch die Auslaßöffnung 23 zum Träger 25 geleitet, wo die Diradikale mit dem Papier 2i oder einem anderen porösen Material in Berührung kommen, an der Oberfläche dieser Gegenstände

kondensieren und so einen Polymerisatüberzug aus p-XylylenpoIymerisat bilden. Die Oberfläche des Papiers wird durch am Träger 25 gelegene Kühlvorrichtungen (nicht gezeigt) auf der geeigneten Kondensationstemperatur gehalten.

Die Dicke des Polymerisatüberzuges kann durch die Zeitdauer des Aufdampfens auf das Papier geregelt werden. In einem vorangegangenen Beispiel wurde ein 2 μΐη dicker Überzug auf jeder Seite eines 6 μηι dicken Papierstreifens aufgetragen. Der Überzug kann bis zu einer Dicke von 25 μηι oder mehr variiert werden.

Die bevorzugten p-Xylylenpolymerisate zum Überziehen von Papier oder anderen Materialien zur Herstellung überlegenen dielektrischen Materials sind unsubstituiertes p-Xylylen, 2-Chlor-p-xylylen und α,α,αΆ'-Tetrafluor-p-xylylen.

Die Temperaturfestigkeit und die dielektrische

Konstante des freien Films aus diesen Materialien ist in Tabelle 7 zum Vergleich angegeben:

Tabelle 7

Bevorzugte p-Xylylenpoiymerisate

Polymerisat

Höchste Dielek-

Verfahrens- trische temperatur Konstante

>175°	C	2,7
>175°	C	3,0
>300°	C	2,6

1. p-Xylylen (unsubstituiert)

2. 2-Chlor-p-xylylen

3. α,α,α',α'-TetrafIuorp-xylylen

Beim Auftragen auf Papier wird die höchste Verfahrenstemperatur und die dielektrische Konstante von den oben angegebenen Werten abweichen, jedoch entsteht in jedem Fall ein verbessertes Dielektrikum.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kondensator aus einer Mehrzahl von die Beläge bildenden Metallfolien und dazwischenliegenden dielektrischen Zwischenschichten aus porösem Material, das mit Kunststoff überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material mit einem gleichmäßigen, kontinuierlichen Überzug aus linearem p-Xylylenpolymerisat überzogen ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ι ο gekennzeichnet, daß der Kondensator als Wickelkondensator ausgebildet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material Papier ist.

4. Kondensator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einem linearen Polymerisat aus 2-Chlor-p-xylylen- oder α,α,α',α'-Tetrafluor-p-xylylen besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Überzug auf das poröse Material durch Kondensation von reaktionsfähigen p-Xylylendiradikalen mit der Struktur