DE69607104T2

DE69607104T2 - Wärmebeständiger, leitfähiger Draht mit einer Benzimidazolpolymer enthaltenden Beschichtung

Info

Publication number: DE69607104T2
Application number: DE69607104T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Onishi
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: JP3289581B2; EP0773557A2; JPH09139118A; US5834117A; EP0773557A3; DE69607104D1; EP0773557B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wärmebeständigen elektrischen Draht und ein wärmebeständiges Isolationsmaterial, welches unabhängig von dem Draht verwendet werden kann. Dieses Material kann beispielsweise auf einen emaillierten bzw. glasierten elektrischen Draht aufgebracht werden, von dem gefordert wird, daß er eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen wärmebeständigen elektrischen Drahts und dessen Verwendung.
Es existieren bereits wärmebeständige elektrische Drähte, wie mit Polyimid beschichtete Drähte, glasierte bzw. emaillierte Drähte und hochwärmebeständige zusammengeklebte glasierte Drähte. Jedoch betragen die Maximaltemperaturen zur Verwendung für einen mit Polyimid beschichteten elektrischen Draht, einen glasierten elektrischen Draht und einen hochwärmebeständigen zusammengeklebten glasierten Draht 250ºC, 150 bis 220ºC bzw. 220ºC, wobei die Temperaturgrenze somit höchstens 250ºC ist. Daher gibt es derzeit Entwicklungen hinsichtlich eines wärmebeständigen elektrischen Drahts mit hoher Wärmebeständigkeit, d. h. beständig bezüglich Temperaturen oberhalb von 250ºC. Es wurde bereits ein elektrischer Draht entwickelt, der mit einem Film beschichtet ist, der durch das Umsetzen von Polymeren auf Benzimidazolbasis (im folgenden als PBI bezeichnet) erhältlich ist und welcher in der japanischen Patentanmeldung Nr. Heisei 4-124342 beschrieben ist. In dieser Anmeldung wurde ein PBI Polymer mit hoher Wärmebeständigkeit auf einen blanken elektrischen Draht oder einen elektrischen Draht, der mit Isolierungsbeschichtungen bedeckt ist, aufgebracht und das Polymer wurde anschließend gebacken bzw. erhitzt, um einen PBI-Film zu bilden.
Ein solcher PBI-beschichteter elektrischer Draht weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf und zeigt eine Erweichungstemperatur bei Temperaturen von oberhalb von 350ºC. Jedoch neigt er bei einer hohen Temperatur dazu, teilweise durch Luft oxidiert zu werden, so daß in Abhängigkeit von den Bedingungen der Verwendung ein solcher beschichteter Draht nicht die vollen Vorteile hinsichtlich seiner Wärmebeständigkeit, Spannungsbeständigkeit, Flexibilität und anderen Merkmalen erzielen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorgenannten, mit einem PBI-Film beschichteten elektrischen Draht oder dergleichen zu verbessern, um einen derartigen wärmebeständigen elektrischen Draht oder ein derartiges Isolationsmaterial zu erhalten, der bzw. das vollständig die vorteilhaften Eigenschaften, die dem Polymer PBI inhärent sind, wie hohe Wärmebeständigkeit, zeigt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Verwendung solcher elektrischer Drähte oder Isolationsmaterialien sowie ein Herstellungsverfahren für solche Materialien und Drähte bereitzustellen.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein wärmebeständiges Isolationsmaterial für ein Element bereit, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, wobei das Material umfaßt:
- eine erste Schicht, die ein Polymer auf Benzimidazolbasis umfasst, wobei die Schicht eine erste Oberfläche aufweist, die angepaßt ist, dem Element gegenüberzuliegen, und eine zweite Oberfläche aufweist, und
- eine zweite, ein keramisches Material umfassende Schicht, wobei die zweite Schicht fest an der zweiten Oberfläche der ersten Schicht angebracht bzw. fixiert bzw. befestigt ist.
Die zweite Schicht kann ein keramisches Material und eine organische oder anorganische Silicium-enthaltende Verbindung umfassen.
Das Polymer auf Benzimidazolbasis in der ersten Schicht kann ein Produkt umfassen, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis mit der Formel (I):
erhältlich ist, worin der Rest R ein Atom oder Gruppe darstellt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Wasserstoffatom oder einer Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und x eine ganze Zahl bedeutet, die mindestens gleich 5 ist und ausgewählt ist, um in Lösungsmitteln lösliche Polymere zu ergeben. x kann für jedes der Vielzahl von Polymeren gleich oder verschieden sein und dessen Maximalwert ist üblicherweise etwa 3500.
Das keramische Material in der zweiten Schicht kann eine Verbindung umfassen, dargestellt durch Formel (II):
MkOl (II)
worin M, O, k und l ein Metallelement, ein Sauerstoffatom, eine ganze Zahl, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 1 und 2, und eine ganze Zahl, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 1, 2 und 3, bedeuten.
Das wärmebeständige Isolationsmaterial der vorliegenden Erfindung kann gleichzeitig eine erste Schicht, die ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis mit der Formel (I) erhältlich ist, und eine zweite Schicht enthalten, die ein keramisches Material der Formel (II) umfaßt.
Das Element, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, kann entweder ein elektrischer Draht oder ein elektrischer Draht sein, der mit einer Isolationsschicht beschichtet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen wärmebeständigen elektrischen Draht bereit, welcher umfaßt:
- einen Draht- bzw. Kabelabschnitt, der mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält;
- eine erste Beschichtung, die ein Polymer auf Benzimidazolbasis umfaßt, wobei die Beschichtung den Drahtabschnitt umfänglich bedeckt; und;
- eine zweite Beschichtung, die ein keramisches Material umfaßt, wobei die zweite Beschichtung die erste Beschichtung umfänglich bedeckt, wobei der Drahtabschnitt, die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung fest fixiert bzw. befestigt bzw. angebracht sind.
Die zweite Beschichtung kann ein keramisches Material und eine organische oder anorganische Silicium-enthaltende Verbindung umfassen.
Das Polymer auf Benzimidazolbasis in der ersten Beschichtung kann ein Produkt umfassen, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis mit der Formel (I) erhältlich ist. Unabhängig von der Zusammensetzung der ersten Beschichtung kann das keramische Material in der zweiten Beschichtung eine durch die Formel (II) dargestellte Verbindung umfassen.
In einer Ausführungsform kann der elektrische Draht die erste Beschichtung, welche das Produkt enthält, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis mit der Formel (I) erhältlich ist, mit der zweiten Beschichtung, welche das keramische Material der Formel (II) enthält, kombinieren.
Der Drahtabschnitt, welcher mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, kann ein elektrischer Draht sein. Jedoch kann es auch ein elektrischer Draht sein, der mit einer Isolationsschicht beschichtet ist.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines wärmebe ständigen Isolationsmaterial für ein Element bereit, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, wobei das Material eine erste Schicht, die ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis erhältlich ist, wobei die Schicht eine erste Oberfläche aufweist, die angepaßt ist, dem Element gegenüberzuliegen, und eine zweite Oberfläche aufweist, und eine zweite Schicht umfaßt, die ein keramisches Material umfaßt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
a) das Herstellen einer Lacklösung, die mindestens eine Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis enthält;
b) das Aufnehmen dieser Lösung in eine Form, die angepaßt ist, dem Element gegenüberzuliegen;
c) das Umsetzen der Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis, wodurch die erste Schicht mit der ersten und zweiten Oberfläche erhalten wird; und
d) das Beschichten der zweiten Oberfläche der ersten Schicht mit der zweiten Schicht, die ein keramisches Material umfaßt, so daß sie auf der ersten Schicht befestigt wird.
Es wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines wärmebeständigen elektrischen Drahts des Typs bereitgestellt, umfassend einen Drahtabschnitt, der mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, eine erste Beschichtung, die ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis erhältlich ist, wobei die erste Beschichtung den Drahtabschnitt umfänglich bedeckt, und eine zweite Beschichtung, die ein keramisches Material umfaßt, wobei die zweite Beschichtung die erste Beschichtung bedeckt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
a) das Herstellen einer Lacklösung, die mindestens eine Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis enthält,
b) das Aufbringen der Lösung auf die umfängliche Oberfläche des Drahtabschnitts,
c) das Umsetzen der Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis, wodurch die erste Beschichtung fest auf dem Drahtabschnitt gebildet wird,
d) das Wiederholen, wenn angemessen, der Schritte b) und c), wodurch die er ste Beschichtung verstärkt wird, und
e) das Bedecken der ersten Beschichtung mit der zweiten, ein keramisches Material umfassenden Beschichtung, so daß sie auf der ersten Beschichtung befestigt wird.
Das vorgenannte erste und das zweite Verfahren können ferner den Schritt des Zugebens eines eine Radikalpolymerisation startenden Mittels zu der Lösung in Schritt a) umfassen, wenn eine Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis einen niederen Polymerisationsgrad aufweist.
In einer Ausführungsform kann der Schritt e) in dem vorgenannten zweiten Verfahren hauptsächlich aus dem Herstellen eine Lacklösung bzw. Glasurlösung, die mindestens ein keramisches Material enthält, dem Aufbringen der keramischen Glasurlösung auf den Drahtabschnitt, der mit der ersten Beschichtung bedeckt ist, dem Erhitzen der keramischen Glasurlösung und dem Wiederholen, wenn angemessen, des Aufbringens und Erhitzens, wodurch die zweite Beschichtung verstärkt wird, bestehen.
Die Lack- bzw. Glasurlösung kann aus mindestens dem keramischen Material und einer organischen Silicium-enthaltenden Verbindung hergestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform kann der Schritt e) in dem vorgenannten Verfahren hauptsächlich aus dem Herstellen einer Paste, die mindestens das keramische Material enthält, und dem Extrudieren der Paste um die erste Beschichtung bestehen.
Die Paste kann aus mindestens dem keramischen Material und einer anorganischen Silicium-enthaltenden Verbindung hergestellt werden.
Der derart hergestellte wärmebeständige elektrische Draht kann in elektrischen Stromkreisen für ein Flugzeug, für Hochspannungskabel, Kommunikationseinrichtungen, elektrische Heizkörper oder ähnliches, das hohe Wärmebeständigkeit erfordert, verwendet werden.
Die vorgenannten und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen, die als Beispiele, die nicht beschränken sollen, angegeben sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, worin:
- Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines wärmebeständigen elektrischen Drahts gemäß der Erfindung, hergestellt aus einem nicht-beschichteten elektrischen Draht, zeigt,
- Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines wärmebeständigen elektrischen Drahts gemäß der Erfindung, hergestellt aus einem elektrischen Draht, der mit einer Isolationsschicht beschichtet bzw. überzogen ist, zeigt und
- Fig. 3 schematisch ein Verfahren zum Aufbringen einer Polymerbeschichtung auf Benzimidazolbasis zeigt.
Der Ausdruck keramische Beschichtung oder Schicht, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in einem breiten Sinn zu verstehen, der nicht nur einen Film einschließt, der vollständig aus einer Keramik aufgebaut ist, sondern auch z. B. Metallfilme, worin nur eine Oberflächenseite in einer Keramik ausgebildet ist.
Im folgenden wird das Polymer auf Benzimidazolbasis durch die Abkürzung PBI bezeichnet.
Fig. 1 zeigt einen wärmebeständigen elektrischen Draht 10, worin ein blanker elektrischer Draht 11 als Leiter mit einem Film 12 aus einem PBI Polymer beschichtet ist.
Der PBI Film 12 wird anschließend mit einem keramischen Film 13 beschichtet. Der PBI Film 12 verleiht hohe Wärmebeständigkeit, während der Keramikfilm 13 ermöglicht, daß der PBI Film 12 diese Qualität beibehält, indem er vor Luftkontakt und nachfolgender Oxidation durch Luft geschützt wird.
Der wärmebeständige elektrische Draht 10 wird im wesentlichen durch die folgenden Verfahren hergestellt: Zunächst wird ein PBI in einem vorbestimmten Lösungsmittel gelöst, wodurch eine PBI-Lacklösung hergestellt wird. Wenn das PBI einen niederen Polymerisationsgrad aufweist, wird während der Lacklösungsherstellung auch ein eine Radikalpolymerisation startendes Mittel zugegeben, wenn notwendig. Das Lösungsmittel zur Herstellung der Lacklösung schließt ein basisches Lösungsmittel wie Dimethylacetamid (DMA), Dimethylformamid (DMF) und Pyridin oder ein Lösungsmittel, das Wasserstoffbrückenbindungen abschirmt, wie Dimethylsulfoxid (DMSO), ein. Die Lackkonzentration kann von 1% bis 80% (Gewicht/Volumen) variieren, aber sie liegt vorzugsweise im Bereich von 5% bis 40% (Gewicht/Volumen).
Das eine Radikalpolymerisation startende Mittel kann beispielsweise Benzoylperoxid, Lauroylperoxid, Di-t-butyrophthalatperoxid, Azo-bis-isobutyronitril (AIBN), Phenylazoarylsulphonsäure und eine N-Nitroso-N-acylverbindung, etc., einschließen.
Der Radikalpolymerisationsinitiator wird zu der PBI-Lacklösung zugegeben, um die die Polymerisation inhibierenden Mittel zu neutralisieren, die anfänglich zu einer Lacklösung, wie DMA, zugegeben werden können und um ebenso eine Stapelung der PBI-Moleküle zu induzieren. Daher kann diese Zugabe die Vernetzungsreaktion von PBI unter Wärme und schließlich weiter die Polymerisation fördern, welche während der Wärmebehandlung (nachstehend erläutert) auftritt und einen äußerst festen PBI Film bildet.
Die PBI-Lacklösung wird auf die Oberfläche eines blanken elektrischen Drahts 11 aufgebracht und auf dem letzteren erhitzt bzw. erwärmt. Die Wärmebehandlung wird üblicherweise durch abwechselndes Wiederholen des Aufbringens der Lacklösung und des Erwärmens bewirkt und ruft das Vernetzen und/oder die weitere Polymerisation der PBI-Basispolymere hervor. Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens, die einen Heizofen 1, eine Aufbringungseinheit 2, einen Ofen 3 zum kontinuierlichen Vergüten bzw. Ausglühen bzw. Tempern und eine Spulwickeleinheit 4 umfasst. In dieser Vorrichtung wird ein Draht 5, wie ein elektrischer Leiter, ein beschichteter elektrischer Draht, etc., der anfänglich auf die Wickeleinheit 4 gewickelt ist, davon abgewickelt, in dem Ofen 3 zum kontinuierlichen Ausglühen ausgeglüht, zu der Aufbringungseinheit 2 geführt und mit der Lacklösung versehen und anschließend zu dem Heizofen 1 geführt, in welchem der Lack an bzw. auf den Draht durch Erwärmen angebracht wird.
Ferner wird der mit dem erhitzten Lack versehene Draht 5 wiederholt durch die Aufbringungseinheit 2 und den Heizofen 1 hindurchgeführt, wodurch er wiederholt der Lackaufbringung und dem Erwärmen zugeführt wird.
Der mit dem PBI-Film bedeckte Draht wird anschließend von einer Ablauf- bzw. Abzugseinheit (6) rückgeführt.
Gemäß den allgemeinen Vorgehensweisen kann, wenn der bloße elektrische Draht 11 einen Durchmesser von weniger als 0,6 mm aufweist, die Aufbringungseinheit ein horizontaler Ofen sein, während, wenn der Durchmesser größer als 0,6 mm ist, ein vertikaler Ofen verwendet werden kann. Dieses Prinzip kann für die PBI- Beschichtung und das Erwärmen gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden, indem der Ofentyp in Abhängigkeit von den Umständen gewählt wird. Es ist möglich, die Aufbringungsfrequenz, die Erwärmungstemperatur und die Aufbringungsgeschwindigkeit gemäß dem Typ des Lacks, der erhitzt werden soll, und des Typs bezüglich des Heißofens etwas zu modifizieren.
Die Aufbringungsfrequenz kann von ein bis mehrere hunderte Male variieren, aber sie liegt günstiger in dem Bereich von zwei bis zwanzig Mal.
Die Erwärmungstemperatur kann zwischen Raumtemperatur und 1000ºC gewählt werden, aber sie liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 500ºC und 800ºC.
Wie zu sehen ist, wird der elektrische Draht zunächst mit dem PBI-Film 12 beschichtet, anschließend wird die äußere Oberfläche des Films weiter mit einem keramischen Material beschichtet, wodurch ein keramischer Film 13 gebildet wird. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Keramiken bestehen aus feuerfesten Materialien mit der vorgenannten Formel (II). In dem Fall herkömmlicher industrieller feuerfester Materialien stellt M in der Form (II) üblicherweise Al, Ca, Cr, Mg, Si oder Zr oder ein Gemisch davon dar, um ein Monometall- oder Mehrmetalloxid zu bilden.
Basische feuerfeste Materialien des Typs MO, entsprechend Formel (II), worin k = 1 und l = 1 ist, schließen z. B. Magnesiumoxid, Dolomit, Calciumoxid und Zinkoxid ein. Saure feuerfeste Materialien des Typs M02, entsprechend der Formel (II), worin k = 1 und l = 2 sind, schließen beispielsweise Siliciumoxid (SiO&sub2;), Zirkoniumoxid, Titanoxid und Zinnoxid ein.
Neutrale feuerfeste Materialien des Typs M&sub2;O&sub3;, entsprechend der Formel (II), worin k = 2 und l = 3 sind, schließen typischerweise feuerfeste Materialien vom Aluminiumoxid, Chromoxid oder Spinell-Typ ein, welcher Al&sub2;O&sub3; oder Cr&sub2;O&sub3; als eine wesentliche Komponente enthalten. Die Mischoxide bzw. die Oxidgemische dieser Materialien können ebenso als Keramik verwendet werden, einschließlich Naturprodukte wie Glimmer. Üblicherweise werden diese Oxide mit nicht-oxidierten Metallen kombiniert. Anschließend können diese Metalle nur an der Oberfläche oxidiert werden. Jedoch scheint dieses Phänomen deren Funktion als feuerfestes Material nicht zu beeinträchtigen.
Eine Keramik mit der vorgenannten Formel (II) kann unter Verwendung eines Bindemittels vom Silikontyp in einen Pulverpastenlack gebildet werden. Das Bindemittel vom Silikontyp enthält überreichlich organische Gruppen wie die Methylgruppe, so daß die Haftung bzw. Adhäsion des Lacks an eine PBI-Schicht verbessert wird. Des weiteren werden die Keramikteilchen im Keramikpulver modifiziert, um eine schuppenähnliche Struktur zu bilden, so daß die Oberfläche bezüglich der Dicke erhöht wird und die erhaltene Beschichtung für Wasser und Luft undurchlässig wird.
In der vorgenannten Ausführungsform wird die Haftung der Keramik an die PBI-Beschichtung verbessert und die Gesamtbeschichtungshaftung an den Drahtleiter ist gut. Verglichen mit der Durchschlagsspannung von etwa 5,0 kV für eine einzelne PBI-Beschichtung kann jedoch die entsprechende Ziffer nach Beschichtung mit der Keramik 1,5 kV nicht überschreiten. Dies scheint durch eine elektrischen Oberflächenstromfluß bewirkt zu werden, der auf der keramischen Beschichtung auftritt. Um diesen Stromfluß zu unterdrücken, wurde die keramische Beschichtung auf dem Endabschnitt des mit dem PBI und der Keramik beschichteten Draht durch ein Lösungsmittel entfernt. Nach dieser Behandlung war die Durchschlagsspannung der keramischen Beschichtung deutlich verbessert und lag im Bereich von 3,4 bis 4,6 kV.
Ein die Thixotropie steigerndes Mittel, das zu dem Lack zugegeben wurde, um die Lackierbarkeit zu verbessern, bewirkte, daß die Beschichtung teilweise exzentrisch bzw. außermittig war. Um dieses Phänomen zu vermeiden, wurde die Orientierungstendenz des Lackes erhöht, indem dem Lack mehr eine Nicht-Newton'sche Natur verliehen wurde. Um diesen Lack zu verdünnen, wurden fallabhängig, Xylol und Toluol verwendet.
Das Silikonbindemittel umfaßt als Grundpolymere Organopolysiloxane, worin das Polymergerüst durch eine Siloxanbindung Si-O-Si gebildet wird und organische Gruppen an die Siliciumatome gebunden sind. Die Keramik der Formel MkOl mit hoher Schmelztemperatur wird anschließend in diesem Silikonbindemittel dispergiert. Das Erhitzen bzw. Erwärmen und Anhaften dieses dispergierten Gemisches auf bzw. an einem elektrischen Draht ergibt einen hochflexiblen Draht.
Der vorgenannt erwärmte elektrische Draht wird durch Aufwickeln oder andere Betriebsvorgänge bearbeitet und bei einer Temperatur von oberhalb 400ºC belassen. Das Silikonharz und die Keramik werden anschließend vollständig gesintert, um einen äußerst wärmebeständigen, gegen Glühzyklen beständigen und verschleißbeständigen keramischen Sinter zu erhalten.
Üblicherweise haftet ein Lack vom Keramiktyp, der mit dem Silikonbindemittel hergestellt wird, nicht gut an dem metallischen Leiter. Die derzeit einzig mögliche Technologie war daher, ein Gemisch des Silikonbindemittels und der dispergierten Keramiken auf den Leiter zu extrudieren. Die dispergierte Keramik kann als ein Pigment dienen. Typische Beispiele von färbenden Pigmenten, die in Anstrichen vom Silikontyp verwendet werden, sind wie folgt:
- Typ schwarze Farbe: Cr&sub2;O&sub3;, NiO, MnO&sub2;, Fe&sub3;O&sub4;, etc., und das Gemisch davon, welche bei 700ºC oder darüber erhitzt werden;
- Typ weiße Farbe: Titanoxid (TiO&sub2;) und Zinkweiß (ZnO);
- Typ rote Farbe: rot (Fe&sub2;O&sub3;), welches verschiedene Farben zeigt, abhängig von den Erwärmungsbedingungen;
- Typ gelbe Farbe: Titangelb (TiO. NiO. Sb&sub2;O&sub3;), welches eine hohe Beständigkeit gegen Säuren und Alkali zeigt.
- Typ grüne Farbe: Chromoxid (Cr&sub2;O&sub3;), welches äußerst beständig gegen Wärme, Säuren und Alkali ist, Kobaltgrün (CoO. ZnO), welches eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist.
- Typ blaue Farbe: Kobaltblau, (CoO. nAl&sub2;O&sub3;), welches bis zu 500ºC beständig ist.
- Silberne Farbe: Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), etc.
Verfahren zur Herstellung einer solchen keramischen Beschichtung schließen die physikalische Dampfabscheidung (PVD), die chemische Dampfabscheidung (CVD), Extrusion und Beschichtungs-Wärmebehandlungsverfahren ein. Im folgenden werden nur das Beschichtungs-Wärmebehandlungsverfahren und die Extrusion beschrieben, aber die anderen Verfahren können ebenfalls zum Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In dem Beschichtungs-Wärmebehandlungsverfahren, welches das einfachste unter den vorgenannten Verfahren ist, wird das Wärmebehandeln eines keramischen Anstrichs auf einem bloßen oder isolierten elektrischen Draht üblicherweise durch wiederholte Anstrichauftragung und Anhaften durch Wärmebehandeln, wie für das Einbrennlackieren, bewirkt.
In dem keramischen Anstrich werden die keramischen Teilchen dispergiert und in dem Silikonbindemittel suspendiert. Das Silikonbindemittel, das eine große Menge an organischen Gruppen, wie die Methylgruppe, enthält, haftet an einem elektrischen Leiter gut.
Gemäß den allgemeinen Vorgehensweisen kann, wenn der elektrische Draht einen Durchmesser von weniger als 0,6 mm aufweist, die Auftragungseinheit ein horizontaler Ofen sein, wohingegen, wenn der Durchmesser größer als 0,6 mm ist, ein vertikaler Ofen verwendet werden kann.
Dieses Prinzip kann für das Wärmebehandeln und das Bilden der PBI-Beschichtung oder der Schicht der vorliegenden Erfindung angewendet werden, indem der Typ des Ofens gemäß dem Umständen gewählt wird.
Die Auftragungsfrequenz, die Wärmebehandlungstemperatur, die Auftragungsgeschwindigkeit, etc., des keramischen Anstrichs kann auch in Abhängigkeit von dem einer Wärmebehandlung zu unterwerfenden Anstrich und dem Einbrennofen bzw. Lackierofentyp, wie in dem Fall der Wärmebehandlung von PBI, modifiziert werden. Die Auftragungsfrequenz in der vorliegenden Erfindung kann von einmal bis mehrere hundertemale variieren, aber sie liegt günstiger in dem Bereich von zwei bis zwanzigmal.
Die Wärmebehandlungstemperatur kann zwischen Raumtemperatur und 1000ºC gewählt werden, aber sie liegt vorzugsweise zwischen 350ºC und 800ºC. Die Auftragungsgeschwindigkeit (die Liniengeschwindigkeit) kann von 0,1 m/min bis 1000 m/min gewählt werden, aber sie beträgt vorzugsweise von 2 m/min bis 200 m/min.
Die geeigneten Lösungsmittel für den Lack der vorliegenden Erfindung können ein nicht-polares Lösungsmittel, wie Toluol, Xylol, Hexan, oder ein Lösungsmittel, das Wasserstoffbrückenbindungen abschirmt, wie Dimethylsulfoxyl (DMSO), einschließen. Die Konzentration des Lacks kann von 1% bis 80% (Gewicht/Volumen) gewählt werden, aber sie beträgt vorzugsweise 5% bis 40% (Gewicht/Volumen). Um das Erscheinungsbild des Drahts zu verbessern, kann ein die Thixotropie steigerndes Mittel zu dem keramischen Anstrich gegeben werden.
In dem Extrusionsbeschichtungsverfahren kann die zu verwendende Zusammensetzung der keramischen Paste in Abhängigkeit von den Extrusionsbedingungen variieren. Wenn eine Keramik auf Aluminiumbasis verwendet wird, kann ein Ausgangsmedium hergestellt werden, indem ein Aluminiumoxidpulver und ein Flußmittel, bestehend aus beispielsweise 32,6 Gew.-% Talk, 43,4 Gew.-% Kaolin und 24,0 Gew.- % Feldspat, gemischt werden. Zu diesem wird ein Bindemittel zugegeben, das Bitumen bzw. Asphalt, einen synthetischen Lack, Stearinsäure, Kiefernnadelöl, Petrol ether, Kiefernteer, Glyzerin und ein durch Wärme härtendes Harz, wie Bakelit, enthält.
Gemäß einer Ausführungsform werden ein Harz, ein Lack und Aluminiumoxidpulver in einer vorbestimmten Menge gewogen und für 10 Minuten gemischt, um ein erstes Gemisch zu erhalten.
Das vorgenannte Flußmittel wird anschließend zu dem ersten Gemisch zugegeben und weiter für fünf Minuten gemischt. Zu diesem resultierenden Gemisch werden Stearinsäure, Kiefernnadelöl, Petrolether und Glyzerin zugegeben, welche miteinander für etwa 20 Minuten gemischt werden, um eine Zubereitung zu erhalten.
Die Zubereitung wird gewogen, in einen auf 118 bis 123ºC erwärmten Zylinder gefüllt und in eine Form, die bei 40ºC durch Wasserkühlung gehalten wird, unter einem Druck von 910 bis 1260 kg/cm³ eingepreßt bzw. eingespritzt.
Der resultierende Gießling bzw. das resultierende Formgußstück wird für 3 Sekunden unter Druck gesetzt, aus der Form entfernt, durch einen Hochgeschwindigkeitsschleifapparat geglättet bzw. geschliffen, um Grate zu entfernen, und über 5 Tage bei einer Temperatur, die graduell von 65ºC bis 320ºC angehoben wurde, getrocknet.
In einer anderen Ausführungsform werden ein thermoplastisches Harz, wie Polyvinylbutyral und Polypropylen, ein Lösungsmittel, wie Methylethylketon, Ethylalkohol und n-Butylalkohol, ein Plastifizierungsmittel bzw. Weichmacher, wie Di-n- butylphthalat oder dergleichen, und ein tierisches Öl als Dispersionsmittel zu dem Ausgangsmedium gegeben. Die Menge dieser zu verwendenden Verbindungen variiert in Abhängigkeit von dem Typ oder der Teilchengröße des gewählten Ausgangspulvermaterials. Eine Zubereitung kann beispielsweise 100 Gew.-Teile des Ausgangsmediums, 5 bis 15 Gew.-Teile des Harzes als Bindemittel, 40 bis 60 Gew.- Teile Lösungsmittel, etwa 10 Gew.-Teile Plastifizierungsmittel und etwa ein Teil tierisches Öl enthalten. Diese Komponenten werden gemäß der Reihenfolge, wie für die vorstehende Ausführungsform beschrieben, gemischt, um ein Pastengemisch zu erhalten. Die Paste wird bei 130 bis 160ºC in eine Form mit einer Temperatur von 40 bis 60ºC unter einem Druck von 200 bis 600 kg/cm² eingepreßt. Die Extrusionsrate (Liniengeschwindigkeit) kann von 1 m/min bis 1000 m/min variieren, aber sie liegt vorzugsweise zwischen 10 m/min und 200 m/min. Die Extrusions-temperatur kann zwischen Raumtemperatur und 350ºC geeignet gewählt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die angegebenen Prozentangaben sind Gew.-%, sofern nicht anders angeführt.

Beispiel 1

Ein Nickel-Chromdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 30 Teilen des Polymers PBl und 70 Teile des Lösungsmittels DMA, getränkt oder eingetaucht, wobei die Lacklösung auf den Draht aufgetragen bzw. aufgebracht wurde. Der Lack wurde durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 20 m/min bei 350ºC an den Draht gebunden bzw. angebacken bzw. angehaftet. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde achtmal wiederholt, um einen mit einem PBI-Film beschichteten Nickel-Chrom-Draht zu erhalten.
Eine Aluminiumoxid-Lack- bzw. Glasurlösung wurde hergestellt, indem Aluminiumoxid, teilweise mit Aluminiummetall gemischt, in einem Silikonbindemittel dispergiert wurde. Das Silikonbindemittel enthält als Basispolymere Organopolysiloxane, worin Siloxanbindungen Si-O-Si ein Polymergerüst konstituieren und organische Gruppen an die Siliciumatom gebunden sind. Anschließend wird eine Keramik mit der Formel MkOl mit einer hohen Schmelztemperatur in diesen Basispolymeren dispergiert.
Die Aluminiumoxid-Glasurlösung, die aus dem vorgenannten Silikonbindemittel hergestellt worden ist, kann 20% Aluminiumoxid, 15% Toluol und 15% Xylol enthalten, wobei der Rest ein Organopolysiloxanpolymer ist.
Der vorgenannte, mit einem PBI-Film beschichtete Draht wird anschließend in die Aluminiumoxidglasurlösung eingetaucht, so daß die Lösung auf die Oberfläche des PBI-Films aufgebracht wird. Der Lack wird anschließend an den PBI beschichteten Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 350ºC befestigt bzw. angebacken. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde viermal wiederholt, um einen aufeinanderfolgend mit einem PBI und anschließend mit einer Aluminiumoxid-Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten Nickel-Chrom-Draht zu erhalten.

Beispiel 2

Ein Nickel-Chrom-Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde in eine Lacklösung, die aus 30 Teilen PBI-Polymer und 70 Teilen DMA-Lösungsmittel bestand, eingetaucht, wobei die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Die Lacklösung wurde durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 20 m/min bei 350ºC durch Wärmebehandeln befestigt bzw. angehaftet. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde achtmal wiederholt, um einen mit einem PBI-Film beschichteten Nickel-Chromdraht zu erhalten.
Ein Ausgangsmedium wurde hergestellt, indem 85,4% eines feinen Aluminiumoxidpulvers mit 14,6% eines Flußmittels, bestehend aus 32,6% Talk, 43,4% Kaolin und 24.9% Feldspat, gemischt wurden. Zu diesem wurde ein Bindemittel gegeben, das Asphalt, einen synthetischen Lack, Stearinsäure, Kiefernadelöl, Petrolether, Kiefernteer, Glyzerin und ein durch Wärme härtendes Harz, wie Bakelit, enthielt. Das derart erhaltene Pastengemisch wurde um den PBI beschichteten Nickel-Chrom- Draht mit einer Extrusionsgeschwindigkeit (Liniengeschwindigkeit) von 10 m/min bei 200ºC extrudiert. Nachdem die Lösungsmittel abdestilliert worden waren, wurde die resultierende Beschichtung bei 400ºC oder darüber wärmebehandelt und anschließend abgekühlt, um einen nacheinander mit einem PBI und einer Aluminiumoxidbeschichtung beschichteten Nickel-Chrom-Draht zu erhalten.

Beispiel 3

Ein Sauerstoff-freier Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 30 Teilen PBI-Polymer und 70 Teilen DMA Lösungsmittel, getaucht, wobei die Lacklösung weiter 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Volumen, AlBN Initiator umfaßte, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde durch Wärmebehandeln bei einer Liniengeschwindigkeit von 50 m/min bei 600ºC daran befestigt bzw. angebracht bzw. angebacken. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde achtmal wiederholt, um einen mit einem PBI-Film beschichteten Kupferdraht zu erhalten. Der PBI-beschichtete Kupferdraht wurde in eine Aluminium-enthaltende Lack- bzw. Glasurlösung eingetaucht, die hergestellt wurde, wie in Beispiel 1 angeführt, so daß die Lösung auf die Oberfläche des PBI- beschichteten Drahts aufgebracht wurde. Der Lack bzw. die Glasur wurde anschließend auf die Oberfläche durch Wärmebehandeln bei einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 400ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde dreimal wiederholt, um einen nacheinander mit einer PBI und einer Aluminiumoxid- Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten Kupferdraht zu erhalten.

Beispiel 4

Ein Nickel-plattierter Kupferdraht mit einem Außendurchmesser von 0,5 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 30 Teilen PBI Polymer und 70 Teilen DMA Lösungsmittel, eingetaucht, wobei die Lacklösung weiter 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Volumen, eines AIBN-Initiators umfaßte, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde auf den Draht durch Wärmebehandeln bei einer Liniengeschwindigkeit von 50 m/min bei 600ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde achtmal wiederholt, um einen Nickel-plattierten Kupferdraht, beschichtet mit einem PBI-Film, zu erhalten.
Es wurde eine Extrusionspaste, wie in Beispiel 2 angezeigt, hergestellt. Die derart erhaltene Paste wurde um den PBI beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht mit einer Geschwindigkeit ("line speed") von 10 m/min bei 200ºC extrudiert. Nachdem die Lösungsmittel abdestilliert worden waren, wurde die extrudierte Drahtbeschichtung bei 400ºC oder darüber hitzebehandelt und anschließend abgekühlt, um einen nacheinander mit einer PBI- und einer Aluminiumoxidbeschichtung beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.

Beispiel 5

Ein Nickel-plattierter Kupferdraht mit einem Außendurchmesser von 0,5 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 30 Teilen PBI Polymer, 60 Teilen DMA Lösungsmittel und 10 Teilen DMSO Lösungsmittel, eingetaucht, wobei die Lacklösung weiter 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Volumen, AlBN Initiator umfaßte, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde anschließend durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 20 m/min bei 600ºC an den Draht befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde achtmal wiederholt, um einen mit einem PBI Film beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.
Es wurde eine Extrusionspaste, wie in Beispiel 2 angeführt, hergestellt. Die derart erhaltene Paste wurde um den PBI beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht mit einer Extrusionsgeschwindigkeit (Liniengeschwindigkeit) von 20 m/min bei 300ºC extrudiert. Nachdem die Lösungsmittel abdestilliert worden waren, wurde der extrudierte Draht bei 400ºC oder mehr wärmebehandelt und anschließend abgekühlt, um einen nacheinander mit einer PBI- und einer Aluminiumoxidbeschichtung beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.

Beispiel 6

Ein Sauerstoff-freier Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,36 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 20 Teilen PBI Polymer und 80 Teilen DMA Lösungsmittel, eingetaucht, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde auf den Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 500ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde zehnmal wiederholt, um einen PBI beschichteten Sauerstoff-freien Kupferdraht zu erhalten.
Der derart hergestellte PBI-beschichtete, Sauerstoff-freie Kupferdraht wurde in eine Aluminiumoxid-Lacklösung, die wie in Beispiel 1 angeführt hergestellt wurde, eingetaucht, um die Lacklösung auf die PBI-Beschichtung aufzubringen. Der Lack bzw. die Glasur wurde an die PBI-Beschichtung durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 400ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde dreimal wiederholt, um einen nacheinander mit einer PBI- und einer Aluminiumoxid-Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten Sauerstoff-freien Kupferdraht zu erhalten.

Beispiel 7

Ein Nickel-plattierter Kupferdraht mit einem Außendurchmesser von 1,5 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 55 Teilen PBI Polymer und 45 Teilen DMA Lösungsmittel, eingetaucht, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde auf den Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 60 m/min bei 700ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde zwanzigmal wiederholt, um einen PBI beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.
Der PBI-beschichtete Nickel-plattierte Kupferdraht wurde anschließend in eine Zinnoxid-Lacklösung bzw. Glasurlösung eingetaucht, die 20% Zinnoxid, 20% Toluol und 20% Xylol enthielt, wobei der Rest Organopolysiloxanpolymer war. Die derart beschichtete Glasur wurde an die PBI-Beschichtung durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 450ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde viermal wiederholt, um einen nacheinander mit einer PBI- und einer Zinnoxid-Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten, Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.

Beispiel 8

Ein Nickel-plattierter Kupferdraht mit einem Außendurchmesser von 2,5 mm wurde in eine Lacklösung, bestehend aus 65 Teilen PBI Polymer und 35 Teilen DMA Lösungsmittel, eingetaucht, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde darauf durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 30 m/min bei 600ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde fünfzehnmal wiederholt, um einen PBI beschichteten Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.
Der PBI-beschichtete, Nickel-plattierte Kupferdraht wurde anschließend in eine Alu miniumoxidglasurlösung eingetaucht, die 20% Aluminiumoxid, 15% Toluol und 15% Xylol enthielt, wobei der Rest Organopolysiloxanpolymer war. Der Lack bzw. die Glasur wurde an die PBI-Beschichtung durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 350ºC befestigt bzw. angebacken. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde dreimal wiederholt, um einen nacheinander mit einer PBI- und Aluminiumoxid-Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten, Nickel-plattierten Kupferdraht zu erhalten.

Beispiel 9

Ein Draht aus einer Nickel-Kupferlegierung mit einem Durchmesser von 1,5 mm wurde in einer Lacklösung eingetaucht, bestehend aus 55 Teilen PBI-Polymer und 45 Teilen DMA Lösungsmittel, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde auf den Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 30 m/min bei 500ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde zwanzigmal wiederholt, um einen PBI beschichteten Draht aus einer Nickel- Kupferlegierung zu erhalten.
Der PBI-beschichtete, Nickel-plattierte Kupferdraht wurde anschließend in eine Glasurlösung, die 18% Silberoxid, 15% Toluol und 10% Xylol enthielt, eingetaucht, wobei der Rest Organopolysiloxanpolymer war. Die Glasur wurde anschließend auf der PBI-Beschichtung durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 17 m/min bei 450ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde viermal wiederholt, um einen nacheinander mit einer PBI- und einer Silberoxid- Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten Draht aus einer Nickel- Kupferlegierung zu erhalten.

Beispiel 10

Es wurde ein Sauerstoff-freier Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,36 mm hergestellt. Ein Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE)-Copolymer wurde darum mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit von 15 m/min bei 330ºC extrudiert, um eine Sauerstofffreien Kupferdraht, beschichtet mit ETFE, zu erhalten. Der derart erhaltene Draht wurde in eine Lacklösung eingetaucht, bestehend aus 20 Teilen PBI und 80 Teilen DMA, wodurch die Lacklösung auf die ETFE-Beschichtung aufgebracht wurde. Der Lack wurde anschließend auf den Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 50ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde zehnmal wiederholt, um einen nacheinander mit einer ETFE und anschließend einer PBI-Beschichtung beschichteten Sauerstoff-freien Kupferdraht zu erhalten.
Der derart hergestellte Draht wurde anschließend in eine Aluminiumoxid- Glasurlösung, die wie in Beispiel 1 angeführt hergestellt wurde, eingetaucht, wodurch die Aluminiumoxid-Glasurlösung auf die PBI-Oberfläche aufgebracht wurde. Die Glasur wurde anschließend auf den Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 10 m/min bei 400ºC befestigt bzw. angebacken. Die Vorgehensweise wurde dreimal wiederholt, um einen nacheinander mit einer ETFE-, einer PBI- und einer Aluminiumoxid-Organopolysiloxanbeschichtung beschichteten Sauerstofffreien Kupferdraht zu erhalten.
Der nacheinander mit einer ETFE-, einer PBI- und einer Aluminiumoxid- Organopolysiloxanbeschichtung beschichtete Sauerstoff-freie Kupferdraht wies eine hohe Wärmebeständigkeit auf und konnte bei Temperaturen von oberhalb 350ºC verwendet werden. Er wies ebenso einen hohen dielektrischen Durchschlagswert auf.

Vergleichsbeispiel 11

Ein Nickel-Chrom-Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde in eine Lacklösung eingetaucht, bestehend aus 30 Teilen PBI-Polymer und 70 Teilen DMA Lösungsmittel, wodurch die Lacklösung auf den Draht aufgebracht wurde. Der Lack wurde auf den Draht durch Wärmebehandeln mit einer Liniengeschwindigkeit von 20 m/min bei 350ºC befestigt. Die vorgenannte Vorgehensweise wurde achtmal wiederholt, um einen PBI beschichteten Nickel-Chrom-Draht zu erhalten.
Es wurde ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen (nachfolgend FEP) um den PBI-beschichteten Draht unter den folgenden Bedingungen extrudiert und befestigt: Reduktionsverhältnis bzw. Verkleinerungsverhältnis 16,3%; Ziehgleichgewicht (Geschwindigkeitsgleichgewicht zwischen äußerer und innerer Schlauchoberfläche, wenn ein Draht durch Schlauchextrusion beschichtet wird): 1,0; Extrusionsgeschwindigkeit 10 m/min. Zylindertemperatur 260 bis 320ºC; und anschließend wurde das Copolymer abgekühlt. Es wurde somit ein PBI-beschichteter Nickel-Chromdraht, der weiter mit einer FEP-Beschichtung vom Fluorkautschuktyp beschichtet war, erhalten.
Jede der vorgenannt hergestellten Proben wurde physikalischen Tests unterzogen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. Wie aus den Tabellen 1 und 2 zu sehen ist, zeigen alle Proben hohe Wärmebeständigkeit und einen hohen dielektrischen Durchschlagswert.
Bezüglich des in Beispiel 1 angeführten Nickel-Chromdrahts wurde ein Alterungstest für den mit Zweischichten (PBI- und Aluminiumoxid-Organopolysiloxan)- beschichteten Draht und den mit einer Schicht (PBf) beschichteten Draht bei 300ºC für 24 Stunden unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des Tests. In dem Nickel-Chromdraht, der bloß mit dem PBI-Film beschichtet war, sank der anfängliche dielektrische Durchschlagswert (in kV) von 2,1 auf 1,9 nach Alterung. In dem Fall des mit PBI- und Aluminiumoxid- Organopolysiloxan beschichteten Nickel-Chromdrahts verschlechterte sich die Aluminiumoxid-Organopofysiloxan-Beschichtung nach der Alterung. Wenn jedoch die Aluminiumoxid-Organopolysiloxan-Beschichtung abgestreift wurde, zeigte sich, daß der anfängliche dielektrische Durchschlagswert (kV) von 2,2 des darunterliegenden PBI-Films beibehalten wurde. Die gleiche Tendenz wurde in den Beispielen 2 bis 10 beobachtet.
Tabelle 4 zeigt einen Alterungsvergleichstest, der an dem mit der Keramik fertiggestellten, PBI beschichteten Draht des Beispiels 1 und an dem mit dem Fluorkautschuk fertiggestellten, PBI-beschichteten Draht von Beispiel 11 durchgeführt wurde.
Wie daraus zu sehen ist, zeigt das Produkt von Beispiel 1 einen höheren Durchschlagsspannungswert als dasjenige des Vergleichbeispiels 11.
Die vorgenannten Beispiele 1 bis 9 betreffen einen bloßen elektrischen Draht 11, der mit einer PBI-Beschichtung 12 und weiter mit einer keramischen Beschichtung 13 beschichtet ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Jedoch kann, wie in Fig. 2 gezeigt, der Ausgangsdraht ein bereits beschichteter Draht 21 sein, der einen Hauptdraht 22 und eine Isolationsbeschichtung 23 umfaßt. Dieser Draht 21 kann mit einer PBI- Beschichtung 24 und weiter mit einer keramischen Beschichtung 25 beschichtet sein. Ein solches Produkt ist in Beispiel 10 angeführt, welches im allgemeinen verbesserte physikalische Eigenschaften zeigt.
In der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des zuvor angeführten Films oder der Beschichtung nicht auf wärmebeständige elektrische Drähte beschränkt. Die gleiche Zweischichtenstruktur kann allgemeiner als ein wärmebeständiges Isolationsmaterial verwendet werden, unabhängig von einem solchen Draht. Dieses Material kann umfassen: eine erste Schicht, bestehend aus PBI, die eine erste Oberfläche aufweist, die angepaßt ist, einem Substrat gegenüber zu liegen, und eine zweite Oberfläche aufweist; und eine zweite Schicht, bestehend aus einer Keramik, welche die zweite Oberfläche der ersten Schicht bedeckt.
In den wärmesicheren bzw. wärmebeständigen elektrischen Drähten oder den wärmebeständigen Isolationsmaterialien gemäß der Erfindung kann, auch wenn sie unter sehr schweren Bedingungen verwendet werden, die PBI-Beschichtung oder PBI- Schicht von einem direkten Kontakt mit Luft gehindert werden, wodurch vorteilhafte Merkmale des Polymers PBI, wie Wärmebeständigkeit, intakt beibehalten werden. Tabelle I: Dimensionen und Verhalten der in den Beispielen 1 bis 9 erhaltenen Proben
* Spannung bei Durchschlag, erhalten durch Steigern der Spannung mit einer Rate von 500 V/min unter Verwendung von Wechselstrom
** Rißbildung, bewertet, nachdem die Probe um 20% gedehnt wurde, in diesem Zustand bei 220ºC für 30 Minuten gehalten wurde und auf Raumtemperatur rückgeführt wurde.
*** Zählungen der Hin- und Herbewegungen, erhalten bevor eine sich hin- und herbewegende Klinge unter einem Gewicht von 4 N durch eine Beschichtung fährt (Standardtest, JASO, D611). Tabelle 2: Dimensionen und Verhalten der in den Beispielen 10 und 11 erhaltenen Proben
Die Zeichen *, ** und *** weisen die gleichen Bedeutungen wie in Tabelle 1 auf. Tabelle 3: Alterungstest, bewirkt an den in Beispiel 1 erhaltenen Proben
* Gemessen an bzw. auf der PBI-Beschichtung
** Gealtert bei 300ºC für 24 h Tabelle 4: Alterungstest, durchgeführt an den in den Beispielen 1 und 11 erhaltenen Proben
* Gemessen an der PBI-Beschichtung
** Gealtert bei 350ºC für 24 h

Claims

1. Wärmebeständiges Isolationsmaterial für eine Element, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, wobei das Material eine erste, aus einem Polymer auf Benzimidazolbasis aufgebaute Schicht umfaßt, wobei die Schicht eine erste Oberfläche aufweist, die angepaßt ist, dem Element gegenüberzuliegen, und eine zweite Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material weiter eine zweite, ein keramisches Material umfassende Schicht umfaßt, wobei die zweite Schicht fest an der zweiten Oberfläche der ersten Schicht angebracht ist.

2. Wärmebeständiges Isolationsmaterial nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht ein keramisches Material und eine Silizium-enthaltende Verbindung umfaßt.

3. Wärmebeständiges Isolationsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymer auf Benzimidazolbasis ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzung einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis mit der Formel (I) erhältlich ist:

worin der Rest R entweder ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und x eine ganze Zahl, die minde stens gleich 5 ist und ausgewählt ist, um in Lösungsmitteln lösliche Polymere zu ergeben.

4. Wärmebeständiges Isolationsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das keramische Material eine Verbindung umfaßt, dargestellt durch die Formel (II):

MkOl (II)

worin M, O, k und l ein Metallelement, ein Sauerstoffatom, eine ganze Zahl von entweder 1 oder 2 bzw. eine ganze Zahl von entweder 1, 2 oder 3 bedeuten.

5. Wärmebeständiges Isolationsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Element, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, entweder ein elektrischer Draht oder ein mit einer Isolationsschicht beschichteter, elektrischer Draht ist.

6. Wärmebeständiger elektrischer Draht (10, 20), umfassend:

- ein Drahtabschnitt (11, 21), der mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil (11, 22) enthält;

- eine erste Beschichtung (12, 24), die ein Polymer auf Benzimidazolbasis umfaßt, wobei die Beschichtung (12, 24) den Drahtabschnitt (11, 21) umfänglich bedeckt;

dadurch gekennzeichnet, daß der wärmebeständige elektrische Draht (10, 20) weiter umfaßt:

- eine zweite Beschichtung (13, 25), die ein keramisches Material umfaßt, wobei die zweite Beschichtung (13, 25) die erste Beschichtung (12, 24) umfänglich bedeckt;

- und wobei der Drahtabschnitt (11, 21), die erste Beschichtung (12, 24) und die zweite Beschichtung (13, 25) fest angebracht sind.

7. Wärmebeständiger elektrischer Draht (10, 20) nach Anspruch 6, wobei die zweite Beschichtung (13, 25) ein keramisches Material und eine Silizium-enthaltende Verbindung umfaßt.

8. Wärmebeständiger elektrischer Draht (10, 20) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Polymer auf Benzimidazolbasis ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzung einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis mit der Formel (I) erhältlich ist:

worin der Rest R entweder ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und x eine ganze Zahl, die mindestens gleich 5 ist und ausgewählt ist, um in Lösungsmitteln lösliche Polymere zu ergeben.

9. Wärmebeständiger elektrischer Draht (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das keramische Material eine Verbindung umfaßt, dargestellt durch die Formel (II):

MkOl (II)

10. Wärmebeständiger elektrischer Draht (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Drahtabschnitt (11), der mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, ein elektrischer Draht ist.

11. Wärmebeständiger elektrischer Draht (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Drahtabschnitt (21), der mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil (22) enthält, ein mit einer Isolationsschicht (23) beschichteter, elektrischer Draht ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines wärmebeständigen Isolationsmaterials für ein Element, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil enthält, wobei das Material eine erste Schicht, die ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis erhältlich ist, wobei die Schicht eine erste Oberfläche aufweist, die angepaßt ist, dem Element gegenüberzuliegen, und eine zweite Oberfläche aufweist, und eine zweite Schicht umfaßt, die ein keramisches Material umfaßt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte umfaßt:

(a) Herstellen einer Lacklösung, die mindestens eine Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis enthält;

(b) Aufnehmen dieser Lösung in eine Form, die angepaßt ist, dem Element gegenüberzuliegen;

(c) Umsetzen der Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis, wodurch die erste Schicht mit der ersten und zweiten Oberfläche erhalten wird; und

(d) Beschichten der zweiten Oberfläche der ersten Schicht mit der zweiten Schicht, die ein keramisches Material umfaßt, so daß sie auf der ersten Schicht befestigt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines wärmebeständigen elektrischen Drahts (10, 20) von dem Typ, umfassend:

einen Drahtabschnitt (11, 21), der mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil (11, 22) enthält; eine erste Beschichtung (12, 24), die ein Produkt umfaßt, das durch Umsetzen einer Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis erhältlich ist, wobei die erste Beschichtung (12, 24) den Drahtabschnitt (11, 21) umfänglich bedeckt; und eine zweite Beschichtung (13, 25), die ein keramisches Material umfaßt, wobei die zweite Beschichtung (13, 25) die erste Beschichtung (12, 24) bedeckt, dadurch gekennzeich net, daß das Verfahren die Schritte umfaßt:

(b) Aufbringen der Lösung auf die umfängliche Oberfläche des Drahtabschnitts (11, 21);

(c) Umsetzen der Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis, wodurch die erste Beschichtung (12, 24) fest auf dem Drahtabschnitt (11, 21) gebildet wird;

(d) Wiederholen, wenn angemessen, der Schritte (b) und (c), wodurch die erste Beschichtung (12, 24) verstärkt wird; und

(e) Bedecken der ersten Beschichtung (12, 24) mit der zweiten, ein keramisches Material umfassenden Beschichtung (13, 25), so daß sie auf der ersten Beschichtung (12, 24) befestigt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiter umfassend den Schritt des Zugebens eines eine Radikalpolymerisation startenden Mittels zu der Lösung in Schritt (a), wenn die Vielzahl von Polymeren auf Benzimidazolbasis einen niederen Polymerisationsgrad aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (e) hauptsächlich aus dem Herstellen einer Glasurlösung, die mindestens ein keramisches Material enthält, dem Aufbringen der keramischen Glasurlösung auf den Drahtabschnitt (11, 21), der mit der ersten Beschichtung (12, 24) bedeckt ist, dem Erhitzen der keramischen Glasurlösung und dem Wiederholen, wenn angemessen, des Aufbringens und Erhitzens, wodurch die zweite Beschichtung (13, 25) verstärkt wird, besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Glasurlösung aus mindestens einem keramischen Material und einer organischen Silizium-enthaltenden Verbindung hergestellt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (e) hauptsächlich aus dem Herstellen einer Paste, die mindestens das keramische Material enthält, und dem Extrudieren der Paste um die erste Beschichtung (12, 24) besteht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Paste aus mindestens dem keramischen Material und einer anorganischen Silizium-enthaltenden Verbindung hergestellt ist.

19. Verwendung eines wärmebeständigen elektrischen Drahts (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 als Teil eines elektrischen Stromkreises für ein Flugzeug.

20. Verwendung des wärmebeständigen elektrischen Drahts (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 als Teil eines elektrischen Stromkreises für Hochspannungsanwendungen.

21. Verwendung eines wärmebeständigen elektrischen Drahts (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 als Teil eines elektrischen Stromkreises für Kommunikationsanwendungen.

22. Verwendung des wärmebeständigen elektrischen Drahts (10, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 als Teil eines elektrischen Schaltkreises für einen elektrischen Heizkörper.