DE2752540C2 - Druckempfindliches elektrisches Widerstandselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Druckempfindliches elektrisches Widerstandselement und Verfahren zu dessen Herstellung

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DE2752540C2 DE2752540A DE2752540A DE2752540C2 DE 2752540 C2 DE2752540 C2 DE 2752540C2 DE 2752540 A DE2752540 A DE 2752540A DE 2752540 A DE2752540 A DE 2752540A DE 2752540 C2 DE2752540 C2 DE 2752540C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein druckempfindliches elektrisches Widerstandselement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein druckempfindliches elektrisches Widerstandselement mit verlängerter Standzeit im Dauerbetrieb und mit verbesserter Empfindlichkeit, das heißt mit größeren Änderungen des spezifischen elektrischen Widerstandes bei relativ geringen Differenzen der einzuwirkenden Drücke.
Die nicht vorveröffentlichte ältere deutsche Patentanmeldung DE-OS 27 29 959 offenbart einen druckempfindlichen elektrischen Leiter, der aus einer Matrix aus einem elektrisch nicht leitenden Elastomer und in dieser Matrix dispergierten elektrisch leitfähigen Teilchen besteht. Die elektrisch leitfähigen Teilchen liegen in der Matrix, bezogen auf das Gesamtvolumen von Elastomer und Teilchen, in einem Anteil von 5 bis 40 Vol.-% vor und sind in der Matrix gezielt ungleichförmig verteilt. Die Verteilung erfolgt unter der Einwirkung eines Magnetfeldes während des Vernetzens des Elastomers. Die Teilchen müssen also magnetisch sein. Die Verteilung der elektrisch leitfähigen Teilchen in der Matrix weist in der als Richtung der Druckeinwirkung vorgesehenen Richtung einen von Null verschiedenen ·; Gradienten auf. Die elektrisch leitenden Teilchen sind so im Elastomer verteilt, daß hoch druckempfindliche Leiterbereiche und Isolatorbereiche klar getrennt voneinander ausgebildet sind. Gegenüber zum Stand der Technik gehörenden druckempfindlichen Wider-
H) Standselementen mit homogener Teilchen verteilung in der Matrix weist der vorstehend beschriebene druckempfindliche Leiter zwar eine verbesserte mechanische Festigkeit auf, und zwar auch bei zyklischer Dauerbelastung, weist aber trotzdem unverändert die mangelnde
ii Konstanz der elektrischen Daten auf, die auch die bekannten Widerstandselemente mit durchgehend homogener Teilchenverteilung aufweisen.
Aus der US-PS 36 48 002 ist ein druckempfindliches elektrisches W'tderstandselement bekannt, das aus einer gummielastischen Matrix und in dieser homogen dispergierten elektrisch leitenden Teilchen besteht. Ein diesem Widerstandselement ähnliches Widerstandselement mit verbesserten Kenndaten ist aus der JP-OS 49-1 14 798 bekannt. Dieses Widerstandselement besteht aus einem gummielastischen Elastomer als Matrix und in dieser diskret verteilten leitfähigen Teilchen mit einer mittleren Korngröße zwischen 0,1 und 44 μιη. Das Elastomer der Matrix und die elektrisch leitfähigen Teilchen sind dabei durch eine Grenzschicht voneinan-
jü der getrennt, die aus unvollständig vernetztem Matrixelastomer oder einer halbleitenden Schicht aus Metallseifen besteht.
Nachteilig an diesen bekannten druckempfindlichen elektrischen Widerstandselementen ist ihre geringe Standzeit. Bei wiederholten Belastungs-Entlastungs-Zyklen nimmt der spezifische elektrische Widerstand im Ruhezustand (entlastet oder unter vorgegebener Vorspannung) ab und ändert sich die Druck-Widerstands-Kennlinie so, daß das bekannte Widerstandselement unbrauchbar wird.
Ein weiteres druckempfindliches Widerstandselement ist aus »NIKKEI Electronics« (1965) bekannt. Bei diesem Widerstandselement ist eine genau vorgegebene Anzahl im wesentlichen kugelförmiger Nickelteilchen mit genau vorgegebener Teilchengrößenverteilung in einem Gummielastomer als Matrix verteilt.
Diese Widerstandselemente weisen zwar eine verbesserte Standzeit und Zyklusbelastbarkeit auf. jedoch sind sie technisch außerordentlich schwierig herzustellen.
Vor allem ist es nur unter großen Schwierigkeiten möglich, bei einer angestrebten Serienproduktion dieser Widerstandselemente in reproduzierbarer Weise gleiche Druck-Widerstands-Kennlinien einzuhalten. Insbesondere stellt die einwandfreie Druckeichung und Druckjustierung ein erhebliches Problem dar.
Die Druckempfindlichkeit der bekannten Widerstandselemente reicht aus, wenn diese Widerstandselemente als Ein/Aus-Schalter eingesetzt werden. Sie sind jedoch zu unempfindlich, um als druckabhängig variabler Widerstand mit stabiler und reproduzierbarer Kennlinie für Zwischenwerte des Widerstandes eingesetzt zu werden.
Angewichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein druckempfindliches elektrisches Widerstandselement der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine verbesserte Druckempfindlichkeit aufweist, auch unter Zyklusbelastung eine lange Standzeit aufweist und während dieser
Standzeit auch Zwischenwerte des Widerstandes als Funktion der Druckbelastung verläßlich reproduziert
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein druckempfindliches elektrisches Widerstandselement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß die im kennzeichenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist
Solche elektrischen Widerstandselemente werden vorzugsweise so hergestellt, daß zunächst die elektrisch leitfähigen Teilchen homogen und gleichförmig in einer κι flüssigen, noch nicht vernetzten Silicongummimischung dispergiert werden. Dies Gemisch wird anschließend unter Bildung des gummiartigen Elastomers vernetzt oder vulkanisiert. Gleichzeitig während dieses Vernetzungsvorganges wird dabei dafür gesorgt, daß sich die ι zunächst homogen in der Matrix dispergierten Teilchen entweder aufgrund ihrer natürlichen Schwerkraft oder unter der Einwirkung von außen zusätzlich aufgebrachter Kräfte unter Bildung des angestrebten Verteilungsgradienten in der Matrix verteilen können. Die Vernetzung des Elastomers wird dabei so geführt, daß ausreichend Zeit zum Sedimentieren der Teilchen und zur Ausbildung des erwünschten Verteilungsgradienten vor der endgültigen Verfestigung des Elastomers zur Verfügung steht. 2>
Durch Einstellung bzw. durch Justieren des auf das elektrische Widerstandselement einwirkenden Druckes kann jeder vorgegebene Widerstandswert innerhalb eines weiten Bereiches eingestellt und beibehalten werden. Auch bei zyklischer Belastung sind diese Werte jo innerhalb weiter Grenzen reproduzierbar.
Unter allen Betriebsmoden zeichnet sich das elektrische Widerstandselement vor allem durch seine lange Standzeit aus.
Daß die Verteilung der elektrisch leitenden Teilchen in der Matrix einen Verteilungsgradienten von einer Seite der Matrix zur anderen aufweist, besagt, daß die Konzentration der elektrisch leitenden Teilchen in der Matrix auf einer Seite der Matrix relativ hoch ist, auf der gegenüberliegenden Seite relativ niedrig ist und Zwischenwerte im Bereich zwischen diesen zwei Seiten der Matrix annimmt.
Das elektrische Widerstandselement zeichnet sich weiterhin durch seine hohe Betriebszuverlässigkeit und Betriebsstabilität sowie durch die Stabilität seiner Kenndaten, insbesondere seines spezifischen elektrischen Widerstandes und seines Gesamtwiderstandes aus. Der Widerstandswert des Widerstandselementes kann durch Vorgabe eines bestimmten Druckes auf einen beliebigen Wert innerhalb eines breiten Wider-Standsbereiches eingestellt werden. Solange der eingestellte Druck konstant bleibt, bleibt dieser eingestellte Widerstandswert auch unter zyklischem elektrischem Betrieb über sehr lange Betriebszeiten konstant. Neben dieser langen Standzeit unter statischen Betriebsbedingungen zeichnet sich das Widerstandselement auch durch eine vergleichbar lange Standzeit unter dynamischen Betriebsbedingungen aus, also unter Betriebsbedingungen, in denen es zyklisch wiederholt mechanischen Belastungen und Entlastungen ausgesetzt ist. Durch solche zyklische Beanspruchung des Widerstandselementes werden weder die Güte der elektrischen Isolation des Elementes im entspannten Zustand, noch die Stabilität und Konstanz der Druck-Widerstands-Kennlinie verändert oder ungünstig beeinflußt. Die Widerstandselemente können dabei so gefertigt werden, daß sie im entspannten Zustand hochohmige Isolatoren sind, während sie unter mechanischer Belastung reine metallische Leitfähigkeit zeigen. Ein weiterer Vorteil der Widerstandselemente gemäß der Erfindung sind ihre geringen Herstellungskosten.
Die Matrix des druckempfindlichen oder druckabhängigen elektrischen Widerstandselementes besteht aus einem elektrisch nichtleitenden gummiartigen Elastomer. Prinzipiell ist die Auswahl des Matrixwerkstoffes nicht kritisch. Im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften der Matrix, mechanische Stabilität, Wärmebeständigkeit und Alterungsbeständigkeit werden als Werkstoff für die Matrix Naturkautschuk, synthetische Kautschuke und Siliconkautschuktypen vorgezogen. Diese Werkstoffe lassen sich auch besonders einfach als Formkörper mit vorgegebener Konfiguration herstellen.
Durch die Einarbeitung verstärkender Füllstoffe kann außerdem die mechanische Widerstandsfähigkeit der druckempfindlichen elektrischen Widerstandselemente verbessert werden.
Als solnhe verstärkenden Füllstoffe werden vorzugsweise QuarzDulver, feinzerteilte Siliciumdioxidfüüstoffe, beispielsweise gefälltes oder durch Abrauchen hergestelltes S1O2. Caiciumcarbonat, Ton, Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid verwendet. Die Elastomermischungen können als Zusätze weiterhin farbgebende Mittel wie beispielsweise Pigmente, Rostschutzmittel, Wärmestabilisatoren, Antistatika, Alterungsschutzmittel und andere an sich gebräuchliche Hilfsstoffe und Zuschlagstoffe enthalten.
Die in der Matrix dispergierten elektrisch leitenden Teilchen können prinzipiell ebenfalls aus den verschiedensten Werkstoffen bestehen, insbesondere aus Metallen und Legierungen wie beispielsweise Gold, Silber, Platin, Eisen, rostfreiem Stahl, Kupfer, Chrom, Titan, Wolfram, Nickel, Kobalt, Aluminium, Zink oder Nickel-Chrom-Legierungen. Auch können diese elektrisch leitenden Teilchen aus Elementen mit metallähnlichen Eigenschaften oder Halbleitern bestehen, beispielsweise aus Silicium oder Bor. Die elektrisch leitenden Teilchen können weiterhin Pulver aus Zinn(IV)-oxid, Silberoxid, Metallcarbonylen wie beispielsweise Nickelcarbonyl, können Ruß, Metallcarbide wie beispielsweise Wolframcarbid, sein. Auch können sie Metallwhisker (feine Nadelkristalle), kurzgeschnittene Kohlenstoffasern oder auch an ihrer Oberfläche mit einem Metallüberzug versehene an sich nichtleitende Teilchen sein.
Wenn das druckempfindliche Widerstandselement im Bereich sehr geringer spezifischer elektrischer Widerstände, also im Bereich hoher spezifischer Leitfähigkeit arbeiten soll, werden als elektrisch leitfähige Teilchen, die in der Matrix dispergiert sind, Gold, Silber, Platin und Kupfer als Werkstoffe bevorzugt. Liegt die vom Widerstandselement erwartete maximale Leitfähigkeit bei relativ großen Werten des spezifischen elektrischen Widerstandes, so werden als leitfähige Teilchen vorzugsweise Silicium, Bor oder Ruß in der Matrix dispergiert. Für Widerstände bzw. Leitfähigkeiten im mittleren Bereich werden vorzugsweise die Metallcarbonyle und Metallcarbide eingesetzt.
Der Durchmesser der elektrisch leitenden Teilchen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen ca. 0,1 und 200 μΐη. Solange der mittlere Durchmesser der Teilchen in diesem Bereich bleibt, ist die geometrische Form der einzelnen Teilchen nicht besonders kritisch. So können die Teilchen Kugeln, Kuben, Säulen, Plättchen, Körnchen, Stäbchen, Nadeln, Dendrite, Schwämme oder winkelige oder irreguläre Plättchen sein wie sie beim
Eingießen und Zerteilen von geschmolzenem Metall in Wasser erhalten werden. Dabei werden vorzugsweise kugelförmige Teilchen eingesetzt, wenn die Kautschukmatrix vor der Vernetzung eine relativ hohe Viskosität aufweist, beispielsweise eine Viskosität im Bereich von ca. 1000 mPa · s. Irregulär ausgebildete Teilchen werden dagegen vorzugsweise eingesetzt wenn die Viskosität der unvernetzten Matrix relativ gering is1 beispielsweise im Bereich von ca. lOOmPa-s oder darunter liegt. Prinzipiell ist jedoch die Teilchenform nicht spezifisch kritisch, da die Viskosität der noch unvernetzten flüssigen Matrix jederzeit durch ein Lösungsmittel auf die benötigten Bereiche eingestellt werden kann.
Das Mischungsverhältnis zwischen der elektrisch nichtleitenden Elastomermatrix und den elektrisch leitfähigen Teilchen hängt von verschiedenen Bestimmungsfaktoren ab. Als gebräuchlicher Richtwert kann jedoch davon ausgegangen werden, daß die elektrisch leitfähigen Teilchen in einem Anteil ve η 5 bis 40 Vol.-%, vorzugsweise 10 bis 35 Vol.-%, bezogen auf das gesamte Volumen des Matrixmaterials und der leitfähigen Teilchen, vorliegen.
Eine wesentliche Voraussetzung beim Widerstandselement der Erfindung ist, daß die Verteilung der elektrisch leitfähigen Teilchen in der elektrisch nichtleitenden Gummimatrix einen Gradienten in der Richtung der einwirkenden Kompressionskräfte aufweist. Die Einstellung bzw. Erzeugung dieses Verteilungsgradienten der leitenden Teilchen erfolgt wie folgt: Eine unvernetzte flüssige Kautschukmischung wird mit einer vorgegebenen Menge der elektrisch leitfähigen Teilchen versetzt, wobei die Teilchen eine Korngrößenverteilung aufweisen, die die Herstellung einer homogenen Dispersion der Teilchen in der Matrix ermöglichen. Die erhaltene Dispersion wird anschließend ausgeformt, beispielsweise durch Formgießen, Übergießen oder Aufgießen auf Unterlagen oder in anderer Weise.
Zur Erzeugung und Einstellung eines vorgegebenen Verteilungsgradienten für die elektrisch leitenden Teilchen und für die vorgegebene Druck-Widerstands-Kennlinie des druckabhängigen Widerstandselementes ist eine sorgfältige gegenseitige Abstimmung der Sedimentationsgeschwindigkeit und der Vernetzungsgeschwindigkeit wichtig. Dieses Erfordernis kann in einfacher Weise durch Einstellen einer geeigneten Vernetzungstemperatur erfolgen, die nicht notwendigerweise eine erhöhte Temperatur zu sein braucht.
Der optimale Gradient der Teilchenverteilung in der Matrix wird wie folgt bestimmt: Der vernetzte Formkörper, der die leitfähigen Teilchen mit einem Verteilungsgradienten der Konzentration dispergiert enthält, wird in drei Schichten zerlegt, eine obere, eine mittlere und eine untere Schicht. Jede dieser drei Schichten ist gleich dick in Richtung der Sedimentation der Teilchen. Anschließend wird die mittlere Konzentration der leitfähigen Teilchen sowohl in der oberen als auch in der unteren Schicht bestimmt. Die Differenz zwischen beiden Konzentrationen oder Teilchenmengen, angegeben in VoL-%, wird als Maß für den Gradienten gewählt. Bei dieser Angabe des Verteilungsgradienten in Vol.-% liegt das Optimum im Bereich zwischen 1 bis 30 Vol.-°/o. Dabei ist der Gehalt oder die Konzentration der leitfähigen Teilchen in der oberen der drei Schichten nicht kleiner als 0,02 VoI.-%, vorzugsweise nicht kleiner als 0,05 Vol.-°/o, um diese Schicht nicht von vornherein vollständig elektrisch isolierend auszubilden.
Zur Steuerung der Einstellung des Verteilungsgradienten der Teilchen in der Gummimatrix ist die Teilchengrößenverteilung der elektrisch leitfähigen Teilchen ein wichtiger Faktor. Wie bereits dargelegt, muß die Gummimatrix bildende Gummimischung zunächst flüssig genug sein, um eine Sedimentatior, der leitfähigen Teilchen zu ermöglichen. In dieser Hinsicht sind Organopolysiloxane als Grundkomponente der Matrix besonders geeignet Vorzugsweise werden
in Organopolysiloxane verwendet deren Viskosität bei 25° C bei ca. 100 mPa ■ s oder darunter liegt
Die druckempfindlichen Widerstandselemente der Erfindung sind vielfältig einsetzbar, beispielsweise als variabler Widerstand oder als Anpaßwiderstand oder
ι ί Trimmwiderstand in Radiogeräten und Fernsehgeräten und in der Audiotechnik, wobei das druckempfindliche elektrische Widerstandselement sandwichartig zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Das Widerstandselement der Erfindung kann weiterhin in Tastaturgerä-
2(i ten, speziell Datenendgeräten, und elektrischen Schaltkreissteuerwerken in Lehrgeräten, Telephonen, Rechnern, Mikrorechnern, als Drucktastenkomponente in Taschenrechnern, Registriergeräten, Telephonen, Rechnern und ähnlichen Geräten eingesetzt werden. In den zuletzt genannten Anwendungsfällen werden die druckempfindlichen Widerstandselemente zwischen zwei zueinander parallelen Elektroden auf zwei gedruckten Schaltkreiskarten angeordnet. Aufgrund der einfachen und preiswerten Herstellbarkeit kann das Widerstandselement der Erfindung auf zahlreichen Gebieten mit überraschenden Ergebnissen eingesetzt werden.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1
100 Gew.-Teile einer bei relativ mäßig erhöhter Temperatur vernetzbaren Siliconkautschukmischung, die bereits mit einem Vernetzungshilfsmittel vermischt ist und bei 25°C eine Viskosität von ca. 100 mPa ■ s aufweist, wird mit 325 Gew.-Teilen unregelmäßig geformten Teilchen aus rostfreiem Stahl versetzt. Diese Edelstahlteilchen weisen die folgende Korngrößenverteilung auf:
Das erhaltene Gemisch wird zu einer homogenen Aufschlämmung verrührt. Diese Aufschlämmung wird dann auf die aufgerauhte Oberfläche einer PTFE-Bahn in einer Dicke von 0,5 mm aufgebracht. Die aufgebrachte Schicht bleibt 30 min bei Raumtemperatur horizontal stehen. Anschließend wird 30 min im Ofen auf 150°C erwärmt, um die Vernetzung der Siliconkautschukmischung zu beschleunigen.
Die schließlich erhaltene vernetzte Siliconkautschukfolie, in der die Edelstahlteilchen mit einem Verteilungsgradienten vorlagen, wird dann vom PTFE-Substrat abgezogen.
Die erhaltene Folie wird mit Hilfe eines Mikrotoms in ihrer Hauptebene' in drei gleich starke Schichten aufgeschnitten. Die mittlere Konzentration der pulvrigen Edelstahlteilchen in jeder der Schichten wird bestimmt. Sie beträgt in der obersten Schicht 27,5
größer als 125 μιτι 0,7%
125 μιτι bis 104μπι 1,1%
104 μΐη bis 74 μιτι 21,4%
74 μιτι bis 44 μΐη 29,3%
kleiner als 44 μΐη 47,5%
Vol.-%, in der untersten Schicht 30,2 VoL-%.
Daneben wird aus derselben Folie ein 8 mm χ 8 mm großer Prüfling geschnitten. Dieser Prüfling wird zwischen zwei Elektroden aus rostfreiem Stahl gelegt, von denen jede ebenfalls eine Oberfläche von 8 mm χ 8 mm und eine Dicke von ca. 0,5 mm aufweist. Zwischen beiden Elektroden wird der elektriche Widerstand bei verschiedenen aufgelegten Gewichten, die eine unterschiedliche Kompressionskraft auf den Prüfling ausüben, gemessen. Dabei wird folgende Abhängigkeit erhalten:
Gewicht
Elektrischer Widerstand
ca. 2 ti
ca. 512
ca. 200 U
ca. 3 12
Ein weiterer ähnlicher Prüfling wird auf ein Elektrodenpaar gelegt, das in einer Ebene miteinander verzahnt ist. Dabei steht jeweils einer der Zähne einer Elektrode im Zwischenraum zwischen zwei Zähnen der Gegenelektrode. Der Prüfling wird mit seiner elektrisch besser leitenden Seite auf das Elektrodenpaar gelegt. Jeder der Zähne der Elektroden besteht aus einem goldplattierten Kupferblech, das 0,05 mm dick ist. Der Spalt zwischen zwei sich einander gegenüberliegenden Elektrodenzähnen ist 0,3 mm breit und 5 mm lang. Die die höhere Konzentration an Edelstahlteilchen aufweisende Seite des Prüflings steht im direkten Kontakt mit jeder der Elektroden.
Der Prüfling wird dann von der Oberseite her mit seinem Stab druckbeaufschlagt, der einen Durchmesser von 5 mm und eine abgerundete Druckspitze aufweist. Der Stab wird mit einem Druckzyklus zwischen 100 g und 1 kg aufgepreßt. Nach ungefähr 50 000 ununterbrochen aufgeprägten Zyklen bricht die ursprüngliche Druck-Widerstands-Kennlinie zusammen. Wenn beispielsweise bei einer Last von 100 g der anfängliche Widerstandswert ca. 1 ΜΩ betrug, beträgt er nach 50 000 Druckzyklen mit relativ raschem Verfall nur noch 500 Ω.
Zum Vergleich wird ein im Handel erhältliches druckempfindliches elektrisches Widerstandselement ir. Form einer 0,5 mm dicken Folie geprüft In dieser Folie beträgt die Differenz zwischen der Konzentration der elektrisch leitfähigen dispergierten Metallteilchen in den beiden äußeren von drei gleichmäßig dicken Schichten der Folie weniger als 0,2 VoL-%. Die Prüfung wird in der vorstehend beschriebenen Weise mit derselben Apparatur durchgeführt Die anfänglich erhaltene Kennlinie bricht nach ca. 10 000 Druckzyklen zusammen. Bei einer Belastung von 100 g weist auch der Vergleiciisprüfling zunächst einen Widerstand von ca. 1 ΜΩ auf. Dieser Wert sinkt nach 10 000 Druckzyklen auf einen Wert von ca. 500 Ω bei einer Belastung von 100 gab.
Beispiel 2
100 Gew.-Teile des auch im Beispiel 1 verwendeten bei mäßig erhöhten Temperaturen vernetzbaren und mit dem Vernetzungshilfsmittel vermischten Siliconkautschuks werden mit 280 Gew.-Teilen Edelstahldendriten versetzt, deren Korngröße kleiner als 147 μηι ist.
ίο Das Gemisch wird zu einer Aufschlämmung verrührt. In der auch im Beispiel 1 beschriebenen Weise wird die erhaltene Aufschlämmung oder Dispersion auf eine 1,0 mm dicke PTFE-Folie gegossen. Nach dem Vernetzen wird ein Siliconkautschuk erhalten, in dem die anschließend auf ihre Konzentration bzw. ihren Konzentrationsgradienten untersuchten Edelstahlteilchen dispergiert sind. Die Bestimmungen werden in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise durchgeführt. Dabei werden 23,0 Vol.-% für die obere Schicht und 27,9 Vol.-% für die untere Schicht bestimmt.
In der ebenfalls in Beispiel 1 beschriebenen Weise werden aus der erhaltenen Folie Prüflinge geschnitten. Sie werden auf Kammerelektroden mit einem 5 mm starken Druckstab in der beschriebenen Weise geprüft Bei einer Last von 100 g wird ein elektrischer Widerstand von 100 k£2 gemessen, während bei einer Last von 2 kg ein elektrischer Widerstand von 60 Ω erhalten wird.
Beispiel 3
120 Gew.-Teile Polyurethan, das gebräuchlicherweise als Dichtungsmaterial verwendet wird und unter Verwendung von 40 Gew.-Teilen Polyethylenglycol hergestellt worden ist, werden mit 100 Gew.-Teilen Nickelteilchen versetzt. Die kugelförmigen Nickelteilchen haben einen Durchmesser von kleiner als 47 μπι. Die Nickelkügelchen sind nicht massiv, sondern weisen Skelettstruktur auf. Das Gemisch wird homogenisiert Die homogene Dispersion wird dann zu einer 0,5 mm dicken Folie ausgestrichen, die anschließend 30 min bei 500C vernetzt wird, während gleichzeitig ein Sedimentieren der Nickelteilchen eintritt. Die erhaltene vernetzte Folie wird mit einem Mikrotom parallel zur Hauptebene in drei gleich dicke Schichten aufgeschnitten. In jeder der Lagen wird die Konzentration der Nickelteilchen bestimmt Sie beträgt in der obersten Schicht 6 VoL-°/o und in der untersten Schicht 14 Vol.-%.
Der elektrische Widerstand des erhaltenen Materials
wird als Funktion des einwirkenden mechanischen
so Druckes in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise geprüft wobei die Prüflinge und die Elektroden, zwischen die sie sandwichartig eingespannt sind, jeweils eine Oberfläche von 2 mm χ 2 mm haben.
Die Strukturen zeigen einen elektrischen Widerstand von 800 kΩ bei einer Last von 1 kg und einen elektrischen Widerstand von 600 kQ. bei einer Last von 2 kg.
230 214/380

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Druckempfindliches elektrisches Widerstandselement, bestehend aus einer Matrix aus einem elektrisch nicht leitenden gummielastischen Elastomer und in dieser Matrix dispergieren elektrisch leitfähigen Teilchen, die in einem Anteil von 5 bis 40 Vol.-°/o, bezogen auf das Gesamtvolumen von Elastomer und Teilchen, in der Matrix gezielt ungleichförmig verteilt sind und bei dem die Verteilung der elektrisch leitfähigen Teilchen in der Matrix in der bestimmungsgemäß als Richtung der Druckeinwirkung vorgesehenen Richtung einen von Null verschiedenen Gradienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Konzentration der leitfähigen Teilchen in einem äußeren von drei in Richtung der Druckeinwirkung gleichdicken, die kleinste Konzentration der Teilchen aufweisenden Schieb [element mindestens 0,02 VoL-Vo beträgt.
2. Druckempfindliches Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der elektrisch leitenden Teilchen in der Matrix so eingestellt ist, daß die Differenz der mittleren Konzentration der leitfähigen Teilchen in den beiden äußeren der drei gleichdicken Schichtelemente senkrecht zur Richtung des Verteilungsgradienten im Bereich von 1 bis 30 Vol.-% liegt.
3. Verfahren zur Herstellung eines druckempfindlichen elektrischen Widerstandselements nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst (a) in an sich bekannter Weise die elektrisch leitfähigen Teilchen homogen mit einer elektrisch nicht leitenden unvernetzten Elastomermischung unter Bildung einer homogenen Mischung vermischt werden und (b) daß das Gemisch anschließend vernetzt wird, wobei gleichzeitig eine Sedimentation der elektrisch leitfähigen Teilchen zugelassen und/oder bewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch nicht leitende Elastomermischung eine unter Wärmeeinwirkung vernetzbare Siliconkautschukmischung verwendet wird.
DE2752540A 1976-11-29 1977-11-24 Druckempfindliches elektrisches Widerstandselement und Verfahren zu dessen Herstellung Expired DE2752540C2 (de)

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