DE2018797A1

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Info

Publication number: DE2018797A1
Application number: DE19702018797
Authority: DE
Priority date: 1969-04-21
Filing date: 1970-04-20
Publication date: 1970-12-23
Also published as: GB1270611A; FR2039329A1; BR7017800D0

Description

W.R. Orace & Co. (US 817 978 - prio 21₀*.l969 Hew York. N.Y . V.St.A. A/14864 - 6927)

Hamburg, den O. April 1970 Klebverfahren und Klebmittel

Die Erfindung betrifft Massen mit einen Oehalt an warneaktlvierbarem Klebmittel sowie ein Klebverfahren unter Verwendung einer derartigen Masse.

Gegenstand der Erfindung ist eine Klebmasse, die ein Oemlsoh enthält, welches ein polymeres oder polymer1-sierbares Material, das ein wärmeaktlvierbares Klebmittel ist, und ein feinteiliges,nicht kohlenstoff artiges, nicht ferromagnetlsches elektrisch leitendes Material enthält, welches seinerseits Aluminium, Kupfer, Silber oder Oold bzwο Silicium oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Elemente oder eine nicht ferromagnetische Legierung mit mindestens einem dieser Elemente enthält, wobei das Oewichtsverhältnis von leitfähigen Teilchen zu wärmeaktivierbarem Klebmittel zwischen 5:95 bis 80:20 beträgt.

Gegenstand der Erfindung 1st ferner ein Klebverfahren zum Verbinden von zwei Flächen, bei welchem eine wärmeaktivierbares Klebmittel enthaltende Masse zwischen die Flächen

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eingebracht und in Berührung mit beiden erhitzt wird, bis das Klebmittel wärmeaktiviert 1st und das dadurch gekenn zeichnet ist, daß man eine Masse verwendet, die ferner Teil» chen eines nicht kohlenstoffertigen, elektrisch leitenden Materials mit einem Gehalt an Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder Silicium oder einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Elemente oder eine nicht ferromagnetische Legierung ^ mit mindestens einem dieser Elemente mit einem Gewichtsverhältnis von leitenden Teilchen zu wärmeaktivierbarem Klebmittel von 5:95 bis 80:20 enthält, und die Masse einem Hochenergiewechselfeld unterwirft, bis das wärmeaktivierbare Klebmittel wärmeaktiviert ist„

Die Klebmittelmasse kann als das wärmeaktivierbare polymere Klebmittel ein thermoplastisches, ein hochschmelzendes oder ein wärmehärtendes Kunstharz oder ein Vorprodukt derselben, ^ ZqB. ein polymerisierbares Monomeres oder niedriges Polymeres, oder ein flüssiges vernetzbares System enthalten, welche eine Verklebung zwischen Glas und anderen Flächen zu bewirken vermögen«. Die Flächen können dabei mit einem Voranstrich verse» hen sein» Die thermoplastische oder hochschmelzende Masse kann weichgestellt oder frei von Weichmacher sein· Beispiele für thermoplastische Stoffe sind Olefinpolyroere, unter diesen Ausdruck fallen neben Homopolymeren auch Copolymere aus einem Olefin mit anderen Olefinen oder aus einem Olefin mit anderen

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Monomeren sowie modifizierte, z.B« carboxylierte Olefinpolymere und Copolymere, Insbesondere Polyäthylen, oxydiertes Polyäthylen, Polypropylen und Äthylen/Propylen-Copolymere, ferner Vinylpolytnere, wie Polystyrol, Polyvinylchlorid, Vlnylchlorldcopolymere, ζ „Β. mit Vinylacetat, Polyvinylacetat, und Polyvinylacetat, wie Polyvinylbutyral. Diese Produkte können gewünschten- oder erforderlichenfalls mit Weichmacher versetzt sein. Geeignete, in der Hitze schmelzende Hessen sind z.B. Polyamide, Äthylen/Vinylacetat-Co" polymere (einschließlich Terpolymeren), Gemische aus . Äthylen/Vinylacetat-Copolymeren mit hydrierten Harzen und/ oder anderen Stoffen, wie sie beispielsweise in der briti» βden Patentschrift 1 092 161 beschrieben sindo Beispiele für wärmehärtende Harze sind z.B. vernetzbare Polyester und Epoxyharze sowie Phenolformaldehyd-, Harnstoffformaldehyd· und Melaminformaldehydharze und dergleichen«, Die Masse kann gewünschtenfalls zwei oder mehrere dieser Komponenten, z.B. ein Melamin- oder Phenolformaldehydharz und ein Polyvinylacetat nebeneinander enthalten.

Die nicht ferromagnetischen, elektrisch leitenden Teilchen (im folgenden einfach als "Teilchen" bezeichnet) können aus einem einzigen Element oder einem Gemisch von zwei oder mehreren Elementen oder einer nicht ferromagnetischen Legierung bestehen. Aluminium ist besonders bevorzugt, weil es

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durch wasserhaltige Flüssigkeiten oder Wasserdampf nicht angegriffen wird₀ Nicht ferromagnetische Aluminiumlegierungen mit anderen Metallen oder mit Silicium ßlnd ebenfalls besonders bevorzugte

Zwar gibt es keine kritische Obergrenze fUr die Teilchengröße der einzelnen Teilchen (sie hängt unter anderem von L· dem Einfluß der Teilchengröße auf die mechanische Festigkeit der als Endprodukt erhaltenen Klebsohicht sowie von der angestrebten Dicke dieser Schicht ab), doch kamt sie mit ungefähr 1 mm angegeben werden; in den meisten Fällen beträgt die Teilchengröße gUnstigerweise JO bis 200m, insbesondere 40 bis lfjO au Wenn alle enderen Bedingungen gleich sind, dann, erreicht das Klebmittel umso rascher die Akt ivierungs tempera tür Je größer die Teilchen si Eid „

Die Teilchen müssen nicht vollständig aus dem elektrisch ™ leitenden Material bestehen. So können beispielsweise die Stoffe in Form eines Überzuges avf einem inerten, elektrisch nicht leitenden Trägermaterial, wie z.B, sehr feinen Olaaperlen, vorliegen» Derartige Trägerteliehen können einen Durohmesser von 20 bis 85O/U aufweisen. Die Teilchen können vorteilhafterweise In einem Harzbindemittel auf dem Träger eingebettet sein« Sie können auf den Träger, der im allgemeinen eine annähernd kugelförmige Gestalt besitzt, auf

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jede bequeme Welse aufgebracht werden; beispielsweise können die Trfigertellchen mit einer kolloidalen Suspension des elektrisch leitenden Materials in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in Berührung gebracht werden, wobei diese günstigerweise ferner ein nicht leitendes Bindemittelharz bekannten Type enthält. Zusammengesetzte (auf einen Träger aufgebrachte) Teilchen dieser Art fallen ebenfalls unter den hler verwendeten Ausdruck "Teilchen¹* für das elektrisch leitende Material.

Das Gewichtsverhältnis der Teilchen zu dem Klebmittel kann Innerhalb eines weiten Bereiches von beispielsweise 5:95 bis 80:20 schwanken und wird jeweils abhängig von den speziellen. In Jedem Einzelfall herrschenden Anforderungen ausgewählt» Je höher das Verhältnis liegt, so rascher wird selbstverständlich die Masse durch ein Wechselfeld gegebe« ner Frequenz und Stärke erhitzt. Andererseits führt die Verwendung eines hohen Anteils an Teilchen häufig zu einer Erhöhung der Steifigkeit der gebildeten Klebmittelschioht, was nicht immer wünschenswert ist; darüber hinaus kann die Benetzungsfähigkeit des Klebmittels für die zu verbindenden Flächen abnehmen und auch die Bindefestigkeit der Kleb» mittelschicht kann leiden, insbesondere wenn der Anteil der Teilchen sich der Obergrenze des angegebenen Bereiches nähert. Die Bedeutsamkeit dieser Effekte sohwankt stark abhängig von

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der Art der Klebmittelzusammensetzung_o So sind hochgradig kristalline Polymere, wie z.B. Polyäthylen hoher Dichte enthaltende Massen besonders empfindlich, da die Teilchen dazu neigen, sich in den amorphen Teilen der polymeren Schicht zu konzentrieren, so daß sehr hohe Ortliche Konzen« trationen an Teilchen auftreten können, selbst wenn die Oesamtkonzentration an Teilchen verhältnismäßig niedrig ist.

Das Klebmittel kann auf verschiedene bekannte Weise zusammen-» gemischt und geformt werden<. Zum Beispiel kann das Harz bei einer oberhalb des Schmelzpunktes liegenden Temperatur in einem Brabender Plastograph, einem Banbury-Mischer oder einem Zwel~Walzen~Stuhl gemischt und nach Zufügen der Teilchen welter vermählen werden, bis die Teilchen in der ge« bildeten Masse homogen diepergiert sind» Das Gemisch kann anschließend in Band« oder Bahnform extrudiert werden. Anschließend kann die gekühlte Bahn zu Dichtungen oder anderen gewünschten Formen zerschnitten werden. Eine andere Arbelt3= weise besteht darin, daß man eine homogene Mischung aus den metallischen Teilchen und dem teilchenförmigen Kunstharz bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Harzes In einem doppelwandigen Mischer herstellt und anschließend das Gemisch oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes in die gewünschte Gestalt druckverformt„ Verschiedene andere Arbeite-

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weisen sind für den Fachmann dieses Gebiets naheliegende

Besondere wertvoll sind die erfindungsgemüsßen Klebraifctol zum Verschließen von Behältern mit Deckeln„ Da es sich hierbei im wesentlichen um einen sich ständig v/iederholenden Prozeß handelt, läßt sich die Temperatur leicht einregeln, auf welche das Klebmittel erhitzt wird, indem man die Betriebsbedingungen sorgfältig wählt, wozu die Spasinung und Frequenz der Quelle für das magnetische Wechselfeld, der Abstand der zusammenzufügenden Teile von der Spule oder dem sonstigen Weohselfeldgenerator und die Einwirkungsdauer des Feldes auf die zusammenzufügenden Teile gehören» und erforderlichenfalls Routineversuche zur Ermittlung der geeigneten Bedingungen durchführt,

Die Erfindung kann zur Verbindung von Flächen aus verschiedenen polymeren Substraten Anwendung finden» ζ_CB, von ver·= etärkerhaltigen oder unverstärkten thermoplastischen oder wärmehärtenden Harzen oder Kautschuk oder beliebigen Kombinationen dieser Werkstoffe_c Bei der Auswahl des geeigneten Klebmittels für jede spezielle Kombination, von Werk" stoffen können die allgemeinen Kenntnisse auf dem Klebmittelgebiet Anwendung finden»

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Die Erfindung 1st besonders wertvoll für das Verschließen von Kunststoffbehältern mit Deckeln, insbesondere von Kunststoff-Flaschen«, Das herkömmliche Verfahren zum Verschließen von Flaschen mit Kronenkorken 1st fUr das Verschließen vieler Kunststoff«Flaschen, Insbesondere solcher aus Polyvinylchlorid, nicht geeignet, well ein hoher Anteil der Flaschen während des Verschließen wegen des fUr den Schließvorgang erforderlichen hohen Druckes beschädigt wird₀ Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, Kunststoff-Flaschen mit Verschlüssen zu versehen, ohne die Flasche zu verformen, wobei hohe Versohließgeschwindlgkeiten Anwendung finden können, so daß das Verschließen mit dem mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Abfüllen Schritt hält, das beim Abfüllen von Produkten auf Flaschen dem Verschließen unmittelbar vorhergeht c &a dartlber hinaus Kitze in erster Linie in dem Klebmittel selbst erzeugt wird, kann das Klebemittel aktiviert werden, ohne daß ein direktes Erhitzen des Verschlusses oder der Flaschen stattfindet, wodurch eine Verformung des üblicherweise aus einem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, hergestellten Deckels und der Kunststoff -Flaschen vermieden wird.

Unter "hoher Frequenz" in Bezug auf die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes wird jede zur induktiven Erhitzung der Teilchen geeignete Frequenz verstanden. Die Frequenz beträgt

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normalerweise zwischen 0,5 und 100 MHz oder darüber» nor» malerweise 15 bis 30 NHz. Jede geeignete Quelle mit ausreichender Energieabgabe kann Verwendung finden; typische Quellen haben eine Leistung von 0,1 bis 50 Kw, doch ist eine Ausgangsleistung von 2 bis 5 Kw im allgemeinen am geeignetsten. Vorzugsweise werden die Frequenz und die Feldstärke entsprechend der Größe und Form der Arbeite» stücke sowie der Zusammensetzung des Klebmittels ausgewählt, so daß man eine effektive Erhitzungsdauer von 2 Minuten oder darunter, im allgemeinen von wenigen Sekunden erreicht.

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf dem Effekt, der allgemein als magnetische Induktionserhitzung bekannt ist. Aufgrund des Vorhandenseins der elektrisch leitenden Teil« ohen worden durch das Verfahren Wirbelströme erzeugt, die in üblichen thermoplastischen oder wärmehärtenden Massen allein nloht auftreten, so daß in den miteinander zu verbindenden Flächen direkt nur eine geringe oder gar keine Wärme erzeugt wird. In erster Linie wird nur das Klebmittel ausreichend erhitzt, um die Bindung zu erzielen. ,

Eine zur Ausführung des erflndungegemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist schematlsoh in der beiliegenden Zeichnung dargestellt« Die Vorriohtung besteht aus einem mit einer Energiequelle 2 verbundenen Generator l und einem

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elektrisch betriebenen Zeitgeber 3 für den Betrieb des Generators, so das das Wechselfeld eine bestimmte, ein· gestellte Zeit IaEg an der Arbeitsspule 4 herrscht. Bin typischer Generator hat eine Nennleistung von 5 38m und arbeitet mit 27,12 MHz«, Die Arbeitsspule und deren unmittelbare Umgebung sind mit einer Kühlvorrichtung versehen, die vorzugsweise aus einem thermostatisch gesteuerten geschlossenen Kreislaufsystem 5 besteht, in dem destilliertes Wasser als Kühlmedium dient» Weniger reines Wasser führt zu größeren Energieverlusten im Kühlsystem und die Verunreinigungen können zu einer so starken Erwärmung führen, da8 die KUhlwirksamkelt vermindert oder vollkommen beeinträchtigt wird» Verschiedene mechanische Vorrichtungen 6 können dazu dienen, die miteinander zu verbindenden Teile in die geeignete Stellung Innerhalb der Arbeitsspule zu bringen. Die Vorrichtung 6 ist so ausgebildet, daß die Teile kontinuierlich durch die Arbeitsspule mit einer solchen Geschwindigkeit hindurohgeführt werden, daß die Aufenthaltsdauer innerhalb der Spule ausreicht, wobei in diesem Fall auf den Zeltgeber 3 verzichtet werden kann, so daß das Magnetfeld dauernd vorhanden ist«

Eine andere Arbeltsweise besteht darin, daß man die Transportvorrichtung anhält und die Arbeitsepule bewegt.

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Naoh der Aktivierung des Klebmittels und vorzugsweise nach der anschließenden Abkühlung der zu verbindenden Teile können die Xanten der Teile erforderlichenfalls verschlossen bzw. weiterversohlossen werden, und zwar auf Irgendeine bekannte oder geeignete Welse.

Verschiedene Zusätze können dem Klebmlttel zugefügt werden, ohne dessen Brauchbarkelt zu beeinträchtigen. So werden beispielsweise gelegentlich Pigmente, wie Titandloxyd oder Zinkoxyd, zur Verbesserung des Aussehens zugegeben. Andere mögliche Zusätze sind beispielsweise Antioxydationsmittel, Farbstoffe, Füllstoffe, antistatische MIttel, die Entflammbarkeit erschwerende Mittel, Verdickungsmittel, tbisotrtv?* Mittel, viekoeitäteverändernde Mittel, Strecköle, Weichmacher und Klebverbesserer, Derartige Zusätze finden normalerweise in Mengen von 0,005 bis 200 Teilen je 100 Teile polymeres Klebmlttel (bezogen auf das Gewicht) Anwendung. Sie können mit dem Klebmittel vor oder während des Einbaues der leitenden Teilchen in die Masse zugefügt werden.

Zur Erläuterung der Erfindung sollen die folgenden Beispiele dienen, in denen alle Angaben in Teilen und alle Verhältnieangaben sloh auf das Gewicht beziehen.

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Beispiel 1 Bb wurde das folgende Klebmittel hergestellt; Oewlchtateile Polyvinylchlorid (Vinol Y57M

der Wacker-Chemie GmbH.) 160

Aluminiumpulver (Teilchengröße

53 bis 120 ax) 140

Titandioxyd 10

Durch Druckverformung wurde aus dieser Nasse eine Bahn von 0,51 mm Dicke hergestellt und eine ringförmige Dichtung wurde aus der Bahn ausgestanzt. Diese Dichtung wurde an= schließend zwischen einen PVC-Deckel in Form einer Scheibe (von 25 mm Durohmesser und mit einer Dicke von 0,28 mm) und den oberen Rand einer PVC-PIasehe eingelegt und die Teile wurden zusammengedrückt. Die Teile wurden in eine zylindrische Spule mit zwei Windungen gebracht, welche mit dem Ausgang eines 6KW- Induktionsgenerators verbunden war, der mit 27*12 MHz arbeitete. Die an die Spule abgegebene Stromstärke, ausgedruckt als Anodenstrom, betrug 0,580 A. Es wurde eine fUr die Praxis brauchbare Verbindung inner« halb von 6 Sekunden erhalten.

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Beispiel 2 Oewiohtetelle Polystyrol (Sternite 122 der Sterling Moulding Materials LtdJ 129

Kupferpulver (elektrolytisch rein. Teilchengröße 40 ax) 171

Ein BUsohel Polystyrolfasern wurde in einem Polystyrol» bürstengriff befestigt, wobei ein Streifen der obigen Masse mit einer Dicke von 0,51 mm und einer Breite von 4,2 mm Verwendung fand. Die Teile wurden Über einer Flach» spule angeordnet, die mit dem Ausgang eines 5KW- Induktlonsge^erators verbunden war, der mit 27,12 MHz arbeitete. Die an die Spule als Anodenstrom abgegebene Stromstärke betrug 90 Sekunden lang 0,400 A. Es wurde eine befriedigende Verbindung der Borsten mit dem Handgriff erhalten.

Beispiel 3

Es wurde ein Klebrolttel aus gleichen Oewlohtstellen des : Polystyrols des Beispiels 2 und dee Aluminiumpulver des Beispiels 1 hergestellt, wobei die Masse zu einer Bahn von 0,51 mm Dicke druckverformt wurde·

PolystyrolblOoke von 51 mm Länge, 12,5 Bm Breite und 6,2 mm Dloke wurden unter Verwendung des obigen Klebmittels mitein ander verbunden, wobei die Verbindung 12,5 em überlappte.

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DIe Polystyrolblöcke wurden mit dam dazwischen befindlichen Klebmittel zusammengedruckt und in eine zylinderförmlge Spule mit» vier Windungen eingeschoben» die an den Ausgang eines 1,2 KW-Induktionsgenerators angeschlossen war, der mit 27*12 MHz arbeitete„ Die Spule erhielt 5 Sekunden lang einen Anodenstrom von 0,190 A. Die Festigkeit der Verbindung gegenüber einer Scherbeanspruchung wurde mit einer Belastungsgesohwindigkeit von 25 cm/Min· bestimmt. Das Substrat versagte bei einer Belastung von 90 kg, was bedeutet, das die Scherfestigkeit der Verbindung · mehr als

56 kg/cm betrug.
Beispiel 4

Bin Klebmittel bestehend aus gleichen Teilen Polypropylen ("Propathene 42/00" der Imperial Chemical Industries Ltd.) und dem Aluminiumpulver des Beispiels 1 wurde durch Druck« verformung hergestellt. Polypropylenblöeke der gleichen Abmessung wie die Polystyrolblöcke des Beispiels 3 wurden miteinander verbunden, wobei das vorstehend angegebene Klebmlttel Verwendung fand und der Uborlappuniebereich dem des Beispiels 5 entsprach. Die Bedingungen und die Arbeite« weise waren ebenfalls wie im Beispiel 5, wobei In diesem Pail die Klebzelt jedoch 15 Sekunden betrug. Bei einem Teetversuoh versagte das Substrat unter der gleichen Belastung wie Im Beispiel 3, so dad die Scherfestigkeit der

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ο Verbindung wiederum mehr als 56 kg/cm betrug.

Obgleioh in den Beispielen das Klebmittel ein ähnliches thermoplastisches Polymeres enthielt, wie die miteinander su verbindenden Flächen« 1st zu betonen, da3 das erfindungen gemässe Verfahren auch Anwendung finden kann, wenn eine oder beide der genannten Flächen in ihrer Art von dem Klebmittel abweichen· Selbstverständlich wird in jedem Einzelfall ein Klebmittel gewählt werden* das eine geeignete Affinität für die zu verbindenden Werkstoffe aufweist bzw. bekanntermaßen für diese, geeignet ist. Die Ermittlung eines geeigneten Klebmittels für Jeden speziellen Anwendungssweck stellt für den Fachmann kein Problem dar.

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Claims

-η

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verkleben zweier Flächen, bei welchem eine ein wfirmeaktlvierbares Klebmittel enthaltende Masse zwischen die Fläohen eingebracht und in Berührung mit diesen erhitzt wird, bis das Klebmittel wärmeaktiviert 1st, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kasse verwendet, die ferner Teilchen eines nicht kohlenstoffartigen, elektrisch leitenden Materials mit einem Gehalt an Aluminium, Kupfer, Silber, QoId oder Silicium oder einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Elemente oder einer nicht ferromagnetlschen Legierung mit mindestens einem dieser Elemente in einem Gewichteverhältnis von leitenden Teilchen zu wärmeaktivierbarem Klebmittel von 5:95 bis 80ι20 enthält, und die Masse einem Hoohenergiewechselfeld unterwirft, bis das wärmeaktivlerbare Klebmittel wärmeaktiviert 1st.

2, Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von JO bis 1 000 λι besitzen.

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3. Verfahren genäse Anspruoh 2, daduroh gekennzeichnet, daß die leitfähigen Teilchen aus Aluminium bestehen und eine Teilchengröße von 40 bis 150 yu haben.

4. Verfahren gemäss Anspruoh 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Kunststoffverschluß mit einem Kunststoffbehälter verklebt.

5. Klebmittel zur Durchfuhrung des Verfahrens gemäss den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemisch aus einem polymeren oder polymerlslerbaren Material, das ein wärmeaktivierbares Klebmittel 1st, und einem feinteiligen, nicht kohlenstoffartigen, nicht ferromagnetische« elektrisch leitenden Material enthält, wobei letzteres Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder Silicium oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Elemente oder eine nicht ferromagnetische Legierung mit mindestens einem dieser Elemente enthält, und wobei das Gewlehtsverhältnis der lelt fähigen Teilchen zu dem wärmeaktivlerbaren Kleb» mittel 5*95 bis 80:20 beträgt.

6. Klebmittel gemäss Anspruoh 5, daduroh gekennzeichnet, daß die leitfähigen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 30 bis 1000 M besitzen.

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Klebmittel gemäae Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet„ daß die leltfähigen Teilchen Aluminiumteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 40 bis 150 ax sind.

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