DE3940050A1 - Leitfaehiges textiles flaechengebilde aus glasseidenelementarfaeden - Google Patents
Leitfaehiges textiles flaechengebilde aus glasseidenelementarfaedenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein leitfähiges textiles Flächengebilde
aus Glasseidenelementarfäden, welches zur Herstellung von leit
fähigen Plast-Verbundwerkstoffen, vorzugsweise von leitfähigen
Duroplastverbunden, insbesondere im Handauflegeverfahren - SMC -
und Wickelverfahren geeignet ist.
Leitfähige Duroplastverbunde werden eingesetzt für
- - die elektrische, magnetische und elektromagnetische Abschirmung von Bauelementen in elektronischen Geräten und
- - die elektromagnetische Abschirmung elektronischer Geräte, Räume und Gebäude.
Ihr Einsatz erfolgt weiterhin in der Schiffahrtindustrie u. a.
zur Erzeugung von Radarechos an Seenotrettungseinrichtungen. Zur
Ableitung elektrostatischer Aufladungen werden leitfähige Duro
plastverbunde auch im Behälterbau angewandt.
Leitfähige textile Flächengebilde aus Glasseidenelementarfäden
werden zur Verhinderung elektrostatischer Aufladungen in Fußbo
denbeläge eingebracht.
Das Ziel, polymere Werkstoffe in immer neuen technischen Bereichen
zu verwenden, führt dazu, daß sich die Polymerforschung mit der
Entwicklung und Erprobung von sogenannten "leitfähigen Plasten"
befaßt.
Grundsätzlich unterscheidet man drei Möglichkeiten ihrer Herstel
lung
- 1. Aufbringen leitfähiger Oberflächenschichten
- 2. Herstellung intrinsich leitfähiger Kunststoffe
- 3. Einarbeitung leitfähiger Zusatzstoffe in die Polymermatrix
Als Technologien zum Aufbringen von leitfähigen Oberflächen
schichten sind Aufdampfen, Kathodenzerstäubung (Sputtern),
Spritzgalvanisieren, Flammspritzen, Anwendung metallischer An
strichstoffe, Aufbringen von Metallfolien, Metallbändern und me
tallisierten textilen Flächengebilden bekannt, z. B. DE-OS 30 17 204,
DE-PS 30 45 790.
Der gemeinsame Nachteil dieser Technologie ist, daß sie über
wiegend ausrüstungs- und/oder arbeitszeitintensiv sind.
Die Gruppe der intrinsich leitfähigen Plaste befindet sich noch
in der Entwicklung. Die bisher erreichten Eigenschaften, insbe
sondere das Langzeitverhalten bei den mechanischen und elektri
schen Parametern, schließen eine technische Verwertung vorerst
aus.
Auf dem Gebiet der Plaste mit leitfähigen Zusatzstoffen ist eine
Vielzahl von Lösungen bekannt und schutzrechtlich gesichert, wie
z. B. in JP-PS 58-206 640, JP-PS 59-109 537, JP-PS 59-184 239,
JP-PS 60-260 43, JP-PS 60-55 053, JP-PS 60-144 364.
Als leitfähige Zusatzstoffe werden u. a. Metallpulver, Metall
flocken, Metallfäden, Metallbänder, Kohlemstoff-, Graphit- und
Stahlfasern, Graphit und leitfähige Rußarten, metallisierte Glas
fasern oder Glaskugeln eingesetzt.
Plaste mit leitfähigem Ruß als Zusatzstoff nehmen gegenwärtig den
größten Raum ein (DE-OS 31 35 430). Sie haben jedoch den Nach
teil, daß mit ihnen selbst bei hohem Rußgehalt nur Wiederstands
werte von 10-100 Ω · cm und mäßige Schirmdämpfungswerte bei
gleichzeitiger Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften
des Plastverbundwerkstoffes erreichbar sind. Alle Plastverbunde
mit leitfähigen Zusatzstoffen, z. B. Metallflocken, Metallpulver,
Metallfäden, Graphit, leitfähiger Ruß, Stahlfaser, weisen folgen
de Nachteile auf:
- - gute elektrische Eigenschaften sind nur zu Lasten der mechani schen Eigenschaften erreichbar,
- - die Temperaturwechselbeständigkeit der elektrischen Parameter ist ungenügend,
- - bei der Verarbeitung von Ruß und anderen pulverförmigen Stoffen sind teilweise erhebliche Aufwendungen zum Gesundheits-, Ar beits- und Brandschutz notwendig.
- - das Aussehen wird durch die meisten der Zusatzstoffe negativ beeinflußt,
- - bei der Verarbeitung mit üblichen Technologien tritt bei den benutzten Anlagen bei Einsatz von Stahlfasern und me tallflocken ein extrem erhöhter Verschleiß auf.
Damit gewinnen Zusatzstoffe mit Faserstruktur zunehmend an
Bedeutung, insbesondere metallisierte Glasfasern oder Glas
seiden.
Metallisierte Glasfasern in Form von aluminiumbeschichteten
Glasfasern als alleiniger Zusatzstoff für die Leitfähigkeits
ausrüstung von Polymeren zu verwenden ist bisher nicht bekannt.
US-PS 45 66 990 beschreibt die Herstellung von synergistischen
Mischungen leitfähiger Zusatzstoffe zur Herstellung von Kunst
stoffen für die elektromagnetische Abschirmung. Dabei kommen
neben aluminiumbeschichteten Glasfasern auch Aluminiumflocken
und Glasfasern zum Einsatz. Die Mischung wird über das Spritz
gußverfahren zu einem leitfähigen Thermoplast verarbeitet.
EP-PS 00 14 104 schützt die Herstellung wärmeleitender, elek
trisch leitender Prepregs durch Imprägnieren eines Glasseiden
gewebes, das teilweise aus mit aluminiumbeschichteten Glasseiden
besteht, mit Epoxydharz, UP-Harz, PA oder Polysulfon. Als Glas
seide wird sogenanntes Hybridgarn eingesetzt. Der Nachteil
dieses geschützten Erzeugnisses besteht darin, daß zur Herstel
lung des metallisierten Glasseidengewebes zusätzliche Prozeß
stufen eine kostenmäßig ungünstige Beeinflussung bewirken und
der Webprozeß problematisch ist, weil der metallisierte Glas
seidenfaden ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen den hohen mecha
nischen Belastungen auf Grund seiner Sprödigkeit und geminder
ten Festigkeit nicht gewachsen ist.
Zeil der Erfindung ist es, ein kostengünstiges leitfähiges
textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementarfäden zu schaf
fen, welches gewährleistet, daß im Plast-Verbundwerkstoff die
bekannten mechanischen Eigenschaften beibehalten und außerdem
ein elektrischer Widerstand in der Größenordnung kleiner
1 · 10⁸ Ω · cm erreicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aluminium
beschichtete Glasseidenelementarfäden geschnitten, ungerichtet
orientiert, mit einem Bindemittel als textiles Flächengebilde
verfestigt, zur Herstellung von leitfähigen Duroplastverbunden
zu schaffen.
Erfindungsgemäß besteht das leitfähige textile Flächengebilde
aus aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfäden. Die für
die Herstellung eines leitfähigen Duroplastverbundes optimale
Beschichtung wird mit üblichen Verfahren während des Herstel
lungsprozesses der aluminiumbeschichteten Glasseidenelementar
fäden realisiert, während zur Anwendung gelangende Schlichte
systeme modifiziert sind. Der Elementarfadendurchmesser beträgt
13-30 µm und der Anteil des Aluminiums mindestens 8% der Ge
samtmasse des metallisierten Elementarfadens.
Die Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden beträgt
mindestens 3 µm, da eine Schirmwirkung für eingestrahlte elek
trische Wellen im Mega- bis Gigahertzbereich nur bei einer Ein
dringtiefe im Mikrometerbereich gegeben ist.
Diese aluminiumbeschichteten Elementarfäden werden auf eine
Faserlänge von 25 bis 100 mm geschnitten und mit einem chemi
schen Bindemittel verfestigt.
An die aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfäden
ergeben sich folgende Forderungen:
- 1. Metallisierung soll eine möglichst große Anzahl der Elementarfäden erfassen.
- 2. Die Metallschicht darf keine Unterbrechung auf weisen (durchgängige Leitfähigkeit)
- 3. Der Metallfilm soll den Glasfaden nicht vollstän dig umschließen, damit zumindest ein Teil des Be kannten Verstärkungseffektes von Glasfaser-Harz- Verbunden erhalten bleibt.
Das erfindungsgemäße Ergebnis kann durch die Parameter Faser
dichte und Faserlänge entsprechend der beabsichtigten Applika
tion variiert werden.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Erzeugnisses be
steht darin, daß seine Herstellung wesentlich problemloser und
kostengünstiger als beispielsweise die Herstellung metallisier
ter Glasseidengewebe ist. Ursachen sind einerseits das Entfallen
zusätzlicher Prozeßstufen und andererseits die Tatsache, daß der
metallisierte Glasseidenelementarfaden ohne zusätzliche Schutz
maßnahmen den hohen mechanischen Belastungen im Webprozeß auf
Grund seiner Sprödigkeit und geringen Festigkeit nicht gewachsen
ist. Die kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Er
zeugnisses ist begründet durch die optimale Metallisierungstech
nologie, Spinnschmelzmetallisierung und das einfach zu handhabende
und billige Metall Aluminium.
In Tabelle 1 sind grundsätzlich mögliche Metallisierungstechnolo
gien für Glasseide in bezug auf den elektrischen Widerstand der
Elementarfäden und die spezifischen Herstellungskosten bewertet.
Die Herstellung leitfähiger Duroplastverbunde mit dem erfindungs
gemäßen Erzeugnis erfolgt mit den in der Plastverarbeitung üb
lichen Verfahren, wie Handauflegeverfahren, SMC-Verfahren oder
Wickelverfahren.
Dabei können in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren
folgende elektrische und mechanische Kennwerte erhalten
werden:
Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Abhängigkeit der Schirm
dämpfungseigenschaften von Faseranteil bzw. Faserlänge sowie
dem Durchgangswiderstand. Es konnte folgende Korrelation zwi
schen Durchgangswiderstand und Schirmdämpfung ermittelt werden.
L
l
Dies zeigt, daß mit bekannten Verfahren zur Duroplastmodifizie
rung Plaste mit genügend niedrigen elektrischen Widerstand und
damit hoher Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischer Strah
lung im Bereich bis 1000 MHz hergestellt werden können.
Gleichzeitig kann trotz des geringeren Festigkeitsniveaus
metallisierter Glasfasern im Vergleich zu herkömmlichen
Glasseidenerzeugnissen ein mechanischer Verstärkungseffekt
nachgewiesen werden. Dieser beträgt ca. 50% des bei nor
malen Glasseidenerzeugnissen erreichbaren Effektes, wobei
speziell abgeschirmte Schlichtsysteme zum Einsatz kommen.
Diese Kombination von elektrischer Leitfähigkeit und mechani
scher Verstärkung kann mit den gebräuchlichen leitfähigen
Zusatzstoffen, insbesondere Ruß und Aluminiumflocken nicht
erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil der nach o. g. Verfahren hergestellten
Formteile besteht in der relativen Konstanz der elektrischen
Parameter gegenüber Temperaturwechselbeanspruchung. Bei mit
Stahlfasern ausgerüsteten Thermoplasten kommt es nach 5 Tem
peraturzyklen von 20-80°C zu einem Abfall der Durchgangs
widerstandswerte um 80%. Ähnliche Effekte sind bei anderen
metallischen Zusatzstoffen nachweisbar (Pulver, Plättchen).
Bei Formteilen mit metallisierter Glasseide traten solche
Erscheinungen in weitaus geringerem Umfang erst bei maximalen
Zyklustemperaturen von <150°C auf.
Der wesentlichste Vorteil leitfähiger Duroplastverbunde auf
der Basis des erfindungsgemäßen Flächengebildes ergibt sich
aus dem bereits aufgezeigten Vorteil zu diesem selbst, näm
lich dessen kostengünstigen Herstellung.
Claims (8)
1. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden dadurch gekennzeichnet, daß es aus längenbegrenzten
metallisierten Glasseidenelementarfäden besteht, die unge
richtet orientiert und mit einem chemischen Bindemittel
verfestigt sind.
2. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Metalli
sierung der Glasseidenelementarfäden durch eine Aluminium
schmelze erfolgt.
3. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der
Anteil des Aluminiums mindestens 8% der Gesamtmasse des me
tallisierten Elementarfadens beträgt.
4. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die
Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden mindestens
3 µm beträgt.
5. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der
Elementarfadendurchmesser 13 bis 30 µm, vorzugsweise 25 µm be
trägt.
6. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die
Faserlänge der Elementarfäden 25 bis 100 mm, vorzugsweise
50 mm beträgt.
7. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar
fäden nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der
Glasseidenelementarfaden halbseitig durch den Metallfilm um
mantelt ist.
8. Leitfähiges textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, 2 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß es zur Herstellung von leitfähi
gen Plast-Verbundwerkstoffen, vorzugsweise für leitfähige
Duroplastverbunde angewandt wird.
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HUT56022A (en) | 1991-07-29 |
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HU896770D0 (en) | 1990-03-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GLASSEIDEN-GMBH OSCHATZ, O-7260 OSCHATZ, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |