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Elektrisch- leitfähiges Garn und Verfahren zu seiner
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Herstellung. J r t Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitfähiges
Garn, das durchgehend verlaufende Metallfaden und nichtleitende Textilfäden aus
Chemiefasern enthält, sowie -ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Garns.
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Elektrisch leitfähige Garne werden auf den verschiedenartigsten Technikgebieten
verwendet, wo es darum geht, die mit der herkömmlichen Verwendung von synthetischen
Textilfäden bzw. -fasern verbundenen elektrostatischen Aufladungen und die dadurch
bedingten UnannehmlichkeitèAs und Gefahren zu vermeiden, die bei den entsprechenden
elektrostatischen Entladungen auftreten.
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So ist beispielsweise durch die US-PS 3 2 88 175 ein für die Herstellung
von insbesondere Bühnen-Dekorationsstoffen bestimmtes, leitfähiges-Garn bekannt,
das in seinem Kern aus einer Vielzahl nicht leitender synthetischer Textilfasern
besteht und an seiner Oberfläche zumindest teilsweise mit durchgehend verlaufenden,
sehr dunnen Metallfäden versehen ist. Ein solches Garn besitzt zwar eine hinreichende
elektrische Leitfähigkeit, ist jedoch schwierig herstellbar und auch in seiner Weiterverarbeitung,
beispielsweise beim Verweben mit anderen Textilgarnen nicht unproblematisch, zumal
es wegen der oberflächigen Anwesenheit der Metall fäden recht glatt ist. Außerdem
besteht dabei die Gefahr, daß die Metallfäden bei Knickbeanspruchungen des Garns
br-echen können und dadurch die Leitfähigkeit entweder stark herabgesetzt wird oder
ganz verlorengeht.
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Weiterhin ist durch. die DE-AS 19 02 647 ein elek-' trisch leitfähiges
Nähgarn bekannt, das eine ele-ktrisch leitfähige und eine nicht leitende, aus organischem
Material bestehende Faser- oder Fadenkomponente enthält, bei der die elektrisch
leitfähige Fadenkomponente von einer auf Textilfäden in dünner, unter 15 CL betragender
Dicke aufgetragenen Oberflächenschicht gebildet wird, die aus einer polymeren Bindemittelmatrix
und' darin fein dispergierten Metallteilchen oder auch Kohlenstoff (Ruß)
besteht.
Abgesehen davon, daß auch hier die elektrisch leitfähige Schicht wiederum nur auf
der Oberfläche der nicht leitenden Textilfasern vorhanden ist, besitzt ein solches
Nähgarn auch lediglich eine vergleichsweise geringe Leitfähigkeit, die für diese
Zwecke zwar ausreichend ist, jedoch für andere Anwendungsfälle, beispielsweise bei
entsprechenden Schlaucheinlagen für feuergefährliche Flüssigkeiten, wie etwa bei
Benzin-Tankschläuchen, unzureichend ist.
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Weiterhin ist durch die GB-PS 922 692 ein Garn bekannt, das einen
textilen Kernfaden besitzt, der entweder mit einer dünnen Metallbandfolie umwickelt
oder mit einer im Hochvakuum aufgedampften dünner Metallschicht versehen ist. Dieses
Garn ist zwar auch hinreichend elektrisch leitfähig, jedoch oberflächig wiederum
verhältnismäßig glatt, so daß es schwierig weiterzuverarbeiten ist und bei etwaiger
Unterbrechung seines Metallüberzuges seine Leitfähigkeit verliert, mithin elektrostatische
Aufladungen nicht abzuleiten vermag.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch leitfähiges
Garn zu schaffen, das einfach und kostensparend herstellbar ist, ein mit herkömmlichen
Textilgarnen vergleichbar gutes und für seine Weiterverarbeitung vorteilhaftes Dehnungs-
und Oberflächenverhalten aufweist, darüber hinaus aber eine hohe elektrische
Leitfähigkeit
besitzt, die auch bei etwa auftretenden Oberflächenrissen nicht wesentlich herabgesetzt
wird, so daß das Garn insbesondere auch auf' solchen Anwendungsgebieten eingesetzt
werden kann, wo es wie z. B. bei Tankschläuchen auf die Unterbindung jedweder elektrostatischer
Aufladungen entscheidend ankommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das Garn in seinem Kern aus wenigen miteinander verzwirnten Textilfäden hohen
Garngewichts und 0,05 bis' 0,2 mm dicken Metalldrähten besteht sowie eine den Kern
dicht umschließende Hüllschicht aufweist, die aus einem aushärtbaren organischen
Klebemittel und darin fein dispergie-rtem Metallstaub besteht, wobei die Gewichtsanteile
der.Textilfäden zwischen 25 und 40 %, der Metalldrãhte zwischen 40 und 55 % und
der Hüllschicht zwischen 11 und 27 % liegen. Ein solches Garn zeichnet sich vor
allem durch seine große elektrische Leitfähigkeit aus, die hauptsächlich auf den
in seinem Kern enthaltenen, vergleichsweise dicken Metalldrähten beruht. Da diese
von-der gLeichfalls leitfähigen, Metallstaub enthaltenden Klebemittel-Hullschicht
umgeben sind, sind die Metalldrähte weniger bruchgefährdet. Etwaige bei zu starkem
Knicken des Garns auftretende Oberflächenfrakturen vermögen allenfalls die axiale
Leitfähigkeit der Hüllschicht, nicht aber die der innenliegenden Metalldrähte herabzusetzen,
Das Garn ist darüber hinaus hinreichend flexibel und besitz-t gute mechanische
Eigenschaften,
wie hinreichende Flexibilität, Zugfestigkeit und Reißdehnung. Da das Garn darüber
hinaus an seiner Oberfläche verhältnismäßig rauh ist, läßt es sich gut weiterverarbeiten,
insbesondere auch in den gummiartigen Werkstoff von Tank- oder Feuerwehr-Schläuchen
rutschfest einbetten. Schließlich ermöglicht ein solches Garn auch seine Verwendung
als elektrischer Heizleiter, so daß daraus hergestellte bzw. damit versehene Produkte
entsprechend eigenbeheizbar sind, beispielsweise damit ausgerüstete, Flüssigkeiten
enthaltende Schläuche oder BehaLter vor etwaigemEinfrieren bewahrt werden können.
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Das elektrisch leitfähige Garn nach der Erfindung besitzt vorteilhaft
einen Gesamtdurchmesser von ca 0,7 mm und enthält in seinem Kern je zwei Reyonfäden
von etwa 1220 dtex und runde Kupferdrähte von etwa 0,16 mm Durchmesser, die mit
etwa 300 Touren/m verzwirnt sind, wobei seine Hüllschicht aus einem etwa 40 Gewichtsprozent
Kupferstaub enthaltenden Akrylatkleber besteht. Als besonders zweckmäßig hat sich
ein Garn erwiesen, wenn die Gewichtsanteile seiner Reyonfäden 30,8 %, seiner Kupferdrähte
44,8 t-und seiner Hüllschicht 24,4 % bet-ragen.
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Ein solches Garn besitzt hervorragende mechanische Eigenschaften.
Sein zwischen den oberflächig eingeklemmten Enden eines 1 m langen Garnstückes gemessener
elektrischer Widerstand liegt bei ca 3 Ohm, -wobei der größere Teil dieses Widerstandes,
nämlich zu etwa je 45 %, auf den radialen
Übergangswiderstand der
Hüllschicht und nur etwa 10 % auf den elektrischen Widerstand der beiden durchgehend
verlaufenden Kupferdrähte des Garns entfallen.
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Zum Herstellen des elektrisch leitfähigen Garns nach der vorliegenden
Erfindung werden-die den Garnkern bildenden, miteinander entsprechend verzwirnten
Textilfäden und Metalldrähte durch ein fein dispergierten Metall- insbesondere Kupferstaub
enthaltendes Klebemittelbad hindurchgeführt, danach zum gleichmaßigen Rundumauftrag
des anhaftenden Klebemittels fortlaufend langsam um ihre gemeinsame Längsachse gedreht,
anschließend durch eine Trockenkammer geführt und schließlich aufgespult. Da die
den Garnkern umhüllende, Kupferstaub enthaltende Klebemittelschicht verhältnismäßig
dick ist, muß das Garn nach Durchlaufen des Klebemittelbadesum seine Längsachse
gedreht werden, damit der Garnkern noch vor Erstarren des Klebemittels davon gleichmäßig
umhüllt wird. Die dafür notwendige Garndrehung kann am einfachsten und zweckmäßigsten
durch bloße Garnspannungsänderung in dem betreffenden Verarbeitungsabschnitt zwischen
dem Klebemittelbad und der nachgeschalteten Trockenkammer erreicht werden.
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In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäß beschaffenen elektrisch leitfähigen Garns sowie eine Vorrichtung
zu seiner Herstellung darstellt. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Teildraufsicht
auf das Garn mit teilweise entfernter Hüllschicht, Fig. 2 einen Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Garns dienenden Vorrichtung.
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Das inden Fig. 1 und 2 dargestellte, elektrisch leitfähige Garn,
das einen Gesamtdurchmesser von ca.'0,7 mm besitzt, enthält in seinem Kern je zwei
Reyonfäden 1 von etwa 1220 dtex und runde Kupferdrähte 2 von 0,16 mm Durchmesser.
Die Reyonfäden 1 und die Kupferdrähte 2 sind miteinander mit etwa 300 Touren/m verzwirnt,
wodurch insoweit schon ein Verschieben der Reyonfaden 1 gegenuber den Kupferdrähten
ausgeschlossen ist. Der aus den Textilfäden 1 und den Kupferdrähten 2 bestehende
Kern ist von einer Hüllschicht 3 dicht umschlossen, die aus einem Akrylatkleber
und darin fein verteiltem Kupferstaub von etwa 0,04 mm mittlerer Korngröße besteht.
Die Zusammensetzung der Hüllschicht 3 ist so, daß auf etwa 60;% Acrylatkleber (Trockengewicht)
etwa 40 % Kupferstaub entfallen. Insgesamt besitzt das Garn die folgende gewichtsprozentuale
Zusammensetzung:. 30,8 % Reyon, 44,8 % Kup-ferdraht und 24,4 % Beschichtungskleber
einschließlich des darin enthaltenen Kupferstaubes.
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Das vorbeschriebene Garn besitzt eine Reißkraft
von
103 Newton, eine Reißdehnung von 13,3 %, ein Längengewicht von 78,3 g/100 m, eine
Re-ißlänge von 12,8 km und einen wie oben gemessenen elektrischen Widerstand von
ca.
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3 Ohm/m. Da seine zur Leitfähigkeit vor allem beitragenden Kupferdrähte
2 im Kern des Garns zentral angeordnet sind, sind sie kaum bruchgefährdet. Selbst
wenn es aber gelegentlich zu Leitungsbrüchen kommen sollte, ist die wenn auch weniger
gut leitfähige Hüllschicht 3 zur Ableitung elektrostatischer Ladungen nach wie vor
ausreichend. Umgekehrt s-ind Oberflächenfrakturen in der der Hüllschicht 3 praktisch
ohne Bedeutung auf die verbleibende gute Leitfähigkeit des Garns. Da es darüber
hinaus eine vergleichsweise rauhe Oberfläche hat, kann das Garn gut weiterverarbeitet
werden, insbesondere auch rutschfest in gummiartige Werkstoffe, wie beispielsweise
bei entsprechend zu sichernden Tankschläuchen od.dgl., eingebettet werden.
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Das vorbeschriebene elektrisch leitfähige Garn kann auf einfache
und kostensparende Weise mit der in Fig. 3 schematisch dargestellten Vorrichtung
hergestellt werden.
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Letztere besteht im wesentlichen' aus dem mit entsprechenden Zwirnablaufspulen
4 versehenen Ablaufgatter 5, dem Klebemittelbehälter 6, der Trockenkammer 7 und
dem mit-Aufwickelspulen 8 versehenen Spulengatter 9 sowie den entsprechenden Antriebs-
und Umlenkwalzen 10-bzw. f1.
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Die zuvor auf Ringzwirnmaschinen miteinander entsp-rechefld hochtourig
verzwirnten Reyonfäden 1 und Kupferdrähte 2
werden von den Ablaufspulen
4 über die Lieferwalzen 10 abgezogen und in Form einer zusammengefaßten, nebeneinander
liegenden Garnschar durch das mit einem Akrylatkleber und darin fein dispergiertem
Kupferstaub enthaltende Klebemittelbad 6 hindurchgeführt. Bevor das so beschichtete
Garn in die Trockenkammer 7 gelangt, wird es auf seinem Wege dahin um seine Längsachse
langsam gedreht, damit sich ein gleichmäßiger Rundumauftrag des zunächst noch flüssigen,
aber zunehmend erstarrenden Klebemittelauftrages ergibt. Nach Durchlaufen der Trockenkammer
7 gelangt das Garn übe das nachgeschaltete Lieferwalzenpaar 10 zu de-n einz-elnen
Aufwickelspulen 8 des Gatters 9.
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Es versteht sich,- daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung mancherlei
Abänderungen sowohl der materialals auch gehaltsmäßigen Zusammensetzung des Garns
und seiner Komponenten möglich sind. So'können die Kupferdrähte gegebenenfalls auch
durch andere gut leitende Metalldrähte, wie z.B. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen,
ersetzt werden. An die Stelle der aus Multifilfasern mit Schutzdrall bestehenden
Reyon-Fäden können grundsätzlich auch andere, insbesondere Endlos-Textilfäden-treten,
wie z.B. aus Polyamid, Polyester, Polypropylen ud.dgl.. Der in aushärtbaren organischen
Klebemittel vorhandene Kupferstaub kann auch durch anderen gut leitfähigen Metall
staub ersetzt werden. Schließlich können die wesentlichen Garnkomponenten innerhalb
der oben erwähnten Gehaltsgrenzen variieren, ohne daß dadurch die vorteilhaften
Eigenschaften des leitfähigen Garns wesentlich herabgesetzt werden.
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