DE2834390C2 - Elektrisch leitfähige Kunststoff- Formmasse für einstellbare Widerstände und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Elektrisch leitfähige Kunststoff- Formmasse für einstellbare Widerstände und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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- DE2834390C2 DE2834390C2 DE19782834390 DE2834390A DE2834390C2 DE 2834390 C2 DE2834390 C2 DE 2834390C2 DE 19782834390 DE19782834390 DE 19782834390 DE 2834390 A DE2834390 A DE 2834390A DE 2834390 C2 DE2834390 C2 DE 2834390C2
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Description
a) Vorvernetzung der Mischung aus Duroplast, Additiven und Talkum und Zerkleinerung auf
Korngröße von höchstens 20 μιη,
b) Lösen dieser feingemahlenen Mischung in einem Lösungsmittel und anschließend Dispergierung
mit einem Rührwerk.
c) Zugabe der elektrisch leitfähigen Teilchen mit anschließender Dispergierung in einer Kugelmühle,
wobei die Dispergierdauer so gewählt wird, daß die Kunststoff-Formmasse ihre
maximale Leitfähigkeit erhält.
d) Zerstäuben der dispergierten Kunststoff-Formmasse in einer Molekularzerstäubungsanlage
und Verdampfen des Lösungsmittels.
6. Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Kunststoff-Formmasse nach Anspruch 5.
dadurch gekennzeichnet, daß das Talkum vor der Vorvernetzung mehrere Stunden, vorzugsweise 5 bis
6 Stunden, bei etwa 1000"C getempert wird,
7. Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Kurisisloff'Formmasse nach Anspruch 5,
dadurch gekenrizeichrieli daß die Vöfvefrietzüng bei
120 bis 140* G erfolgt.
8. Verfahren zur Herstellung der elektrisch
ieitfähigen Kunststoff-Formmasse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Zerstäuben der Kunststoff-Formmasse unter hohem Druck in mindestens einer senkrecht nach unten
gerichteten Düse zu Partikeln mit einer Korngröße von 1 bis 7 μπι erfolgt, die anschließend mit heißer
Luft von 18O0C verwirbelt werden, wobei das
Lösungsmittel verdampft
Die Erfindung geht von einer elektrisch leitfähigen Kunststoff-Formmasse für einstellbare Widerstände
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus. Eine derartige Kunststoff-Formmasse ist aus der DE-OS
23 49 809 bekannt.
Kunststoffen werden in großem Umfats*; elektrisch
leitende Teilchen zugesetzt, um diese leitfähig und somit antistatisch zu machen, was für zahlreiche Anwendungen
wünschenswert ist So finden leitfähige Kunststoffe Verwendung, z. B. als Bodenbeläge, als Kabelabschirmungen,
als Kondensatorfolien, als Verpackung für Sprengstoffe, als Lösungsmittelbehälter und nicht
zuletzt als elektrische Widerstände in Form von Potentiometern oder Trimmern.
Um die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften von Kunststoff-Formmassen zu beeinflussen, werden
diesen noch Füllstoffe zugesetzt. Der Zusatz von sogenannten inaktiven Füllstoffen führt zu keiner
Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, sondern bewirkt nur ein Strecken des teueren Kunststoffes mit
einem preiswerten Füllstoff. Inaktive Füllstoffe können bis zu 30% bei Thermoplasten bzw. 60% bei
Duroplasten zugesetzt werden. Im Gegensatz zu den inaktiven Füllstoffen bewirken aktive bzw. reaktive
Zusätze chemische oder physikalische Effekte. Mit aktiven Füllstoffen lassen sich so die Fertigteileigenschaften
günstig beeinflussen, wie Abrieb. Walzfestigkeit. Oberflächengüte. Schlagzähigkeit, Licht- und
Wärmestabilität, Brandverhalten usw. Aktive Zusätze können organische oder anorganische Materialien sein.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines
elektrisch leitfähigen Kunststoffes aus Polymeren und elektrisch leitfähigen Partikeln bekannt (DE-OS
26 45 729), bei dem man eine wäßrige Kunststoffdispersion in der Form einer alterungsbeständigen Polyacrylsäurcesterdispersion
oder einer Polyisobutylendispersion mit einer wäßrigen Dispersion der elektrisch
leitfähigen Partikel mischt Diese Partikel können Edelmetalle oder Kohlenstoffe, wie z. B. Ruße oder
Graphit, sein, wobei im Falle des Ruß-Zusatzes der
Ruß-Anteil vorzugsweise m ndestens 25 Gewichtsprozent vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent beträgt.
Die gesamte Mischung wird in dünner Schicht auf eine
Unterlage z. B. ein mit Teflon beschichtetes Förderband gebracht und anschließend wird das Wasser bei einer
Temperatur abgedampft, die über dem Erweichungspunkt des Kunststoffes liegt. Das getrocknete Material
löst sich leicht vom Förderband und kann anschließend zu Granulat zerkleinert werden, so daß es thermopla·
stisdi weiterverarbeifet werden kann. Das getrocknete
Material kann auch unzerklclnert als elektrisch leitfähige
Folie Verwendung finden.
Es ist ferner ein elektrisch leitfähiger Kunststoff bekannt (DE-OS 25 24 6401, der aus einem homogenen
Gemisch eines Pröpylen-Äthylrnischpolymerisates be* steht, das wenigstens 20 Mol*%-Äthylen, Vorzugsweise
20 bis 35 MoI-°/o-Äthylen und wenigstens 30 Gewichtsteile eines Acetylenrußes pro 100 Gewichtsteile Mischpolymerisat
enthält Die Mischung erfolgt bei einer Temperatur von 150 bis 2000C vorzugsweise in weniger
als 10 Minuten in einem Banbury-Mischer oder einer Walzenmühle. Ein auf diese Weise erhaltenes Mischpolymerisatgemisch
erleidet nur einen sehr geringen Abbau, so daß es hinsichtlich seiner physikalischen
Struktur sehr einheitlich ist Je nach der Menge an eingebrachtem Ruß liegt der Widerstand bei 0,5 bis
10 Ohm · cm. Das Endgemisch kann durch Kalandern oder Extrudieren zu dünnen Platten geformt werden.
Diese sind besonders als bipolare Platten für Brennstoffzellen oder Batterien geeignet weil sie chemisch inert
und frei von Vergiftungseinwirkung gegenüber einem Katalysator des Kraftstoffzellentyps sind, mit dem die
Platte beschichtet werden kann.
Es ist auch aus der DE-OS 23 49 809 ein elektrisch leitendes Erdungsband bekannt das an der Fußbekleidung
angebracht wird und das eine statische Aufladung des menschlichen .Körpers verhindern soll. Das Band
wird in Form einer Vorratsrolle hergestellt und in zahlreiche Streifen zugeschnitten. Das Band besteht aus
einem biegsamen und elektrisch leitenden Material, das ein elektrisch leitendes Pulver enthält Als Material
können thermoplastische Bindemittel, insbesondere natürliche und synthetische Elastomere verwendet
werden. Das elektrisch leitende Pulver kann Gold, Silber, Kupfer, Zink, Graphit oder auch Kohlenruß sein.
Außer dem leitenden Pulver können dem Bindemittel noch Füllstoffe, wie z. B. Siliziumoxid, Ton, Talkum,
Vulkanisierungsmitui, Weichmacher und Schmiermittel beigemengt sein.
Aufgabe der vorliegenden "Erfindung ist es. eine elektrisch leitfähige Kunststoff-Form -,asse der eingangs
genannten Art und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die für ein in einen einstellbaren
Widerstand einsetzbares Widerstandselement geeignet ist, dessen Klima-Charakteristik insbesondere im
Hinblick auf das Verhalten in Feuchtigkeit verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches
1 gelöst.
Ein aus dieser Kunststoff-Formmasse hergestelltes Widerstandselement zeigt im Feuchteklima eine wesentlich
bessere Widerstandscharakteristik. Das Feuchteverhalten kann so getestet werden, daß das Widerstandselement
10 Tage bei 400C und 92°/oiger relativer
Luftfeuchte im Klimaschrank gelagert wird. Bislang bekannte Widerstandselemente für einstellbare Widerstände
weisen dann üblicherweise Widerstandsänderungen von 5 bis 6% des Gesamtwiderstandes auf. Bei
einem erfindungsgemäßen Widerstandselement ist die Widerstandsänderung auf 1% reduziert. Dies ist
besonders für den Tropeneinsatz von Bedeutung.
Als Duroplast kann ein Melaminharz. ein Phenolharz, ein Polyester, ein Epoxyharz, ein Diallylphthalat, ein
Novolak mit Hexamethylentetramin als Härter und/ oder deren Mischungen Verwendung finden. Additive
zur Stabilisierung könnten z. B, Magnesiumstearat, Magnesiumoxid, Zihksteafat usw. sein, Als Additiv ZUr
Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften könnte silanisiertes Quarzmehl eingesetzt werden, das als
Füllstoff eine Reihe Von Vorzügen aufweist So verringert es die Wärmeentwicklung und den Schwund
bei der Härtung, außerdem setzt es den linearen Ausdehnungskoeffizienten herab und verbessert die
Wärmeleitfähigkeit Die Schlagbiege- und Bruchfestigkeit sowie der Elastizitätsmodul werden positiv
beeinflußt Hinzu kommen noch seine chemische Reinheit, die gute Verfügbarkeit in verschiedenen
Sorten bei gleichbleibender Qualität und nicht zuletzt der durch hohe Produktionsmengen begründete günstige
Preis. Aber auch ein lamellares Quarzmehl, ein sogenanntes Novaculite, könnte als Additiv verwendet
werden. Die geringe Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit,
bedingt durch den geringen Wassereigenanteil von nur 0,01% an der Novaculite-Oberfläche end
Lamellenform bringen anwendungstechnische Vorteile. Weitere Vorteile sind deutlich geringerer Bindemittelbedarf
und wesentlich geringere Abrasivität bei hoher H*rte.
Vorteilhafterweise werden als elektrisch leitfähige
Teilchen Pyropolymere mit einem Anteil von 20 bis 40 Gewichtsprozent in der Formmasse verwendet Es
gibt zur Zeit im wesentlichen zwei Herstellungsverfahren für Pyropolymere. Bei dem ersten Herstellungsverfahren
wird ein kompaktes oder poröses feuerfestes Teilchen (z. B. Aluminiumoxid, Glas, Titanoxid) in
Partikelform von einer Korngröße, die kleiner als 20 μπι
ist mit einer Metallverbindung (z. B. Organometallverbindungen)
beschichtet, die mit einem reduzierenden Gas (z. B. Wasserstoff, Wasserstoff-Stickstoff) unter
Temperatureinwirkung zu Metall reduzie.t wird. Anschließend wird das so mit einem Metall beschichtete
Trägermaterial im Laufe eines Pyrolyseprozesses mit aus der Pyrolyse freigewordenem Kohlenstoff überzogen.
Das zweite Herstellungsverfahren besteht darin, daß durch Pyrolyse von gasförmigen oder flüssigen
Kohlenwasserstoffen ein halbleitendes Material gewonnen wird, das mit Elementen der III. bis VIII. Gruppe des
Periodischen Systems dotiert und/oder beschichtet wird, wobei diese Dotierung und/oder Beschichtung aus
der Gasphase der Verbindung der Elemente der III. bis VIII. Gruppe durch Temperatureinwirkung erfoigt. !in
mindestens einer Monolage kann dieses so erhaltene halbleitende Material auf Teilehen m.3 feuerfestem
Material (z. B. Bariumtitanat, Titanoxid, Eisenoxid), d:is einen großen elektrischen Verlustfaktor und eine grotle
relative Dielektrizitätskonstante aufweist, abgeschieden
werden.
Nachfolgend sollen vorteilhafte Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Kunststoff-Formmasse
beschrieben werden.
Zunächst wird das Talkum mehrere Stunden,
vorzugsweise 5 bis 6 Stunden, bei etwa 1000' 1C
getempert. Talkum ist mineralogisch ein Schichtsilikat. das sich in reiner Form etwa aus 63% Siliziumoxid. 32%
Magnesiumoxid und 5% chemisch gebundenem Wasser zusammensetzt. Das chemisch gebundene Wasser,
bestehend aus der OH-Gruppe des Schichtgitters, wild wie auch bei anderen Hydrosilikaten bei höheren
Temperaturen oberhalb 550 bis 7000C abgespalten. Bei
der thermischen Zersetzung entsteht neben Wasserdampf ein Gemenge zweier neuer Minerale in
kryptokristalliner Ausbildung aus Klinoenstatit und Cnstobalit. Durch die thermische Zersetzung wird so
die Eigenfeuchtigkeit des Talkums reduziert
Nach dieser Vorbehandlung wird das Talkum zusammen mit dem Duroplast und den Additiven
gemischt und bei 120 bis 1400C vorvernetzt und daraufhin zu Teilchen mit einer Korngröße von
höchstens 20 μπι zerkleinert Diese feingemahlenen Teilchen werden in einem Lösungsmittel, wie z. B. einem
Keton, das z. B. Aceton oder Äthylmethylketon sein
kann, gelöst und mittels eines Rührwerks dispergiert. Dann werden die elektrisch leitfähigen Teilchen
entsprechend der gewünschten Leitfähigkeit hinzugegeben und die ganze Mischung wird in einer Kugelmühle
dispergiert, wobei die Dispergierdauer so gewählt ist, daß die Kunststoff-Formmasse ihre maximale Leitfähigkeit
erhält. Diese Dispergierdauer kann 1 bis 24 Stunden betragen. Die Leitfähigkeit steigt zunächst mit zunehmender
Dispergierzeit an. Nach höheren Verweilzeiten in der Kug°!mühle zeigt sich ein deutlicher Abfall der
Leitfähigkeit an. Dies dürfte durch eine Überdispergierung begründet sein, wodurch z. B. bei Rußpartikeln
die.se ganz voneinander abgelöst und separiert werden. Abschließend wird diese dispergierte Kunststoff-Formmasse
in einer Molekularzerstäubungsanlage behandelt Diese Behandlung besteht darin, daß die Kunststorf-Formmasse
unter hohem Druck in mindestens einer senkrecht nach unten gerichteten Düse zerstäubt wird.
Hierbei entstehen Partikel mit einer Korngröße von 1 bis 7 μπι. In Abhängigkeit vom Düsenquerschnitt, der
zwischen 1,0 und 2,0 mm liegen kann, wird ein Luftdruck von 3 bis 6 bar angewendet. Diese Partikel v/erden
anschließend mit heißer Luft von 1800C verwirbelt, wobei das Lösungsmittel (z. B. Aceton oder Äthylmethylketon)
verdampft. Das Wirbelbett besteht aus einem konischen Behälter, bei dem seitlich von unten die heiße
Luft eingeblasen wird. Die so von dem Lösungsmittel befreiten Partikel fallen als feines Pulver unten aus der
öffnung im konischen Behälter heraus.
Es entsteht so eine verpreß- oder spritzgießbare
elektrische leitfähige Kunststoff-Formmasse in Pulverform, die aufgrund ihrer geringen Korngröße von 1 bis
μττι sehr genau dosiert werden kann. Die Verteilung
der elektrisch leitfähigen Teilchen ist äußerst gleicnmäßig, so daß z. B. die Kennlinie gepreßter Widerstandselemente
sehr exakt ist und der Übergangswiderstand kleiner 1% vom Gesamtwiderstand beträgt.
Nachfolgend sollen noch hinsichtlich der Zusammensetzung
der Kunststoff-Formmassen Beispiele die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch darauf zu
beschränken.
Melaminharz
Novaculite
Talkum
Zinkstearat
Zinkoxid
Ruß, Graphit
Aceton
18 Gew.-%
4bisl4Gew.-% 4bisl4Gew.-% 0,3 bis 0,8 Gew.-% 0,3 bis 0,8 Gew.-% 4 bis 9 Gew.-%
4bisl4Gew.-% 4bisl4Gew.-% 0,3 bis 0,8 Gew.-% 0,3 bis 0,8 Gew.-% 4 bis 9 Gew.-%
50 bis 60 Gew.-%
Phenolresolharz
Talkum
Aminosilan
Magnesiumstearat
Magnesiumoxid
Pyropolymere
Äthylmethylketon
15 Gew.-o/o
3 bis 15 Gew.-% .l,5bisl5Gow.-% 0,2 bis 0,5 Gew.-% 0,3 bis 0,8 Gew.-% 10bisl7Gew.-% 50 bis 60 Gew.-%
3 bis 15 Gew.-% .l,5bisl5Gow.-% 0,2 bis 0,5 Gew.-% 0,3 bis 0,8 Gew.-% 10bisl7Gew.-% 50 bis 60 Gew.-%
Claims (5)
1. Elektrisch leitfähige Kunststoff-Formmasse für einstellbare Widerstände bestehend aus einem
Gemisch aus mindestens einem Kunststoff als Bindemittel, mindestens einem ersten Zusatzstoff
zur Stabilisierung der funktioneilen Bindungsgruppen in der Kunststoff-Formmasse und mindestens
einem zweiten Zusatzstoff zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften, aus elektrisch leitfähigen
Teilchen und Talkum als Füllstoff, dadurch
gekennzeichnet, daß das Talkum mit 3 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise mit 20 bis 30 Gewichtsprozent,
zugesetzt ist und eine spezifische Oberfläche von 2,5 bis 3 mVg, eine Korngröße von
kleiner als 20 μίτι und eine Eigenfeuchtigkeit von
kleiner als 0,1 Gewichtsprozent aufweist, und daß der Kunststoff ein Duroplast ist
2. Elektrisch leitfähige Kunststoff-Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Duroplast aus Melaminharz, Phenolharz, Polyester,
Epoxyharz, Diallylphthalat, Novolak mit Hexamethylentetramin als Härter und/oder deren Mischungen
besteht.
3. Elektrisch leitfähige Kunststoff-Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als die elektrisch leitfähigen Teilchen Pyrupolymere verwendet sind mit einem
Anteil in der Formmasse von 20 bis 40 Gewichtsprozent.
4. Elektrisch leitfähige Kunststoff-Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Zusatzstoff zur Stabilisierung Magnesiumstearat, Magnesiumoxid,
Zinkstearat und der zweite Zusatzstoff zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften ein silanisiertes
oder lamellares Quarzmehl ist.
5. Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Kunststoff-Formmasse für einstellbare
Widerstände nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch folgende aufeinanderfolgende Verfahrensschritte:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19782834390 DE2834390C2 (de) | 1978-08-05 | 1978-08-05 | Elektrisch leitfähige Kunststoff- Formmasse für einstellbare Widerstände und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19782834390 DE2834390C2 (de) | 1978-08-05 | 1978-08-05 | Elektrisch leitfähige Kunststoff- Formmasse für einstellbare Widerstände und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2834390A1 DE2834390A1 (de) | 1980-02-14 |
| DE2834390C2 true DE2834390C2 (de) | 1982-06-24 |
Family
ID=6046314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19782834390 Expired DE2834390C2 (de) | 1978-08-05 | 1978-08-05 | Elektrisch leitfähige Kunststoff- Formmasse für einstellbare Widerstände und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2834390C2 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3833555C1 (de) * | 1988-10-03 | 1989-11-23 | Preh-Werke Gmbh & Co Kg, 8740 Bad Neustadt, De | |
| DE3928036A1 (de) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Murata Manufacturing Co | Verstellbarer widerstand |
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| US3832598A (en) * | 1972-10-02 | 1974-08-27 | Minnesota Mining & Mfg | Electrically conductive tape device |
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1978
- 1978-08-05 DE DE19782834390 patent/DE2834390C2/de not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2834390A1 (de) | 1980-02-14 |
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