DE2647108A1

DE2647108A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen metallisierung von nichtmetallischen endlosfasern

Info

Publication number: DE2647108A1
Application number: DE19762647108
Authority: DE
Inventors: Helmut Eichten; Ferdinand Schulte-Oestrich; Wolfgang Dipl Phys Tews
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Priority date: 1976-10-19
Filing date: 1976-10-19
Publication date: 1978-04-20

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Metallisierung
von nichtmetallischen Endlosfasern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Metallisierung von nichtmetallischen Endlosfasern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Elektrisch nichtleitende Endlosfasern aus nichtmetallischen Werkstoffen wie Kunststoff, Glas oder Keramik werden in steigendem Maße für die verschiedensten Anwendungsgebiete benutzt. Bei ihrer Weiterverarbeitung oder im späteren Einsatz sind sie der Gefahr von mechanischer Beschädigung oder der Korrosion ausgesetzt. Hierbei verlieren sie häufig ihre vorteilhaften E Eigenschaften. Diese Gefahr besteht besonders bei der Verwendung von Glasfasern als Lichtleiter. Bei dieser Verwendung bietet ein elektrisch leitender Überzug weitere Vorteile. Hr könnte beispielsweise bei der Fehlerortung oder aber für dt. Übermittlung elektrischer Signale dienen. Bekannt ist eine metallisierte Glasfaser mit einem Metall enthaltenden Uberzug, bei dem der Überzug aus Metall und ein.r Zwischenschicht aus einem Oxyd dieses Metalls besteht und die Gesamtdicke des Überzugs ein Mikron nicht übersteigt. Das Verfahren zur Herstellung solcher Glasfasern besteht darin, daß auf die Glasfasern eine Lösung eines Metallsalzes oder eines Metallkomplexes aufgebracht wird, diese Verbindung in situ zu Metalloxyd gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Aufbringen überführt wird, UM einen Überzug aus Metalloxyd auf den Fasern zu bilden und anschließend wenigstens die Oberfläche des Metalloxydüberzuges zu dem entsprechenden Metall reduziert wird (DT-PS 18 03 710). Dieses bekannte Verfahren läßt sich für die Herstellung von metallisierten Lichtleitern nioht anwenden. Einmal ist die so erhaltene Beschichtung zu dünn, um einen mechanischen Schutz bieten zu können. Ferner ist dt. so erhaltene Metallschicht feuchtigkeitsdurchlässig, kann also eine Korrosion nur verzögern, nicht aber verhindern. Darüber hinaus würden sich bei der Verwendung dieses Verfahrens für Lichtleiter dessen optische Eigenschaften wesentlich verschlechtern. Das ist insbesondere auf die relativ hohen Temperaturen, die bei den einzelnen Verfahrensschritten gebraucht werden, zurückzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu finden, mit denen preisgünstig und kontinuierlich eine geschlossene Metallschicht von mehreren Mikron Dicke auf Glasfasern aufgebracht werden kann, ohne deren optische Eigenschaften zu verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 10 und durch eine Vorrichtung gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 11 bis 13 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dz es durch die Verwendung einer Vorietallisierung möglich ist, nahezu beliebig dicke Metallschichten auf dem relativ problemlesen galvanischen Wege aufzubringen. Eine nach den beschriebenen Verfahren arbeitende Anlage von etwa lo m Länge ist in der Lage, Kupferrohiahten bis etwa 20 Mikron bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von etwa 20 bis 80 cm pro Minute zu erzeugen. Durch Verlängsrung der Anlage und/oder durch Umlenken und wiederholten Durchgang der Fasern durch das Galvanisierbad sind beliebig erhöhte Produktionsgeschwindigkeiten möglioh. Die so erhaltenen Metallachichten sind zusammenhängend, glänzend und nicht feuchtigkeitsdurchlässig. Eine weitere wesentliche Steigerung der produktionsgeschwindigkeit ist dadurch möglich, daß eine fast beliebige Anzahl von Fasern gleichzeitig durch die einzelnen Bäder geführt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. ES zeigen: Fig. 1 eine komplatte Vorrichtung, Fig. 2 einen Durchlaufbehälter, Fig. 3 die Aufwickelvorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Metallisierung von Endlosfasern, anhand derer auch das Verfahren anschaulich dargestellt werden kann, schematisch gezeichnet. Auf einem Grundrahmen 1 sind, in Laufrichtung der Fasern 2 gesehen, hintereinander die nachstehend beschriebenen Einzelteile angeordnet: Eine Abwickeleinrichtung 3 mit auswechselbaren Vorratspulen 4 für die unbehandelten Fasern 2, ein Zentriertriohter 5, der beispielsweise aus Kunststoff oder Glas bestehen kann und der die Fasern 2 unabhängig vom Füllzustand der Vorrataspule 4 ohne Gefahr der Beschädigung in die für die folgenden Bäder zentrische Lage führt, und ein erster rohrförmiger Behälter 6 für das Entfettungs- und Reinigungsbad. Er wird durch den Füllstutzen 7 mit einer für das Entfetten und Reinigen des jeweiligen Faserwerkstoffes geeigneten Flüssigkeit gefüllt gehalten, in dem später beschriebenen Fall der Metallisierung von Glasfäden hat sich gesättigte Chromschwefelsäure, ein Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure H2804 und Kaliumdichromat K2Cr2O7,als vorteilhaft erwiesen. In Laufrichtung der Fasern 2 gesehen hinter dem Behälter 6 für das Reinigungsbad ist ein weiterer rohrförmiger Behälter 8 für die Spülung der gereinigten Fasern 2 angeordnet, der über den Füllstutzen 9 mit einem durchlaufenden Spülmittel, im Beispiel mit destilliertem Wasser gefüllt gehalten wird. Danach folgt ein rohrförmiger Behälter lo mit Füllstutzen 11 für das Sensibilisierungsbad, in dem die Oberflächen der Fasern für den folgenden Behandlungsschritt vorbereitet werden. Im Falle der Metallisierung von Glasfasern hat sich hierfUr eine salzsaure Zinn 11-Chlorid-Lösung SnCl2 + HCl als vorteihaft erwiesen. Danach folgt wiederum ein rohrförmiger Behälter 12 für die zweite Spülung, der über seinen Füllstutzen 13 mit einem Spülmittel, im Beispiel Deionat, gefüllt gehalten wird. Dem schließt sich ein rohrförmiger Behälter 14 mit Falle stutzen 15 an, in dem eine Vormetallisierung der Fasern 2 nach dem Reduktlonsverfahren erfolgt, damit diese elektrisch leitend werden. Im Falle der Metallisierung von Glasfasern wird durch den Füllstutzen 15 eine Reduktions-Versilberungslösung eingefüllt, die aus einer ammoniakalischen Silbersalzlösung, einem alkalischen Puffer, beispielsweise alkalische Seignettesalzlösung, und einer Reduktionslösung, beispielsweise Formalin, Hydrazin oder phosphoriger Säure, bestehen kann. Nach einem weiteren Spülbehälter 18 mit Püllstutzen 19 für das Deionat schließt sich ein weiterer rohrtbrmigor, dem Behälter 14 gleichender Behälter 20 mit Füllstutzen 21 und ein weitere Spülbehälter 24 mit Füllstutzen 25 an. Dieser Behälter 20 wird als Reserve-Vormetallisierungsbad benutzt, was sich für den kontinuierlichen Betrieb sehr vorteihaft gezeigt hat, um eventuelle Störungen der Versilberung im Behälter 14 zu korrigieren. Die Wirksamkeit dieser Bäder kann, besonders im Falle der Vorversilberung von Glasfasern, verlängert werden, wenn der sich bei der Behandlung absetzende Schlamm von Zeit zu Zeit entfernt wird.Hierzu dient eine später ausführlich beschriebene und in Fig. 2 dargestellte kolbenförmige Reinigungseinrichtung in den Behältern 14 und 20 für Vormetallisierung und Reserve-Vormetallisierung, die an durch die Stutzen 16 und 17 beziehungsweise 22 und 23 laufenden Fäden bewegt werden kann und den abgesetzten Schlamm durch die Enden der Behälter 14 bzw. 20 drückt.
Nach dem der Vormetallisierung folgenden vierten Spülbad 24 werden die nun vormetallisierten Fasern 2 schleifend an einer aus polierten Metall bestehenden Elektrode 26 entlanggefUhrt,welche den Fasern 2 den für die galvanische Vormetallisierung nötigen Strom kathodisch zuführt. Danach lauten die Fasern 2 in einen langgestreckten, mehrere Meter langen, oben offenen, schalenförmigen Behälter 27 mit der aus Metalldrahtnetz bestehenden Anode 28.
Hier erfolgt die galvanische Metallisierung. Zm Falle der Metallinierung von Glasfasern hat sich eine Verkupferung al vorteilhaft gezeigt. In diesem Fall besteht das galvanische Bad aus lo bis loo g/l Kupfer, vorteilhaft in Form von Kupfersulfat CuSO4,10 bis loo g/l Schwefelsäure H2S04 und o,ol bis 1 g/l Kochsalz NaCl, Rest destilliertes Wasser. Seine Temperatur sollte zwischen 25 und 300 C liegen. Weiterhin hat sich der Zuzatz eines Glanzmittel, beispielsweise 0,1 bis 25 g/1 Thioharnstoff, Sulfonsäure, 1,4 Butindiol, Thiophenol oder einer Celluloseverbindung als vorteilhaft gezeigt.
Die Anode 28 besteht dann aus Kupferdrahtnetz. Im Falle der bereits mehrfach angesprochenen Metallisierung von Glasfasern hat sich gezeigt, da die galvanische Metallisierung zur Vermeidung von Seschädigung der Vormetallisierung, hier Versilberung,zweckmäßig in zwei ineinander übergehenden Bereichen 29 und 3o mit unterschiedlichen Stromstärken erfolgt Im ersten Bereich 29 erfolgt eine Ververkupferung mit einer Stromstärke von 1 bis 50 mA für jede Faser, für die der Strom Uber die Elektrode 26 zugeführt wird.
Im zweiten Bereich 30, in dem eine Beschädigung der verzielberung nicht mehr zu erwarten ist, erfolgt die Endverkupferung mit einer Stromstärke von 150 bir 500 mA pro Paser. Dieser Strom wird Uber die noch zu beschreibende Aufwickelvorrichtung 33, die durch leitende Beläge 34 leitfähig gemachte Aufwickelspule 35 und über die endverkupferte Faser 2 zugeführt.
In Fig. 2 ist der für die Aurnahme des Reduktions-Versilberungs bades (Vormetallisierung) vorgesehene rohrförmige Behälter 14 vergrößert und schematisch dargestellt. Er wird durch den bereits erwähnten Füllstutzen 15 mit der für die Vormetallisierung vorgesehenen Flüssigkeit gefüllt gehalten. Im Falle der Metalltsierung von Glasfasern wird hier eine Reduktions-Versilberung vorgenommen, bei der sich im Laure der Zeit Schlamm absetzt. Er wird durch eine Reinigungseinrichtung, die aus einem durch Kunststofffäden 36 bewegbaren kolbenartigem Schlauchstück 37 besteht, aus dem Ende 38 des Behälters 14 herausgedrückt. Die Kunststoffäden 36 können über Umlenkrollen 39 geführt und durch eine Antriebswalze 40 bewegt werden. Sie verlaufen im Beispiel durch die am Behälter 14 angeordneten Führungsstutzen 16 und 17. Das kolbenartige Stück 37 kann auah aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt werden und dann durch einen außerhalb des Behälters 14 angeordneten Magneten bewegt werden. Die beschriebenen Reinigungseinrichtungen ermöglichen es, die Dauer der Wirksamkeit des Bades beliebig zu verlängern. Der Behälter 20 für die für den kontinuierlichten Betrieb vorteilhafte Reserve-Vormetallisierung ist in der gleichen Weise ausgestaltet.
In Fig. 3 ist die Aufwickelvorrichtung 33 für die metallisierten Fäden 2 vergrößert und schematisch dargestellt. Die metallische Achse 41 trägt eine auswechselbare Aufwickelspule 35 und wird durch einen Wickelmotor 42 angetrieben.Dio Zuführung des Stromes für den zweiten Bereich 30 des galvanischen Bades 27 erfolgt über die Feder 43, über die metallische Achse 41 und über am Spulekörper 35 aufgebrachte Streifen 34 aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise Leitailber, zu der aufgewickelten, in der Zeichnung nur angedeuteten, metallisierten Faser 2. ur die weitere Verarbeitung der Fasern 2 hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn durch eine nicht dargestellte Führung für die Fasern 2 für eine korrekte, lagenweise Aufwicklung der Fasern 2 gesorgt wird.
Es ist ersichtlich, daß der Grundrahmen 1 eine nicht gesondert dargestellte Auffangschale für die aus den einzelnen Behältern 6, 8, 10, 12, 14, 18, 20, 24, 27 und 31 durch die Ein- und Austrittsöffnungen für die Fasern 2 entweichenden Flüssigkeiten und den aus den Behältern 14 und 20 durch die Reinigungseinrichtung 37 ausgestoßenen Schlamm und einen Abfluß dafür nthalten muß. Für die aus dem Galvanik-Behälter 27 austretende Flussigkeit wird zweckmäßigerweise eine getrennte Auffangschale vorgesehen.
L e e r s e i t e

Claims

Patent ansprüche : 1. Verfahren zur kontinuierlichen Metallisierung von nichtmetallischen Endlosfasern, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Fasern (2) im kontinuierlichen Durchgang in einem ersten Durchlaurbad (6) entfettet und gereinigt, in einem zweiten Durchlaufbad (io) sensibilisiert, in einem dritten Durchlaufbad (14) vormetallisiert und leitfähig gemacht, und in einem vierten Durchlaufbad (27) galvanisch metallisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k e n n -z e i o h n e t, daß die Fasern (2) nach jedem der vier Durchlaufbäder (6, lo, 14,27) in zwischen diesen Durchlaufbädern ( 6, lo, 14, 27) angeordneten weitern Durchlaufspülbändern ( 8, 12, 18, 24, 31) in Wasser und/oder Deionat gespült werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k n n -z e i c h n e t, daß die Fasern (2) im ersten Durchlaufbad (6) mit gesättigter Chromschwefelsäure entfettet und gereinigt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Fasern (2) im zweiten Durchlaufbadf (lo) mit einer salzsauren Zinn II-Chlorid-Lösung sensibilisiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k o n n -z e i c h n e t, daß die Fasern (2) im dritten Durchlaufbad (14) nach dem Reduktionsverfahren versilbert und leitfähig gemacht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k e n q -z e i c h n e t, daß die Fasern (2) im vierten Durchlaufbad (27) in einer schwefelsauren Kupferlösung galvanisch verkupfert werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r o h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Fasern (2) im vierten Durchlaurbad (27) in zwei ineinander Ubergehenden Bereichen (29 und 30) mit unterschiedlichen Stromstärken galvanisch metallisiert werden.
8. Verrahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r o h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Fasern (2) im ersten Bereich (29) des vierten Durchlaufbades (27) mit einer Stromstärke von 1 bis 50 mA vorverkupfert und im zweiten Bereich (30) mit einer Stromstärke von 150 bis 500 mA endverkupfert werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Galvanisierungastros für den ersten Bereich (29) des vierten Durchlautbades (27) über ein poliertes Metallblech (26), an dem die versilberten Fasern (2) schleirend vorbeigeführt werden und das,in Durchlaufrichtung gesehen, vor dem vierten Durchlaufbad (27) angeordnet ist, zugeführt wird.
lo. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r o h g e -k e n n z e i e h n e t, daß der Galvanisierungsstrom für den zweiten Bereich (30) des vierten Durohlaufbades (27) über leitfähige Beläge (34) von hinter dem letzten Spülbad (31) angeordneten Aufwickelspulen (35) und deren metallische Achsen zugerührt wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis lo, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t, daß auf einemarundrahmen (1) in Laufriohtung der Fasern (2) hintereinander angeordnet sind: eine Abwickeleinrichtung (3) für die unbehandelten Fasern (2) mit auswechselbaren Vorratsspulen (4), ein rohrförmiger, mit gesättigter Chromschwefelsäure zu füllender Behälter (6) für ein Reinigungs- und Entfettungsbad, ein rohrförmiger, mit durchlaufendem Wasser zu speisender Behälter (8) für ein erstes Spülbad, ein rohrförmiger, mit salzsauer Zinn-II-Chlorid-Lösung zu füllender Behälter (lo) für ein Sensibilisierungsbad, ein rohrförmiger, mit durchlaufendem Deionat zu speisender Behälter (12) fUr ein zweites Spülbad, ein rohrförmiger, mit Reduktionssilberlösung zu füllender Behälter (14) für ein Versilberungsbad, ein rohrförmiger, mit durchlaufendem Deionat zu speisender Behälter (18) für ein drittes Spülbad, ein rohrförmiger, mit Reduktionsversilberungslösung zu füllender Behälter (20) für ein Reserve-Versilberungsbad, ein rohrförmiger, mit durchlaufendem Deionat zu speisender Behälter (24) für ein viertes Spülbad, eine die versilberten Fasern (2) kathodisch kontaktierende Elektrode (26), eine oben offene, langgestreckte, mit einem für die galvanische Verkupferung geeigneten Elektrolyten zu füllende Schale (27) mit einer aus Kupferdrahtnetz bestehenden Anode (28), ein rohrförmiger, mit durchlaufendem Deionat zu speisender Behälter (31) für ein fünftes Spülbad, und einer Aufwickeleinrichtung (33) mit einer Führung für die metallisierten Fasern (2).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r o h g e k e n n -z e i c h n e t, daß in den Behältern (14 und 20) für die Versilberungsbäder Je eine, aus einem kolbenartigen, an Kunststoffäden (36) beweglichen Schlauchstück (37) bestehende Reinigungseinrichtung angebracht ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i o h n e t, daß die Aufwickeleinrichtung (33) Aufnahmespulen (35) für die metallisierten Fasern (2) enthält, die durch aufgebrachte Streifen (34) von teitsilber als Zelt kathodische Kontakteinrichtung für die Verkupferung der metallisierten Fasern (2) gestaltet ist.