DD278990A1 - HEADQUARTERED TEXTILE FLUORESCREEN OF GLASSWARE ELEMENTARY FAIRS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein leitfaehiges textiles Flaechengebilde aus Glasseidenelementarfaeden, welches zur Herstellung von leitfaehigen Plastverbundwerkstoffen, vorzugsweise Duroplastverbunden geeignet ist. Die Herstellung des Plastverbundwerkstoffes erfolgt insbesondere im Handauflegeverfahren - SMC - und Wickelverfahren. Leitfaehige Duroplastverbunde werden fuer Abschirmungszwecke, in der Schiffahrtsindustrie, zur Erzeugung von Radarechos an Seenotrettungseinrichtungen und im Behaelter- und Gehaeusebau zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen sowie elektromagnetischer Abschirmung angewandt. Die nach der Spinnschmelzmetallisierung hergestellten, mit modifizierten Schlichtesystemen versehenen aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfaeden werden auf eine Faserlaenge von 25 bis 100 mm geschnitten und mit einem chemischen Bindemittel verfestigt. Entsprechend der beabsichtigten Applikation werden die Parameter Faserdichte und Faserlaenge variiert. Die Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden muss 3 mm sein, da eine Schirmwirkung fuer eingestrahlte elektromagnetische Wellen im Mega- bis Gigahertzbereich nur bei einer Eindringtiefe im Mikrometerbereich gegeben ist.The invention relates to a leitfaehiges textile Flaechengebilde of Glasseidenelementarfaeden, which is suitable for the production of leitfaehigen Plastverbundwerkstoffen, preferably Duroplastverbunden. The production of the plastic composite material is carried out in particular in the manual laying process - SMC - and winding process. Conductive thermoset composites are used for shielding purposes, in the shipping industry, for generating radar echoes at lifesaving facilities and in container and housing construction for dissipation of electrostatic charges and electromagnetic shielding. The aluminum-coated glass fiber elemental filaments produced after the spin melt metallization and provided with modified sizing systems are cut to a fiber length of 25 to 100 mm and solidified with a chemical binder. According to the intended application, the parameters fiber density and fiber length are varied. The layer thickness of the aluminum on the filament must be 3 mm, since a shielding effect for irradiated electromagnetic waves in the mega- to gigahertz range is given only at a penetration depth in the micrometer range.
Description
Die Erfindung betrifft ein leitfahiges textiles Flachengebilde aus Glasseidenelementarfäden, welches zur Herstellung von leitfähigen Plast-Verbundwerkstoffen, vorzugsweise von leitfahigen Duroplastverbunden, insbesondere im Handauflegeverfahren - SMC - und Wickelverfahren geeignet ist Leitfähige Duroplastverbunde werden eingesetzt furThe invention relates to a conductive textile sheet of glass fiber element filaments, which is suitable for the production of conductive plastic composites, preferably conductive Duroplastverbunden, especially in the hand lay - SMC - and winding process is suitable for thermoset composites
- die elektrische, magnetische und elektromagnetische Abschirmung von Bauelementen in elektronischen Geraten und- the electrical, magnetic and electromagnetic shielding of components in electronic devices and
- die elektromagnetische Abschirmung elektronischer Gerate, Räume und Gebäude.- the electromagnetic shielding of electronic devices, rooms and buildings.
Ihr Einsatz erfolgt weiterhin in der Schiffahrtindustrie u.a. zur Erzeugung von Radarechos an Seenotrettungseinrichtungen Zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen werden leitfahige Duroplastverbunde auch im Behalterbau angewandt. Leitfahige textile Flachengebilde aus Glasseidenelementarfaden werden zur Verhinderung elektrostatischer Aufladungen in Fußbodenbelage eingebracht.Their use continues to be in the shipping industry u.a. for generating radar echoes at sea rescue facilities For the dissipation of electrostatic charges, conductive thermoset composites are also used in container construction. Conductive textile sheet structures made of glass fiber filaments are introduced into floor covering to prevent electrostatic charges.
Das Ziel, polymere Werkstoffe in immer neuen technischen Bereichen zu verwenden, führte dazu, daß sich die Polymerforschung mit der Entwicklung und Erprobung von sogenannten „leitfahigen Plasten" befaßt Grundsatzlich unterscheidet man drei Möglichkeiten ihrer HerstellungThe goal of using polymeric materials in ever new technical areas has led polymer research to develop and test so-called "conductive plastics." In principle, there are three ways of making them
1 Aufbringen leitfahiger Oberflachenschichten1 application of conductive surface layers
2 Herstellung intrinsich leitfahiger Kunststoffe2 Production of intrinsically conductive plastics
3 Einarbeitung leitfahiger Zusatzstoffe in die Polymermatrix3 incorporation of conductive additives into the polymer matrix
Als Technologien zum Aufbringen von leitfahigen Oberflachenschichten, sind Aufdampfen, Kathodenzerstäubung (Sputtern), Spritzgalvanisieren, Flammspritzen, Anwendung metallischer Anstrichstoffe, Aufbringen von Metallfolien, Metallbandern unci metallisierten textlien Flachengebilden bekannt, ζ B DE-OS 3017204, DE-PS 3045790.As technologies for applying conductive surface layers, vapor deposition, sputtering, spray galvanizing, flame spraying, application of metallic paints, application of metal foils, metal strips and metallized flat textiles are known, B DE-OS 3017204, DE-PS 3045790.
Der gemeinsame Nachteil dieser Technologien ist, daß sie überwiegend ausrustungs- und/oder arbeitszeitintensiv sind Die Gruppe der intrinsich leitfahigen Plaste befindet sich noch in der Entwicklung. Die bisher erreichten Eigenschaften, insbesondere das Langzeitverhalten bei den mechanischen und elektrischen Parametern, schließen eine technische Verwertung vorerst ausThe common disadvantage of these technologies is that they are predominantly equipment and / or labor-intensive The group of intrinsically conductive plastics is still in development. The properties achieved so far, in particular the long-term behavior with regard to the mechanical and electrical parameters, rule out a technical utilization for the time being
Auf dem Gebiet der Plaste mit leitfahigen Zusatzstoffen ist eine Vielzahl von Losungen bekannt und schutzrechtlich gesichert, wie ζ B in JP-PS 58-206640, JP-PS 59-10953J, JP-PS 59-184239, JP-PS 60-26043, JP-PS 60-55053, JP-PS 60-144364 Als leitfahige Zusatzstoffe werden u.a Metallpulver, Metallflocken, Metallfaden, Metallbander, Kohlenstoff-, Graphit- und Stahlfasern, Graphit und leitfahige Rußarten, metallisierte Glasfasern oder Glaskugeln eingesetzt.In the field of plastic with conductive additives, a variety of solutions are known and protected by patent, such as ζ B in JP-PS 58-206640, JP-PS 59-10953J, JP-PS 59-184239, JP-PS 60-26043, JP-PS 60-55053, JP-PS 60-144364 As conductive additives, inter alia, metal powder, metal flakes, metal thread, metal bands, carbon, graphite and steel fibers, graphite and conductive carbon blacks, metallized glass fibers or glass beads are used.
Plaste mit leitfahigem Ruß als Zusatzstoff nehmen gegenwartig den größten Raum ein (DE-OS 3135430). Sie haben jedoch den Nachteil, daß mit ihnen selbst bei hohem Rußgehalt nur Widerstandswerte von 10-100Ω cm und maßige Schirmdamfpungswerte bei gleichzeitiger Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des PlastverbundwerkstoffesPlastic with conductive carbon black as an additive currently occupy the largest space (DE-OS 3135430). However, they have the disadvantage that with them even with high carbon black content only resistance values of 10-100Ω cm and moderate Schirmdamfpungswerte while deteriorating the mechanical properties of the plastic composite
erreichbar sind. Alle Plastverbunde mit leitfahigen Zusatzstoffen, z. B. Metallflocken, Metallpulver, Metallfaden, Graphit, leitfahiger Ruß, Stahlfaser, weisen folgende Nachteile auf:are reachable. All plastic composites with conductive additives, eg. As metal flakes, metal powder, metal thread, graphite, conductive carbon black, steel fiber, have the following disadvantages:
- gute elektrische Eigenschaften sind nur zu Lasten der mechanischen Eigenschaften erreichbar,good electrical properties can only be achieved at the expense of the mechanical properties,
- die Temperaturwechselbestandigkeit der elektrischen Parameter ist ungenügend,the temperature change resistance of the electrical parameters is insufficient,
- bei der Verarbeitung von Ruß und anderen pulverformigen Stoffen sind teilweise erhebliche Aufwendungen zum Gesundheits-, Arbeits- und Brandschutz notwendig.- In the processing of soot and other powdery substances sometimes considerable expenses for health, work and fire protection are necessary.
- das Aussehen wird durch die meisten der Zusatzstoffe negativ beeinflußt,the appearance is adversely affected by most of the additives,
- bei der Verarbeitung mit üblichen Technologien tritt bei den benutzten Anlagen bei Einsatz von Stahlfasern und Metallflocken ein extrem erhöhter Verschleiß auf- When used with conventional technologies occurs in the equipment used with the use of steel fibers and metal flakes on an extremely high wear
Damit gewinnen Zusatzstoffe mit Faserstrukturen zunehmend an Bedeutung, insbesondere metallisierte Glasfasern oder GlasseidenAs a result, additives with fibrous structures are becoming increasingly important, in particular metallized glass fibers or glass fibers
Metallisierte Glasfasern in Form von aluminiumbeschichteten Glasfasern als alleiniger Zusatzstoff fur die Leitfahigkeitsausrustung von Polymeren zu verwenden ist bisher nicht bekannt. US-PS 4566990 beschreibt die Herstellung von synergistischen Mischungen leitfahiger Zusatzstoffe zur Herstellung von Kunststoffen fur die elektromagnetische Abschirmung Dabei kommen neben aluminiumbeschichteten Glasfasern auch Aluminiumflocken und Glasfasern zum Einsatz Die Mischung wird über das Spritzgußverfahren zu einem leitfahigen Thermoplast verarbeitet. EP-PS 0014104 schützt die Herstellung wärmeleitender, elektrisch leitender Prepregs durch Imprägnieren eines Glasseidengewebes, das teilweise aus mit aluminiumbeschtchteten Glasseiden besteht, mit Epoxydharz, UP-Harz, PA oder Polysulfon Als Glasseide wird sogenanntes Hybridgarn eingesetzt Der Nachteil dieses geschützten Erzeugnisses besteht darin, daß zur Herstellung des metallisierten Glasseidengewebes zusätzliche Prozeßstufen eine kostenmäßig ungunstige Beeinflussung bewirken und der Webprozeß problematisch ist, weil der metallisierte Glasseidenfaden ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen den hohen mechanischen Belastungen auf Grund seiner Sprodigkeit und geminderten Festigkeit nicht gewachsen istIt is not yet known to use metallised glass fibers in the form of aluminum-coated glass fibers as the sole additive for the conductivity of polymers. No. 4,566,990 describes the preparation of synergistic mixtures of conductive additives for the production of plastics for electromagnetic shielding. In addition to aluminum-coated glass fibers, aluminum flakes and glass fibers are also used. The mixture is processed by the injection molding process to form a conductive thermoplastic. EP-PS 0014104 protects the production of thermally conductive, electrically conductive prepregs by impregnating a glass silk fabric, which partially consists of aluminum-coated glass fibers, with epoxy resin, UP resin, PA or polysulfone As a glass fiber, so-called hybrid yarn is used The disadvantage of this protected product is that To produce the metallized fiberglass fabric additional process stages cause a costly unfavorable influence and the weaving process is problematic because the metallized fiberglass yarn is not able to cope with the high mechanical stresses due to its sprouting and reduced strength without additional protective measures
Ziel der Erfindung ist es, ein kostengünstiges leitfahiges textiles Flachengebilde aus Glasseidenelementarfaden zu schaffen, welches gewahrleistet, daß im Plast-Verbundwerkstoff die bekannten mechanischen Eigenschaften beibehalten und außerdem ein elektrischer Widerstand in der Größenordnung kleiner 1 χ 108 il cm erreicht wirdThe aim of the invention is to provide a cost-effective conductive textile sheet material made of glass fiber filaments, which ensures that the plastic material known to maintain the known mechanical properties and also an electrical resistance in the order of less than 1 χ 10 8 il cm is achieved
Der vorliegenden Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, aluminiumbeschichtete Glasseidenelementarfaden geschnitten, ungerichtet orientiert, mit einem Bindemittel als textiles Flachengebilde verfestigt, zur Herstellung von leitfahigen Duorplastverbunden zu schaffen.The present invention has the object, aluminum-coated glass filament filaments cut, non-directional oriented, solidified with a binder as a textile sheet, to create the production of conductive Duorplastverbunden.
Erfindungsgemaß besteht das leitfahige textile Flachengebilde aus aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfaden Die fur die Herstellung eines leitfahigen Duroplastverbundes optimale Beschichtung wird mit üblichen Verfahren wahrend des Herstellungsprozesses der aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfaden realisiert, wahrend zur Anwendung gelangende Schhchtesysteme modifiziert sind Der Elementarfadendurchmesser betragt 13-30цт und der Anteil des Aluminiums mindestens 8% der Gesamtmasse des metallisierten ElementarfadensAccording to the invention, the conductive textile flat structure consists of aluminum-coated glass fiber filaments. The optimum coating for the production of a conductive thermoset composite is realized by conventional processes during the production process of the aluminum-coated glass filament filaments, while the used abrasive systems are modified. The filament diameter is 13-30 and the aluminum content is at least 8 % of the total mass of the metallized filament
Die Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden betragt mindestens Зцт, da eine Schirmwirkung fur eingestrahlte elektrische Wellen im Mega- bis Gigaherzbereich nur bei einer Eindringtiefe im Mikrometerbereich gegeben ist Diese aluminiumbeschichteten Elementarfaden werden auf eine Faserlange von 25 bis 100mm geschnitten und mit einem chemischen Bindemittel verfestigtThe layer thickness of the aluminum on the filament amounts to at least ЗЗt, since a shielding effect for irradiated electric waves in the mega to Gigaherzbereich is given only at a penetration depth in the micrometer range These aluminum-coated filament are cut to a fiber length of 25 to 100mm and solidified with a chemical binder
An die aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfaden ergeben sich folgende ForderungenThe aluminum-coated glass filament filaments have the following requirements
1 Die Metallisierung soll eine möglichst große Anzahl der Elementarfaden erfassen1 The metallization should capture the largest possible number of filaments
2 Die Metallschicht darf keine Unterbrechung aufweisen (durchgangige Leitfähigkeit)2 The metal layer must not be interrupted (continuous conductivity)
3 Der Metallfilm soll den Glasfaden nicht vollständig umschließen, damit zumindest ein Teil des bekannten Verstarkungseffektes von Glasfaser-Harz-Verbunden erhalten bleibt3 The metal film should not completely surround the glass thread, so that at least a part of the known strengthening effect of glass-fiber-resin composites is retained
Das erfindungsgemaße Erzeugnis kann durch die Parameter Faserdichte und Faserlange entsprechend der beabsichtigten Applikation variiert werdenThe product according to the invention can be varied by the parameters of fiber density and fiber length according to the intended application
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemaßen Erzeugnisses besteht darin, daß seine Herstellung wesentlich problemloser und kostengünstiger als beispielsweise die Herstellung metallisierter Glasseidengewebe ist Ursachen sind einerseits das Entfallen zusätzlicher Prozeßstufen und andererseits die Tatsache, daß der metallisierte Glasseidenelementarfaden ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen den hohen mechanischen Belastungen im Webprozeß auf Grund seiner Sprodigkeit und geringen Festigkeit nicht gewachsen ist Die kostengünstige Herstellung des erfindungsgemaßen Erzeugnisses ist begründet durch die optimale Metallisierungstechnologie, Spinnschmelzmetallisierung, und das einfach zu handhabende und billige Metall AluminiumThe main advantage of the product according to the invention is that its production is much easier and less expensive than, for example, the production of metallized glass silk fabrics. On the one hand the elimination of additional process stages and on the other hand the fact that the metallized glass silk filaments without additional protective measures the high mechanical loads in the weaving process due Its cost-effective production of the product according to the invention is due to the optimum metallization technology, spun-melt metallization, and the easy-to-use and inexpensive metal aluminum
In Tabelle 1 sind grundsätzlich mögliche Metallisierungstechnologien fur Glasseide in bezug auf den elektrischen Widerstand der Elementarfaden und die spezifischen Herstellungskosten bewertetIn Table 1, possible metallization technologies for glass fibers are fundamentally evaluated with regard to the electrical resistance of the filament and the specific production costs
Tabelle 1: Verfahren zur Herstellung metallisierter GlasfasernTable 1: Process for producing metallised glass fibers
Die Herstellung leitfahiger Duroplastverbunde mit dem erfindungsgemaßen Erzeugnis erfolgt mit den in der Plastverarbeitung üblichen Verfahren, wie Handauflegeverfahren, SMC-Verfahren oder Wickelverfahren Dabei können in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren folgende elektrische und mechanische Kennwerte erhalten werdenThe production of conductive Duroplastverbunde with the product according to the invention is carried out with the usual methods in the plastic processing, such as hand lay-up, SMC process or winding process Here, the following electrical and mechanical characteristics can be obtained depending on the manufacturing process
Tabelle 2 Handauflegeverfahren mit kalt- oder heißhartenden EpoxidharzsystemenTable 2 Hand lay-up procedure with cold or hot curing epoxy resin systems
Tabelle 4 SMC-Verfahren mit UP-Harzsystemen aseranteil 55Ma %Table 4 SMC processes with UP resin systems aseranteil 55Ma%
Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Abhängigkeit der Schirmdampfungseigenschaften von Faseranteil bzw Faserlange sowie dem Durchgangswiderstand Es konnte folgende Korrelation zwischen Durchgangswiderstand und Schirmdampfung ermittelt werdenThe results show a clear dependence of the shielding vapor properties of fiber content or fiber length as well as the volume resistivity. The following correlation between volume resistivity and shielding vapor deposition could be determined
Abb 1 Korrelation zwischen Durchgangswiderstand und Schirmdampfung bei Plast/MGSE-Verbunden SE ІП dBFig 1 Correlation between volume resistance and screen vaporization in Plast / MGSE composites SE ІП dB
Log R in Ьс о cmLog R in Ьс о cm
Dies zeigt, daß mit bekannten Verfahren zur Duroplastmodifizierung Plaste mit genügend niedrigem elektrischen Widerstand und damit hoher Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischer Strahlung im Bereich bis 1000MHz hergestellt werden können Gleichzeitig kann trotz des geringeren Festigkeitsniveaus metallisierter Glasfasern im Vergleich zu herkömmlichen Glasseidenerzeugnissen em mechanischer Verstarkungseffekt nachgewiesen werden Dieser betragt etwa 50% des bei normalen Glasseidenerzeugnissen erreichbaren Effektes, wobei speziell abgestimmte Schlichtesysteme zum Einsatz kommen Diese Kombination von elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Verstärkung kann mit den gebräuchlichen leitfahigen Zusatzstoffen, insbesondere Ruß und Aluminiumflocken nicht erreicht werden Ein weiterer Vorteil der nach о g Verfahren hergestellten Formteile besteht in der relativen Konstanz der elektrischen Parameter gegenüber Temperaturwechselbeanspruchung Bei mit Stahlfasern ausgerüsteten Thermoplasten kommt es nach 5 Temperaturzyklen von 20-800C zu einem Abfall der Durchgangswiderstandswerte um 80% Ähnliche Effekte sind bei anderen metallischen Zusatzstoffen nachweisbar (Pulver, Plattchen) Bei Formteilen mit metallisierter Glasseide traten solche Erscheinungen in weitaus geringerem Umfang erst bei maximalen Zyklustemperaturen von > 1500C auf Der wesentlichste Vorteil leitfahiger Duroplastverbunde auf der Basis des erfindungsgemaßen Flachengebildes ergibt sich aus dem bereits aufgezeigten Vorteil zu diesem selbst, namhch dessen kostengünstige HerstellungThis shows that with known methods for thermoset modification plastic can be produced with sufficiently low electrical resistance and thus high shielding against electromagnetic radiation in the range up to 1000MHz 50% of the effect achievable with normal glass silk products, whereby specially adapted sizing systems are used. This combination of electrical conductivity and mechanical reinforcement can not be achieved with the usual conductive additives, in particular soot and aluminum flakes. Another advantage of the molded parts produced by the method is the relative constancy of electrical parameters against thermal cycling For Thermop loads occur after 5 temperature cycles of 20-80 0 C to a drop in the volume resistivity values by 80% Similar effects are detectable with other metallic additives (powder, platelets) For moldings with metallized glass oxide such phenomena occurred to a much lesser extent only at maximum cycle temperatures of > 150 0 C the most important advantage leitfahiger Duroplastverbunde on the basis of the inventive flat Enge image results from the already identified advantage of this himself, namhch its cost-effective production
Die Erfindung soll nachstehend an 2 Beispielen erläutert werdenThe invention will be explained below with 2 examples
Nach der Erfindung besteht ein leitfahiges textiles Flachengebilde aus Glasseidenelementarfaden mit einer Flachenmasse von 400g/m2 aus Al-beschichteten Glasseidenelementarfaden, wobei bei halbseitiger Al-Ummantelung der Anteil des Aluminiums 20% der Gesamtmasse des metallisierten Elementarfadens und die Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden 8 μηι betragt Der Elementarfadendurchmesser betragt 25μηι und die Faserlange der Elementarfaden 50mmAccording to the invention, a conductive textile sheet consists of glass fiber filaments with a surface mass of 400g / m 2 of Al-coated glass filament filaments, wherein at half-Al coating the proportion of aluminum 20% of the total mass of the metallized filament and the layer thickness of the aluminum on the filament. 8 μηι amount The filament diameter is 25μηι and the fiber length of the filament 50mm
Das leitfahige textile Flachengebilde aus Glasseidenelementarfaden nach Beispiel 1 wird auf die fur die vorgegebene Form geeigneten Abmessungen zugeschnitten, mit einem kalthartenden Epoxidharz des Typs A 19-00 mit Harter Diphenyltnamin DPTA getrankt Es werden nacheinander 4 Lagen des leitfahigen textlien Flachengebildes aus Glasseidenelementarfaden verarbeitet, die bei der Verbundherstellung jeweils im Windel von 90° angeordnet werden, um eine möglichst isotrope Faseranordnung in der Ebene und gleichzeitig ein Maximum der mechanischen Belastbarkeit des Verbundes zu gewährleisten Nachdem das Epoxidharz den Gelzustand erreicht hat, wird der Verbund in einer Hochdruckpresse des Typs LAUFER OPS 10L mit einem Druck von 1,2MPa bei einer Temperatur von 65°C verpreßt Der leitfahige Duroplastverbund weist folgende elektrische Kennwerte auf Durchgangswiderstand 50-100Ω cm Schirmdampfung 30—4OdBThe conductive textile sheet of glass fiber filaments according to Example 1 is cut to the dimensions suitable for the given shape, impregnated with a cold-hardening epoxy resin of type A 19-00 with hard diphenylamine DPTA successively 4 layers of the conductive textile flat fabric of glass fiber filaments are processed The composite production in each case be arranged in the diaper of 90 ° in order to ensure a maximum isotropic fiber arrangement in the plane and at the same time a maximum of the mechanical strength of the composite After the epoxy resin has reached the gel state, the composite in a high-pressure press of the type LAUFER OPS 10L with compressed to a pressure of 1.2 MPa at a temperature of 65 ° C. The conductive Duroplastverbund has the following electrical characteristics on volume resistance 50-100Ω cm shielding 30-4OdB
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