DE2216584A1 - Gestalteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Gestalteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung

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DE2216584A1 DE19722216584 DE2216584A DE2216584A1 DE 2216584 A1 DE2216584 A1 DE 2216584A1 DE 19722216584 DE19722216584 DE 19722216584 DE 2216584 A DE2216584 A DE 2216584A DE 2216584 A1 DE2216584 A1 DE 2216584A1
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Description

PATENTANWALTS 3 Ü RO
TEL. (0611) 53 0211 TELEX: 5-24 303 topat PATENTANWÄLTE
München: Frankfurt/M.:
Dipl.-Chem. Dr. D. Thomsen Dipl. - Ing. W. Weinkauff
Dipl.-Ing. H. Tiedtke (Fuchshohl 71)
Dipl.-Chem. G. Bühling
Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 2 Kaiser-Ludwig-Platz6 6. April 1972
Imperial Chemical Industries Limited
London, Großbritannien
Gestalteter Gegenstand und Verfahren zu dessen
Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstände, welche elektrisch leitende Massen aufweisen bzw. aus solchen bestehen.
In den britischen Patentschriften 1 159 99H und 1 207 989 und in der britischen Patentanmeldung 3U 111/70 sind elektrisch leitende Hassen aus einem verformbaren Polymeren und mit Metall
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überzogener Glasfaser beschrieben. Solche Massen sind brauchbar als Widerstände, Leiter, und insbesondere als Elektroden geringen Gewichtes zur Verwendung bei elektrolytischen Verfahren, einschließlich Batterieplatten, Gitter oder Elektroden. Es wurde festgestellt, daß sich während des Verformens solcher Massen bisweilen eine nicht-leitende Polymerhaut bilden kann und es wurde der elektrische Kontakt mit den leitenden Komponenten der leitenden Massen verbessert durch das Einsetzen eines geeigneten metallischen Kontaktes durch diese Haut hindurch, oder durch das Abreiben der Oberfläche des Verbundmaterials, um die leitende Komponente freizulegen.
Demgemäß schafft die Erfindung einen gestalteten Gegenstand, bei welchem mindestens ein Teil der Oberfläche eine Masse aufweist, welche aus einem elektrisch leitenden fasrigen Material und einer Polymermatrix gebildet wird, wobei von der äußeren Oberfläche der Polymermatrix elektrisch leitende Fasern vorspringen.
Die erfindungsgemäßen Gegenstände besitzen den Vorteil eines herabgesetzten Oberflächenwiderstandes und beim Verwenden zum Haltern von Pasten beim Gebrauch als Elektroden in primären oder sekundären Zellen besitzen sie verbesserte Haftungseigenschaften im Vergleich zu glatt an der Oberfläche geformten Gegenständen. Der gesteigerte Oberflächenbezirk ist auch von Vorteil, wenn der Gegenstand eine Elektrode zum Gebrauch bei einem elektrochemischen Prozeß ist.
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Wenn auch Gegenstände gebildet werden können, bei denen das fasrige Material homogene Metallfaser oder Whisker ist, ermutigen wirtschaftliche Betrachtungen und Betrachtungen des Gewichtes zu einem Vorzug der Verwendung von mit Me.tall überzogenen Fasern, beispielsweise mit Metall überzogener Glas-, Siliciumdioxyd- oder Asbestfaser. Diese Fasern können auch den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien die bekannte Verstärkungswirkung, in Verbindung mit Fasern hohen Moduls verleihen, wodurch die Festigkeit des hergestellten Gegenstandes gesteigert wird.
Der Gegenstand kann ein Substrat aufweisen, auf welches eine Oberflächenschicht aufgebracht ist. Vorzugsweise sind das Substrat des Gegenstandes und die Oberflächenschicht aus dem gleichen elektrisch leitenden Fasermaterial und Polymeren gebildet, obgleich es möglich ist, für das Substrat stattdessen irgendein geeignetes, gestaltbares Material zu verwenden und dieses Material kann leitfähig oder nicht-leitfähig sein.
Die genaue Zusammensetzung und eine arukttr der Oberflächenschicht, ist in hohem Maße abhängig von der Methode, welche zu ihrer Bildung angewandt wurde.""'.-- .
Wo ein*gestalteter Gegenstand mit glatter·Oberfläche durch Verformen einer Masse gebildet worden ist, welch letztere aus einem verformbaren Polymeren und elektrisch leitendem, fasrigen Material besteht, können die Fasern veranlaßt werden, aus der Oberfläche der Polymermatrix vorzuspringen, indem man
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das Polymere selektiv entfernt, beispielsweise durch Abreiben des Polymeren, so daß die leitenden Fasern freiliegen. Eine bevorzugte Methode zur Durchführung besteht in dem Abreiben der Oberfläche mit einem luftgetragenen Abriebpulver, beispielsweise durch Sandstrahlblasen. Die Verwendung von starren, sehr harten Schleifmitteln wie einer Metallfeile oder die Anwendung des Mahlens ist unerwünscht, weil diese Methode dazu neigt, die Fasern mit der Matrix gleichermaßen abzureiben.
Eine allgemeiner anwendbare Methode zum Bereiten der erfindungsgemäßen Gegenstände besteht darin, daß man elektrisch leitende Fasern teilweise in die Oberfläche des Gegenstandes in einem Stadium einpreßt, wenn die Oberfläche ein Polymeres in hinreichend weichem Stadium aufweist.
Der Grad des Einpressens der leitfähigen Fasern in die . Oberfläche des Gegenstandes muß so sein, daß einige Teile davon oberhalb der Matrixoberfläche verbleiben. So muß der Fließfähigkeitsgrad des Polymeren und die zum Einpressen der leitfähigen Faser angewandte Kraft gesteuert werden, um die erwünschten Wirkungen zu erzielen.
Das angewandte Polymere kann ein Thermoplast, eine härtbare Hasse oder ein Kautschuk sein, vorausgesetzt, daß dem Polymeren in einem gewissen Stadium der erforderliche Fließfähigkeitsgrad erteilt werden kann. Es ist daher ein Thermoplast in unpolymerisierter Form, falls diese nicht gasförmig ist, oder in hitzeer-
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weichter Form nach der Polymerisation verwendbar. Materialien, welche irrversibel härten, werden am besten in Form einer Vorpolymerflüssigkeit angewandt und die Polymerisation bzw; das Härten wird vollendet, nachdem das fasrige Material eingepreßt worden ist.
Das elektrisch leitfähige fasrige Material wird Zweckmäßig in Form einer Fasermatte verwendet, welche gewoben oder ungewoben sein kann, beispielsweise in Form einer verworrenen Masse oder eines Filzes' der Fasern. Die Matte kann aus einer Fasermenge gebildet sein, welche durch eine geringe Klebstoffmenge, zweckmäßig durch das Polymermatrixmater^ial selbst, in Stellung gehalten wird. Die Fasermatte kann dann in die Polymerharzmatrix, eingepreßt oder eingetaucht werden, gegebenenfalls auf einem gesonderten leitfähigen Substrat, falls eines verwendet wird. Die Matte kann auf ein Substrat gebracht werden und ein flüssiges Monomeres, geschmolzenes Polymeres oder ein Vorpolymersirup wird daraufgegossen, bis der Flüssigkeitsspiegel auf gerade unterhalb der oberen Oberfläche der Matte angestiegen ist. Die Flüssigkeit kann dann zum Verfestigen veranlaßt werden, indem man einen Katalysator hinzusetzt oder abkühlt oder indem man irgendwelche anderen geeigneten Maßnahmen ergreift, wodurch
•.or- : der erforderliche Gegenstand gebildet wird. Die Matte kann aber auch verwendet werden, um einen Teil einer Form auszukleiden und anschließend kann das Polymere unter Druck in die Zwischenräume der Matte gepreßt werden, um den gestalteten Gegenstand ' mit den gewünschten Oberflächeneigenschaften' zu bilden.
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Beispielsweise werden Glasfasern von 0,017 mm Durchmesser, welche einen Bleiüberzug von etwa 0,0015 mm Dicke aufweisen und welche durch Überziehen von Glasfaser mit geschmolzenem Blei, wie in der oben erwähnten Patentanmeldung beschrieben, bereitet wurden, zu Längen von durchschnittlich etwa 2 mm zerhackt und dann zu einer Matte geformt, welche mit einer Mindestmenge an Polyvinylchlorid-Plastisol zusammengebunden wird.
Das ganze verfestigt man zu einer pflattenähnlichen Form, indem man in Hethylmethacrylat mit einem Gehalt an 0,1% Azobisdiisobutyronitril eintaucht, bis nach 10 Stunden bei Raumtemperatur keine weitere Gewichtszunahme verzeichnet wird. Das Polyvinylchlorid hat etwa 110 Gew.-% Methylmethacrylat absorbiert.
Die Platte wird aus dem Methylmethacrylat entfernt und dann qehärtet, indem man eine Stunde bei 56°C hitzehärtet und danach die Temperatur innerhalb einer Zeitspanne von 4 Stunden auf 300C steigert. Nach dem Abkühlen besitzt das Produkt eine Oberfläche aus offenmaschigen, verworrenen, mit Blei überzogenen Glasfasern, wobei diese Oberfläche eine Blei/Bleioxyd-Paste zur Verwendung in einer Blei-Säure-Sekundärzelle befriedigend zurückhält. Line weitere Verbesserung wird erreicht, indem man die Platte gegen eine gerippte Formoberfläche verformt. Das gerippte Produkt hält große Mengen der aktiven Paste brauenbar zurück.
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Mach einem v/eiteren Konstruktionsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes, wird eine Matte aus bleiüberzogenen Glasfasern auf eine flache Formoberfläche gebracht. Eine bei Raumtemperatur härtende, polyesterbildende Masse, welche als "Crystic 198" bekannt ist, vermischt man mit den angemessenen Katalysator- und Beschleunigerkomponenten, und läßt sie von der Seite her in die Fasermatte einfließen, bis nur die obere Oberfläche unbedeckt bleibt. Man läßt die Masse sich ver-· festigen und der sich ergebende Platz, von welchem die Matte vorspringt, wird mit Erfolg als Batterieelektrode zur Halterung einer Blei/Bleioxyd-Paste verwendet.
Bei einem, dritten Ausführungsbeispiel wird die Methode des ersten Beispiels befolgt mit der Ausnahme, daß man vor dem Eintauchen in das Methacrylat, die Oberfläche der Matte mäßig abträqt, so uaß 'einzelne Fasern die Mattenoberfläche überragen . Nach dem Imprägnieren wie beschrieben, findet man, daß diese Fasern über die Oberfläche des Polymeren vorstoßen und eine relativ rauhe Oberfläche schaffen, welche für Paste gute Kontakt- und Haftungseigenschaften besitzt.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    V 1./Gestalteter Gegenstand, gekennzeichnet durch eine Oberfläche, von der zumindest ein Teil eine Masse aus elektrisch leitfähigem, fasrigen Material in einer Polymermatrix aufweist, wobei von der äußeren Oberfläche der Polymermatrix elektrisch leitfähiges, fasriges Material vorspringt.
  2. 2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fasrige Material mit Metall überzogene Fasern aufweist bzw. aus solchen besteht.
  3. 3. Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Metall überzogenen Fasern mit Metall überzogene Glas-, Siliciumdioxyd- oder Asbestfasern sind.
  4. 4. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einer Elektrode geformt ist.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung des gestalteten Gegenstandes nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Matte aus elektrisch leitendem, fasrigen Material bildet; daß man die Matte mit einem Polymermaterial imprägniert; und daß man das Polymermaterial zwecks Bildung eines Gegenstandes der gewünschten Gestalt zu einer festen Masse härtet, wobei in einem Stadium, wo das Polymere genügend Fließfähigkeit zum Eindringen der leitfähigen Fasern in das Polymere beibehält,
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    diese Fasern auf die Oberfläche des Polymeren aufgebracht und % teilweise in die Oberfläche eingedrückt werden, wodurch mit dem leitenden fasrigen Material der Matte Kontakt hergestellt wird.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung des gestalteten Gegenstandes nach Anspruch 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß man eine Matte aus elektrisch leitendem, fasrigen Material bildet; daß man die Oberfläche soweit abträgt, wie es erforderlich ist, um das leitende fasrige Material zu veranlassen, die Mattenoberfläche zu überragen; und daß man die Matte mit einem Polymermaterial, welches anschließend zu einer festen Masse gehärtet wird, so imprägniert, daß das leitende Fasermaterial die Oberfläche überragt.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung des gestalteten Gegenstandes nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Matte aus elektrisch leitendem, fasrigen Material bildet; daß man die Matte mit einem Polymermaterial imprägniert; daß man das Polymermaterial zu einer festen Masse härtet; und daß man die Oberfläche des so erhaltenen Gegenstandes durch Strahlblasen abreibt, wodurch das Polymere selektiv abgerieben wird und die leitenden Fasern, die Oberfläche des Gegenstandes überragend, hinterläßt.
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DE19722216584 1971-04-06 1972-04-06 Gestalteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung Pending DE2216584A1 (de)

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