DE1951653A1

DE1951653A1 - Elektrisch leitfaehiger UEberzug hoher Gleitfaehigkeit

Info

Publication number: DE1951653A1
Application number: DE19691951653
Authority: DE
Inventors: Van Voorhees Alexander John
Original assignee: Acheson Industries Inc
Current assignee: Acheson Industries Inc
Priority date: 1968-10-16
Filing date: 1969-10-14
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1243586A; JPS4910816B1; US3573230A; FR2020855A1; NL6915705A

Description

HAMBURG-MÜNCHEN ZÜSTELIPNGSANSCHRIFT; HAMBURG 86 · NEUER WAI>X 41

TEL·. 367428 TTND 384110

IEIEOB. NEQESAPATBNT HAMBVRG

321 Michigan National xE^asosee

±>aniC UullülUg telegr. negedapatent München

Port Huron« Michigan/USA Hamburg, 9. Oktober 1969 Elektrisch leitfähiger Überzug hoher Gleitfähigkeit

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Bildung eines elektrisch leitfähigen, auf einem Substrat fest haftenden Überzugs, wobei der Überzug eine wesentliche Menge eines Fluorcarbonpolymerisats enthält, um dem überzug eine Oberfläche hoher Gleitfähigkeit und niedrigster Reibung zu verleihen. Sie Erfindung bezieht sich auch auf eine besondere Überzugszusammensetzung sowie eine Aerosolform dieser Überzugszusammensetzung zur Durchführung des Yerfahrens.

In der Vergangenheit sind Versuche gemacht worden, zähe, fest haftende Überzüge, die elektrisch leitfähig sein und gleichzeitig hohe Gleitfähigkeit besitzen sollen, d. h. einen glatten elektrisch leitfähigen überzug zu schaffen, jedoch ohne Erfolg.

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Der Stand der !Technik, soweit er der Anmeld er In bekannt ist, 1st den nachstehend .aufgeführten Patentschriften zu

entnehmens

Den US-Patenten 3 102 990, 2 823 146, 2 730 597, 3 243 966, 2 744 988, 2 866 764, 2 878 353, 2 964 476, 3 257 317, 2 998 840, 2 403 657, 2 754 168, 3 155 441,

3 194 860 und 3 273 977; den britischen Patenten 1 106 706,

779 243 und 837 198.

Einige der vorerwähnten Patentschriften offenbaren Formmassen, die elektrisch leitend sind und in einem gewissen Maß als niedrige Reibung aufweisend angesehen werden können; aber weder die Patentschriften, noch die darin beschriebenen Formmassen offenbaren eine Technik zur Herstellung von zähen, haftfesten elektrisch leitfähigen überzügen geringer Reibung. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein solches Verfahren und die dazu geeigneten Überzugszusammensetzungen an schaffen.

Ss 1st auch noch zu bemerken, daß die bekannten Oberflächenbeschichtungen geringer Reibung, die im allgemeinen den hier offenbarten ähnlich sind, nicht in einen Zustand gebracht werden können, so daß sie gute elektrische Leitfähigkeit besitzen. Ferner führte jeder Yer-

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such, die bekannten Oberflächenbeschichtungen geringer Reibung so zu ändern, daß sie gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Haftfestigkeit der resultierenden Überzüge; und sie führten auch zu dem, was man mit G-leitfähigkeit-Problemen bezeichnen könnte, da man bisher allgemein annahm, daß die Bildung von Überzügen geringer Reibung, die die nötige Haftfestigkeit am Substrat aufweisen, nicht gleichzeitig genügend niedrige Reibung und elektrische Leitfähigkeit haben würden. Durch die Erfindung wird nun ein Verfahren zur Bildung eines elektrisch leitfähigen Überzuges hoher Gleitfähigkeit, guten Abnutzungswiderstands und hoher Haftfestigkeit auf dem Substrat geschaffen sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Überzugszusammensetzung. Der Überzug wird aus einer Zusammensetzung gebildet, welche ein Fluorcarbonpolymerisat, wie Polytetrafluoräthylen, eine wesentliche Menge leitfähiger Silberpartikel sowie einen hitzehärtenden oder thermoplastischen Binder, vorzugsweise ein Phenolharz, enthält. Darüberhinaus wird durch die vorliegende Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Aerosolzusammensetzung geschaffen, sowie eine !Technik zum Versprühen dieser Aerosolzusammensetzung zur Bildung des Überzuges. Die Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachstehenden, ins einzelne

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- 4 -gehenden Beschreibung noch deutlicher werden.

Es ist gefunden worden, daß sich edn zäher/ haftfester, elektrisch leitfähiger Überzug hoher Gleitfähigkeit oder niedriger Reibung durch die Überzugszusammensetzung, welche innerhalb der nachstehend aufgeführten genau aufgezeigten Grenzen liegt, erhalten läßt· Es hat sich gezeigt, daß, wenn das nachstehend offenbarte und die Lehren der Erfindung, die nachstehend mit Bezug auf das Verfahren zur Bildung baftfester Überzüge unter Anwendung der angegebenen Überzugzusammensetzung nicht befolgt werden, unbefriedigende und nicht annehmbare leitfähige Überzüge erbalten werden.

Eurz zusammengefaßt besteht die Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zur Bildung eines elektrisch leitfähigen, auf dem Substrat fest haftenden Überzuges hoher Gleitfähigkeit und guten Abnutzungswiderstandes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf das Substrat eine Zusammensetzung von etwa 5 bis etwa 80 Gew.-^ Peststoffen in einem !lösungsmittel aufgebracht wird, wobei der Feststoff gehalt sich zusammensetzt aus (1) etwa 1/2 bis etwa 65 Gew.- % Pluorcarbonpolymerisat in feinteiliger Form, (2) etwa 5 bis etwa 95 Gew.-$> leitfähiger Partikel, im wesentlichen

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Silber in feinteiliger Perm, und (3) etwa 3 bis etwa 90 Gew.-# Binder, und zwar ein thermoplastische oder ein dUDplastiscta.es Harz, das verschieden ist von dem unter (1) aufgeführten Polymerisat, und diese Zusammensetzung getrocknet wird, um einen fest haftenden Überzug auf dem Substrat zu bilden.

Die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens verwendete Zusammensetzung ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung sowie ein Druckbehälter, der die Zusammensetzung In Aerosolform enthält, um den elektrisch leitfähigen, haftenden Überzug hoher Gleitfähigkeit auf das Substrat aufzusprü*»hen.

Beschreibung einer besonderen Ausführungsform der Erfindung

Die überzugszusammensetzung, die zur Durchführung des Verfahrens benötigt wird, wird im allgemeinen durch Mischen der Komponenten der Zusammensetzung miteinander hergestellt, d. ta. das Fluorcarbonpolymerisat, die leitfähigen Partikel und der Binderharz warden im allgemeinen mit der Hälfte des insgesamt benötigten LSsungsaittels sorgfältig vermischt, zur Bildung der Überzugszusammensetzung. Dann wird das restliche Lösungsmittel der Übersugszusammensetzung zugegeben, um sie amf den besonderen gewünschten leststoffge-

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ORIGINAL INSPECTED

halt zu bringen.

Das Verfahren zur Aufbringung der Überzugaasammensetzung auf ein Substrat wird vorzugsweise durch Sprühen ausgeführt und der so aufgebrachte Überzug bildet das, was man im allgemeinen mit einem silberfarbigen Überzug bezeichnet, der hohe Gleitfähigkeitseigenschaften hat und gleichzeitig elektrisch leitfähig ist. Die Überzugszusammensetzung kann auch durch Tauchen, Streichen oder dergleichen aufgebracht werden.

Nachdem die Überzugszusammensetzung auf das Substrat auf-

so gebracht worden ist, läßt man ihn trocknen,/daß er einen fest haftenden Überzug auf dem Substrat bildet. Die Zeitdauer des Trocknens ist nicht kritisch, sie sollte jedoch im allgemeinen so lange sein, daß vollständiges Trocknen oder Aushärten des jeweils eingesetzten Binderharzes gewährleistet ist. Allgemein kann angegeben waäen, daß man die Überzugszusammensetzung minfeitens 15 Minuten trocknen lassen sollte; vorzugsweise sollte man den überzug mindestens 1 bis 2 Stunden trocknen lassen, bevor man ihn in Gebrauch nimmt. Das Trocknen kann bei erhöhter Temperatur, im Bereich von etwa 93 bis 260° O (200 bis 500° F) oder

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"bei Raumtemperatur vorgenommen werden, abhängig davon, ob der Binderhaz zum Aushärten höhere Temperaturen "benötigt oder eine lufttrocknende Harztype ist,oder dergleichen.

Unter dem hier gebräuchlichen Ausdruck "Fluorcarbonpolymerisat" ist ein Polymerisat gemeint, das ausgefehlt ist aus der Gruppe bestehend aus Polymerisaten von fluorierten und fluor-chlorierten Olefinen und Oopolymerisaten von zwei oder mehreren dieser Olefine eines Molekulargewichts im Bereich von etwa 500 bis 10 000 000 oder darüber. Diese Fluorcarbonpolymerisate sollten im allgemeinen in feinteiliger Form vorliegen. Eine besonders bevorzugte Form des FJuorcarbonpolymerisats, das in der Überzugszusammensetzung einzusetzen ist, hat eine Partikelgröße von etwa 44 /u oder darunter; beste Ergebnisse sind mit einem Fluorcarbonpolymerisat erhalten worden, dessen Partikel eine Größe unter etwa 10 /ü haben. Solche Fluorcarbonpolymerisate werden nach den jedem Fachmann bekannten Olefinpolymerisationsverfahren hergestellt. Fluorcarbonpolymerisate, die für die Erfindung geeignet sind, können nach den Verfahren hergestellt werden, die in den US-Patenten 2 534 058, 2 478 229 und 3 067 262 beschrieben sind.

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Das leitfähige Material, das hier Verwendung findet, sollte im allgemeinen ein feinzerteiltes oder feinteiliges Material, das im wesentlichen aus Silber besteht, sein. Hiermit ist gemeint, daß im wesentlichen vollkommen reines feinverteiltes Silber in dieser Erfindung eingesetzt wird, silberplattierte Kupferpartikel können eben-

daß

falls verwendet werden. Es ist gefunden worden,/Kupferpartikel per se allgemein nicht befriedigend sind, weil sie oxidieren (während des Alterns der Überzugszusammensetzung) und dies führt zu schlechter elektrischer leitfähigkeit des fertigen fest haftenden Überzugs.

Die Größe der leitfähigen PartileL muß durchgehend sehr klein gehalten sein, um einen Überzug mit guten Abnutzungseigenschaften zu erhalten. Die leitfähigen Partikel sollten allgemein eine Größe haben, so daß sie ein Sieb einer lichten Maschenweite von 150 .u (100 mesh screen, U.S.S. screen size) passieren, bevorzugt ist eine Partikelgröße unter etwa 44 /U (325 mesh -screen).

Es ist zu bemerken, daß das spezifische Gewicht des Silbers so hoch ist, daß es möglich ist, einen hohen Gewichtsprozentsatz Silber zu verwenden, ohne daß dadurch der fertig

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abgeschiedene Übezug einen hohen Volumenanteil an Silber hat.

Der Binder oder der Harzbinder, der in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung Verwendung findet, ist das was man üblicherweise darunter versteht, und insbesondere ist der hier geeignete Harzbinder entweder ein hitzehärtendes oder ein thermoplastisches Harz. Ein thermoplastisches Harz wird jedoch bevorzugt.

Die Ausdrücke "hitzehärtbare¹¹ Harze und ^B hitzehärtende¹* Harze, wie sie hier gebraucht werden, sind in ihrem üblichen Sinn zu vembehen und umfassen somit alle Klassen der bestimmten Harze, modifizierte und unmodifizierte und Mischungen davon, welche zu einer bleibenden Form aushärten, wenn sie erhitzt oder oxidiert werden. Hierher gehören die Phenolharze, die Epoxyharze, die Alkydharze, die Polyurethanharze, die Aminoharze, das sind Harnstoff-, Melamin- und Triazinharze, die hitzehärtenden Siliconharze und die hitzehärtenden Acrylharze.

Phenolharze, die mit Erfolg eingesetzt werden können, umfassen die Kondensationsprodukte von Phenol oder substitu ierten Phenolen, wie Oresol, Resorcinol oder Buty!phenol

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mit Aldehyden, wie Formaldehyd, Furfural usw., und Phenolharze, die modifiziert sind, z. B. mit Kolophonium (rosins), Kolophoniumester, Alkydharze usw.

Die Harnstofformaldebydhaze sind Kondensüonsprodukte von Harnstoff und Formaldehyd oder dessen Polymeren, und die Melaminharze sind Kondensationsprodukte von Melamin mit Formaldehyd.

Alkydharze umfassen sowohl gesättigte als aieh ungesättigte Ester und Polyester mehrbasischer Säuren und mehrwertiger Alkohole, z. B. Ester von Maleinsäure, Fumarsäure, Phtalsäure oder Adipinsäure usw. und einem GIykol, Glyzerin, Sorbitol usw. Diese Harze können mit Phenolharzen, verschiedenen trocknenden und halbtrocknenden Ölen und dergleichen modifiziert werden.

Die Epoxyharze umfassen die Kondensationsprodukte aus der Reaktion von Epichlorhydrin und Bisphenolen oder die funktionellen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen. Diese Polymerisate können modifiziert sein mit Polyestern, Phenolharzen, bestimmten Fettsäuren und dergleichen.

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Die Polyurethanharzmaterialien sind Reaktionsprodukte eines Polyesters oder Polyethers und eines Isocyanate, ausgewählt zum Aushärten zu einem festen hitzehärtenden Film, und bevorzugt sind die Produkte der Reaktion eines gesättigten Polyesters und eines 2,4-Toluol-di-Isocyanats und seiner Derivate. __

Die geeigneten Silikonharze sind die hitzehärtenden Alkylsilikone, wie Methylsilikon-mit einem Vehältnis von CH₅ zu Silizium von etwa 1,2 "bis 1,5, oder Äthylsilikone mit einem Verhältnis von Äthylgruppe zu Silizium ansehen etwa 0,5 und etwa 1,5, oder die Alkyl-Aryl-Silikone, welche bestimmte Mengen von Alkyl- und Arylgruppen enthalten, um gute Haftfestigkeit und Festigkeitseigenschaften zu bilden, wie z. B. MethylphenyIsilikonen mit einem Verhältnis von Methyl- und Phenylgruppen zu Silizium von etwa 1,8. Die Silikonöle und -Fette sind nicht geeignet für die Zwecke dieser Erfindung.

Die Zusammensetzungen dieser Erfindung können auch andere Bestandteile enthalten, wie die üblichen Füllstoffe, Farbstoffe, Trockenmittel und dergleichen, solange sie in solchen Mengen vorliegen, daß sie das Aushärten der hitzehärtbaren Harze unter Bildung einer starken Bindung zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Fluorearbön-

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Polymerisatpartikeln, die darin verteilt sind, nicht beeinträchtigen und die Gleitfähigkeit und Leitfähigkeit des Überzuges nicht verschlechtern oder zerstören.

Die Fluorcarbonpartikel dieser Erfindung, wenn sie auf dem Substrat durch das hitzebärtende oder thermoplastische Harz als diskontinuierliche Phase in der kontinuierlichen Harzphase gehalten werden, üben die Puktion fester Gleitmittelpartikel voll zufriedenstellend aus. Diese Partikel sind fest verankert und bleiben in einer Vielzahl von Anwendungszwecken mit geringer Reibung an ihrem Platz. Es ist auch möglich, eine kleine Menge anderer Gleitmittelpartikel in die Überzüge nach dieser Erfindung einzuarbeiten.

Der Ausdruck "thermoplastisches Harz¹¹ wird hier in üblichen Sinne gebraucht. Er umfaßt alle die Klassen dieser Harze, modifiziert und unmodifiziert sowie Mischungen davon. Hierher gehören thermoplastische Harze aus der Gruppe der oellulosischen Harze, der Vinylharze, der Acrylharze, der Polyamide und der Kohlenwasserstoffharze, sowie Gemische davon.

Die cellulosiscben Harze umfassen alle Oelluloseester- und Celluloseäther-Harze, die in nichtässrigen Lösungs-

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mitteln weitgehend löslich sind. Geeignete Celluloseester sind Celluloseacetat, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetat-Propionat, Cellulosetriacetat, Cellulosepröpionat und Nitrocellulose. Geeignete Celluloseether sind Äthylcellulose, Äthyl-Hydroxyäthyl-Cellulose, Carboxyäthylcellulose, Hydroxy-Propylmethyl-Cellulose und Carboxy-Methyl-Hydroxyäthylcellulose. Mischungen der Celluloseester oder Celluloseäther können eingesetzt werden und in bestimmten Fällen sind die Gemische zweckmäßiger als ein einziger Ester oder Äther, da bestimmte Mischungen einen Grad von Haftfestigkeit und Flexibilität und dergleichen erzeugen, die bei Verwendung eines einzigen Cellaloseharzes nicht erhalten werden können. Von diesen Harzen ist Nitrocellulose zu bevorzugen, während der bevorzugte Celluloseäther Ithylcellulose ist.

Die Vinylharze umfassen Polyvinylacetat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohole, Polyvinylbutyral und Vinyl-copolymerisate. Die geeigneten Vinylester sind die Copolymerisate, die in organischen lösungsmittel gut löslich sind und gute Filmbildungseigenschaften auJeisen, und unter diesen sind die Copolymerisate des Polyvinylchlorids und Polyvinyl-

acetats die zweckmäßigsten.

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-H-

Die für diese Erfindung geeigneten Acrylharze sind die in organischen Lösungsmittel löslichen Polymerisate und Copolymerisate von Acrylsäure, substituierter Acrylsäure und Methacrylsäure, einschließlich der Salze und Ester dieser Säuren.

Die oben erwähnien Kohlenwasserst of fhar ze sind die Erdölkohlenwasserstoffe, die durch Polymerisation der bei der kathelytischen Destillation des rohen Erdöls anfallenden ungesättigten Verbindungen erhalten werden, wobei die PoIyterpenharze eingeschlossen sind.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die duroplastischen und thermoplastischen Harze alle die Harze einschließen, die aus Aerosolbehältern ebenso wie nach den gebräuchlicheren Methoden, wie Sprühen, Streichen, Tauchen aufgebracht werden können.

Das Lösungs- oder Dispergier-Medium, das für die Zusammensetzungen dieser Erfindung verwendet werden kann, hat die funktion das Harz zu lösen und eine flüssige Dispersion der Pluorcarbonpolymerisatpartikel und der Leiterpartikel zu bilden, so daß die Dispersion der gewünschten Konsistenz leicht auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht werden kann, z. B. durch Sprühen, Feinst*erstäuben, Streichen,

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Tauchen, Aerolisieren und dergleichen. Das Lösungs- oder Dispergier-Medium darf das Fluorcarbonpolymerisat nicht lösen. Da die Fluorcarbonpolymerisate dieser Erfindung in den meisten organischen lösungsmitteln unlöslich sind» kann irgend ein gebräuchlicher aliphatischen: oder aromatischer Kohlenwasserstoff, Äther, Ester, Keton, Alkohol, ChlorkohlenwRsserstoff usw. als Lösungsmittel in den Beschichtungszusammensetzungen und bei dem hierin beschriebenen Verfahren mit befriedigenden Ergebnis eingesetzt werden. Das beste Lösungsmittel für irgendeine bestimmte Zusammensetzung kann ausgewählt werden aufgrund seiner Fähigkeit das bestimmte ausgewählte duroplastische oder thermoplastische Harz zu lösen sowie seine Verträglichkeit mit den anderen Komponenten in der Überζugszusammenseiaing. Während organische Lösungsmittel die bevorzugten Materialien für die Verwendung als einziges Dispergiermedium darstellen kann insbesondere in der Aerosolform (der Sprüh- und Druckbehälterform) Wasser in Verbindung mit dem organischen Lösungsmittel eingesetzt werden, jedoch darf das Wasser nur in kleinen Mengen anwesend sein. Es ist auch günstig mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel in dieser Erfindung zu verwenden.

Im allgemeinen wird das Wasser in den Aerosolformen dieser

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Erfindung sehr niedrig gehalten, vorzugsweise sind die Aerosolzusammensetzungen weitgehend wasserfrei. Obwohl es möglich ist ein einziges organisches lösunjpmittel als Dispergiermedium zu verwenden, wird in den meisten Fällen die Verwendung eines Gemisches von organischen lösungsmitteln bevorzugt, um optimale physikalische Eigenschaften zu erzielen, wie leichte Aufbringbarkeit, geregelte Flüchtigkeit und dergleichen.

Organische Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, die allgmein zur Bildung des Dispergiermediums mit den Phenolharzen dieser Erfindung geeignet sind umfassen die Alkohole, Ester, aromatische Kohlenwasserstoffe und Ket-one. Als besorifers günstig haben sich N-Butylalkohol, Polool, Methylisobutylket-on, Äthylenglykol, Monoäthyläther-acetat und Anylacetat, allein oder Gemische davon, erwiesen. Organiadae Lösungen oder Lösungsmittelgemische, die zur Bildung des Dispergiermediums mit Harnstofformaldehydharzen geeignet sind, umfassen Alkohole, aromatische Kohlenwasserstoffe und Ket-one. Besonders geeignete Lösungsmittel dieser Klasse sind N-Butylalkohol, Toluol, Xylol, Äthylenglykol, Monoäthylacetat und Methylisobutylket-on, allein oder Gemische davon.

Organische Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, die

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mit den Alkydharzen zusammen eingesetzt werden, umfassen im allgemeinen die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffe. Als in der Erfindung besonders geeignet erwiesen haben sich Xylol, Toluol und Testbenzin.

Die Epoxyharze sind löslich, in Alkoholen, Estern, Glykolen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und Ketonen, Besonders geeignet in dieser Erfindung sind ΙΓ-Butylalkohol, Äthylenglykol-Monoäthyläther-Acetat, Toluol, Methylisobutylketon und Xylol, allein ader Gemische davon.

Organische Lösungsmittel oder LSsungsmittelgemisehe, die allgemein als Dispergiermittel mit den Polyurethanharzen geeignet sind, umfassen Ester, Ketone und aromatische Kohlenwasserstoffe.

Die thermoplastischen Silikonharze sind in Estern, Ketonen, chlorierten, aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen löslich.

Die bitzehärtenden Acrylharze sind im allgemeinen löslich in Ketonen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, und bestimmte Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, welche zur Bildung der Zusammensetzungen dieser Erfindung geeignet sind, enthalten mindestens eine der Verbindungen

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ΪΓ-Butylalkohol, Toluol, Xylol oder dergleichen.

Die lösungsmittel, die für die Verwendung zusammen mit Celluloseäthern geeignet sind umfassen Alkohole, wie Äthanol, Propanol, Butanol usw.; Ester wie Äthylacetat und Butylacetat, Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol und Hephtan, und Ketbone wie Aceton. Glykole können ebenfalls verwendet werden, wie z. B. Äthylenglykol, Hexylenglykol, Äthylenglykol, Monoät hy lather, Diät.bylenglykol, die Äther von Diäthylenglykol usw. Es ist auch günstig halogenierte Kohlenwasserstoffe zu verwenden, wie Äthylendichlorid, Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff usw.

Besonders geeignete Lösungsmittel für Cellulosepcetatpropionat sind Aceton, Dioxan, Methylenchlorid, Cyclohexanon, Methylacetat usw. Besonders geeignete !lösungsmittel für Cellulosetriacetat sind Dioxan, Methylenchlorid, Nitroprop-an, Chiroform und Mischungen von Äthylenchlorid und Methanol usw. Besonders geeignete Lösungsmittel für Cellulosepropionat sind Butylacetat, Äthylacetat, Tetrahydrofuran usw. Besonders geeignete Lösungsmittel für Nitrocellulose sind Methylisobutylkethon, Butylacetat, Äthylacetat, Vinylacetat usw. Es ist auch zweckmäßig in den Zusammensetzungen Verdünnungsmittel zu verwenden, um die

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Viskosität der Zusammensetzung auf den gewünschten G-rad
zu reduzieren; Verdünnungsmittel die für diesen Zweck geeignet sind, sind z. B. Toluol, Xylol, Heptan, Benzin,
Äthylalkohol, Isopropylalkohol und Butylalkohol.

Für die Vinylharze besonders geeignete Lösungsmittel sind Ketone, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester und Nitrokohlenwasserstoffe. Im Handel erhältliche Lösungsmittel, die in diese allgemeinen Gruppen fallen und die in die
Zusammensetzungen dieser Erfindung mit Erfolg eingesetzt werden können, umfassen Toluol, Athylenglykol-Monoätbyläther, Methylisobutylketon, und Cyclohexanon, Methylalkoholäthylacetat und Tetrahydrofuran.

Pur die Acrylharze besonders geeignete Lösungsmittel sind chlorierte Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester und Ketone, und Lösungsmittel aus diesen
Gruppen, die als besonders befriedigend befunden wurden, sind Toluol, Methylisobutylketon, Aceton und Äthylenglykol-Monoäthylather.

Die Zusammensetzungen dieser Erfindung werden, wie schon erwähnt, durch Peinstzerstäuben oder Sprühen mittels ge-

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bräuchlicher Spritzpistolen, luftbürsten oder Aerosolbehälter*! auf das Substrat aufgebracht. Die Beschichtungen dieser Erfindung werden in relativ dünnen Schichten aufgetragen und wo ein verhältnismäßig dicker Überzug erwünscht wird, wird er vorzugsweise durch Aufbringen vieler dünner Schichten hergestellt, wobei man $ed.e Schicht nach dem Aufbringen trocknen läßt. Pur die meisten Anwendungszwecke ist am besten ein Übeisng einer Dicke von etwa 0,00254 bis etwa 0,01016 (etwa 0,1 bis etwa 0,4 mil). Die bevorzugte Übazugsdicke liegt im Bereich von etwa 0,00762 bis etwa 0,02032 mm (etwa 0,3 bis etwa 0,8 mil).

Die nachstehende Tabelle gibt die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung in Gewichtsprozentgruppen an, wobei die Prozentzahlenangaben Mehrungswerte sind.

S-ä-^-S-i-i.® ¹ (Gew.-^)

(1) Fluorcarbon-polymerisatpartikel 1/2$ - 65$ der Zus.setzung

(2) leitfähige Partikel od. Material 5$ - 95 $> der Zus.setzung (Silber od. Silberplatiertes

Kupfer) .

(3) Binderharzmaterial 3# - 90# der Zus.setzung

(4) Gesamtfeststoffgehalt der Zus. 5# Setzung

(5) Anteil des Lösungsmittels an 20$ der Zus.setzung

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Die bevorzugten Zusammensetzungsbereiche der Überzugszusammensetzung gemäß dieser Erfindung gibt die Tabelle 2 wieder, wobei die Zahlenangaben wiederum Mäherungswerte sind.

Tabelle 2

(1) Fluorcarbonpolymerisatpartikel 1-1/2$ - 40% der Zus.Setzung

(2) Leitfähige Partikel od. Ma- 10% - 60% der Zus.Setzung terial (Silber od. Silberplattiertes Kupfer)

(3) Binderharzmaterial 5% - 40% der Zus.Setzung

(4) Gesamtfeststoffgehalt der Zus. 25% - 65% setzung

(5) Lösungsmittelgehalt der Zus. 75% - 35% setzung

Diese Überzugszusammensetzungen dieser Erfindung können in Druckbehältern, allgemein als Aerosolbehälter oder Zerstäuber be*ichnet, abgefüllt und aus diesen aufgebracht werden. Wichtig ist, daß die organischen Lösungsmittel für die Harzbinder mit dem Treibmittel, das zum aerolisieren der Zusammensetzung verwendet wird, verträglich sind.

Das Treibmittel, das bei der Herstellung der Aerosolzusammensetzung, die aus Aerosolbehältern aufgebracht werden soll, geeignet ist, is.t nicht kritisch für die Ausführung der Erfindung, vorausgesetzt das Treibmittel und das organische Lösungs-

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mittel sind miteinander verträglich. ]?ür die Verwendung in dieser Erfindung geeignete Treibmittel sind chlorierte Kohlenwasserstoffgasei wie die, die unter dem Namen Preon im Handel sind, nicht verflüssigte Gase wie Stickstoff, halogenierte Verbindungen wie Methylenchlorid und Kohlenwasserstoffe wie Propan, Isobutan und dergleichen. Die geeignetsten Treibmittel sind jfluor-chlorierte Derivate des Methans und des itbgns; das sind z. B. Dichlor-Difluor-Methan (ffreon 12), Trichlor-Monofluor-Methan (Freon 11) und Dichlor-Tetrafluor-Äthan. Die bevorzugten Ventile für die Druckbehälter sind die in der Aerosolindustrie als Farbstoffventile bekannten. Geeignete Konzentrationsbereiche für die Aerosolzusammensetzung und Verpackung (packaging) desselben einschließlich Treibmittel liegen zwischen etwa 1/5 bis etwa 25 Gew.-# Gesamtfeststoffe und vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 10 Gew.-^.

Die relativen Mengen Harz, Fluorcarbonpolymerisat und gleitfähige Partikel (3?eststoffmengen) können über einen relativ weiten Bereich schwanken (wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt), abhängig von den besonderen Anforderungen, die an die verschiedenen Einsatzzwecke der elektrisi ütfähigen überzüge gestellt werden. Die Änderungen der Peststoffgeha-tte von Fluorcarbonpolymerisat, Harzbinder und gleit-

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fähigem Material innerhalb' der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Bereiche führt zu Änderungen des Reibungskoeffizienten, der elektrischen leitfähigkeit, der Haftfestigkeit, der Schlagfestigkeit, der Flexibilität und der Haltbarkeit des Überzuges, und es versteht sich von selbst, daß das optimale relative Verhältnis jedes einzelnen Hfcerials anhand von Versuchen festgestellt werden kann, die unter den bestimmten Bedingungen ausgeführt werden, die bei dem Einsatz herrschen, für den der fertige Überzug gedacht ist.

Mit dem hierin benutzten Ausdruck "Aerosolzusammensetzung" ist eine Zusammensetzung gemeint, die in Druckbehältern, Aerosolbomben, Aerosolbehältern und dergleichen verwendet wird, und die aus dem Behälter versprüht oder aerolisiert werden kann unter Bildung eines Überzuges auf den Substrat. Mit dem Ausdruck "aerolisieren" ist Versprühen einer Aerosolzusammensetzung aus ihrem Behälter gemeint.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung werden die nachstehenden Beispiele gebracht, die jetzt noch keine Begrenzung der Erfindung darstellen.

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Silber

Partikel- Fluorcarbon-

Tj-4-«4-i material Polymerisat Beispiel ^_{44 nikron)} (_öw^)

(Gew.-Ji)

Nr.

Binderhare
Peel* offβ
(Gew.-*)

Gesamtfeststoffgehalt (Gew. -ji)

el. Widerstand des Überzuges

lösungsmittel

1
2

3
ο
ο

«ο 4
«ο

CD 5

20.0 25.0 30.0 28.7 29.6 31.8

34.6 36.4

37.1

7.4 (Vydax-AR) 4.3 (Vydax-AR)

9.8 (Whitcon-8)

9.8 (Wbitcon-8)

6.8 (Wbitcon-8)

3.2 (Vydax-AR)

1.7 (Vydax-AR)

3.7 (Whitcon-8)

1.9 (Whitcon-8)

6.5(Phenolharz, 33·9 BES-2600)

8.1 (Phenolharz, 37.4 BES-2600)

9.8 (Phenolharz, 49.6 BES-2600)

9.3 (Phenolharz, 47.8 BES-2600)

9.6 (Phenolharz, 46.0 BES-2600)

3.2 (91Ji Polyvi- 38.2 nylchlorid-3^ PoIyvinylacetat-copolymerj

3.5 (91Ji Polyvi- 39.8 nylchlorid-3^ Po-

^rvinylacetat-copolymer^

3.6 (9196 Polyvi- 43.7 nylchiorid-3 * Poly vinylacetat-c opolymer.)

3.7 (91* Polyvi- 42.7 nylchlorid-3?i Polyvinylacetat-copolymer)

Aceton-Äthanol
Preon TF

Aceton-Äthanol
Preon TP

Ac et ο n-Ät ha η öl

Aceton-Äthanol

Met hy1-is ob uty1-keton; Preon TP

MIBK-Preon TP

MIBK

(ohm/9,29 ■"; 0.20

0.09 0,10 0.28 0.09 0.18

0.13 0.18

0,19

Silber Partikelmaterial Fluorcarbon-Beispiel ( 44 nikron) polymerisat (Gew.-<)

Binderharz
Peststoffe

Nr

y (Gew.-$)

Gesamtfeststoffgehalt el. Widerstand des (Gew.-^) Lösungsmittel Überzuges

(ohm/972"9 0.17

10.

37.4

1.0 (Whitcon-8)

O	11	21.6	31	.5 Teflon-7)
O
«o «0	12	30c1	5.	O (Teflon-7)
«D	13	28.6	9.	8 (Teflon-7)
	H	38.4	6.	3 (TL-126)
	15	31.1	1C	I.7 (TL-126)

3.7 (91# Poly- 42.1

vinylchlorid-

3^ Polyvinyl-

acetat-copoly-

mer)

7.00(Phenolharz, 60.1 BKS-2600)

9.7 (Phenolharz, 44.8 BKS-2600)

9.4 (Phenolharz, 47.8 BKS-2600)

12.6 (Phenolharz, 57.3 BKS-2600)

10.1(Phenolharz, 51 .9 BKS-2600)

MIBK

Aceton-Äthanol

0₀18 0.19 0.18 0.16 0.23

In den oben aufgeführten Beispielen bedeutet Vydax-AR ein Polytetrafluorätbylen eines Molekulargewichts von etwa 2000 bis etwa 10 000 und einer Partikelgröße im Bereich von etwa 1/2 bis etwa 10 Mikron. Als Phenolbarz wurde in den obigen Beispielen das Phenolharz BKS-2600 der Union Carbide verwendet. Dies ist ein phenolisches Einbrennharz, welches 52 bis 56 $> nicht flüchtige Anteile in Äthanol enthält. Die Dichte dieses Harzes beträgt 1,03 kg/l (8,8 lbs/ gal) und es hat ein spezifisches Gewicht von 1,04 bis 1,06, wenn es in fester Form vorliegt. Die Viskosität des Harzes beträgt 700 bis 1000 cps.

Das Fluorearbonpiymerisat (Whitcon-8), das in den obigen Beispielen benutzt wurde, ist ein Polytetrafluoräthylen. Whitcon-8 ist ein weißes Pulver mit guten Gleiteigenschaften. Es hat eine Partikelgröße unter etwa 1 Mikron, durchschnittliche Teilchengröße bestimmt nach der "Fisher-subsieve-size-method")» es hat ein spezifisches Gewicht von 2,16 bis 2,18 und einen Erweichungspunkt über 316° 0 (600° i¹). Whitcon-8 ist von der Firma Whitford Chemical Corporation, Westchester, Pennsylvania, erhältlich.

Der Harzbinder VAGH der Union Carbide ist in den obigen Beispielen beschrieben; es ist ein Polyvinylchlorid-Polyvinylacetat-Copolymerisat, das 91 # Vinylchlorid und 3 $> Vinyl-

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acetat enthält und einen Hydroxylwert von 5,9 hat. Sein spezifisches Gewicht /beträgt etwa 1,39.

Das Fluorcarbonpolymerisat Teflon-7 (der Dupont Corporation), das in den Beispielen eingesetzt wurde, ist ein feinpulverisiertes Polytetrafluoräthylen einer Partikelgröße von etwa 35 Mikron oder darunter; es hat ein spezifisches Gewicht von etwa 2,13 bis 2,19.

Das Fluorcarbonpolymerisat TL-126, das in den Beispielen verwendet wurde, ist ein Polytetrafluoräthylen einer durchschnittlichen Partikelgröße im Bereich von etwa 8 Ms 10 Mikron. Das Produkt ist erhältlich von der liquid Nitrogen Processing Corporation, Malvern, Pennsylvania.

Beispiel 17

Die Überzugszusammensetzung gemäß Beispiel 4 wurde durch Aufsprühen auf ein Metallsubstrat aufgebracht unter Bildung eines Überzuges einer Dicke von etwa 0,0381 bis 0,0508 mm (1 1/2 bis 2 mti). Der Überzug wurde dann etwa eine Stunde bei 199° C (390° F) erhärtet. Der abgeschiedene Überzug hatte eine elektrische Leitfähigkeit von 0,277 ohm pro 9,29 m .

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Die Zweckmäßigkeit der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile dürften aus der vorstehenden Beschreibung eindeutig hervorgehen. Bs ist jedoch besonders herauszustellen, daß das Verfahren zur Bildung elektrisch leitfähiger Überzüge gemäß dieser Erfindung als von außerordentlich großem Vorteil für die Herstellung von elektrisch leitfähigen Überzügen geringer Reibung auf Potentiometer-Kontaktfedern befunden wurde. Die Erfindung ist auch vorteilhaft zur Herstellung elektrisch leitfähiger Überzüge geringer Reibung, welche sehr fest auf zahlreichen anderen elektrischen Kontaktoberflächen, wie Schaltern verschiedenster Konstruktion, Gleitkontakten usw. haften. Für den Fachmann ergeben sich zahlreiche andere Einsizzwecke für diese Erfindung, denn sie ist überall dort mit Vorteil anzuwenden, wo ein zäh und festhaftender Überzug niedriger Reibung, welcher gleichzeitig eine hohe elektrische leitfähigkeit aufweist, benötigt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bildung eines elektrisch leitfähigen, auf dem Substrat fest haftenden Überzuges hoher Gleitfähigkeit und guten Abnutzungswiderstands, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat eine Zusammensetzung von etwa 5 bis etwa 80 Gew.-$ Peststoffen in einem Lösungsmittel aufgebracht wird, wobei der Feststoffgehalt sich zusammensetzt aus (1) etwa 1/2 bis etwa 65 Gew.-$ Fluorcarbonpolymerisat in feinteiliger Form, (2) etwa 5 bis etwa 95 Gew.-^ leitfähiger Partikel, im wesentlichen Silber in feinteiliger Form, und (3) etwa 3 bis etwa 90 Gew.-$> Binder, und zwar ein thermoplastisches oder duroplastisches Harz, das verschieden ist von dem unter (1) aufgeführten Polymerisat, und diese Zusammensetzung getrocknet wird um den fest haftenden Überzug auf dem Substrat zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusammensetzung aufgebracht wird, deren Feststoffgehalt von etwa 1 1/2 bis etwa 40 Gew.-$ Fluorcarbonpolymerisat, etwa 10 bis etwa 60 Gew.-# leitfähiger Partikel und etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% Harzbinder gebildet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Harzbinder ein durqplastisches Harz eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Harzbinder ein Phenolharz eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluorcarbonpolymerisat einer Partikelgröße von unter 44 Mikron (325 mesh) und leitfähige Partikel eines Durchmessers unter 150 Mikron (100 mesh) eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusammensetzung eines Feststoffgehaltes im Bereich zwischen etwa 25 und etwa 65 $> eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorcarbonpolymerisat ein Polytetrafluoräthylen eingesetzt wird.

8. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 beschichtetes Substrat

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluorcarbonpolymerisat einer Partikelgröße unter etwa 10 Mikron und leitfähige Partikel eines Durchmessers unter

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44 Mikron (325 mesh) eingesetzt wird.

10. Überzugszusammensetzung zur Bildung elektrisch leitfähiger Überzüge hoher Gleitfähigkeit und guten Abnutzun^widerstands gekennzeichnet durch einen Feststoffgehalt von 5.bis 80 Gew.-$ in einem lösungsmittel, wobei die Feststoffe bestehen aus (1) etwa 1/2 bis etwa 65 Gew.-% Fluorcarbonpolymerisat in feinteiliger Form, (2) etwa 3 bis etwa 95 Gew.-% leitfähiger Partikel, im wesentlichen Silber in feinteiliger Form, und (3) etwa 3 bis etwa 90 Gew.-# Binder, und zwar ein -thermoplastisches oder duroplastisches Harz, das verschieden ist von dem unter (1) aufgeführten Polymerisat.

11. Überζugszusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorcarbonpolymerisat etwa 1 1/2 bis etwa 40 Gew.-^, die leitfähigen Partikel etwa 10 bis etwa 60 Gew.-?t und der Harzbinder etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% des Gesamtfeststoffgehaltes ausmachen.

12. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzbinder ein duroplastisches Harz ist.

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13. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzelehnet, daß der Harzbinder ein Phenolharz ist.

14· Überzugesusammensetzung nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorcarbonpolymerisat eine Teilchengröße unter 44 Mikron (325 mesh) und die leitfähigen Partikel einen Suchmesser unter 150 Mik*ron (100 mesh) haben.

15. überzugszusanmensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtfeststoffgehalt im Bereich von etwa 25 bis etwa 65 Gew.-j6 liegt.

16. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorcarbonpolymerisat ein Polytetrafluor ethylen ist. ,

17. Ein eine Überzugszusammensetzung gemäß Anspruch 10 ent haltender Druckbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß er die Oberzugszusammensetzung und ein Seihmittel in solchen Mengen enthält, daß der Gesamtfeststoff gehalt von Fluorcarbonpolymerisat, leitfähiger Partikel und Binderharz etwa 1/5 Gew.-56 bis etwa 25 Gew.-f> beträgt.

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1S51653

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18. Bebälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet» daß er eine Überzugszusammensetzung enthält, deren Fluorcarbonpolymerisat eine Partikelgröße unter 10 Mikron und deren leitfähige Partikel einen Durchmesser unter 44- Mikron (325 mesh) aufweisen und der Harzbinder ein Phenolharz ist.

19. Verfahren zur Bildung eines elektrisch leitfähigen, auf dem Substrat fest haftenden Oberzuges hoher Gleitfähigkeit und guten Abnutzungswiderstands unter Verwendung des Behälters gemäß Anspruch 17 durch Versprühen der in dem Behälter befindlichen Aerosolzusammensetzung und anschließendem trocknenlassen.

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