DE1814910A1 - Dielektrisches Element fuer Kondensatoren - Google Patents

Description

RECHTSANWÄLTE DR. JUR. DiPL-CHEM. WALTER BEII ALFREDHOEPPENER 113. Dez. 1968

DR. JUR. DiPL-CiIEM. H.-J. WOLFF DR. JUR. HAAo CHR. BEIL

FRANKFURT AM MAIN-HÖCHST

ADELONSTRASSE SS

Unsere Nr, 15 272

Chas, Pfizer & Co., Inc* New York, N.Y., V.St.A.

Dielektrisches Element für Kondensatoren·

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochleistungs-Kondensatoren mit hoher Kapazität bezw. zusammengesetzte dielektrische Elemente mit hoher dielektrischer Wirkung«

Kondensatoren mit möglichst hoher Kapazität pro Volumen« einheit sind in zahlreichen Fällen gefragt, in denen Gewicht oder Raumbedarf so niedrig wie möglich gehalten werden müssen· In Fällen, in denen eine hohe Kapazität erforderlich ist, wurden bisher Keramik-Kondensatoren verwendet} deren verhältnismäßig geringe dielektrische- Festigkeit schließt jedoch die Verwendung bei der Speicherung von hoher Energie bei hohen Spannungen aus. Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften eignen sie sich auch nicht zur Herstellung von gewickelten Kondensatoren mit niedrigem Gewicht und niedrigem Raumbedarf· Andererseits besitzen verschiedene Folien aus synthetischen Harzen die bei hohen Spannungen erforderliche hohe dielektrische Festigkeit, daneben jedoch zu niedrige Dielektrizitätskonstanten, so daß die bei der Speicherung hoher Energie erforderliche. Kapazität nicht erreicht wird.

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Durch vorliegende Erfindung werden nun zusammengesetzte dielektrische Elemente mit hoher Dielektrizitätskonstante und hoher dielektrischer Festigkeit bereitgestellt· Diese Elemente werden hergestellt, indem man eine organische Grundfolie mit einer Dispersion von partikelförmigem Keramikmaterial in einer Matrix aus wasserunlöslichem organischem Harz 'beschichtet. Zusammen mit leitfähigen Elektroden ergeben die neuen dielektrischen Folien ungewöhnlich hohe Speicherkapazitäten von mehr als 65 Joule pro kg oder 0,05 Joule pro ecm« Die beschichteten Filme sind stark und flexibel, können aufgewickelt werden und besitzen Zugfestigkeiten von 1 750 kg pro cnf-Quadrat oder mehr. Die Überzüge haften fest an und splittern auch bei starkem Abrieb, Torsion und Biegung nicht ab·

Diese ausgezeichneten Eigenschaften werden gemäß vorliegender Erfindung erzielt mit *inem organischen Grundfilm aus beispielsweise Polyäthylenterephthalat mit bis zu 0,25 ram Dicke, der auf einer oder beiden Oberflächen eine im wesentlichen gleichmäßige Beschichtung aus einer Matrix aus einem wasser-unlösllchen organischen Harz von bis zu 0,25 mm Dicke aufweist, in der Keramikteilchen von weniger als 10 Mikron^: Teilchengröße gleichmäßig dispergiert sind.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt

Figur 1 einen vergrößerten Querschnitt durch ein gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebautes dielektrisches Element}

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch ein gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgebautes dielektrisches Element.

In Figur 1 wird ein organischer Grundfilm 10 gezeigt, der auf seiner oberen Oberfläche 12 mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Schicht Ik aus einer wasserunlöslichen organischen Harzmatrix 16 versehen ist, in welcher Keramikteilchen 18 gleichmäßig dispergiert sind.

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Figur 2 zeigt einen Grundfilm 10, der auf der Ober« und Unterseite 12 bezw. 20 mit im v/es entlichen gleichmäßigen Schichten 14 bezw. 22 aus organischer Harzmatrix 16 versehen ist, in welcher sich die Keramikteilchen 18 befinden«

Als Keramikmaterial eignen sich beliebige Keramikteilchen von weniger als 10 HikrodjfeilchengrÖße, insbesondere stabile anorganische Verbindungen mit hoher Dielektrizitätskonstante* Insbesondere erwiesen sich Titanat, Tantalat- und Niobatverbindungen als besonders geeignete Bevorzugt werden Strontiumtitanät, Calciumtitanat, Gadmiumniobat und Bleititanat, und ein speziell bevorzugtes Material ist Bariumtitanat.

Bariumtitanat ist ein Handelsprodukt, das in verschiedenen Reinheitsgraden erhalten werden kann, die durch Di« elektrizitätskonstanten zwischen etwa 1 250 und 3 000 (in Sinterform gemessen) gekennzeichnet sind. Es kann auch chemisch hergestellt werden, indem man Titandioxyd und Bariumcarbonat mehrere Stunden lang naß vermahlt, anschließend trocknet und etwa eine Stunde lang auf ca. 1280 bis 1 285 C erhitzt· Nach dem Abkühlen wird das Produkt pulverisiert, beispielsweise auf eine Teilchengröße zwischen etwa 0,5 und 3 Mikron, zweckmäßigerweise in der Hammermühle.

Die Dielektrizitätskonstante von Bar^iumtitanat erreicht bekanntlich bei etwa 120⁰C,- dem sogenannten "Curie-Punkt" eine Spitze, und oberhalb dieses Punktes ändert sich das Kristallsystem von tetragonalⁿ!§^hfcubisch. Anstelle von lOO^igem Bariumtitanat können auch Gemische von Titanaten mit verschiedenen Curie-Punkten verwendet werden, z.B. Barium-Bleititanat oder Barium-Strontiumtitanat, wobei man Dielektrizitätskonstanten mit stärker linearem Temperaturkoeffizient erreichen kann.

Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn das Keramikpulver etwa ^O bis 90 Gew„-# der Überzugsmasse ausmacht. Konzentrationen von weniger als k0$ können angewandt werden, doch wer-

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den dann die ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften des Keramikmaterials nicht voll ausgenützt. Auch mit Keramik-Konzentrationen von mehr als 90$ kann gearbeitet werden, doch bleibt hier die Zunahme der Dielektrizitätskonstante gering, hingegen können Flexibilität und Abriebfestigkeit der Beschichtung geringer werden. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt mit Beschichtungen, die etwa 70 bis 75 Gew.-^ an Keramikmaterial enthielten.

Die Matrix aus organischem Harz, in welcher das Keramikmaterial dispergiert ist, wirkt als Haftmittel, um das Keramikmaterial an die Polienunterlage zu binden. Wegen der nachteiligen Wirkung von Wasser auf die'felektrischen Eigenschaften muß die Matrix aus einem hydrophoben oder wasserunlöslichen Harz bestehen. Dieser Anforderung genügen eine große Anzahl organischer Harze, einschließlich der Pluorkohlenwasserstoffharze wie Polytetrafluoräthylen und Polychlortrifluoräthylen, Celluloseharze wie Celluloseacetat-Butyrat, Cellulosenitrat, Cellulosepropionat, regenerierte Cellulose und Methyl- und Äthylcellulose, Alkyd-Harze wie z.B. die durch Kondensation von Phthalsäureanhydrid mit Fettsäureglyceriden erhaltenen Harze, Epoxyharze, Polyamide wie z.B. das Kondensationspro« dukt aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin, Polyäthylen und Polypropylen, Polystyrol, Polywv-ethane, Polyvinylchlorid und Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymere, Polyvinylidenchlorid, Siliconharze, Polysulfonharze, Polyphenylenoxyd-Härze und Polyimidharze. Die Wasserabsorption dieser Harze innerhalb 2k Stunden liegt vorzugsweise unterhalb etwa 2%, Die Wahl des Harzes kann nach speziellen Eigenschaften ausgerichtet sein, z.B. ungewöhnlich hoher Temperaturbeständigkeit, Leistungsfaktor, Isolierwiderstand oder dgl» In den meisten Fällen werden Polyester- und Polycarbonatharze speziell bevorzugt.

Ausgezeichnete Ergebnisse erzielt man mit gesättigten Polyesterharzen, die lineare Kondensationsprodukte aus aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren und zweiwerti-

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gen Alkoholen wie den Polymethylenglycolen, Z₀B. Äthylenglycol, darstellen. Sie werden erhalten durch Veresterung der entsprechenden Säuren mit dem Alkohol, oder durch Umesterung eines Bis-(hydroxyalkyl)-esters der Dicarbonsäuren zweckmäßig unter Erhitzen auf etwa 200 bis 300⁰C bei verminderten Druck. Typische Harze dieser Art sind z.B. die Polyester eines Polymethylenglycols mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen mit einem Gemisch aus Dicarbonsäuren, das zu 20-60 Mol-# aus Terephthalsäure, zu 15-50 Mol-# aus Isophthalsäure und zu 10-50 Mol-# aus mindestens zwei gesättigten azyklischen Dicarbonsäuren, z.B. Adipin- und Sebazinsäure, besteht (vgl. U.S.-Patent 2 892 747). Die azyklischen Säuren enthalten vorzugsweise 4-10 Kohlenstoffatome oder Kohlenstoff- und Sauerstoffatome in linearer Kette zwischen den beiden Carbonsäuregruppen, und werden in einem gegenseitigen Molverhältnis von 0,5 bis 2,0 eingesetzt. Entsprechend erhaltene Polyester mit einer inneren Viskosität von 0,4 bis 1,0 können in einem inerten Lösungsmittel wie Dioxan, Tetrahydrofuran, Methylenchlorid, Chloroform, 1:1-Toluol:Dioxan oder 1:3-DloxansMethyläthylketon angewandt werden, oder können mit hochsiedenden Lösungsmitteln oder Weichmachern gemischt und als Schmelze appliziert werden.

Weitere geeignete Polyester sind die Kondensationsprodukte mit einer inneren Viskosität von 0,6 oder darüber, die durch Veresterung von Polymethylenglycolen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen mit einem Gemisch aus Dicarbonsäuren erhalten werden, das zu 30 bis 60 Gew.-# aus aromatischen Dicarbonsäur en, wie Terephthalsäure und zu 70 bis 40 Gew.-% aus gesättigten azyklischen Dicarbonsäuren mit 6 bis 11 Kohlenstoffatomen oder Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen in einer linearen Kette zwischen den beiden Carboxylgruppen, etwa Sebazinsäure, besteht (vgl. U.S.-Patent 2 623 033).

Bei der Verwendung solcher gesättigter Polyester als Matrix empfiehlt es sich gelegentlich, wenn auch nicht zwingend, ein polyfunkti one He s Isocyanat in geringerer Menge beizugeben, welches eine weitere Kondensation oder Vernetzung des Polyesters

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in der Beschichtungsmasse hervorruft. Geeignete Polyisocyanate sind z.B. die im U.S.-Patent 2 683 730 beschriebenen, d.h. Gemische aus Verbindungen der allgemeinen Formel

OCN-R- (CY₂ - R¹ - NCO)_n

in der R und R¹ Arylenreste, z.B. Phenylen, Y Wasserstoff, einen Alkyl- oder Arylrest, vorzugsweise Wasserstoff, und η eine ganze Zahl darstellen. Obige Formel kann auch wie folgt geschrieben werden:

OCN-R- (CY₉ - R¹ ~L « CY₅-R- NCO c ι η—χ c

NCO

wobei man ersieht, daß die sich wiederholenden Einheiten in der Kette über Arylenreste gebunden sind. Solche Gemische, die vorzugsweise 60# oder mehr Polyisocyanat mit mehr als 2 Isocyanatgruppen pro Molekül enthalten, werden hergestellt durch Umsetzung eines aromatischen primären Monoamins mit einem aliphatischen oder aromatischen Aldehyd oder Keton, Umlagerung der resultierenden sekundären Polyamine mit Mineralsäure und Phosgenierung der umgelagerten Polyamine.

^ Weitere Verbindungen, die sich zur Nachkondensation der Polyester eignen, sind die im U.S.-Patent 2 855 Λ21 beschriebenen Polyisocyanate, d.h. die Reaktionsprodukte aus dreiwertigen und zweiwertigen Alkoholen mit organischen Diisocyanaten im Verhältnis von"1 bis 1,7 Isocyanatgruppen pro Hydroxylgruppe. Geeignete dreiwertige Alkohole sind Triäthanolamin und niedrige aliphatische dreiwertige Alkohole wie Trimethylolpropan. Geeignete zweiwertige Alkohole sind z.B. Diäthylenglycol und niedere aliphatische Glycole wie l^-Butaylenglycol. Als Diisocyanat kann ein Alkyl- oder Cycloalkyl-Diisocyanat, z.B. Hexamethylendiisocyanat, oder ein Aryl- oder Alkaryl-Diisocyanat, z.B. Tolylen-Diisocyanat, verwendet werden. Die resultierenden Polyisocyanate können in einem inerten Lösungs« mittel, ZeB. Äthylacetat, eingesetzt werden. Sie können durch

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Umsetzung mit Phenol oder Malonester blockiert werden, wobei die freien Isocyanatgruppen gebunden werden und man Additions« produkte erhält, die in der Wärme zersetzbar sind und damit bei erhöhten Temperaturen das zur Umsetzung benötigte Polyisocyanat freisetzen.

Die optimale Menge an Isocyanat-Härtungsmittel ist leicht zu berechnen aus dem Hydroxylgehalt des Polyesters} typische Mengen liegen bei 5 bis 20 Gew.~#, bezogen auf den Polyester·

Eine weitere Klasse von Harzen, die sich als Matrices gemäß vorliegender Erfindung eignen, sind die Polycarbonatharze, beispielsweise die Kohlensäureester von Bis»(^-hydroxyphenyl) -2,2-propan (Bisphenol A), die durch Umsetzung von Phosgen mit Bisphenol A erhalten werden. Geeignete Lösungsmittel für diese Harze sind Dioxan und die chlorierten Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Äthylendichlorid, Chloroform, Tetraohloräthan und 1,1,2-Trichloräthan. Im Handel sind Polycarbonatharze der General Electric Company und der Mobay Chemical Company erhältlich«

Weitere geeignete Matrix-Harze sind die Additionspolymere ungesättigter Polyester, z.B. die Kondensationsprodukte von zweiwertigen Alkoholen, wie z.B. 1,2-Propylenglycol, mit ungesättigten Dicarbonsäuren, z.B. Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure oder Itakonsäure, gegebenenfalls modifiziert durch Ersatz eines Teils der ungesättigten Säure durch eine äquivalente Menge einer gesättigten Dicarbonsäure wie Adipinsäure, Phthalsäure oder Sebacinsäure» Bei Verwendung eines ungesättigten Polyesters als Bindemittel empfiehlt es sich, eine katalytische Menge eines Polymerisationsinitiators wie eines organischen Peroxyds, z.B· Benzoylperoxid, Methyläthylketon-peroxid oder diter.-Butyl-peroxid, oder einer Azoverbindung wie z.B. -U.^ «Azodiisobutyronitril zuzusetzen, um die .Additionspolymerisation oder Vernetzung des Polyesters zu bewirken. Gegebenenfalls kann der ungesättigte Polyester auoh mit einer geringen Menge eines anderen Monomeren wie z.B. Styrol copolymerisiert werden«

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Es empfiehlt sich, der Überzugsmasse ein Netz- oder Dispergiermittel zuzusetzen, um eine gleichmäßige Verteilung des Keramikmaterials in der l^viatrix und gleichzeitig optimale dielektrische Eigenschaften sicherzustellen. Eine große Anzahl an Dispergiermitteln kann mit Vorteil eingesetzt werden. Genannt seien unter den nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittel die Polyether, die durch Kondensation von Äthylenoxid mit Octylphenol, Nonylphenol, oder Lauryl-, Octyl-, Stearyl- oder Oleylalkoholen erhalten werden. Geeignete Mittel sind ferner Polyoxyäthylen-Sorbit-Hexaoleat und die Fettsäureester der Polyäthylenglycole. Man kann ferner auch anionische Mittel verwenden, z.B. die Alkylaryläther-Sulfate, Natrium-Isopropyl-Naphthalinsulfonat, und die Dialkylsulfosuccinate. Ferner können kationische Mittel wie N-Hexadecyl- und N-Qctadecenyltrimethylendiamin-dioleate eingesetzt werden. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Natriumdioctyl-Sulfosuccinat, zweckmäßig in Kombination mit Lecithin eingesetzt, erzielt. Die typische Menge an Dispergiermittel liegt zwischen etwa 0,5 und 5 Gew»-$, und gewöhnlich werden mit etwa 2 bis 3 % ausgezeichnete Ergebnisse erzielt· Die optimalen Werte hängen von der Formulierung ab, insbesondere von der jeweiligen Konzentration des Keramikmaterials und der Viskosität; sie werden daher zweckmäßig durch Vorver/suche festgelegt. Wird kein Dispergiermittel verwendet, so muß besondere Sorgfalt auf die gründliche Durchmischung der Beschichtungsmasse gelegt werden.

Häufig wird es sich empfehlen, die Harz-Matrix mit einem leicht-flüchtigen Lösungsmittel zu verdünnen, um ihre Applikation auf die § Grundfolie zu erleichtern. Die Wahl des Lösungsmittels hängt ab von den Löslichkeitseigenschaften des Matrix-Harzes wie auch von der für die gewählte Beschichtungsmethode günstigsten Viskosität. Man kann beliebige inerte Lösungsmittel, die anschließend durch Verdunstung entfernt wer« den können, verwenden. Verschiedene Lösungsmittel wurden bereits vorstehend erwähnt, und weitere stehen dem Fachmann ohne weiteres zur Verfügung. Mit "inert" werden Lösungsmittel verstanden, die keine nachteilige Wirkung auf die Komponenten der

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Harzmatrix und die Grundfolie unter den Bedingungen der Beschichtung ausüben. Besonders geeignet erwiesen sich Dioxan und Methylenchlorid,, In manchen Fällen kann es weiterhin zweckmäßig sein, ein permanenteres Verdünnungsmittel in Form einer geringen Menge «m eines Weichmachers für das Matrix-bildende Harz zuzugeben. Beispielsweise kann man im Fall einer Matrix aus Polyvinylchlorid einen der als Weichmacher für Polyvinylchlorid bekannten hochsiedenden Ester, z.B. Dioctylphthalat, Dicresylphosphat, Trioctylphosphat oder Dibubylsebacat, verwenden· Typische Weichmachermengen liegen zwischen etwa 5 und 50$, bezogen auf das Gewicht des die Matrix bildenden Harzes,

Die organische Grundfolie, auf die die Harz-Matrix aufgebracht wird, kann eine Dicke bis zu 0,25 mm aufweisen. Man kann eine beliebige dielektrische Folie verwenden, z.B. eine Folie aus Polyurethan, Fluorkohlenwasserstoff, Cellulose-Material wie Methyl- oder Äthylcellulose, Silikonharz, Folysulfonharz, Polyäthylen oder dgl. Die zur Hers bellung der Matrix geeigneten Harze können auch als Grundfolie dienen. Besonders zweckmäßig sind Folycarbonatharze, da sie auch bei höheren Temperaturen bis zu 125⁰C verwendet werden können« Weitere bevorzugte Grundfolien sind solche aus Polyesterharzen, insbesondere aus linearen Kondensationsproäukten gesättigter Dicarbonsäuren und Glycolen z.B. Polyathylenterephthalat (vgl. U.S.-Patent 2 k&5 319), die eine auspergewöhnlich hohe physikalische und dielektrische Festigkeit aufweisen. Dieses Harz kann leicht in einer Dicke von nur 1 u wie auch in Dicken von bis zu 75/U und mehr hergestellt werden.

Die Harzmatrix wird in Form einer im wesentlichen gleichmäßigen Schicht auf mindestens eine Fläche der Grundfolie, häufig-zweckmäßig auf beide Seiten der Folie aufgetragen. Unter dem Ausdruck "im wesentlichen gleichmäßige Schicht" wird eine Schicht von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke verstanden, die glatt ist und eine fehlerlose Oberfläche besitzt, d.h. von größeren Nadellöchern frei ist. Jede Schicht aus der Harzmatrix kann eine Dicke bis zu 0,25 mm aufweisen. Sie wird auf

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den Grundfilm zweckmäßig durch Rakel-Technik aufgetragen. Die das Keramikmaterial und weitere Bestandteile enthaltende Harzdispersion wird zunächst sorgfältig homogenisiert, zweckmäßig in einer Kugelmühle mit Keramikkugeln, um eine Verunreinigung durch elektrisch leitende Stoffe zu vermeiden. Direkt vor dem Auftrag wird die Dispersion am besten filtriert, z.B. durch
ein Filter von etwa 5 Mikron Porengröße. Dann wird auf eine
Oberfläche der Grundfolie aufgetragen und danach bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur getrocknet. Sobald die
erste Schicht trocken ist, kann die zweite Oberfläche der
Grundfolie in gleicher Weise beschichtet werden.

Wird eine Beschichtung nur auf eine Oberfläche aufgebracht, z.B. durch Rakeln, so begrenzt man am besten die
Dicke der Schicht auf maximal etwa den 2-2,5-fachen Wert der Poliendicke, da damit das Problem des Aufwerfens beim trocknen der Beschichtung verringert wird. Werden noch dickere
Schichten gewünscht, so kann man das Problem umgehen, indem
man beide Seiten der Folie gleichzeitig beschichtet. Eine derartige Beschichtung erfolgt zweckmäßig durch einen einzigen
Durchgang der Grundfolie durch einen die Dispersion enthaltenden Behälter, in welchem Fall die Schichtdicke durch Variierung der Viskosität der Dispersion sowie durch die Durchgangsgeschwindigkeit der Folie durch die Dispersion gesteuert werden kann. Relativ dünne Schichten von beispielsweise 1/U oder weniger können angewandt werden, doch erhält man mit dickeren Schichten einen höheren Volumenanteil der Schicht im Endprodukt, und damit eine höhere Dielektrizitätskonstante. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit Grundfolien von 12,7 ,u
und Beschichtungen von 12,7 bis 25, ^ ,u erzielt.

Die trockene, beschichtete Grundfolie kann durch Kalandern unter Wärme und Druck weiter behandelt werden, um Mängel der Oberfläche zu vermindern und die Dichte der Schicht zu
erhöhen. Mit solchen Maßnahmen kann die Gesamtdicke des zusammengesetzten dielektrischen Elements ausgezeichnet gesteuert werden.

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Der Kondensator wird gebildet^ indem man das dielektrisehe Element mit leitenden Elementen oder Elektroden kombiniert, vorzugsweise in Form von Blättern oder Streifen« In bekannter Weise kann man hierzu die dielektrische Folie zwischen einem Paar Streifen aus Metallfolie aufrollen, oder man kann auf beiden Seiten der dielektrischen Folie eine Metallschicht ablagern, z_eB« indem man Aluminiumdampf abscheidet»

Beispiel 1

Bariumtitanat (a) 8*<4 g

Polyesterharz (b) 1530

Isocyanat Ce) 22,5

Natrium-dioctyl-sulfosuccinat (d) 9

Soyabohnen-lecithin (e) 2k

(a) Teilchengröße 0,5 Mikron«

(b) Lösung mit 20$ Feststoffgehalt eines gesättigten Poly« ester-Kondensationsprodukts, Handelsprodukt der duPont (No. 46950 Adhesive), beschrieben in U.S.-Patent 2 892 7*1-7.

(c) Lösung mit 60% Feststoffgehalt eines polyfunktionellen Isocyanats, HändeIsprodukt der duPont (RC«829)» beschrieben in U.S.-Patent 2 683 730.

(d) Ärosol OT-I00#_s erhältlich von Cyanamid.

(e) Erhältlich von Ross & Eowe, als "Yelkin TTS".

Das obige Gemisch,, das auf Feststoff basis 70,5 Gew. <-% Bariumtitanat enthält» wird wie folgt hergestellt: Die Bestandteile, ohne Härtungsmittel, werden 26 Stunden lang in einer Kugelmühle_s die mit Keramikkugeln hoher Dichte und hohen Tonerdegehalts von 19_tl mm Durchmesser zur Hälfte gefüllt ist, gemahlen. Dann wird das Härtungsmittel zugegeben und noch 30 Minuten lang gemahlen·

Die resultierende gleichmäßige Dispersion wird von Hand auf eine Seite einer Polyäthylenterephthalatfölie (erhältlich von duPont als Mylar-Polyester) von J6m Dicke unter Bildung

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eines gleichmäßigen Überzugs von 9|53/U Dicke auf geräkelt. Nach dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur wird der Vorgang auf der anderen Seite der Folie wiederholt, dann wird das Produkt durch ein-bis zweiwöchiges Lagern bei Raumtemperatur gehärtet« Anschließend wird die beschichtete Folie einmal durch einen Kalander mit 82⁰C Oberflächentemperatur auf der polierten Stahlwalze geführt.

Die Dielektrizitätskonstante der so erhaltenen Folie betrug 5,0, die dielektrische Festigkeit 4 000 Volt pro 25,4 /U. Die Dielektrizitätskonstante der Beschichtung wurde nach der logarrithmischen Mischregel von Lich/enecter zu 28,5 berechnet.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei Beschichtungen von 13,72/U Dicke auf beiden Seiten eines PoIyäthylenterephthalatfilms von 15,75/U Dicke angebracht wurden. Die Dielektrizitätskonstante des Produkts betrug 7,5» die dielektrische Festigkeit 5 880 Volt pro 25,4/U.

Beispiel 3

Bariumtitanat (f) IO65 g

Polyesterharz (b) 1530

Isocyanat (g) 22,5

Natrium-dioctylsulfosuccinat (d) 9,0

Soyabohnen-lecithin (e) 24,0

1,4-Dioxan 100

(f) 0 Teilchengröße 0,5 bis 3»0/U, chemisch erhältlich bei der Titanium Alloy Division of National Lead Co.

(g) Lösung mit 60# Feststoffgehalt eines blockierten polyfunktionellen Isocyanate, siehe U.S.-Patent 2 855 421, erhältlich bei duPont unter RC-805.

Mit diesem Beschichtungsgemisch, das, bezogen auf den Feststoffgehalt, 75,2 Gew.-^ Bariumtitanat enthält, wird die

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Verwendung eines Lösungsmittels illustriert. Das Gemisch wird erhalten, indem man die Bestandteile, ohne Dioxan und Härtungsmittel, in einer keramischen Kugelmühle der in Beispiel 1 beschriebenen Art vermahlt. Härtungsm>ttel und Lösungsmittel werden dann zugesetzt, worauf noch 30 Minuten lang vermählen wird«,

Die resultierende gleichmäßige Dispersion wird von der Kugelmühle in eine Rakel-Beschichtungsvorrichtung von Laboratoriumsmaßstab und auf einen Polyäthylenterephthalatfilm von 12,7/U Dicke (Mylar-polyester) geführte Das Rakel wird so eingestellt, daß oberhalb der Folie ein Abstand von 63,5/U entsteht, die Beschichtungsgeschwlndigkeit beträgt 15 m pro Minute. Der beschichtete Film gelangt dann durch einen Ofen von 74⁰C und, nach dreistündigem Trocknen bei JJ? Raumtemperatur, wird die gegenüberliegende Seite in gleicher Weise beschichtet. Nach einwöchigem Härten bei Raumtemperatur sind die beiden Schichten je 13,97/U dick. Der beschichtete Film wird durch einmaligen Durchgang durch ein Kalander mit 82 C Oberflächentemperatur der polierten Stahlwalze schwach kaölandriert, um Oberflächenmängel zu beseitigen.

Die Dielektrizitätskonstante der beschichteten Folie betrug 8,0, bei einem Streuungsfaktor von 1,14$, gemessen mit aufgedampften Goldelektroden von 8 mm Durchmesser, Dieses Ergebnis ist in ausgezeichneter Übereinstimmung mit der aus den Eigenschaften von Polyester und Bariumtitanat geschätzten Dielektrizitätskonstante, woraus man eine sehr gleichmäßige Verteilung und Fehlen von Mängeln ersehen kann. Die dielektrische Festigkeit beträgt .5300 Volt pro 25,4/U. Die Dielektrizitäts-

! tin /

konstante der mehrbasigen Beschichtung wird zu 34,9 berechnet.

Obiger Versuch wurde wiederholt unter Weglassen des Härtungsmittels j die resultierende beschichtete Folie besaß eine Dielektrizitätskonstante von 8_S3, einen Streuungsfaktor von 1,6% und eine. dielektrische- Festigkeit von etwa 5500 Volt pro 25,4,u,

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Beispiel k

Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei Schichten von 13,9? /U auf beide Seiten einer Polyäthylenterephthalatfolie von 12,7/U Dicke aufgebracht wurden; man erhielt eine dielektrische Folie mit einer Dielektrizitätskonstante von 9,6, einer dielektrischen Festigkeit von 5700 Volt pro 25,4/U und einem Streuungsfaktor von 1,2$.

Eine weitere Folie, die hergestellt wurde unter Verwndung von handelsüblichem Bariumtitanat für Kondensatoren anstelle des chemisch hergestellten Produktes, mit 12,40/U dicken Schichten auf jeder Seite einer 10,80/U dicken Polyäthylenterephthalatfolie, zeigte eine Dielektrizitätskonstante von 8, dielektrische Festigkeit von 5700 Volt pro 25,¹JyU und einen Streuungsfaktor von 2%_m

Beispiel 5

Strontiumtitanat 1065 g

Polycarbonat-harz (h) 319,5

Natrium-dioctylsulfosuccinat (d) 9,0

Soyabohnen-lecithin (e) 2^,0

Methylenchlorid 132*+

(h) General Electric Lexan Resin 105.

Bezüglich der weiteren Fußnoten siehe die vorstehenden Beispiele.

Das Beschichtungsgemisch wurde vermählen und auf eine Folie aus Polyäthylenterephthalat von 12,7 λι Dicke in Form eines Überzugs von 13»97/U auf beiden Seiten aufgebracht.

Beispiel 6

Cadraiumniobat Cd₃Nb₂O₇ 810 g

Polyesterharz (i) 328,5

Epoxyhar/z (j) 33,9

Natrium-dioctylsulfosuccinat (d) 9,0

Soyabohnen-lecithin (e) 2^,0

Toluol 205

Methyläthylketon 909832/0979 330

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(i) Lineares gesättigtes Polyesterharz mit innerer Viskosität von 0,59-0,03 (Molekulargewicht etwa 20 000) und Hydroxy1-

zahl 3,0, erhältlich bei Goodyear Tire and Rubber Co. als "Vitel PE-200".

(j) Polyäther aus Epichlorhydri*n und Bisphenol A mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000, einem Schmelzpunkt von 6U—076⁰ C, einer Epoxyzahl von 0,20 Äquivalenten pro 100 g und einer Hydroxylzahl von 0,32 Äquivalenten pro 100 g, erhältlich von Shell unter dem Händelsnamen "Epon 1001".

Bezüglich der weiteren Fußnoten siehe vorangehende Beispiele,

Dieses Beschichtungsgemisch wird vermählen und auf Folie Polyäthylenterephthalat von :
Überzugs von 12,7/U aufgetragen*

aus Polyäthylenterephthalat von 12,7/U Dicke in Form eines

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Dielektrisches Element für Speicherkondensatoren für hohe Spannungen, gekennzeichnet durch eine organische Grund« folie von bis zu 0,25 ram Dicke, welche auf einer oder beiden Seiten mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Überzug versehen ist, der eine Matrix aus einem in V/asser unlöslichen organischen Harz in einer Dicke von bis zu 0,25 mm enthält, in welcher ein teilchenformiges keramisches Material von weniger als 10 Mikron Teilchengröße gleichmäßig dispergiert ist.

2· Dielektrisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung etwa kO bis 90 Gew»-# des keramischen Materials, bezogen auf die gesamte Beschichtungs« masse, enthält·

3· Dielektrisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material Bariumtitanat ist*

k. Dielektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus einem gesättigten Polyesterharz besteht.

5. Dielektrisches Element nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus einem Polycarbonatharz besteht,

6· Die-lektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfolie aus PoIyäthylenterephthalat besteht.

^Für Chas. Pfizer & Co., Inc.

New York, N.Y., V.St.A.

909832/09 7 9 Rechtsanwalt