USE OF AMORPHOUS POLETHERSULFONES IN THE EXTRUSION-PROCESS MANUFACTURE OF INSULATED COPPER WINDING WIRES

Abstract: 1. Use of amorphous polyether sulfones of the general formula see diagramm : EP0017062,P7,F3 in which Ar represents a divalent phenylene, diphenylene or naphthylene residue or a divalent residue of formula II [Ar' - A]m - Ar' - in which Ar' stands for a divalent phenylene residue, A stands for a divalent residue from the group -SO2 -, -CO-, -NH-CO-, -CO-NH- and in which m represents 1 or 2 and n an integer from 50 to 150, for the production of insulated winding wires from copper by extrusion, without stretching the coating so that the total thickness of the insulation meets with the requirements of the German Industrial Standard DIN 46435.

Description: Verwendung von Thermoplasten zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten im Extrusionsverfahren Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von isolierten Wickeldrähten aus Kupfer im Extrusionsverfahren. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, verbesserte isolierte Wickeldrähte aus Kupfer im Extrusionsverfahren herzustellen. Die Herstellung isolierter Wickeldrähte (sog. Lackdrähte) durch Extrusion von Thermoplasten wurde bereits in der DE-OS 26 3u 763 und einer weiteren älteren Anmeldung (vergl. EP 0 002 224) beschrieben. Diese von der Anmelderin bzw. unter Mitwirkung der Anmelderin ge tätigten Patentanmeldungen leisteten einen entscheidenden Beitrag zur Uberwindung des Vorurteils, die Erzielung derart dUnner Isolierschichten, wie sie laut DIN 46435 fUr Wickeldrähte aus Kupfer gefordert werden, sei nicht möglich. Vor Einreichung der obengen. älteren Anmeldungen fand die Extrusion von Thermoplasten ausschliesslich Anwendung in der Kabelindustrie zur dickwandigen Ummantelung elektrischer Leiterbündel sowie zur Herstellung von Leitungsdrähten. Beide Anmeldungen beziehen sich auf teilkristalline thermoplastische Polykondensate, DE-OS 26 33 763 auf solche mit Kristallitschmelzpunkten oberhalb 1700C, vorzugsweise oberhalb 2500C, die zweite Anmeldung auf spezielle Polyamide mit Kristallitschmelzpunkten von mindestens 23000. Nachteilig bei den teilkristallinen Polykondensaten gemäss DE-OS 26 38 763, insbes. bei Polydthylenterephthalat .gemdss Beispiel 1 und Polyphenylensulfid gemäss Beispiel 3 ist - wie erst neuerdings festgestellt wurde - die Neigung der Thermoplastbeschichtung zur Rissbildung. Nach einer Lagerzeit von wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen bilden sich vorzugsweise nach dem Umspulen der beschichteten Drähte ober fldchlich feine, konzentrisch verlavfirde Risse aus, die offenbar auf nachtrdgliche Kristallisations- und damit Schrumpfungsprozesse der Polymeren zurückzuführen sind. Es liegt auf der Hand, dass diese Risse, auch wenn sie nicht bis auf die Metalloberfloche durchgehen, eine gewisse Beeinträchtigung einiger Eigenschaften der Wickeldrahte darstellen. Polyamide wie z.B. das in Beispiel 2 der DE-OS 26 38 763 erwähnte 6,6-Polyamid weisen diese Rissbildungstendenz zwar nicht auf, jedoch ist insbesondere die Erweichungstemperatur der beschichteten Drähte fUr einige Anwendungen zu niedrig. Der im folgenden des öfteren verwendete Ausdruck "Erweichungstempera- tur" ist im Ubrigen nicht identisch mit der zur Charakterisierung des Erweichungsverhaltens von Polymeren Ublicherweise ermittelten Grösse. Es handelt sich vielmehr um eine Messung an beschichteten Drähten (siehe DIN 46453, Teil 1, Abschnitt 10). Als Trivialbezeichnung ist auch der Ausdruck 'jUdrmedruckt üblich. Auch die araliphatischen Polyamide gemöss der zweiten obengen. ölteren Anmeldung lassen eine derartige Rissbildungstendenz nicht erkennen. Die fUr alle Polyamide charakteristische relative hohe Feuchtigkeits- aufnahme kann sich jedoch auch bei dieser speziellen Polyamid-Gruppe fUr bestimmte Anwendungen nachteilig auswirken. Es war keineswegs vorauszusehen und wurde Uberraschenderweise gefunden, dass amorphe Polyöthersulphone der allgemeinen Formel EMI3.1 in der Ar einen zweiwertigen Phenylen-, Diphenylen- oder Naphthylen rest oder einen zweiwertigen Rest der Formel II EMI3.2 bedeutet, in der Ar' ein zweiwertiger Phenylenrest, A ein zweiwertiger Rest aus der Gruppe -S02-, CO-, -NH-CO-, -CO-NH- und m 1 oder 2 sowie n eine ganze Zahl von 50 bis 150 sein kann, zur Herstellung von isolierten Wickeldrdhten aus Kupfer im Extrusionsverfahren hervorragend geeignet sind. Die beschichteten Drähte zeigen keinerlei Neigung zur Rissbildung im obenbeschriebenen Sinne und deren Eigenschaftsniveau sowohl in thermischer und dielektrischer Hinsicht ist, wie aus der Eigenschaftstabelle von Beispiel 1 hervorgeht, hervorragend. Der Verwendung amorpher Polymerer stand das Vorurteil entgegen, dass die Erweichungstemperaturen der beschichteten Drähte für eine praktische Anwendung zu niedrig seien. Beispielsweise liegen die Erweichungstemperaturen amorpher Polyamide aus Terephthalsäure und Trimethylhexamethylendiamin (Trogamid T der Dynamit Nobel AG) nur bei 150 C und solcher aus Isophthalsdure, Adipinsäure, Hexamethylen diamin und Isophorondiamin nur beil650C; die Erweichungstemperaturen verwandter teilkristalliner Polymerer, z.B. die des Polyamids aus Adipinsöure und Hexamethylendiamin (Nylon-6,6) dagegen bei 2150C (alle Angaben bezogen auf beschichtete Drähte in obengen. Sinne). !:ie aus untenstehender Tabelle ersichtlich, trögt die vorliegende Erfindung zur Uberwindung dieses Vorurteils bei. Die mit amorphen Polybthersulphonen beschichteten Kupferdrtihte weisen Erweichungstemperaturen von ca. 2450C auf, liegen also in der gleichen Grössenordnung wie die in den älteren Anmeldungen rwdhnten teilkristallinen Polymeren (z.B. Polyäthylenterephthalat). Besonders zu beochten ist der hohe Steilanstieg des dielektischen Verlustfaktors von Uber 200 C. Die entsprechenden Werte fUr teilkristalline Polymere liegen deutlich darunter, z.B. fUr Polyamide höchstens bei 1200C und fUr Polyäthylenterephthalat höchstens bei 1300C. Auch der hohe Wärmeschock der amorphen Polyäthersulphone von ca. 2500C ist vorteilhaft. Als Polyöthersulphone kommen Polymere der obengen. Formel um Einsatz, z.B. solche mit der Struktureinheit EMI4.1 oder solche mit der Struktureinheit EMI4.2 in der n jeweils Werte zwischen 50 und 150 bedeutet, deren Herstellung z.B. in der DE-AS 1545106 eingehend beschrieben ist. NatUrlich können auch Copolymerisate oder Polymermischungen, die aus verschiedenen Einheiten der Formel I aufgebaut sind, zum Einsatz gelangen. Zwecks Erzielung bestimmter Effekte kann es angebracht sein, den Polyöthersulphonen geringe Mengen sonstiger Stoffe, vorzugsweise Hilfsstoffe, zuzumischen - beispielsweise Silicon harz zur Verlaufs¯ verbesserung, Stabilisatoren und Flammschutzmittel. Da in der Praxis gelegentlich farbige Wickeidröhte zum Einsatz kommen, kann auch die Mitverwendung von Farbstoffen bzw. Pigmenten angezeigt sein; wie z.2. Titandioxid oder Zinksulfid. Auch FUllstoffe, wie z.B. Ifaolin, Talkum, Kreide, Schwerspat, Gneis, Glimmer, Glasmehl, Glaskugeln oder kurzgeschnittene Glasfasern oder Gemisch dieser FUllstoffe, u.a. in Mengen von ca. 1 - 30%, können dem Polyäthersulphon zugesetzt werden. Zwecks Erzielung besonderer Effekte können auch hoch- oder nichtschmelzende Polymere, wie z.B. Polytetra fluaröthylen oder Polyimide als FUllstoffe zugesetzt werden. Wie aus dem Beispiel im einzelnen ersichtlich, ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung qualitativ hochwertiger Wickeldrdhte bei entscheidend verbesserter lZirtschaftlichtmeit. Bez. der verwendeten Extrusionsvorrichtung wird auf die Anmeldung 11Extru- sionsanlagen zum Fertigen von Wickeldrähten" (DE-OS 27 2u 333) verwiesen. Eine Verstreckung gleichzeitig mit der Beschichtung des Drahtes, wie sie fur die Herstellung der bekannten starkwandigen Beschichtungen erforderlich ist, wird gemäss Erfindung nicht durchgefUhrt. Es sei noch erwähnt, dass für die neuen im Extrusionsverfahren isolierten Wickeldröhte aus Kupfer z.Z. keine speziellen Prüfanforderungen vorliegen. Die Prüfung erfolgt gemäss DIN 46453, Teil 1, fUr lackisolierte Wickeldrähte, zumal die im Extrusionsverfahren isolierten Wickeldrähte für die gleichen Anwendungsgebiete wie erstere zum Einsatz kommen. Beispiel 1: Ein PolyUthersulphon der Formel EMI5.1 wurde in den Einfüllstutzen eines in der DE-OS 27 28 3u3 im Detail beschriebenen Extruders eingegeben. Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur DUse betrugen an den einzelnen Temperaturmessstellen 3150C/ 3400C/ 3500C/ 340 C/ 3500C/ 370 C. Zum Einsatz gelangte weichgeglühter Kupferdraht von 0,6 mm Durchmesser, der Uber eine Abspulvorrichtung zunächst eine Vorheizstrecke - in der der Draht auf ca. 240 C bei einer Verweilzeit von ca. 0,5 sec. erhitzt wurde - und nach Passieren der Beschichtungszone im Extruderkopf eine Abstreiferdüse, die die Schichtstärke reguliert, durchlief. Nach Passieren einer Kühlstrecke wurde der beschichtete Draht aufgespult; die Abzugsgeschwindigkeit betrug 200 m/min. Die aufgetragene Gescmtschichtstärke betrug 54 p und entsprach somit Grad 2 nach DItQ 46435 vom April 1977. Eigenschaften des Wickel drahtes Sofern nicht anders vermerkt alle Werte gemäss DIN 46453, Teil 1, von April 1977. Härte H Resthärte nach Einwirkuna (jeweils 30 min/600C) von: Äthanol H Wasser H Erweichungstemperatur 2450C Haftung beim Reissen in Ordnung Haftung nach Dehnung Nach linearer Dehnung von 15i und Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung Wörmeschock (nach Wickeln um den bei 2500C in Ordnung eigenen Durchmesser) Steilanstieg des dielek- 210 C trischen Verlustfaktors Frigen 22-Extraktion 0.11 Durchschlogsspannung (Twist) bei Normaltemperatur 6.2 kV bei 1500C 5.2 kV Beispiel 2: Polyöthersulphon der in Beispiel 1 aufgeführten Formel, pismentierx mit 2% Titandioxid wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet. Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur DUse betrugen 3000C/ 3300C/ 3400C/ 350 C/ 350 C/ 3600C, die Gesamtschichtstörke betrug 62u. Die Wickeldrahteigenschaften waren sehr ähnlich der des ungefüllten Materials. GeringfUgige Unterschiede ergaben sich nur in folgenden Werten: Erweichungstemperatur 2400C Haftung und Dehnbarkeit Nach linearer Dehnung von 25% und Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors 2200C Durchschlagsspannung bei Normaltemperatur 6.0 kV bei 1500C 5.2 kV (Frigen 22 Extraktion nicht gemessen) Beispiel 3: Polyathersulphon der in Beispiel 1 aufgefuhrten Formel, pigmentiert mit 10% Titandioxid, wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet. Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur DUse betrugen 31500/ 3400C/ 3500C/ 3500C/ 350 C/ 37000. Die Gesamtschichtstärke betrug 52 p. Eigenschaften des Wickeldrahtes: Hdrte H Resthörte nach Einwirkung (jeweils 30 min/600C) von: Äthanol H Wasser H Erweichungstemperatur 2450C Haftung beim Reissen in Ordnung Haftung noc;1 Dehnung Jcch linearer Dehnung von 15Xo und Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors 220 - 225 C Durchschlagsspannung (Twist) bei Normaltemperatur 4.1 kV Beispiel 4: Polyäthersulphon der in Beispiel 1 angeführten Formel, gefUllt mit lqso calciniertem Kaalin, wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet. Die Extrudertemperaturen entsprachen Beispiel 3, die Gesamtschicht- stärke betrug 55 p. Eigenschaften des Wickeldrahtes Härte H Resthärte nach Einwirkung (jeweils 30 min/600C) von: Äthanol H Wasser H Erweichungstemperatur 2450C Haftung beim Reissen in Ordnung Haftung nach Dehnung nach linearer Dehnung von und Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung Wörmeschock (nach Wickeln um den eigenen 0 Durchmesser) bei 250 C in Ordnung Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors 215 C Durchschlagsspannung (Twist) bei Normaltemperatur 3.9 kV Beispiel 5: Polyöthersulphon der in Beispiel 1 angefUhrten chemischen Struktur, pigmentiert mit 10; Zinksulfid wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet. Die Extrudertemperaturen entsprachen beispiel 3, die Gesar:itschicht- stärke betrug 51 p. Eigenschaften des Wickeldrahtes Härte H Resthärte nach Einwirkung (jeweils 30 min/600C) von: Äthanol Wasser H Erweichungstemperatur 2400C Haftung beim Reissen in Ordnung Haftung Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung Wö.rmeschock (nach Wickeln um den eigenen Durchmesser) bei 250 C in Ordnung Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors 210 - 215 C

Claims: Patentanspruch: Verwendung von amorphen Polyathersulphonen der allgemeinen Formel EMI10.1 in der Ar einen zweiwertigen Phenylen-, Diphenylen- oder Naphthylenrest oder einen zweiwertigen Rest der Formel II EMI10.2 bedeutet, in der Ar' ein zweiwertiger Phenylenrest, A ein zweiwertiger Rest aus der Gruppe -S02-, -CO-, -NH-CO-, -CO-I4H- und m 1 oder 2 sowie n eine ganze Zahl von 50 bis 150 sein kann, zur Herstellung von isolierten Wickeldrdhten aus Kupfer im Extrusionsverfahren, wobei die Schichtstärke der Isolation den Erfordernissen des ormblattes DIN 46435 genügt.

Inventors: BLINNE, GERD, DR., JANSSEN, HARALD, DR., KERTSCHER, EBERHARD M., SCHMIDT, FRANZ, DR.
Applicants: DR. BECK & CO. AG
Application year: 1980
Main classification: H01B3
IPC codes: C08G75, B29C47, C09D181, H01B3, H01B13, B29B7