DE2335825C3 - Elektrisch leitende Textilfaser aus einem Polymeren und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Elektrisch leitende Textilfaser aus einem Polymeren und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE2335825C3 DE2335825A DE2335825A DE2335825C3 DE 2335825 C3 DE2335825 C3 DE 2335825C3 DE 2335825 A DE2335825 A DE 2335825A DE 2335825 A DE2335825 A DE 2335825A DE 2335825 C3 DE2335825 C3 DE 2335825C3
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Description

Di. 1 iliiidiiiig helrilfi lint· elckii im h teilende TeMiILiSiI .iiiv einem l'oKiiicrcn und einem eleklrisih leitenden Material sowie ein Verfahren zum I !erstellen einer scil( heu eleklrisih leitenden textilfaser
Die Ansammlung von statischer ! leklri/ilal bei der ,m Verwendung von Stoffi n isi eini I rsi hcuiiing. die einige /vil die Aufmerksamkeit iler Texlilintliisirie in An spriK h nimmt Das Vorhandensein von m.iIim ht°ii Aufladungen isl im hl nur störend (so hallen / Ii die Mcidimgssliii ke .in dem Kotpci und werden tun .· HH(U κ π Kleuliingsli'ilcn .ingezngen feine I intersleil iTieii und Sl.uih weiden win l'nlslereifl.u hengeliild> ■> ungezogen <lit Häufigkeit »lev ι rliirili rhi hen Ueinigeiis «/Mil eilvil'i In im üeinliren von η < l.illisi heu Ilcsihl.i gen werden nach dem üesclireiteii von tcppichen mi elektrische Schlüge ausgeteilt), sondern bringt auch Gefahren «in sich (so kann ζ B. die Γ iilladiing der statischen I leklriziläi zu funken führen, die dazu imstande Mild, entflammbare (lemische. wie Alher'l.iifl. zu entzünden, die häufig in Spitalern, insbesondere in t*. Openilionsraiiiiien. vorkommen). Alk diese I ffcklc werdet» in Atmosphären tin! rcl.itiv niedriger I eiicltlig keil IKn h ak/eutiiicil
Von den vielen bekannten Verfahren zur Verhinderung des unerwünschten Aufstaus von statischer Elektrizität scheinen diejenigen Verfahren hinsichtlich der Wirksamkeit am zufriedenstellendsten zu sein, welche die Verwendung von Fasern mit einer elektrischen Leitfähigkeit (/_ B. von Metallfasern, von Fasern, die mit elektrisch leitenden Materialien überzogen sind, oder von metallischen Laminatfäden) in Kombination mit den herkömmlichen natürlichen und synthetischen Fasern zur Herstellung von gewebten, gewirkten, netzförmigen, getufteten oder auf sonstige Weise hergestellten Strukturen vorsehen, welche die statischen Aufladungen in dem Maße, wie sie erzeugt werden, rasch zerstreuen.
Trotz der Wirksamkeit dieser und ähnlicher Maßnahmen gibt es doch immer noch gewisse wichtige Nachteile, wie z. B.:
Die Herstellung von metallischen Fasern mil einem kleinen Titer, insbesondere in der Form von Monofilanienien., ist schwierig und nur teuer durchzuführen. Da solche Fasern sich im Charakter von gewöhnlichen Textilfasern ziemlich unterscheiden, treten beim Vermengen und Verarbeiten sowie beim Griff der erhaltenen Produkte Probleme auf.
Andererseits bringen metallische Laminaifadtn zwar keine Misch- und Verarbeitungsprobleme mit sich, da sie den gewöhnlichen Textilfasern ziemlich ähnlich sind, wobei auch der Griff der erhaltenen Produkte daher nicht zu beanstanden ist. doch sind die Kosten von solchen Fäden im Vergleich /u den natürlichen oder synthetischen I asern. mit denen sie vermischt werden, hoch.
Textilfasersubstr.il deren Oberflaehen durch Dampiabscheidung oder Elektroabscheidung oder durch die Aufbringung von klebenden Mischungen, die feinverteille feilchen von elektrisch leitenden Materialien enthalten, beschichtet worden sind, sind in einigen lallen billiger als Metallfasern und/oder metallische l.ammalfaden. was im Einzelfall von der Natur des elektrisch leitenden Materials, das verwendet wird, abhang! le-Joch stellt man oftmals fest, dall solche 1 iberziige nicht die notwendige Kohäsion und Adhäsion haben und dall sie häufig zu dick iind. um dir manche Anwendiings/weik^ verwendet werden zu können, was insbesondere d.iiiii zutrifft, wenn die Natur der eleklrisih !eilenden, lciti henforinigen Stoffe so ist. dall zur I r/it'limg einer zufriedenstellenden Leitfähigkeit eine hohe Konzi iilr.iiinn erforderlich ist I ine WuI sih.ifllii hkeil wird daher nur .Ulf Kosten der D.iiu rh.il ligkeil der I eilfahigkeit der I asern erzielt (v}_'l 1IS PS Sl ."I IH?. M 7K ill. l>K(i Wund I/ OH ΙΓ)).
Die I xliiidiei'iing von Mischungen aus gepulverten svnlhelisi hen l'nlvnicrcn und feinverleilleii. eleklrisih leitenden M.Hei iahen zu I .ideii oder zu cxlriidierlcu I'hri/iijH Ii ,ml l.ulcnfoi inigeii Substraten nut del gle.i hen oder einer unlersi hiedlii heu l'olvuierziis.im nicnscl/ting isi glcti hf.ills p\\\ hek.innl N.iehleiligei wei se weidi η iciliiili Mischungen 'lie eine hohe Kon/cu Ii.tiii>ii des cleklitsih It iii.iliif " M.ilen,ils enthalten oflmals - wenn überhaupt - nur langsam exiiiidiert und die erhaltenen l-'iiden "der fadenförmigen I"Hierzu ge haben eine etlrcin schlechte Kollision und Adhäsion (vgl IIS PS 17 06 IT) und Π 2h IVt).
I s ist daher das Ziel dieser I rfindim}!. eine hillifie. lcdoch dauerhafte elektrisch leitende I ascr /tu Verfugung /u stellen, die hei der Vi-rmisi hung und VeiaiTieiliing mti gewöhnlichen iiiiiiirlu tun und svnihe list lien I exlilfasern keine Probleme mit su h liringl.
Dieses Ziel wird unter Beseitigung der Nachteile des Stands der Technik dadurch erreicht, daß eine elektrisch leitende Toailfaser zur Verfugung gestellt wird, die ein fadenförmiges Polymersubsirat umfaßt, das feinverteil· te. elektrisch leitende Teilchen enthält. Diese elektrisch leitenden Teilchen sind in einem ringförmigen Gebiet, das an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und sich entlang dessen Länge erstreckt, als eine vom Polymersubstrat unabhängige und gleichförmig darin verteilte Phase enthalten. Die elektrisch leitenden Teilchen sind in einer Menge vorhanden, welche ausreichend ist, um einen elektrischen Widerstand der Textilfaser von nicht mehr als etwa WiJ/cm zu ergeben. Unterschiedlich zu einem Überzug ist die ringförmige Aufbringung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Diffusion von elektrisch leitenden Teilchen in das Fasersubstrat selbst verbunden. Im Gegensatz /u einem Faden, der aus einem innigen Gemisch aus im gepulverten Polymeren und dem feinverteilten elektrisch leitenden Material hergestellt ist, ist die Durchflulung gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Ringraum b/w. Kreisring begrenzt, welcher an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und der sich entlang dessen Länge erstreckt. Wenn das erfindungsgemäß verwendete fadenförmige Poly nersubstrai eine im wesentlichen zylindrische Gi stall besitzt, dann hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das ringförmige (iebiet der aufgebrachten, elektrisch leitenden Teilchen sich von der Peripherie des Fadens bis /u einem Abstand von etwa '/κι des Radius des Fadens senkrecht nach innen erstreckt.
Die erfindungsgcmäße elektrisch leitende I aser kann wirtschaftlich erzeugt werden . nd sie hat sehr dauerhafte leitende Eigenschaften. Sie halt die charakte risiischen Eigenschaften des fadenförmigen Polymer Substrats im wesentlichen aufrecht, wodurch eine Kombination von I igcnsehafteii erzielt wird, welche bislang nicht erreichbar w.ir Diese genugende l.eilfa higkeil kann ohne eine wesentliche Einbuße der charakteristischen I igenschaflcn des fadenförmige!' Polv;iiersubslrnls und ohne einen erheblichen Verlust der Kohasion des Polymeren in dem ringförmigen Gebiet erzieh werden Sie muß angesichts des Slamls der Icchnik als überraschend ,ingesehen werden
D.is fadenförmige Polvmersiibslral. auf welchem sich die elektrisch leitende I aser genial! der I ifindiing aiilb.iiil. k.mn .ms den beliebigen bekannten film 'der f.isci bildenden Polymeren hergestellt werden, z. U. aus ( clliiliisciiMii'riiilicn. Acrvlm.ilen.ilicn. Moilacrylui.ilc nahen. Polvslyiolcn. Polyolefinen. Polyestern ider Polyamiden Dies kann nach den bekannten Arbeitswci sen geschehen. 1 s wird vorieilh.literweise on weiter Bereich VdP (iarnzahlcu (z Il von I bis KH) und mehr) aiifvwemk·! Monofil.iiiienlc .ms Polyamiden, wie NvI)IIi f>. inn I einheilen von >.» his ridlcx haben sich dir »he im-isicn Kleidungsstück und Hodcnbcilcckiiiips zwecke als besonders vorteilhaft erwiesen
Die (cm ν ei leihen elektrisch leitenden I eili heu. ilie in dem fadenförmigen l'olymeisiibstrat dispcrgicri sind, werden aufgrund ihrer elektrischen l.cilRihigkcil. ihrer chemischen llcsläiidigkeii. ihrer !!ewitlerimgsfähigkeit und ihres Widerstands gegenüber Wasch , Reiiiigiiugs und I aibbehandliiiigsvorgänge sowie der wiriscli.ifiü then Verhältnisse ausgewälili. Uciondcrs geeignet sind Μι ΐ,ιΙΙριΐΙνιτ. beispielsweise von Silber. Altnniimim oder liinnze. sowie elektrisch leitende Uiifle. die sämtliche ohne weiteres im I laiulcl vcrhijibiir sind. Is hai sich ein weiter Bereich von Teilchengrößen als geeignet erwiesen. Bei elektrisch leitenden Ruß-Sorten wird eine Teilchengröße von etv/a 20 bis 40 η bevorzugt. Die Konzentration der elektrisch leitenden Teilchen, die von der Natur und der Teilchengröße sowie von der Natur des fadenförmigen Polymersubstrats abhängt, wird so ausgewählt, daß der elektrische Widerstand der Fasern nicht mehr als etwa I0Hi2/cm und am beste-,ί nicht weniger als etwa 104 i2/cm ist (wenn die Fasern einen elektrischen Widerstand von etwa ]0* bis KViJ/em besitzen, dann werden sie am vorteilhaftesten für Flächengebilde verwendet, um die Ansammlung von hohen Aufladungen von statischer Elektrizität zu ■erhindern, wobei keine nennenswerte Gefahr bezügi lieh einer Tötung durch den elektrischen Strom besteht). Wenn ein elektrisch leitender Ruß mil einer Teilchengröße von etwa 20 bis 40 η auf ein Polyamid-Monofilament, z. B. aus Nylon-6. mit einer Garnzahl von 15 den aufgebracht wird, dann wird z. B. eine Rußkonzenira-
.'D tion von etwa 2 bis 20 Gew.-%. bezogen auf das Gesamtgewicht der elektrisch leitenden Faser, bevorzugt.
Bei den Slrukturbedingungen der erfindungsgemäßen Fasern kommen die physikalischen Eigenschaften des
>> durchfluteten fadenförmigen Subsirats nahe an diejenigen des nicht-modi-r<zierten fadenförmigen Substrats heran, während die Leitfähigkeit stark erhöht wird. Für andere als kreisförmige Querschnittsgestalten (z. B. dreieckige, rechteckige oder quadratische Querschnitte)
in erstreckt sich am vorteilhaftesten das ringförmige Gebiet von der Peripherie des Fadens bis zu einem Absland nach innen, der etwa i/io des Radius eines Kreises gleich ist. der dem Querschniriumkreis des Fadens einbeschrieben ist.
Die elektrisch !eilende Textilfaser gemäß der Erfindung kann aus handelsüblichen fadenförmigen Polymersubsiraten unter Verwendung von speziellen Arbeitsweisen hergestellt werden Die am meisten zufriedenstellende Arbeitsweise lsi diejenige, bei wel
4Ii eher man auf das fadenförmige IVIymersubslrat eine Dispersion des feinverteilten elektrisch leitenden Materials in einer Flüssigkeit aufbringt, die ein gutes Lösungsmittel für d.is Siibslr.il ist. sich mn dem elektrisch leitendt ■' Material jedoch nicht uuiseizi oiler
Γι dieses nicht auflöst. Gcwi'inschtcnfalfs kann .null eine Kombination von solchen f lilssigki (cn verwendet werden. Die gewählte Konzentration lies elektrisch leitenden Materials in dem l.osungsmillelsystcin hangt von der angestrebten I .isci'leitfähigkeit ab und wird von
•ii der Viskosität der Dispersion hegienzt. (Dispersionen, die eniweiler /u viskos oiler !licht genügend viskos sind, sind bei Anwendung bestimmter Aufhrmgiingsmcllui den nur schwierig .iiif/uhritigcn).
Die Aufbringung der Dispersion ,iiif d.is fadenförmige
i"> Suhsir.il kann durch Klotzen Siren hen. Sprühen. Tauchen. Walzen. Drucken od. dgl erfolgen Wenn es aus Gründen der Viskosität oder aus .linieren Gründen erwünscht ist. dann kann ilie Dispersion ein gelöstes Polymeres der gleichen N,nur w < des Substrats
mi enthalten. Hei diesen Hedmgimgcn eiutigl die ringförmige Durchflutung unbemcrkbar in einem integralen Überzug mit der gleichen Zusammensetzung. In jedem FitII muß die Lösiiiigsniiltclentferiiung von dem Sii^sirat bewirkt werden, bevor dessen strukturelle Integniät hv nennenswert /ersiörl ist Dies erfolgt herkömmlicher weise durch eine Verdampfiingsbchaiidlting (dir flnchii ge I osungsmiitel) iind'oder Waschen mit einem Nn ItI Lösungsmittel (fur nichifluehiige Lösungsmittel).
nachdem der erwünschte Grad der l.ösungsmitteldurchdringung erreicht ist. (Insbesondere bis zu etwa '/m des Radius der im wesentlichen zylindrischen fadenförmigen Substrate). Wenn beispielsweise fadenförmige Substrate aus Polyamiden, wie Nylon-b. verwendet werden, dann kann die anwendbare Dispersion eine 5 bis 15%ige Rußdisj/ersion in konzentrierter Ameisensäure oder eine 5 nis 15%ige Rußdispersion in konzentrierter Schwefelsäure sein. Im ersteren falle kann das Lösungsmittel Ameisensäure vorteilhafterweise in der Weise entfernt werden, daß man den dispersionsbehandelten Faden kontinuierlich durch eine Kammer leitet, in welcher die Luft kontinuierlich, z. B. durch Luftdüsen und/oder Evakuierungseinrichtungen, ausgetauscht wird. Im letzteren Falle kann das Lösungsmittel Schwefelsäure vorteilhafterweise entfernt werden, indem man den dispersionshehandelten Faden kontinuierlich durch ein Wasserbad leitet. Nach der Entfernung des Lösungsmittels wird der laden durch herkömmliche Maßnahmen getrocknet und für die darauffolgende Verwendung abgep?ckt.
Die erfindungsgemäße, elektrisch leitende Textilfaser findet insbesondere Verwendung zur herstellung von Flächengebilden, bei denen die Ansammlung von hohen Statischen elektrischen Ladungen vermieden wird und bei denen doch keine elektrischen Unfälle erfolgen. So kann man beispielsweise gewebte Flächengebilde aus erfindungsgemäßen, elektrisch leitenden Fasen· und üblichen Garnen aus Naturfasern, wie baumwolle oder Wolle, und/oder synthetischen Fasern, wie Nylon. Reyon. Acrylmaterialien oder Polyestern, hers'ellen. Die elektrisch leitende F'aser ist in einer Menge vorhanden, welche etwa 0.05 bis 100 Gew.-%. vorzugsweise 0.1 bis 5 Gew.-%. des gewebten Flachengebildes gleich ist. Weiterhin können aus der erfindungsgemäßen, elektrisch leitenden Faser mehrlagige Flächengebilde hergestellt werden, die ein Trägermaterial enthalten, das darin verankerte Schleifen aufweist. Das Trägermaterial enthält Kettengarnc. die mit bekannten voluminösen Garnen verwebt sind. Das Trägermaterial kann auch aus allen üblichen, foerkömmlicherweise verwendeten Materialien, wie z. B aus |utc oder Hanf, bestehen Die Schleifen bestehen aus einer Vielzahl von Strängen, weiche nach Standardar bcitsweisen miteinander ver/wirni sind. Mindestens ein solcher Strang enthält die eifindungsgemäßcn elektrisch leitenden Fasern. Der Rest des Garns besteht aus den hcrkommlichei weise verwendeten natürlichen oder Synthetischen Fasern. FX ist nicht erforderlich, dall jeder Strang elektrisch leitende Fasern enthält Die erfin diingsgcmäßc. clektisch leitende Faser ist in einer Menge von etwa 0.05 bis 100 Gew-%, vorzugsweise 0.1 bis 5 (jew-%. bezogen auf das mehrlagige Flächcngcbilde. vorhanden
Auf (liest- Weise hergestellte Fasern bilden, wenn sie in einer Atmosphäre nut einer relativen feuchtigkeit von 20% verwendet werden, keine statischen Aufladun gen oberhalb etwa 3000 V au'., was in Nähe des Schwellenwerts fur die menschliche Empfindlichkeit lieg!. Dicst ! !dijhengcbll'lt bringen weiterhin, wenn sie eine besonders bevorzugte Ausführungsform der elektrisch leitenden Faser dcf vorliegenden Erfindung enthalten, keine Gefahren durch elektrische Stromschlägc für Personen mit sich, die einen zufälligen und gleichzeitigen Kontakt mil solchen Flächcngebildcn und mil einer Stromquelle, beispielsweise eine elcktiisehe Steckdose oder Jnc durch Isolationsmängcl kurzgeschlossene elektrische Vorrichtung, haben.
Die einzigartige Kombination von Eigenschaften, du. die elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung haben, macht sie nicht nur für die Herstellung von Teppichen. Brücken und andere F'ußbodenabdek kungsmaterialien geeignet, sondern auch für die Herstellung von Bettüberzügen, insbesondere fur Krankenhäuser, für Vorhänge, insbesondere für Kran kenhäuser zur Trennung von Kabinen, sowie zur Herstellung von Kleidungsstücken, insbesondere Unterkleidung, wie Slips, und Strumpfwaren, insbesondere für Strumpfhosen und Halbhosen, und als Nähfäden geeignet.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Darin sind sämtliche Feile und Prozentmengen auf das Gewicht bezogen.
Beispiel 1
τ .. : ι α
l cn rv
Dieses Beispiel beschreibt eine Herstelli'ngsmethode für die elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Γ.-.findung. Dieses Beispiel beschreibt auch einige der grundlegenden Eigenschaften der erfindungsgernätien Fasern.
Ein kaltverstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6 mit einem kreisförmigen Querschnitt von 42 μπι wurde von einer Vorratsspule mit einer Geschwindigkeit von 400m'rnin kontinuierlich durch die Grenzfläche von zwei gegenüberliegenden Oberflachen eines Polsterkissen-, geleitet, das mit der folgenden Dispersion gesättigt gehalten wurde:
Ruß (30n) 10'"»
Ameisensäure (80"/Mg. wäßrig) 40"i>
4» Hierauf wurde der Faden durch eine längliche Kammer geleitet, in welcher die Luft von Raumtemperatur kontinuierlich durch Luftdüsen und AbUiUöffnun gen ausgetauscht wurde. Dadurch wurde das flüchtige Ameisensäure-Lösungsmittel entfernt und der laden
ι-, war im wesentlichen trocken. Nach dem Austreten aus der länglichen Kammer wurde der Faden kontinuierlich in einen Wickel mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min aiifgcw ickelt.
Die mikroskopische üucrschmtlsunicrsuchiing des
in erhaltenen Fadens zeigte eine gleichförmige Dispersion von RuUteilchcn in einem ringförmigen Gebiet entlang der Länge des I ,n'ens. Dieses Gebiet erstreckte sich von der Peripherie des Fadens senkrecht nach innen bis zu einem Abstand, der etwa 'ho des Radius des Fadens
V) gleich war '>er Rtiffgchali des Faden? wurde zu 10"n bestimmt Der gesamte Qiicrschmltsdurchmesser des Fadens wurde jedoch nicht nennenswert verändert und maß vven'ger als 43μηι. Die spezifische Behandlung ergab darur eine Diirchflutung und somit keinen
mi gewöhnlichen Überzug.
Mit dem behandelten Faden wurden !,citfähigkcitsmcssiingen durchgeführt. Es wurdcr. auch die Zugeigenschaften nach den bekannten Methoden und tinier Verwendung der bekannten Vorrichtungen durehge
(,-, führt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I zusammengestellt. Zu Vcrglcichszwccken sind auch die Ergebnisse von tinbehandclten Fäden mil I r> den aus Nylon-b artgegeben
Tabelle I
Querschnitts- Widerstand Zerreißfestigkeit Dehnung
durchmesser beim Bruch
μιη U /cm g %
A. Faden aus NyIon-6 mit 15 den, behandelt 43
gemäß Beispiel 1 (erfindungsgemäß)
Ii. Faden mit 15 den aus Nylon-6, 42
unbehandelt (Vergleichsfadcn)
IXlO6 81
IXlO14 83
45
30
Der Vergleich der Werte der Tabelle I zeigt, daß trotz einer signifikanten Erhöhung der Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Fadens dessen Zugeigenschaften nicht wesentlich vermindert werden, d h„ daß die erwünschten Eigenschaften des fadenförmigen Polymersubstrats unter Erzielung einer signifikanten Leitfähigkeil beibehalten werden.
Beispiel 2
Teil A
Dieses Beispiel beschreibt ein modifiziertes Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitendem Fasern der vorliegenden Erfindung.
Ein kaltvcrstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6 mit einem kreisförmigen Qucrschnittsdurchmesscr von 42 μιη wurde in genau der gleichen Weise wie im Beispiel 1 behandelt, mit der Ausnahme, daß eine Dispersion mit folgender Zusammensetzung verwendet wurde:
Ruß (3On) 5%
Gepulvertes Nylon-6-Substral 5%
Ameisensäure (80%ig, wäßrig) 90%
Das gepulverte Nylon-6-Subslrat wurde in der Dispersion aufgelöst, um dessen Viskosität zu erhöhen, so daß eine gleichmäßige Aufbringung auf das fadenförmige Substrat erleichtert wurde. Darüber hinaus wurden auch die Olcit- und HicLSeigcnschalten der Dispersion erhöht.
Die mikroskopische Untersuchung des Querschnitts des bei diesem Verfahren erhaltenen Fadens ergab die gleiche ringförmige Durchfluiung wie bei dem Faden des Beispiels 1. Der Gcsamtquerschnittsdurchmesscr des Fadens blieb im wesentlichen der gleiche wie beim nicht-behandelten Faden. Die ringförmige Durchflutung erstreckte sich von der Peripherie des Fadens senkrecht nach innen bis zu einem Abstand, der etwa '/io des Radius des Fadens gleich war. Die Leitfähigkeit und die Zugeigenschaften waren im wesentlichen die gleichen wie bei dem behandelten Faden des Beispiels 1. Der Rußgehalt des Fadens wurde auf ungefähr 10% bestimmt.
Teil B
Dieses Beispiel zeigt die ausgezeichnete Dauerhaftigkeit der erfindungsgemäßen, elektrisch leitenden Fasern. Der behandelte Faden des Beispiels 2 wurde zur Herstellung eines herkömmlichen, doppelt gewirkten Flächengebildes nach den Standard-Arbeitsweisen zusammen mit Polyesterfäden und Fäden von Acryl-Stapelgarn verwendet. Das Flächengebi'de wurde 135 Waschvorgängen (unter Verwendung eines Standard-Wächedetergens. einer Heißwäsche (50"C) und einer Kaltspülung) und Trommeltrocknungen (20 Minuten bei einer durchschnittlichen Temperatur von 60rC) unter-H worfen. Danach wurde der durchschnittliche Widerstand der einzelnen elektrisch leitenden Fasern gemessen. Der Widerstand vor dem Waschen und
nach 135 Waschvorgängen und Tromtneltrocknungen betrug 5 χ IOb i2/cm.
Beispiel 3
Dieses Beispiel beschreibt eine weitere Methode zur Herstellung der elektrisch leitenden Fasern der
2> vorliegenden Erfindung.
Ein kaltvcrstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6. 'icr mit den fadenförmigen Substraten der Beispiele I und 2 identisch war. wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min von einer
jo Zuführungsquellc durch die Grenzfläche von zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Polyesterkisscns geleitet, welches mit der folgenden Dispersion gesättigt gehalten wurde:
Ruß (3On) 9%
J> Gepulvertes Nylon-6-Polymer-
subslrat 14%
Schwefelsäure (40%ig. wäßrig) 77%
Der Faden wurde sodann unmittelbar unterhalb die Oberfläche von kaltem Wasser in einem Bad zur Entfernung der Schwefelsäure geleitet. Nach dem Austreten aus dem Bad wurde der i-aden durch Mrömc warmer Luft getrocknet und schließlich mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min zu einem Wickel aufgewickelt. Die Untersuchung dieses Fadens ergab im wesentlichen die gleiche üurchflutung wie in den behandelten Fäden der Beispiele 1 und 2. Darüber hinaus zeigte sich, daß die Leitfähigkeit- und Zugeigenschaften des behandelten Fadens des Beispiels 3 sich nicht nennenswert von denjenigen der behandeln Fäden der Beispiele I und 2 unterschieden. Der Rußgehalt des Fadens wurde zu ungefähr 10% bestimmt.
B ei s ρ i el 4
Dieses Beispiel beschreibt die integrale Natur der elektrisch leitenden Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung. Es zeigt weiterhin die überraschende Kohäsion des Polymeren in dem ringförmigen Gebiet
bf> der durchgefluteten elektrisch leitenden Teilchen.
Ein unverstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6 mit kreisförmigem Querschnitt wurde nach der Methode des Beispiels 2 behandelt Die mikroskopische Untersuchung eines Querschnitts der behandelten
b5 Fäden zeigte eine Durchflutung der Rußteüchen in einem ringförmigen Gebiet das sich entlang der Länge des Fadens und senkrecht nach innen bis zu einem Abstand von etwa 1Ao des Radius des Fadens erstreckte.
Der Widerstand des Fadens wurde m i χ IO1 ü/cm gemessen.
Dieser FaOen wurde sodann auf die .lfache ursprüngliche Länge kaltvcrstrcckt. Der Widerstand des verstreckten Fadens wurde zu 5 χ IO6iJ/ciii gemessen. Die genaue Untersuchung der Oberfläche des verstrecken r«idens zeigte keine Abschuppung oder eine andere Zerstörung des Faserteils mit den elektrisch leitenden Teilchen. Demgegenüber wird beim Verstrecken von beschichteten Fäden nach dem Slard der Technik im allgemeinen ein erheblicher Verlust an Leitfähigkeit, eine starke Schuppenbildung und eine Gcsamlzerstörung beobachtet.
Beispiel zum Nachweis
des technischen Fortschritts
Dieses Beispiel hp«phrpihi «lic Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen, elektrisch leitenden Fasern. Dieses Beispiel zeigt weiterhin durch einen Vergleich mit einem elektrisch leitenden Faden gemäß dein Stand der Tccnik die überraschenden Vorteile der erfindung-sgcmäßen Fäden.
Versuch A
(gemäß der F.rfindung)
Die elektrisch leitenden Fasern des Beispiels 2 wurden mit einem voluminösen, kontinuierlichen Faden aus Nylon-6-Tcppichgarn mit 136 Einzclsträngen und einer Gcsamlgarnzahl von 2600 den verzwirnt, wodurch ein antistiitischcs Garn A erhalten wurde. Unter Verwendung eines Jute-Trägermatcriuls und unter Verwendung einer Standard-Tufticrungsmaschinc wurde ein Teppich A mit einer Stapelhöhe von 0.6 cm aus dem antistatischen Garn A und einem voluminösen, kontinuierlichen Nylon-6-Teppichgarn hergestellt. Die elektrisch leitende Faser des Beispiels 2 war in einer Menge von 0.2 Gcw.-% des Stapels des Teppichs A vorhanden.
Versuch B
(Vergleichsversuch)
Eine elektrisch leitende Faser B, welche dem Stand der Technik entspricht, wurde hergestellt, indem ein kaltverstreckter Faden mit 15 den aus NyIon-6- mit einem Mittel überschichtet wurde, das aus 25% eines vernetzten Vinylpolymer-KIcbstoffs, 20% eines elektrisch leitenden Rußes (30 n), der darin dispcrgiert war. und 55% Methyüsobutylketon als Lösungsmittel bestand. Nach dem Durchleiten des beschichteten Fadens durch einen Schlitz, um die Über/ugsdicke einzustellen, wurde dieser vollständig gehärtet, indem er mit einer Infrarotlampe erhitzt wurde. Die mittlere Beschichtungsdicke des Fadens betrug 12μΐη. Der mittlere elektrische Widerstand betrug lxl0bü/cm. Dieser Faden wurde sodann mit einem voluminösen, kontinuierlichen Nylon-6-Teppichgarn zu dem Garn B verarbeitet. Unter Verwendung eines Jute-Trägermaterials und einer Standard-Tuftierungsmaschine wurde ein Teppich B mit einer Stapelhöhe von 0.6 cm aus dem antistatischen Garn B und einem voluminösen, kontinuierlichen Nylon-6-Teppichgarn hergestellt. Die elektrisch leitende Faser B war in einer Menge von 02 Gew.-% des Stapels des Teppichs B vorhanden.
Versuch C
Die Tcppiche A und IJ wurden sodann dem unten angegebenen Test für die statische Elektrizität unter > worfcn. Die Ergebnisse sind in Tabelle Il als »anfängliche statische Elektrizität« angegeben.
Nach der Untersuchung der anfänglichen statischen Elektrizität wurden die Teppiche A und B jeweils einer öOstiindigen identischen beschleunigten Gcbrauchs-
U) maßnahme unterworfen. Hierauf wurde erneut die statische Elektrizität gemessen. Die Ergebnisse dieser Messung sind in der Tabelle Il als »statische Elektri/itilt am Schluß« angegeben.
Aus Tabelle Il wird ersichtlich, daß - obgleich die
1) Teppiche A und B am Anfang gegenüber statischen Aufladungen geschützt waren (d. h., daß sie keine Erzeugung von statischen Aufladungen von mehr als 3000 V erlaubten, was im allgemeinen als durchschnittliche Schwelle für die menschliche Empfindlichkeil
2i) angeschen svird) — nach einem ausgedehnten Gebrauch nur der Teppich A gegenüber statischen Aufladungen geschützt war. Weiterhin ergab die mikroskopische Untersuchung der elektrisch leitenden Fasern A und B. ■daß die Fasern A keine Zerstörungen zeigten, während
2\ der Überzug der Fasern IJ nach dem Gebrauch stark abgerieben und inkohärent war.
Test der statischen Elektrizität
Das zu untersuchende Flächengebilde wird zunächst
ίο /u quadratischen Probestücken mil ungefähr einer Kantenlänge von I m zerschnitten. Diese Proben werden 7 Tage konditioniert, indem sie in einem Testraum von Gestellen herabhängen gelassen werden. Der Testraum isl mit einer Kaulschukbodcnmattc
r> versehen. Seine Temperatur wird bei 20"C" und seine relative Feuchtigkeit bei 20% gehalten. Es wird eine freie Zirkulation der Luft über die gesamten Oberflächen der Probe bewirkt. Es wird jedoch kein gegenseitiger Kontakt der Proben gestattet. Bei den
•in gleichen Bedingungen wird auch ein Paar Schuhe mit Sohlen aus Polyvinylchlorid über den gleichen Zeitraum konditioniert.
Die restliche statische Aufladung der Kautschukbodenmatlc wird sodann neutralisiert. Die Probe des
4r> Flächengebildes wird sodann auf die Kautschukbodcnmatlc gelegt. Die restliche statische Aufladung wird auf die gleiche Weise neutralisiert. Die Sohlen der Testschuhe werden sodann gereinigt, indem die gesamte Oberfläche mit einem feinen Sandpapicr abgerieben
V) wird. Sodann werden sie zur Entfernung der Staubteilchen mit einem Mulltuch abgewischt.
Eine Person die die Testschuhe trägt und eine Handsonde trägt, die an einen Erfassungskopf für die elektrostatische Aufladung angeschlossen ist, steigt auf
γ, die Teppichprobe und erdet die Sonde. Sodann schreitet die Person unter Hallung der Handsondc normalerweise auf der Probe mit einer Geschwindigkeit von zwei Schritten je Sekunde über einen Zeilraum von 30 Sekunden dahin, wobei sie sorgfältig darauf achtet, daß
ho sie nicht über den Teppich schlurft oder die Schuhe über dem Flächengebilde reibt. Wenn am Ende des Zeitraums von 30 Sekunden die Spannung noch kein stetiges Maximum erzielt hat, wird das Schreiten weitere 30 Sekunden fortgesetzt. Die maximale Spannung, die während des Schreitens festgestellt wird, ist die statische Aufladung der Probe. Sie wird in Tabelle U als statische Elektrizität, ausgedrückt in Voll, als Mittelwert für zwei Personen angegeben.
Il
Tabelle 11
Teppichprobe
Anfängliche
statische
Elektrizität
Volt
Statische Elektrizität am Schluß
Volt
A (gemäß der Erfindung) 2000 2700
B (Vergleichsversuch) 2100 6200
Beispiel 5
Dieses Beispiel beschreibt weitere fadenförmige Polymcrsubslrate, die für die Erfindung Verwendung finden.
Tabeüe in
in
Bei einer Reih·,' von Versuchen, deren Methoden und Ergebnisse in der Tabelle III zusammengestellt sind, wurden verschiedene fadenförmige Polymersubstraie getrennt durch die Grenzfläche von zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Polyesterkissens geleitet, das mit der angegebenen Dispersion der elektrisch leitenden Teilchen in einem flüchtigen Lösungsmittel gesättigt gehalten wurde. Nach der Entfernung des flüchtigen Lösungsmittels von den einzelnen behandelten fadenförmigen Polymersubstraten wurde die elektrische Leitfähigkeit gemessen. In Tabelle III wird auch die elektrische Leitfähigkeil der fadenförmigen Polymersiibstrate in der unbehandelten Form angegeben.
Bei jedem Versuch wurde als Ergebnis eine dauerhafte, gleichförmige ringförmige Durchfiutung der (cinvcrtcillcn elektrisch leitenden Teilchen in dem fadenförmigen Polymersubstnit erhalten.
Versuch Fadenförmiges l'olymersubslrat
Nicht behandeltes Substrat Titer Widerstand
(dlex) ti/cm
Behandlungsdispersion
Widerstand des behandelten Substrats
ti/cm
Modacrylprodukt (ungefähr 16,5
60% Acrylnitril, ungefähr 25% Vinylidenchlorid und ungefähr 14% Butylacrylamid)
Cellulosctriacelal 220/34
Polystyrol 88
10 Ruß (3On): 10%, 2X106
Aceton: 90%
Ruß (30n): 10% 2X105
Aceton: 90%
Ruß (30 n): 10% 5X106
Benzol: 90%

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Elektrisch leitende Textilfaser aus einem Polymeren und einem elektrisch leitenden Material, i dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem fadenförmigen Polymersubstrat besteht, das von feinverteilten, elektrisch leitenden Teilchen in einem ringförmigen Gebiet, welches an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und sich entlang in dessen Länge erstreckt, durchflutet ist, wobei die feinverteilten Teilchen als von dem Polymersubstrat unabhängige Phase gleichförmig verteilt enthalten sind und wobei die elektrisch leitenden Teilchen in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, um π einen elektrischen Widerstand der Textilfasern von nicht mehr als \0q Ω/cm /u ergeben.
2. Elektrisch leitende Textilfaser nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige ruiymersubsirui uus N>!t>n-b besteht und daß die 2t: feinverteilten elektrisch leitenden Veilchen Rutlteilchen sind.
J. Elektrisch leitende Textilfaser nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Polymersubstrai eine im wesentlichen /\lmdri r> sehe Gestalt besitzt und daß sich das ringfomige von elektrisch leitenden Teilchen durchflutete Gebiet von der Peripherie des Fadens senkrecht bis /u einem Abstand von etwa 1An des Radius des Fadens erstreckt. m
4. Verldhren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Textilfaser nach den Ansprüchen I bis i. dadurch gekennzeichnet, dall man feinverieilte elektrisch leitende Teilchen auf ein fadenförmiges l'nlymcrsiibstrat als cmc davon unabhängige l'h.isc r· in einem ringförmigen Gebiel aufbringt und zur Dtirchfliiliing bring!, welches an der Peripherie des I ailcns angeordnet ist und das sich entlang dessen lange erstreck· wobei nun die elektrisch leitenden Teilchen in einer .iiisrcichciukn Menge anwendet, ι» tun einen elcklrisi hen Wider 'Jiul der textilfaser von mehl iiu hr .ils etwa Kl" i.' im zu ergeben.
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