DE10116648A1 - Widerstandspaste sowie Verwendung dieser Widerstandspaste als Widerstandsschicht - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Widerstandspaste sowie die Verwendung dieser Paste als Widerstandsschicht. DOLLAR A Bei bekannten Widerstandsschichten wird die elektrisch leitfähige Komponente aus glasartigen Kohlenstoffen und/oder Graphit und/oder Ruß gebildet, wobei die bindende Komponente ein polymeres Bindemittel ist. Aber auch bei einer guten Bindemittelbenetzung der glasartigen Kohlenstoffpartikel sind bei erhöhten mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Widerstandsschicht die Adhäsionskräfte am Grenzbereich zwischen den glasartigen Kohlenstoffen und den polymeren Bindemitteln nicht immer ausreichend. Es kann dann zum Herauslösen der Kohlenstoffpartikel kommen, was wiederum zur elektrischen Störung der Widerstandsschicht führt. DOLLAR A Hiergegen sieht die vorliegende Lösung vor, eine Form eines Titanats in ein Bindemittel zu geben, wodurch der Kohlenstoff sein inertes Verhalten verliert und sich besser benetzen läßt. DOLLAR A Dieses Titanat kann dabei ein Alkyltitanat, ein Titansäureester oder Tetrabutylorthotitanat sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Widerstandspaste nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein daraus hergestellte Widerstandsschicht.

Bei bekannten Widerstandsschichten wird die elektrisch leitfähige Komponente aus glasarti­ gen Kohlenstoffen und/oder Graphit und/oder Ruß gebildet, wobei die bindende Komponente ein polymeres Bindemittel ist.

Eine gattungsgemäße Widerstandspaste wird in der DE 39 16 921 C1 beschrieben. Daraus ist es bekannt, glasartigen Kohlenstoff in Form feiner Partikel in ein organisches polymeres Bindemittel einzudispergieren und die so erhaltende Siebdruckpaste mittels einer Siebdruck­ vorrichtung auf ein dielektrisches Substrat aufzudrucken. Eine so aufgedruckte Widerstands­ siebdruckpaste wird mittels Wärmeeinwirkung einem Aushärteprozeß unterworfen. Die lei­ tende Komponente dieser Widerstandschicht wird hierbei vorrangig aus partikelförmigen glasartigen Kohlenstoffen gebildet, wobei die bindende Komponente aus organischen Poly­ meren besteht.

Eine weitere gattungsgemäße Widerstandspaste und eine daraus hergestellte Widerstands­ schicht wird in der DE 197 14 561 C1 offenbart. Hierbei wird bei der Herstellung des glasarti­ gen Kohlenstoffs der spezifische Widerstand vorab eingestellt, wobei die elektrische Leitfä­ higkeit der Paste durch die Verwendung dieser gezielt hergestellten Widerstandwerte vor­ gebbar ist. Dadurch kann eine Widerstandschicht geschaffen werden, die bei gleichbleiben­ der Packungsdichte unterschiedliche Widerstandswerte aufweist.

Derartige Widerstandsschichten weisen eine hohe Härte und Abriebfestigkeit auf, welche maßgeblich durch die im polymeren Bindemittelmaterial verankerten Anteil der Partikel des glasartigen Kohlenstoffs bestimmt werden. Insbesondere bei Schleifer- Potentiometern wird häufig eine derart hohe Abriebfestigkeit gewünscht.

Glasartiger Kohlenstoff besitzt eine porenfreie glatte glasähnliche Oberfläche der Mohs- Härte 6. Eine gute Benetzung dieser Partikel mit dem polymeren Bindemittel ist eine der Voraussetzungen, daß die glasglatte, harte und porenfreie Oberfläche der Partikel eine gute Verankerung im polymeren Bindematerial findet. Eine gute Verankerung wiederum ist eine der Voraussetzungen der Schaffung einer kompakten, homogenen abriebfesten und elek­ trisch stabilen Widerstandsschicht, die eine Schleiferzitterbewegung mit beispielsweise 40 Hz und 10.10⁶ Bewegungen elektrisch unbeschadet aushält.

Zur Anhebung der elektrischen Mikrolinearität der zu erzeugenden Widerstandsschicht macht es notwendig, die Partikelgröße des glasartigen Kohlenstoffs unter 10 µm bzw. unter 7 µm zu halten. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, daß bei den meisten polymeren Bindemitteln die zur Oberfläche der sehr kleinen einzelnen Kohlenstoffpartikeln ausgeübte Adhäsionskraft nicht mehr ausreicht.

Aber auch bei einer guten Bindemittelbenetzung der glasartigen Kohlenstoffpartikel sind bei erhöhten mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Widerstandsschicht die Adhäsionskräfte am Grenzbereich zwischen den glasartigen Kohlenstoffen und den polyme­ ren Bindemitteln nicht immer ausreichend. Es kann dann zum Herauslösen der Kohlenstoff­ partikel kommen, was wiederum zur elektrischen Störung der Widerstandsschicht führt.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, ein Bindemittel bzw. ein Bindemittelsystem bereitzustellen, bei dem sich an den Grenzbereichen Adhäsionskräfte einstellen, die eine elektrische Zerstörung der Widerstandsschicht auch bei erhöhten thermischen und mechani­ schen Beanspruchungen verhindert.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Form eines Titanats in ein Bindemittel zu geben, wodurch der Kohlenstoff sein inertes Verhalten verliert und sich besser benetzen läßt. Dieses Titanat kann dabei ein Titansäureester, ein Alkyltitanat oder Tetrabutylorthotitanat sein.

Das polymere Bindemittel besteht hierbei vorzugsweise aus Phenol-, Epoxyd-, Melamin-, Polyetser-, Polyesterimid und/oder Polyamidimidharzen.

Durch das Titanat wird das Bindemittel somit zu einem gehärteten, organischen Polymerbin­ demittel, in das die glasartigen Kohlenstoff- Teilchen problemlos vor dem Aushärten eindis­ pergiert werden können.

Verwendung findet eine derartige Widerstandspaste zur Herstellung von Polymer-Dick­ schichtwiderstandsschichten, insbesondere bei Potentiometer.

Die Fähigkeit der Titansäureester, mit fast allen beweglichen Atomen zu reagieren, ist be­ kannt und führt zum Einsatz der Titanate als Härter und Vernetzer in einer Vielzahl von Po­ lymeren.

So wird in der WO 9806786 ausgeführt, daß zur Herstellung von Drahtlacken organische Titanate als Katalysator bei der Herstellung von Polyamidimiden und Polyesterimiden einge­ setzt werden.

Der Einsatz von Polyesterimidlacken für die Drahtlackierung, bei der organische Titanate als Vernetzer Verwendung finden, ist auch aus der DE 19 06 910 A1 bekannt.

In der DE 11 03 023 B1 ist offenbart, daß Epoxydharze, vorzugsweise Polyglycidyläther von Diphenolen unter Verwendung von Aminen und Titansäureester gehärtet werden können, wobei der Zusatz von Titansäureester durch die vorgegebene Aminmenge nicht beschränkt ist.

Ein Verfahren zum Überziehen von mineralischen Fasern, insbesondere Glasfasern mit einer Polymerisat oder Mischpolymerisat, einer äthylenischen, ester- oder epoxydhaltigen Verbin­ dung, die organosilane und organische Titanverbindungen beinhalten, beschreibt die DE 14 91 860 A1. Dabei stellte sich heraus, daß sich die Adhäsionskraft auf der Grenz­ schicht des Glas-Harz-Sytems erhöhte.

Es wurde nun herausgefunden, daß durch Zusatz von insbesondere Alkyltitanaten in ein Bindemittel nicht nur eine Verbesserung der Bindemitteleigenschaften, wie Beschleunigung der Aushärtung, geringere Aushärtetemperatur und Hitzeschockfestigkeit, sondern auch eine erhöhte Haftung auf den Grenzschichten bewirkt wird. Wird der Kohlenstoff vor dem Eindispergieren in das Bindemittel mit einem Film eine Alkyltitanats beschichtet, verliert die­ ser sein lyofobes Verhalten gegenüber den polymeren Bindemitteln und läßt sich problemlos benetzen und in das Bindemittel eindispergieren.

Anhand einer Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die hergestellte fertige Widerstandspaste setzt sich dabei aus folgenden Bestandteilen zu­ sammen:
41 Gewichtsanteile gelöstes, vernetztes Penol-Resolharz
10 Gewichtsanteile gelöstes Epoxidharz Bisphenol-A basis
10 Gewichtsanteile gelöstes Esterimidharz
4 Gewichtsanteile Stearinsäureamid
2 Gewichtsanteile Tetrabutylorthotitanat
33 Gewichtsanteile glasartiger Kohlenstoff.

Diese glasartigen Kohlenstoffe besitzen vorzugsweise eine Partikelgröße von kleiner 10 µm.

Es sei angemerkt, daß alle mit Alkyltitanaten härtbare wärmestabile Harze als Bindemittel für die erfindungsgemäße Widerstandspaste bzw. Widerstandschicht auch modifiziert bzw. kombiniert geeignet sind, wie z. B. Phenol-, Melamin-, Epoxydester-, Polyamidimid-, Poly­ esterimdharze und weitere.

Die grob vermischten Bestandteile der jeweiligen Rezeptur werden z. B. in einem Dreiwal­ zenstuhl dispergiert. Die Dispersion wird nachfolgend auf Verarbeitungsviskosität mit Hilfe von Lösungsmitteln in bekannter Art und Weise eingestellt.

Diese Viskosität kann für die weitere Siebdruckverarbeitung der Widerstandspaste mit Bu­ tylcarbitolacetat eingestellt werden.

Die siebdruckfähige Widerstandspaste wird dann mit Hilfe einer Siedruckvorrichtung auf ein elektrisch isolierendes temperaturbeständiges Substrat als Schicht aufgedruckt. Danach er­ folgt die thermische Aushärtung der Widerstandsschicht über 1 h bei ca. 230°.

Claims (8)

1. Widerstandspaste aus härtbaren, polymeren Bindemittel mit eindispergierten Pigmenten aus glasartigem Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bindemittel vernet­ zende Komponente ein Titanat ist

2. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titanat ein Titan­ säureester ist.

3. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titanat ein Alkyl­ titanat ist.

4. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titanat ein Te­ trabutylortotitanat ist.

5. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Binde­ mittel aus Phenol-, Epoxyd-, Melamin-, Polyesterimid- und/oder Polyamidimidharz be­ steht.

6. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eindispergierte glasartige Kohlenstoff eine Partikelgröße von kleiner 10 µm aufweist.

7. Widerstandspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der einzelnen glasartigen Kohlenstoffe vor dem Eindispergieren mit einem Alkyltitanat-Film beschichtet wird.

8. Widerstandsschicht, angefertigt aus einer Paste nach einem der Ansprüche 1 bis 6.