PL200701B1 - Zestaw powłokowy dla przewodników elektrycznych, sposób powlekania przewodnika elektrycznego oraz zastosowanie tego zestawu powłokowego - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy zestawu pow lokowego dla przewodników elektrycznych, sposobu powlekania prze- wodnika elektrycznego drog a nanoszenia tego zestawu pow lokowego oraz dotyczy zastosowania tego zestawu pow lokowego. Cech a zestawu pow lokowego dla przewodników elektrycznych, zawieraj acego B) 0-90% wago- wych jednego lub wielu srodków wi az acych, C) 0-95% wagowych jednego lub wielu dodatków, rozpuszczalników, pigmentów i/lub wype lniaczy, jest wed lug wynalazku to, ze zestaw ten zawiera ponadto A) 1-60% wagowych jednego lub wielu reaktywnych nanomerów o przeci etnym promieniu w zakresie 1-300 nm na bazie usieciowanej struktury pierwiastek-tlen z pierwiastkami z szeregu krzemu, glinu, tytanu, cynku, itru, ceru, wanadu, hafnu, cyr- konu, niklu i/lub tantalu, przy czym na powierzchni usieciowanej struktury pierwiastek-tlen tego reaktywnego na- nomeru reaktywne grupy funkcyjne R 1 i ewentualnie niereaktywne i/lub cz esciowo reaktywne grupy funkcyjne R 2 i R 3 s a zwi azane poprzez tlen struktury usieciowanej i przy czym w tych reaktywnych nanomerach zawarte s a grupy R 1 w ilo sci co najwy zej 98% wagowych a grupy R 2 i R 3 w ilo sci 0-97% wagowych, gdzie R 1 stanowi reszty estrów kwasów metali, OH, poprzez tlen zwi azane alkohole, COOH i/lub reaktywne sk ladniki zywic; R 2 stanowi rodniki zwi azków aromatycznych, alifatycznych, pochodnych kwasu t luszczowego; estrów i/lub eterów; R 3 stanowi rodniki zywic, a R 4 w resztach estrowych grupy R 1 stanowi rodniki zywic akrylanowych, fenolowych, melamino- wych, poliuretanowych, poliestrowych, poliestroimidowych, polisiarczkowych, epoksydowych, poliamidowych, poliwinyloformalowych; zwi azków aromatycznych, alifatycznych; estrów; eterów, alkoholanów, t luszczów lub sub- stancji chelato-twórczych. Cech a sposobu powlekania przewodnika elektrycznego drog a nanoszenia omówione- go zestawu pow lokowego jest wed lug wynalazku to, ze na przewodniku tym za pomoc a emalierki aplikuje si e wspomniany zestaw pow lokowy i zaaplikowany na przewodniku zestaw pow lokowy wypala si e w zakresie tempe- raturowym od temperatury pokojowej do temperatury 800°C. Cech a zastosowania omówionego zestawu pow loko- wego, jest wed lug wynalazku to, ze ten zestaw pow lokowy stosuje si e do powlekania przewodników elektrycznych. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zestaw powłokowy dla przewodników elektrycznych, takich jak przykładowo druty, o polepszonej odporności na wyładowania cząstkowe i o dobrych właściwościach mechanicznych, sposób powlekania przewodnika elektrycznego oraz zastosowanie tego zestawu powłokowego.

Indukcyjne silniki trójfazowe, przykładowo silniki sterowane przetwornicą częstotliwościową, bądź indukcyjne maszyny wysokonapięciowe wymagają stosowania uzwojeń drutowych, które sprostałyby wysokim wymaganiom długotrwałej wytrzymałości cieplnej oraz właściwości mechanicznych, by bez uszkodzeń móc wytrzymać obciążenia wysokonapięciowe bądź impulsowe obciążenia napięciowe.

Dalszym wymaganiem odnośnie uzwojeń drutowych elektrycznych środków obrotowych jest odporność na wyładowania cząstkowe powłok drutu. W szczególności ułożone obok siebie uzwojenia drutowe mogą być narażone na obciążenia wysokonapięciowe bądź impulsowe obciążenia napięciowe. Dla tych celów muszą powłoki te wykazywać wysoką odporność na wyładowania cząstkowe.

Według publikacji WO 96/41 909 w ramach wielowarstwowego lakierowania drutów stosuje się zestaw powłokowy, który składa się ze środka wiążącego i z materiału cząstkopodobnego, przy czym ten materiał cząstkopodobny może w środku wiążącym występować w ilości 1-65% wagowych i może być tlenkami metali, przykładowo dwutlenkiem tytanu, tlenkiem cyrkonu, tlenkiem cynku, tlenkiem żelaza lub tlenkiem glinowym. Ten materiał cząstkowy nie wykazuje żadnej reaktywności chemicznej. W przypadku wytwarzania tak powlekanych drutów mogą wystąpić wstępne rozciągania, prowadzące do zniszczenia warstw lakieru i tym samym do drastycznego spadku odporności na wyładowania cząstkowe.

Podobne zestawy o porównywalnych właściwościach omawia się w opisie DE-A 198 32 186.

Według opisu DE-A 196 50 288 co najmniej jedna z elektrycznie izolujących warstw lakierowych zawiera organicznie zmodyfikowany (hetero)polikondensat kwasu krzemowego, wytworzony drogą hydrolitycznej kondensacji związków krzemu i ewentualnie boru, glinu, fosforu, cyny, ołowiu, metali przejściowych, lantanowców i aktynowców, przy czym jednostki monomeru zasadniczo składają się zarówno z nieorganicznych jak i organicznych składników, które następnie sieciuje się. W wyniku otrzymuje się powłoki o dobrej odporności na udar cieplny i o dobrej jakości powierzchni. Nie osiąga się wysokiej elastyczności.

W jeszcze nie opublikowanym, niemieckim zgł oszeniu patentowym nr 198 11 333.1 tego samego Zgłaszającego proponuje się odporną na wyładowania cząstkowe powłokę, która obok środków wiążących zawiera też związki pierwiastko-organiczne, zwłaszcza krzemu, germanu, tytanu i cyrkonu. Jako rodniki organiczne stosuje się rodniki C1-C20-alkilowe lub rodniki chelatotwórcze, rodniki alkiloaminy, alkanoloaminy, octanu, cytrynianu, mleczanu i/lub acetonianu. Te stosowane związki metaloorganiczne stanowią związki monomeryczne.

W jeszcze nie opublikowanym, niemieckim zgłoszeniu patentowym nr 198 41 977.5 znajdują zastosowanie nieorganiczno-organiczne polimery hybrydowe. Przejście od monomerycznych związków pierwiastko-organicznych do pierwiastko-organicznych polimerów hybrydowych prowadzi do dalszego polepszenia odporności danej warstwy lakierowej na wyładowania cząstkowe.

Dla podwyższonych wymagań, zwłaszcza dla znajdujących się w długotrwałym okresie roboczym indukcyjnych silników trójfazowych i silników sterowanych przetwornicą częstotliwościową, ta uzyskana odporność na wyładowania cząstkowe jest godna jeszcze polepszenia.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest zatem opracowanie zestawu powłokowego dla przewodników elektrycznych, zwłaszcza drutów, którego odporność na wyładowania cząstkowe byłaby podwyższona w porównaniu z roztworami ze stanu techniki, zwłaszcza w przypadku rozciągania powleczonego drutu. Ponadto polepszona miałaby być zdolność aplikowania tego zestawu powłokowego jako powłoki jednowarstwowej lub jako warstwy lakierowej w powłoce wielowarstwowej, oraz jakość powierzchni i elastyczność tej powłoki.

Okazało się, że zadanie to można rozwiązać dzięki zestawowi powłokowemu, zawierającemu B) 0-90% wagowych jednego lub wielu środków wiążących, C) 0-95% wagowych jednego lub wielu dodatków, rozpuszczalników, pigmentów i/lub wypełniaczy, który według wynalazku zawiera ponadto A) 1-60% wagowych jednego lub wielu reaktywnych nanomerów o przeciętnym promieniu w zakresie 1-300 nm na bazie usieciowanej struktury pierwiastek-tlen z pierwiastkami z szeregu krzemu, glinu, tytanu, cynku, itru, ceru, wanadu, hafnu, cyrkonu, niklu i/lub tantalu,

PL 200 701 B1 przy czym na powierzchni usieciowanej struktury pierwiastek-tlen tego reaktywnego nanomeru reaktywne grupy funkcyjne R1 i ewentualnie niereaktywne i/lub częściowo reaktywne grupy funkcyjne R2 i R3 są związane poprzez tlen struktury usieciowanej i przy czym w tych reaktywnych nanomerach zawarte są grupy R1 w ilości co najwyżej 98% wagowych a grupy R2 i R3 w ilości 0-97% wagowych, gdzie

R1 stanowi reszty estrów kwasów metali, OH, poprzez tlen związane alkohole, COOH i/lub reaktywne składniki żywic;

R2 stanowi rodniki związków aromatycznych, pochodnych kwasu tłuszczowego; estrów i/lub eterów;

R3 stanowi rodniki żywic, a

R4 w resztach estrowych grupy R1 stanowi rodniki żywic akrylanowych, fenolowych, melaminowych, poliuretanowych, poliestrowych, poliestroimidowych, polisiarczkowych, epoksydowych, poliamidowych, poliwinyloformalowych; związków aromatycznych, alifatycznych; estrów; eterów, alkoholanów, tłuszczów lub substancji chelatotwórczych.

W korzystnym zestawie powłokowym według wynalazku rodnik R1 stanowi OTi(OR4)3, OZr(OR4)3, acetyloacetonian, 2-hydroksyetanolan, dietylenoglikolan.

W zestawie powłokowym według wynalazku grupa funkcyjna R3 korzystnie stanowi rodniki poliestroimidów i/lub poliestroimidów z izocyjanuranem tris-(2-hydroksyetylowym).

W korzystnym zestawie powł okowym wedł ug wynalazku grupy funkcyjne R4 stanowią rodniki żywic akrylanowych, aminotrietanolanu, acetyloacetonianu, żywic poliuretanowych i/lub butylodiglikolanu.

Reaktywny nanomer składnika A w korzystnym zestawie powłokowym według wynalazku korzystnie zawiera usieciowaną strukturę z połączonych poprzez tlen pierwiastków z szeregu tytanu, glinu, krzemu i/lub cyrkonu.

Reaktywny nanomer składnika A w zestawie powłokowym według wynalazku korzystnie wykazuje przeciętny promień rzędu 2-80 nm.

Jako monomeryczne i/lub polimeryczne związki pierwiastko-organiczne zestaw powłokowy według wynalazku korzystnie zawiera estry kwasu orto-tytanowego, estry kwasu orto-cyrkonowego, tetramleczan tytanu, tetrabutanolan hafnu, krzemian tetraetylowy i/lub żywice silikonowe.

Zgodny z wynalazkiem nanomer składnika A) składa się z usieciowanej struktury pierwiastek-tlen, na której powierzchni reaktywne grupy funkcyjne R1 i ewentualnie niereaktywne i/lub częściowo reaktywne grupy funkcyjne R2 i R3 są związane poprzez tlen struktury usieciowanej. Nanomery te wraz z opisanymi grupami funkcyjnymi R1-R4 są czą stkami, których przecię tny promień mieś ci się w zakresie 1-300 nm, korzystnie w zakresie 2-80 nm, szczególnie korzystnie w zakresie 4-50 nm.

Nanomer według wynalazku jest w zestawie powłokowym zawarty w ilości 1-60% wagowych, korzystnie 5-30% wagowych.

Usieciowana struktura pierwiastek-tlen nanomeru według wynalazku zawiera poprzednio wspomniane pierwiastki, które są związane poprzez tlen. Ta usieciowaną struktura może przy tym zawierać jeden lub wiele, jednakowych lub różnych pierwiastków w symetrycznym lub asymetrycznym porządku, związanych każdorazowo przy atomie tlenu.

Nieorganiczna struktura usieciowaną korzystnie zawiera pierwiastki z szeregu tytanu, krzemu, glinu i/lub cyrkonu.

Przykładowo jako składniki A) znajdują zastosowanie związki na bazie produktów o nazwie Nyacol DP 5480 firmy Nyacol Products Inc.

W strukturę usieciowaną nanomeru według wynalazku ewentualnie mogą też być wprowadzone jednostki organiczne, takie jak np. rodniki związków aromatycznych, związków alifatycznych, estrów, eterów, alkoholanów, tłuszczów i substancji chelatotwórczych, imidy, amidy, akrylany.

Jako funkcyjną grupę R1 korzystnie stosuje się OTi(OR4)3, OZr(OR4)3, acetyloacetonian, 2-hydroksyetanolan, dietylenoglikolan, OH.

Jako funkcyjna grupa R3 korzystnie znajdują zastosowanie rodniki poliestroimidów i/lub żywic poliestroimidowych z izocyjanuranem tris-(2-hydroksyetylowym) (zwanym też w dalszej części opisu skrótowo THEIC).

Jako funkcyjną grupę R4 korzystnie stosuje się żywicę akrylanową, aminotrietanolan, acetyloacetonian, żywicę poliuretanową i butylodiglikolan.

Każdorazowo rodniki R1-R4 mogą być jednakowe lub różne.

Przykłady nanomerów, nadających się do stosowania według wynalazku, są przedstawione na rysunku w fig. 1-4.

Figura 1 przedstawia nanomer, który jako reakcyjną grupę funkcyjną R1 wykazuje grupy-OH. Poprzez te grupy funkcyjne-OH jest on zdolny do reagowania z odpowiednimi grupami funkcyjnymi

PL 200 701 B1 przykładowo estrów, kwasów karboksylowych, izocyjanianów, związków epoksydowych, bezwodników i im podobnych.

Reaktywność nanomeru według fig. 2 jest określona przez grupy funkcyjne-OH jako R1 i przez różniące się sekwencje żywic poliestroamidowej i poliestroamidowej z izocyjanuranem tris-(2-hydroksyetylowym) jako przykładów R3.

Nanomery według fig. 3 i 4 są wyposażone w grupy funkcyjne estru kwasu orto-tytanowego jako reaktywne składniki R1. Nanomer według fig. 4 ponadto jako polimerowy fragment R3 wykazuje poliestroimid z izocyjanurem tris-(2-hydroksyetylowym).

Organiczne rodniki Z stanowią izopropyl, butyl, grupy butylodiglikolu, trietanoloaminy, acetyloacetonu, poliamidoimidu, poliuretanu i poliestroimidu oraz aminotrietanolan i grupy epoksydowe, zwłaszcza wybrane ze zbioru symbolu R4.

Dodatkowo do zgodnie z wynalazkiem stosowanych nanomerów składnika A) mogą w zestawie powłokowym być zawarte monomeryczne i/lub polimeryczne związki pierwiastko-organiczne. Przykładami polimerycznych związków pierwiastko-organicznych są nieorganiczno-organiczne polimery hybrydowe, takie jak przykładowo podano w jeszcze nie opublikowanym, niemieckim zgłoszeniu patentowym nr 198 41 977.5. Przykładami monomerycznych związków pierwiastko-organicznych są estry kwasu orto-tytanowego i/lub estry kwasu orto-cyrkonowego, takie jak tytanian bądź cyrkonian nonylu, cetylu, stearylu, trietanoloaminy, dietanoloaminy, acetyloacetonu, estru acetooctowego, tetraizopropylu, krezylu, tetrabutylu, oraz tetramleczan tytanu. Związkami hafnu i krzemu są np. tetrabutanolan hafnu i krzemian tetraetylowy i/lub różne żywice silikonowe.

Tego rodzaju polimeryczne i/lub monomeryczne związki pierwiastko-organiczne mogą w zestawie według wynalazku być zawarte przykładowo w ilości 0-70% wagowych.

Wytwarzanie składnika A) może następować drogą zwykłej reakcji hydrolizy i kondensacji odpowiednich związków pierwiastko-organicznych bądź pierwiastko-chlorowcowych w obecności organicznych reagentów, odpowiadających grupom funkcyjnym R1-R3.

Tak samo żywice organiczne i/lub składniki nanomeru można drogą reakcji z odpowiednimi związkami pierwiastko-tlenkowymi przekształcać w odpowiednie nanomery.

Tego rodzaju metody wytwarzania są znane specjaliście, patrz np. Ralph K. Iller, John Wiley and Sons, “The Chemistry od Silica”, Nowy Jork, strona 312 i następne, 1979.

Zestaw według wynalazku może jako składnik B) zawierać jeden lub wiele środków wiążących, jak to jest znane i rozpowszechnione w sektorze powlekania drutów. Przykładowo mogą to być poliestry, poliestroimidy, poliamidy, poliamidoimidy, poliestroimidy z izocyjanurem tris-(2-hydroksyetylowym), poliestry kwasu tytanowego-THEIC-estroimidy, żywice fenolowe, żywice melaminowe, polimetakryloimidy, poliimidy, polibismaleinoimidy, polieteroimidy, polibenzoksazynodiony, polihydanotoiny, poliformale winylowe, poliacetale winylowe i/lub zablokowane izocyjaniany. Dalszymi środkami wiążącymi są np. także związki epoksydowe i żywice akrylanowe.

Jako poliestry można przykładowo stosować takie poliestry, które są znane w powlekaniu drutów. Mogą to być też poliestry heterocyklicznych pierścieniach zawierających azot, przykładowo poliestry z wkondensowanymi strukturami imidowymi, hydantoinowymi benzimidazolowymi.

Poliestrami są zwłaszcza produkty kondensacji z wielozasadowych alifatycznych, aromatycznych i/lub cykloalifatycznych kwasów karboksylowych bądź ich bezwodników, z alkoholami wielowodorotlenowymi, w przypadku imidonośnych związków zawierających grupy poliestroaminowe ewentualnie z udziałem związków monofunkcyjnych, przykładowo alkoholi jednowodorotlenowych.

Nasycone poliestroimidy bazują korzystnie na poliestrach kwasu tereftalowego, które obok dioli mogą również zawierać poliole, a jako dodatkowy składnik z kwasu dwukarboksylowego mogą zawierać produkt reakcji z diaminodifenylometanu i bezwodnika trimelitowego.

Dalej nadają się do stosowania także nienasycone żywice poliestrowe i/lub poliestroimidy. Korzystnie stosuje się nienasycony poliester i/lub poliestroimidy.

Nadto jako składnik B) stosuje się poliamidy, przykładowo termoplastyczne poliamidy oraz poliamidoimidy, takie jakie np. wytwarza się z bezwodnika trójmelitowego i izocyjanato-difenylometanu. Jako składnik B) nadającymi się do stosowania żywicami fenolowymi i/lub poliformalami winylowymi są przykładowo nowolaki, otrzymane drogą polikondensacji fenoli i aldehydów, bądź poliformale winylowe, otrzymane z polialkoholi winylowych i aldehydów i/lub ketonów. Jako składniki B) również nadają się do stosowania zablokowane izocyjaniany, takie jak np. addukty z polioli, amin, związków CH-kwasowych (np. ester kwasu acetooctowego, ester kwasu malonowego) i diizocyjanianów, przy czym jako środek blokujący zwykle można stosować krezole i fenole.

PL 200 701 B1

Jako składnik C) mogą zestawy zawierać pigmenty i/lub wypełniacze, przykładowo zabarwiające pigmenty nieorganiczne lub organiczne, takie jak dwutlenek tytanu lub sadza, i pigmenty efektodajne, takie jak pigmenty z efektem łusek metalicznych i/lub pigmenty o połysku perłowym. Jako dodatki mogą być zawarte przykładowo zwykłe dodatki lakierowe, przykładowo rozrzedzalniki, składniki plastyfikujące, przyspieszacze (np. sole metali, podstawione aminy), inicjatory (np. fotoinicjatory, inicjatory wymagające nagrzania), stabilizatory (np. hydrochinony, chinony, alkilofenole, etery alkilowofenolowe), substancje przeciwpieniące, środki polepszające rozlewność.

W celu polepszenia rozpuszczalnoś ci zestawy mogą zawierać rozpuszczalniki organiczne, takie jak przykładowo węglowodory aromatyczne, N-metylopirolidon, krezole, fenole, ksylenole, styreny, winylotoluen, metyloakrylany.

Zestawy według wynalazku mogą przykładowo zawierać 30-95% wagowych rozpuszczalnika organicznego.

Zestaw według wynalazku można ewentualnie zmieszać też z tradycyjnymi lakierami do drutów i następnie nanosić znanymi sposobami.

Sposób powlekania przewodnika elektrycznego drogą nanoszenia zgodnego z wynalazkiem zestawu powłokowego, polega według wynalazku tym, że na przewodniku tym za pomocą emalierki (urządzenia do lakierowania drutów) aplikuje się wyżej wspomniany zestaw powłokowy i zaaplikowany na przewodniku zestaw powłokowy wypala się w zakresie temperaturowym od temperatury pokojowej do temperatury 800°C.

W sposobie wedł ug wynalazku omówiony wyż ej zestaw powł okowy korzystnie ogrzewa się po aplikacji.

Korzystnie w sposobie według wynalazku jako przewodnik stosuje się drut zdolny do przewodzenia elektrycznego.

Również można w sposobie według wynalazku jako przewodnik stosować wstępnie powleczony przewodnik elektryczny.

W sposobie według wynalazku nowy zestaw powłokowy, omówiony wyżej aplikuje się korzystnie jako jednowarstwową powłokę i/lub jako lakier podkładowy, lakier pośredni lub lakier nawierzchniowy.

Przedmiotem wynalazku jest także zastosowanie nowego, wyżej omówionego zestawu powłokowego do powlekania przewodników metalicznych.

Aplikacja zestawu według wynalazku może następować znanymi metodami niezależnie od rodzaju i średnicy stosowanego drutu. Można przy tym drut powlekać bezpośrednio zestawem według wynalazku i następnie wypalać w piecu. Powlekanie i wypalanie może ewentualnie następować kolejno wiele razy. Układ pieca może przy tym być poziomy lub pionowy, przy czym warunki powlekania, takie jak czas trwania i liczba powlekań, temperatura wypalania, szybkość powlekania kształtuje się w zależ ności od rodzaju powlekanego drutu. Przykładowo temperatura powlekania może mie ścić się w zakresie od temperatury pokojowej do temperatury 400°C. Poza tym w przypadku lakierowania możliwe mogą być też temperatury otoczenia powyżej 400°C, przykładowo do 800°C i ponad, bez stwierdzenia uszczerbku jakości powłoki według wynalazku.

Podczas procesu wypalania mogą składniki zestawu według wynalazku, zwłaszcza składniki A) i składniki B) wchodzić ze sobą w reakcję chemiczną. W zależności od chemicznego charakteru składników A) i B) możliwe są różne reakcje chemiczne, przykładowo reakcje przeestryfikowania, reakcje polimeryzacji, reakcje addycji, reakcje kondensacji. Odpowiednio do korzystnego zastosowania dla składników A) i B) mogą korzystnie przebiegać reakcje kondensacji.

Stosowanie zestawu według wynalazku może następować niezależnie od rodzaju i średnicy drutu, można przykładowo powlekać druty o średnicy 5 μm - 6 mm. Jako druty nadają się do stosowania zwykłe przewodniki metaliczne, przykładowo z miedzi, glinu, cynku, żelaza, złota, srebra lub ich stopów.

Zestaw według wynalazku może być zawarty jako składnik wielowarstwowej powłoki drutu. Te wielowarstwowe powłoki mogą zawierać co najmniej jeden zestaw powłokowy według wynalazku.

Zgodnie z wynalazkiem można powlekać druty z już obecnymi powłokami lub bez obecnych powłok. Obecne powłoki mogą być powłokami izolacyjnymi oraz powłokami ogniochronnymi. W tego rodzaju przypadkach może znacznie różnić się grubość warstwy powłoki według wynalazku.

Możliwe jest też prowadzenie dalszych powlekań nad powłoką według wynalazku, przykładowo dalszych powlekań izolacyjnych. Tego rodzaju powlekania mogą też np. jako lakier nawierzchniowy służyć polepszonej ochronie mechanicznej, stworzeniu żądanych właściwości powierzchniowych oraz wygładzeniu. Jako lakiery nawierzchniowe są szczególnie odpowiednie przykładowo zestawy na osnowie poliamidów, poliamidoimidów i poliimidów.

PL 200 701 B1

W szczególności zestaw według wynalazku jest też odpowiedni jako powłoka jednowarstwowa.

Zgodnie z wynalazkiem zestaw można aplikować zwykłą grubością warstwy. Można też nanosić warstwy cienkie, nie wywierając wpływu na zgodnie z wynalazkiem uzyskaną odporność na wyładowania cząstkowe oraz na przyczepność, wytrzymałość i rozciągalność tych powłok. Grubość suchej warstwy można zmieniać odpowiednio dla unormowanych wartości dla drutów cienkich i grubych.

Powłoki, uzyskane za pomocą zestawu według wynalazku, umożliwiają, w porównaniu z dotychczas znanymi zestawami, podwyższoną odporność powłoki na wyładowania cząstkowe, dzięki czemu możliwe staje się długotrwałe obciążenie w warunkach oddziaływania wysokich napięć, zwłaszcza napięć impulsowych. Odznaczają się one podwyższoną obciążalnością długotrwałą oraz długą żywotnością w porównaniu z powłokami na osnowie samych monomerycznych i/lub polimerycznych związków pierwiastko-organicznych. Odporność powlekanych drutów na wyładowania cząstkowe może zostać podwyższona tak, że nadają się one do stosowania w przypadku obciążeń wysokonapięciowych i obciążeń impulsowym napięciem wysokim.

Podane niżej przykłady objaśniają bliżej wynalazek.

Wytwarzanie lakieru do drutów według stanu techniki

P r z y k ł a d 1a (porównawczy)

W 2-litrowej kolbie trójszyjnej, zaopatrzonej w mieszadł o, termometr i jednostkę destylacyjną ogrzewa się 261,2 g izocyjanuranu tris-(2-hydroksyetylowego) (THEIC), 93,2 g glikolu etylenowego, 194,2 g tereftalanu dwumetylowego (DMT) i 0,5 g octanu cynku w ciągu 4 godzin w temperaturze 210°C. Przy tym oddestylowuje się 60 g metanolu. Po ochłodzeniu do temperatury 150°C następuje dodanie 192,1 g bezwodnika trójmelitowego (TMA) i 99,0 g metylenodianiliny (DADM). W ciągu 3 godzin w warunkach mieszania ogrzewa się do temperatury 220°C i w ciągu dalszych 3 godzin utrzymuje się w tej temperaturze. Oddestylowuje się przy tym 33 g wody. Wówczas następuje ochłodzenie do temperatury 180°C i dodanie 500 g krezolu.

W warunkach dalszego mieszania niniejszy roztwór żywicy na gotowo konfekcjonuje się za pomocą 882,0 g krezolu, 273,0 g rozpuszczalnika o nazwie Solvesso 100, 100,0 g ksylenu, 9,0 g dostępnej w handlu żywicy fenolowej A, 45,0 g dostępnej w handlu żywicy fenolowej B i 18,0 g ortotytanianu tetrabutylowego.

Wynikowy lakier do drutów wykazuje zawartość 31,3% substancji stałej i lepkość 410 mPas.

P r z y k ł a d 1b (porównawczy)

1800 g lakieru do drutów według przykładu 1 a w warunkach energicznego mieszania zadaje się za pomocą 140 g cząstkopodobnego materiału-SiO2 odpowiednio do WO 96/41 909 oraz 320 g krezolu i miesza w ciągu 60 minut. W wyniku otrzymuje się dyspersję lakierową o zawartości 30,3% substancji stałej i o lepkości 530 mPas.

Wytwarzanie zgodnych z wynalazkiem lakierów do drutów

P r z y k ł a d 2

1800 g lakieru do drutów według przykładu 1 a w warunkach energicznego mieszania zadaje się za pomocą 200 g produktu o nazwie „Nyacol DP 5480” (Si-O-nanomer z grupami funkcyjnymi-OH, 30%-owy w glikolu etylenowym, promień nanomeru: 25 nm, firmy Nyacol Products Inc.) i miesza w ciągu 60 minut. W wyniku otrzymuje się dyspersję lakierową o zawartości 30,9% substancji stałej i o lepkości 390 mPas.

P r z y k ł a d 3

1600 g lakieru do drutów według przykładu 1 a w warunkach energicznego mieszania zadaje się za pomocą 400 g produktu o nazwie „Nyacol DP 5480” i miesza w ciągu 60 minut. W wyniku otrzymuje się dyspersję lakierową o zawartości 30,6% substancji stałej i o lepkości 370 mPas.

P r z y k ł a d 4

W 2-litrowej kolbie trójszyjnej, zaopatrzonej w mieszadł o, termometr i jednostkę destylacyjną starannie miesza się 130,5 g izocyjanuranu tris-(2-hydroksyetylowego) (THEIC), 62,0 g glikolu etylenowego, 194,2 g tereftalanu dwumetylowego (DMT) ze 180,0 g zawierającego funkcyjne grupy-OH Si-O-nanomeru (przeciętny promień: 25 nm; wytworzonego tak, jak opisał cytowany wyżej Ralph K. Iller) w warunkach energicznego mieszania i następnie ogrzewa się z 0,5 g octanu cynku w ciągu 4 godzin w temperaturze 210°C. Przy tym oddestylowuje się 60 g metanolu. Po chłodzeniu do temperatury 150°C następuje dodanie 192,1 g bezwodnika trójmelitowego (TMA) i 99,0 g metylenodianiliny (DADM). W cią gu 3 godzin ogrzewa się w warunkach mieszania do temperatury 220°C i utrzymuje się w tej temperaturze w ciągu dalszych 3 godzin. Przy tym oddestylowuje się 33 g wody. Wówczas następuje ochłodzenie do 180°C i dodanie 500,0 g krezolu.

PL 200 701 B1

W warunkach dalszego mieszania niniejszy roztwór żywicy na gotowo konfekcjonuje się za pomocą 900,0 g krezolu, 284,5 g rozpuszczalnika o nazwie Solvesso 100, 100,0 g ksylenu, 9,2 g dostępnej w handlu żywicy fenolowej A, 46,2 g dostępnej w handlu żywicy fenolowej B i 18,4 g orto-tytanianu tetrabutylowego.

Wynikowy lakier do drutów wykazuje zawartość 30,8% substancji stałej i lepkość 380 mPas.

P r z y k ł a d 5

W 2-litrowej kolbie trójszyjnej, zaopatrzonej w mieszadło, termometr i jednostkę destylacyjną ogrzewa się 261,2 g izocyjanuranu tris-(2-hydroksyetylowego) (THEIC), 93,2 g glikolu etylenowego, 194,2 g tereftalanu dwumetylowego (DMT) i 0,5 g octanu cynku w ciągu 4 godzin w temperaturze 210°C. Przy tym oddestylowuje się 60 g metanolu. Po ochłodzeniu do temperatury 150°C następuje dodanie 192,1 g bezwodnika trójmelitowego (TMA) i 99,0 g metylenodianiliny (DADM). W ciągu 3 godzin w warunkach mieszania ogrzewa się do temperatury 220°C i w ciągu dalszych 3 godzin utrzymuje się w tej temperaturze. Oddestylowuje się przy tym 33 g wody. Wówczas następuje ochłodzenie do temperatury 180°C i dodanie 500 g krezolu. W temperaturze 60-80°C zadaje się za pomocą 45,0 g orto-tytanianu tetraizopropylowego i w warunkach bardzo silnego mieszania zadaje się za pomocą 190,0 g zawierającego funkcyjne grupy-OH Al-O-Si-O-nanomeru (przeciętny promień: 20 nm; wytworzonego tak, jak opisał cytowany wyżej Ralph K. Iller) i w ciągu 5 godzin ogrzewa się w temperaturze 205°C, oddestylowując przy tym 38,2 g izopropanolu. Po ochłodzeniu i w warunkach dalszego mieszania dany roztwór żywicy na gotowo konfekcjonuje się za pomocą 1100,0 g krezolu, 355,0 g rozpuszczalnika o nazwie Solvesso 100, 129,0 g ksylenu, 11,0 g dostępnej w handlu żywicy fenolowej A, 50,0 g dostępnej w handlu żywicy fenolowej B. Wynikowy lakier do drutów wykazuje zawartość 30,5% substancji stałej i lepkość 370 mPas.

Badania:

Zawartość substancji stałej 1 g, 1 h. 180°C DIN EN ISO 3251

Lepkość w temperaturze 25°C [mPas] bądź [Pas] DIN 53015

Aplikowanie

W zwykł ym urzą dzeniu do lakierowania drutów (emalierce) powleka się (lakierowanie jednowarstowe) druty miedziane o grubości gołego drutu 0,3 mm za pomocą lakierów opisanych według przykładów 2-5 oraz przykładu porównawczego 1 a i 1 b. Wynikowa grubość warstwy wynosi 18 μm.

T a b e l a 1

Dane techniczne (według norm DIN 46453 bądź DIN EN 60851) powleczonych lakierem drutów miedzianych

	Przykład 1a porównawczy	Przykład 1b porównawczy	Przykład 2	Przykład 3	Przykład 4	Przykład 5
Temperatura mięknienia	394°C	396°C	402°C	404°C	357°C	402°C
Udar cieplny 1xd	220°C	220°C	220°C	220°C	220°C	220°C
Przyczepność i rozciągalność przy nawijaniu 1xd	25%	10%	20%	15%	20%	15%
Twardość ołówkowa	3-4 H	4-5 H	6-7 H	6-7 H	6-7 H	6-7 H
Zdolność lakierowania	dobra	dobra	dobra	dobra	dobra	dobra
Żywotność przy przetwornicy*	0,8 h	>1000 h	>1000 h	>1000 h	>1000 h	>1000 h
Żywotność przy przetwornicy*	0,5 h	390	80 h	420 h	480 h	430 h
z 5% wstępnym rozciągnięciem lakierowanego drutu	0,3 h	21 h	70 h	430 h	490 h	410 h
z 10% wstępnym rozciągnięciem lakierowanego drutu	0,2 h	13 h	60 h	430 h	500 h	430 h

430h* przetwornica częstotliwościowa firmy Siemens: Simovert P 6SE2103-3AA01, moc: 2,8 kVA, częstotliwość taktowania: 10 kHz.

Claims (13)

1. Zestaw powłokowy dla przewodników elektrycznych, zawierający B) 0-90% wagowych jednego lub wielu środków wiążących, C) 0-95% wagowych jednego lub wielu dodatków, rozpuszczalników, pigmentów i/lub wypełniaczy, znamienny tym, że zestaw zawiera ponadto A) 1-60% wagowych jednego lub wielu reaktywnych nanomerów o przeciętnym promieniu w zakresie 1-300 nm na bazie usieciowanej struktury pierwiastek-tlen z pierwiastkami z szeregu krzemu, glinu, tytanu, cynku, itru, ceru, wanadu, hafnu, cyrkonu, niklu i/lub tantalu, przy czym na powierzchni usieciowanej struktury pierwiastek-tlen tego reaktywnego nanomeru reaktywne grupy funkcyjne R1 i ewentualnie niereaktywne i/lub częściowo reaktywne grupy funkcyjne R2 i R3 są związane poprzez tlen struktury usieciowanej i przy czym w tych reaktywnych nanomerach zawarte są grupy R1 w ilości co najwyżej 98% wagowych a grupy R2 i R3 w ilości 0-97% wagowych, gdzie

R1 stanowi reszty estrów kwasów metali, OH, poprzez tlen związane alkohole, COOH i/lub reaktywne składniki żywic;

R2 stanowi rodniki związków aromatycznych, alifatycznych, pochodnych kwasu tłuszczowego; estrów i/lub eterów;

R3 stanowi rodniki żywic, a

R4 w resztach estrowych grupy R1 stanowi rodniki żywic akrylanowych, fenolowych, melaminowych, poliuretanowych, poliestrowych, poliestroimidowych, polisiarczkowych, epoksydowych, poliamidowych, poliwinyloformalowych; związków aromatycznych, alifatycznych; estrów; eterów, alkoholanów, tłuszczów lub substancji chelatotwórczych.

2. Zestaw powłokowy według zastrz. 1, znamienny tym, że rodnik R1 stanowi OTi(OR4)3,

OZr(OR4)3, acetyloacetonian, 2-hydroksyetanolan, dietylenoglikolan.

3. Zestaw powłokowy według zastrz. 1, znamienny tym, że grupa funkcyjna R3 stanowi rodniki poliestroimidów i/lub poliestroimidów z izocyjanuranem tris-(2-hydroksyetylowym).

4. Zestaw powłokowy według zastrz. 1, znamienny tym, że grupy funkcyjne R4 stanowią rodniki żywic akrylanowych, aminotrietanolanu, acetyloacetonianu, żywic poliuretanowych i/lub butylodiglikolanu.

5. Zestaw powłokowy według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktywny nanomer składnika A zawiera usieciowaną strukturę z połączonych poprzez tlen pierwiastków z szeregu tytanu, glinu, krzemu i/lub cyrkonu.

6. Zestaw powłokowy według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że reaktywny nanomer składnika A wykazuje przeciętny promień rzędu 2-80 nm.

7. Zestaw powłokowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jako monomeryczne i/lub polimeryczne związki pierwiastko-organiczne zawiera estry kwasu orto-tytanowego, estry kwasu orto-cyrkonowego, tetramleczan tytanu, tetrabutanolan hafnu, krzemian tetraetylowy i/lub żywice silikonowe.

8. Sposób powlekania przewodnika elektrycznego drogą nanoszenia zestawu powłokowego, zawierającego B) 0-90% wagowych jednego lub wielu środków wiążących, C) 0-95% wagowych jednego lub wielu dodatków, rozpuszczalników, pigmentów i/lub wypełniaczy, znamienny tym, że na przewodniku tym za pomocą emalierki aplikuje się wspomniany zestaw powłokowy, zawierający ponadto A) 1-60% wagowych jednego lub wielu reaktywnych nanomerów o przeciętnym promieniu w zakresie 1-300 nm na bazie usieciowanej struktury pierwiastek-tlen z pierwiastkami z szeregu krzemu, glinu, tytanu, cynku, itru, ceru, wanadu, hafnu, cyrkonu, niklu i/lub tantalu, przy czym na powierzchni usieciowanej struktury pierwiastek-tlen tego reaktywnego nanomeru reaktywne grupy funkcyjne R1 i ewentualnie niereaktywne i/lub częściowo reaktywne grupy funkcyjne R2 i R3 są związane poprzez tlen struktury usieciowanej i przy czym w tych reaktywnych nanomerach zawarte są grupy R1 w ilości co najwyżej 98% wagowych a grupy R2 i R3 w ilości 0-97% wagowych, gdzie

R1 stanowi reszty estrów kwasów metali, OH, poprzez tlen związane alkohole, COOH i/lub reaktywne składniki żywic;

R2 stanowi rodniki związków aromatycznych, alifatycznych, pochodnych kwasu tłuszczowego; estrów i/lub eterów;

R3 stanowi rodniki żywic, a

R4 w resztach estrowych grupy R1 stanowi rodniki żywic akrylanowych, fenolowych, melaminowych, poliuretanowych, poliestrowych, poliestroimidowych, polisiarczkowych, epoksydowych, poliamidowych, poliwinyloformalowych; związków aromatycznych, alifatycznych; estrów; eterów, alkoholanów, tłuszczów lub substancji chelatotwórczych,

PL 200 701 B1 i zaaplikowany na przewodniku zestaw powłokowy wypala się w zakresie temperaturowym od temperatury pokojowej do temperatury 800°C.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zestaw powłokowy po zaaplikowaniu ogrzewa się.

10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że jako przewodnik stosuje się drut zdolny do przewodzenia elektrycznego.

11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że jako przewodnik stosuje się wstępnie powleczony przewodnik elektryczny.

12. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zestaw powłokowy, aplikuje się jako jednowarstwową powłokę i/lub jako lakier podkładowy, lakier pośredni lub lakier nawierzchniowy.

13. Zastosowanie zestawu powłokowego, zawierającego B) 0-90% wagowych jednego lub wielu środków wiążących, C) 0-95% wagowych jednego lub wielu dodatków, rozpuszczalników, pigmentów i/lub wypełniaczy, i ponadto A) 1-60% wagowych jednego lub wielu reaktywnych nanomerów o przeciętnym promieniu w zakresie 1-300 nm na bazie usieciowanej struktury pierwiastek-tlen z pierwiastkami z szeregu krzemu, glinu, tytanu, cynku, itru, ceru, wanadu, hafnu, cyrkonu, niklu i/lub tantalu, przy czym na powierzchni usieciowanej struktury pierwiastek-tlen tego reaktywnego nanomeru reaktywne grupy funkcyjne R1 i ewentualnie niereaktywne i/lub częściowo reaktywne grupy funkcyjne R2 i R3 są związane poprzez tlen struktury usieciowanej i przy czym w tych reaktywnych nanomerach zawarte są grupy R1 w ilości co najwyżej 98% wagowych a grupy R2 i R3 w ilości 0-97% wagowych, gdzie

R1 stanowi reszty estrów kwasów metali, OH, poprzez tlen związane alkohole, COOH i/lub reaktywne składniki żywic;

R2 stanowi rodniki związków aromatycznych, alifatycznych, pochodnych kwasu tłuszczowego; estrów i/lub eterów;

R3 stanowi rodniki żywic, a

R4 w resztach estrowych grupy R1 stanowi rodniki żywic akrylanowych, fenolowych, melaminowych, poliuretanowych, poliestrowych, poliestroimidowych, polisiarczkowych, epoksydowych, poliamidowych, poliwinyloformalowych; związków aromatycznych, alifatycznych; estrów; eterów, alkoholanów, tłuszczów lub substancji chelatotwórczych, do powlekania przewodników elektrycznych.