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Metallisiertes Fasermaterial
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Die Erfindung betrifft metallisiertes Fasermaterial und ein Verfahren
zu dessen Herstellung Bei den bisher üblichen Verfahren zur Herstellung von metallisierten
Fasern mit haft fester Metallschicht durch insbesondere stromlose Metallabscheidung
werden die Fasern oder Fäden, bevor sie der stromlosen Metallabscheidung unterworfen
werden, entölt, geätzt oder mechanisch aufgerauht. In der DT-OS 2 250 309 wird beschrieben,
daß die Ätzvorbehandlung, wie sie bei Kunststoffen bekannt ist (Kunststoff-Galvanisierung,
Eugen C.Leuze Verlag), unerläßlich ist, weil ohne Ätzvorbehandlung die Haftbeständigkeit
der Metallschicht auf der Faser herabgesetzt ist und es unmöglich ist, eine metallisierte
Faser vom praktischen Gebrauchswert zu erhalten. Polyacrylnitrilfasern werden z.B.
mit Alkalihydroxyden als Xtzmittel behandelt oder gemäß der FR-PS 1 567 529 mit
Chromschwefelsäure behandelt, um eine bessere Haftung der Metallschicht auf der
Faseroberfläche zu erhalten. Weiterhin werden gemäß dem bekannten Stand der Technik
stets die Fasern mit sauren ionogenen Sensibilisierungsbädern z.B. mit saurem Zinn-II-chlorid
und
sauren ionogenen Aktivierungsbädern z.B. mit Palladiumchlorid
bei Temperaturen von 50-900C behandelt, um eine Aktivierung an der Oberfläche der
Fasern zu erhalten, die eine nachträgliche Metallabscheidung bei erhöhten Temperaturen
in sauren Metallisierungsbädern vorzugsweise bei 75°C und höheren Temperaturen mit
Nickel oder Kupfer gewährleistet. Als Schutzüberzug gegen mechanische Beanspruchung
wird die Metallschicht nach Lehre der FR-PS 1 567 529 anschließend mit Synthesekautschuk
oder Silikonharz Uberzogen.
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Es hat sich harusgestellt, daß die Haftfestigkeit und Abriebbeständigkeit
der auf Chemiefasern abgeschiedenen Metallschicht überraschend hoch wird, wenn man
poröses Fasermaterial mit einer Anzahl von Kavernen an der Oberfläche einsetzt und
beispielsweise kolloidale Palladiumaktivierungsbäder und beispielsweise alkalische
.B. ammoniakalische) Nickel- bzw. Kupferbäder bei Raumtemperatur verwendet.
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Die Erfindung betrifft daher ein metallisiertes Fasermaterial oder
Flächengebilde erhalten durch Metallisierung von Fäden oder Fasern oder Flächengebilden
aus fadenbildenden synthetischen Polymeren mit einer Porosität von mindestens 10
% und einem Wasserrückhaltevermögen von mindestens 10 % bei einer Faserquellung,
die geringer ist als das Wasserrückhaltevermögen.
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Im folgenden werden zunächst solche Fäden und Fasern näher charakterisiert,
die sich zur Herstellung des erfindungsgemässen metallisierten Fasermaterials eignen.
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Es handelt sich dabei bevorzugt um Kern-Mantel-Struktur aufweisende
hyinpdle Fäden und Fasern aus fadenbildenden, synthetischen
Polymeren
mit einer Porosität von mindestens 10 S und einem Wasserrückhaltevermögen von mindestens
10 1 bei einer Faserquellung, die geringer ist als das Wasserrückhaltevermögen.
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Die Fäden und Fasern sind vorzugsweise trockengesponnen.
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Die verwendeten Polymeren zur Herstellung der verwendeten Fäden und
Fasern sind insbesondere normalerweise hydrophobe Polymerisate, wie beispielsweise
Polyamide, insbesondere aromatische Polyamide, Polyester, Polyvinylhalogenide, vorzugsweise
jedoch Acylnitrilpolymerisate, die zu mindestens 40 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt
zu mindestens 85 Gew.-% aus Acrylnitrileinheiten aufgebaut sind.
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Die Fäden und Fasern weisen bevorzugt eine Kern-rtntel-struktur auf.
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Dabei wird unter Kern-Mantel-Struktur eine solche Struktur verstanden,
bei der im Rasterelektronenmikroskop nach üblichen Techniken präparierte Proben
(z.B. Gefrierbruch, Ionenätzung und Goldbedampfung) im Faserquerschnitt eine Kern-Mantel-Struktur
erkennen lassen, wobei die im Kern erkennbaren Poren im Mittel deutlich größer sind
als die Poren im Mantel. Der Mantel kann insbesondere kompakt erscheinen, d.h. er
weist im wesentlichen keine Poren über 300 Å Durchmesser auf. Die Manteldicke an
der Faseroberfläche wird bestimmt als der Abstand des Faseräußeren (von außen senkrecht
nach innen schreitend) bis zu der Stelle, an der der geschilderte Strukturunterschied
erkennbar wird.
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Die verwendeten Fasern zeigen Faserquerschnitte, bei denen der Mantel
einen Flächenanteil von 5 - 80 %, vorzugsweise 10 - 50 %, ausmacht. Der Porendurchmesser
beträgt bisher 1/3 des Faden- bzw. Faserquerschnitts. Im speziellen weisen die Fäden
und Fasern einen mittleren Porendurchmesser von max. 30 000 bis 50 000 g, vorzugsweise
max. 4000 A,
und ganz besonders bevorzugt max. 2000 i, auf, wobei
die Poren im Kern untereinander ein durchgängiges System bilden (keine Inselporen),
welches für Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, auch durch den Mantel durch Kavernen
oder Poren zugänglich ist.
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Es ist nämlich für die Wasseraufnahmefähigkeit der Fasern und Fäden
von Bedeutung, daß die Aufnahme von Flüssigkeiten und insbesondere Wasser nicht
nur durch die Faserschnittenden erfolgt, sondern auch direkt durch Kanäle ins mantel
und Poren oder Kavernen an der Oberfläche, die mit den Poren im Innern verbunden
sind und das Eindringen der Lösungen in das Innere der Faser erlauben.
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Die Quellung der Fäden und Fasern ist vorzugsweise deutlich geringer
als das Wasserrückhaltevermögen. Beispiel weise soll bei einem Wasserrückhaltevermögen
von z.B.
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10 % die Quellung etwa 3 S nicht überschreiten. Selbst bei höherem
Wasserrückhaltevermögen von beispielsweise 50 - 100 % sollte die Quellung etwa 10
% nicht überschreiten; bei einem Acrylnitrilcopolymerisat aus 94 S Acrylnitril,
5,5 % Acrylsäuremethylester und 0,5 S Natriummethallylsulfonat findet sich ein Quellwert
Q von 2,5 S. Selbstverständlich ist das Ausmaß der Quellung abhängig von der chemischen
Natur der Polymerisate. Es werden daher nur solche Polymerisate eingesetzt, deren
Quellung ca. 10 % nicht übersteigt.
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Die Porosität der zur Metallisierung eingesetzten Fäden beträgt mindestens
10 S und vorzugsweise mehr als 17 %.
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Das Wasserrückhaltevermögen liegt vorzugsweise über 20 %.
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Die zur Metallisierung eingesetzten Fäden und Fasern werden hergestellt,
indem man nach eine an sich bekannten Trockenspinnverfahren eine Lösung verspannt,
die neben dem Polyzieren und dem Spinnlösungsmittel 5 - 50 Gew.-%, bezogen auf
Lösungsmittel
und Polymerfeststoff, einer Substanz zusetzt, die für das zu verspinnende Polymere
im wesentlichen ein Nichtlösungsmittel darstellt, die mit dem Spinnlösungsmittel
und nicht mit Wasser oder einer anderen, das Polymere nichtlösenden Flüssigkeit,
die als Waschflüssigkeit geeignet ist, gut mischbar ist und dafür Sorge trägt, daß
diese in der Spinnlösung enthaltende Substanz während des Spinnprozesses nicht ausdampft
und diese Substanz aus den gesponnenen Fäden anschließend auswäscht.
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Bei der Verwendung von Acrylnitrilpolymerisaten kann die Hydrophilie
der Fasern noch dadurch gesteigert werden, daß man Copolymerisate einsetzt, welche
Comonomere mit hydrophilen Gruppen enthalten. Besonders geeignete Verbindungen sind
beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Methallylsultonsäure und ihre Salze sowie
Acrylamide.
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Als Spinnlösungsmittel kommen die zum Trookenspinnen bekannten Lösungsmittel
in Frage, Z.B. Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrolidon. vorzugsweise
aber Dimethylformamid.
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Die dem Spinnlösungsmlttel zuzusetzende Substanz muß folgende Bedingungen
erfüllen: Sie muß sowohl mit dem Spinnlösungsmittel als auch mit Wasser bzw. einer
anderen, als Waschtlüssigkeit geeigneten Flüssigkeit mischbar sein, vorzugsweise
in Jedem Verhältnis mischbar, und sie muß für das verwendete Polymere im praktischen
Sinne ein Nichtlösungsmittel sein, d.h. daß sich daß Polymere nicht oder nur in
sehr geringem Umfange in dieser Substanz löst.
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Solche Substanzen sind z.B. die ein- und mehrfach substitulerten Alkylether
und -ester mehrwertiger Alkohole, wie beispielsweise Diäthylenglykolmono- oder -Dimethyl-,
-äthyl- und -butyläther, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol,
Tripropylenglykol,
Triäthylenglykoldiazetat, Tetraäthylenglykol, Tetraäthylenglykolmethyläther, Glykolätherazetate
wie z.B. Butylglykolazetat. Ferner sind hochsiedende Alkohole wie 2-Xthylcyclohexanol,
ester oder Katone odor sich Gemische solcher Verbindungen geeignet.
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Vorzugsweise wird Glyzerin oder Tetraäthylenglykol verwendet. Ebenso
lassen sich Feststoffe wie Zucher oder feste, mehrwertige Alkohole vorteilhaft verwenden.
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In einer besonderen Ausführungsform wird Wasser in einer Menge von
2 - 25 Gew.% bezogen aur die Gesamtmischung, als Spinnlösungszusatz verwendet. In
diesem Falle wird die Spinnmischung auf eine Temperatur eihitzt, die mindestens
der Temperatur entspricht, bei der eine klare Lösung entsteht, und dann bei einer
Temperatur versponnen, die oberhalb des Gelierungspunktes dieser Lösung liegt. Vorzugsweise
betragen bei einem solchen Spinnprozeß die Schacht-und Lufttemperaturen maximal
den Wert der Temperatur der Spinnlösung. Liegt das Mischungsverhältnis von Polymerfeststoff
zu Wasser bei mindestens 4 : 1, so ist es vorteilhaft, wenn die Schacht- und Luftemperatur
beim Spinnprozeß über der Spinnlösungstemperatur liegt.
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Es ist weiterhin von Vorteil, Substanzen zu verwenden, die mit dem
eingesetzten Spinnlösungsmittel keine azeotropen Gemische bilden, so daß sie wie
im Falle DMF-Glyzerin oder DMF-Diäthylenglykolmlßchungen nahezu vollständig durch
fraktionierte Destillation zurückgewonnen werden können.
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Diese Substanzen werden dem Spinnlösungsmittel in Mengen von 5 - 50,
vorzugsweise lo - 20 Gew.%, bezogen auf Lösung mittel und Feststoff, zugesetzt.
Der obere Grenzgehalt an zumischbarer Substanz wird in der Praxis durch die Spinnbarkeit
der Polymerlösung bestimmt. Je höher der Gewichtsanteil an zugesetzter Substanz
zum Spinnlösungamittol ist, desto stärker wird die Porosität im Fuerkern und um
so höher das Wasserrückhaltevermögen der Fäden, die aus derartigen Spinnlösungzgemischen
hergestellt werden.
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Um zur Metallisierung geeiqnete Fäden und Fasern mit möglichst hoher
Porosität zu erhalten, wählt man die Spinnbehandlung so, daß möglichst wenig der
zugemischten Flüssigkeit während des Trockenspinnprozesses im Spinnschacht verdampft
bzw.
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durch das verdampfende Spinnlösungsmittel mitgerissen wird.
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Möglichst niedrige Spinnschachttemperaturen, die nur knapp oberhalb
des Siedepunktes des zu verdampfenden Spinnlösungsmittels liegen, kurze Spinnsohächte
und hohe Splnnabzüge und somit kurze Verweilzeiten im Spinnschacht, haben sich als
äußerst vorteilhaft erwiesen. Die Spinnsohachttemperatur soll aus diesen Gründen
maximal 800 C, vorzugsweise 5 - 300 C über der Siedetemperatur des verwendeten Spinnlösungsmittels
liegen.
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Durch diese Maßnahme bleibt der wesentliche Anteil (in der Regel etwa
9o «) der zugemischten Substanz im Spinnband bzw. in den Fäden. Er wird erst im
bige der Nachbehandlung durch Auswaschen entfernt und die Faser in herkömmlicher
Weise zur gebrauchsfertigen Faser weiterverarbeitet.
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Der Waschprozeß der porösen Fasern kann bei Temperaturen bis zu looO
C durchgefuhrt werden. Die Verweilzeit sollte mindestens lo Sekunden betragen, um
die zugesetzte Substanz gut auzuwaschen.
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Bei dem Waschprozeß hat es sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die
Faserbänder oder -fäden nur unter schwacher Spannung bzw. bei geringer Schrumpfzulassung
zu halten, um die Entfernung der zugesetzten Flüssigkeit zu maximieren.
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Die weitere Nachbehandlung der Faserbänder oder -fäden vor der Metallisierung
kann nach den in der Technik üblichen Nachbehandlungsschritten
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Präparieren, Kräuseln, Trocknen, Schneiden -vorgenommen werden, wobei die Trocknungsbedingungen
der Faser einen weiteren Einfluß auf die Hydrophilie ausüben.
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Möglichst milde Trocknungsbedingungen von maximal 1600 C, vorzugsweise
110 - 1400 C, und kurze Verweilzeiten von maximal von 2 - 3 Minuten im Trockner
führen zu Kern-Mantel-Fasern mit hoher Porosität und hohem WasserrUckhaltevermögen.
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Eine weitere Möglichkeit, die zur Metallisierung geeigneten Fäden
und Fasern herzustellen, besteht darin, daß man in an sich bekannter Weise eine
Polymerlösung nach einem Trockenspinnprozeß verspinnt, wobei man die Fäden unmittelbar
nach deren Austritt aus der Spinndüse, spätestens aber zu einem Zeitpunkt, wo die
Fadenverfestigung noch nicht abgeschlossen ist, mit Wasserdampf oder dem Dampf einer
anderen, die Fäden koagulierenden FlUssigkeit in BerUhrung bringt.
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Dieses Spinnverfahren ist im Prinzip ein herkömliches Trockenspinnverfahren,
vorzugsweise aus stark polaren organischen Lsungsmitteln wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid
und Dimethylsulfoxid. Es können aber auch Mischungen aus Polymeren, Spinnlösungsmittel
und Nichtlöser für das Polymere,wie sie oben beschrieben worden sind, versponnen
werden.
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Für diese Verfahrensweise geeignete Dämpfe zur Koagulation der noch
nicht verfestigten Fäden sind neben Wasserdampf alle Dämpfe von Substanzen, die
für die versponnenen Polymerisate, insbesondere Acrylnitrilpolymerisate, ein Nichtlösungsmittel
darstellen,
wie beispielsweise im Falle von Acrylnitrilpolymerisaten, ein- und mehrfach substituierte
Alkyläther und -ester mehrwertiger Alkohole, wie Diäthylenglykol, Triäthylenglykol,
Tripropylenglykol, Triäthylenglykoldiazetat, Tetraäthylenglykol, Glykolätherazetate,
Ferner sind Alkohole wie 2-Äthylcyclohexanol, Glyzerin, Ester oder Ketone oder Gemische,z.B.
aus Xthylenglykolazetaten, geeignet. Besonders bevorzugt sind neben Wasser solche
Substanzen, die sich leicht verdampfen lassen, deren Flammpunkt hoch liegt und deren
Brennbarkeit gering ist, beispielsweise Methylenchlorid und Tetrachlorkohlenstoff.
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Je nach Ort und Intensität der Dampfeinblasung auf die Polymerfäden
sowie den thermischen Bedingungen im Spinnschacht lassen sich sowohl die Querschnittsstruktur
als auch die Breite der Mantelfläche und die Hydrophilie der Fäden steuern. So erhält
man immer dann Kern-Mantel-Fasern mit runden bis kreisförmigen Querschnittsformen
und sehr dünner Mantelfläche von maximal ca. 25 % der gesamten Querschnittsfläche
und einem extrem hohen Wasserrückhaltevermögen von ca. 60 ß und mehr, wenn man die
Verspinnung bei niedrigen Schachttemperaturen von maximal 140° C, vorzugsweise von
20 - 1200 C, durchführt.
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Bei höheren Schachttemperaturen, vorzugsweise oberhalb 1600 C, erhält
man Kern-Mantel-Fasern mit ovalen bis trilobalen Querschnittsformen und Wasserrückhaltewerten
von ca. 20 - 60 p, wobei die Manteifläche ca. 60 ffi der gesamten Querschnittsfläche
ausmachen kann.
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Die Dicke und somit die Saumbreite der Manteltläche läßt sich nach
dieser Verfahrensweise durch die Wahl des Verhältnisses von Luft zu Dampfgemisch
derart steuern, daß bei hohem Dampf und niedrigen Luftmengen überwiegend
Kern-Mantel-Fasern
mit großer Saumbreite der Mantelfläche, die bis zu 80 % der gesamten Querschnittsfläche
ausmachen kann, erzeugt werden.
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Setzt man nur wenig Dampf im Verhältnis zur Luftmenge ein, so erhält
man umgekehrt Kern-Mantel-Fasern, die sich mehr und mehr der beim Trockenspinnprozeß
üblichen Hantelform nähern und die ein entsprechend niedrigeres Wasserrückhaltevermögen
aufweisen, wobei die Saunibreite des Mantels zunehmend geringer wird.
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Um eine zu starke Kondensation von Wasserdampf und Lösung8 mittelgemischen
im Spinnschacht zu vermeiden, hat sich eine Schacht temperatur von über 100° C,
vorzugsweise 105 -1400 C, bei möglichst kurzen Schachtlängen, beispielsweise von
1 m Länge, als optimal erwiesen.
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Um bei den zur Metallisierung geeigneten Fäden die Mindestporosität
von 10 % zu erhalten, setzt man bei Anwendung des Herstellungsverfahrens, bei dem
dem Spinnlösungsmittel Nichtlöser zugesetzt wird, diesen in einer Menge von mindestens
lo Cew., bezogen auf Polymerfeststoff, zu, trägt während des Spinnprozesses dafür
Sorge, daß der Nichtlöser im wesentlichen nicht verdampft und behandelt die erhaltenen
Fäden thermisch so schonend nach, daß die entstandenen Poren nicht kollabieren.
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Das Wasserrückhal tevermöclen von mindestens 10 % ergibt sich bei
den auf die beschriebene Weise hergestellten Fasern, wenn die Porosität mindestens
lo % beträgt.
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Die Auswahl der Polymeren erfolgt in der Weise, daß die Quellung
dieser Polymeren in Wasser ca. lo ß nicht übersteigt.
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Dadurch wird gewährleistet, daß das WasserrUckhaltevermögen
im
wesentlichen nicht durch die Wasseraufnahme durch das Polymerisat selbst, sondern
durch die Porenstruktur bewirkt wird.
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Die zur Metallisierung geeigneten Fäden und Fasern haben mittlere
Porendurchmesser von höchstens 10000 i. Die Porengröße kann beeinflußt werden durch
die Spinn- und Nachbehandlungsbedingungen. Bei dem beschriebenen Verfahren unter
Zusatz von Nichtlösern werden bei Zusatz von hochsiedenden Nichtlösungsmitteln wie
Glyzerin oder Tetraäthylenglykol Porengrößen von etwa 4000 2 erhalten, wenn die
Schachttemperatur ca. 180° C und die Lufttemperatur etwa 3500 C beträgt.
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Kleinere Poren werden erhalten, wenn die Schacht- und Lufttemperaturen
abgesenkt werden. Mittlere Porengrößen von unter etwa 2000 A erhält man, wenn die
Schacht- und Lufttemperaturen unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Spinnlösungsmittels
liegen.
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Durch die genannten Verfahrensweisen werden im Kern kanalnetzartig
miteinander verbundene Poren erzeugt, die ein durchgängiges System bilden, wobei
gleichzeitig der Mantel eine Struktur aufweist, die den Durchtritt von Wasser zum
Kern ermöglicht.
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Die Saumbreite des Mantels lßt sich abgesehen von der oben bereits
beschriebenen Möglichkeit in folgender Weise beeinflußen: Je höher der Polymerfeststoffgehalt
im Verhältnis zum eingesetzten Nichtlöser ist, desto größer wird die Saumbreite
des Mantels.
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Im einzelnen läßt sich eine gewünschte Saumbreite durch einfache
Vorversuche leicht festlegen.
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Die zu metallisierenden Fasern weisen Differenzbeträge der Feuchteaufnahmen
bei verschiedenen Luftfeuchtengraden auf.
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Günstig ist es, die Feuchteaufnahmen bei 65 S und 95 % relativer Luftfeuchte
bei jeweils 200 zu vergleichen.
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Das Ausmaß der Feuchtesuftahme wird insbesondere durch die Größe der
Poren und/oder durch Zusätze zur Faser beeinflußt. Die Feuchteaufnahme läßt sich
steigern, besonders durch die Erzeugung kleiner Poren mit mittleren Porendurchmessern
von höchstens etwa looo 2 und durch Verwendung von Polymerisaten, die hydrophile
Comonomere copolymerisiert enthalten bzw. durch Zusätze hydrophiler Natur zu den
Fasern. Diese Zusätze können entweder im Zuge des Herstellungsverfahrens in die
Fuern eingebracht werden oder in einem der Nachbehandlungaschritte eingelagert werden.
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Insbesondere erhält man einen Wert Delta-FA von Ueber 3 j, wenn der
Porenvolumenanteil der Poren mit Porendurchmessern von weniger als 500 Å mindestens
30 mm3/g Fasern beträgt, Die Bestimmung der im vorgehenden mehrfach erwähnten physikalischen
Größen wurden wie nachstehend beschrieben ausgeführt. Diese Meßmethoden beziehen
sich auf gefärbte bzw.
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blindgefärbte von Präparation befreite Fasern, Garne oder Textilflächengebilde.
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Meßmethoden: Quecksilber-Dichte-Bestimmmung(# Hg) Nach Ausheizen der
Probe bei 500 C unter Vakuum (10-2 mbar) wird die Hg-Dichte (mittlere scheinbare
Dichte) durch Volumenmessungen in Quecksilber bei einem ueberdruck von lo bar festgestellt.
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Helium-Dichte-Bestimmung(# He) Nach Ausheizen der Probe bei 500 C
unter Vakuum (lo 2bar) wird die Helium-Dichte ("wahre Dichte") durch Volumenmessung
in Helium mit einem Gasvergleichspyknometer festgestellt.
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Definition der Porosität (P)
Flotations-Dichte-Bestimung Man wiegt mehrere trockene Faserstränge auf 0,1 mg genau
(m1) und taucht sie dann in Wasser mit der Dichte f H20 Nach 5 Minuten wird das
Gewicht der Faserstränge in Wasser von 200 C ermittelt (m2); die Flotationsdichte
(nach 5 Minuten) ergibt si
Definition der Kern-Mantel-Struktur Im Rasterelektronenmikroskop nach üblichen Techniken
- mit Gefrierbruch, Ionenäntzung und Goldbedampfung-präparierte Proben lassen im
Fasserquerschnitt eine Kern-Mantel-Struktur erkennen, dadurch gekennzeichnet, daß
die im Kern erkennbaren
Poren im Mittel deutlich größer sind als
die Poren im Mantel. Der Mantel kann insbesondere kompakt erscheinen, d.h. im wesentlichen
keine Poren über 300 Å Durchmesser aufweisen.
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Die Manteldicke an der Faseroberfläche wird bestimmt als der Abstand
des Faser-Äußeren (von außen senkrecht nach innen schreitend) bis zu der Stelle,an
der der geschilderte Strukturunterschied erkennbar wird.
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Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens (WR): Das Wasserrückhaltevermögen
wird in Anlehnung an die DIN-Vorschrift 53 814 (vgl. Melliand Textilberichte 4 1973,
Seite 350) bestimmt.
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Die Faserproben werden 2 Stunden in Wasser getaucht, das o,l ffi Netzmittel
enthält. Danach werden die Fasern lo Minuten zentrifugiert mit einer Beschleunigung
von lo ooo m/sec und die Wassermenge gravimetrisch annittelt, die in und zwischen
den Fasern zurückgehalten wird. Zur 3estimmung des Trockengewichtes werden die Fasern
bis zur Feuchtekonstanz bei 1050 C getrocknet. Du Wasserrückhaltevermögen (WR) in
Gewichtsprozent ist:
mr = Gewicht des feuchten Fasergutes mtr = Gewicht des trockenen Fasergutes.
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Bestimung des mittleren Porendurchmessers d: Aus der Porosität P und
der inneren Oberfläche 0 nach der 1-Punkt-BET-Methode-mit Stickstoff (Ausgangsdruck
1 atü, Sorptionstemperatur die des flüssigen Stickatoffes) rmittelt.
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Außerdem wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen von kontrastierten
Dünnschnitten und rasterelektronenmikroskopischen Bruchflächen zur Charakterisierung
der Porenstruktur herangezogen; die optisch beobachteten Porendurchmesser sind im
allgemeinen größer als der oben ermittelte Wert d.
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Bestimmung der Feuchteauftahme (pa): Nach Trocknung bei 500 C/o,l
Torr mit N2-Spülung bis zur Gewichtskonstanz wird das Trockengewicht der Probe in
einer Vakuumwaage auf + 0,2 mg genau bostlmmt. Unter rortlaurender Einspeisung und
Absaugung von Wasserdampf (20° (FA); C) wird ein Wasserdampf-Druck eingestellt,
der 65 ffi relativer Luftfeuchte entspricht. Nach Gewichtskonstanz wird das Proben
gewicht erneut ermittelt:
= Gewicht der feuchten Probe mtr = Gewicht der trockenen Probe.
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Anschließend werden analog Messungen bei sukzessiv höheren Wasserdampfdrucken
durchgeführt.
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Bestimmung der Porenfüllung mit Wasser <F): Die Porenfüllung wird
durch Vergleich der Quecksilber-Dichte # Hg mit der Flotationsdichte #F in Wasser
nach 5 Minuten Faser-Tauchzeit ermittelt, wobei die Flotationsdichte gravimetrisch
ermittelt wird.
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Bestimung der Polymer-Quellung: Von unporösem trockenem Polymeren(z.B.Fäden)
wird die Feuchteaufnahme von 0 bis 95 % relativer Luftfeuchte ermittelt und auf
loo % Luftfeuchte extrapoliert (FA 100). Die Gowichtszunahme entspricht der Volumen-Quellung
Q in Prozent: Q = FA100.# Hg/1 g/cm 3 Bei Polymeren mit hydriophilen Comonomeren
kann Q von der wahren Volumenquellung abweichen. Trotzdem wird Q zur Kennzeichnung
des quellverhaltens herangezogen.
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Bestimmung der Manteldurchlässt£keit für Wasser Dazu wird das Wasserrückhaltevermögen
mit folgenden Änderungen gemessen: Die trockenen Fäden werden durchgehend als Schlaufe
in Wasser getaucht, ohne daß Faserenden benetzt werden. Dadurch erfolgt die Wasseraufnahme
ausschließlich durch den Faser-Mantel. Anschließend wird - wie bei der Messung des
Wasserrückhaltevermögens beschrieben - mit
dem benetzten Strangteil
weiter verfahren. Der Mantel ist durchlässig, wenn nach 5 Minuten Benetzung sich
hier ein Wasserrückhaltevermögen von über 20 % des ursprünglichen Wasserrückhaltevermögens
WR einstellt.
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Bestimmung der Arrcbgängigkeit des Porensystems Zu diesem Zweck werden
die porösen Kern-Mantel-Fasern wie folgt präpariert: In mehreren Bädern wird Wasser
in den Poren der Fasern gegen ein Intermedium ausgetauscht und dieses Intermedium
in einer nachfolgenden Konzentrationsreihe durch das eigentliche Einbettungsmittel
- ein Epoxidharz - ersetzt. Die Wasseraufnahme, Entwässerung und Einbettung läuft
unter Vakuum ab, um Gaseinschlüsse aus dem Faserinneren zu entfernen und eine optimale
Füllung der Hohlräume zu erreichen. Die eingebetteten Fasern werden auf dem Kryomikrotom
bei einer Objekttemperatur von - looO C geschnitten und die Dunnschnitte anschließend
kontrastiert.
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Im transmissionselektronenmikroskopischen Bild hebt sich das in den
Hohlräumen und rund um die Faser abgelagerte Einbettungsmittel dunkel von der eigentlichen
Fasermatrix ab und kennzeichnet sowohl die Durchgängigkeit des Porensystems rur
Flüssigkeiten als auch die des Mantels.
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Die oben beschriebenen und definierten Fasern oder Fäden sind für
die Herstellung von metallisiertem Fasermaterial als Ausgangsmaterial in hervorragendem
Maße geeignet. Eine Ätzung oder mechanische Vorbehandlung z.B. Aufrauhen zur Erzielung
von Oberflächenkavernen oder -unregelmäßigkeiten ist nicht mehr notwendig.
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Metalle, die zur chemischen Abscheidung auf dem oben beschriebenen
Fasermaterial verwendet werden, sind Nickel,Cobalt
Kupfer, Gold,
Zinn, Blei, Silber usw., wobei im Hinblick auf technische Eignung besonders Nickel
und Kupfer herangezogen werden. Als besonders günstig haben sich alkalische (ammoniakalische)
Kupfer bzw. Nickelbäder erwiesen, da man hier eine weniger heftige Metallabscheidung
verbunden mit einer geringeren Wasserstoffgasentwicklung beobachtet. Die elektrischen
Oberflächenwiderstände des metallisierten Fasermaterials liegen bei 101 # bis max.
102# (gemessen bei 23°C und 50 % rel. Feuchte gemäß DIN 54 345).
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Der erfindungsgemäß auf das beschriebene Fasermaterial mit poröser
Struktur und Oberflächenkavernen aufgebrachte, dünne Metallfilm haftet wegen der
porösen Oberfläche der Chemiefaser sehr fest auf dem Grundmaterial, verleiht diesem
gute elektrische Eigenschaften bei z.B. hoher Leitfähigkeit, geringen Oberflächen-
und Durchgangswiderstand und einen äußerlich metallischen Charakter. Bei der Verwendung
eines Gestrickes oder eines Gewebes aus solchem Fasermaterial zeigt es sich, daß
durch die Metallisierung eine Haftung oder bleibende Verbindung zwischen den Einzel
fasern nicht vorliegt, sondern das Textil bzw. die Stapelfaser bleibt als metallisiertes
Individuum erhalten. Eine für elektrische Zwecke ausreichende Metallisierung ist
gewährleistet. Durch Einhalten einer gewissen Mindestdicke der Metallschicht werden
Voraussetzungen geschaffen, die eine textile Weiterverarbeitung der Fasern oder
Filamentgarne gewährleisten.
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Die Haftfestigkeit einer beispielsweise Nickelschicht ist so hervorragend,
daß bei einer 10-maligen Wäsche, jeweils 300C 30 Minuten lang mit Sp?jlung'die Metallschicht
sich nicht von der Faser löst und der Oberflächenwiderstand praktisch kaum ansteigt.
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Man beobachtet z.B. Oberflächenwiderstände von 2 . 101 Ohm und nach
der 10. Wäsche von 3 . 102 Ohm. Selbst nach einer sogenannten Blindfärbung steigt
der Oberflächenwiderstand auf nur 104# an.
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Im allgemeinen ist eine Metallschichtdicke von 0,01 - 1,3 /um zur
Erstellung einer geschlossenen Metallschicht ausreichend.
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Dieser dünne Metallfilm kann chemisch oder elektrisch auf bekannten
Wege weiter verstärkt werden. Im letzten Fall können alle bisher bekannten, aus
wäßriger Lösung abscheidbaren Metalle aufgetragen werden. Die gute Leitfähigkeit
der metallisierten Fasern, Gewebe und Gestricke gestattet es, diese für verschiedene,
elektrisch interessante Einsatzgebiete zu verwenden.
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Anwendungsgebiete: a) Für Flächenheizelemente Eine mit einem Oberflächenwiderstand
ROT von ca. 101 < nach DIN 54 345 mit Nickel metallisierte, textil-elastisch
gebliebene Strickprobe wurde mit Leitsilberkontakten versehen und, wie in der anliegenden
Kurve (Fig. 1) zu sehen, mit elektrischem Strom beschickt. Die Wärmeabgabe in Abhängigkeit
zu Leistung kann aus dem Kurvenbild entnommen werden. Überraschend ist der fast
lineare Verlauf der Kurve.
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In der Kurve ist unter A die Temperaturzunahme in °K, unter B die
Leistungsaufnahme in Watt und unter C die Leistungsaufnahme in Watt/cm2 gegenüber
der Spannung in Volt aufgetragen.
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Dieses Material ist das ideale Flächenheizelement für Wandheizungen,
Sicherheitsheizungen im textilen Sektor z.B. heizbare Hausschuhe, Heizkleidung u.a.
mehr.
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b) Antistatisch ausgerüstete Kleidung In gewissen Sonderfällen ist
bei besonders trockenen Klimata beim Arbeiten mit hybriden Gemischen nötig, für
textile Kleidung, Filtertücher usw. einen extrem niedrigen Oberflächenwiderstand
zu besitzen, um Explosionsgefahren zu vermeiden. Elastisch gestrickte oder entsprechend
luftdurchlässig eingestellte Gewebe behalten im Prinzip ihre textiltechnologischen
Eigenschaften bei einem Oberflächenwiderstand von ca. 101 bis 102#, einem Durchgangswiderstand
von 40#.cm² und einem spezifischen Durchgangswiderstand von 2000 J. cm. Letzteres
entspricht in etwa der elektrischen Leitfähigkeit von Metallen. Überraschend ist,
daß eingearbeitete Gummibänder oder Gummm fäden nicht metallisiert werden und ihre
gummielastischen Eigenschaften nach dem Metallisierungsprozeß praktisch nicht verloren
haben.
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c) Elektromagnetische Abschirmungen Da die oben beschriebenen Fasern
nicht nur mit Nickel (oder Nickel-Cobaltkombinationen) sondern auch mit Kupfer metallisiert
werden können, ist es möglich, elektromagnetische Ab innigen von Räumen gegenüber
Abhöreinrichtungen in einer Kombination von verkupferten und vernickelten Wandbespannungen
durchzuführen.
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Auch können Geräte auf einfache Weise gegen Fremdwellen und Störfrequenzen
abgeschirmt werden.
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Abschirmung vernickelter Flänchegebilde auf porösen Polyacrylnitrilfasern
(Gestrick) und Acrylnitrilfilamentgarn (Gewebe) An den beiden Stoffmustern wurde
die Magnetisierung einer Probe mit 6,3 mm Breite und 19 mm Länge bei äeßeren Magnetfeldern
von 1000 Oe bzw. 3500 Oe parallel ("#") und senkrecht ("#") zur Stoffoberfläche
gemessen. Diese Werte wurden zur Ermittlung der effektiven Schichtdicke Deff ("Abschirmwirkung")
durch die entsprechenden Werte von Ni- und MU-Metall dividiert. Die Magnetisierung
entspricht in diesem Fall einer Schichtdicke von 0,2 um Nickel.
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Tabelle 1
| Maxim. Feld α# αα Deff#(Ni) Deff#(Ni) Deff#(MU-M)
Deff#(MU-M) |
| [Oe] [Gm³] [Gm³] (#um) (#um) (#um) (#um) |
| 1000 0,145 0,126 0,20 0,17 0,16 0,14 (Gestrick) |
| 3500 0,163 0,140 0,22 0,19 0,185 0,16 |
| 1000 0,116 0,115 0,16 0,16 0,13 0,13 |
| 3500 0,126 0,126 0,18 0,18 0,14 0,14 Gewebe |
| 1000 213 - Nickel |
| 3500 218 - |
| 1000 49,7 - |
| 3500 43,9 - MU-Metall |
Der Name ist eine Verstünunelung von u-Metall", d.h. von Metall
mit hohem "/u", d.h. hoher magnetischer Permeabilität (arc4000) und damit hoher
Abschirmwirkung gegen magnetische Fehler. Die übliche Zusammensetzung solcher bekannter
Metalle ist: 76 % Ni, 17 % Fe, 2 % Cr, 5 B Cu und 0,1 % C.
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Das Metall wird nach dem Glühen bei ca. 6000C sehr schnell abgekühlt.
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d) Im Teppichsektor werden Metallfasern, Ruß enthaltende Fasern u.a.
auch in gewissen prozentualen Mengen in Kombinationen mit Polyamidspinnfasern eingesetzt,
um einen Teppichboden mit niedriger elektrostatischer Aufladung zu erhalten. Bekanntlich
erhält die auf einem nicht ausgerüsteten Teppichfußboden laufende Person eine elektrostatische
Aufladung, die beim Berühren geerdeter Gegenstände sich in Form eines unangenehm
empfundenen wsog. elektrischen Schlages" bemerkbar macht. Beimischungen solcher
metallisierter Fasern verringern die Aufladbarkeit der begehenden Personen. Solche
Teppichfußböden sind gesucht in Computerräumen, Büros und überall dort, wo eine
niedrige relative Luftfeuchtigkeit herrscht.
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e) Mikrowellen-Absorption in Transmission Metallisierte textile Flächengebilde,
wie Gestricke, Gewebe, Faservliese wurden mit ca. 0,2,um Kupfer bzw. Nickel versehen
und im Frequenzbereich von 1,7-24,5 GHz auf ihre Absorption durch Messung der Transmission
unter Verwendung linear polarisierter Mikrowellenstrahlung untersucht. Neben der
Messung bei senkrecht einfallender Strahlung (Zeile a) wurden Messungen bei 300Einfallswinkel
(Zeile b) vorgenommen.
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Tabelle 2 Absortion durch vernickelte bzw. verkupferte Textilien (Werte
in db)
| Probe 1,7-2,4 GHz 7-8 GHz 11-12 GHz 23-24,5 GHz Probenbezeichnungen |
| Einfallswinkel 0° 1 a 9,0 (14,0) 10,9 12,0 12,2 (28,5) vernickeltes
Gestrick |
| 30° b 12,3 13,5 14,1 (31,0) mit 0,2 #um Nickel |
| gespant#E-Vekt. 1 a 13,0 (17,0) 10,2 (28,5) |
| S b 11,7 (31,5) |
| gespannt#E-Vekt. 2 a 10,0 (17,0) 14,0 (31,2) |
| S' b 15,5 (34,0) |
| 2 a (22,5) (31,1) 11,8 (33,5) vernickeltes Gestrick |
| mit 0,15#um Nigkel |
| b (24,5) (33,1) 13,5 (35,0) |
| a 11,8 (34,0) |
| b 13,6 (37,5) |
| a 12,3 12,0 13,2 (32,2) Vernickelte Spinn- |
| 3 b 13,8 13,4 14,8 (34,5) fasern |
| a 10,5 (33,8) |
| S b 12,5 (37,5) |
| a 18,3 (36,8) mit einer Schicht- |
| dicke von ca. |
| S' b 19,2 (39,0) 0,1#um |
Fortsetzung
| 4 a 15,0 (20,0) 4: Verkupfertes Gestrick mit |
| ca. 0,2 µm Kupfer |
| s a 24,5 (28,0) |
| s' a 15,0 (28,0) |
| 5 a 28,0 (37,0) 5: Vernickeltes Filter- |
| vlies mit einem Ge- |
| wicht von ca. 470 g |
| m2 |
| und 0,25 µm Nickel |
1 Gestrick um ca 30 % gedehnt.
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2 Gestrick sehr wenig gedehnt.
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Werte in Klammern: E-Vektor parallel zu den Strickrippen.
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Mechanische Spannung des Gestricks in beiden Achsen (S,S') ergibt
Absorptionsunterschiede.
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Mögliche technische Anwendungen dürften als Strahlenschutzkleidung
für intensive elektromagnetische Strahlen im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich
liegen.
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Neben dem metallisierten Fasermaterial betrifft die Erfindung ein
Verfahren zu dessen Herstellung, das darin besteht, daß man bevorzugt Kern-Mbntel-S
u ktur aufweisee Fäden oder Fasern aus fadenbildenden synthetischen Polymeren mit
einer Porosität von mindestens 10 % und einem Wasserrückhaltevermögen von mindestens
10 % bei einer Faserquellung, die geringer ist als das Wasserrückhaltevermögen,
metallisiert.
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Beschreibung der allgemeinen Form der Metallisierung Die Verwendung
von kolloidaler Palladium unter Anwesenheit von Zinn-II-Ionen im sauren Medium (sog.
1-Stufensystem) als Katalysatorsystem hat sich gegenüber dem sog. 2-Stufensystem
als Vorteil beim Metallisieren von den beschriebenen Chemiefasern erwiesen.
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Unter dem 2-Stufenverfahren versteht man die Behandlung der Fasern
zuerst mit saurem Zinn-2-chlorid (sog. Sensibilisierung) und anschließender Behandlung
des Gutes in einem sauren Palladiumchloridbad (sog. Aktivierung) nach jeweiligem
Zwischenspülen.
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Die Modellvorstellung der kolloidalen Palladiumaktivierung dürfte
wie folgt sein: Das kolloidale Palladiumbad enthält neben Zinn-IV-Ionen auch Zinn-II-ionen,
die immer in einem Verhältnis zueinander stehen müssen (siehe Cohen R.L., Meek R.L.,
West K.W., Plating and Surface Finishing, May 1976, 52 - 55 und
Matijevic
E., Poskanzer A.M. £ Zuman P., Plating and Surface Finishing, October 1975, 958
- 965). Die Partikel sind im Schwebezustand um das metallische Palladium (wahrscheinlich
eine Palladium 0,86 Zinn-O,14-Legierung), das durch Reduktion von Palladiumionen
durch Zinn-II-ionen entstanden ist, und die stark salz saure Lösung schwarzbraun
färbt. Daneben bildet sich kolloidale Zinnsäure mit absorbiertem Zinn-IV-oxichlorid
und Zinn-IV-ionen. Die Zinnsäure wirkt als Schutzkolloid für das metallische kolloidale
Palladium. Das Zinn-IV-oxichlorid wirkt als Flockungsschutzmittel zur Stabilitätserhöhung
des gesamten kolloidalen Palladiumbades. Der pH-Wert soll immer mit Hilfe von sauberer
konzentrierter Salzsäureß 1 sein, ein Überschuß an Zinn-II-ionen ist aufrecht zu
halten.
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Nach der Aktivierung, d.h. maximal zweiminütiges Verweilen des Gutes
in der stark salzsauern kolloidalen Palladiumlösung bei Raumtemperatur wird in Wasser
(bei 20°C) gespült, wobei die Chlorionenkonzentration und Säure der Lösung sehr
stark vermindert wird. Dies hat zur Folge, daß Zinnhydroxid gebildet wird, das das
kolloidale metallische Palladium umhüllt.
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Nach zweimaligem Spülen in Wasser zu je 30 Sekunden (zur Entfernung
überschüssigen Aktivators) wird 2 Minuten lang in 5 O Schwefelsäure (oder auch 20
% Salzsäure oder auch 5 % Natriumlauge oder auch 10 % Sodalösung) bei ca. 200C getaucht.
Die Säure bzw. Base löst das Zinnhydroxid auf und legt die metallischen Palladiumkeime,
die sich an der Faseroberfläche oder in den Poren und Kanälen der Faser befinden,
frei. Damit wird die Oberfläche aktiviert für die nachfolgende Metallabscheidung.
Anschließendes zweimaliges Spülen in Wasser bei 200C zu je 30 Sekunden spült überschüssige
Zinnsäure weg. Dieser schnelle Gang ist notwendig,
um frisch gebildetes
Zinnhydroxid beschleunigt auflösen und entfernen zu können. Zu altes Zinnhydroxid
geht irreversibel in Zinn-IV-oxid über unter Dehydratisierung und kann nur schwer
mit Säuren oder Alkali von der Faseroberfläche entfernt werden.
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Nach diesem Spülen gibt man die Proben bei 18-30°C in ein alkalisches
Metallisierungsbad, um wahlweise Nickel, Kupfer usw. niederzuschlagen.
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Ein Beispiel eines alkalischen Nickelbades ist wie folgt zusammengesetzt:
1) 3,2 kg NiSO2.7H20 3,4 kg NaH2P02.H20 10 1 CH3COOH 25 1 NH3 Man arbeitet bei 20
- 30°C, anfänglich mit ruhendem Gut; nach ca. 30 Sekunden, wenn die Reaktion unter
Gasentwicklung angesprungen ist, unter leichter Warenbewegung.
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Der pH soll im Bereich 8,5-10, vorzugsweise zwischen 8,8 und 9,8 liegen.
Mit Zugabe von Ammoniak konz. kann der pH-Wert beim Unterschreiten von 8,7 wieder
eingestellt werden, um das Nickelbad stabil zu halten.
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Ein Beispiel eines ionogenen sauren Nickelbades hat die folgende Zusammensetzung
2) NiC12.6H20 113,4 g NaH2P02 .H20 36,9 g
Natriumzitrat 36,9g deionisiertes
Wasser bis auf 3,9 1 Man arbeitet bei 75 - 900C und pH 5 unter leichter Warenbewegung.
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Ein Beispiel für die chemische Verkupferung: Bekannte Lösungen, aus
denen Kupfer abgeschieden werden soll, können wie folgt zusammengesetzt sein: 1)
Rochellesalz (KNa-tartrat KNaC4H406.4H20) 170 g NaOH 50 g Kupfersulfat CuSO4. 5H20
35 g deionisiertes Wasser bis auf 1 Liter mischt man mit 37 Gewichtsprozent Formaldehyd.
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Für Fasermaterial auf Polyacrylnitrilbasis gilt z.B. das folgende
Behandlungsschema: Arbeitsgang Temperatur Behandlungszeit Aktivieren 220C 30" bis
2' Spülen 2 x bei 220C jeweils 15" bis 30" Ansäuren mit 5 S bei Schwefelsäure oder
Be- e handeln in 5 S Natronlauge Spülen 2 x 220C jeweils 15 bis 30" Abscheiden von
Nickel bzw. Kupfer im alka- 0 lischen Bade bei 22º 30" bis 7' und mehr je nach gewünschter
Schichtdicke
Nach etwa 5' Behandlung befindet sich eine Nickelschicht
von 0,2/um auf der Faseroberfläche.
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Zur Prüfung der metallisierten Fäden oder Fasern werden folgende Methoden
verwendet: Blindfärbung: Man gibt die metallisierte Probe in ein Gefäß mit Essigsäure,
die einen pH von 4,8 besitzt. Anschließend erhitzt man die Essigsäure mit der Probe
bis zum Sieden. Vom Beginn des Siedens an kocht man 1 Stunde. Dann läßt man abkühlen,
entnimmt die Probe, wäscht einmal die Probe, trocknet und mißt nach dem Trocknen
und Klimatisierung bei 230C und 50 % r.F. die Veränderung des Oberflächenwiderstandes.
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Wäschen: Man gibt die metallisierte Probe in ein Gefäß, daß 5 g/l
Emulgator im Wasser enthält und wäscht bei 300C 30 Minuten lang in einer Waschmaschine.
Nach jeder Wäsche, Trocknung und Klimatisierung bei 230C und 50 % r.F. wird die
Probe gemessen.Nach der 10. Wäsche wird die letzte Messung des Oberflächenwiderstands
vorgenommen.
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Beispiel 1: 19.9 kg DMF wurden mit 4,8 kg Glyzerin in einem Kessel
unter Rühren vermischt. Anschließend wurden 5,1 kg eines Acrylnitrileopolymerisates
aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7 P Acrylsäuremethylester und o, 7 % Natriummethallylsulfonat
unter Rühren zudosiert1 1 Stunde lang bei 800 C gerührt, filtariert und die fertige
Spinnlösung in einem Spinnschacht in an sich bekannter Weise aus einer 180-Loch-Düse
trockenversponnen.
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Die Schachttemperatur betrug 1600 C. Die Viskosität der Spinnlösung,
welche eine Feststoffkonzentration von 17 % aufwies und die einen Glyzeringehalt
von 15,7 Gew.%, bezogen auf DMF + Polyacrylnitrilpulver, besaß, betrug 85 Kugelfall
sekunden. Zur Viskositätsbestimmung mit der Kugelfallmethode vergleiche: K. Jost
Rheologica Acta Band 1, Nr.2-3 (1958), Seite 303. Das Spinngut vom Titer 1700 dtex
wurde auf Spulen gesammelt und zu einem Band vom Gesamttiter 102'000 dtex gefacht.
Nach Verlassen des Spinnschachtes waren noch 14,1 Gew.% Glyzerin im Spinnband.
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Der Glyzeringehalt im Spinnband wurde durch gaschromatographische
Analyse bestimmt. Das Faserkabel wurde anschliessend in kochendem Wasser 1 : 3,6-fach
verstreckt, in siedendem Wasser unter geringer Spannung 3 Minuten lang gewaschen
und mit antistatischer Präparation versehen. Dann wurde in einem Siebtrc-neltrockner
unter Zulassung von 20 % Schruipf bei maximal 1300 C getrocknet und zu Fasern von
60 mm Stapellänge eingeschnitten.
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Die Fasern besaßen nach Verlassen des Spinnschachtes, wie
rasterelektronennikroskopische
Aufnahmen bei 780-3800-facher Vergröaerung zeigen, eine ausgesprochene Kern-Mantel-Struktur
bei unregelmäßiger, meist trilobaler Querschnittsform.
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Die Einzelfasern vom Endtiter 3,3 dtex hatten eine Heliumdichte von
1,17 g/cm3 und eine Quecksilberdichte von o,862 zum bei einem Wasserrückhaltevermögen
von 32,8 % und eine Porosität von 26,4 %, die innere Oberfläche betrug 9,7 m2/g
und der mittlere Porendurchmesser 106 sm.
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Die Saumbreite der Mantelflächte betrug ca. 4 /um. Durch quantitative
Analyse mit dem Bildanalysengerät Classimat" der Firma Leitz wurden über loo Faserquerschnitte
zur Bestimrung der Kern- bzw. Mantelfläche der Fasern ausgewertet. Danach entfallen
im Durchschnitt 32 % der Querschnittsfläche auf die Saumbreite des Mantels.
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Die Porenfüllung nach 5 Minuten in Wasser betrug 71 % (Maximalfüllgrad),
jedoch nach 10 Sekunden sind bereits 80-90 z dieses Maximalfüllgrades erreicht.
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Die so hergestellte, porenhaltige Acrylnitrilfaser wird anschließend
wie folgt metallisiert.
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Die Faser, das Filament bzw. das textile Flächengebilde (Gewirke,
Gestrick, Gewebe usw.) werden ohne irgendwelche Vorbehandlung direkt in ein kolloidales
Palladiumbad bei 18 - 320C mit pH 61 gegeben. Bereits nach ca. 5 Sekunden ist die
Oberfläche gleichmäßig benetzt.
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Nach # #30 Sekunden ( bis 2 Minuten) entfernt man die Probe,
spült
gründlich in reinem Wasser bei Raumtemperatur ca.
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1 Minute und trägt dann das Material in eine 5 %ige wäßrige Schwefelsäure
bei Raumtemperatur zur Entfernung der Zinn-II- und Zinn-IV-oxidhydrate ein. Nach
2 Minuten Behandlung unter leichter Warenbewegung spült man wiederum 1 Minute gründlich
mit reinem Wasser und gibt dann die Ware in eine stabilisierte alkalische Nickelchloridlösung
bei Raumtemperatur zur Abscheidung des Nickelmetalls auf die mit Palladium aktivierte
Faser- oder Gewebeoberfläche. Bereits nach 20 Sekunden beginnt die Metallabscheidung
unter Gasentwicklung und Verfärbung der Faseroberfläche. Nach 5 Minuten sind ca.
0,2/um Nickel auf der Faseroberfläche fest haftend abgeschieden.
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Zur Uberprüfung der Haftfestigkeit der Nickel-Metallschicht auf der
Faseroberfläche unterzieht man die metallisierten Fasern bzw. Flächengebilde einer
mehrfachen Wäsche oder einer sog. Blindfärbung (Kochen 1 Stunde lang in Essigsäure
bei pH 4,8>.
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Blindfärbung: Man gibt die metallisierte Probe in ein Gefäß mit Essigsäure,
die einen pH von 4,8 besitzt. Anschließend erhitzt man die Essigsäure mit der Probe
bis zum Sieden. Vom Beginn des Siedens an kocht man 1 Stunde. Dann läßt man abkühlen,
entnimmt die Probe, spült, trocknet und mißt die Veränderung des Oberflächenwiderstand
Jtnach DIN 54 345.
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Oberflächenwiderstand in A nach DIN 54 345 1) Vor der Blindfärbung
bzw. Wäsche: 2.101 2) Nach der Blindfärbung: 2.102 3) Nach der Blindfärbung und
einer Wäsche wie bei 2: 1.103 Wäschen: Man gibt die metallisierte Probe in ein Gefäß,
das 5 g/l Emulgator (Prodixan #) im Wasser enthält und wäscht bei 30°C 30 Minuten
lang in einer Waschmaschine. Nach jeder Wäsche wird die Probe gemessen. Nach der
10. Wäsche wird die letzte Messung des Oberflächenwiderstands vorgenommen.
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Der Oberflächenwiderstand in # nach DIN 54 345 steigt kaum nennenswert
vom Ausgangswert zu dem nach der 10.
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Wäsche an:
| Oberflächen- |
| Widerstand nach der nach der nach der nach der |
| #vor der Wäsche 1. Wäsche 3. Wäsche 5. Wäsche 10. Wäsche |
| 2.101 2.101 4.101 8.101 2.102 |
Bei Verwendung eines alkalischen Kupferbades in Anlehnung an das Verfahren des Beispiels
1 anstelle eines alkalischein Nickelbades werden Oberflächenwiederstände von 0,4.101
bis 2.101 t gemessen und ein Durchgangswiderstand in #. cm2 von 6.101.
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Beispiel 2 Sin Acrylnitrilcopolymerisat aus 93,6 % Acrylnitril, 5,7
% Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat mit K-Wert 81 wurde in
Dimethylformamid bei 80°C gelöst. Die filtrierte Spinnlösung, die eine Endkonzentration
von ca. 30 Gew.% aufwies, wurde aus einer 180-Loch-Düse trockenversponnen. In den
Spinnchacht (Lünge 600 cm, Q 30 cm) wurden oberhalb der DUse 25 kg Sattdampf pro
Stunde sowie 10 cbm Luft von 150°C pro Stunde eingeblazen. Die Schachttemperatur
betrug 140°C. Pro kg erstelltes Spinngut wurden ca. 5,8 kg Dampf verbraucht. Der
DMF-Gehalt der Fäden lag bei 59 «, bezogen auf Polymerfeststoff, Die Fäden vom Gesamttiter
2400 dtex wurden auf Spulen gesammelt und zu einem Kabel von 684.00 dtex zusammengeführt.
Anschließend wurde das Faserkabel 1 : 4,o-tach in kochendem Wasser verstreckt, gewaschen,
mit antistatisticher Präparation verseneh, bei 120°C unter Zulassung von 20% Schrumpf
getrocknet, gekräuselt und zu Stapelfasern von 60 mm Lunge eingeschnitten.
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An den Einzelfasern vom Endtiter 3,3 dtex wurden diefolgenden Heßgrößen
Bestimmt: Helium-Dichte 1,19 g/cm³ Quecksilber-Dichte 0,615 g/cm³ Porosität 48,3%
Wasserrückhaltevermögen 63% Innere Oberfläche 19,2 m2/8 Mittlerer Forendurchmesser
46nm Mantelflächenanteil 45% Forenfüllung (nach 3 Minuten) 33% (nach 5 Sekunden
bereits 33% der Gesamtfüllung)
Die Faser, Filament bzw. das textile
Flächengebilde werden ohne irgendwelche Vorbehandlung direkt in ein kolloidales
Palladiumbad bei 18 - 30°C mit pH 1 gegeben. Bereits nach ca. 5 Sekunden ist die
Oberfläche gleichmäßig benetzt.
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Nach zu Zog Sekunden (bis 2') entfernt man die Probe, spült gründlich
in reinem Wasser bei Raumtemperatur ca. 1 Minute und trägt dann das Material in
eine 5 %ige wäßrige Natronlauge bei pH 13,0 zur Entfernung des Zinn-2- und Zinn-4-oxidhydrats.
Nach 45 Sekunden (bis 2 Minuten) Behandlung unter leichter Warenbewegung spült man
wiederum 1 Minute gründlich mit reinem Wasser und gibt dann die Ware in eine stabilisierte
alkalische Nickelchloridlösung bei Raumtemperatur zur Abscheidung des Nickelmetalls
auf die mit metallischem Palladium aktivierte Faseroberfläche (bzw. des textile
len Flächengebildes aus Faser- oder Filamentgarn). Nach ca.
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20 Sekunden beginnt die Nickelabscheidung unter Wasserstoffgasentwicklung.
0,2 µm Nickel sind nach ca. 5' abgeschieden.
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Zur Uberprüfung der Haftfestigkeit der Nickelmetallschicht auf der
Faser bzw. Filamentoberfläche wäscht man oder unterzieht einer Blindfärbung nach
Beispiel 1.
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Blindfärbung Oberflächenwiederstand in Q nach DIN 54 345 1) vor der
Blindfärbung bzw. Wäsche 2.101 2) nach der Blindfärbung 7.101 3) nach der Blindfärbung
und einer Wäsche 4.103
Wäsche 1) Oberflächenwiderstand vor der
Wäsche 1.101 2) nach der 1. Wäsche 2.101 3) nach der 10. Wäsche 3.102
Leersejte