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Verfahren zur Herstellung von gewickelten, faserverstärkten Kunststoffrohren
mit elektrisch leitenden Innenflächen Für viele Zwecke, beispielsweise für Schalter
u.Hochfrequenzbauteile sind Kunststoffrohre mit elektrisch leitender Innenfläche
erforderlich. Hierzu werden die Innenflächen von nach bekannten Verfahren, beispielsweise
Blasen, Extrudieren, Schleudern, Wickeln hergestellten Kunststoffrohre in zusätzlichen
Arbeitsgängen mit elektrisch leitenden Uberzügen versehen. Hierfür geeignete Verfahren
sind z.B. Vakuumbedampfung, Kathodenzerstäubung, Galvanisierung und Lackierung.
In einigen Fällen sind technisch anlagebedingt Größenbegrenzungen der Kunststoffrohre
erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von gewickelten, faserverstärkten
Kunststoffrohren mit unterschiedlich einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit der
Innenfläche in einem Arbeitsgang.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Harzrohrkern mit mindestens
einem elektrisch leitenden Füllstoff hergestellt und mit einem anorganischen und/oder
organischen faserförmigen Material umwickelt und der Wickelkörper unter gleichzeitigem
Erwärmen geschleudert wird, wobei die endgültige Aushärtung erfolgt.
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Die gewickelten Fasermaterialien üben eine Art Filterwirkung aus.
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Dadurch bleiben die dem Harz system zuzesetzten elektrisch leitenden
Füllstoffe - in gewissem Umfang abhängig von der Korngröße -beim Verflüssigen der
Harzaischung und der Einwirkung von Zentrifugalkräften an der Innenseite der aufgewickelten
Faserverstärkung zurück. Es werden mechanisch hochfeste, faserverstärkte Kunststoffrohre
mit elektrisch leitender Innenfläche in einem Arbeitsgang erhalten, wobei sich Je
nach Menge und Art der Füllstoffe unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten einstellen
lassen. Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht insbesondere
darin, daß sie die Herstellung von Kunststoffrohren mit von außen nach innen zunehmender
elektrischer Leitfähigkeit ermöglicht, indem die Faserverstärkung und die Korngrößenverteilung
der elektrisch leitfähigen Füllstoffe variiert werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf einen
Harzrohrkern vorzugsweise bestehend aus einem Epoxidharz im B-Zustand gefüllt mit
mindestens einem elektrisch leitenden Füllstoff, beispielsweise Siliciumcarbid mit/ohne
Füllstoffzusatz, Faserverstärkungsmaterialien, beispielsweise Glasfasern, gewickelt.
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Beim nachfolgenden Schleudern unter gleichzeitigem Erwärmen bilden
die elektrisch leitenden Teilchen die innere Schicht des ausgehärteten Rohres.
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Das faserförmige Material kann ein Garn, Band, Roving, Gewebe, Matte
oder Vlies auf anorganischer oder organischer Basis sein.
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Geeignete elektrisch leitende Füllstoffe sind Siliciumcarbid, Graphit,
Ruß, Metallpulver. Als besonders geeignet haben sich Siliciumcarbid und Graphit
erwiesen. Sie können zusammen mit üblichen Füllstoffen wie z.B. SiO2, CaCO3, Silikaten
u.dgl. eingesetzt werden.
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Die Füllstoffe können verschiedene Korngrößen haben, vorzugsweise
< 200 pm.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffrohre
mit leitenden Innenflächen können beispielsweise als Schalter-und Hochfrequenzbauteile
verwendet werden.
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Die Erfindung wird anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert.
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Es zeigen schematisch die Figuren 1 und 2 die Herstellung des Harzrohrkerns,
Fig. 3 das Umwickeln des Harzrohrkerns mit einem faserförmigen Material und die
Figuren 4 und 5 das Überführen in das faserverstärkte Rohr mit elektrisch leitender
Innenfläche.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in ein Rohrform-Werkzeug
1 bestehend aus einem Formkern 2 und einem zweiteiligen Mantel 3 eine flüssige Harzmischung
4 gefüllt, die eine berechnete Menge von mindestens einem elektrisch leitenden Füllstoff
5 enthält und bei Raumtemperatur in den festen B-Zustand übergeht (Fig.1). Nach
Entfernen des zweiteiligen Mantels 3 -der Formkern 2 wird nicht entfernt - wird
um den mit elektrisch leitenden Teilchen gefüllten Harzrohrkörper 6 ein Faserstrang
7, beispielsweise ein Glasfaser-Roving-Band in gewünschter Lagenzahl und Breite
gewickelt (Figuren 2 und 3). Der so umwickelte Zylinder, bestehend aus dem Faserstrang
8 und dem Harzrohrkörper gefüllt mit elektrisch leitenden Teilchen 9, der sich auf
dem Formkern 10 befindet, wird nun mit einer zweiteiligen, maßlich passenden Manschette
11 versehen. Anschließend wird der Wickelkörper in eine schnellaufende Maschine
eingespannt. Durch gleichzeitiges Erwärmen wird das im B-Zustand befindliche Harzrohr
verflüssigt. Es härtet aus. Nach dem Entformen liegt das ausgehärtete Kunststoffrohr
12 mit einem elektrisch leitenden Innenüberzug 13 (Fig.5) vor.
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Beispiel 1 200 g eines Epoxidharzes Basis Bisphenol-A mit einer EP-Zahl
von ca. 0,52 werden mit 50 g 4,4t#Diaminodiphenylmethan als Härtungsmittel versetzt.
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Zu diesem Harz/Härter-Gemisch werden 50 g Graphit-Pulver mit einer
mittleren Korngröße von ca. 100 Sn zugegeben und homogen vermischt.
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Diese Mischung wird in eine Rohrform gegossen.
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Nach 24-36 Std. bei Raumtemperatur ist der sog. "B-Zustand" erreicht.
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Der Formmantel wird entfernt und das gefüllte Epoxidharzrohr zweilagig
mit Glasseidengewebe umwickelt und fixiert.
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Dieser umwickelte Rohr-Formling wird nun mit einer passenden, zweiteiligen
Metallmanschette allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1200
Upm die Metallform in horizontaler Lage durch induktive Heizung 0 innerhalb von
15 sec auf 150-170 C aufgeheizt. Da sowohl die Wärmekapazität der Metallform als
auch die Exothermie des Harzsystems eine weitere Wärmezuführung erübrigen, wird
die induktive Aufheizung nach der o.a. Zeit abgeschaltet. Es wird noch ca. 8 Min.
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bei gleicher Drehzahl weitergeschleudert.
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Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette entfernt und das geschleuderte
Rohr entformt.
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Maße des gegossenen Rohres: Innen ~: 40 mm Außen #: 50 mm Nach Schleudern
und Aushärtung: Innen #: 45,5 mm Außen #: 52 mm Oberflächenwiderstand: Innenseite
Rohr: 65 a Außenseite Rohr: 107sol Beispiel 2 200 g eines Epoxidharzes auf Basis
Bisphenol-A mit einer EP-Zahl von ca. 0,57 werden mit 16 g Cyanamid als Härtungsmittel
und 0,5 g Dimethylbenzylamin als Beschleuniger versetzt.
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Zu diesem Gemisch werden 43 g Quarzmehl mit einer mittleren Korngröße
von ca. 40 {ihm, 22 g Siliciumcarbid mit einer mittleren Korngröße von ca. 100 Fm
und 22 g Graphit-Pulver mit einer mittleren Korngröße von ebenfalls ca. 100 Rm zugegeben
und homogen eingemischt.
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Diese Mischung wird in eine Rohrform gegossen.
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Nach 24-36 Std. bei Raumtemperatur ist der "B-Zustand" erreicht und
der Formmantel wird entfernt.
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Der Rohr-Formling wird nun mit einer Glasfasermatte einlagig umwickelt
und diese fixiert.
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Dieser umwickelte Epoxidharz-Formling wird anschließend mit einer
passenden, zweiteiligen Metallmanschette allseitig umschlossen.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1200
Upm die Metallform in horizontaler Lage durch induktive Heizung innerhalb von 15
sec auf 150-1700C aufgeheizt. Da sowohl die Wärmekapazität der Metallform als auch
die Exothermie des Harz systems eine weitere Wärmezuführung erübrigen, wird die
induktive Aufheizung nach der o.a. Zeit abgeschaltet. Es wird aber noch ca. 8 Min.
bei gleicher Drehzahl weitergeschleudert.
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Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette entfernt und das geschleuderte
Rohr entfernt.
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Maße des gegossenen Rohres: Innen #: 40 mm Außen #: 50 mm Nach Schleudern
und Aushärtung: Innen #: 45 mm Außen #: 52 mm Oberflächenwiderstand: Innenseite
Rohr: 700 tY Außenseite Rohr: A107 Q Beispiel 3 200 g Novolack-Harz auf Basis Phenol-Formaldehyd
mit einem Schmelzpunkt von ca. 800C werden bei 95 0C mit 24 g Graphit-Pulver mit
einer mittleren Korngröße von ca. 100 Rm versetzt und homogen gemischt. Kurz vor
dem Eingießen in die kalte Rohrform werden der Mischung 20 g Hexamethylentetramin
als Hä#tungsmittel zugegeben.
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Nach dem Erstarren wird der Rohrmantel entfernt und das gefüllte auf
einem Hartpapierkern befindliche Phenolharzrohr mit einem Glasfaser-Roving einlagig
umwickelt und fixiert.
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Danach wird der umwickelte Rohrformling mit einer passenden, zweiteiligen
Metallmanschette allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1200
Upm die Metallform in horizontaler Lage durch induktive 0 Heizung innerhalb von
20 sec auf 170-190 C aufgeheizt.
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Da die Wärmekapazität der Metallform eine weitere Wärmezuführung erübrigt,
wird die induktive Aufheizung nach der o.a. Zeit abgeschaltet. Es wird noch ca.
10 Min. bei gleicher Drehzahl weitergeschleudert. Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette
entfernt und das geschleuderte Rohr entformt.
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Maße des gegossenen Rohres: Innen ~: 40 mm Außen #: 50 mm Nach Schleudern
und Aushärtung: Innen #: 47 mm Außen #: 52 mm Oberflächenwiderstand: Innenseite
Rohr: 100 fl Außenseite Rohr: > 107 Q 5 Patentansprüche 5 Figuren