包括苯并咪唑基聚合物涂层的耐热扁平电线 本发明涉及一种耐热扁平电线。例如，它可以用于要求高度耐热的电缆线。
本发明还涉及这种耐热电线的制造方法及其用途。
例如将基本呈矩形截面的扁平电线(下文记作“扁平电线”)，应用于各种电器的磁线圈。电线的形状防止因磁场变化导致电线的错位和滑动。
现有技术已有一些扁平电线，如聚酰亚胺涂层电线，瓷漆涂层电线，高耐热胶接瓷漆涂层电线等等。
近年来在电器制造和高密度组装技术方面已取得长足发展。这一现象已产生了对电器中所用零部件应当耐热的要求。
但是，聚酰亚胺涂层扁平电线、瓷漆涂层电线或高耐热胶接瓷漆涂层电线的最高工作温度分别是250℃、150到220℃和220℃。这样的耐热水平还不能满足上述要求。
在扁平电线的一种公知制造过程中，首先将圆形截面导体滚轧为具有近似矩形截面的导体，然后用清漆溶液涂布扁平导体并烘烤，以得到经涂覆的扁平导体。
一种苯并咪唑基聚合物清漆溶液可以用于这种公知方法来得到用聚合物PBI反应产物涂覆的扁平导体。
但是，在扁平导体上涂覆苯并咪唑基聚合物漆并不总是得到均匀一致的涂层。特别是扁平导体的角或拐角部分趋于形成较薄涂层或针孔，它们将使电线不耐高电压。
另外，美国专利5,483,021公开一种工艺，首先涂镀圆形截面导体，尔后滚轧为扁平导体。但是，这种工艺与耐腐蚀材料的涂镀有关；该发明有关的机械问题本领域并未解决。
因此本发明目的是提供一种高度耐热并避免上述缺陷的扁平导体或电线。
另一个目的是提供该扁平导体或电线地一种方便的制造方法。
再一个目的是提供这种导体或电线的用途。
至此，本发明提供了一种基本呈矩形截面的扁平电线，所述电线包括至少含有一种导电部件的扁平拉长元件；和一种绝缘涂层，所述涂层由苯并咪唑基聚合物组成。
苯并咪唑基聚合物优选为由多个化学式(1)所示聚合物反应可得到的产物：其中R选自氢原子和具有1-4个碳原子的烷基；m是至少等于5的整数并且要进行选择以得到溶剂可溶的聚合物。m的最大值约为3500。
扁平拉长元件可以是电线，也可以是用绝缘层涂覆的电线。
本发明还提供一种制备基本呈矩形截面的扁平电线的方法，该电线包括至少含有一种导电部件的扁平拉长元件；和一种绝缘涂层，该涂层由苯并咪唑基聚合物组成，该方法包括的步骤如下：
a)将多种苯并咪唑基聚合物溶于溶剂从而得到一种清漆溶液；
b)提供一种基本圆形截面的拉长元件；
c)将清漆溶液涂覆到该拉长元件上，得到侧面被清漆溶液涂覆的拉长元件；
d)烘烤涂覆了清漆的拉长元件，使多种苯并咪唑基聚合物反应，从而使拉长元件被反应所得的产物涂覆；
e)适当地重复步骤c)和d)；和
f)滚轧具有基本圆形截面的经涂覆拉长元件，从而得到用多种苯并咪唑基聚合物的反应产物涂覆的扁平电线，该电线具有基本矩形的截面。
用于步骤a)的溶剂优选碱性溶剂。
该方法可进一步包括在步骤a)的清漆溶液中添加自由基聚合引发剂。
用于步骤a)的多种苯并咪唑基聚合物优选具有化学式(1)：其中，R选自氢原子和具有1-4个碳原子的烷基；m是至少等于5的整数并进行选择以得到溶剂可溶的聚合物。m的最大值约为3500。
具有基本圆形截面的拉长元件可以是电线或被绝缘层涂覆的电线。
本发明进一步提供具有基本矩形截面并且耐温超过大约350℃和耐高电压的扁平电线，该电线包括至少含有一种导电部件的扁平拉长元件；和一种绝缘涂层，该涂层由苯并咪唑基聚合物组成，该扁平电线通过包括下列步骤的方法得到：
a)将多种苯并咪唑基聚合物溶于溶剂从而得到一种清漆溶液；
b)提供一种基本圆形截面的拉长元件；
c)将清漆溶液涂覆到该拉长元件上，得到侧面被清漆溶液涂覆的拉长元件；
d)烘烤涂覆了清漆的拉长元件，使多种苯并咪唑基聚合物反应，从而使拉长元件被反应所得的产物涂覆；
e)适当地重复步骤c)和d)；和
f)滚轧具有基本圆形截面的漆涂覆拉长元件，从而得到用多种苯并咪唑基聚合物的反应产物涂覆的扁平电线，该电线具有基本矩形的截面。
苯并咪唑基聚合物优选为由具有化学式(1)的多种聚合物反应所得的产物。
具有基本圆形截面的拉长元件可以是电线或用一种绝缘层涂覆的电线。
本发明扁平电线可在飞机的电路、高电压应用、通讯中用作电缆或制作电热器。
迄今为止，还没有在超过350℃使用的绝缘涂层出售。由苯并咪唑基聚合物反应形成的绝缘涂层有显著的耐温特点，可耐超过350℃的温度，甚至在有限时间内，可耐760℃。
另外，用常规耐热材料涂覆的扁平线不能按照本发明的方法制造，因为涂层对圆线材的作用不能承受随后的机械滚轧。
本发明采用的方法有效和意想不到地消除了现有技术公知的缺陷。
参照附图，从以下作为非限制性实施例而给出的优选实施方案详述中，使本发明的上述目的及其他目的、特征和优点更加明了。其中：
图1是按照本发明用苯并咪唑基聚合物涂覆的扁平电线的剖面图；
图2是对电线涂覆清漆和随后烘烤的工艺示意图；
图3是滚轧前已涂覆圆形电线的剖面图；
图4是滚轧圆形电线的滚轧装置；
图5是电线材在滚轧过程中的剖面图；
图6是依照本发明用苯并咪唑基聚合物涂覆的涂有绝缘层的扁平电线的剖面图。
图1呈现的扁平电线10包括具有基本矩形截面的导电部件11，和环绕线材涂覆的苯并咪唑基聚合物(下文写作“聚合物PBI”)绝缘涂层12。
导电部件11可包括铜线、镍铬线、不锈钢线或其他导电材料。
聚合物PBI溶于一种特定溶剂以提供一种PBI清漆溶液。当PBI具有低聚合度时优选加入自由基聚合引发剂。制备清漆溶液的溶剂包括碱性溶剂诸如二甲基乙酰氨(DMA)、二甲基甲酰氨(DMF)、砒啶等，或一种氢键屏蔽溶剂诸如二甲亚砜(DMSO)等。
清漆的浓度在每单位体积的1％-80％重量之间变化，优选范围是5％-40％(w/v)。
自由基聚合引发剂可包括，例如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二叔丁酸邻苯二甲酸酯、偶氮-双-异丁腈、苯基偶氮烷基磺酸、N-亚硝基-N-酰基化合物等。
自由基聚合引发剂加入PBI清漆溶液是为了中和阻聚剂，该阻聚剂存在于用作清漆溶剂的DMA等溶液中，并使PBI分子集聚。这种添加可以促进PBI在烘烤温度下发生的交联反应(下面讨论)，生成足够耐性的PBI涂层。
PBI清漆溶液用于圆形截面电线，通过烘烤而固着在电线上。这样的处理一般要重复进行。图2表示实际用于此目的的装置，它由烘烤炉1、涂漆设备2、连续退火炉3和卷线设备4组成。存这个装置中，拉出缠绕在卷线设备4上的线材5(如导体或已涂覆的导体)，随后在连续退火炉3中退火，送入涂漆设备2将清漆溶液涂覆到线材上，然后送到烘烤炉1，经烘烤使清漆粘附在线材上。
烘漆后的线材重复通过涂漆设备2和烘烤炉1的加工过程。如图3所示，具有导电部件16和PBI涂层17的圆截面线材15由引出设备6拉出。
按照一般掌握的加工过程，当圆截面导体16的直径小于0.6mm时，涂漆设备可以是横式炉，而当直径大于0.6mm时，可用竖式炉。
通过根据具体情况选择炉子的类型，这一原则可用于本发明PBI的涂覆和烘烤。这一原则也适用于根据将要烘烤的清漆溶液类型、烘烤炉的类型等适当地改进涂覆次数、烘烤温度、涂漆速度等。
涂覆次数可以是1-几百次，但较为合适的是2-20次。
烘烤温度可以选择室温-1000℃，但优选500℃-800℃。
然后，由圆形导体16和PBI涂层17构成的圆形截面电线15经滚轧得到具有近似矩形截面的扁平电线10。
圆截面电线15的滚轧装置实例如图4和图5所示。该装置包括一对上下辊轮30，用来确定辊轮间距离的调整器34，固定在辊轴间的弹性装置38和驱动下辊轮30的驱动器42a、42b。
上述辊轮30由诸如陶瓷金属复合材料的超硬材料构成，通过一对可以自由转动的平行轴31固定。
陶瓷喷嘴32安装在辊轮前面，使得喷嘴头可将线材送入辊轮之间的间隙(图5)。
下辊轮30通过可自由转动轴31固定在一对下支承设备33上。
轴31的一端通过联轴器43连接在马达驱动的旋转器42a上，而轴31的另一端连接在手动旋转器42b上。
马达驱动的旋转器42a通过传送带45将电动机44的转动传送到皮带轮46，然后皮带轮46的转动传送到下辊轮30，这样，使两个辊轮都转动。手动旋转器42b有一个手柄47。操作该手柄，操作者亦可转动下辊轮30。
上辊轮30通过轴31固定在一对上支承设备37上。上支承设备37由调整器34固定，使得设备37可以自由地上下移动。
调整器34由一对从上支承设备37向上延伸的轮距调节棒36和齿轮装置35构成，齿轮装置35将手柄35a的旋转驱动传送到一对调节棒36上。
上述棒36具有螺纹面。它们的底端连接到上支承设备37上，而它们的顶端连接到齿轮装置35上。
转动手柄35a时，棒36跟着转动，使得支承设备37可以根据转动方向而上下移动。这样，就可调节两个辊轮30间的轮距。
安装在上下支承设备之间的弹性装置38可包括弹簧装置，并将辊轮30推向反方向。这样，调整辊轮之间的轮距时，手柄35a更易于操作。
用上述装置如下滚轧圆线材15：
如图5所示，两个辊轮30之间的轮距由调整器34预调整。下辊轮30由马达驱动器42a或手动旋转器42b转动。然后，已用PBI涂层17涂覆的圆截面线材15由辊轮附近配备的陶瓷喷嘴32送入辊轮之间。由于下辊轮30的旋转运动，线材15进入辊轮30之间。上辊轮也经线材15的路径而传输。圆截面线材15因之持续地被辊轮30滚轧而得到如图1所示的扁平截面线材10。
辊轮30之间的轮距根据制造扁平线材所要求的厚度来适当地调整。
这样制造的扁平线材10，由于有PBI聚合物涂层12而耐热性高，并由于绝缘涂层的均匀性而耐高电压。这种涂层的均匀性或同一性，来源于滚轧之前PBI的涂覆和烘烤对圆形线材15的作用，而不是滚轧之后对扁平截面线材10的作用。另外，这种制造方法具有的成本优势超过现有技术。
需强调的是，上述制造方法，即先在圆形线材上涂覆然后滚轧得到扁平截面线材，该方法不适于制造常规耐热涂层线材如聚酰亚胺扁平线材、瓷漆涂层扁平线材或耐高热胶接瓷漆扁平线材。
这件事引申的结果是，常规扁平线材使用的绝缘材料只有低的机械强度。在涂覆后滚轧这样的材料在许多情况下会导致绝缘涂层开裂。
另一方面，如表1所示，按照本发明，PBI涂层12有着足够的强度，可以在涂层12形成后进行滚轧而不会产生开裂。
如图6所示，扁平线材20包括基本矩形截面的扁平导体21，由聚酰亚胺、瓷漆等构成的中间绝缘涂层22，和最外层的PBI涂层23。这种类型线材同样显示高耐热性。
下面给出本发明电线制造方法的实施例。实施例1
将外径0.5mm镀镍铜线浸入由30份PBI聚合物和70份DMA溶剂构成的清漆溶液中，清漆溶液进一步包括0.1％(w/v)的AIBN引发剂，利用该液使漆涂覆到该铜线上。通过50m/min的线速度于600℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序8次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面镀镍铜线。
以上述滚轧标准滚轧PBI薄膜涂覆的圆截面镀镍铜线，得到厚宽比1∶10的扁平线材。实施例2
将外径0.5mm镀镍铜线浸入由30份PBI聚合物和60份DMA溶剂以及10份DMSO构成的清漆溶液中，清漆溶液进一步包括0.1％(w/v)的AIBN引发剂，利用该液使漆涂覆到该线材上。通过20m/min的线速度于600℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序8次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面镀镍铜线。
以上述滚轧标准滚轧PBI薄膜涂覆的圆截面镀镍铜线，得到厚宽比1∶5的扁平线材。实施例3
将外径0.36mm无氧铜线浸入由20份PBI聚合物和80份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该线材上。通过10m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序10次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面无氧铜线。
以上述滚轧标准滚轧该线材得到厚宽比1∶20的扁平线材。实施例4
将外径1.5mm镀镍铜线浸入由55份PBI聚合物和45份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该线材上。通过60m/min的线速度于700℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序20次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面镀镍铜线。
以上述滚轧标准滚轧该线材，得到厚宽比1∶4的扁平线材。实施例5
将外径2.5mm镀镍铜线浸入由65份PBI聚合物和35份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该线材上。通过30m/min的线速度于600℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序15次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面镀镍铜线。
以上述滚轧标准滚轧该线材，得到厚宽比1∶5的扁平线材。实施例6
将外径1.5mm镍铜合金化钢线浸入由55份PBI聚合物和45份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该线材上。通过30m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序20次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面镍铜合金化钢线。
以上述滚轧标准滚轧该线材，得到厚宽比1∶10的扁平线材。实施例7
将外径1.5mm的Nb3-Sn合金化钢线浸入由55份PBI聚合物和45份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该线材上。通过30m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附在Nb3-Sn合金化钢线上。重复以上工序20次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面Nb3-Sn合金化钢线。
以上述滚轧标准滚轧该线，得到厚宽比1∶3的扁平线材。实施例8
将外径1.5mm的Va-Ga合金化钢线浸入由55份PBI聚合物和45份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该Va-Ga合金化钢线材上。通30m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附在Va-Ga合金化钢线上。重复以上工序20次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面线材。
以上述滚轧标准滚轧该线，得到厚宽比1∶3的扁平线材。实施例9
将外径1.5mm的Nb-Ti合金化钢线浸入由55份PBI聚合物和45份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该Nb-Ti合金化钢线材上。通过30m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附在Nb-Ti合金化钢线上。重复以上工序20次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面线材。
以上述滚轧标准滚轧该线，得到厚宽比1∶3的扁平线材。实施例10
将外径1.5mm的Nb3-Al合金化钢线浸入由55份PBI聚合物和45份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该Nb3-Al合金化钢线材上。通过30m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序20次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面线材。
以上述滚轧标准滚轧该线，得到厚宽比1∶3的扁平线材。实施例11
将外径0.36mm的镍铬(20％)合金化钢线浸入由20份PBI聚合物和80份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该镍铬合金化钢线材上。通过10m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序10次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面线材。
以上述滚轧标准滚轧该线，得到厚宽比1∶3的扁平线材。实施例12
将外径0.36mm的钨(W)线浸入由20份PBI聚合物和80份DMA溶剂构成的清漆溶液中，利用该液使漆涂覆到该钨(W)线材上。通过10m/min的线速度于500℃烘烤将漆粘附于其上。重复以上工序10次，得到PBI薄膜涂覆的圆截面线材。
以上述滚轧标准滚轧该线，得到厚宽比1∶3的扁平线材。
表2和3呈现以上实施例所得试样的一般特点，以及滚轧前圆截面线材的特点。
按照JIS-C-3005标准，通过施加1分钟交流电压对老化前的PBI涂覆的扁平线材进行电介质击穿试验。
试样拉长20％后于220℃进行30分钟热冲击试验。
按照JASO D611标准在4N负荷下进行耐磨试验。
表3还显示实施例1-3的试样在250℃老化168小时后进行电介质击穿试验的结果。
因此，表2和3表明，本发明试样具有高度耐热性并可高度抗电介质击穿性。
表1 抗张强度 ASTMD 638 1.632kgf/cm2 拉伸弹性模量 ASTMD 638 60180kgf/cm2 弯曲强度 ASTMD 790 2240kgf/cm2 弯曲弹性模量 ASTMD 790 66300kgf/cm2 抗压强度 ASTMD 695 4080kgf/cm2(12％*) 压缩弹性模量 ASTMD 695 63240kg/cm2*张力产生点处的张力％
(基于ASTMD的标准试验)
表2PBI园截面线 实施例 1 实施例 2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例 10 实施例 11 实施例 12PBI抛光线外径(mm) 0.516 0.511 0.401 1.518 2.520 1.519 1.520 1.518 1.520 1.519 0.402 0.403涂层厚度(mm) 0.008 0.0055 0.0205 0.009 0.010 0.008 0.010 0.009 0.010 0.008 0.0210 0.0215未老化(空气)电解质击穿(KV*) 2.1 2.2 3.5 2.2 3.5 2.1 3.2 2.2 3.4 2.1 2.2 3.5
*击穿时电压，用交流电以500v/分的速度增加电压时得到的。
表3 PBI扁平线材 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 最终宽度(mm) 1.235 0.865 1.358 2298 4.266 3.623 2318 2316 2.318 2.314 0.497 0.585 最终厚度(mm) 0.124 0.173 0.068 0.575 0.853 0.364 0.783 0.781 0.783 0.781 0.124 0.217 PBI涂层平均厚度 (mm) 0.0034 0.0031 0.0063 0.0058 0.0055 0.0036 0.008 0.007 0.008 0.006 0.010 0.0165 未老化(水中)电解 质击穿(KV*) 1.1 1.2 1.5 1.2 1.5 1.1 1.4 1.1 1.4 1.1 1.2 1.5 未老化电解质击穿 (KV*) 10.0 13.0 14.5 15.0 16.0 16.0 15.0 16.0 16.0 15.0 16.0 16.0 老化后电解质击穿 (KV*) 2.0 2.1 3.4 热冲击**(拉长方 法) 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 耐磨性***(往复次 数) 1040 940 950 945 950 845 945 950 845 945 950 845*击穿时电压，用交流电以500v/分的速度增加电压而得到。**试样拉长20％，于220℃保持该状态30分钟后回到室温，评估开裂性。***在4N负荷下使一个往复片往复通过涂层而得到的往复次数(试验标准JASO，D611)。