AT119U1 - Verfahren zur herstellung von kleberfreien flachbandleitern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Flachbandieitern,bei dem metallische Leiter zwischen Bahnen aus Thermoplasten mit hoher Thermostabilität heiß verpreßt werden.

Flachbandleiter können beispielsweise zur Verbindung von elektrischen Bauteilen, als Steuersignal- oder Energietransportieitungen oder als flexible Heizelemente eingesetzt werden. Sie bestehen aus metallischen Leiterelementen, beispielsweise Metalldrähten, Litzendrähten oder Flachdrähten, die mit Hilfe von Klebern zwischen orientierten Polyethylenter-ephthalatfolien eingesiegelt sind. Der Nachteil dieser Fiachbandleiter liegt einerseits in der relativ geringen thermischen Belastbarkeit der Po-lyethylenterephthalatfolien, sowie andererseits in der Anwesenheit der zusätzlichen Klebeschicht, die eine zusätzliche Schwachstelle darstellt. Der wesentliche Nachteil der Kleber liegt vor allem in ihrer geringen thermischen Belastbarkeit, ihrer geringen Alterungsbeständigkeit und ihrer Sprödigkeit. Dadurch besitzen die bekannten Flachbandleiter eine nur geringe Flexibilität, die insbesondere bei der Verbindung von bewegten Teilen von Nachteil ist. Die Herstellung von kleberfreien Flachbandieitern ist nur in aufwendigen Verfahren möglich.

Die Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes und einfaches Verfahren zur Herstellung von flexiblen Flachbandleitern, mit vor allem höherer Dauergebrauchstemperatur bereitzusteiien.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch gemeinsames Heißpressen von Folien mit hoher Thermostabilität mit metallischen Leitern zu Flachbandieitern ohne Verwendung zusätzlicher Kleber.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von kleberfreien Flachbandieitern bestehend im wesentlichen aus metallischen Leitern, die innerhalb von Thermoplasten mit hoher Thermostabilität eingebettet sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß metallische Rundleiter oder Flachleiter zwischen Bahnen aus Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid eingebracht und bei Temperaturen oberhalb des Schmelz- 2 AT 000 119 Ul

Punktes (Tm) verpreßt werden, bzw. zwischen Bahnen aus Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen eingebracht und bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) verpreßt werden, wobei auch Bahnen aus Gemischen dieser Thermoplaste eingesetzt werden können.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Flachbandleiter liegt darin, daß sie nur aus den zu verbindenden Bauteilen bestehen und keine artfremden Materialien zum Verkleben der einzelnen Bestandteile notwendig sind. Die erfindungsgemäßen Flachbandleiter zeichnen sich vor allem durch gute thermische Belastbarkeit, lange Lebensdauer und hohe Flexibilität aus.

Amorphe Thermoplaste, wie z. B. Poiyetherimide, Polyethersulfone oder Polysuifone können bei Temperaturen über ihrer Tg thermoplastisch verarbeitet werden. Teilkristalline Thermoplaste, wie z. B. Polyetherketone oder Polyphenylensulfid, die zusätzlich zur Tg auch einen Tm besitzen, werden bei der thermoplastischen Verarbeitung über Tm erhitzt. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Thermoplaste sind Polyetherketone, Poiyetherimide, Polyethersulfone, Polysuifone oder Polyphenylensulfid. Unter Polyetherketonen sind auch solche zu verstehen, die mehrere Ethergruppen bzw. Ketogruppen in den Monorherbausteinen enthalten, wie z. B. Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherketoketone (PEKK) oder Polyetheretherketoketone (PEEKK). Die Thermoplaste sind kommerziell erhältlich, beispielsweise Polyetherketone (PEK) als Ultrapek^) (BASF), PEEK als VictrexW (ICI), PEKK als Arotone(R) (Du Pont), PEEKK als Hostatec(R) (Hoechst), Poiyetherimide (PEI) als Ultem^R) (General Electric), Polyethersulfone (PESU) als Uitrason E(R) (BASF), Polysuifone j[PSU) als Ul-trason S(R) (BASF) oder Ude|(R) (Amoco) und Polyphenylensulfid (PPS) als Fortron(R) (Hoechst) oder RytonW (Phillips). Polyetherketone, PEI oder PPS sind beispielsweise in der DE-OS 39 31 649 oder US 4,996,287 beschrieben. Die Herstellung von Folien, Platten oder Bändern aus den Thermoplasten gelingt nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Aufschmelzen der Granulate in einem Extruder, Extrusion durch eine Düse und anschließendes Abkühlen der Schmelze im Wasserbad oder auf einer Gießwalze. Die Folien sind auch kommerziell erhältlich, beispielsweise als Litrex(R) bei PCD Polymere. 3 AT 000 119 Ul

Tabelle 1: Glasübergangstemperaturen (Tg) und

Schmelzpunkte (Tm) der Thermoplaste (°C)

Tg Tm PEK 170 380 PEEK 143 334 PEKK 156 325 PEEKK 160 365 PPS 85 280 PEI 215 - PESU 230 - PSU 190 -

Als metallische Leiter, die zwischen den Thermoplastschichten eingebettet zu liegen kommen, können alle Metallschichtteile, die den elektrischen Strom leiten, verwendet werden. Die elektrische Leitfähigkeit dieser metallischen Leiter liegt entsprechend ihrer Verwendung üblicherweise bei etwa 1,8 bis 63 m/ohm x mm2. Als Metalle kommen alle üblichen Leiter-bzw. Widerstandsmetalle, wie z. B. Kupfer, Silber, Eisen, Nickel, Aluminium bzw. Legierungen dieser Metalle unter sich oder mit z. B. Tantal, Konstantan in Frage. Als metallische Leiter können beispielsweise Rundleiter, die z. B. aus einzelnen Drähten oder aus Litzen bestehen, Flachleiter, z. B. in Form von Metallbändern, Geweben oder Geflechten, oder gestanzte Folienteile verwendet werden. Die metallischen Leiter können auch oberflächenveredelt sein, beispielsweise mechanisch, z. B. durch Bürsten, Sandstrahlen oder galvanisch und/oder chemisch, z. B. durch Aüfbringen einer zusätzlichen Metallschicht, beispielsweise einer Zinnschicht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachbandleiter erfolgt durch Verpressen von metallischen Leitern zwischen Bahnen, wie z. B. Folien, Platten oder Bändern aus amorphen Thermoplasten, wie z. B. Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen, bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur, oder aus teilkristallinen Thermoplasten, wie z. B. Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid, oberhalb des Schmelzpunktes und anschließendes Abkühlen der erhaltenen Verbünde. Es sind Preßtemperaturen bis knapp unter die Zersetzungstemperatur des 4 AT 000 119 Ul jeweiligen Thermoplasten möglich. Bevorzugt liegt die Preßtemperatur für amorphe Thermoplaste bei etwa (Tg + 30)°C bis etwa (Tg + 130)°C bzw. für teilkristalline Thermoplaste bei etwa (Tm+20)0 bis etwa (Tm + 100)°C. Der Preßdruck liegt üblicherweise bei etwa 1 bis 40 bar. Dabei können beispielsweise die metallischen Leiter zwischen 2 Folien eingelegt und der Verbund anschließend auf einer Presse bei den jeweiligen über Tg bzw. über Tm liegenden Temperaturen verpreßt werden. Dabei ist es besonders überraschend, daß die Dimensionsstabilität der verwendeten Folien trotz der hohen Temperatur beim Preßvorgang erhalten bleibt und kein Schrumpfen auftritt. Die erhaltenen Flachbandleiter stellen fest haftende Verbünde dar und zeigen auch bei höheren Temperaturen ausgezeichnete elektrische Isolierung.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachbandleiter kann sowohl auf stationären Pressen, wie z. B. Etagenpressen oder Druckautoklaven, als auch auf kontinuierlichen Pressen, wie z. B. Laminatoren, Kalandern oder Doppelbandpressen erfolgen. Im Falle der Verwendung von kontinuierlichen Pressen ist es auch möglich, frisch extrudierte, noch im thermoplastischen Zustand über Tg bzw. Tm befindliche Folien gemeinsam mit den metallischen Leitern in die Presse einlaufen zu lassen. 5 AT 000 119 Ul

In den Beispielen wurden folgende Folien fazw. Flachdrähte miteinander verpreßt. PEI-Folie,.... Polyetherimidfoiie, Litrex^h, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm PSU-Folie,.... Polysulfonfolie, Litrex^U, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm PESU-Folie,... Poiyethersulfonfolie, Litrex^S, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm PEEK-Folie,... Polyetheretherketonfolie, Litrex^ TK, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm

Kupfer-Flachdraht, AWG 26 (Fa. Pfaff Präzision, BRD) Dicke: 0,076 mm, Breite 1,57 mm * 6 AT 000 119 Ul

Beispiel 1:

Auf einem Hochtemperaturlaminator (Fa. Anger, BRD), der mit einer beheizten Teflon walze und einer beheizten Gummi walze bestückt war, wurden kontinuierlich 5 Kupferflachdrähte (Dicke 0,076 mm, Breite 1,57 mm) und oberhalb und unterhalb je eine PEI-Folie (Dicke 0,1 mm, Breite 100 mm) derart miteinander verpreßt, daß die 5 Kupferdrähte in einem Abstand von je 2,5 mm zueinander in der Mitte zwischen den beiden PEl-Folien zu liegen kamen. Die Walzentemperatur lag bei 250°C, der Walzendruck bei 30 bar, die Bahngeschwindigkeit bei 1,4 m/min. Der erhaltene Flachbandleiter weist eine hohe Flexibilität sowie eine gute Haftung auf.

Beispiel 2:

Auf einer Doppelbandpresse mit einer Prozeßlänge von 4 m und einer Prozeßbreite von 550 mm (Fa. Held, BRD) wurden 5 Kupferflachdrähte jeweils zwischen 2 Folien aus PESU bzw. PSU bzw. PEEK, analog zu der Anordnung gemäß Beispiel 1, kontinuierlich zu Flachbandleitem verpreßt. Die Bahngeschwindigkeit v (m/min), der Druck p (bar) und der Temperatur-veriauf (°C) im Einlaufbereich (TI), auf der ersten Heizplatte (T2), auf der anschließenden Temperierplatte (T3) und auf der letzen Temperierplatte (T4) der Doppelbandpresse sind in Tabelle 2 zusammengestellt:

Tabelle 2: Fahrweise der Dopoelbanripresse (m/min) T1(°C) T2(°C) T3(°C) T4(°C) P (bar) v PESU 150 320 200 180 15 0,7 PSU 150 250 180 140 15 1 PEEK 170 400 200 180 10 0,7

Die erhaltenen Flachbandleiter zeigen eine hohe Flexibilität sowie gute Haftung. 7

Claims (3)

1. AT 000 119 Ul Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von kleberfreien Flachbandleitern bestehend im wesentlichen aus metallischen Leitern, die innerhalb von Thermoplasten mit hoher Thermostabilität eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß metallische Rundleiter oder Flachleiter zwischen Bahnen aus Polyetherketohen oder Polyphenylensulfid eingebracht und bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes (Tm) verpreßt werden, bzw. zwischen Bahnen aus Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen eingebracht und bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) verpreßt werden, wobei auch Bahnen aus Gemischen dieser Thermoplaste eingesetzt werden können.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Rachbandleitern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßtemperatur bei Verwendung von Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen bei (Tg + 30) °C bis (Tg + 130)°C und bei Verwendung von Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid bei (Tm + 20) °C bis (Tm + 100)°C liegt.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Flachbandleitern gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastbahnen und metallischen Leiter kontinuierlich auf einer Doppelbandpresse oder einem Laminator verpreßt werden. \