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Hitzebeständiger, mehrschichtiger isolierter elektrischer Leitungsdraht
für Wicklungen von elektrischen Maschinen und Apparaten." Zusatz zu Patent . ...
...(Patentanmeldung r 28 007 VIIId/21c) Die vorliegende ßrfindung betrifft eine
Verbesserung und weitere Ausbildung der im Hauptpatent . ... ... (Patentanmeldung
P 28 007 VIIId/21c) beschriebenen Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft hitzebeständige, mehrschichtig
isolierte elektrische Zeitungsdrähte für Wicklungen von elektrischen Maschinen und
Apparaten mit
einer dünnen, gleichmässig inneren Schicht aus einem
nichtlinearen, auf dem Draht gehärteten Polyester Lind einer gegenüber der inneren
Schicht dünneren, gleichmässigen äusseren Schicht, wobei die Schichten unterschiedliche
elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen.
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In den letzten Jahren kam es zu einer zunehmenden Verwendung von hitzehärtbaren
Polyesterharzen für elektrische Isolationszwecke, wie z.B. zum Isolieren ton Magnetdraht.
Die hitzehärtbaren Polyesterharze, wie sie für die Isolierung von Drähten gebraucht
werden, sind verschiedener Art, bestehen aber im allgemeinen in der Hauptsache aus
dem Reaktionsprodukt eines mehrwertigen Alkohols, eines Glykols und einer Dicarbonsäure
oder einem niederen Alkylester derselben, wobei das Harz in der Regel durch einen
Metallkatalysator, wie z.B. Zink, Titan, Bleiglätte, Blei usw: ausgehärtet wird.
Derartige Harze zeigtn eine bemerkenswerte Wärmebeständigkeit, wenn dieselbe nach
den Normverfahren der Elektrizitätsindustrie gemessen wurde, so z.B. bei dem dielektrischen
Verdrillungstest Nr. 57 des A.I.E.E. (American Institute of Electrical Engineers).
Ferner sind diese Harze leicht in organischen Lösungsmitteln löslich und können
somit nach den üblichen Überziehverfahren auf blanke Kupfer- oder Aluminiumdrähte
aufgetragen werden, unter Verwendung von Wischdüsen mit anschliessenden Aushärten
-bei hofier Temperatur von-260 ## rd. 538 0C, wobei die Harr(.-lösung
allgemein
in mehreren Schichten aufgebracht wird, von denen jede vor Auftragen der nächsten
Schicht ausge. härtet wird.
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Beispiele für Polyesterharze des beschriebenen Typs, welche mit Vorteil
für die Isolierung von Magnetdrähten benutzt worden sind, wären 1. Ester
aus Terephthal- oder Isophthalsäure bzw. den niederen Alkylestern, umgesetzt mit
Glyzerin und/oder Pentaerythritol zuzüglich geringer Mengen an Silanen oder Siloxanenl,
sowie 2. Ester aus Terephtyial- oder der Isophthalsäure bzw. den niederen Alkylestern,
umgesetzt mit a) Glyzerin oder Pentaerythritol und b) Äthylenglykol oder Butandiol
1,4 oder einem Gemisch der letzteren, auch gewisse modifizierte Polyesterharze des
hitzehärtbaren Typs sind verwendet worden. Diese werden in der Weise erzeugt, dass
man dem im wesentlichen linearen Polyester aus dem zwei-- und mehrwertigen Alkohol
und der Terephthal» säure einen erheblichen Anteil eines anderen Reagens hinzusetzt,
so z.B. ein Isocyanat bzw. Polyisocyanat des wärmebeständigen Typsq welches als
das vorherrschende Vernetzungsmittel für das Aushärten des Harzes auf dem Leiter
dient unter Bildung von Polyestercyanuraten. Ein Isocyanat, das in der Regel für
diesen Zweck verwendet wird, ist das
Trimere einer trisubstituierten,
mit Phenol oder Kresol blockierten Cyanursäure mit der folgenden Strukturformel
Diese Isocyanat»Harze verbessern die Wärmebeständigkeit, vermindern etwas den Hitze-
und Lösungsmittel-Schock, machen infolge ihrer aktiven Vernetzungswirkung den fertigen
Film hart und zäh und verbessern dessen elektrische Eigenschaften.
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Diese. Harze können beschrieben werden als hitzehärtbare Polyester-
oder modifizierte Polyester-Harze des Diol-Polyol-Dicarbonsäure#Typs, die in Nachstehendem
manchmal als "hitzehärtbare Polyesterharze" bezeichnet werden, Die Einverleibung
eines Metallkatalysators in die Harzlösung,
wie z.B. Zink, Blei,
Titan usw. fördert die Vernetzung und erhöht die Aushärtegeschwindigkeit.
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Die Verwendung solcher hitzehärtbarer Polyesterharze für die Isolierung
von Magnetdrähten wurde diktiert durch die Notwendigkeit eines grösseren Widerstandes
gegenüber längerem Erhitzen, wodurch man eine elektrische Vorrichtung unter Verwendung
des Magnetdrahtes bei einer höheren Temperatur im Betrieb halten kann, ohne dass
die Lebensdauer der Vorrichtung verkürzt wird. Ein grundlegender Mangel bei Magnetdrähten,
die mit solchen Harzen überzogen sind, ist jedoch der, dass sie Beanspruchungen
ausgesetzt sind, welche man in der Industrie der Magnetdrähte als Wärmeshock und
als Lösungsmittelshock bezeichnet, d.h. wenn die Drähte gestreckt oder gebogen werden
(wie z.B. beim Wickeln und beim Zusammenbau) und dann erhitzt werden, kann es vorkommen,
dass im Überzug Risse auftreten. Diese Risse stellen leere oder offene Räume in
der Isolierung dar und können im Betriebe zum Versagen der elektrischen Vorrichtungen,
in welchen der Draht verwendet wird, führen. Ebenso kommt es vor, dass, wenn der
Film oder Überzug gestreckt und gebogen (wie beim normalen Wickeln elektrischer
Vorrichtungen) und dann in einen Lack getaucht wird, welcher organische Lösungsmittel,
wie z.B. gylol, leichte Teeröldestillate usw., enthält, das heisse Lösungsmittel
während des Einbrennens Risse in dem Film oder Überzug
oder ein
Abblättern desselben verursacht (Lcisungsmittelshek); dies ist eine weitere Ursache
für das Versagen elektrischen Vorrichtungen.
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Die Beseitigung oder die Verminderung des Wärmeshocks und des Lösungsmittelshoks
bei diesen mit einem hitzehärtbaren Polyesterharz überzogenen Drähten ist als offensichtlich
sehr erwünscht anerkannt worden, jedoch haben die Fachleute .- soweit bekannt ist
- hierbei. bisher keinen Erfolg gehabt. Einmal ist nicht zu erkennen, wie der hitzehärtbare
Polyester selbst für diesen Zweck in wirksamer Weise modifiziert werden könnte,
ohne eine Einbusse an seinen Gesamteigenschaften zu erleiden, die denselben gerade
als Drahtisolierung so geeignet erscheinen lassen.
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Ferner, obwohl Polymerisate, wie z.b. gegebenenfalls mit einem Urethan
umgesetztes Polyvinylformal-Pheno plast bei Auftragen auf den blanken Draht keinen
Wärmeshock verursachen, würden dieselben das Wärmeshock-Problem nicht lösen können,
wenn. der Überzug auf einen bereits auf dem Draht befindlichen hitzehärtbaren Polyester
erfolgt. Andererseits gibt zwar ein Polyamid wie Polyhezymethylenadipamil
bei Auftragen auf den blanken Draht keinen Anlass zu einem Wärmeshock, sondern beseitigt
ihn bzw. schliesst ihn aus, wenn es auf einen äusseren Überzug aufgetragen
wird, hat aber doch nicht die Wärmefestigkeit der Polyester und be» einträchtigt
daher ernstlich die Wärmefestigkeit des fertigen Drahtes, der dadurch zu einem für
die Bewertungsklasse (95500 unannehmbaren Produkt wird.
Es sind
bereits verhältnismässig wäru.efeste, mehrschichtige Isolierengen bekannt. Diese
bekannten Isolierungen sind empfindlich gegen Biegung des Drahtes; auch ist ihre
hö-. sungsmittelshockfestigkeit gering.
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ferner ist es bekannt, Leiter mit mehreren Isolierlack. schichten
verschiedener. Eigenschaften zu versehen. In den, artigen elektrischen Leitern weist
indessen nur die innere Schicht dielektrische Funktionen auf.. Eine hehre zur Vermeidung
des Wärmeshocks und Lösungsmittelshocks ist jedoch nicht bekannt. Es ist auch nicht
der geringste Hinweis auf eine Lösung im Sinne tle--- ,rr rliegenden Erfindung gegeben.
Weiterhin ist es be' _.=2.t?, Tiber eine nicht näher definierte -Titere Isolierschicht=
Schicht von Polyäthylen oder ee-e-gleichen aufzutragen, wobei diese zweite Schlecht
mit E @-sern verstärkt ist, welche gegenUbsr Wasser unempfindlich sir##.. Diese
zweite Schicht ist jedoch nicht einher tlich gleichmässig, sonder. wegen der E=inbettung
von fasern heterogen gestaltet, ist somit im Siuue vorliegender Erfindung keine
dielektrische Beschichtung und damit .auch zur befriedigenden Lösung deerfi-,dungsgemäss
be,ltigtex Problems Licht geeignet. Dem Bekannten ist.: eis Binweis auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, einen hitzebe-
| ständigen elektrischen Leitungsdraht heue teilen, der mit |
einem hitzehärtberen
Polyester oder modifizierten Polyester
des beschriebenen Typs isoliert
ist, bei welchem praktisch
weder ein Wärmeshock
noch ein Lösungsmittelahock
vorkommt,
ohne
dass aber die gewünecaten Eigenschaften der Polyester-Isolierung
beeinträchtigt
werden und der für einen stetige
n
Betrieb
bis zu 180°(;
(Klasse H) oder darüber geeignet ist.
Ein weiterer Mangel der mit einem
Polyester überzogenen
Drähte ist
ein niedriger Grad der Abriebrestigkeit
und der
Wickelfähigkeit, de-.
bei der Verwendung
von mit
hoher Dreh
zahl laufenden Wickelmaschinen
einige Schwierigkeiten verursacht
hat. Auch ergab sich bei der zunehmenden Verwendung konzentrierter Bindelacke
mit akti:eren Lösungsmitteln
die Notwendigkeit eines Drahtes mit: besserer
Lösungsmi.ttelfestigkeit,
um der erweichenden Wirkung
dieser hacke sicher
zu
widerstehen. -
Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist datier die Schaf:`ang
eines solcherr-Drahtes mit verbesserter Abriebfestigkeit,
Wickelfähigkeit und Lösungemittelfestigkeit.
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Man ,hat nun festgestellt, dneo die Mängel
bei den Drähten,
die mit einen Polyenter oder modifisierteu
Polyester des
beschriebenen Typs isoliert sind, für alle praktischen
.Verwendungezweoke
beseitigt werden können, wenn man die
Schicht den durch Hitze gehärteten
und hochvernetzten
Polyesters mit einer dünnen Schicht
eines linearen thermo-
plastischen polyaromatischen Polyoarbonsäureimids
überzieht, wobei das letztere die folgenden Eigenschaften haben soll :
1.
Einen Schmelzpunkt von über 1750,
2. eine relative Viskosität von-über
1,3;
3. eine Zugfestigkeit bei 1750 von mindestens 21 kg/mm2
in der Faser-Form; ¢, die Eigenschaften eines Superpolymerisates,
d.h. es muss fähig sein, eine Faser zu bilden und kalt gezogen
werden
können;
5. eine Lebensdauer von mindestens 4000 Stunden bei einer
Temperatur
von 2000, aufgetragen auf einen mit einem
starken Film überzogenen
Draht Nr.18, wobei der Durch-
messer um 0,0762 mm zunimmt, unter Verwendung
des AIEE-Verdrillungstestes Nr, 57, bei einer Spannung von
1000
Volt als Fehlerkriterium.
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Unter relativer Viskosität ist das Verhältnis der Ausströmnngszeit
der Lösung des polymeren
Stoffes zur Aus-
strömungsgesohwindigkeit
des reinen Lösungsmittels
zu ver-
stehen. Hier ist die relative
Viskosität ausgedrückt
Viskosität einer 1%igen
Lösung eines-polymeren
Stoffes _
| be |
| also |
| Viokosität des Lösungsmittels bei 250C |
Die Dicke der äusseren Sohioht
des linearen thermoplasti- ,
sehen polyaromatischen Polyonrbonsäureimids muss
normaler-
weise
gleich mindestens le-der
Dicke der inneren Schicht
des nicht-linearen
Polyesters .sein. In der Praxis muss
in
jedem Falle
die äussere Schicht
wesentlich dünner sein
als
die innere
Schicht.
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Durch eine solche äussere Schicht werden die physikalische Zähigkeit
und die Lösungsmittelfestigkeit verbessert; ins-
besondere. werden
aber Wärme- und Lösungsmittelahocks aus-
geschlossen. .
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Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung einen hitzebe-
ständigen,
mehrschichtig isolierten elektrischen Leitungsdraht füt Wicklungen
von elektrischen Maschinen 'und
Apparaten reit einer dünnen,
gleichmässigen inneren Schicht
aus einem nichtlineareng auf dem
Draht gehärteten Polyester und einer gegenüber der inneren Schicht
dünneren, gleichiAässigen äusseren Schicht, wobei die Schichten
unterschied-
liche elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen,
bei
dem erfindungsgemäss die äussere Schicht aus einem linearen
thermoplastischen polyaromatischen Polyoarbonsäureimid gebildet ist, einen
Schmelzpunkt von mindestens 175°C und die Zugfestigkeit und thermische
Lebensdauer einen
linearen Polyesters aufweist, der das Reaktionsprodukt
einen zweiwertigen Alkohols und einer aromatischen Dioarbchnsäure
ist und eine relative Viskosität über 1,3 hat.
Zur
Herstellung elnes isolierten elektrischen Leiters.kaiur .
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z.B. so vorgegangen werden, dass ein elektribch
leitender
Draht durch eine Lösung eines hitzehärtbaren Polyester-
harzes
gezogen wird. wodurch der Draht mit dieser Lösung
überzogen
wird, worauf der so überzogene Draht auf eine
Temperatur erhitzt
wird, die susreioht, um das Bars auf dem
Leiter zu einem harten
Uberzug auszuhärten, ferner dieses
Überziehen und Erhitzen mehrmals
wiederholt wird, um auf dem Draht eine dünne, gleichmässige
und stetige mehrlagige Schicht des ausgehärteten Harzfes
als ein Dielektrikum zu
bilden, wobei der so überzogene
Dreht durch eine Lösung
eines linearen thermoplastischen polyaromatischen
Polyoarbonsäureimids in einem Lösungsmittel gezogen wird, wobei
ferner dieses Polymere einen Schmalzpunkt von mindestens
175°C, eine relative Viskosität von über 1.3 und eine Zug-
festigkeit
von mindestens 21 kg/mo2 in. der Faserform hat,
fähig ist,
eine Faser zu bilden, 'kalt gezogen werden kann und eine Lebensdauer
von mindestens 4000 Stunden hei 2000 besitzt, gemessen nach dem
AIEE Verdril7Lungsverfahren Nr.57 bei Uberziehen eines mit einem starken
film übbrzogenen Drahtes Nr.18, wobei der Durchmesser um 0.0762
mrn zunimmt
und bei Verwendung einer Spannung von 1000 Volt
als
Fehlerkriterium, wodurch die erwähnte Polymerlöeung als
ein
Uberzug auf dir rehrlagige Schicht aufgetragen wird, wobei
ferner der überzogene Draht genügend erhitzt
wird, um du3 LUaunganittel
in wesentlichen su entfernen
und auf dem Draht eine
dünne, gleichmässige und stetige Schicht des linearen, thermoplastischen polyaromatischen
Polycarbonsäureimids als ein Dielektrikum zu bilden, welche Schicht erheblich dünner
ist als die erwähnte mehrlagige Schicht,mindestens jedoch eine Dicke hat, welche
10% der Dicke der mehrlagigen Schicht entspricht.
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Die Wirksamkeit des äusseren linearen thermoplastischen polyaromatischen
Polycarbonsäureimids in der Beseitigung von Wärmeshocks wird bestimmt durch einen
wärmeshocktest, bestehend in einer 15>igen Dehnung des mit mehreren Zagen überzogenen
Drahtes mit anschliessendem Wickeln um einen 3X-Dorn und Halten auf demselben auf
die Dauer einer Stunde bei 1750. Bei diesem Test darf es zu keinem Wärmeshock kommen.
Ein ähnlicher Test gleicher Art kann mit dem um 15i gestreckten Draht vorgenommen
werden, wobei derselbe ebenfalls auf einen 3X-Dorn gewickelt und dann auf die Dauer
von 10 Minuten in siedendes äylol bei 1350, dem Siedepunkt des Xylols, getaucht
wird (Lösungsmittelshock).
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Die relative Viskosität erhält man durch Bestimmung der Viskosität
einer lloigen Lösung des Polymerisats bei 25o, geteilt durch die Viskosität des
Lösungsmittels bei 250. Sie ist: ein Mass für das Molekulargewicht, welches genügend
hoch sein muss. um in dem Polymeren die notwendigen
| zu bekommen. Wenn -*T Draht gestre^kt< |
| g :r:c. ->t f =r;:t der erhöhten Temparatur unter Spanvuxg |
gehalten wird, ist es wichtig, dass der äussere Überzug eine hohe
Zugfestigkeit hat, die sich bei der Testtemperatur von 175o auf mindestens 21 kg/m2
in der Faserform belaufen muss.
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Die Superpolymer-Kennzeichen beziehen sich wiederum auf das hohe Molekulargewicht
und die Linearität des Polymeren, wag ermöglicht, dass der äussere Überzug
selbst bei der erhöhten Temperatur ein festes Band bildet, wodurch ein Wärmeshock
verhindert wird. Derartige Kennwerte hängen von der Fähigkeit des Polymeren ab,-eine
Faser zu bilden und kalt gezogen werden zu können. Die Bestimmung der Faser» bildungseigenschaften
erfolgt in der üblichen Weise, also entweder nach der Fb4wisschmelzmethode der Bildung
von Fasern oder durch Ausfällen aus einer Lösung.
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Von besonderer Bedeutung für den äusseren Polymerüberzug ist dessen
Lebensdauer in der wärme. Das wirksame Mittel zur Messung der Lebensdauer ist ein
von dem American Institute of Electrical Engineers entwickeltes Verfahren, das unter
der Bezeichnung AIEE-Verdrillung Nr.57 bekannt ist. Es handelt sich dabei im wesentlichen
um ein dielektrisches Testverfahren, bei welchem die elektrischen Eigenschaften
des Isolierfilms als eine Funktion der Zeit bei einer gewissen Temperatur gemessen
werden. Der wirkungsvollste Test besteht darin, dass man einen mit einem
starken Film überzogenen Draht Nr. 18 weiterhin mit dem linearen
Polymeren
überzieht bis zu einer Zunahme des Durchmessers um 0t0762 mm, worauf man den Uberzug
nach dem Altern mit 1000 Volt belastet, bis ein Endpunkt bestimmt ist, welcher vorliegt,
wenn das Muster die Spannung von 1000 Volt nicht mehr aushält. Das ist ein wohlbekanntes
Verfahren, das in der ganzen Industrie verwendet wird, um das Verhalten von Magnetdrähten
in der Wärme zu bewerten; hierauf beruht der oben angegebene Wert von mindestens
4000 Stunden bei 2000, Das Auftragen eines Polymerüberzuges mit schlechten thermischen
Eigenschaften beeinträchtigt das Gesamtverhalten des Drahtes, der dann nicht mehr
für eine Temperatur von 1550 bewertet werden kann. Ein wichtiges Kennzeichen
für den äusseren Überzug ist daher, dass derselbe eine Wärmefestigkeit besitzt,
durch welche der darunter liegende Polyester oder modifizierte Polyester nicht beeinträchtigt
wird. Insbesondere bei Auftragen eines Hexamethylen»adipamid-Polymeren wird das
Gesamtverhalten des Drahtes in der Wärme ernstlich beeinträchtigt, wenn auch die
anderen an den äusseren Überzug gestellten Anforderungen erfüllt sein mögen.
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Als thermoplastische, lineare Polymere für den äusseren Überzug sind
besonders gut polyaromatische Imide einer-aromatischen Polycarbonsäure geeignet.
Diese Superpolymere haben eine gute Lebensdauer in der Wärme sowie eine hervorragende
Resistenz gegenüber Lösungsmittelshock und erfüllen auch die anderen Anforderungen
für einen Magnetdraht der Temperaturklasse H (18000).
Die polyaromatischen
polycarbonsäurearomatischen Imide, die für die Aussenschicht verwendet werden, können
durch Umsatz zweier endständiger Dianhydridgruppe:a - die dazwischenliegenden Gruppen
können Sechsringe, Phenylenradikale, Amide, sauerstoffhaltige Verbindungen, oder
»bindungen, allein oder kombiniert sein » mit aromatischen Diaminen hergestellt
werden, welche ferner noch einfache aromatische Reste oder Kombinationen derselben
mit einer Vielzahl von thermisch stabilen Bindungen enthalten können. Ein Beispiel
solch eines Imides ist die bereits oben als
| Du Fonts "U-Z" erw@@=#-te Verbindung, welche als ein
Oxy_ |
| dianilinimid der bezeichnet werden kann |
| °.d nachfolgende r._;rv:är besitzt |
| Nähere Einzelheiten übex die Einzelheiten. Über die Her- |
| stellung de, artiger Id s=ind in den. US-Pat;:..n Nr. |
| <@ 867 6G9 vom 6. 1.11WJ9 i. Ig'rg r?I2
61 g°'ä? _;`?s -. |
| ¢ 13 i.rr. |
| zur |
Herstellung der Aussenschicht verwendet werden können. Ein Beispiel
eines derartigen modifizierten Imids ist ein Amid»Imidharz, welches als ein Methylendianilinimid
der Trimellitsäure mit nachfolgender Struktur bezeichnet werden kann
Diese linearen polyaromatischen Imide und deren Modifikationen sind Superpolymere
mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und verhindern- als über den nicht linearen,
hitzehärtbaren Polyestergezogene Aussenschicht praktisch die Einwirkung von Hitze
sowie den Lösungsmittelshock und entsprechen allen Anforderungen an einen Magnetdraht
der Hochtemperaturklasse H (180°c).
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Die Polyäthylen--terephthal-adipate sowie das Hexamethylenadipamid»Polymere
sind für die äussere Schicht ungeeignet, da sie nicht die erforderliche Wärmebeständigkeit
besitzen. Das letstere widersteht ferner sehr schlecht dem Einfluss der Feuchtigkeit
und setzt die elektrischen Eigenschaften des fertigen Films herab.
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Ebenso ungeeignet für diesen Verwendungszweck
sind zum Beispiel Harze auf der Basis von Polyvinylformal und Poly»
vinylbutyral,
in erster Linie weil sie, obwohl von hohem blolekulargewicht, einen niedrigen Erweichungspunkt
haben, nicht linear, sondern vernetzt sind und auch keine hohe Zugfestigkeit bei
17500 besitzen.
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Die aromatischen Polyimide der äusseren Isolierschicht eines erfindungsgemässen
Lackdrahtes wirken, wie ejn kautschukähnliches Band von hoher Zugfestigkeit, welches
beim Biegen oder Strecken und Erhitzen des Leiters Wärmeshocks in der darunter liegenden
Schicht aus dem nichtlinearen Polyester oder modifizierten Polyester verhindert.
ferner werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften des fertigen Lackdrahtes
durch die grössere Zähigkeit und Unlöslichkeit dieser äusseren Schicht sehr verbessert..Da
ferner diese aromatischen Polyimide eine ausgezeichnete Wärmefestigkeit besitzen,
werden die thermischen Gesamteigenschaften des fertigen Lackdrahtes nicht beeinträchtigt,
der dann noch einen Betrieb bei 180o0 oder darüber (Klasse H) zulässt. Obwohl die
aromatischen Polyimide im Vergleich zu den hitzehärtbaren Polyestern oder modifizierten
Polyestern verhältnismässig nur schwach löslich sind, so dass sie normalerweise
in einer Lösung aufgebracht werden müssen,die nur einen verhältnismä.s$ig niedrigen
Gehalt an festen Stoffen hat, so wird das in diesem falle durch den Umtand ausgeglichen,
dass die äussere Schicht wesentlich dünner ist als die innere Schicht.
In
den nachstehenden Beispielen beziehen sich die angegebenen Prozentsätze auf das
Gewicht
| Innenüberzug I |
| Isocyanatkomponente ............ 618 ;b |
| Polyesterkomponente ............ 23,2 |
| Rohkresol ...................... 46,14 |
| 54 |
| L ösungsmittel .... 23,30 |
| .............. |
| Zinkoktoat (8% Zn) ............. 0,56 % |
Bei der Isocyanatkomponente handelt es sich um das Trimere der trisubstituierten
Cyanursäure der eingangs beschriebenen Struktur. Die Polyesterkomponente wurde auf
einer Molprozentbasis hergestellt aus etwa 47 Teilen Terephthalsäure, 36 Teilen
Glykol und 17 Teilen Glyzerin. Das Rohkresol ist eine Teerölsäure mit einem Siedebereich
von 180 -
2300, Das Lösungsmittel ist eine Solventnaphtha, ein hydriertes
Lösungsmittel mit hohem Aromaten-Behalt aus Erdöl. Das Liter der harzigen Überzugslösung
wiegt rd. 'l,06 kg, hiervon sind 0,32 kg feste Bestandteile. Bei Herstellung der
harzigen Uberzugslösung werden zunächst die Lösungsmittel und die Polyesterkomponente
abgewogen. Das Gemisch wird unter dauerndem Rühren 30 Minuten lang auf 137 #» 139o
erhitzt, wobei wasserhaltige Dämpfe entweichen. Nach Abkühlung des Gemisches auf
100 bis 120o wird allmählich die Isocyanatkomponente uzte r dauerndem Rühren hinzugesetzt.
Dann wurde das Gefäss
geschlossen und in etwa 30 Minuten war die
Isocyanatkomponente völlig aufgelöst. Die Lösung v*-u.rde dann auf 120o erhitzt
und auf dieser Temperatur eine Stunde lang gehalten. Der Lack wurde dann auf mindestens
60'o gekühlt, worauf man den ZinkoktoatMBestandteil in gleichen Mengen Rohkresoi
und Lösungsmittel hinzusetzte. Der Lack wurde dann filtriert und hatte eine Viskosität
von
500
bis 900 Centipoise bei. 860F (300C). Der Lack kann dann auf den Draht
aufgetragen und auf demselben ausgehärtet werden, wobei man sich der üblichen Drahtemailliermethoden
bedient, unter Verwendung von Wischdüsen und einer Ofeätemperatur von 400 s- 500o
| Inrsuuezzux II |
| Isacyanatkomponente . . . s. . m . . r .. a .. .....
4,'0 |
| 2o lyesterkomponente .................. 25,0 |
| Melamin-Formaläehydharz .............. 2, |
| Tetrabutyl-titanat |
| (20%ige Losung in Rohkresol) . . .. . . . . .. 2,5
#b |
| Rohkresol ..................o......... 43' |
| Losungsmittel ........................ -23,4 |
| Das Melamin-Formaldehydharz ist ei.thyliertes oder |
| butyliertes Derivat des Kondensationsprodukts von Melamin |
| und Formaldehyd als Lesung in Xylol mit einem Gehalt von |
| 66> an'@gsten Lestant,#telen.Das Mischen, L%erz.ehen und |
| Aushärten erfc;`@g-,n IM wesentlichen wie beim tber=g I, |
abgesehen davon dass das Mischen bei einer niedrigeren Temperatur
erfolgt (80 .. 900) und dass das Gemisch vor dem Zusatz des Melamin-formaldehydharzes
und des Titanats gekühlt wird. Die Überziehlösung enthält 30,5;b feste Bestandteile
und hat eine Viskosität von 300 » 450 Centi# poise bei 300C.
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Beispiele für die Uberziehlösung der äusseren Schicht sind die folgenden
Aussenüberzug
Dieser besteht aus einem polyaromatischen Imid einer aromatischen
Folycarbonsäure, das als gebrauchsfertige Lösung oder gebrauchsfertiger Lack zum
Überziehen von Magnetdrähten im Handel ist.
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Wie bereits vorher erwähnt wurde, muss die äussere Schicht aus dem
aromatischen Polyimid eine Dicke von mindestens etwa i0% der Dicke der inneren
Schicht aus dem hitzehärtbaren nichtlinearen Polyester oder modifizierten Polyester
haben. Dies gilt insbesondere für Runddrähte. Bei Drähten von quadratischen und
rechteckigen Querschnitt muss die Dicke der äusseren Schicht mindestens gleichl;
> der Gesamtdicke von Innen. und Aussenschicht sein. Andererseits muss die äussere
Schicht erheblich dünner sein als die innere Schicht und vorzugsweise nicht über
25g der Dicke der inneren Schicht hinausgehen. Normaler..
weise
kann das gewünschte Verhältnis der beiden Schichtdicken in der Weise erhalten werden,
dass man von dem Stoff der inneren Schicht 3 - 7 Zagen und von dem Stoff der äusseren
Schicht eine Zage oder höchstens zwei Zagen aufträgt, wobei jede Zage durch eine
Wischdüse aufgetragen und vor dem Auftragen der nächsten Zage in der üblichen Weise
in einem Ofen ausgehärtet wird.
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B e i s p i e 1
Um weiterhin die Vorteile der vorliegenden Erfindung
darzulegen, wurden vergleichende Teste mit Magnetdrähten mit 1,02362 mm Durchmesser
und einer Lackstärke von 0.0762 mm vorgenommen, und zwar mit den drei Isolationen
(X), einem Polyvinylformal-phenoplast,(Y) mehrere Zagen eines Überzages aus dem
Polyester-cyanurat (Innenüberzug I) und (Z-1) eine Schicht ähnlich (Y) und einem
Aussenüberzug aus dem aromatischen Polyimid (etwa 13 der Schichtdicke von Y), wobei
die folgenden Ergebnisse erhalten wurden
| Physikalische Eigenschaften Z Y 2»1 |
| A. Abrieb |
| 1.Abrieb durch Schaben |
| NEMA - Hübe (Mittel) 81 74 169 |
| 2.Einseitiges Schaben |
| NEMA - Gramm (Mittel) 1404 1175 1450 |
| B. Filmbiegsamkeit |
| NEMA 20;4 1X 20% 1X 20j4 1X |
| 0. Schnapprucktest gut gut gut |
| NEMA Bruch.- Bruch- Bruch- |
| punkt punkt punkt |
| chemische Eigenschaften |
| A Lösungsmittelfestigkeit. |
| 10 24 Std.-Teste bei |
| Zimmertemperatur |
| NEMA--Fingernagel |
| (a) VM&P-Leichtbenzin gut gut gut |
| (b) To luo l gut gut gut |
| (c) Äthylalkohol etwas gut gut |
| weich |
| (d).Trichloräthylen erweicht etwas gut |
| weich |
| (e) Butylacetat etwas gut gut |
| weich |
| (f) schwache Alkalien gut gut gut |
| (g) schwache Säuren gut gut gut |
| 2. Kurzzeit (10 min.) |
| Lösungsmittelteste |
| bei Zimmertemp, |
| Siedendes Gemisch keine keine gut |
| aus Toluol und Blasen, Blasen, kein |
| Alkohol aber aber Erweichen |
| weich - etwas |
| weich |
| B. Kühlmittel g - Y Z..1 |
| R..22 Teste |
| 1. R-22 Ex- _ |
| traktionen 2.o ;4 1 " 0 % 03,0 % |
| 2. ilethan0l- |
| Extraktionen 410 56 093 > 030 ;b |
| 3. Erreichung |
| bei R--22 Versagen Grenzwert Zulässig |
| C. hösungsmittel- |
| Sho ek |
| 5 Minuten in 20,°6 3X 0 3X-gut 20> 3X |
| siedendem gut 1056 3%-Ver- |
| Xylol (1350) sagen gut |
| (Abblättern) |
| Thermische Eigen- |
| schaften |
| A. AIEE-Verdril- |
| lungsteste 57 |
| Unlackierter |
| Draht 1..02362 mm # Lackfilm von 0,0762 mm |
| 1. 1250 6700 Std. entzieht sich entzieht sich |
| der Schätzung d. Schätzung |
| 2. 1500 1600 Std. n IR |
| 3. 1750 420 Std. 100.000 Std.x 100.000 Std.x |
| 4. 2000 150 Std. 6.000 St d. 5.085 Std. |
| 5. 2250 600 St d. 545 Std. |
| 6. 2400 160 Std. 218 Std. |
| B. Extrapolierte |
| Temperatur aus |
| AIEE--Test 57 |
| bei 2000Ü Std. 107° 1900 18500 |
| C.Phelps DOdge |
| Klassenbewertung |
| und AIEE-Test |
| Nr. 1 A (1050) F (1550) N (194°) |
| _. |
| durch Extrapolieren |
| D. Durchschneiden _ X y |
| 1. Konstanter Druck |
| (Mittel) 2000 g 205°C 290C - 344C |
| 2. Veränderl.Druck |
| 2000-Überdruck: 3e6287 kg 7,7111 kg 27,216 kg |
| E. Wärmeshock |
| 1 Stunde bei 175o 20% 3X-gut 0% 3X-gut 20% 3X-gut |
| 10% 3X |
| unbrauchbar |
| F. Kaltbiegsamkeit |
| 16 Stunden bei-50o |
| dann auf 1X-Dorn |
| gewickelt gut gut gut |
| Elektrische Eigenschaften |
| A. Dielektrische |
| Verdrillung |
| NENA - |
| Volt je 0,0254 mm 3100 3800 4200 |
| B. Isolationswiderstand - |
| nach Sieden in Wasser |
| in ltegohm (mittlerer - |
| Bereich) 200000 500000 500000 |
| C. Dielektrische Ver- |
| drillang bei (Temp.) |
| /ßurchschnitt von |
| 10 Mustern-? |
| Volt je 0,0254 mm |
| 1. 100° 3450 4230 .4400 |
| 2. 125° 3100 3450 3650 |
| 3. 150' 2530 y 3130 3000 |
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung
dargestellt in der form eines Querschutts durch einen isolierten Magnetdraht mit
einem Leiter 1, wie z.B. Kupferdraht, einer inneren Schicht 2 aus mehreren Zagen
des nichtlinearen, hitzehärtbaren Polyesters oder modifizierten Polyesters und einer
äusseren Schicht 3 aus einer Lage des aromatischen Polyimids. Bei Annahme einer
typischen Drahtgrösse und Klasse, nämlich Nr.18 der U S.Drahtlehre (Durchmesser
des blanken Drahtes 1,02362 mm) mit einer nominellen Zunahme des Durchmessers infolge
der Isolierung um 0,0762 mm hatte die innere Schicht 2 eine Dicke von beispielsweise
0,03302 mm und die äussere Schicht 3 eine solche von 0,00508 mm. In dem hier dargestellten
Beispiel bestehen die Schichten 2und 3 aus dem Innenüberzug II und dem Aussenüberzug
aus dem aromatischen Po lyimid.
-
Das Harz der inneren Schicht 2 ist vorzugsweise ein nichtlinearer,
hitzebeständiger Polyester oder modifizierter Polyester eines zwei- oder mehrwertigen
Alkohols und einer Dicarbonsäure (oder ein Derivat) der vorher beschriebenen Art.
Die bevorzugten Dicarbonsäuren und deren Derivate sind die Terephthal- und die Isophthalsäure
und deren niedere Alkylester, während der bevorzugte zweiwertige Alkohol ein Glykol
mit 2 ## 10 Kohlenstoff.» atomen im Molekül ist. Es ist jedoch möglich,
wenn auch
weniger vorteilhaft, für die innere Schicht auch
andere Polyester oder modifizierte Polyester des nichtlinearen hitzehärtbaren Typs
zu verwenden, welche in einem organischen Lösungsmittel löslich sind und bei Aushärten
auf dem Leiter einen praktisch harten, anhaftenden, biegsamen, hitzebeständigen
und lösungsmittelfesten isolierenden Überzug bilden.
-
Die äussere Schicht 3 in ihrer bevorzugten form kann be--schrieben
werden als ein aromatisches Polyimid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 175o
und einer relativen Viskosität von über 1,3. Die Bestimmung der relativen Viskosität
(d.h. das Verhältnis der Ausflusszeit einer Lösung des Polymeren zu der Ausflusszeit
des reinen Lösungsmittels) ist bereits vorher beschrieben worden.Eine derartige
Bestimmung kann auch zweckmässigerweise so vorgenommen werden, dass man das aromatische
Polyimid in eine Lösung bringt, welche je Deziliter des Lösungsmittels 1 Gramm an
aromatischem Polyimid enthält, wobei das Lösungsmittel ein Gemisch aus 60 Teilen
Phenol und 40 Teilen Tetrachloräthan ist. Die Messung der Viskosität erfolgt dabei
in einem Ostwald-Kannon-fenske-Viskosimeter bei einer Temperatur von 250C.