DE2700436A1 - Leitfaehige kern-mantel-faeden und ihre verwendung - Google Patents
Leitfaehige kern-mantel-faeden und ihre verwendungInfo
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Description
Leitfähige Kern-Mantel-Fäden und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft leitfähige Fäden, insbesondere leitfähige thermoplastische Endlosfäden mit einer für
textile Anwendungen geeigneten Farbe.
Geringe Anteile leitfähiger Fasern in einem Gemisch mit organischen Fasern haben die Eigenschaft, elektrostatische
Aufladungen abzuführen. Im allgemeinen müssen diese
Fasern einen Widerstand von weniger als 4 χ 10 Ohm/cm bei einem Gleichstrompotential von 2 kV haben. Die Fähigkeit
der Fasern, elektrostatische Aufladungen abzuführen, wird erreicht, auch wenn diese Fasern als Folge ungenügender
Menge oder als Folge starker Dispergierung im Gemisch keinen durchgehenden elektrischen Weg bilden. Es wird angenommen,
daß die leitfähigen Fasern die elektrostatischen Felder durch Delokalisierung der Ladung durch Verschmieren
15 der Felder abführen.
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T. Won- (0721) 7.1 45 41 - 4 Τ:·Ι';« : S69 7307 dopa H V -I. ,,,nmm ■ Dompul...nt KoIr
Leitfähige thermoplastische Endlosfäden sind bekannt. Diese Fäden weisen gewöhnlich leitfähige Oberflächenüberzüge
auf, die mit einem Fadensubstrat verklebt sind. Zwar wird durch den Ruß und die elementaren Metalle,
die in diesen Überzügen verwendet werden, eine hohe Leitfähigkeit bei thermoplastischen Fäden erzielt,
jedoch beeinträchtigt die intensive Färbung dieser Materialien ihre Verwendung für textile Zwecke. Repräsentativ
für umhüllte leitfähige thermoplastische Fäden, die Ruß oder elementare Metalle als leitfähige Elemente
aufweisen, ist die US-PS 3 582 445.
Eine Alternative zu Überzügen wird in der GB-PS 1 393
vorgeschlagen. Hier wird ein Kern-Mantel-Faden beschrieben, dessen Kern elektrisch leitfähigen Ruß, der in einem
thermoplastischen synthetischen Polymerisat dispergiert ist, enthält. Die Färbung des leitfähigen Materials kann
hierdurch durch den Mantel selbst sowie Mattierungsmittel, die dem polymeren Material des Mantels zugesetzt werden,
vermindert werden. Trotz der Verbesserungen, die in einer Kern-Mantel-Struktur erzielt werden, ist die Färbung
eines Produkts, in dem Ruß als leitfähiges Material verwendet wird, noch so stark, daß der nicht mattierte,
mit einem starken Mantel versehene Faden ein Reflexionsvermögen von weniger als 8 % aufweist.
Die dunkle Färbung der bekannten leitfähigen Fäden erfordert die Anwesenheit wenigstens eines leitfähigen
Fadens in jedem Filamentgarnbündel in den sichtbaren Garnen der meisten Gewebekonstruktionen. Um Antistatikeffekte
zu erreichen, muß nicht jedes Filamentgarn eines Gewebes einen leitfähigen Faden enthalten. Wenn jedoch
keine identischen Garne verwendet werden, sind unerwünschte Muster im Gewebe sichtbar, wenn die bekannten dunkelgefärbten leitfähigen Fäden verwendet werden.
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270043G
Gegenstand der Erfindung sind leitfähige Kern-Mantel-Fäden mit einem Widerstand von weniger als
8 9
4 χ IO Ohm/cm (10 Ohm/Zoll) bei einem Gleichstrompotential
von 2 kV und einem Reflexionsvermögen von mehr als 8 % im nichtmattierten Zustand, wobei der Kern
den größeren Teil des Querschnitts des Kern-Mantel-Fadens umfaßt.
Die Erfindung betrifft ferner Fadenbündel aus leitfähigen und nicht-leitfähigen Fäden und Gewebekonstruktionen,
die diese Fadenbündel enthalten, wobei das gute Aussehen der nicht-leitfähigen Fäden durch den leitfähigen Faden
nicht beeinträchtigt wird.
Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen leitfähigen Kern-Mantel-Fäden
gerichtet.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß leitfähige Kern-Mantel-Fäden
mit einem Widerstand von weniger als
4 x 10 Ohm/cm bei einem Gleichstrompotential von 2 kV und einem Reflexionsvermögen von mehr als 8 % hergestellt
werden können, wenn als Kern ein thermoplastisches Polymerisat verwendet wird, in dem Zinkoxid, Kupfer(I)-jodid,
kolloidales Silber und/oder kolloidaler Graphit dispergiert sind. Für die leitfähigen Fäden gemäß der
Erfindung wird als Mantelmaterial ein verträgliches faserbildendes thermoplastisches Polymerisat verwendet.
Vorzugsweise werden Polyamide, Polyester und Polyolefine als Mantelmaterial verwendet. Das thermoplastische Kernmaterial
besteht vorzugsweise aus einem Polyolefin, z.B. Polyäthylen. Als Mantelmaterial, das einen größeren
Prozentgehalt der Querschnittsfläche des Kern-Mantel-Fadens ausmacht, wird vorzugsweise Nylon-6, Nylon-66,
Polyäthylenterephthalat oder Polypropylen verwendet.
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Die Herstellung erfolgt nach einem üblichen Kern-Mantel-Spinnverfahren,
wie es in den US-PSen 2 936 482 und 2 989 798 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird
ein Mehrkomponentenfaden gebildet, indem eine oder mehrere kernbildende Komponenten in einen radial
konvergierenden Strom einer mantelbildenden Komponente gespritzt und die Kombination ausgepreßt wird, wobei
die mantelbildende Komponente die kernbildende Komponente umgibt.
Die Kernkomponente kann kompoundiert werden, indem der leitfähige Bestandteil mit einem thermoplastischen Polymerisat
gemischt wird, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Mantelpolymerisat, so daß die Verbundstruktur
verstreckt werden kann, ohne die Kontinuität und damit die Leitfähigkeit des Kerns zu zerstören. Die
leitfähige Komponente des Kerns hat vorzugsweise eine so geringe Teilchengröße, daß sie im Kernpolymerisat
gut dispergiert wird. Die Teilchenoberfläche ist unregelmäßig oder porös, so daß eine maximale Oberfläche dargeboten
wird. Gute Dispergierung der leitfähigen Komponente im Kernpolymerisat ist erforderlich, um maximale Leitfähigkeit
zu erzielen. Das leitfähige Material kann dispergiert werden, indem es mit dem geschmolzenen Polymerisat
gemischt wird. Für die hier vorgesehenen textilen Anwendungen kann der leitfähige Faden in Form von
Endlosfäden, Stapelgarn, Mischgarnen oder gefachten Garnen unter Verwendung von endlosen Längen oder Stapellängen
der leitfähigen Fäden hergestellt werden. Die Faser hat vorzugsweise einen solchen Durchmesser, daß sie
die gewünschten Eigenschaften üblicher Textilfasern, wie
Flexibilität, Kräuselbarkeit, Abriebfestigkeit usw. bei
einem Titer im Bereich von 2 bis 20 Denier aufweist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
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Ein Kernmaterial für leitfähige Kern-Mantel-Fäden wird wie folgt hergestellt:
In einen Mischer, z.B. einen Brabender-Plasticorder (Hersteller Brabender Instruments, Incorporated,
New Jersey) werden lOOO g Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 12 gegeben. Dann werden 4 3Og Ruß innerhalb
von 15 Minuten bei einer Temperatur von 190 C und einer Drehzahl von 60 UpM zugemischt. Das Kernmaterial aus
Graphit und Polyäthylen wird dann unter Vakuum 24 Stunden bei 700C getrocknet. Mit einer üblichen Kern-Mantel-Spinnmaschine
werden dann'Kern-Mantel-Fäden mit kreisrundem Querschnitt unter Verwendung von Polyäthylenterephthalat·
mit einer Grenzviskosität von 0,67 als Mantelmaterial gesponnen. Die unter Stickstoff gesponnenen
Kern-Mantel-Fäden werden mit einer Geschwindigkeit von 305 m/Minute abgezogen, wobei ein Fadenbündel
mit einem Gesamttiter von 210 erhalten wird.
Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wird wiederholt, wobei jedoch eine Dispersion von 40 Gew.-% Graphit in
Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 12 als Kernmaterial verwendet wird.
In einen 240 Milliliter Brabender-Plasticorder werden 1000 g Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 12 und
Kupfer(I)-jodid in einer solchen Menge gegeben, daß eine Dispersion von 83 Gew.-% Kupfer(I)-jodid erhalten
wird. Die Dispersion wird im Brabender-Plasticorder 15 Minuten bei einer Drehzahl von 60 UpM bei einer Temperatur
von 190 C durchgemischt. Das Kernmaterial wird
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dann mit einer üblichen Kern-Mantel-Spinnmaschine unter
Verwendung von Polyäthylenterephthalat mit einer Grenzviskosität von 0,67 als Mantelmaterial gesponnen. Das
Produkt wird unter Stickstoff gesponnen und mit einer Geschwindigkeit von 640 m/Minute abgezogen, wobei ein
Produkt mit einem Gesamttiter von 200 erhalten wird.
Der in Beispiel 3 beschriebene Versuch wird wiederholt, wobei jedoch Zinkoxid anstelle von Kupfer(I)-jodid verwendet
wird.
Der in Beispiel 3 beschriebene Versuch wird wiederholt, wobei jedoch kolloidales Silber anstelle von Kupfer(I)-jodid
verwendet wird.
Die Lichtreflexion , die ein Maß der Weiße jeder Probe
ist, wird mit einem üblichen photoelektrischen Reflexionsmesser unter Verwendung einer Bariumsulfat-Keramikkachel
als Bezugsprobe gemessen. Proben der Endlosfäden werden in 8 bis 10 Fadenlagen um eine schwarze Spiegelkarte
gewickelt. Die Spiegelkarte wird dann in eine 3 cm-Schlitzöffnung im photoelektrischen Reflexionsmesser eingeführt. Von jeder Karte werden 10 Messungen
vorgenommen. Ein Durchschnittswert wird notiert.
Zur Bestimmung des Widerstandes jeder Probe wird der Mantel aufgelöst und der spezifische Widerstand mit
einem Niederspannungs-Ohmmeter gemessen. Die Probe des Fadenbündels, das gewöhnlich aus etwa 3 Fäden besteht
und eine Länge von 5,1 cm hat, wird an jedem Ende mit Silberfarbelektroden versehen. Ein freies Fadenbündel
wird zwischen den Elektroden des Prüfgeräts eingespannt. Der spezifische Widerstand wird dann gemäß der folgenden
Formel bestimmt:
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Spezifischer Widerstand = r(rr) .
L·
Hierin ist r der Widerstand in Ohm, A die Querschnittsfläche der Probe und L die Länge des Fadenbündels.
Werte für die Dichte des Kern-Mantel-Fadens, die Leitfähigkeit des leitfähigen Materials als trockenes Pulver,
die Leitfähigkeit des leitfähigen Materials in Polyäthylen, das Reflexionsvermögen und den Schutz
gegen statische Aufladung in einem Teppich sind für jedes ProQukt, das gemäß den Beispielen hergestellt
wurde, in der folgenden Tabelle genannt.
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Beispiel Leitfähiges Nr. Kernmaterial
Einstufung
Dichte, g/cm
Leitfähigkeit des trockenen Pulvers
Leitfähigkeit Reflexionsdes in Polyäthylen vermögen kompoundierten Materials
^. CD CO CD CT)
Ruß (Vergleichsprobe)
Graphit
Kupfer(I)-jodid
elektrisch
leitfähiges
Zinkoxid
kolloidales Silber
Halbleiter
1,0 Ohm-cm
Halbleiter 1,56
Leitfähig- 5,6 keit abhängig von 1_-Konzentration
Halbleiter 5,62
Leiter
10,0 50 0hm-cm
bei einer Konzentration von 30 %
bei einer Konzentration von 30 %
7 %
_2 10 Ohm-cm |
70 Ohm-cm bei einer Konz. von 40 % |
11 | O1 $ |
abhängig von l2~Konzentra- tion |
200 Ohm-cm bei einer Konz. von 80 % |
31 | % ■ |
200 Ohm-cm | 2000 Ohm-cm bei einer Konz. von 83 % |
57 | |
unter 0,01 Ohm-cm |
0,01 Ohm-cm bei einer Konz. von 65 % |
24 | O JS. |
- y-
Um die Sichtbarkeit und Leitfähigkeit der leitfähigen
Kern-Mantel-Fäden bei textlien Anwendungen zu bewerten, wurden die in den folgenden Beispielen beschriebenen
Teppiche hergestellt.
5 Beispiel 6
Ein Tufting-Teppich (level loop carpet) wird hergestellt,
indem Nylongarn von 1300 Denier in ein Jute-
2 Grundgewebe, das ein Flächengewicht von 340 g/m hat,
mit einer 5/32-Gauge-Level-loop-Maschine eingenäht wird,
wobei jedes achte zugeführte Garn einen leitfähigen Faden, der gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist,
enthält. Das Tufting-Produkt hat eine Florhöhe von
4 mm und ein'Florgewicht von 678 g/m . Das Tufting-Produkt
wird dann in einer Färbeflotte der folgenden Zusammensetzung gefärbt:
0,33 g/Liter Dispergiermittel "Irgasol DA" O,O8 g/Liter wässriges Ammoniak
1 Gew.-% Farbstoff "Irgalan Gray BL",
bezogen auf das Gewicht der zu 20 färbenden Faser
Der grau gefärbte Teppich wird dann bei Temperaturen von nicht mehr als 116 C im Ofen getrocknet.
Das Produkt hat ein unannehmbares Aussehen. Die leitfähigen Faden in jeder achten Reihe sind deutlich sichtbar,
wodurch sich das Aussehen von Kettstreifen ergibt.
Das in Beispiel 6 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei jedoch die gemäß Beispiel 2 hergestellten
leitfähigen Fäden verwendet wurden. Das gefärbte End-
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produkt war aufgrund der verringerten Sichtbarkeit der leitfähigen Fäden einwandfrei und zeigte gute
Farbübereinstimmung mit den gefärbten Obergarnen.
Die Teppichproben wurden auf statische Aufladung in einer Klimakammer geprüft, in der die Temperatur bei
etwa 21 C und die relative Feuchtigkeit bei etwa 20 % gehalten wurden. Die Versuche wurden so durchgeführt,
daß eine Person, die über den Teppich geht, simuliert wurde. Das erzeugte elektrostatische Potential wurde
gemessen. In allen Fällen wurde keine elektrostatische Aufladung festgestellt.
Über die Ursache und das Wesen der elektrostatischen
Erscheinung wurden von verschiedenen Forschern mehrere Theorien aufgestellt. Nach einer der ältesten Theorien, die noch von einigen Forschern aufrechterhalten wird, ist die Erscheinung von kapazitativer Natur, wodurch
das Material als Träger für elektrische Ladungen dient, die durch äußere Triebkräfte im Material induziert oder erzeugt werden. In diesem Sinne würden die im Fasermaterial entwickelten Ladungsdichten in Beziehung zu
der spezifischen induktiven Kapazität oder Dielektrizitätskonstante des Materials stehen, die ihrerseits in
Beziehung zum spezifischen Widerstand des Materials und zum Grad des elektrischen Durchschlages an der Material-Luft-Grenzfläche stehen.
Erscheinung wurden von verschiedenen Forschern mehrere Theorien aufgestellt. Nach einer der ältesten Theorien, die noch von einigen Forschern aufrechterhalten wird, ist die Erscheinung von kapazitativer Natur, wodurch
das Material als Träger für elektrische Ladungen dient, die durch äußere Triebkräfte im Material induziert oder erzeugt werden. In diesem Sinne würden die im Fasermaterial entwickelten Ladungsdichten in Beziehung zu
der spezifischen induktiven Kapazität oder Dielektrizitätskonstante des Materials stehen, die ihrerseits in
Beziehung zum spezifischen Widerstand des Materials und zum Grad des elektrischen Durchschlages an der Material-Luft-Grenzfläche stehen.
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Claims (7)
1. Leitfähige Kern-Mantel-Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kern-Mantel-Struktur ohne Mattierungsmittel
ein Reflexionsvermögen von nicht weniger als 8 % und der leitfähige Kern einen Widerstand von nicht weniger
als 4 χ 10 Ohm/cm bei einem Potential von 2 kV hat.
2. Leitfähige Kern-Mantel-Fäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Kern aus einem
thermoplastischen Polymerisat und einem darin dispergierten feinteiligen Material aus der aus kolloidalem
Graphit, leitfähigem Zinkoxid, Kupfer(I)-jodid und kolloidalem Silber bestehenden Gruppe besteht.
3. Leitfähige Fäden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das feinteilige Material eine Teilchengröße von nicht mehr als 3 ,u hat.
4. Leitfähige Fäden nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel aus einem Polyester oder einem Polyamid besteht.
5. Leitfähige Fäden nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kern aus Polyäthylen und darin dispergiertem kolloidalem Graphit besteht.
6. Nylon und Polyesterfadenbündel, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen leitfähigen Faden nach Anspruch
1 bis 5 enthalten.
7. Verwendung der leitfähigen Kern-Mantel-Fäden nach Anspruch 1 bis 5 und der Fadenbündel nach Anspruch 6 für
die Herstellung von Florgeweben, die Nylon- oder Poly-
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270043b
esterfadenbündel als Obergarne enthalten, wobei wenigstens einige der Fadenbündel wenigstens einen leitfähigen
Faden nach Anspruch 1 bis 5 enthalten.
7098?8/09fifi
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US64843676A | 1976-01-12 | 1976-01-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=24600769
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DE (1) | DE2700436A1 (de) |
GB (1) | GB1527192A (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE3036931A1 (de) * | 1979-10-04 | 1981-04-23 | Viscosuisse S.A., Emmenbrücke | Antistatischer zweikomponenten-faden und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung |
EP0212626A2 (de) * | 1985-08-27 | 1987-03-04 | Teijin Limited | Elektrisch leitende zusammengesetzte Faser und Verfahren zur Herstellung derselben |
DE3938414A1 (de) * | 1989-08-19 | 1991-02-21 | Eurea Verpackung | Hochfestes kunstfaser-gewebe sowie aus diesem hergestellte schuettgutbehaelter und tragegurte |
DE10249585A1 (de) * | 2002-10-24 | 2004-05-13 | Teijin Monofilament Germany Gmbh | Leitfähige, schmutzabweisende Kern-Mantel-Faser mit hoher Chemikalienresistenz, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung |
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-
1977
- 1977-01-07 DE DE19772700436 patent/DE2700436A1/de not_active Withdrawn
- 1977-01-11 GB GB93077A patent/GB1527192A/en not_active Expired
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EP0212626A3 (en) * | 1985-08-27 | 1987-12-02 | Teijin Limited | Electroconductive composite fiber and process for preparation thereof |
US4756926A (en) * | 1985-08-27 | 1988-07-12 | Teijin Limited | Process for preparation of electroconductive composite fiber |
DE3938414A1 (de) * | 1989-08-19 | 1991-02-21 | Eurea Verpackung | Hochfestes kunstfaser-gewebe sowie aus diesem hergestellte schuettgutbehaelter und tragegurte |
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DE10249585B4 (de) * | 2002-10-24 | 2007-10-04 | Teijin Monofilament Germany Gmbh | Leitfähige, schmutzabweisende Kern-Mantel-Faser mit hoher Chemikalienresistenz, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung |
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GB1527192A (en) | 1978-10-04 |
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