DE3429142A1

DE3429142A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrisch verlustarmen kunststoffschicht

Info

Publication number: DE3429142A1
Application number: DE19843429142
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. 7900 Ulm Ostwald; Gabriele 7950 Biberach Voit
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1986-02-20

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere in der Mikrowellentechnik (Wellenlängen kleiner als ein Millimeter) werden hochgenaue metallische Bauteile, z. B. Hohlleiter, benötigt, deren mechanische sowie elektrische Eigenschaften sich zeitlich möglichst wenig ändern sollen, Derartige Änderungen werden insbesondere durch Korrosion erzeugt.
Die Korrosion ist vermeidbar durch eine Kunststoffschicht, welche auf die zu schützenden Metallflächen aufgetragen wird. Dies geschieht z. B. durch Tauchen, Spritzen oder Pulverbeschichten eines im wesentlichen auspolymerisierten Kunststoffes. Mit derartigen Verfahren hergestellte Korrosionsschutzschichten sind relativ dick (größer als 15 ohm), bestehen aus stark polaren Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten ç 7 3 sowie einem großen elektrischen Verlustfaktor tan dz 10-3.
Derartige Kunststoffschichten führen zu großen Leitungsverlusten und sind daher insbesondere ungeeignet, zum Korrosionsschutz für Bauteile der Mikrowellentechnik.
Andererseits ist es jedoch möglich, dünne (kleiner als 10 pm) sowie nahezu porenfreie Kunststoffschichten herzustellen durch Pyrolyse von Paracyclophanen sowie eine anschließende Polymerisation der entstandenen Pyrolyseprodukte. Für ein derartiges Verfahren werden jedoch in nachteiliger Weise kostenungünstige Ausgangsstoffe benötigt sowie eine derzeit unwirtschaftlich durchführbare Vakuumtechnologie. Dünne Kunststoffschichten sind weiterhin herstellbar durch eine Abscheidung aus einer geeigneten Gasphase mit Hilfe einer photolytischen Polymerisation. Aufgrund der dazu erforderlichen Bestrahlung ist in nachteiliger Weise lediglich eine Beschichtung möglich auf geometrisch einfachen sowie leicht zugänglichen Flächen, d. h. Flächen, welche bei der Bestrahlung nicht abgeschattet sind. Weiterhin sind Beschichtungen möglich durch eine Gasentladungspolymerisation. Dazu werden kostenungünstige Hochfrequenzgeneratoren benötigt.
Außerdem ist ein derartiges Verfahren nachteiligerweise ebenfalls beschränkt auf die Beschichtung geometrisch einfacher sowie leicht zugänglicher Flächen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das auf nahezu beliebig geformten Oberflächen eine kostengünstige Herstellung von dünnen, porenfreien und elektrisch verlustarmen Kunststoffschichten ermöglicht, die außerdem korrosionsbeständig sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs l angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die verwendete Lösung derzeit kostengünstig erwerbbare Lösungsmittel enthält, die außerdem leicht flüchtig sind. Derartige Lösungen besitzen einerseits eine geringe Viskosität,,so daß geometrisch schwer zugängliche Flächen beschichtbar sind, z. B. Bohrungen mit einem Durchmesser von l mm. Andererseits wird eine schnelle Verdunstung des Lösungsmittels ermöglicht, so daß eine Beschichtung mit gleichmäßiger Schichtdicke möglich wird. Eine Tropfen- und/oder Wulstbildung der Kunststoffschicht wird vermieden. Die Erfindung beruht auf einer flüssigen Lösung, die mindestens ein Präpolymer und/oder andere lösbare Ausgangsstoffe von Kunststoffen enthält. Diese Lösung wird zunächst auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht, z. B. durch Tauchen. Anschließend wird durch eine Nachbehandlung zunächst das Lösungsmittel entfernt und die Kunststoffschicht erzeugt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ein elektrisch verlustarmes Kunststoffmaterial ist beispielsweise Polysulfon. Dieses besitzt bei einer Frequenz von 5 GHz eine Dielektrizitätskonstante g = 3,0 sowie einen elektrischen Verlustfaktor tan<f = 0,005. Da Polysulfon in allen organischen Lösungsmitteln nahezu unlöslich, in einigen wenigen lediglich quellbar ist, kann es nicht auf technisch einfache Weise in auspolymerisiertem Zustand als Schicht hergestellt werden. Dagegen sind die Ausgangsstoffe zur Herstellung von Polysulfonen, wie diverse Halogenphenylsulfone und Diphenole oder deren Alkalisalze, in vielen derzeit handelsüblichen Lösungsmitteln löslich, wie z. B. Alkoholen, Estern sowie Aroma- ten. Aus diesen Lösungen. werden die Ausgangsstoffe einzeln nacheinander oder aus einer Lösung gemeinsam, durch z. B.
Tauchen, auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragen und anschließend eingetrocknet. Durch eine be$pielsweise thermische Nachbehandlung wird schließlich die Polymerisation der Ausgangsmaterialien bewirkt. Dabei werden.Temperatur und Zeit der thermischen Behandlung so gewählt, daß bei keinem der Ausgangsstoffe zu hohe Verdampf'üngsverluste auftreten. Das Mischungsverhältnis von Phenol und Sulfon ist in einem größeren Bereich variierbar, ist aber vorzugsweise äquimolekular, falls nicht der Verdampfungsverlust einer Komponente kompensiert werden muß. Zur Gewährleistung einer hohen Haftfestigkeit der Kunststoffschicht ist es zweckmäßig, eine zu beschichtende Metalloberfläche durch elektrolytisches und/ oder Dampfentfetten sowie evtl. durch Phosphatieren, Chromatieren oder ähnliche anorganische Passivierungsverfahren vorzubehandeln. Bei der Herstellung verlustarmer Kunststoffschichten muß auf letzteres in der Regel verzichtet werden. Die Schichtdicken der Kunststoffbeschichtungen sind z. B. über die Konzentrationen der Komponenten in den Ausgangslösungen leicht steuerbar, z. B. in einem Bereich zwischen 0,5 um und 50 um.
Beispiel l: Kupferbleche aus Elektrolytkupfer mit den Abmessungen 25 x 45 x lmm3 werden in derzeit handelsüblichen Bädern elektrolytisch entfettet und chemisch poliert sowie nach dem Spülen in demineralisiertem Wasser an Luft getrocknet. Sodann werden die Bleche durch Tauchen in Lösungen aus 2,8 g Bis(4-chlorphenylS sulfon und 2,3 g 2,2'-Bis(4-hydroxyphenyl)propan in jeweils 100 ml l-Propanol und Trocknen an Luft mit diesen Stoffen nacheinander beschichtet. Durch allmähliches Aufheizen bis 250° C und Tempern von 20 Minuten bei dieser Temperatur wird durch Abspaltung von Chlorwasserstoff die Polykondensation zu einer Polysulfonschicht erreicht. Die mittlere Schichtdicke liegt bei 1 um und die Haftung der Schicht besteht den Klebebandtest. Nach 21 Zyklen der S02-Schadgasprüfung gemäß DIN 40046 ist kein sichtbarer Angriff der Kupferoberfläche feststellbar.
Beispiel 2: Aluminiumbleche aus AlMgSil mit den Abmessungen 50 x 50 x 1 mm3 werden in derzeit handelsüblichen Bädern entfettet und gebeizt sowie nach dem Spülen in demineralisiertem Wasser an Luft getrocknet. Anschließend wird durch Tauchen in eine gemeinsame Lösung aus 1,4 g Hexamethylentetramin und 9,8 g 2,2'Bis(4-hydroxyphenyl)propan in 100 ml l-Propanol und Trocknen an Luft dieses Gemisch von Ausgangsstoffen aufgetragen.
Die Polykondensation wird durch eine Temperung von 30 Minuten bei 1800 C erreicht. Die Kunststoffschicht hat eine Dicke von ca. 2 m und ist klebebandfest. Nach 30 Zyklen des Salznebeltests gemäß DIN 50021 ist kein sichtbarer Angriff der Aluminiumoberflächen feststellbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar.
Beispielsweise ist es möglich, die Lösung durch andere mechanische Verfahren aufzubringen, z. B. Spritzen, Walzen, Streichen oder Schleudern. Weiterhin sind für die Nachbehandlung weitere Verfahren geeignet, z. B. physikalische Verfahren, wie Bestrahlen mit UV- und/oder IR-Licht, Teilchenbestrahlung, wie z. B. Neutronen- und;/oder Elektronenbestrahlung, und/oder chemische Verfahren, z. B. eine Katalyse.

Claims

Patentansprüche I (1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht, insbesondere auf metallischen Bauteilen, die in der Hochfrequenztechnik verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Präpolymer und/oder ein Ausgangsstoff eines Kunststoffes in mindestens einem Lösungsmittel gelöst wird, daß durch das Verhältnis Präpolymer zu Lösungsmittel die zu erzeugende Schichtdicke der Kunststoffschicht eingestellt wird, daß diese Lösung auf einem zu beschichtenden Substrat aufgebracht wird, so daß darauf eine Schicht abgeschieden wird, und daß an dem derart beschichteten Substrat anschließend mindestens eine Nachbehandlung vorgenommen wird, durch die eine Polymerisation in der Schicht erfolgt.
2. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung mehrere Präpolymere und/oder Ausgangsstoffe mehrerer Kunststoffe enthält, die in einem gemeinsamen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst werden.
3. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Gegenstände durch ein mechanisches Beschichtungsverfahren vorgenommen wird.
4. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation des Schichtmaterials durch mindestens eine physikalische und/oder chemische Nachbehandlung bewirkt wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Präpolymer Phenole und/oder deren Alkalisalze sowie Halogenphenylsulfone verwendet werden.
6. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Präpolymer substituierte Bis-und/oder Polyphenole und/oder deren Alkalisalze verwendet werden.
7. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek£iuizeichne L, daß als Präpolymer substituierte Bis-und/oder Polyhalogenphenylsulfone verwendet werden.
8. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoffe Aldehyde und/oder deren Kondensationsprodukte mit Aminen verwendet werden.
9. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch verlustarmen Kunststoffschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ein bei Raumtemperatur leicht flüchtiges Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch enthält.