專利名稱：用于線圈導線的熱膠粘體組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于構成線圈導線的熱膠粘體層的組合物。
本發明發現了在用線圈導線繞組以產生磁場的發電機領域的一種應用，雖然不是獨有的，但是有顯著的優點。
背景技術：
目前用于生產線圈導線的一種普遍方案是，采用熱塑性材料的熱膠粘體外層覆蓋絕緣導體的方式。用此方法制備的導線可以纏繞以形成所需的最終的繞組。然后，通過將線圈導線加熱到與使用的熱塑性材料的熔點相等或更高的溫度，而將各線匝固定在一起。例如，該操作通常通過將適當量級的電流流過導線的焦耳效應的方式或者通過將線圈放入烘爐中直接加熱來實現。在具體的條件中，一旦熱塑性材料軟化，則在直接相鄰的線匝的各外層部分之間發生滲透；顯然，僅在組件冷卻之后才可實現固結。
目前，線圈導線的熱膠粘體層通常由基于聚酰胺的熱塑性材料制造。雖然該熱塑性材料具有令人滿意的熱機械性能，但是這種材料提供的粘著力對于在其中絕緣線圈移動的應用，例如在電動機轉子中，以及對于其中于高溫的情況特別是超過100℃的溫度下的應用，是不夠的。在這種情況下，通常必需加入浸漬清漆以使線圈具有良好的粘著性能。
此外，聚酰胺基熱塑性材料具有難以使用的缺陷，特別在本發明中。
這是因為一些聚酰胺和/或它們的共聚物需要預先溶解在有機溶劑中，從而在應用涂漆型處理的情況下應用于絕緣導體以形成熱膠粘體層。實際上，所應用的溶劑通常屬于苯酚、甲酚、烴或N-甲基吡咯烷酮類。這些有機物質極易揮發，并相對有毒，因此難以操作。此外，在處理末期，溶劑的徹底去除以及熱塑性材料的烘干需要大型設備和消耗相當多的能量。
當采用熔化型處理以形成熱膠粘體層時，其他聚酰胺和/或它們的共聚物必須被加熱到非常高的溫度以獲得用于在熔化狀態涂層的足夠粘性。不幸地，這將導致聚酰胺過早地損壞，最終的結果是在熱膠粘體層上形成易于損壞線圈導線的正常功能的缺陷。
為了克服上述問題，本領域已知的是，利用熱塑性聚氨基甲酸酯來構成線圈導線的熱膠粘體外層。
美國專利4324837描述了一種由絕緣導體構成的線圈，該絕緣導體被一種基本上是基于醚型熱塑性聚氨基甲酸酯的組合物涂層所覆蓋。
然而，這種類型的熱膠粘體組合物存在這樣的缺陷，即可提供滿意性能的溫度范圍較小。這意味著，當由這種線圈導線形成的線圈應用于某些極端工作溫度時，各線匝間的粘著力可能會不足以保證所述線圈的結構的整體性，從而不能夠保證由其產生的磁場的恒定性。
發明內容
因此由本發明主題所解決的技術問題是，提供一種用于線圈的熱膠粘體組合物，其可提供充分提高的熱機械性能從而避免現有技術中的問題。
根據本發明的對所述技術問題的解決方案是，熱膠粘體組合物包括聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
這種特殊類型的熱塑性材料具有可提供非常好的熱機械性能的優點，更具體地在很大的溫度范圍內基本上是從室溫到大約180℃間具有強硬度。聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯在熔化狀態下還具有非常小的粘性，以及特別是在比其熔點稍高的溫度下具有非常小的粘性，這點很大程度上促進了它們的應用。另外，這種特殊類型的熱塑材料的成本比現有技術中類似的聚酰胺基材料低得多。
根據本發明的一個特征，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在25℃時大于1000Mpa，優選的是大于2000Mpa。
特別有利的是，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在100℃時大于500Mpa，更優選的是大于1000Mpa。
根據本發明的另一有利特征是，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在150℃時大于100Mpa，并優選大于200Mpa。
在較大的溫度范圍內，更具體地是100℃以上，根據本發明的熱塑性聚氨基甲酸酯保持著高的彈性模數，這意味著在線圈導線的整個工作溫度范圍內熱膠粘體的粘性一直是有效的。優選地，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在25℃時大于2000Mpa，在100℃時大于1000Mpa，在150℃時大于200Mpa。
注意，聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯通常具有比聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯高得多的保守模數。這是本發明的組合物比現有技術的聚醚基熱塑性組合物提供更好的熱機械性能的一個原因。
根據本明的另一特征，熱塑性聚氨基甲酸酯的粘接溫度是從150-250℃，優選地是從150-200℃。
這是因為熱膠粘體層各部分固結的溫度不能太高也不能太低，而這是很重要的，溫度不太高則在制造線圈期間不需太多的能量，特別是在粘接線匝的操作期間，溫度不能太低以在使用所述線圈期間線匝不會分開。
特別有利的是，熔化狀態的熱塑性聚氨基甲酸酯的粘度在300℃時小于100Pa.s，更優選地是小于1Pa.s。
在線圈導線繞組的制造期間，熔化狀態下的低粘度將增加熱膠粘體層各直接相鄰部分的相互滲透，并且因此促使線匝的固結。
根據本發明的另一有利特征，熱塑性聚氨基甲酸酯具有晶相。
該特征促使構成熱膠粘體層的材料純凈地熔化，該特征還促使其應用于構成線圈導線的絕緣導體。
根據本發明的另一特征，熱膠粘體組合物包括至少一種無機填料。
這涉及現有技術的可分散在熱塑基體中的任何一種填料，例如用于提高熱塑性聚氨基甲酸酯的機械性能的填料，防火填料，傳導填料，用于給熱膠體層上色的填料，等等。
根據本發明的另一特征，熱膠粘體組合物包括至少一種其他的聚合物。
該特征僅意味著，組成線圈導線的熱膠粘體層的材料可以由聚合物的混合物組成，該混合物中至少一種是聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。例如，可以用聚酰胺和熱塑性聚氨基甲酸酯的混合物生產熱膠粘體層。
當然，本發明還涉及包括在由外熱膠粘體層覆蓋的絕緣組合物內的傳導成分的任何線圈導線，其中外熱膠粘體層是基于上述的熱膠粘體組合物構成。
本發明的其他特征和優點將呈現在下面說明和非限定性的實施例中。
注意，實施例I至III涉及典型地用于纏繞和固結以構成TV偏轉線圈、電動機繞組、照明繞組、變壓器等的線圈導線。還必須提到的是，所述的線圈導線都具有由熱塑性材料制成的熱膠粘體外層。
圖1是溫度和粘接力關系的示圖具體實施方式
實施例I表1詳細地列出了兩種線圈導線A和B的結構，它們的不同之處僅在于各自的熱膠粘體層的種類。每個導線都是由10μm厚熱膠粘體外層包裹的0.37mm直徑的絕緣線。該導線本身是0.335mm直徑的導電銅線，其被17.5μm厚的絕緣漆膜層覆蓋。
導線A構成標準的線圈導線，其中其熱膠粘體層由聚酰胺和熱塑性材料形成，該導線廣泛用于電磁TV偏轉線圈。
導線B是新型的線圈導線，其中其熱膠粘體層由本發明的材料形成，在本例中是來自Noveon的Estane X4995熱塑性聚氨基甲酸酯。
為了能夠形成線圈導線A和B的客觀的對比，利用Danske SystemElectronik DSE-2000測量設備以及由該公司建立的測量方案，來確定兩種類型的熱膠粘體層的粘附能力。
每個被測試的樣品的線圈首先被纏繞在金屬繞線模上。然后為了軟化外熱膠粘體層并且因此使連續線匝固結，將該繞線模加熱到200℃的溫度并持續60秒。然后通過風扇系統將該組件冷卻到室溫。然后通過向所述繞線的自由端施加拉力，從而在提高的溫度下將得到的繞線解開。測量作為溫度函數的所需的力。
下面的表1列出了每個線圈導線的結構和每個線圈的測試結果。
表1
對于同樣的導線結構和產品以及粘接過程，特征在于TPU Estane X4995熱膠粘體層的導線B在1.5N的力下的拉脫溫度是133℃，而具有聚酰胺PA熱膠粘體層的導線A在1.5N的力下的拉脫溫度是108℃(表1)。因此由聚氨基甲酸酯熱塑材料形成的熱膠粘體層在1.5N的力下的拉脫溫度提高了23％。
而且，特征在于TPU Estane X4995熱膠粘體層的導線B在60℃溫度下的拉脫力是3.2N。而具有聚酰胺PA熱膠粘體層的導線A在60℃相同的溫度下的拉脫力是2.0N(表1)。因此由聚氨基甲酸酯熱塑性熱膠粘體層在60℃下的拉脫力增加了近37％。
表1示出了，利用包括聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯的熱膠粘體組合物，類似于樣品B，在100℃以上溫度下的粘著力有所增加，這種粘著力的增加的特征在于加大了在高溫下的拉脫阻力。
實施例II表2詳細地列出了8種新的線圈導線樣品的結構。實施例1-4的特征在于，它們的熱膠粘體層是由各種聚酰胺形成的。實施例5和6的顯著特點是，采用的熱膠粘體材料是本發明的熱塑性聚氨基甲酸酯。最后，實施例7和8具有基于不根據本發明的熱塑性聚氨基甲酸酯的熱膠粘體層。
表2
表2中所涉及的各種熱塑材料的來源如下Pall是來自Atofina的Rilsan聚酰胺11。
PA Platamid是來自Atofina的Platamid脂族聚酰胺。
PA 19690是來自Nexans的Imidalbond 19690芳族聚酰胺。
PA 19670是來自Nexans的Imidalbond19670芳族聚酰胺。
TPU 4995是來自Noveon的聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
TPU 4890是來自Noveon的聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
TPU 1013是來自Noveon的聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
TPU 4990是來自Noveon的聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
為了能夠比較各種熱膠粘體材料的熱機械性能，進行類似于實施例I的內容中所進行的那些測試。表3匯集了得到的主要測試結果，唯一的附圖更詳細地示出了每個熱塑材料的性能。
表3
表3示出了含聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯的組合物(樣品5和6)在20℃至90℃的溫度下的拉脫力，其比聚酰胺型組合物(樣品1-4)的以及含聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯的組合物(樣品7和8)的大。
例如，在20℃時，含聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯的組合物(樣品5和6)的拉脫力，比基于聚酰胺的樣品1-4的大33-40％，比含聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯的樣品7和8的大340-400％。
例如，在60℃時，含聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯的組合物(樣品5和6)的拉脫力，比基于聚酰胺的樣品1-2的大30-50％，比采用聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯的樣品7和8的大73％。
在高溫下，例如在大約180℃的溫度下，含聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯的組合物(樣品5和6)的拉脫力略小于基于聚酰胺的樣品3和4的拉脫力或可與之相比，但是遠遠大于基于聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯的樣品7和8的拉脫力。
實施例III測量本發明的兩種聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯，即TPU4890和TPU4995，以及現有技術的聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯，即TPU4990和TPU1013，的保守模數G`。在不同的特征溫度下，即25℃、100℃和150℃，進行測量。其結果一起組列在下面的表4中。
表4
顯然，聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯(TPU4890，TPU4995)的保守模數遠遠地高于聚醚型熱塑性聚氨基甲酸酯(TPU4990，TPU1013)的保守模數。這充分地說明了本發明的組合物提供比現有技術的熱塑性組合物更好的熱機械性能的原因。
無論如何，本發明的熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在較大的溫度范圍內保持著較高的值，這有利地符合電動機繞組工作溫度的標準范圍。
權利要求
1.用于線圈導線的熱膠粘體組合物，其特征在于，其包括聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
2.根據權利要求1所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在25℃時大于1000Mpa，優選大于2000Mpa。
3.根據權利要求1或2所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在100℃時大于500Mpa，優選大于1000Mpa。
4.根據權利要求1-3任一項所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱塑性聚氨基甲酸酯的保守模數在150℃時大于100Mpa，優選大于200Mpa。
5.根據權利要求1-4任一項所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱塑性聚氨基甲酸酯的粘接溫度是150-250℃，優選是150-200℃。
6.根據權利要求1-5任一項所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，在300℃時熔化狀態的熱塑性聚氨基甲酸酯的粘度小于100Pa.s，優選小于1Pa.s。
7.根據權利要求1-6任一項所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱塑性聚氨基甲酸酯具有晶相。
8.根據權利要求1-7任一項所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱膠粘體組合物包括至少一種無機填料。
9.根據權利要求1-8任一項所述的熱膠粘體組合物，其特征在于，熱膠粘體組合物包括至少一種其他的聚合物。
10.一種線圈導線，其包含一種在由外熱膠粘體層覆蓋的絕緣成分內的傳導成分，其特征在于，所述外層是基于根據上述任何一個權利要求的熱膠粘體組合物構成。
全文摘要
本發明涉及一種用于線圈導線的熱膠粘體組合物。本發明顯著的特點在于，熱膠粘體組合物包括聚酯型熱塑性聚氨基甲酸酯。
文檔編號H01B3/30GK1706906SQ200510074160
公開日2005年12月14日 申請日期2005年5月8日 優先權日2004年5月3日
發明者杰羅姆·福尼爾, 奧利維爾·平托 申請人:尼克桑斯公司