DE1514973B2

DE1514973B2 - Elektrischer kondensator

Info

Publication number: DE1514973B2
Application number: DE19651514973
Authority: DE
Inventors: Harold Benneth Chatham N.J.; Valley David Joseph Cleveland Ohio; Robinson (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1964-07-20
Filing date: 1965-07-17
Publication date: 1976-03-18
Also published as: GB1104324A; SE316833B; BE667102A; FR1455232A; JPS558808B1; NL6509367A; DE1514973A1; US3264536A

Description

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2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht ein freier Film des thermoplastischen Polyarylenpolyäthers ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Polyarylenpolyäthers an mindestens eine der leitenden Metallschichten gebunden ist.

4. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Metallschichten durch Verdampfen abgelagert ist und eine Dicke von mindestens 100 A hat.

5. Kondensator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Metallschichten eine feste, selbsttragende Folie ist

6. Kondensator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyarylenpolyätherschicht eine Dicke von mindestens 1 mm hat.

7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Schichtkondensator ist

8. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Wickelkondensator ist.

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Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Kondensatoren, die aus mindestens zwei elektrisch leitenden Metallschichten bestehen, die durch eine dielektrische Schicht eines festen Kunstharzes getrennt und elektrisch isoliert sind.

Es sind bereits Kunstharze, auch thermoplastische Kunstharze, in Kondensatoren verwendet worden. Die Verwendung thermoplastischer Materialien für diesen Zweck war zwar zum Teil vorteilhaft, zeigte jedoch auch bestimmte Nachteile. Diese bestanden insbesondere in der schlechten thermischen und Dimensionsbeständigkeit dieser Materialien bei erhöhten Temperaturen. Dadurch wurde die maximale Arbeitstemperatur von mit thermoplastischen Kunstharzen ausgerüsteten Kondensatoren vermindert und deren Verwendbarkeit allgemein wesentlich eingeschränkt

Ein weiteres ernstliches Problem besteht in der Neigung thermoplastischer Materialien, über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich in Kapazität und in bezug auf dielektrische Verluste stark zu variieren. Dies ist offensichtlich unerwünscht, wo ein Kondensator bei der normalen Verwendung einem weiten Bereich von Temperaturen und Frequenzen ausgesetzt wird. Ein häufig verwendetes thermoplastisches Material in Kondensatorkonstruktionen sind Polyäthylenterephthalatfilme. Diese Materialien, die im folgenden noch genauer beschrieben werden, sind auf eine maximale Arbeitstemperatur in Kondensatoren von nur 135° C eingeschränkt. Weiterhin zeigt dieses Material über einen weiten Bereich von Temperaturen und Frequenzen äußerst starke Änderungen in der Kapazität und bei den dielektrischen Verlusten.

Die vorliegende Erfindung soll nun diese Nachteile beseitigen. Der neue Kondensator, bestehend aus mindestens zwei elektrisch leitenden Metallschichten, die durch eine von Hohlräumen freie dielektrische Schicht aus einem festen Kunstharz voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein thermoplastischer Polyarylenpolyäther mit den folgenden wiederkehrenden Einheiten

CH₃

Die neuen Kondensatoren können leicht nach üblichen Verfahren hergestellt werden. Sie können bei höheren Temperaturen arbeiten als die bisherigen Kondensatoren mit anderen thermoplastischen dielektrischen Materialien und zeigen, was noch wichtiger ist praktisch unveränderliche Kapazitäts- und Verlusteigenschaften über einen weiten Bereich von Temperatur und Frequenz. So besitzen die neuen Kondensatoren Eigenschaften, die bisher von handelsüblichen Kondensatoren mit anderen thermoplastischen dielektrischen Materialien nicht erreichbar waren. Die neuen Kondensatoren zeigen somit ein wesentlich verbessertes Verhalten und können für Zwecke verwendet werden, für die die bekannten Kondensatoren ähnlicher Konstruktion nicht anwendbar waren.

In den Zeichnungen ist F i g. 1 ein grafischer Vergleich der prozentualen Kapazitätsveränderung über einen Temperaturbereich von —50 bis 175° C für einen erfindungsgemäßen Kondensator mit einer Schicht des obengenannten Polyarylenpolyäthers (kurz nur »Polyarylenpolyäther« genannt) als dielektrisches Material und Kondensatoren mit Schichten aus Polyäthylenterephthalat und Bisphenol-A-polycarbonat als dielektrische Materialien.

F i g. 2 ist ein grafischer Vergleich des prozentualen dielektrischen Verlustes über einen Temperaturbereich von —50 bis 175° C für einen neuen Kondensator mit einer Schicht eines thermoplastischen Polyarylenpolyäthers der obigen Formel als dielektrisches Material und Kondensatoren mit Schichten aus Polyäthylenterephthalat und Bisphenol-A-polycarbonat als dielektrische Materialien.

Die hierin verwendeten thermoplastischen Polyarylenpolyäther können z. B. in einer praktisch äquimolaren Einstufenreaktion eines Doppelalkalimetallsalzes des zweiwertigen Phenols der Formel

HO

CH₃

V-C-/ V OH

CH₃

mit einer Verbindung der Formel

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worin X für Chlor oder Fluor steht, in Anwesenheit besonderer flüssiger organischer Sulfoxyd- oder Sulfonlösungsmittel unter praktisch wasserfreien Bedingungen hergestellt werden.

Die besonderen verwendbaren Lösungsmittel haben die Formel R—S(O)z— R, in welcher jedes R für eine von aliphatisch ungesättigten Bindungen auf dem «Kohlenstoffatom freie einwertige, niedrige Kohlenwasserstoffgruppe mit vorzugsweise weniger als etwa 8 Kohlenstoffatomen steht oder die zusammen verbunden für eine zweiwertige Alkylengruppe stehen, wobei ζ eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 oder 2 ist. In allen diesen Lösungsmitteln sind alle Sauerstoffatome und zwei Kohlenstoffatome unmittelbar an das Schwefelatom gebunden. Besonders zu erwähnende Lösungsmittel sind Dimethylsulfoxyd, Dimethylsulfon, Diäthylsulfoxyd, Diäthylsulfon, Diisopropylsulfon, Tetrahydrothiophen-l,l-dioxyd (gewöhnlich als Tetramethylensulfon bezeichnet), Tetrahydrothiophen-1-monoxyd usw.

Die hier verwendeten thermoplastischen Polyarylenpolyäther können auch nach einem Zwei-Stufenverfahren hergestellt werden, in welchem das genannte zweiwertige Phenol zuerst in situ in einem primären Reaktionslösungsmittel durch Umsetzung mit dem Alkalimetall, dem Alkalimetallhydrid, Alkalimetallhydroxyd, Alkalimetallalkoxyd oder Alkalimetallalkylverbindungen in das Alkalimetallsalz umgewandelt wird.

Bei den bier beschriebenen Umsetzungen werden während und vor der Reaktion praktisch wasserfreie Bedingungen aufrechterhalten. Obgleich Wassermengen bis zu etwa 1% toleriert werden können, sollten wesentlich größere Wassermengen als diese zweckmäßig vermieden werden. Um ein hohes Molekulargewicht der Polymerisate zu gewährleisten, sollte das System praktisch wasserfrei sein, und vorzugsweise sollten weniger als 0,5 Gewichtsprozent in den Reaktionsmischungen vorliegen.

Zweckmäßig finden die Reaktionen jeweils unter Anwendung stöchiometrischer Mengen der Ausgangsmaterialien statt Die Temperaturen betragen vorzugsweise 120 bis 160⁰C. Das Polymerisat wird in üblicher Weise, z. B. durch Abdampfen des Lösungsmittels bzw. Zugabe eines Nichtlösungsmittels, gewonnen.

Die Kondensatoren gemäß der Erfindung können nach dem geeigneten Verfahren aus jedem Metalleiter und dem oben beschriebenen Polyarylenpolyäther hergestellt werden. Die so hergestellten Kondensatoren können je nach dem beabsichtigten Endverwendungszweck des Kondensators aus aufeinandergestapelten Schichten bestehen oder gerollt (Wickelkondensator) sein. Auch die Größe des Kondensators und die Dicke der Metalleiterschichten und der Polyarylenpolyätherschicht werden vom beabsichtigten Endverwendungszweck des Kondensators bestimmt Beim ebenen bzw. planaren Kondensatortyp werden für die Metalleiterschichten gewöhnlich Dicken von 0,00025 bis 0,025 mm angewendet, während die dielektrische Schicht des Polyarylenpolyäthers gewöhnlich eine Dicke von 0,0001 bis 0,25 mm hat Für Wickel-Kondensatoren beträgt die Dicke der Metalleiterschicht meist 0,0043 bis 0,013 mm, während die Dicke der dielektrischen Schicht des Polyarylenpolyäthers gewöhnlich 0,0025 bis 0,025 mm beträgt

Wie ausgeführt, bestehen die Kondensatoren gemäß der Erfindung gewöhnlich aus mindestens zwei elektrisch leitenden Metallschichten, die durch eine dielektrische Schicht des obigen thermoplastischen Polyarylenpolyäthers getrennt sind. Die Schicht des Polyarylenpolyäthers kann in Form eines getrennten freien Filmes vorliegen oder integrierend mit mindestens einer der leitenden Metallschichten verbunden sein. Die Bezeichnung »freier Film« bezieht sich auf Kondensatorkonstruktionen, in welchen die dielektrische Schicht nicht mittels mechanischer Haftung an die leitenden Metallschichten gebunden ist, sondern durch mechanische Kräfte aus der Konstruktionsform des Kondensators, z. B. gerollt oder gestapelt auf ihrem Platz gehalten wird. Bei der Herstellung der gebundenen Art von Kondensatorkonstruktionen ist es wesentlich, daß sich diese integrierende Bindung über die gesamte Oberfläche der Metalleiterschicht oder -schichten erstreckt und daß die dielektrische Schicht des thermoplastischen Polyarylenpolyäthers von Hohlräumen frei ist, um ein Krümmen und anschließendes Versagen des Kondensators zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann jedes geeignete Verfahren angewendet werden. So kann der obige Polyarylenpolyäther z. B. aus der Lösung auf den Metalleiter gegossen werden, oder der Polyarylenpolyäther kann in Form eines dünnen Films direkt auf einen Metalleiter stranggepreßt werden; oder ein vorgeformter Film kann durch Anwendung von Wärme und Druck an einen Metalleiter gebunden werden. Gegebenenfalls kann eine Vorbehandlung des Metalleiters und/oder Polyarylenpolyäthers zur besseren Haftung aneinander vorgenommen werden.

Bei der Herstellung der Kondensatoren kann eine Schicht des obigen Polyarylenpolyäthers auf eine dünne Folie oder einen Draht eines leitenden Metalls abgelagert werden, und anschließend können alternierende Schichten von Metall und Polymerisat aufgebaut werden, bis die gewünschte Dicke des Kondensators erreicht oder das gewünschte Maß an Kapazität gewährleistet ist. Es kann auch ein Metallfilm auf eine mit dem obigen Polyarylenpolyäther überzogene Folie oder Draht durch Vakuumverdampfung oder Dampf ablagerung aufgebracht und Anschlüsse zum Metallsubstrat und zum durch Verdampfen abgelagerten Metallfilm angebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, so viele alternierende Überzüge, wie man

wünscht, aufzubauen, vorausgesetzt, daß während der Ablagerung Anschlüsse geschaffen werden, um alternierende aufgedampfte Metallschichten zu verbinden, wobei übliche Verfahren, z. B. ein Maskieren, angewendet werden.

Die Kondensatoren können durch Ablagerung eines dünnen Metallfilms durch Aufdampfverfahren auf einem Film des obengenannten Polyarylenpolyäthers hergestellt werden. So können alternierende Schichten des Polyarylenpolyätherfilms und Metallfilms aufgebracht werden, bis die gewünschte Kondensatordicke oder das gewünschte Maß an Kapazität erhalten ist Diese Konstruktionen aus Metall und thermoplastischem Polyarylenpolyätherfilm können als ebene Kondensatoren verwendet oder aufgewickelt und als Wickelkondensatoren verwendet werden.

Bei Anwendung des Dampfverfahrens sollte der durch Verdampfen abgelagerte leitende Metallfilm von ausreichender Dicke sein, so daß sich eine vollständige Leitung elektrischer Ladungen über die gesamte Oberfläche des Metallfilms ergibt und die Ablagerung von »Metallinseln«, die nicht miteinander verbunden sind, vermieden wird. Dies erreicht man leicht bei Dicken von 1000 Ä, und wenn man dafür sorgt, daß ein sauberes Substrat und bestimmte reine Metalle für die Ablagerung verwendet werden, können durch Verdampfen abgelagerte Metallfilme einer Dicke von nur 100 Ä erhalten werden. Bestimmte Metalle, wie Chrom, Aluminium und Blei, lassen sich als sehr dünne, vollständig leitende Filme ablagern, während andere bei der Ablagerung zum Agglomerieren neigen, was zu Metallinseln führt; daher erfordern sie einen etwas dickeren Überzug. Zink, Silber, Gold und Cadmium gehören zu dieser Klasse, die Metallinseln bildet, die miteinander verbunden werden müssen, bevor eine elektrische Leitung stattfindet Daher werden für bestimmte Metalle dickere Filme benötigt.

Die besten Ergebnisse wurden in durch Verdampfen abgelagerten Metallfilmen einer Dicke von 500 bis 5000 Ä festgestellt Es können auch dickere Filme verwendet werden, in mehrschichtigen Kondensatoren haben jedoch einige die Neigung, sich an der Metallschicht zu lösen oder vom Substrat abzustreifen, da die durch Verdampfen abgelagerte Metallschicht wenig mechanische Festigkeit hat Für viele Verwendungszwecke braucht dies nicht nachteilig zu sein.

Ein deutlicher und einmaliger Vorteil dieses Metallablagerungsverfahrens durch Verdampfen ist die Selbsterwärmungskraft der so hergestellten Kondensatoren. Jeder Kurzschluß durch das dielektrische Material kann beseitigt werden, indem ein Stromstoß durch den dünnen, durch Verdampfen abgelagerten Metaltfilm hindurchbrennt wodurch der Kurzschluß aus dem Gebiet des dielektrischen Versagens entfernt wird. Daher wird ein fortgesetztes Überschlagen oder Kurzschließen derartiger Kondensatoren vermieden oder mindestens zu einer Seltenheit.

Obgleich für die meisten Verwendungszwecke und für integrierte Kreisläufe die Dampfablagerung des Metalls zur Herstellung der leitenden Metallschicht der Kondensatoren bevorzugt wird, ist es auch möglich, Metallfolien als eine oder mehrere leitende Schichten zu verwenden. Eine bevorzugte ebene oder Wickel-Kondensatorart besteht aus einer Metallfolie, die auf mindestens einer Seite mit dem obigen Polyarylenpolyäther überzogen ist der seinerseits mit einer leitenden Schicht eines durch Verdampfen abgelagerten Metalls überzogen ist wobei an beiden Metallfilmen Anschlüsse angebracht sind. Diese Kondensatorstruktur besitzt den deutlichen Vorteil, daß die leitenden Oberflächen und das dielektrische Material fest miteinander verbunden sind, ohne daß Luft im dielektrischen Material eingeschlossen ist oder die Möglichkeit besteht daß Flüssigkeit oder Dampf zwischen das dielektrische Material und die leitenden Filme eindringt und so Veränderungen in der Kapazität verursacht werden.

Es ist nicht entscheidend, welches besondere Metall verwendet wird, außer daß es normalerweise fest und gut leitend sein soll. Obgleich jedes leitende Metall verwendet werden kann, sollten die Metalle zweckmäßig in festem Zustand ausgezeichnete natürliche Leiter sein, d. h. einen Massenwiderstand von weniger als 100 μ Ohm-cm, insbesondere von weniger als 10 μ Ohm-cm, haben, wie z. B. Gold, Silber, Kupfer, Aluminium und Blei, da auf Grund des Widerstandes des Metalls beim Laden und Entladen des Kondensators ein geringer ohmscher Verlust erfolgt Zweckmäßig sollte das Metall leicht verdampfbar und durch Vakuumablagerungsverfahren leicht aufbringbar sein. Metalle, die durch Vakuumverdampfung leicht abgelagert werden, haben normalerweise eine Ablagerungskonstante von mindestens 5 ■ 10~⁶g/cm²/sec bei 1 Millitorr Druck, wie Silber, Gold, Aluminium, Blei, Chrom, Nickel, Kupfer, Zinn, Eisen und Platin; daher werden sie in wirksamer Weise als leitende Filme verwendet

Die hier verwendete Bezeichnung »leitende Metallschicht« umfaßt jede Metallschicht die ausreichend leitend ist, so daß elektrische Ladungen praktisch gleichmäßig über die gesamte Räche der Schicht verteilt werden. Daher kommt jede selbsttragende Folie oder Metallplatte oder ein durch Verdampfen abgelagerter Metallfilm in Betracht

Die einmaligen Ergebnisse, die mit den erfindungsgemäßen Kondensatoren erzielt werden, beruhen auf dem hierin verwendeten dielektrischen thermoplastischen Polyarylenpolyäther der obigen Formel. Diese liefern Kondensatoren mit Kapazitäten und Verlusteigenschaften, die von Temperatur und Frequenz unabhängig sind, und sie bleiben über einen weiten Temperaturbereich, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, zäh und biegsam.

Die Kondensatoren können Drahtanschlüsse besitzen, die durch direktes Anlöten, durch Sprühlöten oder durch Verwendung leitender Leime, Farben oder Harze mit den leitenden Metallschichten verbunden sind. Gegebenenfalls kann der fertige Kondensator selbst mit einem endgültigen Überzug des obengenannten Polyarylenpolyäthers überzogen sein. Zum Einhüllen, Imprägnieren und/oder mechanischen Schutz des so hergestellten Kondensators können selbstverständlich auch Wachs, Epoxyharze und andere Materialien, einschließlich Metallbehälter, verwendet werden.

Die Kondensatoren sind vielseitig verwendbar. Ebene und gewickelte Kondensatoren können in natürlichen oder verkleinerten Schaltungszweigen, z.B. Verstärkungs-, Dämpfungs- und Gleichrichtungsschaltungen usw, verwendet werden. Die Kondensatoren sind auch in Schalttafeln mit integrierten Kreisläufen geeignet wie sie bei Schaltelementen mit hoher Geschwindigkeit oder in Daten-Aufzeichnungsvorrichtungen verwendet werden.

Zum Nachweis des überraschenden technischen Fortschritts wurden Vergleichsversuche zwischen dem erfindungsgemäß verwendeten Polyarylenpolyäther und handelsüblichen, bekannten dielektrischen polymeren Materialien durchgeführt

Tabelle 1

Dielektrisches Material

Maximale
■- Arbeitstemperatur

Geeignete _;

Mindestdicke

μm Dielektrische
Konstante (bei 25 C
uqd 1 kc) ,

Dielektrische
Festigkeit Volt/
0,025 mm Filmdicke

Polyarylenpolyäther

Polyäthylenterephthalat

Polystyrol

Bestrahltes Polyäthylen

Bisphenol-A-polycarbonat

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich,
Kondensatoren erfindungsgemäß verwendete Polyarylenpolyäther überlegene dielektrische Eigenschaften zeigt und in sehr dünnen Filmen hergestellt bzw. verwendet werden kann, wodurch die Herstellung sehr kleiner Kondensatoren möglich ist Kapazität und Verlusteigenschaften werden im folgenden Beispiel 1 besprochen.

Die hier angegebenen Daten der dielektrischen Eigenschaften wurden aus Tests gemäß den Verfahren in Mil Standard 202B »Test Methods for Electronic and Electrical Components Parts«, März 1960, erhalten.

Die hier angegebene reduzierte Viskosität (RV) wurde bestimmt, indem man eine 0,2-g-Probe des thermoplastischen Polyarylenpolyäthers in einem 100-ccm-Meßkolben in Chloroform löste, so daß die erhaltene Lösung in einem Bad konstanter Temperatur bei 25° C genau 100 ecm maß. Die Viskosität von 3 ecm der Lösung, die durch einen gesinterten Glastrichter Filtriert worden war, wurde in einem Ostwald- oder ähnlichen Viskosimeter bei 25° C bestimmt Die Werte der reduzierten Viskosität wurden gemäß folgender Gleichung erhalten:

reduzierte Viskosität =

175	1	3,0	Beispiel 1	5800
135	4 -■·'	3,2	4000
85	10	2,5	—
85	40	2,25	—
125	6	3,0	3100
daß der in den

Dabei bedeutet

to Ausfließzeit des reinen Lösungsmittels,
ts Ausfließzeit der Polymerisatlösung,
c Konzentration der Polymerisatlösung.

In der britischen Patentschrift 9 30 993 wird die Verwendung von Polyphenylenäthern als dielektrische Materialien beschrieben. Diese Verbindungen sind von den erfindungsgemäß verwendeten Polyarylenpolyäthern verschieden. Entsprechend den Angaben dieser Patentschrift sind die bekannten Materialien jedoch bei Temperaturen von 175° C nicht mehr stabil, und in Gegenwart von Sauerstoff treten Vernetzungen und Oxydationen auf. Diese müssen selbstverständlich die dielektrischen Eigenschaften dieser Materialien beeinflussen. Demgegenüber sind die erfindungsgemäß verwendeten Polyarylenpolyäthern bei diesen Temperaturen noch stabil.

Die in der USA.-Patentschrift 29 95 688 beschriebenen Epoxyharze besitzen die bekannten Nachteile dieser Verbindungsklasse. Weiterhin können die erfindungsgemäß vorgesehenen Materialien in weit geringerer Dicke verwendet werden als die bekannten Materialien.

In den folgenden Beispielen sind, falls nicht anders angegeben, alle Teile und Prozentangaben Gewichtsteile und Gewichtsprozente.

a) Herstellung des hier verwendeten thermoplastischen Polyarylenpolyäthers

In einen 250-ccm-Kolben, der mit Rührer, Thermometer, wassergekühltem Kühler und einer Dean-Stark-Feuchtigkeitsfalle versehen war (die Feuchtigkeitsfalle war mit Benzol gefüllt), wurden 11,42 g 2,2-Bis-(4-oxyphenyl)-propan, (0,05 Mol), 13,1 g einer 42,8%igen Kaliumhydroxydlösung (0,1MoI KOH), 50 ecm Dimethylsulfoxyd und 6 ecm Benzol gegeben, und das System wurde zur Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre über der Reaktionsmischung mit Stickstoff durchgespült Die Mischung wurde 3 bis 4 Stunden zum Rückfluß erhitzt wobei das in der Reaktionsmischung enthaltene Wasser kontinuierlich als Azeotrop mit Benzol entfernt und letzteres abdestilliert wurde; so wurde eine bei 130 bis 135° C zurückfließende Mischung erhalten, die aus dem Dikaliumsalz von 2,2-Bis-(4-oxyphenyl)-propan und praktisch wasserfreiem Dimethylsulfoxyd bestand. Die Mischung wurde abgekühlt und 14,35 g (0,05 Mol) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon und dann 40 ecm wasserfreies Dimethylsulfoxyd unter Stickstoffdruck zugegeben. Die Mischung wurde auf 130⁰C erhitzt und unter guten Rühren 4 bis 5 Stunden bei 130 bis 140⁰C gehalten. Die viskose, orangefarbene Lösung wurde in 300 ecm Wasser gegossen, das in einem Waring-Mischer schnell zirkulierte; das fein zerteilte weiße Polymerisat wurde abfiltriert und dann 16 Stunden in einem Vakuumofen.bei 110⁰C getrocknet Die Ausbeute betrug 22,2 g (100%), und die Reaktion war auf der Basis einer Titrierung auf restliche Base zu 99%beendet . .

Das Polymerisat hatte die folgende Grundstruktur:

b) Kondensatorherstellung

Der gemäß a) hergestellte Polyarylenpolyäther mit einer reduzierten Viskosität von 0,50 wurde in Chloroform gelöst. Das Polymerisat ist auch in anderen Lösungsmitteln, wie Monochlorbenzol, Methylenchlorid, Dioxan, Cyclohexanon usw, löslich. Dann wurde das Polymerisat aus der Lösung auf eine 0,006 mm dicke Aluminiumfolie von 2,5 cm Breite gegossen und die überzogene Folie in Streifen von 120 cm Länge geschnitten. Der Polymerisatüberzug war 5 μπι dick und von Hohlräumen frei. Zwei Streifen der überzogenen Folie wurden zu einer Rolle mit einer Versetzung von 2,5 mm gewickelt, damit sich die überzogenen Folien getrennt gegen jedes Ende der Rolle hin ausdehnen

609 512A6T

können. Die Kondensatoren wurden auf einer Wickelvorrichtung mit manuell getriebenem Dorn aufgespult Es wurden 60 Spulen mit einem Durchmesser von 8 mm hergestellt. An jede Folie wurden Drahtanschlüsse angebracht, die sich von Ende der Rolle erstreckten. Die Rollen mit den festgemachten Anschlüssen wurden in eine Metallmanschette mit einem etwas größeren Durchmesser als die Rolle gegeben. Es wurden Verbindungen zwischen Glas und Metall am Ende der Metallmanschette angebracht In diesem Beispiel ist der ι ο Polyarylenpolyäther integrierend an nur einer der benachbarten leitenden Metallschichten gebunden.

Die hergestellten Kondensatoren hatten eine durchschnittliche nominale Kapazität von 0,1079 μΡ. Der durchschnittliche Temperaturkoeffizient der Kapazität« ausgedrückt in ppM/°C für die Kondensatoren betrug 195 bei -55°C, 60 bei 85°C, 35 bei 150⁰C und 100 bei 170⁰C. Weiterhin wurde die durchschnittliche Kapazität über einen Bereich von —50 bis 175⁰C, und zwar bei -50, -30,0,50,80 125,150und 175°C,gemessea Dann wurde die prozentuale Veränderung der Kapazität unter Verwendung der Kapazität bei Zimmertemperatur (23°C) als Norm berechnet Diese Werte wurden wie in Fig. 1 gegen die Temperatur aufgetragen. Zur Erzielung von Vergleichsdaten wurden Rollkondensatoren mit denselben Kapazitätswerten verwendet, die aus Aluminiumfolie derselben Dimensionen und 5 μΐη dicken Filmen von Polyäthylenterephthalat und Bisphenol-A-polycarbonat hergestellt waren. Die Werte der prozentualen Veränderung der Kapazität wurden wie oben erhalten und wie in F i g. 1 gegen die Temperatur aufgetragen. Aus F i g. 1 geht hervor, daß die Kapazität der erfindungsgemäßen Kondensatoren im Vergleich mit den hauptsächlich verwendeten Polyäthylenterephthalatkondensatoren praktisch unveränderlich ist Die Letztgenannten zeigen eine 15%ige Veränderung der Kapazität über den Bereich von —50 bis 120⁰C. Dieses Verhalten ist völlig ungeeignet bei Zwecken, wo der Kondensator einem weiten Bereich von Temperaturen und Frequenzen ausgesetzt wird. Obgleich die Kondensatoren mit Bisphenol-A-polycarbonat bei niedrigeren Temperaturen ähnliche Kapazitätseigenschaften wie die Kondensatoren gemäß der Erfindung zeigen, sind diese Kondensatoren offensichtlich durch eine Arbeitstemperatur von 125° C begrenzt, während die Kondensatoren gemäß der Erfindung ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften bei Temperaturen bis zu 175° C zeigen.

Der durchschnittliche dielektrische Verlust bei Zimmertemperatur der oben hergestellten Kondensatoren betrug 0,098%. Der prozentuale Verlust wurde über den Bereich von —50 bis 175° C gemessen und die erhaltenen Werte wie in F i g. 2 gegen die Temperatur aufgetragea

Ähnliche Werte wurden für die oben beschriebenen Kondensatoren mit Polyalkylenterephthalat und Bisphenol-A-polycarbonat erhalten und wie in F i g. 2 aufgetragen. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Kondensatoren gemäß der Erfindung im Vergleich zu Polyäthylenterephthalat- und Bisphenol-A-polycarbonat-Kondensatoren sehr wenig Veränderung des dielektrischen Verlustes über einen weiten Temperaturbereich zeigen.

Beispiel 2

Der gemäß Beispiel 1 hergestellte Polyarylenpolyätherfilm mit einer Dicke von 0,013 mm wurde zwischen zwei Z5 cm breite Streifen Aluminiumfolie von 120 cm Länge und 0,006 mm Dicke gelegt. Die Folien waren wie im Beispiel 1 um 2,5 mm versetzt. Dann wurden Kondensatoren gerollt, Anschlüsse angebracht und wie im Beispiel 1 ummantelt In diesem Beispiel liegt die dielektrische Schicht des Polyarylenpolyäthers als freier Film vor, der nicht haftend an eine der Metallfolien gebunden ist, sondern durch die Wickelung und Ummantelung auf ihrem Platz gehalten wird. Maximale Arbeitstemperatur, Kapazität und Streueigenschaften waren ähnlich denen der Kondensatoren von Beispiel 1.

In der gleichen Weise wie die im Beispiel 2 hergestellten Wickelkondensatoren können auch Schichtkondensatoren hergestellt werden, in welchen die dielektrische Schicht des Polyarylenpolyäthers in Form eines freien Films vorliegt.

Beispiel 3

Die im Beispiel 1 beschriebenen überzogenen Streifen von Metallfolie wurden mit einem durch Verdampfen abgelagerten Überzug eines leitenden Metalls auf der Polyarylenpolyätherschicht versehen.

Aluminium wurde in Wolframfadenkörben in einem Quarzrohr verdampft, wobei sich das Quarzrohr in einem Kinney-Vakuumverdampfer befand. Das Aluminium wurde auf der überzogenen Metallfolie kondensiert, die sich im Quarzrohr befand. Dann wurden Kondensatoren gerollt, getrennte Anschlüsse an die Metallfolie und an die durch Verdampfen abgelagerte Metallschicht angebracht und wie im Beispiel 1 ummantelt In diesem Beispiel ist der Polyarylenpolyäther integrierend an beide leitenden Metallschichten gebunden. Maximale Arbeitstemperatur, Kapazität und Streueigenschaften waren ähnlich denen der Kondensatoren von Beispiel 1.

Gemäß Beispiel 3 können auch Wickelkondensatoren hergestellt werden, in welchen beide leitenden Metallschichten durch Verdampfen abgelagert sind. In derselben Weise können auch Schichtkondensatoren hergestellt werden, in welchen eine Metallschicht aus einer Folie besteht und die andere durch Verdampfen abgelagert ist oder in welchen beide Metallschichten durch Verdampfen abgelagert sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Kondensator, bestehend aus mindestens zwei elektrisch leitenden Metallschichtten, die durch eine von Hohlräumen freie dielektrische Schicht aus einem festen Kunstharz voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein thermoplastischer Polyarylenpolyäther mit den folgenden wiederkehrenden Einheiten