DE102021134356A1 - Verfahren zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments, beschichtete Faser oder Multifilament und Vorrichtung hierfür - Google Patents

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Hristo Hadjiev
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments (12) vorgeschlagen. Ein erster Schritt (S 1) umfasst das Vorsehen einer mit einer Schlichte beschichteten Faser oder Multifilaments. Ein zweiter Schritt (S2) umfasst die teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte von der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments. Ein dritter Schritt (S3) umfasst das Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments. Weiterhin betrifft die Erfindung eine/ein nach dem Verfahren hergestellte Faser oder hergestelltes Multifilament (14), eine Faser oder ein Multifilament (14) und eine Vorrichtung (2) zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht (16) auf eine Faser oder ein Multifilament (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments und eine Vorrichtung hierfür, sowie eine beschichtete Faser oder Multifilament.
  • DE 1 239 378 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch halbleitenden Überzuges auf Glasfäden, bei dem ein aus leitenden Teilchen und aus Bindemitteln bestehender Überzug auf die Glasfäden aufgebracht und danach einer Wärmebehandlung unterworfen wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments mit einer haltbaren elektrisch leitenden Beschichtung, eine Vorrichtung zur Abscheidung einer solchen Beschichtung und eine/ein nach dem Verfahren hergestellte Faser oder hergestelltes Multifilament bereitzustellen, bzw. ist die Aufgabe eine Faser oder ein Multifilament bereitzustellen mit einer haltbaren elektrisch leitenden Beschichtung.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 10, 11 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer mit einer Schlichte beschichteten Faser oder Multifilaments, Teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte von der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments, und Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments.
  • Multifilament:
  • Unter Multifilament wird die Zusammenfassung einer Vielzahl von Fasern zu einem Faserstrang (Strand) verstanden. Die Fasern im Multifilament können Endlosfasern (dann auch als Roving bezeichnet), gesponnene oder ungesponnene Kurzfasern oder eine Kombination von Endlosfasern und Kurzfasern sein. Die Fasern des Multifilaments können aus einem einheitlichen Material oder aus Fasern verschiedener Materialien (z.B. Hybrid-Rovings) zusammengesetzt sein. Der Zusammenhalt der einzelnen Fasern des Multifilaments untereinander wird vorzugsweise und/oder ausschließlich durch die Schlichte bewirkt. Alternativ oder zusätzlich wird der Zusammenhalt der Fasern durch Verspinnen derselben und/oder durch ein Matrixmaterial (z.B. ein Harz) bewirkt. Auch wenn ein Matrixmaterial verwendet sein sollte, ist das Multifilament in jedem Fall noch mit einer Schlichte beschichtet, zumindest wenn das Matrixmaterial selbst nicht schon als Schlichte wirksam ist. Eine Einzelfaser kann auch ein Einzelfilament sein.
  • Elektrische leitende/leitfähige Schicht:
  • Die elektrisch leitende/leitfähige Schicht ist eine Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Material, das die Leitfähigkeit der Faser oder des Multifilaments erhöht bzw. den Widerstand pro Längeneinheit der Faser oder des Multifilaments verringert. Der spezifische Widerstand der elektrisch leitfähigen Beschichtung oder der beschichteten Faser oder des beschichteten Multifilaments ist vorzugsweise kleiner als 400 Ohm/Meter, 300 Ohm/Meter, besonders bevorzugt kleiner als 200 Ohm/Meter oder liegt im Bereich von 50 bis 300 Ohm/Meter, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 200 Ohm/Meter der Faser oder des Multifilaments.
  • Die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Faser oder dem Multifilament kann deren/dessen Oberfläche vorzugsweise vollständig oder teilweise bedecken. Bei teilweiser Bedeckung der Oberfläche mit dem leitfähigen Material bedeckt dieses mindestens 50%, 60% oder 75%, besonders bevorzugt mindestens 70%, der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments.
  • Vorzugsweise wird mit dem Verfahren die Faser oder das Multifilament zumindest an deren/dessen äußeren Oberfläche komplett entschlichtet und beschichtet.
  • Schlichte:
  • Die Schlichte ist auf die Faser oder das Multifilament aufgetragen, um die Verarbeitbarkeit der Faser oder des Multifilaments zu verbessern, beispielsweise beim Umlenken der Faser oder des Multifilaments mit geringen Umlenkradien und hoher Geschwindigkeit, wie dies beispielsweise beim Verweben oder Verlegen der Faser oder des Multifilaments erforderlich ist. Die Schlichte verbessert auch die Gleitfähigkeit der Faser oder des Multifilaments beim Entlangziehen über Oberflächen. Bei einem Multifilament kann die Schlichte bereits vor dem Zusammenfügen zum Multifilament auf allen oder einem Teil der Einzelfasern aufgetragen sein und/oder nach dem Zusammenführen zum Multifilament auf diesem aufgetragen sein/werden.
  • Untersuchungen zum Erfindungsgegenstand haben ergeben, dass eine unbehandelte Schlichteschicht auf der Faser oder auf dem Multifilament eine dauerhafte Beschichtung der Faser oder des Multifilaments mit einer leitfähigen Schicht mit den gewünschten Eigenschaften (dauerhaft gute Leitfähigkeit und/oder dauerhafte Haltbarkeit der leitfähigen Beschichtung) verhindert. Daher ist eine Modifikation der Schlichte notwendig. Nach der (Teil-)Modifikation und/oder (Teil-)Abtragung der Schlichte wurde eine gute Haftung der elektrischen Schicht bei annähernd gleichbleibend hoher Leitfähigkeit festgestellt. Bearbeitungsversuche (mechanische Belastung durch Zug und mehrfache Umlenkung) der beschichteten Fasern und Multifilamente hat keine oder nur eine geringe Änderung der Leitfähigkeit bei weiterhin guter Anhaftung ergeben.
  • Die Schlichte-Beschichtung auf der Faser oder dem Multifilament kann deren/dessen Oberfläche vorzugsweise vollständig oder teilweise bedecken. Bei teilweiser Bedeckung der Oberfläche mit der Schlichte bedeckt die Schlichte mindestens 50%, 60% oder 75% der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments.
  • Dadurch, dass die Schlichte auf der Faser oder dem Multifilament teilweise erhalten bleibt, bleibt selbst nach der Abscheidung der leitenden Schicht auf der Schlichte die verbesserte Gleit- und Biegeeigenschaft der mit der leitfähigen Beschichtung beschichteten Faser erhalten. Die Faser oder das Multifilament kann ohne weitere Bearbeitung verwoben oder auf sonstige Weise wie die ursprünglich Schlichte-beschichtete Faser oder das Multifilament weiterverarbeitet werden. Auch während der Durchführung der teilweisen Abtragung und/oder Umwandlung der Schlichte-Schicht und der Beschichtung mit elektrisch leitender Schicht bleibt die gute Handhabbarkeit erhalten - vgl. der optionale Einsatz der Umlenkeinrichtung.
  • Vorzugsweise wird durch das Erhalten zumindest eines Teils der Schlichte auf der Faser oder dem Multifilament die Oberfläche der Faser oder des Multifilaments nicht beschädigt oder verändert. Spezifikationen, die auf die Faser oder das Multifilament zutreffen bleiben (oder bleiben im Wesentlichen) erhalten, so dass beispielsweise die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials unverändert bleiben. Dies erspart in Hinsicht auf die Qualitätssicherung einen erheblichen Aufwand.
  • Vorteilhaft ist die Faser oder das Multifilament während des Abscheidens der elektrisch leitenden Schicht und/oder während des Oberflächen-Modifizierens (Aktivierens) und/oder Teilabtragens der Schlichte nicht beheizt. Somit erfolgt das ‚Entschlichten‘ vorzugsweise ohne thermische und/oder ohne nasschemische Behandlung (z.B. ohne nasschemisches An- oder Abätzen der Schlichte-Schicht). Vorzugsweise ist daher das Verfahren ein Niedertemperaturverfahren, beispielsweise im Bereich der Zimmer- bzw. Raumtemperatur.
  • Obwohl die im Folgenden dargestellte Aktivierung und/oder Abtragung der Schlichteschicht an allen Materialen beobachtet werden konnte, sind bevorzugte Schlichte-Materialien eine Schlichte auf Silanbasis, auf Stärkebasis oder auf Epoxybasis.
  • Aktivierung und/oder Abtragung der Schlichte
  • Eine Vielzahl von Versuchen an unterschiedlichen Faser- und Multifilament-Materialien und unterschiedlichen Metallbeschichtungen hat ergeben, dass die verbesserte Haftfähigkeit und verbesserte Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Beschichtung nach einer Oberflächenmodifikation der Schlichte-Oberfläche mittels Ionen- und/oder Teilchenbeschuss der Faser oder des Multifilaments (hierin auch '(Sputter-)Teilchenbestrahlung), z.B. Elektronen- und/oder Ionenbeschuss) der mit Schlichte beschichteten Faser oder des Multifilaments unabhängig vom Material (von der Materialart) der Schlichte festgestellt werden konnte.
  • Weitere Untersuchungen zum erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren haben außerdem ergeben, dass vorteilhaft eine physikalische Ätzung (z.B. mittels einer (Sputter-)Teilchenbestrahlung, z.B. eine Ionenstrahlätzung) der Faser oder des Multifilaments beim Beschichtungsprozess vorgesehen ist, was im Vergleich zu einer chemischen Entschlichtung zu einer verbesserten Haftfähigkeit und Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der Faser bzw. dem Multifilament führt. Vorteilhaft werden beim physikalischen Ätzen die Ionen im Plasma durch die Zugabe von inaktivem Gas erzeugt, wobei die Ionen vorzugsweise nicht im direkten Kontakt mit der anzuätzenden Faser oder dem anzuätzenden Multifilament (bzw. dem zu beschichteten Substrat) stehen. Die dadurch erzeugten Ionen werden durch Beschleunigungsspannung auf die Atome auf das zu zerstäubende Schlichte-Material geleitet. Vorzugsweise sind die Ionenenergie und/oder der Ionenstrom einstellbar, wodurch die Intensität des Ätzvorgangs eingestellt werden kann.
  • Die Schlichte wird von beispielsweise im Plasma erzeugten Ionen teilweise zerstäubt. Der Ionenbeschuss ist vorzugsweise stark gerichtet, vorzugsweise jedoch nicht selektiv. Dies hat zur Folge, dass sowohl die Schlichte als auch die Oberfläche der Faser oder des Multifilaments (d.h. garn- bzw. filamentförmige Substratoberfläche) von dem Ionenbeschuss getroffen werden kann.
  • Die Bestrahlung bzw. -beaufschlagung der Faser bzw. des Multifilaments mit den (Sputter-)Teilchen hat Vorteile im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren, was die Haftung der Beschichtung angeht. Die Ionenenergie der (Sputter-)Teilchen liegt vorzugsweise zwischen 100 eV und 1 keV. Die Ionen/Teilchen, die auf die Faser bzw. auf das Multifilament auftreffen, haben hohe kinetische Energie und bewirken eine Art Verzahnung auf der Substratoberfläche und/oder auf der Schlichteschicht und dadurch höhere Adhäsion. Mit der Ätzung und/oder Modifizierung und/oder Teilabtragung der Schlichte von der Faser oder des Multifilaments mittels der (Sputter-)Teilchen ergibt sich eine energetische Aktvierung für die zu bildende elektrisch leitfähige Schicht. Die auftreffenden (Sputter-)Teilchen ändern die Energiebilanz einer sich bildenden Schicht. Diese Aktivierung bzw. Reaktivierung der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments erzeugt geringe Defekte an dessen Oberfläche. Die Defekte gehen mit zunehmendem Aufbau der elektrisch leitfähigen Beschichtung zurück, wodurch die Haftfestigkeit der Beschichtung zunimmt, da die Lücken bzw. Ätzkammern (durch Ätzung hervorgerufene Defekte in der Oberfläche) durch das Beschichtungsmaterial gefüllt werden.
  • Beschichtungsprozess
  • Vorzugsweise wird die elektrisch leitfähige Schicht mittels eines Teilchen-Abscheideverfahrens aufgetragen, besonders bevorzugt durch Aussetzen der Faser oder des Multifilaments mit einem Materialteilchenstrom. Die Teilchen für das Abscheiden können Ionen sein oder ein Anteil der Teilchen sind Ionen.
  • Der Materialteilchenstrom, der die Teilchen für die elektrisch leitfähigen Schicht trägt, ist beispielsweise ein Strom von geladenen und/oder ungeladenen Sputterteilchen, vorzugsweise metallisch, und/oder ein Strom von Precursoren, bei denen sich die Precursoren auf der Faser oder dem Multifilament niederschlagen und erst an der Oberfläche eine (physikalisch-chemische) Umwandlung in das Material der leitfähigen Schicht und den abgasenden weiteren Bestandteilen erfolgt.
  • Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung nicht durch Eintauchen in eine Lösung oder durch ein nasschemisches Verfahren.
  • Bevorzugt wird der Materialteilchenstrom mittels Sputterverfahren und/oder durch Ionenstrahlverfahren und/oder ein Magnetron(-Sputter-)verfahren und/oder durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren erzeugt.
  • Beispielsweise liegt der Druck beim Vakuumbeschichtungsverfahren im Bereich von 10-4 bis 8 * 10-3 mbar, 0,001 bis 0,01 mbar, oder 0,01 bis 0,1 mbar, besonders bevorzugt im Bereich von 10-5 bis 5 *10-4 mbar. Vorzugsweise ist der Basis- bzw. Restdruck vor dem Beginn des Abscheideverfahrens unter 1 * 10-5 bis 1 * 10-6 mbar.
  • Vorzugsweise weisen die Sputterteilchen im Sputterteilchenstrom auf das Target eine hohe Energie auf, vorzugsweise im Bereich von 500 - 5000 eV oder 50 - 2000 eV oder 600 - 2000 eV. Dadurch ergibt sich eine gute Haftfestigkeit der Beschichtung. Die Sputterteilchen können Ionen und/oder Elektronen sein oder ein Anteil der Sputterteilchen sind Ionen und/oder Elektronen.
  • Das Sputterverfahren und/oder das Ionenstrahlverfahren und/oder das Magnetron-Sputterverfahren können als Vakuumbeschichtungsverfahren, vorzugsweise bei dem genannten Druck/Druckbereich, durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise ist die Quelle für die Ionen zum Sputtern eine Ionenstrahlquelle oder ein Magnetron.
  • Vorzugsweise findet das Sputtern des Targets in einer Vakuumatmosphäre statt.
  • Vorteilhaft ist das Sputtertarget während des Sputterns nicht beheizt (temperiert) und/oder es liegt kein Potential an dem Target und/oder an der Faser oder dem Multifilament an.
  • Bevorzugt ist das Beschichtungsverfahren ein Sputterverfahren, bei dem die Faser oder das Multifilament an (z.B. gegenüberliegend zu) einem Target vorbeigeführt wird, wobei das Targetmaterial mittels Teilchenbeschuss gesputtert wird.
  • Die Sputterteilchen können Ionen und/oder Elektronen und/oder beschleunigte Neutralteilchen sein. Besonders vorteilhaft sind die Ionen Edelgas-Ionen, wie z. B. ArgonIonen. Beschleunigte Neutralteilchen können beschleunigte Ionen sein, die in einer Elektronendusche neutralisiert wurden.
  • ‚Beschichtungsionen bzw. -teilchen‘ sind Ionen/Teilchen, die auf der Oberfläche der zu beschichtenden und/oder anzuätzenden Faser/Multifilament auftreffen. Nicht mit jedem Auftreffen (‚Hit‘) bzw. nicht jedes Ion/Teilchen, das auftrifft, muss in die sich bildende Schicht eingebaut werden. Ein Anteil der Ionen/Teilchen kann auch die Oberfläche aktivieren bzw. anätzen (z.B. ergänzend zu den optional ebenfalls auftreffenden (Sputter-)Teilchen ohne an der Oberfläche haften zu bleiben und zum Schichtaufbau beizutragen.
  • Es wurde durch Messungen festgestellt, dass die elektrische Leitfähigkeit von der Schichtdicke und der Homogenität der elektrisch leitfähigen Beschichtung abhängig ist. Je dicker die Beschichtung, desto niedriger der elektrische Widerstand der Beschichtung (und desto höher die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung).
  • Schlichteabtragung/-modifikation und Beschichtung
  • Bevorzugt erfolgt die teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte vor oder zumindest teilweise während des Abscheidens der leitenden Schicht.
  • Bei zeitlich versetzt aufeinanderfolgenden Schritten der Modifikation bzw. teilweisen Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte-Schicht und der Beschichtung mit der elektrisch leitfähigen Schicht (bzw. Abscheiden der leitenden Schicht) kann dies räumlich getrennt in der gleichen Kammer oder in zwei räumlich getrennten Kammern erfolgen.
  • Bei zeitlicher zumindest teilweiser Überlagerung der Modifikation bzw. teilweisen Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte und Beschichtung mit der leitfähigen Schicht (bzw. Abscheiden der leitenden Schicht) kann dies in einem überlappenden Bearbeitungsbereich (die Faser oder das Multifilament wird im gleichen Abschnitt simultan bearbeitet), in zwei teilweise überlappenden Bereichen oder in zwei nebeneinanderliegenden Bereichen (in einem ersten Abschnitt wird die Schlichte der Faser oder das Multifilament behandelt/modifiziert und in einem angrenzenden Abschnitt wird die Schicht abgeschieden) erfolgen. Durch die zeitlich zumindest teilweise Überlagerung der Modifikation der Schlichte und Abscheidung der Beschichtung kann das gesamte Verfahren beschleunigt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt vor dem Abscheiden der leitenden Schicht und/oder zumindest zeitweise während des Abscheidens der leitenden Schicht eine oder die teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte der Faser oder des Multifilaments durch (mittels) Teilchenbeschuss der Faser oder des Multifilaments.
  • Mittels (z.B. durch direktem) Teilchenbeschuss der Faser oder des Multifilaments wird vor der Abscheidung des Materials für die leitende Schicht und/oder parallel zur Abscheidung des leitenden Schichtmaterials die Schlichte auf der Faser oder dem Multifilament aktiviert. Die Aktivierung bedeutet, dass die Schlichte an der Oberfläche physikochemisch modifiziert wird und/oder ein Teil der Schlichte durch den Teilchenbeschuss abgetragen und/oder umgewandelt wird.
  • Beispielsweise kann die Faser oder das Multifilament in einem Abschnitt (bzw. in Abschnitten) der Faser mit dem Teilchenbeschuss beaufschlagt sein, der mittels einer Umlenkeinrichtung (nachfolgend beschrieben) in einem Bereich der Umlenkung liegt, während vorteilhaft die Beschichtung mit der leitenden Schicht in einem Abschnitt (in Abschnitten) erfolgt, der zwischen Umlenkpunkten der Umlenkeinrichtung liegt.
  • Vorzugsweise sind die Teilchen des Teilchenbeschusses der Faser oder des Multifilaments die gleichen Teilchen, mit denen das Targetmaterial gesputtert wird. Besonders bevorzugt stammen die Teilchen für das Sputtern des Targets und für den Beschuss der Faser oder des Multifilaments aus der gleichen Teilchenquelle und/oder ein Anteil des Teilchenstrahls ist oder wird auf das Target gerichtet und ein anderer Anteil des Teilchenstrahls ist oder wird auf die Faser oder das Multifilament gerichtet.
  • Parallele Beschichtung
  • Bevorzugt sind durch eine Umlenkeinrichtung mehrere Abschnitte der Faser oder des Multifilaments gleichzeitig einem Beschichtungsteilchenstrom ausgesetzt, so dass die mehreren Abschnitte der Faser oder des Multifilaments gleichzeitig beschichtet werden.
  • Die Abscheiderate wäre gering, wenn die Beschichtung mit der leitenden Schicht nur auf einem Teilbereich der ‚Faser‘, der durch den Beschichtungsteilchenstrom geführt wird (beispielsweise dem Sputter-Target gegenüberliegt), erfolgen könnte. Daher wird die Faser in der Umlenkeinrichtung beispielsweise über Umlenkrollen mehrfach hin- und hergeführt, so dass eine Vielzahl von Faserabschnitten nebeneinander durch den Beschichtungsteilchenstrom (z.B. gegenüberliegend zum Target) verlaufen und parallel beschichtet werden. Durch den Einsatz der Umlenkeinrichtung wird ein Vielfaches der Abscheiderate im Vergleich zu einem einzelnen Abschnitt der Faser oder des Multifilaments erreicht.
  • ‚Mehrere‘ Abschnitte bedeutet mindestens 2, 4, 8, 10, 20 oder 100 Abschnitte werden mittels der Umlenkeinrichtung so umgelenkt, dass diese Abschnitte gleichzeitig dem Beschichtungsteilchenstrom ausgesetzt sind und gleichzeitig beschichtet werden.
  • Vorzugsweise sind die Abschnitte so ausgerichtet, dass die Faser oder das Multifilament entlang der einzelnen Abschnitte von verschiedenen Seiten beschichtet werden. Beispielsweise erfolgt die Umlenkung derart, dass ein Abschnitt von einer Seite der Faser oder des Multifilaments beschichtet wird und (entlang der Faser/Multifilament) der anschließende, umgelenkte Abschnitt von der gegenüberliegenden Seite beschichtet wird. Weiter bevorzugt bewirkt die Umlenkeinrichtung ein teilweises Drehen der Faser oder des Multifilaments, so dass nicht nur die eine Seite und deren gegenüberliegende Seite beschichtet wird, sondern der Beschichtungsteilchenstrom aus verschiedenen Umfangsrichtungen bzw. unter verschiedenen Azimutal-Winkeln erfolgt.
  • Vorzugsweise wird die Faser oder das Multifilament in einem teil-kontinuierlichen Prozess von einer Spule abgewickelt, durch den Beschichtungsteilchenstrom geführt und auf eine weitere Spule aufgewickelt.
  • Bevorzugt wird die Faser oder das Multifilament in einem (teil-)kontinuierlichen (Umspul-)Vorgang gegenüberliegend zum Target vorbeigeführt, so dass die unbeschichtete Faser oder das unbeschichtete Multifilament von der Spule abgewickelt und die beschichtete Faser oder das beschichtete Multifilament auf eine weitere Spule aufgewickelt wird.
  • Vorzugsweise wird die Faser oder das Multifilament von der Spule der Umlenkeinrichtung (bzw. einer Umlenkrolle der Umlenkeinrichtung) zugeführt, so dass die Beschichtung mit der leitfähigen Schicht auf den mehreren Abschnitten erfolgt, und dann nach der Umlenkeinrichtung auf die weitere Spule aufgewickelt.
  • Beschichtete Faser/Multifilament
  • Weiterhin ist eine Faser oder ein Multifilament, die bzw. das nach dem oben beschrieben Verfahren hergestellt ist, bereitgestellt.
  • Weiterhin ist eine Faser oder ein Multifilament bereitgestellt, die oder das aufweist: eine Faser oder ein Multifilament, eine Schlichte-Beschichtung auf der Faser oder dem Multifilament, und eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Schlichte-Beschichtung.
  • Vorteilhaft bleibt die ursprüngliche Beschichtung der Faser oder des Multifilaments mit Schlichte zumindest teilweise erhalten. Vorzugsweise ist die Schlichte an der Oberfläche am Übergang (Junction) zur leitenden Schicht oberflächenmodifiziert (wie weiter oben beschrieben).
  • Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Oberfläche der Schlichte mittels Ionen- und/oder Elektronen-Behandlung oberflächenmodifiziert.
  • Bevorzugt ist die vollständige Oberfläche der Schlichte oberflächenmodifiziert oder zumindest 60%, 70% oder 80% der Oberfläche der Schlichte ist oberflächenmodifiziert.
  • Vorzugsweise ist das Material der Faser oder des Multifilaments oder zumindest eines Teils der Fasern des Multifilaments Glas, Carbonfaser, Kunststoff (z.B. Polyamid) oder eine Naturfaser (z.B. Baumwolle) ist.
  • Vorteilhaft liegt die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht im Bereich von 200 nm - 1,5 µm, im Bereich von 100 - 500 nm, 300 - 800 nm oder 700 nm - 1,5 µm.
  • Alternativ oder zusätzlich liegt die Oberflächen-Leitfähigkeit der mit leitfähiger Beschichtung versehenen Faser oder versehenen Multifilaments im Bereich von 50 - 200 Ohm/Meter, 150 - 300 Ohm/Meter, 250 - 400 Ohm/Meter, besonders bevorzugt im Bereich von 100 - 200 Ohm/Meter liegt.
  • Die ‚Dicke‘ der elektrisch leitfähigen Beschichtung ist eine mittlere bzw. gemittelte Schichtdicke. Die Schichtdicke kann sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung Faser oder Multifilaments schwanken. Beispielsweise aufgrund der nicht vollständig homogenen Beschichtung am Umfang der Faser oder des Multifilaments oder aufgrund von Oberflächenunebenheiten am Umfang der Faser oder des Multifilaments. Beispielsweise hat ein Multifilament trotz der Schlichte-Beschichtung Vertiefungen in Längsrichtung zwischen nebeneinanderliegenden Fasern des Multifilaments.
  • Bevorzugt ist oder sind das elektrisch leitende Beschichtungs-Material (z. B. Targetmaterial) ein oder mehrere der folgenden Materialien: Metall, Silber, Gold, Kupfer, Titan, Graphit, ein piezoelektrisches Material, magnetische Werkstoffe, Legierungen magnetischer Werkstoffe, supraleitende Elemente wie Ni, Sn, Ta und ihre Legierungen.
  • Die Anwendung der beschichteten Faser oder des beschichteten Multifilaments ist der Bereich Funktionstextilien oder Faserverbundwerkstoffe.
  • Abscheidevorrichtung
  • Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf eine Faser oder ein Multifilament bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Vakuumkammer, eine der Vakuumkammer zugeordnete Umspuleinrichtung mit einer ersten Spule zum Abspulen einer unbeschichteten Faser oder eines unbeschichteten Multifilaments und mit einer zweiten Spule zum Aufspulen der mit der elektrisch leitfähigen Schicht beschichteten Faser oder des Multifilaments, und eine Beschichtungsteilchenstromquelle, die innerhalb oder angrenzend an die Vakuumkammer angeordnet ist und deren Teilchenstrom auf zumindest einen Abschnitt der Faser oder des Multifilaments gerichtet ist, wobei der Abschnitt innerhalb der Vakuumkammer zwischen der ersten und zweiten Spule liegt.
  • Vorzugsweise sind die erste und/oder zweite Spule innerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind die erste und/oder zweite Spule außerhalb der Vakuumkammer angeordnet und vorzugsweise wird bei außerhalb der Vakuumkammer liegender erster und/oder zweiter Spule die Faser oder das Multifilament über eine Vakuumdurchführungseinrichtung in die Kammer bzw. aus der Kammer geführt. Die Vakuumdurchführungseinrichtung ist beispielsweise eine Labyrinth-Dichtung.
  • Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Umlenkeinrichtung auf, die die Faser oder das Multifilament innerhalb der Vakuumkammer mehrfach umlenkt, so dass mehrere Abschnitte der Faser oder des Multifilaments gleichzeitig dem Beschichtungsteilchenstrom ausgesetzt sind.
  • Vorzugsweise weist die Umlenkeinrichtung eine Rolle oder mehrere Rolle, vorzugsweise zwei Rollen, mit einer Vielzahl von Rillen auf, die die Faser oder das Multifilament am Umlenkungspunkt aufnimmt und während der Umlenkung führt.
  • Vorzugsweise ist die Umlenkeinrichtung geerdet. Bevorzugt ist/sind die eine Rolle oder die Rollen der Umlenkeinrichtung geerdet.
  • Vorzugsweise ist die Umlenkeinrichtung derart ausgebildet, dass die Faser oder das Multifilament zumindest 10-fach, 20-fach, 50-fach, 100-fach oder 1000-fach umgelenkt ist, so dass eine entsprechende Anzahl von nebeneinander (vorzugsweise parallelen) Abschnitten der Faser oder des Multifilaments ausgebildet sind. Diese nebeneinanderliegenden Abschnitte liegen beispielsweise (z.B. flächenparallel) der Fläche des Targets gegenüber oder sind senkrecht oder ungefähr senkrecht zum Beschichtungsteilchenstrom ausgerichtet.
  • Einzelne Merkmale können in jeglicher Kombination oder Unterkombination miteinander beansprucht werden. Merkmale des Verfahrens können als funktionelle Merkmale auch mit Merkmalen der Vorrichtung und/oder der Faser/des Multifilaments kombiniert werden als Einzelmerkmal oder in beliebiger Unterkombination von Merkmalen. Umgekehrt können Merkmale der Vorrichtung und/oder der Faser/des Multifilaments mit Merkmalen des Verfahrens kombiniert werden. Auch Merkmale des Verfahrens können untereinander kombiniert sein als Einzelmerkmal oder in beliebiger Unterkombination von Merkmalen.
  • Anhand von Figuren sind Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1A einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments,
    • 1B einen schematischen Ablauf eines weiteren Verfahrens zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments,
    • 2A eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines unbeschichteten Multifilaments in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des Multifilaments,
    • 2B eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines beschichteten Multifilaments in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des Multifilaments,
    • 3A eine schematische Darstellung einer Abscheidevorrichtung zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf eine Faser oder ein Multifilament,
    • 3B eine schematische Darstellung einer weiteren Abscheidevorrichtung zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf eine Faser oder ein Multifilament, und
    • 4 eine schematische Darstellung der Umlenkeinrichtung aus 3A und 3B.
  • 1A zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments.
  • In einem ersten Schritt S1 wird eine Faser oder ein Multifilament bereitgestellt, die bzw. das mit einer Schlichte beschichtet ist. Durch die Schlichte wird die Verarbeitbarkeit der Faser oder des Multifilaments verbessert, insbesondere bei der Umlenkung mit geringen Umlenkradien und/oder der Förderung bei hohen Geschwindigkeiten. Außerdem ergibt sich dadurch eine verbesserte Gleitfähigkeit (und dadurch eine geringe Belastung der Faser oder des Multifilaments und ein geringerer Kraftaufwand) beim Entlangziehen über Oberflächen.
  • Die Schlichte bedeckt die Oberfläche der Faser oder des Multifilaments vorzugsweise zumindest teilweise. Beispielsweise bedeckt die Schlichte zumindest 50% der Oberfläche. Besonders bevorzugt ist die gesamte Oberfläche der Faser oder des Multifilaments mit der Schlichte bedeckt. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Verarbeitbarkeit der Faser oder des Multifilaments.
  • In einem zweiten Schritt S2 erfolgt eine teilweise Modifizierung bzw. Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte von der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments. Dadurch wird die Haftfähigkeit und Leitfähigkeit der in Schritt S3 elektrisch leitenden Schicht verbessert. Die Modifizierung der Schlichte kann durch Ionen- und/oder Elektronen- und/oder Teilchenbeschuss Behandlung erfolgen (hierin auch (Sputter-)Teilchenbeschuss). Vorzugsweise erfolgt die Modifikation durch Ionenstrahlätzen, wobei beschleunigte Ionen auf die Oberfläche der Faser oder des Multifilaments geleitet werden. Dabei werden Defekte in der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments erzeugt, die eine Art Verzahnung an der Oberfläche ausbilden.
  • In einem dritten Schritt S3 erfolgt ein Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments. Bei der Beschichtung füllt das Beschichtungsmaterial die zuvor erzeugten Defekte in der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments nach und nach auf, wodurch eine hohe Haftfestigkeit der Beschichtung erzielt wird.
  • In dem in 1A dargestellten Verfahren erfolgen alle Verfahrensschritte zeitlich versetzt nacheinander von S1 bis S3. Dabei können die Schritte Modifikation der Schlichte S2 und das Abscheiden der Beschichtung S3 räumlich getrennt in der gleichen Kammer oder in zwei räumlich getrennten Kammern erfolgen. Vorzugsweise findet die Modifikation S2 und die Abscheidung S3 in einer Vakuumkammer statt (vgl. Vorrichtung in 3A und 3B).
  • 1B zeigt einen schematischen Ablauf eines weiteren Verfahrens zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments. Das Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren der 1A dadurch, dass sich der zweite und dritte Verfahrensschritt S2, S3 zumindest teilweise überlappen. D.h. die teilweise Modifikation bzw. Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte von der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments S2 erfolgt zumindest teilweise während des Abscheidens einer elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments.
  • Die Überlappung der beiden Verfahrensschritte S2, S3 kann in einem überlappenden Bearbeitungsbereich (die Faser oder das Multifilament wird im gleichen Abschnitt simultan bearbeitet), in zwei teilweise überlappenden Bereichen oder in zwei nebeneinanderliegenden Bereichen (in einem ersten Abschnitt wird die Schlichte der Faser oder das Multifilament behandelt/modifiziert und in einem angrenzenden Abschnitt wird die Schicht abgeschieden) erfolgen.
  • In den nachfolgenden 2A und 2B ist exemplarisch jeweils ein Aufbau eines Multifilaments vor der Modifikation der Schlichte und der Beschichtung und danach gezeigt. Es sollte für den Fachmann jedoch klar sein, dass die Beschreibungen ebenfalls auf Fasern, die als Einzelfilament gesehen werden können, anwendbar sind. Ebenso können in den Verfahren der 1A und 1B als auch in den Vorrichtungen der 3A und 3B sowohl Fasern bzw. Einzelfilamente als auch Multifilamente verarbeitet werden.
  • 2A zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines unbeschichteten Multifilaments 12 senkrecht zur Längsrichtung des Multifilaments. In Bezug auf die Verfahren der 1A und 1B ist das Multifilament 12 ein im jeweiligen Schritt S1 bereitgestelltes Multifilament, d.h. vor der Modifizierung der Schlichte und vor dem Abscheiden einer Beschichtung.
  • Das Multifilament 12 besteht aus einer Vielzahl von Einzelfasern 13, die zu einem Strang zusammengefasst sind. Das Material des Multifilaments 14 oder zumindest eines Teils der Fasern 13 des Multifilaments 14 ist Glas, Carbonfaser, Kunststoff wie beispielsweise Polyamid oder eine Naturfaser wie beispielsweise Baumwolle.
  • Die Einzelfasern 13 des Multifilaments 12 sind von einer Schlichteschicht (Schlichte) 15a umschlossen/eingeschlossen, die vorzugsweise die komplette Oberfläche der Einzelfasern 13 umgibt. Die Schlichteschicht 15a kann nach dem Zusammenführen der Einzelfasern 13 zum Multifilament 12 auf diesem aufgetragen werden/sein. Alternativ kann bei einem Multifilament 12 die Schlichteschicht 15a bereits vor dem Zusammenfügen zum Multifilament 12 auf allen oder einem Teil der Einzelfasern 13 des Multifilaments 12 aufgetragen sein/werden. Dieser Fall ist in 2A dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Schlichte 15a nicht nur auf der Außenfläche des Multifilaments 12 sondern auch zwischen den Einzelfasern 13 aufgebracht ist.
  • Die Schlichteschicht 15a verbessert die Verarbeitbarkeit der Multifilaments 12. Weiterhin kann der Zusammenhalt der Einzelfasern 13 des Multifilaments 12 untereinander durch die Schlichte 15a, bevorzugt ausschließlich durch die Schlichte 15a, erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Zusammenhalt durch Verspinnen der Einzelfasern und/oder durch Matrixmaterial, wie z.B. Harz, bewirkt werden.
  • 2B zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines beschichteten Multifilaments 14 senkrecht zur Längsrichtung des Multifilaments. In Bezug auf die Verfahren der 1A und 1B ist das Multifilament 14 ein Multifilament, das nach der Modifizierung der Schlichte und dem Abscheiden einer Beschichtung am Ende des Verfahrens als Produkt herauskommt.
  • Im Vergleich zum Multifilament 12 der 2A ist die Oberfläche der Schlichteschicht (Schlichte) 15b des Multifilaments 14 verändert. Insbesondere weist die Oberfläche Vertiefungen bzw. Versetzungen auf. Diese resultieren aus der teilweisen Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte durch z. B. Ionenätzen.
  • Weiterhin weist das Multifilament 14 eine elektrisch leitfähige Beschichtung 16 auf, die beispielweise durch das Sputtern eines Targets und der Abscheidung der gesputterten Teilchen auf der Faser/Multifilament erzeugt wurde. Die Beschichtung 16 umschließt die Außenfläche des Multifilaments 14, vorzugsweise die komplette Außenfläche des Multifilaments 14. Vorteilhaft füllt das Beschichtungsmaterial die Vertiefungen/Versetzungen der Schlichteschicht 15b komplett oder im Wesentlichen komplett auf. Dadurch ergibt sich eine Verhakung zwischen der Beschichtung 16 und der Schlichte 15b, wodurch eine gute Haftfestigkeit der Beschichtung 16 erreicht werden kann.
  • Vorzugsweise liegt die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht 16 im Bereich von 200 nm - 1,5 µm. Alternativ oder zusätzlich weist die Schicht 16 eine Oberflächen-Leitfähigkeit im Bereich von 100 - 200 Ohm/Meter auf.
  • Das elektrisch leitende Beschichtungs-Material kann beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Materialien sein: Metall, Silber, Gold, Kupfer, Titan, Graphit, ein piezoelektrisches Material, magnetische Werkstoffe, Legierungen magnetischer Werkstoffe, supraleitende Elemente wie Ni, Sn, Ta, Legierungen supraleitender Elemente.
  • Die in den 3A bis 4 dargestellten Pfeile zeigen einerseits die Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung der Spulen bzw. Rollen und andererseits daraus resultierend die Bewegungsrichtung der Faser oder des Multifilaments in Abscheidevorrichtungen bzw. in einer Umlenkeinrichtung an.
  • 3A zeigt eine schematische Darstellung einer Abscheidevorrichtung 2 zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf eine Faser oder auf ein Multifilament 12. Die Abscheidevorrichtung 2 weist eine Umspuleinrichtung 8 auf mit einer ersten Spule 8a zum Abspulen einer unbeschichteten Faser oder eines unbeschichteten Multifilaments 12 und mit einer zweiten Spule 8b zum Aufspulen der mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 16 (siehe 2B) beschichteten Faser oder Multifilaments 14. Das unbeschichtete Multifilament 12 wird von der ersten Spule 8a abgewickelt, durch einen Beschichtungsteilchenstrom 20 geführt und das beschichtete Multifilament 14 auf der zweiten Spule 8b aufgewickelt.
  • Ferner weist die Abscheidevorrichtung 2 eine (Sputter-)Teilchenstromquelle 4, beispielsweise eine Ionenquelle, auf, die einen Teilchenstrahl (z.B. Ionenstrahl) 18 auf z. B. ein Target 6 richtet. Durch das Auftreffen der Teilchen/Ionen auf das Target 6 wird das Targetmaterial gesputtert und es entsteht der Beschichtungsteilchenstrom 20. Der Beschichtungsteilchenstrom 20 ist auf zumindest einen Abschnitt 22, vorzugsweise mehrere Abschnitte, der Faser oder des Multifilaments 12 gerichtet, wobei der Abschnitt 22 zwischen der ersten und zweiten Spule 8a, 8b liegt. Beim Auftreffen der Teilchen auf der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments 12 (bzw. auf die Schlichte) entsteht eine elektrisch leitfähige Beschichtung.
  • Die dargestellte Abscheidevorrichtung 2 weist ferner eine Umlenkeinrichtung 10 zum Umlenken der Faser oder des Multifilaments 12, die oder das zwischen der ersten und zweiten Spule 8a, 8b angeordnet ist, auf. Die Umlenkeinrichtung 10 weist vorzugsweise zwei Umlenkrollen 10a, 10b auf, wobei zumindest eine der Umlenkrollen 10a, 10b angetrieben ist. Durch die Umlenkeinrichtung 10 wird die Faser oder das Multifilament 12 mehrfach hin und her geführt, wodurch mehrere Abschnitte gleichzeitig durch den Beschichtungsteilchenstrom 20 beschichtet werden können. Der Aufbau der Umlenkeinrichtung 10 wird nachfolgend in Bezug auf 4 näher beschrieben. Die Umlenkeinrichtung 10 ist eine optionale Komponente der Abscheidevorrichtung 2. Die Abscheidevorrichtung 2 kann auch ohne Umlenkeinrichtung 10 ausgeführt sein.
  • Wie in 3A dargestellt sind die Ionenquelle 4, das Target 6, die Umspuleinrichtung 8, und die optionale Umlenkeinrichtung 10 innerhalb einer Vakuumkammer 17 angeordnet. Durch eine mit der Vakuumkammer 17 verbundene Vakuumpumpe 17a kann ein Vakuum in der Vakuumkammer 17 erzeugt werden. Es ist nicht notwendig, dass alle Komponenten innerhalb der Vakuumkammer 17 angeordnet sind. Es ist nur notwendig, dass zumindest ein Teil der Faser oder des Multifilaments 12 zwischen der ersten und zweiten Spule 8a, 8b innerhalb der Vakuumkammer 17 angeordnet ist und der Beschichtungsteilchenstrom 20 auf zumindest einen Abschnitt 22 davon gerichtet ist, um die Faser oder das Multifilament 12 zu beschichten.
  • Die dargestellte Ionen- und/oder Teilchen-Quelle 4 ist so angeordnet, dass der Ionen-/Teilchenstrahl 18 oder zumindest ein Anteil des Strahls 18 auf das unbeschichtete Multifilament 12 gerichtet ist und der gleiche Strahl 18 oder ein anderer Anteil des Strahls 18 auf das Target 6 gerichtet ist, um das Targtmaterial zu sputtern. Durch den Beschuss des unbeschichteten Multifilaments 12 mit dem Ionenstrahl 18 wird die Modifikation bzw. teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte erreicht, wodurch eine bessere Haftfähigkeit der späteren Beschichtung erreicht werden kann.
  • Alternativ kann auch eine erste Ionen- und/oder Teilchen-Quelle 4 für das Sputtern des Targets 6 und eine zweite Ionen- und/oder Teilchen-Quelle für das Entschlichten des unbeschichteten Multifilaments 12 vor dem Beschichten vorgesehen sein.
  • Vorzugsweise trifft der Beschichtungsteilchenstrom 20 senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf den Abschnitt oder die Abschnitte des Multifilaments 12 auf. Besonders bevorzugt sind das Target 6 und der Abschnitt des Multifilaments 12, auf den der Beschichtungsteilchenstrom 20 gerichtet ist, parallel zueinander angeordnet (bzw. falls vorhanden die Umlenkeinrichtung 10 und das Target 6 parallel zueinander) oder unter einem geringen Winkel zueinander ausgerichtet (z.B. einem Winkel zwischen Targetoberfläche und Fläche, die durch die Faser-Multifilament-Abschnitte aufgespannt ist, von 3-10° oder 8-15° oder 12-25°).
  • 3B zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Abscheidevorrichtung 2 zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf eine Faser oder auf ein Multifilament 12. Die Ionen- und/oder Teilchenquelle 4 ist nicht innerhalb der Vakuumkammer 17, sondern angrenzend zur Vakuumkammer 17 angeordnet, so dass ein Teilchenstrahl 18 von außen in die Vakuumkammer 17 gerichtet ist. Wie dargestellt ist die Quelle 4 an einer Seitenwand der Vakuumkammer 17 angeordnet.
  • Die erste Spule 8a der Umspuleinrichtung 8 ist auch außerhalb der Kammer 17 angeordnet, wobei das Multifilament 12 in die Kammer 17 geführt ist. Vorzugsweise ist eine Vakuumdurchführung, z. B. eine Labyrinthdichtung zum Durchführen des Multifilaments 12 in die Kammer 17 vorgesehen. Alternativ kann auch die zweite Spule 8b außerhalb der Vakuumkammer 17 oder die erste und die zweite Spule 8a, 8b außerhalb der Vakuumkammer 17 angeordnet sein.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung der Umlenkeinrichtung 10 aus 3A und 3B. Die Abscheiderate wäre gering, wenn die Beschichtung mit der leitenden Schicht nur auf einem Teilbereich der ‚Faser‘, der durch den Beschichtungsteilchenstrom geführt wird (beispielsweise dem Sputter-Target gegenüberliegt), erfolgen könnte. Daher wird die Faser oder das Multifilament 12 in der Umlenkeinrichtung 10 beispielsweise über die Umlenkrollen 10a, 10b mehrfach hin- und hergeführt, so dass eine Vielzahl von Multifilamentabschnitten 22 nebeneinander verlaufen. Eine Umlenkrolle 10a, 10b weist vorzugsweise Rillen zur Aufnahme der vielfach hin- und her geführten Multifilamentabschnitten auf.
  • Das Target 6 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Beschichtungsteilchenstrom 20 auf alle nebeneinander angeordneten Abschnitte 22 der Faser oder des Multifilament 12 gerichtet ist und die Abschnitte 22 parallel/gleichzeitig beschichtet werden können. Durch den Einsatz der Umlenkeinrichtung 10 wird ein Vielfaches der Abscheiderate im Vergleich zu einem einzelnen Abschnitt der Faser oder des Multifilaments 12 erreicht. Eine Vielzahl von Abschnitten 22 können beispielsweise mindestens 5, 20 oder 100 Abschnitte 22 sein, die mittels der Umlenkeinrichtung 10 so umgelenkt werden, dass diese Abschnitte 22 gleichzeitig dem Beschichtungsteilchenstrom 20 (vgl. 3A und 3B) ausgesetzt sind und gleichzeitig beschichtet werden.
  • Vorzugsweise sind die Abschnitte 22 so ausgerichtet, dass die Faser oder das Multifilament 12 entlang der einzelnen Abschnitte 22 von verschiedenen Seiten beschichtet werden. Beispielsweise erfolgt die Umlenkung derart, dass ein Abschnitt von einer Seite der Faser oder des Multifilaments 12 beschichtet wird und (entlang der Faser/Multifilament) der anschließende, umgelenkte Abschnitt von der gegenüberliegenden Seite beschichtet wird.
  • Weiter bevorzugt bewirkt die Umlenkeinrichtung 10 ein teilweises Drehen der Faser oder des Multifilaments 12, so dass nicht nur die eine Seite und deren gegenüberliegende Seite beschichtet wird, sondern der Beschichtungsteilchenstrom 20 (vgl. 3A und 3B) aus verschiedenen Umfangsrichtungen bzw. unter verschiedenen Azimutal-Winkeln erfolgt.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Abscheidevorrichtung
    4
    (Sputter-)Teilchenstromquelle (z.B. Ionenquelle)
    6
    Target
    8
    Umspuleinrichtung
    8a
    erste Spule
    8b
    zweite Spule
    10
    Umlenkeinrichtung
    10a
    erste Umlenkrolle
    10b
    zweite Umlenkrolle
    12
    unbeschichtetes Multifilament
    13
    Einzelfaser des Multifilaments
    14
    beschichtetes Multifilament
    15a
    Schlichteschicht des unbeschichteten Multifilaments
    15b
    Schlichteschicht des beschichteten Multifilaments
    16
    elektrisch leitfähige Beschichtung
    17
    Vakuumkammer
    17a
    Vakuumpumpe
    18
    Ionenstrahl (Teilchenstrahl)
    20
    Beschichtungsteilchenstrom
    22
    Abschnitt einer Faser/eines Multifilaments (auf den der Beschichtungsteilchenstrom gerichtet ist)
    S1
    Erster Schritt
    S2
    Zweiter Schritt
    S3
    Dritter Schritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1239378 A [0002]

Claims (17)

  1. Verfahren zur Beschichtung einer Faser oder eines Multifilaments (12) mit den Schritten: Vorsehen einer mit einer Schlichte beschichteten Faser oder Multifilaments (S 1), Teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte von der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments (S2), und Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche der Faser oder des Multifilaments (S3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (16) mittels eines Teilchen-Abscheideverfahrens aufgetragen wird, vorzugsweise durch Aussetzen der Faser oder des Multifilaments (12) mit einem Materialteilchenstrom (20).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Materialteilchenstrom (20) mittels Sputterverfahren und/oder durch Ionen- und/oder Teilchenstrahlverfahren und/oder ein Magnetron(-Sputter-)verfahren und/oder durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Beschichtungsverfahren ein Sputterverfahren ist, bei dem die Faser oder das Multifilament (12) an einem Target (6) vorbeigeführt wird, wobei das Targetmaterial mittels Ionen- und/oder Teilchenbeschuss gesputtert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte (15a) vor oder zumindest teilweise während des Abscheidens der leitenden Schicht (16) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Abscheiden der leitenden Schicht (16) und/oder zumindest zeitweise während des Abscheidens der leitenden Schicht (16) eine oder die teilweise Umwandlung und/oder Abtragung der Schlichte (15a) der Faser oder des Multifilaments (12) durch Ionen- und/oder Teilchenbeschuss der Faser oder des Multifilaments (12) erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Ionen und/oder Teilchen des Beschusses der Faser oder des Multifilaments (12) die gleichen Ionen und/oder Teilchen sind, mit denen das Targetmaterial gesputtert wird, wobei insbesondere die Ionen/Teilchen für das Sputtern des Targets (6) und für den Beschuss der Faser oder des Multifilaments (12) aus der gleichen Ionen/Teilchenquelle (4) stammen und/oder ein Anteil des Ionen-/Teilchenstrahls (18) auf das Target (6) gerichtet ist oder wird und ein anderer Anteil des Ionen-/Teilchenstrahls (18) auf die Faser oder das Multifilament (12) gerichtet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine Umlenkeinrichtung (10) mehrere Abschnitte (22) der Faser oder des Multifilaments (12) gleichzeitig einem Beschichtungsteilchenstrom (20) ausgesetzt sind, so dass die mehreren Abschnitte (22) der Faser oder des Multifilaments (12) gleichzeitig beschichtet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faser oder das Multifilament (12) in einem teil-kontinuierlichen Prozess von einer Spule (8a) abgewickelt, durch einen oder den Beschichtungsteilchenstrom (20) geführt und auf eine weitere Spule (8b) aufgewickelt wird.
  10. Faser oder Multifilament, die bzw. das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
  11. Faser oder Multifilament aufweisend: eine Faser oder ein Multifilament (14), eine Schlichte-Beschichtung (15b) auf der Faser oder dem Multifilament (14), und eine elektrisch leitfähige Beschichtung (16) auf der Schlichte-Beschichtung (15b).
  12. Faser oder Multifilament nach Anspruch 11, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche der Schlichte (15b) mittels Ionen- und/oder Teilchen- und/oder Elektronen-Behandlung oberflächenmodifiziert ist.
  13. Faser oder Multifilament nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Material der Faser oder des Multifilaments (14) oder zumindest eines Teils der Fasern des Multifilaments (14) Glas, Carbonfaser, Kunststoff wie beispielsweise Polyamid oder eine Naturfaser wie beispielsweise Baumwolle) ist.
  14. Faser oder Multifilament nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht (16) im Bereich von 200 nm - 1,5 µm, im Bereich von 100 - 500 nm, 300 - 800 nm oder 700 nm - 1,5 µm liegt, und/oder wobei die Oberflächen-Leitfähigkeit der mit leitfähiger Beschichtung (16) versehenen Faser oder versehenen Multifilaments (14) im Bereich von 50 - 200 Ohm/Meter, 150 - 300 Ohm/Meter, 250 - 400 Ohm/Meter, besonders bevorzugt im Bereich von 100 - 200 Ohm/Meter, liegt.
  15. Vorrichtung (2) zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Schicht (16) auf eine Faser oder ein Multifilament (12), wobei Vorrichtung (2) aufweist: eine Vakuumkammer (17), eine der Vakuumkammer (17) zugeordnete Umspuleinrichtung (8) mit einer ersten Spule (8a) zum Abspulen einer unbeschichteten Faser oder eines unbeschichteten Multifilaments (12) und mit einer zweiten Spule (8b) zum Aufspulen der mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (16) beschichteten Faser oder Multifilaments (14), und eine Ionen- und/oder Teilchenstromquelle (4), die innerhalb oder angrenzend an die Vakuumkammer (17) angeordnet ist und deren Ionen- und/oder Teilchenstrom (18, 20) auf zumindest einen Abschnitt (22) der Faser oder des Multifilaments (12) gerichtet ist, wobei der Abschnitt (22) innerhalb der Vakuumkammer (17) zwischen der ersten und zweiten Spule (8a, 8b) liegt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, die aufweist: eine Umlenkeinrichtung (10), die die Faser oder das Multifilament (12) innerhalb der Vakuumkammer (17) mehrfach umlenkt, so dass mehrere Abschnitte (22) der Faser oder des Multifilaments (12) gleichzeitig dem Beschichtungsteilchenstrom (20) ausgesetzt sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das elektrisch leitende Beschichtungs-Material ein oder mehrere der folgenden Materialien ist oder sind: Metall, Silber, Gold, Kupfer, Titan, Graphit, ein piezoelektrisches Material, magnetische Werkstoffe, Legierungen magnetischer Werkstoffe, supraleitende Elemente wie Ni, Sn, Ta, Legierungen supraleitender Elemente.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1239378B (de) 1961-02-10 1967-04-27 Owens Corning Fiberglass Corp Verfahren zur Herstellung eines elektrisch halbleitenden UEberzuges auf Glasfaeden

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