雙層線涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體設(shè)及線涂層（wirecoatings)W及更具體地設(shè)及雙層線涂層。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁線，也被稱為漆包線或繞組線，通常是涂覆有非常薄的絕緣層的導(dǎo)電金屬（諸 如銅或侶）線。磁線是用于變壓器、電感器、電動(dòng)機(jī)、揚(yáng)聲器、硬盤(pán)磁頭驅(qū)動(dòng)器、電位器、電磁 體、和其它需要緊密的線的線圈的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。磁線可W生產(chǎn)為不同形狀和尺寸。較小直 徑的磁線通常具有圓形截面。運(yùn)種類型的線被用于諸如電吉他皮卡的應(yīng)用。較厚的磁線可 W是方形或矩形，通常具有圓角，W提供較大的電流/線圈長(zhǎng)度。
[0003] 在磁線中存在對(duì)于高性能高溫涂層的需要，該涂層展示出具有有助于電動(dòng)機(jī)的結(jié) 構(gòu)的機(jī)械性能的穩(wěn)健的電絕緣性、長(zhǎng)期老化穩(wěn)定性和耐環(huán)境性。還存在發(fā)展應(yīng)用于在沒(méi)有 溶劑或其他有害液體或化學(xué)品的協(xié)助下的電導(dǎo)體的烙融處理的涂層的需要。此外，由于涂 層在涂覆的線上是可W回收的且再次加工到應(yīng)用中或用于制備其他產(chǎn)品，熱塑性涂層的應(yīng) 用，與熱固性相反，是高度合適的。很容易理解磁線具有許多嚴(yán)格的需求，其已經(jīng)導(dǎo)致了許 多不同類型的發(fā)展。運(yùn)導(dǎo)致了具有不同性能特征的許多不同類型的商業(yè)化，由于單一類型 的磁線涂層不能滿足所有必需的要求。應(yīng)當(dāng)理解每種線結(jié)構(gòu)類型具有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?；?運(yùn)樣的理解，發(fā)展具有下列性能特征的磁線是當(dāng)前需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一個(gè)實(shí)施方式設(shè)及一種線，在所述線上具有復(fù)合涂層。該線可W是細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電性 線。當(dāng)在IKHz在室溫和50 %相對(duì)濕度測(cè)試時(shí)，線可W涂覆有具有小于3的介電常數(shù)值k) 的復(fù)合熱塑性涂層。 陽(yáng)0化]另一實(shí)施方式設(shè)及磁線，在該磁線上具有復(fù)合涂層。該磁線可W是細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電性 線。當(dāng)在IKHz在室溫和50%相對(duì)濕度測(cè)試時(shí)，線可W涂覆有具有小于3的介電常數(shù)值k) 的復(fù)合熱塑性涂層。當(dāng)在IKHz在室溫和50%相對(duì)濕度測(cè)試時(shí)，復(fù)合熱塑性涂層可W具有小 于1%的耗散因數(shù)（dissipationfactor)。復(fù)合熱塑性涂層可W包括兩個(gè)不同的層，一個(gè) 層是熱塑性聚酸酷亞胺（PEI)W及另一層是熱塑性全氣烷氧基（perfluoroaAow) (PFA)。 PEI/PFA的厚度的比率可W在從大于零至小于5. 4的范圍。復(fù)合塑性涂層的厚度可W從大 于零至小于200微米的范圍。
[0006] 另一實(shí)施方式設(shè)及生產(chǎn)磁線的方法。該方法可W包括在細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電性線上擠出與 線接觸的熱塑性聚合物的第一層W及在該第一層上形成不同的熱塑性聚合物的第二層。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 參考W下描述和隨附權(quán)利要求、和附圖將更好地理解本發(fā)明的運(yùn)些和其他特征、 方面、和優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0008] 圖1是雙涂覆的線的示意圖。
[0009] 圖2是示出了具體的雙涂層（即PFA-PEI涂層）的預(yù)測(cè)的介電常數(shù)的圖表；W及
[0010] 圖3是針對(duì)表4中呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示出了介電常數(shù)相對(duì)聚酸酷亞胺諷（PEI巧/PFA 的厚度比率的圖表。
[0011] 應(yīng)當(dāng)理解的是，各種實(shí)施方式不局限于在附圖中顯示的布置和手段。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明是部分的基于使用材料的特定組合的觀察，現(xiàn)在有可能使具有電氣、方法 和機(jī)械性質(zhì)的組合的熱塑性線涂層適合用于許多應(yīng)用。根據(jù)某些優(yōu)選的實(shí)施方式，開(kāi)發(fā)的 磁線包括金屬導(dǎo)體和聚酸酷亞胺（PEI)和氣聚合物（或氣化聚合物）（FPM)雙層。磁線可 W滿足嚴(yán)格的性能標(biāo)準(zhǔn)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到難W降低包括諸如PEI材料的涂層 的介電常數(shù)值k)，同時(shí)維持高連續(xù)使用溫度、強(qiáng)度、剛度、聚合物到導(dǎo)體的粘附，W及其他機(jī) 械、熱和環(huán)境性質(zhì)。除了在不需要溶劑的情況下烙融處理涂層的能力外性能的組合使本發(fā) 明是創(chuàng)新和有益的。
[0013] 根據(jù)各種實(shí)施方式，磁線可W包括金屬導(dǎo)體和聚酸酷亞胺（PEI)和氣聚合物 (FPM)雙層。根據(jù)各種實(shí)施方式，磁線滿足嚴(yán)格的性能標(biāo)準(zhǔn)。
[0014] 參照?qǐng)D1，示出了示例性的雙層線涂層結(jié)構(gòu)1。示出了金屬導(dǎo)體2。磁線，在美國(guó) 之外還被稱為繞組線（windingwire),可W在它們的結(jié)構(gòu)中使用圓形或矩形的金屬導(dǎo)體。 圖1所示的結(jié)構(gòu)是用于說(shuō)明的目的，并不用于限制本發(fā)明至具有所示尺寸的矩形截面。本 發(fā)明的精神是包括具有電導(dǎo)體的磁線，優(yōu)選地任何幾何形狀且不是尺寸上特定的金屬導(dǎo) 體。然而，涂層厚度優(yōu)選地是小于500微米，且更優(yōu)選地小于100微米。金屬導(dǎo)體2由形 成最內(nèi)層3的熱塑性涂層包圍，最內(nèi)層3與金屬導(dǎo)體直接接觸。最內(nèi)層3可W是聚酸酷亞 胺材料，諸如ULTEM飯紐6050。最內(nèi)層3可W是由形成外層4的涂層包圍。外層4可W 是氣聚合物，諸如DuPont⑥PFA(全氣烷氧基）。其他合適的氣化聚合物的非限制性的實(shí) 例，除了全氣烷氧基樹(shù)脂之外，可W包括聚四氣乙締、氣化的乙締-丙締共聚物、聚偏氣乙 締（polyfluorinatedvin^idene)和聚氯S氣乙締，可能的氣化聚合物的其他非限制性 的實(shí)例（可W包括五氣乙燒、八氣丙烷、=氣甲氧基二氣甲燒或六氣環(huán)丙烷），或其兩種或 更多種的混合物，1，1，1,2-或1，1，2, 2-四氣乙燒、1，1-二氣乙燒、S氣甲氧基五氣乙燒、 1，1，1，2, 3, 3-屯氣丙烷、全氣烷氧基乙締，諸如那些在美國(guó)專利號(hào)6, 927, 259中公開(kāi)的，其 整體并入本文中，前述項(xiàng)的混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)熟悉其他的氣化聚合物。
[0015] 外層4可W與最內(nèi)層3直接接觸。另外的層可W圍繞外層4,或外層可W暴露于外 部環(huán)境中。
[0016] 金屬導(dǎo)體2可W具有寬度5和高度6。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，寬度5可W是約5mm W及高度6可W是約1.6mm。最內(nèi)層3和最外層4可W具有組合的厚度7。在優(yōu)選的實(shí)施 方式中，組合的厚度7可W是約50至100ym。包含PEI的最內(nèi)層3可W具有約3. 2的Dk。 包含全氣烷氧基（PFA)的最外層可W具有約2. 1的Dk。根據(jù)每個(gè)個(gè)體成分的厚度，PEI-PFA 磁線結(jié)構(gòu)可W導(dǎo)致在2. 1至3. 2之間范圍的有效的Dk。
[0017] 在不希望受到理論的限制下，圖2示出了介電常數(shù)對(duì)于雙涂覆的線的涂層厚度的 理論依賴。在該實(shí)例中，考慮作為電容器的個(gè)體層，理論模型使用50微米（2mil)的總厚度。 從定義方程式和串聯(lián)電容器考慮，可W計(jì)算結(jié)構(gòu)的總介電常數(shù)。式（1)定義了兩個(gè)串聯(lián)電 容器的理論關(guān)系。
[0019] 在式1中，C康示最內(nèi)層3的電容，C康示外層4的電容，W及C康示組合的結(jié)構(gòu) 的總電容。式2提供了電容的定義。
[OOW在式2中，DkT表示整體結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)，A表示導(dǎo)體例如金屬（即被涂層覆蓋） 的表面面積，d表示距離，即，涂覆涂層的厚度，且餅是常數(shù)，表示在自由空間中真空的電容 率（permittivity)。
[0022] 如圖2中介電常數(shù)對(duì)于雙涂覆線的涂層厚度的理論依賴所示，如用于各種應(yīng)用所 需的，具有至少28%的PFA(其余為陽(yáng)I)的50微米的陽(yáng)I-PFA涂層將100%PEI涂層的介 電常數(shù)從3. 2減少至2. 8。相對(duì)于陽(yáng)I，進(jìn)一步增加PFA厚度，同時(shí)保持50微米的總厚度， 可W進(jìn)一步減少Dk至最小值2. 1，該值對(duì)應(yīng)于100 %的PFA。從實(shí)現(xiàn)Dk<2. 8的角度來(lái)看，在 設(shè)計(jì)上50微米的總厚度不是關(guān)鍵；由兩個(gè)層的厚度比率決定Dk的性能水平。根據(jù)各種實(shí) 施方式，多種不同的熱塑性材料可W被用于最內(nèi)層W及最外層。
[0023] 根據(jù)各種實(shí)施方式，任一層，特別是最內(nèi)層3,可W包括一種或多種復(fù)合熱塑性樹(shù) 月旨，例如，無(wú)定形聚合物。該一種或多種無(wú)定形聚合物可W選自聚酸酷亞胺、聚酸酷亞胺諷、 聚酸酷亞胺硅氧烷、聚諷、聚酸諷、聚苯諷、聚碳酸醋、聚碳酸醋硅氧烷、和聚醋-聚碳酸醋 作為均聚物、共聚物（嵌段和無(wú)規(guī)），W及它們的組合或共混物。任一層，特別是最內(nèi)層3還 可W包括一種或多種半結(jié)晶材料。該一種或多種半結(jié)晶材料可W選自芳香族聚醋聚合物， 包括液晶聚合物化CP);聚酷胺，諸如聚[亞氨基（1,6-二氧六亞甲基）亞氨基六亞甲基]， 良P，尼龍6-6 ;聚酸酸酬（P邸K);聚芳酸酬（PAEK);聚苯硫酸（PPS) ;W及其任何組合。任一 層，特別是最內(nèi)層3,作為結(jié)構(gòu)中的單個(gè)層，還可W包括無(wú)定形和半結(jié)晶共混物的組合。
[0024] 著色劑（例如，顏料或染料）添加到涂層已發(fā)現(xiàn)是有益的，由于某些涂層很薄，在 它們的天然（未著色）狀態(tài)下，在視覺(jué)上難W確定其存在。 陽(yáng)0巧]該組合物可W包括一種或多種聚酸酷亞胺W提供高耐熱性、根據(jù)ASTMD543-06對(duì) 多個(gè)試劑的耐化學(xué)性，和足W成為明亮的白色、墨黑W及任何其他有色產(chǎn)品的初始樹(shù)脂色 光。
[00%] 組合物可W包括具有下限和/或上限的范圍內(nèi)的聚酸酷亞胺的量。該范圍可W包 括或不包括下限和/或上限。該下限和/或上限可W選自5、10、11、12、13、14、15、16、17、 18、19、20、25、30、35、40、45和50**%。例如，根據(jù)某些優(yōu)選的實(shí)施方式，組合物可^包含至 少15wt%的聚酸酷亞胺的量。
[0027] 聚酸酷亞胺可W是均聚物或共聚物。
[0028] 聚酸酷亞胺可W選自（i)聚酸酷亞胺均聚物，例如，聚酸酷亞胺，（ii)聚酸酷亞胺 共聚物，例如，硅氧烷-聚酸酷亞胺、聚酸酷亞胺諷，W及（iii)它們的組合。聚酸酷亞胺 是已知的聚合物并且在叫tem*、EXTEM* 和Siltem* 品牌（SABICInnovativePlasticsIP B.V.的商標(biāo)）下由SABICInnovativePlastics出售。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施方式中，聚酸酷亞胺具有式（I):
陽(yáng)03U 其中，a是大于1，例如，10至1,000或更多，或更具體地，10至500。
[0032] 在式（1)中的基團(tuán)V是包括酸基（如本文使用的"聚酸酷亞胺"）或酸基和亞芳基 諷基（"聚酸酷亞胺諷"）的組合的四價(jià)連接子。運(yùn)樣的連接子包括但不限于：（a)具有5 至50個(gè)碳原子的取代或未取代，飽和、不飽和或芳香族單環(huán)和多環(huán)基團(tuán)，可選地用酸基、亞 芳諷基，或酸基和亞芳諷基的組合取代；W及（b)取代或未取代，直鏈或支鏈，飽和或不飽 和的具有1至30個(gè)碳原子的烷基W及可選地用酸基或酸基、亞芳諷基、和亞芳諷基的組合； 或包括至少一種前述的組合而取代。適合的另外的取代基包括，但不限于，酸、酷胺、醋、和 包括至少一種前述的組合。
[003引式（1)的R基團(tuán)包括，但不限于，取代或未取代的二價(jià)有機(jī)基團(tuán)，諸如：(a)具有6 至20個(gè)碳原子W及其面化衍生物的芳香控基團(tuán)；化）具有2至20個(gè)碳原子的直鏈或支鏈 的亞控基基團(tuán)；（C)具有3至20個(gè)碳原子的亞環(huán)控基基團(tuán)，或（d)式（2)的二價(jià)基團(tuán)：
[00對(duì)其中Qi包括，但不限于二價(jià)部分，諸如-0-、-S-、-C做-、-SO2-、-SO-、-CyHzy-(y是 從1至5的整數(shù)），W及其面化衍生物，包括全氣亞烷基基團(tuán)。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施方式中，連接子V包括但不限于式（3)的四價(jià)芳香族基團(tuán)：
[0038] 其中，W是二價(jià)部分，包括-0-、-S〇2-，或式-O-Z-O-基團(tuán)，其中，-0-或-O-Z-O-基 團(tuán)的二價(jià)鍵在3, 3'、3, 4'、4, 3'、或4, 4'位，并且其中，Z包括但不限于式（4)的二價(jià)基團(tuán)：
柳4〇] 其中Q包括，但不限于，包括-0-、-s-、-C做-、-S〇2-、-so-、-Cy&y-(y是從I至5 的整數(shù)）的二價(jià)部分，W及其面化衍生物，包括全氣亞烷基基團(tuán)。
[0041] 在【具體實(shí)施方式】中，聚酸酷亞胺包括大于1，具體地，10至1000,或更具體地，10至 500個(gè)式巧）的結(jié)構(gòu)單元：
[0043] 其中，T是-0-或式-O-Z-O-的基團(tuán)，其中，-0-或-O-Z-O-基團(tuán)的二價(jià)鍵在3, 3'、 3, 4'、4, 3'、或4, 4'位，Z是W上定義的式（3)的二價(jià)基團(tuán)，并且R是如W上定義的式（2)的 二價(jià)基團(tuán)。
[0044] 在另一具體的實(shí)施方式中，聚酸酷亞胺諷是包括酸基團(tuán)和諷基團(tuán)的聚酸酷亞胺， 其中，在式（1)中至少50摩爾％的連接子V和基團(tuán)R含有二價(jià)的亞芳基諷基團(tuán)。例如，所 有的連接子V，但是不是基團(tuán)R，可W含有亞芳諷基；或所有基團(tuán)R，但不是連接子V可W含 有亞芳諷基；或亞芳諷可W存在于連接子V和基團(tuán)R的某些部分，條件是含有芳諷基的V和 R基團(tuán)的總摩爾分?jǐn)?shù)是大于或等于50摩爾％。
[0045] 甚至更具體地，聚酸酷亞胺諷可W包括大于1，具體地，10至1，000,或更具體地， 10至500個(gè)式（6)的結(jié)構(gòu)單元：
[0047]其中，Y是-〇-、-S〇2-、或式-〇-Z-〇-的基團(tuán)，其中，-〇-、-S〇2-，或-〇-Z-〇-基團(tuán)的 二價(jià)鍵在3, 3'、3, 4'、4, 3'、或4, 4'位，其中，Z是如W上定義的式（3)的二價(jià)基團(tuán)，并且R是如W上定義的式（2)的二價(jià)基團(tuán)，條件是大于式（2)中的摩爾Y+摩爾R的總數(shù)的50摩 爾％包括-SO廠基團(tuán)。
[0048] 應(yīng)當(dāng)理解的是，聚酸酷亞胺和聚酸酷亞胺諷可W可選地包括不含有酸或酸和諷基 團(tuán)的連接子V，例如式（7)的連接子：
[0050] 包括運(yùn)種連接子的酷亞胺單元通常W單元總數(shù)從0至10摩爾％，具體地0至5摩 爾％的范圍的量存在。在一個(gè)實(shí)施方式中，沒(méi)有另外的連接子V存在于聚酸酷亞胺和聚酸 酷亞胺諷中。
[0051] 在另一【具體實(shí)施方式】中，聚酸酷亞胺包括10至500個(gè)式巧）的結(jié)構(gòu)單元，并且聚 酸酷亞胺諷含有10至500個(gè)式化）的結(jié)構(gòu)單元。
[0052] 通過(guò)不同的方法可W制備聚酸酷亞胺和聚酸酷亞胺諷，包括但不限于式（8)的雙 (鄰苯二甲酯亞胺）的反應(yīng)：
陽(yáng)054] 其中，R如W上描述，并且X是硝基基團(tuán)或面素。例如，通過(guò)式（9)的相應(yīng)酸酢與 式（10)的有機(jī)二胺的縮合可W形成雙-鄰苯二甲酯亞胺（8):
[0056