DE2221164A1

DE2221164A1 - Composite fiber material

Info

Publication number: DE2221164A1
Application number: DE19722221164
Authority: DE
Inventors: Jackson John Brian
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1971-04-28
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1972-11-09
Also published as: AU4154872A; FR2134627A1; FR2134627B1

Description

PATENTANWALTSBÜRO ThOMSEN - TlEDTKE - BüHLING? * 2 I 1 6PATENT LAW OFFICE ThOMSEN - TlEDTKE - BüHLING? * 2 I 1 6

TEL. (0811) 53 02 11 530212TEL. (0811) 53 02 11 530212

TELEX: 5-24 303 lopatTELEX: 5-24 303 lopat

eingegangen am.,.^f---^-—Received on.,. ^ f --- ^ -—

PATENTANWÄLTE München: Frankfurt/M.: PATENTANWÄLTE Munich: Frankfurt / M .:

Dipl.-Chem. Dr. D.Thomaen Dipl.-Ing. H. Tledtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. EggersDipl.-Chem. Dr. D.Thomaen Dipl.-Ing. H. Tledtke Dipl.-Chem. G. Buehling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers

Dipl.-Ing. W. Welnkauff (Fuchihohl 71)Dipl.-Ing. W. Welnkauff (Fuchihohl 71)

8000 Mönchen 28000 monks 2

Kaiser-Ludwig-Platze 28. April 1972Kaiser-Ludwig-Platze April 28, 1972

Imperial Chemical Industries Limited London, GroßbritannienImperial Chemical Industries Limited London, UK

VerbundfasermaterialComposite fiber material

I}ie Erfindung bezieht sich auf beschichtete Pasern und insbesondere auf metallbeschichtete Glas- oder Keramikfasern und deren Verwendung bei der Herstellung von elektrisch leitenden Verbundstoffen.The invention relates to coated fibers and in particular on metal-coated glass or ceramic fibers and their use in the production of electrical conductive composites.

Erfindungsgemäß werden metallbeschichtete Glasoder Keramikfasern auf einen Träger aufgebracht und dann durch Hitze und/oder durch Druck zum Aneinanderanhaften oder verschweißen an Berührung&punkten zur Bildung eines elektrisch leitenden Stoffs (Tuch) gebracht.According to the invention, metal-coated glass or ceramic fibers are applied to a carrier and then by heat and / or pressure to adhere to each other or weld at touch & dots to form one electrically conductive material (cloth) brought.

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Es wird vorzugsweise ein Metall gewählt, das bei einer Temperatur schmelzbar ist, bei der das Glas ausreichend seine mecha"> Ischen Eigenschaften bei Raumtemperatur behält, um bei dem Verfahren die Bearbeitung zu ermöglichen, so daß das i-'(heften durch die Bildung von Schweißpunkten zwischen den Metallbeschichtungen der Fasern stattfinden kann. Dieses Verschweißen kann Kaltschweißen sein, wobei bloßer Druck ausreicht, um das Metall fließen zu lassen und benachbarte Fasern zusammen zuschweißen, oder Vi/armschweißen, wobei Yiärme zur Erweichung des Metalls verwendet wird; die zum Erweichen des Metalls erforderliche Wärme, wird entweder nach Abkühlung der Beschichtung nach deren Aufbringung auf die Glasfaser oder durch die Restwärme von dem Beschichtun .--Vorgang zugeführt. Als Beispiel dieses zuletzt genannten Falls ^;-ann die Möglichkeit erwähnt werden, eine Faser mit i -tall zu beschichten und die Fasern dann niederzulegen(unter Annahme,daß die Festigkeit des Glases durch die relativ lange Berührung mit dem heißen Metall nicht übermäßig ungünstig beeinflußt wird) und die Verschweißung zu bewirken, bevor das Metall beträchtlich abgekühlt ist. In einem solchen Fall kann die Verschweißung unter Verwendung von Druck allein herbeigeführt werden, während Wärme und Druck wesentlich sein können, wenn die vollständige Abkühlung des Metalls stattgefunden" hat. Ist das Metall noch geschmolzen, wenn die Fasern aufeinander treffen, Vann sogar zusätzlicher Druck unnötig sein.· Die verwendeten iJchweißbedingungen sind durch den FachmannA metal is preferably chosen which is fusible at a temperature at which the glass retains its mechanical properties sufficiently at room temperature to enable the process to be processed so that the i- '(tacking by the formation of Welding points can take place between the metal coatings of the fibers. This welding can be cold welding, where mere pressure is enough to cause the metal to flow and weld adjacent fibers together, or Vi / arm welding, where Yiarms are used to soften the metal; which is used to soften the The heat required for the metal is either supplied after the coating has cooled down after it has been applied to the glass fiber or through the residual heat from the coating process. As an example of this last-mentioned case ^, the possibility of adding a fiber with i -tall can be mentioned coat and then lay down the fibers (assuming that the strength of the glass is reduced by the relative prolonged contact with the hot metal is not unduly adversely affected) and to effect the weld before the metal has cooled significantly. In such a case, the weld can be accomplished using pressure alone, while heat and pressure can be essential once the metal has been completely cooled. If the metal is still molten when the fibers meet, even additional pressure may be unnecessary The welding conditions used have been determined by a person skilled in the art

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leicht bestimmbar.easily determinable.

Das Metall wird zweckmäßig auf die Faser geschichtet, während diese nach dem Ziehen aus der Schmelze noch heiß ist. Dieses Verfahren ist nicht auf Metalle beschränkt, die unter der in üblicher V/eise definierten Erweichungstemperatur des Glases schmelzen, sondern kann auch angewendet werden, wenn die Glasfaser eine ausreichende Festigkeit hat, die ihren kurzen Durchgang durch das geschmolzende Metall erlaubt. So kann Aluminium (Schmelzpunkt 66O⁰G) auf Natriumglas geschichtet werden (z.B. 3.9 5 Natronkalk glas) mit einem Littleton-Erweichungspunkt 510°C). Andere Metalle, die angewendet werden können, sind Zink,Blei oder deren. Legierungen. Blei ist besonders nützlich für den Aufbau von Elektroden zur Verwendung in Bleisäure-Batterien.The metal is expediently layered on the fiber while it is still hot after it has been drawn from the melt. This method is not restricted to metals which melt below the softening temperature of the glass as defined in the usual way, but can also be used if the glass fiber has sufficient strength to allow it to pass briefly through the molten metal. For example, aluminum (melting point 66O ⁰ G) can be coated on sodium glass (e.g. 3.9 5 soda lime glass) with a Littleton softening point 510 ° C). Other metals that can be used are zinc, lead or theirs. Alloys. Lead is particularly useful in the construction of electrodes for use in lead-acid batteries.

Die Glasfasern haben einen Durchmesser von vorzugsweise 2-200 und im Ideal fall 10-20 Mikron, und aus wirtschaftlichen Gründen v/erden die Ketallbeschichtungen vorzugsv/eise so dünn wie möglich gehalten, vorausgesetzt, daß kontinuierliche (durchgehende) Beschichtungen erhalten werden. Stärken in.der Größenordnung von 1//_t0-^ Mikron haben sich als allgemein zufriedenstellend erwiesen. Vorzugsweise beträgt die mittlere Länge der Fasern zumindest einen Millimeter.The glass fibers are preferably 2-200 and ideally 10-20 microns in diameter, and for economic reasons it is preferred to keep the metal coatings as thin as possible, provided that continuous coatings are obtained. Thicknesses on the order of 1 / _t 0- ^ microns have generally been found to be satisfactory. The average length of the fibers is preferably at least one millimeter.

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Die metallbeschichteten Glasfasern können auf den Träger in kontinuierlichen Längen in Form von .uinfasern oder Garn gelegt werden. Alternativ können sie in kurzen Längen verwendet v/erden, z.B.als Stapelfasern. Die Fasern können auf dem Träger durch Schwerkraft oder aus einem fluiden Trägermaterial, z.B.Luft oder V/asser, aufgebracht werden. Zur Aufrechterhalten der Lage der Fasern kann ein Klebemittel verwendet werden. Die Festigkeit eines solchen Klebemittels muß nur derart groß sein, daß es die Fasern in der gewünschten Lage hält, bis sie durch nachfolgende Behandlung zum Anhaften aneinander gebracht v/erden.The metal-coated glass fibers can be applied to the carrier in continuous lengths in the form of .uinfibres or Yarn to be laid. Alternatively, they can be used in short lengths, e.g. as staple fibers. The fibers can on applied to the carrier by gravity or from a fluid carrier material, e.g. air or water. To maintain An adhesive may be used for the location of the fibers. The strength of such an adhesive must only be so large that it holds the fibers in the desired position until they adhere by subsequent treatment brought together.

Der Träger selbst kann ein temporärer Träger sein, auf dem die Fasern aufgebracht werden, zum Anhaften an sich selbst gebracht werden und von dem der resultierende leitende Stoff (Tuch) dann entfernt wird. In dieser Form kann der TrägerThe carrier itself can be a temporary carrier on which the fibers are applied, made to adhere to itself and from which the resulting conductive fabric (cloth) is then removed. In this form, the wearer

ein sich bewegendes Band sein, wobei er zur Herstellung von kontinuierlichen Längen des Stoffs besonders geeignet sein kann.be a moving belt, being used to produce continuous Lengths of fabric may be particularly suitable.

Alternativ kann der Träger einen Bestandteil des Stoffs bilden, wobei die Fasern aufgebracht u^vd dann zur Anhaften aneiaander und an dem Träger mittels Wärme und/oder Druck gebracht v/erden. Zur Unterstützun des Anhaftens der Fasern an dem j.r".-ger kann dieser ein v/ärmchärtbares oder thermoplastisches Blattmaterial sein, und die Wärme und/oder der Druck läßt den TrägerAlternatively, the carrier may constitute a part of the substance, wherein the fibers applied u ^v d then aneiaander for attachment and brought to the carrier by means of heat and / or pressure v / ground. To aid in the adherence of the fibers to the jr "- ger, it may be a thermosetting or thermoplastic sheet material and the heat and / or pressure will leave the carrier

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härten oder temporär erweichen, je nachdem, was geeignet ist. Geeignete wärmehärtbare Materialien sind Phenolformaldehyde , Polyester,Polyurethan und Epoxyharze.harden or temporarily soften, whichever is appropriate. Suitable thermosetting materials are phenol formaldehydes, Polyester, polyurethane and epoxy resins.

Betspiele von geeigneten thermoplastischen Materialen sind Polyolefine,wie Polyäthylen oder Polypropylen,Polyamide,Polyester, wie Polyäthylerterephthalat oder Polyvinylchlorid. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Stoffe sind nützlich zur Herstellung von leitenden Verbundmaterialien, insbesondere zur Verwendung in Batterieelektroden.Bet games of suitable thermoplastic materials are polyolefins, such as polyethylene or polypropylene, polyamides, polyester, such as polyethylene terephthalate or polyvinyl chloride. To Fabrics formed by the process of the invention are useful in making composite conductive materials, in particular for use in battery electrodes.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein elektrisch leitender Stoff in langen, im.wesentlichen kontinuierlichen Längen gebildet werden, indem kontinuierliche metallbeschichtete Glasfasern zufallsmäßig auf ein bewegtes Band aufgebracht werden, das die Fasern in einen Bereich überträgt, in dem diese mittels V/ärrae und/oder Druck zum Anhaften aneinander gebracht werden.According to a further aspect of the invention, an electrically conductive material can be used in long, essentially continuous Lengths are formed by applying continuous metal-coated glass fibers randomly onto a moving belt that transfers the fibers to an area where they can adhere to each other by means of V / arrae and / or pressure to be brought.

Das Band kann als ein temporärer (zeitweiliger) oder fortdauernder Tr^:;ger dienen, wie dies im vorhergehenden ausgeführt wurde. Mit der Erfindung werden ebenfalls Verbundmaterialien - nach Wunsch in Form von Batterieelektroden - geschaffen, die durch irgendeines der zu vorgeschriebenen Verfahren gebildet werden.The tape can be used as a temporary (temporary) or continuing ^Tr:; ger, as outlined above. The invention also provides composite materials, if desired in the form of battery electrodes, formed by any of the methods to be prescribed.

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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht. The invention is illustrated by the following examples.

Example I.

Es wurden mit Blei beschichtete Glasfasern durch Ziehen von Glas aus einer Spinndüse durch geschmolzenes,in einem elektrisch geheizten Tiegel befindliches Blei hergestellt.Die beschichtete Faser wurde auf eine Trommel gewickelt.Der resultierende Strang wurde entfernt und zu einer mittleren Länge von 2mm zerhackt.Die zerhackte Paser wurde in einer Schicht mit etwa 2mm Stärke auf einer PTFE-Polytetrafluoräthylen- beschichteten Stahlplatte ausgebreitet. Eine zweite Platte wu:>^!o oben aufgesetzt und die ganze Anordnung bei 350⁰C mit einem Druck von 157,^88 kg/cm (eineTonne/Quadratzoll)zusaminengepreßt. Das Ergebnis war ein selbstragender Stoff, der elektrisch leitet.Lead coated glass fibers were made by drawing glass from a spinneret through molten lead in an electrically heated crucible. The coated fiber was wound on a drum. The resulting strand was removed and chopped to an average length of 2mm. The chopped Paser was spread in a layer with a thickness of about 2mm on a PTFE-polytetrafluoroethylene-coated steel plate. A second record wu:> ^! o placed on top and the whole arrangement at 350 ⁰ C with a pressure of 157, ^ 88 kg / cm (one ton / square inch) pressed together. The result was a self-supporting fabric that conducts electricity.

Example II

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß eine Folie ouv ι οIypropylen zwischen die Bodenstah.T \'atte und ^'.o mit Metall beschichtete Faser gesetzt wurde. Nach Zusammenpressen bei 200⁰G wurde eine starre. Platte gebildet, die ο Le metallbeschichtete Glasfaser in der Oberflächenschicht enthielt und elektrisch leitet.The procedure according to Example I was repeated with the exception that a film ouv ι οIypropylen between the Bodenstah.T \ 'atte and ^'. O with metal-coated fiber was placed. After compressing at 200 ⁰ G, it became rigid. Plate formed that contained ο Le metal-coated glass fiber in the surface layer and electrically conducts.

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Example III

Eine Länge leitenden Stoffes wurde gemäß Darstellung in der Zeichnung hergestellt.A length of conductive fabric was made as shown in the drawing.

Vorzugsweise mit Blei beschichtete:· Fasern werden von Spulen (nicht gezeigt) oder unmittelbar von einem Metallbeschichtungsgerät (nicht gezeigt) mittels zwei Zuführrollen 12 abgezogen. Ilan 1-Lißt die Fasern 11 auf ein sich bewegendes Band 1if fallen und eine Bahn 13 ^mit zufallsmäßiger Verteilung bilden, indem man den Fasern 11 eine höhere lineare Geschwindigkeit als dem Band M\. gibt. Die fasrige Bahn 13 wird durch einen Ofon 15 geführt, der die . aser erhitzt, und dann '',¹TCh Rollen 16 zurr Zusammendrücken unr Verfestigen des Stoffs 17. Die Rollen 12 können durch Luftstrahlen zum Verteilen der Faser 11 über das Band ]Ly ersetzt werden. Preferably coated with lead: Fibers are drawn off from spools (not shown) or directly from a metal coating device (not shown) by means of two feed rollers 12. Ilan 1-Lets the fibers 11 fall onto a moving belt 1if and form a web 13 ^with random distribution by making the fibers 11 a higher linear speed than the belt M \. gives. The fibrous web 13 is passed through an Ofon 15, the. Aser heated, and then ″, ¹ TCh rollers 16 to compress and solidify the fabric 17. The rollers 12 can be replaced by air jets for distributing the fiber 11 over the belt ] Ly .

Eine Folie aus thermoplastischem Material (nicht gezeigt) kann zwischen das Band W\ und die Bahn · 13 gesetzt werden, wenn din Herstellung eines .".eitenden Folienrnaterials mit der Faser in den Oberflächen schicht en gewünscht ist.A sheet of thermoplastic material (not shown) can be placed between the tape W 1 and the web 13 if it is desired to make a conductive sheet material with the fiber in the surface layers.

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Claims

Claims;

1. A method for producing a composite fiber material, characterized in that glass fibers with a metal coating are placed next to each other and the wires adhere to one another by welding the metal,

2. The method according to claim 1, characterized in that the welding by supplying heat and / or Pressure is brought about.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal has a lower softening point than the fiber has.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the coated fibers are placed on a carrier and connected to it.

5. composite fiber material according to a method according to any one of the preceding claims, characterized by glass fibers coated with metal, welded together by the metal are.

6. Composite material according to claim 5> characterized in that the metal is lead or one of its alloys _{i8t #} 209846/1134