CH445589A - Verwendung wässriger Dispersionen zur Bildung elektrisch trennender Überzüge auf Elektroblechen - Google Patents

Description

  Verwendung wässriger Dispersionen zur     Bildung        elektrisch        trennender    Überzüge auf     Elektroblechen       Bei Bildung elektrisch trennender     Überzüge    auf  Elektroblechen kommt es im allgemeinen auf einen  Schichtwiderstand dünnster Schichten (ca. 2 bis       50,um)    an, der in der Grössenordnung von 2 bis 1000  Ohm je cm' Fläche bei Durchschlagsspannungen von  ca. 0,1 bis 50V liegen soll.

   Diese Überzüge können  hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften nicht ver  glichen werden mit denen üblicher Isolationsmittel, wie  etwa mit Drahtlacken, denn es werden für     Drahtisola-          tionszwecke    im allgemeinen Prüfspannungen von 750  bis 1500V verwendet und wesentlich höhere Wider  standswerte gefordert, die sich aber auf andere Prüfbe  dingungen beziehen.  



  Wenn auch im allgemeinen Sprachgebrauch häu  fig von Isolationsschichten auf Elektroblechen die  Rede ist, so wird doch im folgenden der Ausdruck   elektrisch trennender Überzug  bevorzugt, um den  Unterschied gegenüber Schichten hervorzuheben, die  tatsächliche Isolationsaufgaben     erfüllen    sollen, nämlich  die hohe Widerstände aufweisen und hohe Durch  schlagsspannungen aushalten.  



  Zur Bildung elektrisch trennender Überzüge auf  Elektroblechen, die im allgemeinen zur Herstellung  von elektrischen Maschinen und Apparaten, wie Moto  ren und Transformatoren, verwendet werden, hat man  sich bisher mehrerer Verfahren bedient. So ist es be  kannt, die Bleche an     der    Oberfläche     während    oder nach  der Herstellung zu oxydieren bzw. den Walzzunder auf  den Blechen zu belassen, so dass keinerlei zusätzliche       Trennmittel    aufgebracht werden müssen.

   Diese Trenn  schichten genügen aber nur, solange die hierbei auftre  tenden niedrigen Schichtwiderstände und Durch  schlagsspannungen     zur        Begrenzung    des     Zusatzverlustes     durch     Wirbelstrombildung    für den bestimmten Anwen  dungsfall ausreichen. Eine weitere bekannte     Mass-          nahme,    insbesondere wenn in einem grösseren Blech  stapel die einzelnen Bleche gegeneinander getrennt  werden sollen, besteht darin, dass man auf das Blech  Papier klebt.

   Durch die Dicke des Papiers und die  Schichtdicke des     Klebemittels    wird also     eine    Füllfak-         toränderung    hervorgerufen.     Erfahrungsgemäss    liegt die  niedrigste, praktisch erreichbare     Gesamtschichtdicke     dieser Trennschicht bei etwa 20     ,pm.    Schliesslich wur  den auch schon auf der Oberfläche der Metalle organi  sche Lacke,     Phosphatschichten    oder Wasserglas aufge  bracht. Letztere zeigen     Hygroskopizität    und im Falle  des Wasserglases     darüberhinaus    noch ungünstige       Stanzeigenschaften    durch hohen Verschleiss der Stanz  werkzeuge.

    



  Es ist weiterhin bekannt, die elektrisch trennenden  Überzüge auf magnetischen Werkstoffen, wie Elektro  blechen, farbig herzustellen. Sofern als Trennschichten  Seidenpapier verwendet wurde, das mit Wasserglas  oder Leimen auf die Elektrobleche geklebt wurde, hat  man verschiedenfarbiges Seidenpapier verwendet. Die  ses hatte jedoch, wie bereits ausgeführt, den Nachteil,  dass mit Seidenpapier und dem Klebemittel eine Min  destschichtdicke nicht unterschritten werden konnte  und somit der Füllfaktor und damit die hiervon abhän  gigen elektrischen Eigenschaften ungünstig beeinflusst  wurden. Eine andere Möglichkeit bestand darin, dass  man der Isolationsmasse auf Basis von Wasserglas und  gegebenenfalls anderen Zusätzen Eisenoxyd oder  Chromoxyd beimischte. Man erhielt auf diese Weise  rote oder grüne Farbtöne.

   Derartig gefärbte Isolations  schichten hatten jedoch den Nachteil, dass infolge des       Metalloxydgehaltes    die     elektrisch-magnetischen    Eigen  schaften der Bleche beeinflusst wurden und die Her  stellungskosten des Trennmaterials zu hoch waren.  



  Ausser den bisher erwähnten elektrischen Eigen  schaften und der Dicke der Trennschicht muss beson  ders auf die Wirtschaftlichkeit der Herstellung solcher  Trennschichten hingewiesen werden. Diese Kosten set  zen sich aus den Materialkosten einerseits und den       Aufbringungskosten    andererseits zusammen. Es sei am  Rande dazu vermerkt, dass es für den Anwendungsfall  darauf ankommt, mit Mindestkosten     auszukommen.     



  Die verschiedenartigen Anforderungen an eine  elektrisch trennende Schicht konnten aber durch diese       bekannten    Verfahren im allgemeinen nur unvollständig      oder zumindest nur teilweise erfüllt werden. Neben den  kostenmässigen Einflussgrössen sind die wichtigsten  Eigenschaften, die man heute in der Technik von elek  trisch trennenden Schichten verlangt, folgende:

    Eine Durchschlagfestigkeit von ca. 50 V, ein hoher  Schichtwiderstand, der möglichst grösser sein soll als  20     Ohm, < cm2/10kp/m2.    Die Schicht soll möglichst  dünn sein, insbesondere dünner als ca. 20     ,Äm,    ferner  soll sie mechanisch und chemisch, insbesondere gegen  Öl, stabil sein; eine gute     Deformationsfestigkeit,        Stanz-          barkeit,    Wärmebeständigkeit und eine geringe     Hygro-          skopizität    aufweisen.  



  Es hat sich nun gezeigt, dass diese genannten For  derungen in hervorragendem Masse erfüllt werden  können, wenn man zur Bildung elektrisch trennender  Schichten wässrige Dispersionen, enthaltend thermo  plastische Kunststoffe oder     thernFioplastische    polymere       Naturprcdukte,        vorzugsweise        Polyvinylester,        Polyvinyl-          äther,

          Polyvinylchlorid    und deren     Copolymeren    und       eine        geringe        Menge        von    1     bis    5     Gew.-%        einer        Phos-          phorsäure    oder einen sauren Phosphates, gegebenen  falls in polymerer Form, verwendet. Hierbei soll das       Dispersum    möglichst fein     dispers    oder sogar kolloidal  sein.

   Wegen der Verwendung von Wasser als     Disper-          sionsmedium    lässt sich die Erfindung in besonders  wirtschaftlicher Weise durchführen und hat gegenüber  bekannten Verfahren den Vorteil, dass kostspielige,  gegebenenfalls brennbare, explosionsfähige oder     ge-          sundheitssehädliche    organische Lösungsmittel vermie  den werden.  



  Wegen der Anwesenheit der Phosphorsäure bzw.  ihrer sauren Salze oder Polymeren wird die Korro  sionsgefahr zwischen dem Auftragen und Trocknen der  elektrisch trennenden Schicht verhindert. Gleichzeitig  wird durch diesen Zusatz eine besonders gute Haftfe  stigkeit des Überzuges auf der Blechoberfläche er  reicht. Es ist anzunehmen, dass hierfür ein ähnlicher  Mechanismus verantwortlich ist, wie er für die     Dünn-          schichtphosphatierung    vermutet wird. Entgegen der  bisherigen Auffassung über die Stabilität von Kunst  stoffdispersionen, wird durch Zugabe des Säureanteils  ein Material erzeugt, das nicht frühzeitig koaguliert,  sondern eine gute Stabilität und damit Lagerfähigkeit  bis zur Verarbeitung aufweist.  



  Bei der Herstellung von Trennschichten auf Elek  troblechen. die wie oben erwähnt, gewöhnlich als Iso  lierschichten bezeichnet werden,     kommt    es im wesentli  chen darauf an, Schichten dünnster Abmessungen her  zustellen mit einem erhöhten elektrischen Schichtwi  derstand und einer gewissen Spannungsfestigkeit. Im  allgemeinen lassen sich die     wässrigen    Dispersionen von  Kunststoffen oder von kunststoffähnlichen Naturpro  dukten in Schichtstärken bis herab zu etwa 3     ,um    auf  bringen.

   Für die elektrisch trennenden Schichten auf  warmgewalzten Elektroblechen haben sich Schichtstär  ken von 7 bis 20     ccm,    vorzugsweise von ca. 12     ,ccm,    je  nach     Oberflächenrauhigkeit    als besonders zweckmässig  erwiesen. Die zulässige Teilchengrösse der in der  Dispersion vorliegenden festen Substanzen richtet sich  natürlich nach der gewünschten Schichtstärke und liegt  gewöhnlich in der Grössenordnung von     1,um    bis  20 /im, vorzugsweise von<I>5</I>     ,ccm    bis 10 ,um.  



  Der elektrisch trennende Überzug lässt sich ferner  dadurch abwandeln, dass die genannten Dispersionen  zusätzlich elektrisch schlecht leitende Füllkörper in  Form von anorganischen Substanzen, wie Talkum,  Glimmer,     Siliciumdioxyd,    Aluminiumoxyd und/oder         Magnesiumoxyd,    mit einer Korngrösse von     1je.m    bis       20,um,    vorzugsweise 5,um bis 10     ,um,    oder organi  sche, nicht thermoplastische Substanzen, wie     Cellulose,     vorzugsweise mit einer Teilchengrösse von ca.     5,um     bis 20     ,ccm,    enthalten.

   Für eine Schichtstärke von  10     ,u.m    bei einem gegebenen Blechmaterial bestimmter  Oberflächeneigenschaften verwendet man z. B. eine       Kunststoff-Füllstoff-Gesamtkonzentration        von        22        %     (Verhältnis 111:1), für 12     ,um    etwa von 27 0/0 (Ver  hältnis 11:16). Diese Angaben gelten, wenn man glei  che Volumina für gleiche Oberflächen verwendet.

    Grössere Volumina mit geringerem     Feststoffgehalt    hin  terlassen nach dem Verdunsten des Wassers natürlich  einen gleich dicken Film, wie entsprechend geringere  Volumina mit grösseren     Feststoffgehalten.    Kunststoff  dispersionen sind im allgemeinen nur mit einem Fest  stoffgehalt von weniger als ca. 50     11,10    technisch zu  handhaben. Bei diesen oberen Konzentrationen liegen  sie im allgemeinen bereits in Form steifer Pasten vor.  



  Es ist von Vorteil, wenn die     wässrigen    Kunststoff  dispersionen zusätzlich einen wasserlöslichen Farbstoff  und/oder ein organisches Farbpigment enthalten. Die  Menge des Farbstoffes bzw. des Pigmentes beträgt       zweckmässigerweise    0,03 bis 0,1, vorzugsweise 0,05       bis        0,07        Gew.-%,        bezogen        auf        das        Gesamtgewicht        der     Dispersion. Die Menge richtet sich je nach der ge  wünschten Farbtönung und     Durchfärbung    der elek  trisch trennenden Schichten.

   Die     Teilchengrösse    liegt  zweckmässig innerhalb des Bereiches von     0,01,um    bis  <I>5</I>     ,ccm,    vorzugsweise von 0,2 ,tim bis 2     ,ccin.    Sie soll im  allgemeinen nicht grösser sein als die der übrigen       dispergierten    Teilchen.  



  Beispiele für wasserlösliche Farben sind:     Methylen-          blau,        Neufuchsin,        Safranin,    basisch Grün, basisch  Gelb,     Astrarot.     



  Beispiele für organische Pigmente sind die     verlack-          ten        Monoazo-    oder     Diazofarbstoffe,    wie der Perma  nentfarbstoffe, also Permanent-Gelb, -Rot, -Violett  sowie die     Phthalocyanine.     



  Mit Hilfe des     Farbstoffzusatzes    ist es in sehr einfa  cher und kostensparender Weise möglich, unterschied  liche     Elektroblechqualitäten    bzw. Elektrobleche unter  schiedlicher Stärke zu     kennzeichnen,    da die Walzble  che aus der Fertigung laufend mit der Dispersion be  sprüht werden können und der Übergang von einer  gefärbten Dispersion zu Dispersionen einer anderen  Farbe in kürzester Zeit bewerkstelligt werden kann.  



  Ein besonders wichtiger Vorteil der     erfindungsge-          mäss    zu verwendenden Dispersionen besteht darin,  dass sie nach dem     Aufbringen    gut haften und keinerlei  Sprödigkeit zeigen. Damit ist eine gute     Verformungsbe-          ständigkeit    und besonders gute     Stanzbarkeit    gewährlei  stet, auf die für die Lebensdauer der     Stanzwerkzeuge     grösster Wert gelegt wird.  



  Die Trennschicht ist thermoplastisch, wodurch bei  erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ein begrenz  tes Fliessen des Mittels zu einer besseren Verteilung  stattfindet. Zugleich tritt bei der erhöhten Temperatur  eine Klebfähigkeit auf, die abhängig ist von der Anwe  senheit von Füllstoffen oder Fremdstoffen. Dies hat  zur Folge, dass bei der Verarbeitung von Elektroble  chen, beispielsweise zu Transformatoren, ein wesentli  cher Teil der     Transformatorengeräusche,    soweit sie  durch nicht fest eingespannte Einzelbleche verursacht  werden, verhindert wird, wenn die Ersterwärmung  ohne Öl vorgenommen wird.  



  Die     Zusammensetzung    der Dispersion lässt sich in      den angegebenen Grenzen ändern. Bei diesen Vari  ationsmöglichkeiten geht man zweckmässig von der  Annahme aus, dass der organische Anteil gegebenen  falls in Kombination mit den Füllmitteln für den auf  tretenden Schichtwiderstand verantwortlich ist, wäh  rend die sauren Zusätze, wie die Phosphorsäure, Poly  phosphorsäure, die sauren Phosphate oder Polyphos  phate, im wesentlichen den Korrosionsschutz überneh  men und zur     guten    Haftung an der Metalloberfläche  beitragen.  



  Die     erfindungsgemäss    zu verwendenden Dispersio  nen lassen sich auf die Metalloberfläche durch Auf  spritzen, Tauchen oder andere bekannte Massnahmen  aufbringen. Anschliessend wird das Material zweck  mässig bei 120 bis 200  C getrocknet. Bei der Anwen  dung der genannten Dispersionen sollte die knapp über  dem     Erweichungspunkt    des betreffenden     Polymers    lie  gende     Einbrenntemperatur    kurze Zeit beibehalten wer  den, während bei Anwesenheit von zusätzlichen mine  ralischen Füllstoffen die     Schichtbildung    mit dem  Trocknen im allgemeinen abgeschlossen ist.  



  Auf diese Weise lassen sich sehr dünne elektrisch  trennende Schichten erzielen, die der Dünne von     Phos-          phatschichten    entsprechen, jedoch im Gegensatz zu  diesen bekannten Schichten keine     Hygroskopizität    zei  gen, so dass sich der     Schichtwiderstand    durch Wasser  aufnahme nicht erniedrigen kann.  



  Wenn es nicht auf sehr dünne Schichten, d. h. auf  Schichtdicken von weniger als 20     ,jim    ankommt, wer  den vorteilhaft keine anorganischen Füllstoffe und die  oben erwähnten hochpolymeren organischen Kunst  stoffe in Form von feinsten Pulvern verwendet und die  Dispersionen, wie z. B.     Einbrennlacke,    auf die Metall  oberfläche aufgebracht.  



  Schliesslich können die Dispersionen auch noch  andere an sich bekannte Zusätze, wie Netzmittel oder       Inhibitoren    enthalten. Als Beispiel für Netzmittel seien  erwähnt:     Polyglykoläther    und     Polyalkylenoxydaddukte.     



  Beispiele für     Inhibitoren    sind     quartäre    Ammonium  salze sowie Salze     aliphatischer        Fettsäureamine.     



  In den Beispielen ist lediglich die Zusammenset  zung der Dispersionen angegeben, da die Herstellung  der Dispersionen in an sich bekannter Weise erfolgen  kann. Bei den Mengenangaben handelt es sich stets um  Gewichtsprozent, bei den Verwendungsangaben um  Anwendungsbeispiele.  
EMI0003.0020     
  
    <I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb>  <I>Isoliermittel <SEP> für <SEP> Bleche</I>
<tb>  Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylpropionat <SEP> oder
<tb>  Copolymere, <SEP> wie <SEP> Vinylacetat/Vinylchlorid <SEP> 20 <SEP> %
<tb>  H,P04 <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb>  K <SEP> (Na)metaphosphat <SEP> 10 <SEP> 0/a
<tb>  Glimmer <SEP> (ca.

   <SEP> 5 <SEP> ,um <SEP> Teilchengrösse) <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb>  Talgfettaminphosphat <SEP> (als <SEP> Inhibitor) <SEP> 0,01 <SEP> 0/0
<tb>  Fettalkoholsulfonat <SEP> (als <SEP> Netzmittel) <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb>  Wasser <SEP> ad <SEP> 100     
EMI0003.0021     
  
    <I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb>  <I>Isoliermittel <SEP> für <SEP> Kaltwalzbleche</I>
<tb>  Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylacetat <SEP> 5 <SEP> 0/0     
EMI0003.0022     
  
    Naturlatex <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb>  Phthalatharz <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb>  H,P04 <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb>  K <SEP> (Na)metaphosphat <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb>  Talgfettaminphosphat <SEP> (als <SEP> Inhibitor) <SEP> 0,01 <SEP> 0/0
<tb>  Nekal <SEP> *) <SEP> (als <SEP> Netzmittel) <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb>  Wasser <SEP> ad <SEP> 100
<tb>  *) <SEP> Handelsbezeichnung <SEP> d. <SEP> Fa. <SEP> Badische <SEP> Anilin- <SEP> u.

   <SEP> Sodafabrik
<tb>  (BASF) <SEP> Ludwigshafen     
EMI0003.0023     
  
    <I>Beispiel <SEP> 3</I>
<tb>  <I>Isoliermittel <SEP> für <SEP> Warmwalzbleche</I>
<tb>  Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylacetat <SEP> 17,51/o
<tb>  Metacrylsäureester <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb>  Chlorkautschuk <SEP> 5 <SEP> %
<tb>  Glimmer <SEP> 11 <SEP> 0/0
<tb>  K <SEP> (Na)metaphosphat <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb>  saures <SEP> Na-pyrophosphat <SEP> 1,5 <SEP> 0/0
<tb>  Polyglycoläther <SEP> (als <SEP> Netzmittel) <SEP> <B>0,10/0</B>
<tb>  Wasser <SEP> ad <SEP> 100     
EMI0003.0024     
  
    <I>Beispiel <SEP> 4</I>
<tb>  Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylacetat <SEP> 17,5 <SEP> 0/0
<tb>  Polyäthylenpulver <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb>  H1P04 <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb>  Nekal <SEP> *) <SEP> als <SEP> Netzmittel <SEP> <B>0,10/0</B>
<tb>  Wasser <SEP> ad <SEP> 100
<tb>  *) <SEP> vgl. <SEP> Beispiel <SEP> 2

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verwendung wässriger Dispersionen, enthaltend thermoplastische Kunststoffe oder thermoplastische polymere Naturprodukte und 1 bis 5 Gewichtsprozent einer Phosphorsäure oder eines sauren Phosphates, zur Bildung einer der Erhöhung des elektrischen Wider standes dienenden Trennschicht auf Elektroblechen. UNTERANSPRÜCHE 1. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dispersion Polyvinylester, Poly- vinyläther, Polyvinylchlorid, deren Copolymere, Polyacrylsäureester und/oder Naturlatex enthält. 2.

   Verwendung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Phosphat in polymerer Form vorliegt. 3. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dispersion zusätzlich feinst ver teilte, elektrisch schlecht leitende anorganische Sub stanzen, insbesondere Talkum, Glimmer, Siliciumdi- oxyd, Aluminiumoxyd und/oder Magnesiumoxyd, mit einer Korngrösse von<I>1</I> irm bis 20 [im enthält, vor zugsweise von 5 ,um bis 10 ,/im. 4.

   Verwendung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dispersion zusätzlich feinst ver teilte nicht thermoplastische organische Substanzen, vorzugsweise mit einer Teilchengrösse von 5,um bis 20 ,um enthält.