DE3409953A1

DE3409953A1 - Verfahren zur herstellung elektrisch und/oder thermisch leitfaehiger kunststoffe

Info

Publication number: DE3409953A1
Application number: DE19843409953
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Holl; Martin 7000 Stuttgart Scholpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-03-17
Filing date: 1984-03-17
Publication date: 1985-09-26

Description

Verfahren zur Herstellung elektrisch und/oder thermisch
leitfähiger Kunststoffe Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Der Durchgang von elektrischem Strom (oder Wärme) durch eine isolierende Kunststoffmatrix mit Hilfe von elektrisch (oder thermisch) leitfähigen Füllstoffteilchen ist beschreibbar und berechenbar nach dem sogenannten Perkolationsmodell (Bhattacharya und Chaklader, Polym.-plast. technol. Eng. 19, 1982, Heft 1, Seite 21 -51). Bei gleichmäßiger Verteilung kugelförmiger Füllstoffteilchen beginnt demnach bei ca. 35 Vol.-% Füllstoffanteil der Durchgangswiderstand steil um viele Zehnerpotenzen abzufallen, oberhalb 40 Vol.-% ist ein nennenswerter Einfluß des Füllstoffanteiles nicht mehr vorhanden.
Technisch besteht ein großes Interesse daran, den Steilabfall des Widerstandes zu kleineren Füllstoffanteilen hin zu verschieben, da z. B. bei silbergefüllten Mischungen hohe Einsparungen an Edelmetall möglich sind, darüber hinaus bleiben in vielen Fällen die Eigenschaften des Matrixwerkstoffes bei geringerem Füllstoffgehalt besser erhalten, wofür als Beispiel ein Teil aus Polypropylen genannt sei, das ein Film-Scharnier bei gleichzeitiger elektrischer Abschirmwirkung enthalten soll.
Eine derartige Verschiebung des Steilabfalles des Widerstandswertes ist zwar generell durch eine sogenannte segregierte Verteilung des Füllstoffs möglich, d. h. eine Verteilung des leitfähigen Füllstoffs auf der Oberfläche der Körner eines grobkörnigen Matrixwerkstoffes. So können z. B. Kohlebürsten dadurch hergestellt werden, daß zunächst ein Graphit-Granulat der gewünschten Korngröße mit Kupferpulver überzogen und die Gesamtmischung dann formgepreßt wird.
Bei Thermoplasten, Schmelzklebern und Gießharzen war jedoch bisher ein solches Vorgehen nicht möglich-, weil derartige Massen durch Düsen und Kanülen im Schmelz zustand oder als viskose Masse verarbeitet werden und ein zuvor angelegter segregierter Zustand dabei durch Scherung und durch Mischung zerstört wurde, so daß doch wiederum ein wesentlich höherer Anteil an leitfähigem Füllstoff notwendig war, um eine ausreichende Leitfähigkeit zu erzielen.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei Thermoplasten, Schmelzklebern und Gießharzen mit einem kleineren Anteil von etwa 5 bis 10 Vol.-% der leitfähigen Komponente trotz der Verarbeitung der Masse nach einem Verfahren, bei welchem Scherungskräfte auftreten, Formteile mit sehr guter Leitfähigkeit erzielt werden können. Bei diesem Verfahren treten Scherung und Durchmischung nur in der segregierten, leitfähigen Phase auf, die nicht gefüllte Phase, die den größeren Teil des Matrixwerkstoffes darstellt, wird zwar den Erfordernissen gemäß deformiert, aber es findet praktisch kein Stoffaustausch mit der leitfähigen Phase statt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die feinteilige leitfähige Komponente und der kleinere Teil des Matrixwerkstoffes mit dem kleineren Molekulargewicht miteinander vermischt und gemeinsam auf das grobteilige Matrixmaterial mit dem höheren Molekulargewicht aufgebracht werden, da hierdurch ein Arbeitsgang eingespart werden kann und im Grunde nur das vorweggenommen wird, was bei der späteren Formgebung durch die Scherkräfte ohnehin auftreten würde, nämlich die Vermischung der beiden Komponenten in der segregierten, leitfähigen Phase.
Verschiedene Molekulargewichtseinstellungen und damit unterschiedliche Viskosität und unterschiedliches Fließverhalten des gleichen Kunststoffs werden zum einen im Handel angeboten und können dort bezogen und eingesetzt werden.
Sie lassen sich aber zum Teil auch in einfacher Weise selbst herstellen, indem man beispielsweise bei Polyamiden, wie sie in Schmelzklebern eingesetzt werden, eine Wärmebehandlung mit Wasserentzug vornimmt, um das Molekulargewicht zu erhöhen, wobei dieser Vorgang reversibel ist, so daß durch eine Wasserzugabe auch ein geringeres Molekulargewicht erzielt werden kann. Bei Gießharzen auf EP- oder UP-Basis kann ein höheres Molekulargewicht bzw. eine höhere Viskosität dadurch erzielt werden, daß man für eine partielle Härtung der Kunstharze sorgt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Zur Herstellung eines leitfähigen Polyamidkörpers geht man aus von 80 Vol.- eines Polyamides mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 35 000, 10 Vol.-% eines Polyamides mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 15 000 sowie 10 Vol.-% eines feinteiligen Silberpulvers. Das Polyamid mit dem höheren Molekulargewicht wird auf eine Korngröße von etwa 0,8 mm granuliert. Das Silberpulver und das Polyamid mit dem niedrigeren Molekulargewicht als feines Pulver werden miteinander gemischt und diese gemischte Phase aus Silberpulver und niedermolekularem Polyamidpulver wird dann in einem nur geringe Scherkräfte aufbringenden Trommelmischer auf die Oberfläche der Granulatkörner des Polyamids mit dem höheren Molekulargewicht aufgebracht. Die Temperatur des Mischgutes ist dabei so zu wählen, daß das Polyamidpulver mit dem niedrigen Molekulargewicht eine leicht klebrige Konsistenz aufweist, so daß auf diese Weise das Silberpulver auf der Oberfläche der Granulatkörner fixiert wird. Ein aus diesem Material durch Spritzgießen oder Spritzpressen hergestellter Formkörper weist einen elektrischen Widerstand von etwa 10 ohm.cm auf, ein Wert, der bei Verwendung eines einheitlichen Polyamid-Materials erst bei einem Metallgehalt von 35 bis 40 Vol.-% erreicht wird.
Statt der unmittelbaren Verarbeitung des gewonnenen Materials kann dieses auch vor dem Formungsprozeß nochmals granuliert werden. Hierdurch tritt keine Beeinträchtigung der elektrischen Leitfähigkeit ein.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung elektrisch und/oder thermisch leitfähiger Kunststoffe, die einen Gehalt an einer leitfähigen Komponente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein größerer Teil des als Matrixwerkstoff -dienenden Kunststoffs, der ein höheres Molekulargewicht und damit eine höhere Viskosität aufweist als ein kleinerer Teil des Matrixwerkstoffes, auf die in der fertigen Struktur gewünschte Korngröße gebracht wird, daß dieser Teil des Matrixwerkstoffes mit der leitfähigen Komponente in feinverteilter Form überzogen wird und daß der kleinere Teil des Matrixwerkstoffes mit einem kleineren Molekulargewicht und damit niedrigerer Viskosität als feines Pulver zugemischt wird und das Ganze dann dem Formungsprozeß unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinteilige leitfähige Komponente und der kleinere Teil des Matrixwerkstoffs mit dem kleineren Molekulargewicht gemeinsam auf das grobteilige Matrixmaterial mit dem höheren Molekulargewicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil des Matrixwerkstoffes in einer Menge von ao bis 85 Vol.-%, die leitfähige Komponente in einer Menge von 5 bis 10 Vol.- und der kleinere Teil des Matrixwerkstoffes in einer Menge von ca. 10 Vol.-% eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsprozeß in einer direkten Verarbeitung durch Spritzgießen, Spritzpressen oder durch Dosieren mit Hilfe von Dispensern besteht oder daß diesen Verfahrensschritten ein Granulierprozeß vorgeschaltet wird.