DE2113900A1

DE2113900A1 - Formkoerper aus Kunststoff und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE2113900A1
Application number: DE19712113900
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Buechel; Maria Enzersdorf; Wladimir Dipl-Ing Hascic
Original assignee: Deutschen Semperit GmbH
Current assignee: Deutschen Semperit GmbH
Priority date: 1971-02-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2126328B1; FR2126328A1

Description

Case 6687

DEUTSCHE SEMPERIT GUMMIViERK GES.M.B.H.

Formkörper aus Kunststoff und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung bezieht sich auf einen Formkörper mit erhöhter Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Der Grund, warum Kunststoffe in bestimmten Anwendungsgebieten nicht eingesetzt werden können, besteht darin, daß die thermische Leitfähigkeit, bzw. die elektrische Leitfähigkeit zu gering ist. Ein großes Problem bei den Kunststoffen besteht darin, daß sich diese, da sie Isolatoren sind, elektrisch aufladen. Aus diesem

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Grund sind die meisten Kunststoffe ohne Füllstoffe nicht in Räumen, wo Explosionsgefahr besteht, zu verwenden. Diese Gefahr von elektrischen Entladungen besteht auch bei fließenden Flüssigkeiten,wie sie z.B. in einem Schlauch einer Zapfsäule gegeben ist. Um elektrische Aufladungen in diesem FaIIe^ zu vermeiden, wird dem Gummi ein hoher Anteil Ruß zugesetzt,' wodurch der elektrische Widerstand so weit gesenkt wird, daß die durch die fließende Flüssigkeit entstehende Elektrizität abgeleitet werden kann. Jedoch werden die mechanischen Eigenschaften durch den erhöhten RuiSzusats wesentlich verschlechtert. VJeiters .entstehen bei der Herstellung des Kunststoffkörpers große .Schwierigkeiten, da die Viskosität dieser Massen sehr sehr hoch wird, so daß man durch weitere Stoffe, bzw. durch erhöhte Temperatur versuchen muß,die Verarbeitbarkeit zu verbessern.

Um die thermische Leitfähigkeit von Kunststoffen zu verbessern, ist es bereits bekannt gewordenen Kunststoff massen ko bis βο Gew..fs Metallpulver einzuarbeiten. Die thermische Leitfähigkeit wird jedoch dadurch nur unwesentlich erhöht. Das erklärt sich daraus, daß die einzelnen ungefähr kugel- bzw. scheibenförmigen Metallteilchen mit Kunststoff umhüllt werden und nicht miteinander in Berührung stehen. Es befindet sich somit zwischen den Metallteilen jeweils eine Isolierschichte aus Kunststoff. VJeiters wird dadurch genauso wie bei einem erhöhten Rußzusatz -die Viskosität wesentlich erhöht, sodaß eine schlechte Verarbeitbarkeit der Kunststoffmassen gegeben ist.

Die Erfindung hat sich nunmehr zum Ziel gesetzt, die • oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und besteht im wesentlichen darin, daß die Metallteile in Form länglicher Elemente mit einem Verhältnis der größten Länge zur größten Breite von mehr als 2:1, gegebenen-

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falls von mehr als etv.^ra 5:1, vorzugsweise mehr als etv/a 10:1 vorliegen, die vorzugsweise über den gesamten Formkörper gleichmäßig verteilt sind. Bei einem Verhältnis der größten Länge zur größten Breite von mehr als 2:1 ist bereits sichergestellt, daß die Metallteile einander berühren, sodaß die thermische bzw. elektrische Isolierung zwischen den einzelnen Metallteilen wegfällt. Bei einem Verhältnis von mehr als 5:1 sind bereits so viele Berührungsstellen vorhanden, daß weniger Metallteile zugesetzt werden können als bei einem Verhältnis 2:1, um die gleiche thermische bzw. elektrische Leitfähigkeit zu erreichen, wie bei dem Verhältnis 2:1. Ist das Verhältnis mehr als etv/a 10:1, so wird die elektrische und thermische Leitfähigkeit noch weiter wesentlich erhöht, da noch mehr Berührungsstellen vorhanden sind.

Ist das Verhältnis der größten Länge zur größten Breite mehr als etwa 100:1,.vorzugsweise mehr als etwa 1000:1, so wird durch die Metallteile ein Gefüge gebildet, wobei die einzelnen Metallteile einander an vielen Stellen berühren, sodaß eine besonders gute thermische und elektrische Leitfähigkeit erreicht wird.

werden als Metallteile Späne verwendet, die bei spanabhebender Bearbeitung von Metallkörpern entstehen, so ist ein besonders guter Kontakt zwischen den einzelnen Spänen gewährleistet, da diese aufgrund ihrer Herstellung schraubenförmig bzw. spiralig sind, sodaß ein Verfilzen dieser Teile eintritt.

Liegen die Metallteile in Form von Fasern vor, so wird dadurch ebenfalls im Formkörper eine besonders niedrige elektrische bzw. thermische Leitfähigkeit erreicht.

Als besondere vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Metallteile in Form eines Vlieses vorliegen. Diesen V*lies kann einerseits so locker aufgebaut sein, daß es im gesamten Körper angeordnet ist und so gro.Oe

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Leerstellen läßt, daß es leicht von Kunststoff durchdrungen werden kann. So die Leitfähigkeit nur an einer oder an wenigen Flächen des Formkörpers erforderlich ist, besteht die Möglichkeit, ein Metallvlies in den entsprechenden Bereichen der Form bereits vorzusehen. Diese Ausführungsform ist insbesondere für jene Gegenstände von Interesse, bei welchen eine statische Aufladung vermieden werden soll.

-Beträgt der Umfang des kleinsten Querschnittes der Metallteile höchstens etwa 2 mm, vorzugsweise 1 mm, so wird einerseits erreicht, daß die elektrische bzw. thermische Leitfähigkeit hoch ist, da die gesamten Berührungsflächen groß gehalten werden, wobei andererseits gewährleistet ist, daß der Formkörper aus Kunststoff gute mechanische Eigenschaften aufweist.

Bestehen etwa o,5 Volums-^ bis etwa o, Io Volums-^, vorzugsweise etwa 1 Volums-^ bis etwa 5 Volums-^ des Formkörpers aus Metallteilen, so sind die mechanischen Eigenschaften des Formkörpers gegenüber reinem Kunststoff nur geringfügig verändert, wobei aber eine wesentlich erhöhte elektrische bzw. thermische Leitfähigkeit erreicht wird.

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Enthält der Formkörper etwa o,o2 Volums-^ bis etwa o,5 Volums-fj, vorzugsweise etwa ο,ορ bis etwa o, 1 = Volums-^ Metallteile, wobei gegebenenfalls der Kunststoff geschäumt, z.B. geschäumtes Polyurethan, ist, so wird ein Formkörper erhalten, der ein geringes Gewicht aufweist, dessen ebktrischer v/iderstand zwischen etwa Io bis lo"hc .cm liegt. Innerhalb dieser beiden Grenzen werden Kunststoffe als antistatische Kunststoffe bezeichnet, wobei sie noch nicht als elektrische Leiter zu be-.

zeichnen sind, sodaß auch Schäden vermieden werden kämen, die durch

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Erdschluß od.dgl. entstehen könnten.

Beträgt das Porenvolumen etwa ~jo Volums-Jj bis etv;a . 7o Volums-f^ vorzugsweise etwa 4-5 Volums-^ bis etwa 60 Voluns-;j des Formkörpers, so ist dadurch einerseits noch ein genügender Kontakt zwischen den einzelnen Metallteilen gewährleistet,und andererseits ist das spezifische Gewicht des Formkörpers geringer als dasjenige des kompakten Körpers, wodurch eine Gewldits- und Materialersparnis erreicht werden kann, ' Vielehe z.B. bei antistatischen Schuhsohlen bislang nicht erreicht werden konnte.

Besteht zumindest etwa o,o2 0 einer Fläche des Formkörpers aus Metall, so wird dadurch erreicht, daß diese Fläche antistatische Eigenschaften aufweist, wobei gleichzeitig nur eine geringe Gewichtserhöhung des Formkörpers zu beobachten ist.

Der erfindungsgemäße Formkörper kann dadurch hergestellt -werden, daß in eine Form Metallteile eingeleg't werden, worauf der Kunststoff in an sich bekannter Weise in die Form gebracht wird. Durch dieses Verfahren ist es -gewährleistet, daß die Metallteile an den erwünschten Stellen angeordnet sind, wobei gleichzeitig die übliche Verarbeitung des Kunststoffes durchgeführt werden kann, ohne daß neue Einspritzaggregate od.dgl. benötigt v/erden.

Die Erfindung wird nun im folgenden anhand der Zeich-.nung beispielhaft näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Schuh mit einer antistatischen Sohle dargestellt; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Schuh entlang der Linie II-II; in Fig. 3 ist ein weiterer Querschnitt einer antistatischen Schuhsohle dargestellt, und in Fig. 4 ist der Querschnitt durch eine Kunststoffform rni^ erhöhter thermischer Leitfähigkeit dargestellt.

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Der in Fig. 1 gezeigte Schuh besteht aus einem · Schaft 1, welcher mit einer Sohle 2 verbunden ist. Diese Sohle 2 wurde durch direktes Anschäumen an den Schuhschaft erhalten. Die Sohle besteht aus geschäumtem Polyurethan. In der Sohle sind Metallteile j5 wie aus Fig. 2 ersichtlich über die gesamte Sohle 2 verteilt. Zwischen Sohle 2 und«Deckbrandsohle befindet sich die Brandsohle 4. Durch die Anordnung von Brandsohle und Deckbrandsohle ist sichergestellt, daß die Metallteile keine Erhebungen im Schuh verursachen, soda3 keine Druckstellen, wie sie durch Nägel, • Stifte od.dgl. bekannt sind, entstehen können.

Bei der Herstellung dieser antistatischen Sohlen wurde so- vorgegangen, . daß zwischen 1 und 2 g Metallteile in die Sohlenform eingelegt wurden, worauf eine schäumfähige Polyurethanmischung in den Formhohlraum, der durch einen Schaft oben abgeschlossen ist, eingespritzt wurde. Die entsprechenden Uerte können der folgenden Tabelle entnommen werden, wobei der spezifische Durchgangswiderstand gemäS DIN 53596 bestimmt v/urde.

Sohlengew« Sohlenvol. Spez.Q-ew. Spez.Durchgangs-

g cm? g/crn-^ widerstand - \ SL·, era

a) Sohle nur aus geschäumtem Polyurethan

1) 14o.o 2p6 o,59 1.1 x lo¹¹

2) I4o.o 248 o,56 1.1 χ lo¹¹

b) Sohle mit Stahlwolle (o,o4 χ ο,2 χ 15o-2oo mm)

-Metallteile: 1,5 g

5) 141.0 . 250 0,56 7.2 χ lo⁵ 4) 142.5 258 0,60 4.7 x lo⁵

c) Sohle mit Alu-Spänen (o,o7 χ ο,Ι χ 5o-loo mm) ro Metallteile: l,o g

S 5) I59.0 264 0,60 7.3 x lo⁵ 6) l'lp,5 244 o,57 4.5 x lo⁴ ^a 7) 144.ο 230 o,62 2.7 χ lo⁵

ο d) Sohle mit !Cupfer-Spänen (o,o7 χ ο,Ι χ 5o-15o mm) ο ' Metallteile: 2 g

^m 8) 145.0 253 0,60 " 1.7 x lo^ 9) 144.5 24S 0,58 l.o χ ler'

Die mechanischen Eigenschaften wurden bei den Schuhsohlen nicht verschlechtert, sondern im Gegenteil verbessert. So wurde bei der Prüfung auf Dauerbiegefestigkeit festgestellt, da5 das Rißv/achstum zwischen ο und 5 % liegt, wohingegen das RiSwachstum des geschäumten Polyurethans ohne Metallteile ca. bei 2o fo liegt.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Form β ist eine Kühlschlange 7 angeordnet, wobei die Metallteile 3 den gesamten Querschnitt der Form gleichmäßig füllen. Mit einer Kunststofform dieser Art ist es beispielsweise möglich, den Temperaturverlauf beim Aushärten eines Kunststoffes zu regulieren. Die thermische Leitfähigkeit ist wie bereits' ausgeführt auf den innigen Kontakt der Metallteile miteinander zurückzuführen, sodaß die thermische Leitfähigkeit des Kunststoffmateriales selbst nicht von großem Einfluß ist.

- PatentansDrüche -

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Claims

Patentansprüche

Ii Formlräper aus Kunststoff, z.B. Po3ye st er; geschäumtem Polyurethan, Elastomer od.dgl. mit erhöhter Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität, wobei in dem Formkörper Metallteile angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile in Form länglicher Elemente mit einem Verhältnis der größten Länge zur größten Breite von mehr als 2:1, gegebenenfalls von mehr als etwa 5:1* vorzugsweise mehr als etwa lo:l vorliegen, die vorzugsweise über den ge- * samten Formkörper gleichmäßig verteilt sind.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der größten Länge zur größten Breite mehr als etwa loo:l, vorzugsweise mehr als etwa looo:l beträgt.
^. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile Späne sind, die bei' spanabhebender Bearbeitung von Metallkörpern entstehen.
4. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile in Form von Fasern vorliegen.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile in Form eines Vlieses vorliegen.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des kleinsten Querschnittes der Metallteile höchstensetwa 2 mm, vorzugsweise etwa 1 mm beträgt.

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7. Formkörper nach einem der Ansprüche .1 bis 6, .dadurch gekennzeichnet, daß etv/a o,5 Volums-fi bis etwa Io Volums-^, vorzugsweise etwa 1 Volums-Jj bis etwa 5 Volur.is-Jj des Fonnkörpers aus Metallteilen bestehen.
8« Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er etwa o,o2 Volurns-Jj bis etwa o,5 Yolums-Jj, vorzugsweise etwa o,o5 Volums-Ji bis etwa o,l Volums-^ Metallteile enthält, wobei gegebenenfalls der Kunststoff geschäumt,z.B. geschäumtes Polyurethan ist.
9·-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daü der Formkörper . etwa 3So Volums-fi bis etwa Jo Yoluias-Jj, vorzugsweise etwa 45 Volums-fj bis etwa 6o Volums-Jj Poren aufvxeist.' " . .
10. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch !^kennzeichnet, daß zumindest etvm o,o2 fo einer Fläche des Formkörpers aus Metall bestehen.
11. Verfahren zur Herstellung eines Forrnkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Form Metallteile eingelegt werden, worauf der kunststoff in an sich bekannter Weise in die Form gebracht wird.

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