CH672857A5

CH672857A5 -

Info

Publication number: CH672857A5
Application number: CH2759/87A
Authority: CH
Inventors: Morio Kurasawa
Original assignee: Kurasawa Optical Ind
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1987-07-21
Publication date: 1989-12-29
Also published as: DE3724396A1; GB2193721B; IT8767639A0; DE3724396C2; IT1218666B; GB8717472D0; GB2193721A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Kunstharz, wie es typischerweise für Bauwerke, Fahrzeuge und Flugzeuge sowie für Anwendungen im industriellen und landwirtschaftlichen Bereich verwendet wird, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Allgemein gilt, dass typische Kunstharze bisher als elektrisch isolierende Materialien mit einem spezifischen Durchgangswiderstand in der Grössenordnung vom IO10 Ohm cm verwendet wurden. Derartige Kunstharze der herkömmlichen Art neigen jedoch aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften zu einer elektrostatischen Aufladung. Dies kann zu verschiedenen Problemen führen, so kann beispielsweise Staub von der Oberfläche eines derartigen Kunstharzes elektrostatisch angezogen werden. Ferner können diese Eigenschaften zu einer Zerstörung einer integrierten Schaltung durch Überschlag oder Durchbrennen führen. Des weiteren besteht die Möglichkeit, dass durch eine von der statischen Elektrizität herrührende Funkenentladung eine Explosion verursacht wird.

Ausserdem können elektromagnetische Wellen, die sich durch die Luft fortpflanzen, auf Computer oder andere elektronische Geräte und Anlagen übergreifen. Selbstverständlich ist es notwendig, ein derartiges Übergreifen von unerwünschten Wellen zu verhindern. Solange elektronische Geräte und Anlagen typischerweise aus Metall hergestellt wurden, traten erfahrungsgemäss keine Störungen aufgrund des Übergreifens von elektromagnetischen Wellen auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Metalle im allgemeinen eine gute Abschirmwirkung in bezug auf elektromagnetische Wellen aufweisen. Die Entwicklung von integrierten Schaltkreisen und mehrschichtigen gedruckten Schaltungen und deren Bauteilen hat jedoch die Forderung entstehen lassen, bei der Entwicklung elektronischer Einrichtungen weiterführende Anstrengungen in bezug auf Kompaktheit, Leichtigkeit und Eignung für eine Serienfertigung zu unternehmen. Um derartigen Forderungen gerecht zu werden, wurden bestimmte Arten von Kunstharzen für die Gehäuse derartiger elektronischer Einrichtungen verwendet, woraus das Auftreten zahlreicher Probleme aufgrund des Übergreifens elektromagnetischer Wellen resultieren kann.

Aus diesem Grunde entstand eine steigende Nachfrage nach Kunstharzen mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit, annehmbaren Eigenschaften in bezug auf die Verhütung einer elektrostatischen Aufladung und die Fähigkeit, elektronische Einrichtungen vor dem Übergreifen elektromagnetischer Wellen und deren Folgeerscheinungen, wie Rauschen, zu schützen. Im allgemeinen zeichnen sich Kunstharze durch Korrosionsbeständigkeit, Leichtigkeit, Durchsichtigkeit, gute Formbarkeit und andere Charakteristika, die mit metallischen Materialien nicht erreicht werden können, aus. In zahlreichen industriellen Bereichen besteht eine starke Nachfrage nach der Entwicklung eines Kunstharzes, welches sowohl die oben beschriebenen Eigenschaften als auch eine elektrische Leitfähigkeit, die derjenigen von Metallen annähernd gleichwertig ist, aufweist.

Bisher waren zwei Arten elektrisch leitender Kunstharze bekannt. Die eine Art wird durch Hochpolymere gebildet, die selbst eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die andere Art wird durch Hochpolymere gebildet, denen feinverteiltes Metall oder Kohlenstoff beigemischt ist und die eine elektrisch leitende Beschichtung aufweisen. Für die Erzeugung elektrisch leitender Überzüge mit dem Ziel, dem Kunstharz eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, kommen verschiedene Verfahren in Betracht, wie Flammspritzen eines Zinküberzuges, Bildung eines Metallfilmes durch Galvanisation oder Niederschlagen einer Metallfolie.

Die derzeit zur Anwendung kommenden Arbeitsverfahren haben jedoch dem Versuch, der ersten der beiden bekannten Arten, d.h. einem elektrisch leitenden Kunstharz, welches aus Hochpolymeren, die selbst eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, gebildet ist, ein ausreichendes Mass an elektrischer Leitfähigkeit zu verleihen, nicht zum Erfolg geführt.

Die zweite Art elektrisch leitender Kunstharze wird erhalten, indem man Metalle, wie Silber, Kupfer oder Aluminium, einer besonderen Behandlung unterwirft, das so erhaltene Metall zu Pulver oder Flocken zerkleinert und das zerkleinerte, in Form von Pulver oder Flocken vorliegende Metall mit Vinylchlorid, Polyäthylen oder ähnlichen Kunstharzbildnern vermischt und darin verteilt. Im Falle eines derart hergestellten elektrisch leitenden Kunstharzes liegt der zu erzielende spezifische Durchgangswiderstand im besten Fall in der Grössenordnung vom 10° bis 10~6 Ohm cm.

Um die auf diese Weise erzeugte elektrische Leifähigkeit zu verbessern, ist es notwendig, dem Polymer eine riesige Menge leitfähigen Materials beizumischen und darin zu verteilen, um einen engen Kontakt zwischen den Teilchen des leitfähigen Materials zu erzielen. Diese Art der Behandlung führt jedoch zur Aufhebung der einem Kunstharz eigenen oben erwähnten Charakteristika und führt so zu einer Verschlechterung der Formbarkeit und der mechanischen Festigkeit des Kunstharzes. Ein weiteres Problem besteht darin, dass es nicht möglich ist, eine gleichmässige elektrische Leitfähigkeit zu erzielen, wobei das Ausmass dieses Problems vom Verformungsverhältnis abhängt.

Die im vorhergehenden erwähnte elektrisch leitende Beschichtung wird ausserdem beispielsweise durch Dispergieren feiner Teilchen aus Nickel, Silber oder Kupfer (Durchmesser 2 bis 3 um) in einem Harzbinder hergestellt. Die Herstellung elektrisch leitender Kunstharze mit einer derartigen elektrisch leitenden Beschichtung ist mit einem verhältnismässig geringen Aufwand in bezug auf Produktionsmittel, Arbeitsaufwand und Kosten verbunden. Darüberhinaus ist eine derartige elektrisch leitende Beschichtung vorteilhaft, da sie keine Vorbehandlung erfordert, einer natürlichen Trocknung unterworfen werden kann und auch auf Bauteile mit verhältnismässig komplizierter Ausgestaltung anwendbar ist. Demzufolge wird die im vorhergehenden beschriebene elektrisch leitende Beschichtung derzeit in einer Vielzahl von Bereichen angewendet. Nachteilig wirkt es-sich im allgemeinen jedoch aus, dass elektrisch leitende Überzüge im Laufe der Zeit abblättern oder eine Rissbildung zeigen

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können, welche dazu führt, dass die Abschirmwirkung in bezug auf das Übergreifen elektromagnetischer Wellen geschwächt werden kann. Ausserdem eignet sich dieses Verfahren nicht für die Serienfertigung, da für die Trocknung eine bestimmte Zeitspanne erforderlich ist. Dies führt zu der Schwierigkeit, dass die Produktion einen beträchtlichen Anteil an Handarbeit ein-schliesst.

Das im vorhergehenden beschriebene elektrisch leitende Kunstharz, das seine Leitfähigkeit einem durch Flammspritzen aufgetragenen Zinküberzug verdankt, ist hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften als vorteilhaft zu bezeichnen, jedoch erfordert seine Herstellung die Behandlung bei hohen Temperaturen. Dies kann zu der Schwierigkeit führen, dass das aus dem Kunstharz hergestellte Produkt sich verzieht und gewellt wird.

Das im vorhergehende beschriebene elektrisch leitende Kunstharz, welches mit einem durch Galvanisierung oder Niederschlag gebildeten Metallfilm überzögen ist, kann seine Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischen Wellen aufgrund des Abblätterns oder der Bildung von Rissen innerhalb der elektrisch leitenden Beschichtung verlieren. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass eine Serienfertigung nur schwer durchführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisch leitendes Kunstharz zu schaffen, welches eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die ausreicht, um das Auftreten von elektrostatischer Aufladung zu verhindern und eine ausreichende Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischen Wellen zu entfalten, ohne dabei die dem die Grundlage bildenden Kunstharz eigenen charakteristischen Eigenschaften zu schädigen und ausserdem seine Widerstandsfähigkeit zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss mittels eines elektrisch leitenden Kunstharzes, wie in Patentanspruch 1 definiert, gelöst.

Als Niob enthaltende Substanzen kommen Niobmetall, Nioblegierungen, Niobverbindungen oder deren Gemische in Betracht.

Die elektrisch leitenden Kunstharze werden mit Hilfe des in Patentanspruch 6 definierten Verfahrens erhalten.

Mit Hilfe der Erfindung werden die nachfolgend aufgeführten Vorteile erreicht.

Das Vermischen der Niob enthaltenden Substanz oder Substanzen mit einem das Kunstharz bildenden polymeren Material in der Schmelzphase bewirkt eine dichte molekulare Anordnung des die Grundlage bildenden Materials und unterstützt so die Elektronenaktivität, wodurch dem Kunstharz eine elektrische Leitfähigkeit verliehen wird. Ausserdem erzeugt jede der genannten Niob enthaltenden Substanzen, wie Niobmetall, niob-haltige Legierungen oder Niob-(III)- und Niob-(V)-Verbindun-gen, auch in geringen Mengen eine merkliche Wirkung in bezug auf das elektrische Leitvermögen des Kunstharzes. Es ist so möglich, Kunstharze mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit zu erhalten, ohne dass dabei die verschiedenen, dem Kunstharz eigenen Charakteristika beeinträchtigt werden. Darüberhinaus wird durch das Beimischen der Niob enthaltenden Substanzen zu dem entsprechenden, d.h. die Basis des elektrisch leitenden Kunstharzes darstellenden, Kunstharz in der Schmelzphase eine Zerstörung des Kunstharzes im Laufe der Alterung verhindert.

Die Kunstharze, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung einzusetzen sind, können aus jeglicher Art von Materialien mit hochpolymerer Struktur zusammengesetzt sein. Derartige Materialien werde bevorzugt aus den nachstehend aufgeführten Materialien ausgewählt. Hierzu zählen: Polykondensationsproduk-te, einschliesslich Polyamida und Polyester; Polyadditionspro-dukte einschliesslich Polyurethane; Ringöffnungspolymere einschliesslich Polyamide; hochpolymere Materialien, welche die nachfolgend aufgeführten Polymere einschliessen, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylnitril (Acrylharz), Polyvinylal-kohol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyfluorethy-len und Polystyrol; Copolymerisate, wie Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere, Styrol-Acrylnitril-Polymere (Acryl-nitril-Styrolharze) und ACS-Kunststoffe; Vinylacetatharze; Po-lyvinylpolymere, wie Polyvinylalkohol, Polyvinylformat, Poly-vinylacetoacetal, Polyvinylbutyral und andere Kunstharze, welche Polyvinylalkohol oder Polyvinyläther einschliessen; Kunstharze auf der Basis von Cellulose, wie Celluloseester (Acetylcel-lulose), Nitrocellulose, Acetylbutylcellulose, Celluloseäther (Methylcellulose, Äthylcellulose); technische Plaste, wie Polyamidverbindungen, Polyacetale; Polycarbonate, wärmehärtbare Polyester zur Herstellung von Pressstoffen, Polyphenylenoxyd, Norylharz und Polysulfone; Fluorharze, wie Polytetrafluor-äthylen, Polyfluoräthylenpropylen, Polytrifluoräthylenchlorid, Fluorkautschuk, Vinylidenfluoridharz; Silikonharz; natürlicher Kautschuk und dessen Derivate, wie Ebonit, Chlorkautschuk, Hydrochloridkautschuk und Cyclokautschuk; synthetische Kautschuk auf der Basis von Butadien, wie Butadien-Styrol-Co-polymer, Nitrilkautschuk (Butadien-Actylnitril-Copolymer) und Chloroprenkautschuk; synthetische Kautschuke auf der Basis von Olefinen, wie Polyisopren, Butylkautschuk, synthetischer Polysulfidkautschuk, Chlorsulfonsäurepolyester, und andere Arten von synthetischen Kautschuken; wärmehärtbare Harze, wie Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Xylolharz, Dial-lylphthalatharz und ungesättigte Polyester; gesättigte Alkydhar-ze, wie Glyptalharz, Harze vom Glyptaltyp, durch ungesättigten Alkohol denaturiertes Phthalatharz, Isophthalatharz und Terephthalatharz; ferner andere polymere Materialien, wie aliphatische Ester, Ephoxyharze, Anilinharze, Furanharze, Alkyl-benzolharze, Guanaminharze, polyimide, Polybenzimidazole, Polyamidimide, Polydiphenyläther, chlorierte Polyäther, Acryl-nitril-Styrol-Acrylester-Polymer, Harnstoffharze, Polyethylen-oxyde, Polybisdiene und Ionenaustaucherharze.

Die nach der Lehre der Erfindung einzusetzenden Niob enthaltenden Substanzen werden bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, welche aus Niobmetall, Niobcarbid, Niobnitrid, binären Zinn-(IV)-niob-, Germanium-niob-, Silicium-niob-, Alumini-um-niob-Verbindungen, Niobdioxyd, Niobpentoxyd, Lithium-niobat, Niobdichlorid, Niobtrichlorid, Niobtetrachlorid, Niob-pentachlorid, Nioboxychlorid, Niobdifluorid, Niobtrifluorid, Niobtetrafluorid, Nioboxyfluorid, Niobdibromid, Niobtribro-mid, Niobtetrabromid, Niobpentabromid, Nioboxypromid, Niobdijodid, Niobtrijodid, Niobtetrajodid, Niobpentajodid, Nioboxyjodid, Niobalkoxyd (Niobäthoxyd) und entsprechenden Verbindungen besteht.

Eines der im vorhergehenden erwähnten harzbildenden polymeren Materialien wird in der Schmelzphase mit wenigstens einer der oben erwähnten Niob enthaltenden Substanzen vermischt, wobei das ausgewählte Material die letztgenannten Substanzen in einer Menge von 0,5 bis 25 Gew.-% enthält, wodurch ein gewünschtes elektrisch leitendes Kunstharz erhalten wird.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand konkreter Beispiele für die eingesetzten Mischungsverhältnisse und die damit zu erzielenden Ergebnisse aufgeführt.

Beispielhaft wird ein aus Vinylchlorid und Niobpentachlorid zusammengesetztes Kunstharz als elektrisch leitendes Material beschrieben.

TABELLE

Vinyl

Niobpenta-

Spezifischer Durch

chlorid chloride gangswiderstand

Beispiel 1

99,5

0,5

10~6 Ohm cm

Beispiel 2

99,0

1,0

IO-6 Ohm cm

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TABELLE (Fortsetzung)

Vinyl

Niobpenta-

Spezifischer Durch

chlorid chloride gangswiderstand

Beispiel 3

98,5

1,5

10~8 Ohm cm

Beispiel 4

98,0

2,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 5

97,5

2,5

IO-10 Ohm cm

Beispiel 6

97,0

3,0

10~10 Ohm cm

Beispiel 7

96,5

3,5

10~10 Ohm cm

Beispiel 8

96,0

4,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 9

95,5

4,5

10~10 Ohm cm

Beispiel 10

95,0

5,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 11

94,5

5,5

IO-10 Ohm cm

Beispiel 12

94,0

6,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 13

93,5

6,5

IO-10 Ohm cm

Beispiel 14

93,0

7,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 15

92,5

7,5

IO-10 Ohm cm

Beispiel 16

92,0

8,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 17

91,5

8,5

10~10 Ohm cm

Beispiel 18

91,0

9,0

IO-10 Ohm cm

Beispiel 19

90,5

9,5

10~10 Ohm cm

Beispiel 20

90,0

10,5

10~10 Ohm cm

Wie aus diesen Beispielen ersichtlich ist, zeigen die erfin-dungsgemässen Kunstharze eine elektrische Leitfähigkeit, die einen Wert aufweist, der dreimal so hoch ist wie derjenige von herkömmlichen elektrisch leitenden Kunstharzen. Dementsprechend ist es möglich, eine elektrostatische Aufladung wirksam zu verhüten, wodurch eine einwandfreie Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischen Wellen erreicht wird. Die FCC-Regeln in den Vereinigten Staaten von Amerika sehen vor, dass der Wert des Durchgangswiderstandes wenigstens IO-3 Ohm cm betragen soll, um eine befriedigende Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischen Wellen sicherzustellen. Durch die vorliegende Erfindung gelingt es, dieser Forderung vollumfänglich Genüge zu leisten. Darüberhinaus ist es, wenn Niobpen-tachlorid mit dem Kunstharz vermischt wird, möglich, dass Auftreten schädlicher Einflüsse, welche zu einer Schädigung der dem Kunstharz eigenen Charakteristika führen können, zu verhüten. Vielmehr wurde gefunden, dass Hitzebeständigkeit und Verschleissfestigkeit um 15 bis 20 % verbessert werden können.

In dem vorgenannten Beispiel ist Niobpentachlorid mit Vi-nylchlorid in der Schmelzphase vermischt worden, derart, dass der Anteil des Niobpentachlorids 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, beträgt. Es ist jedoch zu erwähnen, dass eine gleichwertige Wirkung hinsichtlich der Erzielung der elektrischen Leitfähigkeit auch dann erreicht werden kann, wenn das Niobpentachlorid dem Vinylchlorid in einer Menge beigemischt wird, die oberhalb des oben angegebenen Bereiches liegt. Überschreitet jedoch die Menge des Niobpentachlorids die Grenze von 25 Gew.%, so wird die Wirkung in bezug auf die zu erzielende elektrische Leitfähigkeit nicht verbessert. Hinzu kommt, dass in diesem Fall die Produktionskosten steigen.

Es wurden zusätzliche Untersuchungen durchgeführt, wobei anstelle von Vinylchlorid andere Kunstharze und anstelle von Niobpentachlorid andere Niob enthaltende Substanzen verwendet wurden. Dabei wurden die gleichen Resultate, wie im vorhergehenden beschrieben, erreicht. So wurde gefunden, dass ein ausreichend hoher Wert der elektrischen Leitfähigkeit realisiert werden konnte. Es wurde ausserdem gefunden, dass die gleichen Leitfähigkeitswerte erhalten werden konnten, wenn anstelle einer Niob enthaltenden Substanz mehrere derartige Substanzen eingesetzt wurden. Vorzugsweise wird deshalb wenigstens eine Art der Niob enthaltenden Substanzen einem Kunstharz beigemischt, und zwar in einer Menge von 0,5 bis 25 Gew.-%. Wie im vorhergehenden beschrieben, wird entsprechend der Lehre der Erfindung ein Kunstharz mit wenigstens einer Niob enthaltenden Substanz, wie Niobmetall oder eine der im vorhergehenden aufgeführten Verbindungen, in der Schmelzphase derart vermischt, dass das Kunstharz die Niob enthaltende Substanz in einer Menge von 0,5 bis 25 Gew.-% aufweist. Dementsprechend ist es möglich, die elektrische Leitfähigkeit des Kunstharzes zu verbessern, um das Auftreten von elektrostatischen Aufladungen zu verhindern und dadurch eine befriedigende Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischen Wellen zu realisieren, ohne die dem das Grundmaterial bildenden Kunstharz eigenen Charakteristika zu beeinträchtigen. Darüberhinaus können Hitzebeständigkeit und Verschleissfestigkeit sowie die Lebensdauer verbessert werden, wodurch eine Zerstörung im Verlaufe der Alterung verhütet wird. Schliesslich können die erfindungsgemässen elektrisch leitenden Kunstharze im Vergleich zu den zum Stande der Technik gehörenden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. So können sie beispielsweise im Fahrzeugbau, im Flugzeugbau, in der Raumfahrttechnik, in der Fischerei, im Schiffsbau, für elektronische Anlagen, elektronische Bauteile, Kameras, Bauwerke, Möbel, Haushaltsgeräte, Brillenfassungen, Kameralinsen, Befestigungen und dergleichen eingesetzt werden.

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Claims

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1. Elektrisch leitendes Kunstharz mit einem Gehalt an mindestens einer Niob enthaltenden Substanz in einer Menge von 0,5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, in homogener Verteilung.

2. Elektrisch leitendes Kunstharz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niob enthaltende Substanz Niobmetall ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Elektrisch leitendes Kunstharz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niob enthaltende Substanz eine Niob-legierung ist.

4. Elektrisch leitendes Kunstharz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niob enthaltende Substanz eine Niob-verbindung ist.

5. Elektrisch leitendes Kunstharz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gemisch aus zwei oder mehreren Niob enthaltenden Substanzen enthält.

6. Verfahren zur Herstellung des elektrisch leitenden Kunstharzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ein entsprechendes Kunstharz in der Schmelzphase mit mindestens einer Niob enthaltenden Substanz vermischt und für eine homogene Verteilung der Niob enthaltenden Substanz sorgt, wobei die Zugabemenge der Niob enthaltenden Substanz 0,5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, beträgt.

7. Elektrisch leitendes Kunstharz, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 6.