DE69907881T2

DE69907881T2 - Glasspinnfaden beschichtet mit wärmeleitenden anorganischen teilchen und diese enthaltende produkte

Info

Publication number: DE69907881T2
Application number: DE69907881T
Authority: DE
Inventors: Bruce E. Novich; Kami Lammon-Hilinski; J. Walter ROBERTSON; Xiang Wu
Original assignee: PPG Industries Ohio Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: DE69907881D1; KR100397900B1; HK1032387A1; AU2787399A; EP1060142B1; KR20010041546A; CN1295539A; WO1999044957A1; CN1155530C; RU2196746C2; CA2322159A1; TW457266B; EP1060142A1; JP2002505249A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf beschichtete Glasfaserstränge für Verstärkungsverbundmaterialien und spezieller auf mit thermisch leitenden, anorganischen festen Teilchen beschichtete Glasfaserstränge, die als Gewebe zum Verstärken von laminierten, gedruckten elektronischen Schaltplatten verwendbar sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gedruckte elektronische Schaltplatten werden typischerweise aus laminierten Gewebeschichten gebildet, die aus Verstärkungsfasern, wie Glas oder KEVLAR^®-Fasern, zusammengesetzt sind, welche der Platte Dimensionsstabilität verleihen, um die Intaktheit der darauf montierten elektronischen Schaltungen aufrecht zu erhalten. Um Schaltungen durch verschiedene Ebenen miteinander zu verbinden, werden Löcher durch Bohren durch die Schichten des Laminats oder Trägers gebildet. Wenn die während des Bohrvorgangs gebildete Wärme nicht in adäquater Weise abgeführt wird, kann sie die Temperatur des zu dem Loch benachbarten Trägermaterials über die Glasübergangstemperatur des Matrixmaterials hinaus erhöhen, wodurch ein Fließen oder Schmieren des Matrixmaterials und die Bildung von Fehlern auf den Wänden der zu bohrenden Löcher hervorgerufen werden kann. Die Platte muss dann zusätzlichen Verarbeitungsschritten unterworfen werden, um die Harzschmiere vor dem Plattieren zu entfernen. Die Lebensdauer des Bohrers kann durch während des Bohrvorgangs gebildete überschüssige Wärme nachteilig beeinflusst werden.
Die Verwindung oder Verwerfung der Platte aufgrund von Differentialwärmeausdehnung, die sowohl durch innere Temperaturgradienten während der Herstellung der Platte als auch während des Zusammenbaus der elektronischen Komponenten und der Wartung hervorgerufen wird, kann die Zuverlässigkeit und Leistung der Platte nachteilig beeinflussen. Lötverbindungen und innere Schaltungsteile sind insbesondere anfällig für eine Schädigung aufgrund von solcher Verwerfung.
Das Laminat oder der Träger kann auch hohen Wärmeflüssen ausgesetzt sein, die während des Betriebs der auf die Platte montierten elektronischen Komponenten erzeugt werden. Um eine Verschlechterung der elektronischen Komponenten zu verhindern, übersteigt die maximale Betriebstemperatur, welcher die Komponenten ausgesetzt sind, vorzugsweise nicht 100°C. Um die durch den Betrieb von Komponenten erzeugte Wärme abzuführen, sind die Komponenten so konstruiert, dass sie die Wärme an die benachbarte Luft oder an Trägermaterialien, d. h. Wärmesenken, leiten. Häufig wird ein Teil dieser Wärme durch das Laminat oder den Träger zu der Wärmesenke geleitet.
Um eine Verwindung der Matrixmaterialien zu verhindern, sind thermisch leitende Materialien, wie Zinkoxid und Bornitrid, in das Matrixharz des Laminats eingeführt worden, um die während des Bohrens oder des Betriebs erzeugte Wärmeenergie zu Wärmesenken oder zur Kante der Platte zu leiten. Solche thermisch leitenden Materialien sind jedoch häufig schwierig gleichmäßig in dem Matrixharz zu verteilen und können sich zusammenballen und Harzvorratsbehälter verunreinigen.
Um Wärmeenergie abzuleiten, beschreibt z. B. US-A-4,869,954 ein blattartiges, thermisch leitendes Material, das aus einem Urethanbindemittel, einem Härter und thermisch leitenden Füllstoffen, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Magnesiumoxid und Zinkoxid und verschiedenen Metallen (vgl. Spalte 2, Zeilen 62 bis 65 und Spalte 4, Zeilen 3 bis 10), gebildet ist. Eine oder mehrere Schichten eines Trägermaterials, wie Glasfasergewebe, können in dem thermisch leitenden Blattmaterial enthalten sein.
Um die Reibungscharakteristiken eines Verbundmaterials zu verstärken, zu verringern oder zu modifizieren, beschreibt US-A-5,217,778 die Außenschicht einer Trockenkupp- lung, die ein Verbundgarn von Glasfasern, Metalldraht und Polyacrylnitrilfasern enthält, die mit einem wärmehärtbaren Zement oder Bindemittelsystem imprägniert und beschichtet sind. Das Bindemittel kann Reibungsteilchen, wie Ruß, Graphit, Metalloxide, Bariumsulfat, Aluminiumsilicat, gemahlene Kautschukteilchen, gemahlene organische Harze, polymerisiertes Cashewnussöl, Ton, Siliciumdioxid oder Kryolith, enthalten (vgl. Spalte 2, Zeilen 55 bis 66).
Um das Eindringen von Harz zwischen Glasverstärkungsfasern während der Bildung eines Verbundmaterials zu verbessern, beschreibt US-A-3,312,569 das Anhaften von Teilchen von abrasivem Aluminiumoxid an die Oberflächen der Glasfasern mittels eines synthetischen, organischen Harzes. JP-A-9-208,268 beschreibt ein Gewebe, bei dem ein aus Glasfasern gebildetes Garn unmittelbar nach dem Verspinnen mit Stärke oder einem synthetischen Harz und 0,001 bis 20,0 Gew.-% anorganischer fester Teilchen, wie kolloidales Siliciumdioxid, Calciumcarbonat, Kaolin und Talkum, beschichtet wird. Die Mohs-Härtewerte von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid sind jedoch größer als etwa 9 bzw. etwa 7 was den Abrieb von weicheren Glasfasern verursachen kann.
RU-A-859400 beschreibt eine Imprägnierungszusammensetzung zur Herstellung von Laminaten von Glasfasergewebe, wobei die Zusammensetzung eine alkoholische Lö- sung von Phenol-Formaldehyd-Harz, Graphit, Molybdändisulfid, Polyvinylbutyral und oberflächenaktivem Mittel enthält. Flüchtige alkoholische Lösungsmittel sind für Anwendungen in der Glasfaserherstellung nicht erwünscht.
US-A-5,541,238 beschreibt eine Faser zur Verstärkung von thermoplastischen oder wärmehärtbaren Verbundmaterialien, die durch das Dampfauftrags- oder Plasmaverfahren mit einer einzigen Schicht eines ultrafeinen Materials, wie anorganische Oxide, Nitride, Carbide, Boride, Metalle und Kombinationen davon mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,005 bis 1 Mikrometer beschichtet wird. Gesichtspunkte des begrenzten Raums und Umweltgesichtspunkte lassen die Verwendung von Dampfauftrags- oder Plasmaverfahren bei der Glasfaserherstellung mittels Ziehdüse nicht zu.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Glasfasern bereit zu stellen, die mit einer Vielzahl von polymeren Matrixmaterialien verträglich sind und die einen wirksameren Wärmeableitungsmechanismus für Verstärkungsanwendungen, wie gedruckte elektronische Schaltplatten, bereit stellen können.
Diese Aufgabe ist gelöst durch einen beschichteten Faserstrang, der wenigstens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer ersten wässrigen Schlichte- oder Beschichtungszusammensetzung enthält, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtezusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K enthält.
Bevorzugt ist wenigstens eine Glasfaser, die eine primäre Schicht eines getrockneten Rückstands einer zweiten Schlichtezusammensetzung, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, und eine zweite Schicht der ersten wässrigen Schlichte- oder Beschichtungszusammensetzung aufweist, die auf wenigstens einem Teil der primären Schicht angeordnet ist.
Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein beschichteter Faserstrang, enthaltend mindestens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer Schlichtezusammensetzung, die auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, und eine sekundäre Schicht einer pulverförmigen sekundären Beschichtungszusammensetzung, die auf mindestens einem Teil der primären Schicht angeordnet ist, wobei die pulverförmige sekundäre Beschichtungszusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 300 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K enthält.
Vorzugsweise ist eine tertiäre Schicht einer tertiären Beschichtungszusammensetzung, die ein polymeres Material enthält, auf wenigstens einem Teil der primären Schicht angeordnet, und die sekundäre Schicht der pulverförmigen sekundären Beschichtungszusammensetzung ist auf wenigstens einem Teil der tertiären Schicht angeordnet.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein verstärktes, polymeres Verbundmaterial, enthaltend: (a) einen beschichteten Faserstrang, enthaltend wenigstens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer wässrigen Schlichtezusammensetzung, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtezusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K hat, und (b) ein polymeres Matrixmaterial.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gewebe, das einen beschichteten Faserstrang umfasst, der wenigstens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer wässrigen Schlichtezusammensetzung, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtezusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K enthält.
Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronischer Träger, umfassend: (a) ein Gewebe, das einen beschichteten Faserstrang umfasst, der wenigstens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstandes einer wässrigen Schlichtezusammensetzung enthält, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtezusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K enthält, und (b) eine Schicht eines polymeren Matrixmaterials, das auf wenigstens einen Teil des Gewebes aufgebracht ist.
Vorzugsweise enthält der Träger weiter eine zweite Verbundmaterialschicht, die verschieden ist von der ersten Verbundmaterialschicht.
Der Träger kann eine Packung erster, zweiter oder dritter Art sein.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine gedruckte elektronische Schaltplatte, umfassend: (a) einen elektronischen Träger, umfassend: (i) ein Gewebe, das einen beschichteten Faserstrang umfasst, der wenigstens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstandes einer wässrigen Schlichtezusammensetzung enthält, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtezusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K enthält, und (ii) eine Schicht eines polymeren Matrixmaterials, das auf wenigstens einen Teil des Gewebes aufgebracht ist, und (b) eine elektrisch lei tende Schicht, die benachbart zu ausgewählten Teilen von ausgewählten Seiten des elektronischen Trägers angeordnet ist.
Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine gedruckte elektronische Schaltplatte, umfassend: (a) einen elektronischen Träger, umfassend: (i) eine erste Verbundmaterialschicht,umfassend: (1) ein Gewebe, umfassend einen beschichteten Faserstrang, der wenigstens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer wässrigen Schichtzusammensetzung enthält, die auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtezusammensetzung anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K enthält, und (2) eine Schicht aus einem polymeren Matrixmaterial, die auf wenigstens einen Teil des Gewebes aufgebracht ist, und (ii) eine zweite Verbundmaterialschicht, die von der ersten Verbundmaterialschicht verschieden ist, und (b) eine elektrisch leitende Schicht, die benachbart zu ausgewählten Teilen von ausgewählten Zeiten der ersten und/oder zweiten Verbundmaterialschichten angeordnet ist.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Öffnung durch eine Gewebeschicht eines elektronischen Trägers für eine gedruckte elektronische Schaltplatte durch (1) Anordnen eines elektronischen Trägers, umfassend einen Teil einer Gewebeschicht, in welcher eine Öffnung ausgebildet werden soll, in Registerhaltung mit einer Öffnung ausbildenden Vorrichtung, und (2) Ausbilden einer Öffnung in dem Teil der Gewebeschicht, worin die Verbesserung umfasst: das Gewebe enthält einen beschichteten Faserstrang, der wenigstens eine Glasfaser mit einer Schicht umfasst, die anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei einer Temperatur von etwa 300 K umfasst, aufgebracht auf wenigstens einen Teil einer Oberfläche der wenigstens einen Glasfaser.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Sowohl die vorstehende Zusammenfassung als auch die folgende ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. In den Zeichnungen
ist 1 eine perspektivische Ansicht eines beschichteten Faserstrangs mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer wässrigen Schichtzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung;
ist 2 eine perspektivische Ansicht eines beschichteten Faserstrangs mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer Schlichtezusammensetzung und darauf befindlich eine sekundäre Schicht einer wässrigen, sekundären Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung;
ist 3 eine perspektivische Ansicht eines beschichteten Faserstrangs mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstands einer Schlichtezusammensetzung, einer sekundären Schicht einer wässrigen, sekundären Beschichtungszusammensetzung und einer darauf befindlichen tertiären Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
ist 4 eine Draufsicht auf ein Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung;
ist 5 eine Draufsicht auf ein Gewebe gemäß der vorliegenden Erfindung;
sist 6 eine Querschnittsansicht eines elektronischen Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung;
sind 7 und 8 Querschnittsansichten von alternativen Ausführungsformen eines elektronischen Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung; und
ist 9 ein schematisches Diagramm eines Verfahrens zur Ausbildung einer Öffnung in einer Gewebeschicht eines elektronischen Trägers.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Glasfasern der vorliegenden Erfindung haben eine einzigartige Beschichtung, welche die Wärmeleitung entlang beschichteter Oberfläche der Fasern erleichtern kann.
Wenn sie als kontinuierliche Verstärkung für eine gedruckte elektronische Schaltplatte verwendet werden, können die beschichteten Glasfasern der vorliegenden Erfindung einen Mechanismus bereit stellen, um die Wärmeableitung aus einer Wärmequelle (wie ein Chip oder eine Schaltung) entlang der Verstärkung zu fördern, um Wärme von den elektronischen Komponenten weg zu leiten und dadurch den thermischen Abbau und/oder die Verschlechterung der Schaltkomponenten, von Glasfasern und des polymeren Matrixmaterials zu hemmen. Die beschichteten Glasfasern der vorliegenden Erfindung ergeben eine höhere Wärmeleitfähigkeitsphase als das Matrixmaterial, d. h. einen bevorzugten Weg für die Wärmeableitung, wodurch die Differentialwärmeausdehnung und die Verwerfung der gedruckten elektronischen Schaltplatte verringert und die Zuverlässigkeit von Lötverbindungen verbessert werden.
Die beschichteten Glasfaserstränge der vorliegenden Erfindung erniedrigen oder eliminieren die Notwendigkeit zur Einarbeitung thermisch leitender Materialien in das Matrixharz, was die Laminatherstellungsvorgänge verbessert und die kostenaufwendige Reinigung und Wartung des Vorratsbehälters für das Matrixmaterial herabsetzt.
Andere Vorteile der beschichteten Fasern der vorliegenden Erfindung können gute Laminatfestigkeit, Wärmestabilität, Stabilität gegen Hydrolyse, niedrige Korrosion und Reaktivität in Anwesenheit von hoher Feuchtigkeit, reaktiven Säuren und Alkalien und Verträglichkeit mit einer Vielzahl von polymeren Matrixmaterialien umfassen, was die Notwendigkeit für eine Reinigung der Glasfasern durch Wärme vor dem Laminieren eliminieren kann.
Ein anderer signifikanter Vorteil der beschichten Glasfaserstränge der vorliegenden Erfindung ist die gute Verarbeitbarkeit beim Weben und Stricken. Geringe Faserung und Halos, wenig gebrochene Filamente, eine niedrige Strangspannung, eine gute Verarbeitbarkeit auf einem Flyer und eine niedrige Zufuhrzeit sind Charakteristiken, die durch die beschichteten Glasfaserstränge der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, um das Weben und Stricken zu erleichtern und um damit im Einklang stehend ein Gewebe mit wenig Oberflächenfehlern für Anwendungen bei gedruckten Schaltplatten zu ergeben.
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, worin gleiche Zahlen durchwegs gleiche Elemente angeben. In 1 ist ein beschichteter Faserstrang 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, der wenigstens eine Glasfaser 12 enthält. Vorzugsweise enthält der Strang 10 eine Mehrzahl von Glasfasern 12. Der Ausdruck "Strang", wie hierin verwendet, bedeutet eine oder mehrere Einzelfasern. Der Ausdruck "Faser" bedeutet ein einzelnes Filament.
Die Glasfasern 12 können aus jedem Typ einer faserfähigen Glaszusammensetzung gebildet werden, die dem Fachmann bekannt ist, einschließlich solcher, die aus faserfähigen Glaszusammensetzungen, wie "E-Glas", "A-Glas", "C-Glas", "D-Glas", "R-Glas", "S-Glas" und E-Glasderivaten hergestellt sind. "E-Glasderivate", wie hierin verwendet, bedeutet Glaszusammensetzungen, welche kleinere Mengen von Fluor und/oder Bor enthalten und vorzugsweise fluorfrei und/oder bortrei sind. Wie hierin verwendet, bedeutet weiterhin "kleiner" weniger als etwa 1 Gew.-% Fluor und weniger als etwa 5 Gew.-% Bor. Basalt- und Mineralwollefasern sind Beispiele von anderen Glasfasern, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. Bevorzugte Glasfasern sind aus E-Glas und E-Glasderivaten gebildet. Solche Zusammensetzungen und Verfahren zur Herstellung von Glasfilamenten daraus sind dem Fachmann bekannt, und eine weitere Diskussion davon scheint im Hinblick auf die vorliegende Beschreibung nicht notwendig zu sein. Falls zusätzliche Information benötigt wird, sind solche Glaszusammensetzungen und Faserbildungsverfahren in K. Loewenstein, The Manufacturing Technology of Glass Fibres, (3. Auflage 1993), Seiten 30 bis 44, 47 bis 60, 115 bis 122 und 126 bis 135 und in US-A-4,542,106 und US-A-5,789,329 beschrieben.
Zusätzlich zu Glasfasern kann der beschichtete Faserstrang 10 weiter Fasern enthalten, die aus anderen faserbaren natürlichen oder künstlichen Materialien gebildet sind, wie anorganische Nicht-Glasmaterialien, natürliche Materialien, organische polymere Materialien und Kombinationen davon. Der Ausdruck "faserbar", wie hierin verwendet, bedeutet ein Material, das zu einem gewöhnlich kontinuierlichen Filament, einer Faser, einem Strang oder einem Gam geformt werden kann.
Geeignete anorganische Nicht-Glasfasern umfassen keramische Fasern, die aus Siliciumcarbid, Kohlenstoff, Graphit, Mullit, Aluminiumoxid und piezoelektrischen, keramischen Materialien geformt sind. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten natürli chen Fasern tierischen und pflanzlichen Ursprungs umfassen Baumwolle, Cellulose, Naturkautschuk, Flachs, Ramie, Hanf, Sisal und Wolle. Geeignete Kunsffasern umfassen solche, die aus Polyamiden (wie Nylon und Aramide), thermoplastischen Polyestern (wie Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat), Acrylpolymeren (wie Polyacrylnitrile), Polyolefinen, Polyurethanen und Vinylpolymeren (wie Polyvinylalkohol) geformt sind. Nicht-Glasfasern, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sein können, und Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung solcher Fasern sind ausführlich in Encyclpedia of Polymer Science and Technoloqy, Band 6 (1967), Seiten 505 bis 712 beschrieben, was hierdurch durch Bezug eingeschlossen ist. Es wird darauf hingewiesen, dass Mischungen oder Copolymere von sämtlichen der vorstehenden Materialien und Kombinationen von aus sämtlichen der vorstehenden Materialien geformten Fasern in der vorliegenden Erfindung, falls erwünscht, verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung wird nun allgemein im Zusammenhang mit Glasfasersträngen beschrieben, obwohl es für den Fachmann klar ist, dass der Strang 10 zusätzlich eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Nicht-Glasfasern enthalten kann.
Mit fortdauerndem Bezug auf 1 sind in einer bevorzugten Ausführungsform Fasern 12 des Faserstrangs 11 der vorliegenden Erfindung mit einer primären Schicht 14 eines getrockneten Rückstands einer wässrigen Schlichtezusammensetzung beschichtet, die auf wenigstens einen Teil 17 einer Obertläche 16 der Faser 12 aufgebracht ist, um die Faseroberfläche 16 vor Abrieb während der Verarbeitung zu schützen und um ein Brechen der Fasern 12 zu hemmen. Vorzugsweise ist der getrocknete Rückstand der wässrigen Schlichtezusammensetzung auf die gesamte äußere Oberfläche 16 oder auf den Umfang jeder der Faser(n) 12 des Stranges 11 aufgebracht, um den beschichteten Faserstrang 10 zu bilden.
Die Ausdrücke "Schlichte", "geschlichtet" oder "Schlichten", wie hierin verwendet, beziehen sich auf die Beschichtungszusammensetzung, die auf die Faser unmittelbar nach der Bildung der Fasern aufgebracht wird. In einer alternativen Ausführungsform beziehen sich die Ausdrücke "Schlichte", "geschlichtet" oder "Schlichten" zusätzlich auf die Beschichtungszusammensetzung (auch als "Endschlichte" bekannt), die auf die Fasern aufgebracht wird, nachdem eine herkömmliche primäre Beschichtungszusammenset zung durch Wärme oder chemische Behandlung entfernt worden ist, d. h. die Endschlichte wird auf die nackten Glasfasern aufgebracht, eingearbeitet in einer Gewebeform.
Die wässrige Schlichtezusammensetzung umfasst eines oder mehrere und vorzugsweise eine Mehrzahl von thermisch leitenden, anorganischen festen Teilchen 18 mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 5 Watt pro Meter K, gemessen bei einer Temperatur von etwa 300 K. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wänneleitfähigkeit der Teilchen 18 größer als 30 Watt pro Meter K, vorzugsweise ist sie größer als 100 Watt pro Meter K und noch bevorzugter liegt sie im Bereich von 100 bis 2000 Watt pro Meter K. "Wärmeleitfähigkeit", wie hierin verwendet, bedeutet die Eigenschaft des anorganischen festen Teilchens 18, welche seine Fähigkeit zur Wärmeübertragung durch es selbst beschreibt, vgl. R. Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, (12. Auflage 1993), Seite 305. Darüber hinaus bedeutet "fest", wie hierin verwendet, eine Substanz, die unter mäßiger Belastung nicht merklich fließt, eine bestimmte Fähigkeit zum Widerstand gegen Kräfte hat, welche sie verformen wollen und unter gewöhnlichen Bedingungen eine bestimmte Größe und Form beibehält, vgl. Webster's Third New International Dictionary of the English Language–Unabridged (1971), Seite 2169. Der Ausdruck "fest", wie hierin verwendet, umfasst weiterhin sowohl kristalline als auch nicht kristalline Materialien.
Die Wärmeleitfähigkeit eines festen Materials kann nach jedem Verfahren bestimmt werden, welches dem Fachmann bekannt ist. Wenn die Wärmeleitfähigkeit des zu prüfenden Materials im Bereich von 0,001 Watt pro Meter K bis 100 Watt pro Meter K liegt, kann die Wänneleitfähigkeit des Materials z. B. unter Verwendung des bevorzugten Verfahrens der Wärmeschutzprüfung gemäß ASTM C-177-85 bei einer Temperatur von etwa 300 K bestimmt werden. Wenn die Wärmeleitfähigkeit des zu prüfenden Materials im Bereich von 20 Watt pro Meter K bis 1200 Watt pro Meter K liegt, kann die Wärmeleitfähigkeit des Materials unter Verwendung des Verfahrens mit überwachtem Heißflusssensor gemäß ASTM C-518-91 bestimmt werden.
Bei der Wärmeschutzprüfung wird ein Wärmeschutzprüfungsgerät, bestehend aus einer überwachten Heizeinheit, zwei Hilfsheizplatten, zwei Kühleinheiten, einer Kantenisolierung, einer temperaturgeregelten sekundären Schutzeinrichtung und einer Ableseeinrichtung mit Temperatursensor verwendet, um zwei im wesentlichen identische Proben zu prüfen. Die Proben werden auf jeder Seite der geschützten Heizeinheit angeordnet, wobei die gegenüberliegenden Seiten der Prüfstücke in Kontakt mit den Hilfsheizeinheiten sind. Das Gerät wird dann auf die erwünschte Prüftemperatur erhitzt und für einen Zeitraum gehalten, der erforderlich ist, um den stationären Wärmezustand zu erreichen. Wenn die Gleichgewichtsbedingung erreicht ist, werden der Wärmefluss (Q), der durch die Proben fließt, und der Temperaturunterschied (ΔT) über die Proben hinweg aufgezeichnet. Die mittlere Wärmeleitfähigkeit (K) der Proben wird dann unter Verwendung der folgenden Gleichung (I) berechnet: K = QL/A•ΔT (I) worin L die mittlere Dicke der Proben und A der Mittelwert der kombinierten Fläche der Proben sind.
Um den Abrieb und das Brechen der Glasfasern zu minimieren, haben die wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen 18, die auf die Fasern in Form einer Schlichtezusammensetzung aufgebracht werden, vorzugsweise einen Härtewert, welcher einen Härtewert der Glasfaser(n) nicht übersteigt, d. h. kleiner oder gleich ist. Die Härtewerte der wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen und der Glasfasern können durch jedes herkömmliche Härtemessverfahren bestimmt werden, wie die Vickers- oder Brinell-Härte, die Härte wird jedoch vorzugsweise gemäß der ursprünglichen Mohs-Härteskala bestimmt, welche die relative Kratzbeständigkeit der Oberfläche eines Materials angibt. Der Mohs-Härtewert von Glasfasern liegt gewöhnlich im Bereich von 4,5 bis 6,5 und beträgt vorzugsweise etwa 6, vgl. R. Weast (Hrsg.), Handbook of Chemistrv and Physics, CRC Press (1975), Seite F-22. Der Mohs-Härtewert der wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 6.
Die Wärmeleitfähigkeit und die Mohs'Härtewerte von einigen, nicht beschränkenden Beispielen von wärmeleitfähigen, anorganischen festen Materialen, die zur Verwendung als Teilchen 18 in Schlichtezusammensetzungen zur Bildung von beschichteten Glasfasersträngen gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in den nachstehenden Tabellen A und B wiedergegeben. Es ist dem Fachmann klar, dass Teilchen aus einem Material oder einer Mischung der wärmeleitfähigen, anorganischen festen Materialien, die in den Tabellen A und B aufgeführt sind, in einer Schlichte verwendet werden können, um beschichtete Glasfaserstränge gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Tabelle A
Tabelle B
Andere geeignete wärmeleitende, anorganische feste Materialien umfassen Molybdändisulfid und Magnesiumoxid. Mischungen von Teilchen von jedem der vorstehenden wärmeleitfähigen, anorganischen festen Materialien sind in der vorliegenden Erfindung ebenfalls geeignet.
Wie vorstehend erwähnt, bezieht sich die Mohs-Härteskala auf die Beständigkeit eines Materials gegen Verkratzen. Die vorliegende Endung zieht daher Teilchen in Betracht, die eine Härte auf ihrer Oberfläche haben, die verschieden ist von der Härte der inneren Teile des Teilchens unter seiner Oberfläche. Spezieller kann die Oberfläche des Teilchens in jeder im Stand der Technik bekannten Weise modifiziert werden, einschließlich aber nicht beschränkt auf Beschichten, Ummanteln oder Einkapseln des Teilchens oder chemisches Verändern seiner Oberflächencharakteristiken unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Techniken derart, dass die Oberflächenhärte des Teilchens nicht größer ist als die Härte der Glasfasern, während die Härte des Teilchens unter der Oberfläche größer ist als die Härte der Glasfasern. So können z. B., aber die vorliegende Erfindung nicht beschränkend, anorganische Teilchen, wie Siliciumcarbid und
Aluminiumnitrid mit einer Siliciumdioxid-, Carbonat- oder Nanotonbeschichtung versehen sein. Zusätzlich können Silan-Kupplungsmittel mit Alkylseitenketten mit der Oberfläche von zahlreichen Oxidteilchen umgesetzt werden, um eine "weichere" Oberfläche zu erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen eine lamellare Struktur, um die Werkzeugabnutzung während des Bohrens zu verringern. Teilchen mit einer lamellaren oder hexagonalen Kristallstruktur sind aus Folien oder Platten von Atomen in hexagonaler Anordnung mit starker Bindung innerhalb der Folie und schwacher van der Waals-Bindung zwischen Folien aufgebaut, was eine niedrige Scherfestigkeit zwischen Folien ergibt, vgl. Friction. Wear. Lubrication, Seite 125, Solid Lubricants and Self-Lubricating Solids, Seiten 19–22, 42–54, 75–77, 80 –81, 82, 90–102, 113–120 und 128, und W. Campbell "Solid Lubricants", Boundary Lubrication; An Appraisal of World Literature, ASME Research Commitee on Lubrication (1969), Seiten 202–203. Nicht hydratisierbare, anorganische feste Teilchen mit einer lamellaren Fullerenstruktur (Buckyballstruktur) sind in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendbar.
Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen mit einer lamellaren Struktur umfassen Bornitrid und Graphit. Bornitridteilchen mit einer hexagonalen Kristallstruktur sind zur Verwendung in der wässrigen Schlichtezusammensetzung am bevorzugtesten. Nicht beschränkende Beispiele von Bornitridteilchen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Bornitrid-Pulverteilchen der Polar Therm 100^® Reihe (PT 120, PT 140, PT 160 und PT 180), 300 Reihe (PT 350) und 600 Reihe (PT 620, PT 630, PT 640 und PT 670), die im Handel erhältlich sind von Advanced Ceramics Corporation, Lakewood, Ohio, vgl. "Polar Therm^® Thermally Conductive Fillers for Polymeric Materials", ein technisches Bulletin von Advanced Ceramics Corporation, Lakewood, Ohio (1996), welches hierdurch durch Bezug eingeschlossen ist. Diese Teilchen haben eine Wärmeleitfähigkeit von 250 bis 300 Watt pro Meter K bei 25°C, eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,9 und einen spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹⁵ Ohm•cm. Das Pulver der 100 Reihe hat eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 5 bis 14 Mikrometer, die 300 Reihe hat eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 100 bis 150 Mikrometer, und die 600 Reihe hat eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 16 bis größer als 200 Mikrometer.
Gewöhnlich ist die mittlere Teilchengröße 19 (Kugeläquivalentdurchmesser) der wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen 18 kleiner als 1000 Mikrometes, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 100 Mikrometer und beträgt weiter vorzugsweise 0,1 bis 25 Mikrometer. Die Konfiguration oder Form der festen Teilchen 18 kann gewöhnlich, wie erwünscht, kugelförmig (wie Perlen oder Mikroperlen), kubisch, plattenartig oder azikulär (länglich oder fasrig) sein. Für weitere Information betreffend geeignete Teilchencharakteristiken vgl. H. Katz et al. (Hrsg.), Handbook of Fillers and Plastics, (1987), Seiten 9–10.
Die wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen 18 sind in der wässrigen Schlichtezusammensetzung als Dispersion, Suspension oder Emulsion in Wasser vorhanden. Andere Lösungsmittel, wie Mineralöl oder Alkohol (vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%), können, falls erwünscht, in der Schlichtezusammensetzung enthalten sein. Die Menge der wärmeleitfähigen, anorganischen festen Teilchen 18 in der wässrigen Schlichtezusammensetzung kann im Bereich von 0,001 bis 99 Gew.%, auf Basis des Gesamtgewichts, vorzugsweise 1 bis 75 Gew.-% und weiter vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-%, liegen. Ein nicht beschränkendes Beispiel einer bevorzugten Dispersion von etwa 25 Gew.-% Bornitridteilchen in Wasser ist ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC, das im Handel erhältlich ist von ZYP Coatings, Inc., Oak Ridge, Tennessee, vgl. "ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC", ein technisches Bulletin von ZYP Coatings, Inc. Gemäß dem Lieferanten haben die Bornitridteilchen in diesem Produkt eine mittlere Teilchengröße von weniger als 3 Mikrometer. Diese Dispersion enthält etwa 1 Prozent Magnesiumaluminiumsilicat, welches gemäß dem Lieferanten die Bornitridteilchen an das Substrat bindet, auf welches die Dispersion aufgebracht wird. Andere verwendbare Produkte, die im Handel von ZYP Coatings erhältlich sind, umfassen BORON NITRIDE LUBRICOAT^® Anstrichmittel, BRAZE STOP und WELD RELEASE Produkte.
In einer bevorzugen Ausführungsform sind die wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen 18 elektrisch isolierend oder haben einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand, d. h. einen spezifischen elektrischen Widerstand größer als 1000 Mikroohm•cm, wie z. B. Bornitrid. Die Verwendung von wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand ist für herkömmliche Anwendungen bei gedruckten elektronischen Schaltplatten bevorzugt, um einen Verlust von elektrischen Signalen aufgrund der elektrischen Leitung von Elektronen durch die Verstärkung zu hemmen. Für spezielle Anwendungen, wie Schaltplatten für Mikrowellen-, Radiofrequenz-Interferenz- und elektromagnetische Interferenzanwendungen sind Teilchen mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand nicht erforderlich. Gewöhnlich machen die wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen 18 0,001. bis 99 Gew.-% der Schlichtezusammensetzung auf Basis der gesamten Feststoffe, vorzugsweise 50 bis 99 Gew.-% und weiter vorzugsweise 75 bis 99 Gew.-%, aus.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die wässrige Schlichtezusammensetzung zusätzlich zu den wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen 18 ein oder mehrere polymere Materialien, wie wärmehärtbare Materialien, thermoplastische Materialien, Stärken und Mischungen davon, enthalten. Vorzugsweise bilden die polymeren Materialien einen gewöhnlich kontinuierlichen Film, wenn sie auf die Oberfläche 16 der Glasfasern aufgebracht werden. Gewöhnlich kann die Menge des polymeren Materials im Bereich von 1 bis 99 Gew.-% der wässrigen Schlichtezusammensetzung, auf Basis der Gesamtfeststoffe, vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-% und weiter vorzugsweise 1 bis 25 Gew.-%, liegen.
Wärmehärtbare Materialien sind bevorzugte polymere Materialien zur Verwendung in der wässrigen Schlichtezusammensetzung zum Beschichten von Glaserfasersträngen der vorliegenden Erfindung. Solche Materialien sind mit wärmehärtbaren Matrixmaterialien verträglich, die als Laminate für gedruckte elektronische Schaltplatten verwendet werden, wie FR-4-Epoxyharze, welche polyfunktionelle Epoxyharze sind, und in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfidung difunktionelle bromierte Epoxyharze und Polyimide sind, vgl. Electronic Materials Handbook^TM, ASM International (1989), Seiten 534–537.
Verwendbare wärmehärtbare polymere Materialien umfassen wärmehärtbare Polyester, Epoxymaterialien, Vinylester, Phenolverbindungen, Aminoplaste, wärmehärtbare Polyurethane und Mischungen davon. Geeignete wärmehärtbare Polyester umfassen STY-POL-Polyester, die im Handel von Cook Composites and Polymers, Port Washington, Wisconsin erhältlich sind, und NEOXIL-Polyester, die im Handel von DSM B. V., Como, Italien erhältlich sind. Verwendbare Epoxymaterialien enthalten wenigstens eine Epoxyoder Oxirangruppe im Molekül, wie Polyglycidylether von mehrwertigen Alkoholen oder Thiolen. Beispiele von geeigneten Epoxypolymeren umfassen EPON^® 826- und EPON^® 880-Epoxyharze, welche epoxyfunktionelle Polyglycidylether von Bisphenol A sind, die im Handel von Shell Chemical Company, Houston, Texas erhältlich sind.
Verwendbare thermoplastische polymere Materialien umfassen Vinylpolymere, thermoplastische Polyester, Polyolefine, Polyamide (z. B. aliphatische Polyimide oder aromatische Polyamide, wie Aramid), thermoplastische Polyurethane, Acrylpolymere und Mischungen davon. Bevorzugte Vinylpolymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, umfassen Polyvinylpyrrolidone, wie PVP K-15, PVP K-30, PVP K-60 und PVP K-90, die jeweils im Nandel von ISP Chemicals, Wayne, New Jersey erhältlich sind. Andere geeignete Vinylpolymere umfassen Resyn 2828 und Resyn 1037 Vinylacetat-Copolymeremulsionen, die im Handel von National Starch erhältlich sind, und andere Polyvinylacetate, wie sie im Handel von H. B. Fuller und Air Products and Chemicals Co., Allentown, Pennsylvania erhältlich sind.
Thermoplastische Polyester, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, umfassen DESMOPHEN 2000 und DESMOPHEN 2001 KS, die beide im Handel von Bayer, Pittsburgh, Pennsylvania erhältlich sind. Ein bevorzugter thermoplastischer Polyester ist RD-847A Polyesterharz, welches im Handel von Borden Chemicals, Columbus, Ohio erhältlich ist. Verwendbare Polyamide umfassen die VERSAMID-Produkte, die im Handel von General Mills Chemicals, Inc. erhältlich sind. Verwendbare thermoplastische Polyurethane umfassen WITCOBOND^® W-290H, das im Handel von Witco Chemical, Corp., Chicago, Illinois erhältlich ist, und RUCOTHANE^® 2011 L-Polyurethanlatex, der im Handel von Ruco Polymer Corp., Hicksville, New York erhältlich ist.
Die wässrige Schlichtezusammensetzung kann eine Mischung eines oder mehrerer wärmehärtbarer polymerer Materialien mit einem oder mehreren thermoplastischen polymeren Materialien enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform für Laminate für gedruckte Schaltplatten umfassen die polymeren Materialien der wässrigen Schlichtezusammensetzung eine Mischung von RD-847A-Polyesterharz, PVP K-30-Polyvinylpyrrolidon, DESMOPHEN 2000-Polyester und VERSAMID-Polyamid. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform, die für Laminate für gedruckte Schaltplatten geeignet ist, umfassen die polymeren Materialien der wässrigen Schlichtezusammensetzung eine Mischung von EPON 826-Epoxyharz und PVP K-30-Polyvinylpyrrolidon.
Verwendbare Stärken umfassen solche, die. aus Kartoffeln, Korn, Weizen, Mais, Sago, Reis, Milo und Mischungen davon hergestellt sind. Ein nicht beschränkendes Beispiel einer verwendbaren Stärke ist Kollotex 1250 (eine Stärke auf Kartoffelbasis mit niedrigem Amylosegehalt und niedriger Viskosität, verethert mit Ethylenoxid), die im Handel von AVEBE, Niederlande erhältlich ist.
Die polymeren Materialien können wasserlöslich, emulgierbar, dispergierbar und/oder härtbar sein. "Wasserlöslich", wie hierin verwendet, bedeutet, dass die Materialien befähigt sind, in Wasser im wesentlichen gleichmäßig vermischt und/oder molekular oder ionisch verteilt zu werden, um eine wahre Lösung zu bilden, vgl. Hawley's, Seite 1075. "Emulgierbar" bedeutet, dass die polymeren Materialien befähigt sind, in Wasser in Gegenwart eines Emulgiermittels eine im Wesentlichen stabile Mischung zu bilden oder suspendiert zu werden, vgl. Hawley's, Seite 461. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten Emulgiermitteln sind nachstehend aufgeführt. "Dispergierbar" bedeutet, dass jede der Komponenten der polymeren Materialien befähigt ist, in Wasser als fein verteilte Teilchen, wie ein Latex, verteilt zu werden, vgl. Hawley's, Seite 435. Die Gleichmäßigkeit der Dispersion kann durch Zugabe von Netz-, Dispergier- oder Emulgiermitteln (oberflächenaktive Mittel), die nachstehend diskutiert werden, erhöht werden. "Härtbar" bedeutet, dass die polymeren Materialien und andere Komponenten der Schlichtezusammensetzung befähigt sind, zu einem Film zu koaleszieren oder miteinander vernetzt zu werden, um die physikalischen Eigenschaften der polymeren Materialien zu verändern, vgl. Hawley's, Seite 331.
Zusätzlich oder anstelle der vorstehend genannten polymeren Materialien enthält die wässrige Schlichtezusammensetzung vorzugsweise ein oder mehrere Kupplungsmittel, wie Organosilan-Kupplungsmittel, Übergangsmetall-Kupplungsmittel, Phosphonat-Kupplungsmittel, Aluminium-Kupplungsmittel, Amino enthaltende Werner-Kupplungsmittel und Mischungen davon. Diese Kupplungsmittel haben typischerweise eine zweifache Funktionalität. An jedes Metall- oder Siliciumatom ist eine oder mehrere Gruppen gebunden, die mit der Faseroberfläche und/oder den Komponenten der wässrigen Schlichtezusammensetzung reagieren oder damit verträglich sein kann. Der Ausdruck "verträg lich sein", wie hierin verwendet, bedeutet, dass die Gruppen an die Faseroberfläche und/oder die Komponenten der Schlichtezusammensetzung z. B. durch polare, Netzoder Solvatisierungskräfte chemisch angezogen aber nicht gebunden werden.
Beispiele hydrolysierbarer Gruppen umfassen: -OR,
-O-N=C-R⁵ und den Monohydroxy- und/oder cyclischen C₂- bis C₃-Rest eines 1,2- oder 1,3-Glycols, worin R¹ C₁- bis C₃-Alkyl ist, R² H oder C₁- bis C₄-Alkyl ist, R³und R⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, C₁- bis C₄-Alkyl oder C₆- bis C₈-Aryl; und R⁵ C₄- bis C₇-Alkylen ist. Beispiele von geeigneten verträglich machenden oder funktionellen Gruppen umfassen Epoxy-, Glycidoxy-, Mercapto-, Cyano-, Allyl-, Alkyl-, Urethano-, Halo-, Isocyanato-, Ureido-, Imidazolinyl-, Vinyl-, Acrylato-, Methacrylato-, Amino- oder Polyaminogruppen.
Funktionelle Organosilan-Kupplungsmittel sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Beispiele von verwendbaren funktionellen Organosilan-Kupplungsmitteln umfassen γ-Aminopropyltrialkoxysilane, γ-Isocyanatopropyltriethoxysilan, Vinyltrialkoxysilane, Glycidoxypropyltrialkoxysilane und Ureidopropyltrialkoxysilane. Bevorzugte funktionelle Organosilan-Kupplungsmittel umfassen A-187 γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan-, A-174 γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan-, A-1100 γ--Aminopropyltriethoxysilan-Kupplungsmittel, A-1108-Aminosilan-Kupplungsmittel und A-1160-γ-Ureidopropyltriethoxysilan (jedes von diesen ist im Handel erhältlich von OSi Specialties, Inc., Tarrytown, New York). Das Organosilan-Kupplungsmittel kann vor der Aufbringung auf die Fasern wenigstens teilweise hydrolysiert, vorzugsweise in einem stöchiometrischen Verhältnis von etwa 1 : 1, oder, falls erwünscht, in unhydrolysierter Form aufgebracht werden.
Geeignete Übergangsmetall-Kupplungsmittel umfassen Titan-, Zirkon-, Yttrium- und Chrom-Kupplungsmittel, Geeignete Titanat-Kupplungsmittel und Zirkonat-Kupplungsmittel sind im Handel erhältlich von Kenrich Petrochemical Company. Geeignete Chromkomplexe sind im Handel erhältlich von E. I. du Pont de Nemours, Wilmington, Delaware. Die Amino enthaltenden Kupplungsmittel vom Werner-Typ sind komplexe Verbindungen, in welchen ein dreiwertiges Kernatom, wie Chrom mit einer organischen Säure mit Aminofunktionalität koordiniert ist. Andere Metallchelat-Kupplungsmittel und Kupplungsmittel vom koordinierten Typ, die dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls hierin verwendet werden.
Die Menge des Kupplungsmittels kann im Bereich von 1 bis 99 Gew.-% der wässrigen Schlichtezusammensetzung auf Basis der Gesamffeststoffe und vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-% liegen.
Die wässrige Schlichtezusammensetzung kann weiter ein oder mehrere organische Gleitmittel enthalten, die chemisch verschieden sind von den vorstehend diskutierten polymeren Materialien. Obwohl die wässrige Schlichtezusammensetzung bis zu etwa 60 Gew.-% organische Gleitmittel enthalten kann, ist die Schlichtezusammensetzung im Wesentlichen frei von organischen Gleitmitteln, d. h. sie enthält weniger als 20 Gew.-% organische Gleitmittel, und ist weiter vorzugsweise frei von organischen Gleitmitteln. Solche organische Gleitmittel umfassen kationische, nicht ionische oder anionische Gleitmittel und Mischungen davon, wie Aminsalze von Fettsäuren, Alkylimidazolinderivate, wie CATION X, welches im Handel von Rhone Poulenc, Princeton, New Jersey erhältlich ist, durch Säure löslich gemachte Fettsäureamide, Kondensate einer Fettsäure und Polyethylenimin und mit Amid substituierte Polyethylenimine, wie EMERY® 6717, ein teilweise amidiertes Polyethylenimin, das im Handel von Henkel Corporation, Kankakee, Illinois erhältlich ist.
Vorzugsweise ist die Schlichtezusammensetzung im Wesentlichen frei von hydratisierbaren, organischen festen Gleitmittelteilchen oder abrasiven Siliciumdioxidteilchen oder Calciumcarbonat, d. h. sie enthält weniger als, 20 Gew.-% hydratisierbare, organische Gleitmittelteilchen, abrasive Siliciumdioxidteilchen oder Calciumcarbonat auf Basis der. Gesamffeststoffe, weiter vorzugsweise weniger als 5 Gew.-% und am bevorzugtesten weniger als 0,001 Gew.-%.
Die wässrige Schlichtezusammensetzung kann ein oder mehrere Emulgiermittel zum Emulgieren oder Dispergieren von Komponenten der wässrigen Schlichtezusammensetzung, wie die anorganischen Teilchen, enthalten. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten Emulgiermitteln oder oberflächenaktiven Mitteln umfassen Polyoxyalkylen-Blockcopolymere (wie PLURONICT" F-108 Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Copolymer, welches im Handel erhältlich ist von BASF Corporation, Parsippany, New Jersey), ethoxylierte Alkylphenole (wie IGEPAL CA-630 ethoxyliertes Octylphenoxyethanol, welches im Handel erhältlich ist von GAF Corporation, Wayne, New Jersey), Polyoxyethylenoctylphenylglycolether, Ethylenoxidderivate von Sorbitestern, polyoxyethylierte pflanzliche Öle (wie ALKAMULS EL-719, welches im Handel von Rhone-Poulenc erhältlich ist) und oberflächenaktive Noriylphenole (wie MACOL NP-6, welches im Handel von BASF, Parsippany, New Jersey erhältlich ist). Gewöhnlich kann die Menge des Emulgiermittels im Bereich von 1 bis 30 Gew.-% der wässrigen Schlichtezusammensetzung auf Basis der Gesamffeststoffe liegen.
Die wässrige Schlichtezusammensetzung kann ein oder mehrere wasserlösliche, emulgierbare oder dispergierbare Wachsmaterialien enthalten, wie pflanzliche, tierische, mineralische, synthetische oder Erdölwachse. Bevorzugte Wachse sind Erdölwachse, wie MICHEM ^® LUBE 296 mikrokristallines Wachs, POLYMEKON^® SPP-W mikrokristallines Wachs und PETROLITE 75 mikrokristallines Wachs, welche im Handel von Michelmann Inc., Cincinnati, Ohio bzw. Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma erhältlich sind. Gewöhnlich kann die Wachsmenge 1 bis 10 Gew.% der Schlichtezusammensetzung auf Basis der Gesamffeststoffe betragen.
Vernetzungsmaterialien, wie Melamin-Formaldehyd, und Weichmacher, wie Phthalate, Trimellithate und Adipate, können auch in der wässrigen Schlichtezusammensetzung enthalten sein. Die Menge von Vernetzer oder Weichmacher kann im Bereich von 1 bis 5 Gew.-% der Schlichtezusammensetzung auf Basis der Gesamffeststoffe liegen.
Andere Additive, wie Silicone, Fungizide, Bakterizide und Antischaummaterialien, können in der wässrigen Schlichtezusammensetzung gewöhnlich in einer Menge von weniger als 5 Gew.-% enthalten sein. Organische und/oder anorganische Säuren oder Basen können ebenfalls in einer Menge in der organischen Schlichtezusammensetzung enthalten sein, die ausreicht, um der wässrigen Zusammensetzung einen pH von 2 bis 10 zu verleihen. Ein nicht beschränkendes Beispiel einer geeigneten Siliconemulsion ist LE-9300 epoxydierte Siliconemulsion, die im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, Connecticut erhältlich ist. Ein Beispiel eines geeigneten Bakterizids ist die antimikrobiel- le Verbindung Biomet 66, die im Handel von M & T Chemicals, Rahway, New Jersey erhältlich ist. Geeignete Antischaummaterialien sind die SAG-Materialien, die im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, Connecticut erhältlich sind, und MAZU DF-136, das von BASF Company, Parsippany, New Jersey erhältlich ist. Ammoniumhydroxid kann, falls erwünscht, zu der Schlichtezusammensetzung zur Schlichtestabilisierung zugesetzt werden. (Vorzugsweise entionisiertes) Wasser ist in derwässrigen Schlichtezusammensetzung in einer Menge enthalten, die ausreichend ist, um das Aufbringen einer gewöhnlich gleichmäßigen Beschichtung auf den Strang zu erleichtern. Der Gewichtsprozentsatz von Feststoffen der wässrgen Schlichtezusammensetzung liegt gewöhnlich im Bereich von 1 bis 75 Gew.-%.
Die wässrige Schlichtezusammensetzung ist vorzugsweise im Wesentlichen frei von Glasmaterialien. "Im Wesentlichen frei von Glasmaterialien", wie hierin verwendet, bedeutet, dass die Schlichtezusammensetzung weniger als 20 Vol-% Glasmatrixmaterialien zur Bildung von Glasverbundmaterialien, vorzugsweise weniger als etwa 5 Vol-% enthält und weiter vorzugsweise frei ist von Glasmaterialien. Beispiele solcher Glasmatrixmaterialien umfassen keramische Schwarzglas-Matrixmaterialien oder Aluminosilicat-Matrixmaterialien, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform zum Weben von Gewebe für gedruckte Schaltplatten sind auf die Glasfasern der beschichteten Faserstränge der vorliegenden Erfindung eine primäre Schicht aus einem getrockneten Rückstand einer wässrigen Schlichtezusammensetzung aufgebracht, die PolarTherm^®160 Bornitridpulver und/oder BO-RON NITRIDE RELEASECOAT Dispersion, EPON 826 Epoxyfilm bildendes Material, PVP K-30 Polyvinylpyrrolidon, A-187 epoxyfunktionelles Organosilan-Kupplungsmittel ALKAMULS EL-719 polyoxyethyliertes, pflanzliches Öl, IGEPAL CA-630 ethoxyliertes Octylphenoxyethanol, KESSCO PEG 600 Polyethylenglycolmonolauratester, der im Handel erhältlich ist von Stepan Company, Chicago, Illinois, und EMERY^® 6717 partiell amidiertes Polyethylenimin umfasst.
In einer bevorzugteren Ausführungsform zum Weben von Gewebe sind auf die Glasfasern der beschichteten Faserstränge der vorliegenden Erfindung eine primäre Schicht aus einem getrockneten Rückstand einer wässrigen Schlichtezusammensetzung aufgebracht, die Polar Therm^®160 Bornitridpulver und/oder BORON NITRIDE RELEASE- COAT Dispersion, RD-847A Polyester, PVP K-30 Polyvinylpyrrolidon, DESMOPHEN 2000 Polyester, A-174 acrylfunktionelle Organosilan-Kupplungsmittel und A-187 epoxyfunktionelle Organosilan-Kupplungsmittel, PLURONIC F-108 Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Copolymer, MACOL NP-6 Nonylphenol obertlächenaktives Mittel, VERSAMID 140 und LE-9300 epoxydierte Siliconemulsion umfasst.
Die wässrigen Schlichtezusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können nach jedem geeigneten Verfahren, wie herkömmlichem Mischen, das dem Fachmann bekannt ist, hergestellt werden. Vorzugsweise werden die vorstehend genannten Komponenten bis auf den erwünschten Gewichtsprozentsatz mit Wasser verdünnt und miteinander vermischt. Pulverisierte, wärmeleitende, anorganische feste Teilchen können mit Wasser vorgemischt oder zu dem polymeren Material vor dem Vermischen mit den anderen Komponenten der Schlichte zugesetzt werden.
Die primäre Schicht der Schlichte kann auf zahlreiche Arten aufgebracht werden, z. B. durch Kontaktieren der Filamente mit einem Walzen- oder Bandapplikator, durch Sprühen oder andere Maßnahmen. Die geschlichteten Fasern werden vorzugsweise bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen getrocknet. Der Trockner entfernt überschüssige Feuchtigkeit von den Fasern und härtet, falls vorhanden, härtbare Komponenten der Schlichtezusammensetzung. Die Temperatur und die Zeit zum Trocknen der Glasfasern hängt von solchen Variablen ab wie dem Prozentsatz von Feststoffen in der Schlichtezusammensetzung, den Komponenten der Schlichtezusammensetzung und dem Typ der Glasfasern. Die Schlichtezusammensetzung ist nach dem Trocknen typischerweise als getrockneter Rückstand auf den Fasern in einer Menge zwischen 0,1 Gew.% und 25 Gew.-% vorhanden.
Die Fasern werden zu Strängen mit 1 bis 4000 Fasern pro Strang und vorzugsweise 100 bis 1600 Fasern pro Strang vereinigt. Der mittlere Filamentdurchmesser der Fasern kann im Bereich von 3 bis 30 Mikrometer liegen.
Eine sekundäre Schicht einer sekundären Beschichtungszusammensetzung kann auf die primäre Schicht in einer Menge, die wirksam ist, um den Teil der Stränge zu beschichten oder zu imprägnieren, z. B. durch Tauchen des Stranges in ein die Zusammensetzung enthaltendes Bad, durch Sprühen der Zusammensetzung auf den Strang oder durch Kontaktieren des Strangs mit einem Applikator, wie vorstehend diskutiert, aufgebracht werden. Der beschichtete Strang kann durch eine Düse geführt werden, um überschüssige Beschichtungszusammensetzung von dem Strang zu entfernen, und/oder, wie vorstehend diskutiert, für eine Zeit getrocknet werden, die ausreichend ist, um die sekundäre Beschichtungszusammensetzung wenigstens teilweise zu trocknen oder auszuhärten. Das Verfahren und die Vorrichtung zum Aufbringen der sekundären Beschichtungszusammensetzung auf den Strang wird zum Teil durch die Konfiguration des Strangmaterials bestimmt. Der Strang wird vorzugsweise nach dem Aufbringen der sekundären Beschichtungszusammensetzung in einer im Stand der Technik bekannten Weise getrocknet.
Geeignete sekundäre Beschichtungszusammensetzungen können ein oder mehre filmbildende Materialien, Gleitmittel und andere solche Zusätze enthalten, die vorstehend diskutiert sind. Die sekundäre Beschichtung ist verschieden von der Schlichtezusammensetzung, d. h. sie enthält (1) wenigstens eine Komponente, die chemisch von den Komponenten der Schlichtezusammensetzung verschieden ist, oder sie enthält (2) wenigstens eine Komponente in einer Menge, die verschieden ist von der Menge der gleichen Komponente die in der Schlichtezusammensetzung enthalten ist. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten sekundären Beschichtungszusammensetzungen einschließlich Polyurethan sind in US-A-4,762,750 und US-A-4,762,751 beschrieben.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, wo in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung die Glasfasern 212 des beschichteten Faserstrangs 210 eine primäre Schicht 214 eines getrockneten Rückstands einer Schlichtezusammensetzung, die jede der Schlichtekomponenten in den vorstehend beschriebenen Mengen enthalten kann, aufgebracht haben können. Beispiele von geeigneten Schlichtezusammensetzungen sind in Loewenstein, Seiten 237–291 (3. Aufl. 1993) und in US-A-4,390,647 und US-A-4,795,678 wiedergegeben. Eine zweite oder Hauptschicht 215 einer wässrigen sekundären Beschichtungszusammensetzung wird aufwe^{nigstens
einen Teil und vorzugsweise auf die gesamte äußere Oberfläche der primären} Schicht 214 aufgebracht. Die wässrige sekundäre Beschichtungszusammensetzung umfasst einen oder mehrere Typen von wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen 216, wie sie in den Tabellen C, D und E nachstehend wiedergegeben sind.
Tabelle C
Tabelle D
Tabelle E
Molybdändisulfid und Magnesiumoxid sind andere wärmeleitende, anorganische feste Teilchen, die für sekundäre oder tertiäre Beschichtungen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. Es ist für den Fachmann klar, dass Mischungen von sämtlichen der vorstehenden wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Die Menge der wärmeleitenden anorganischen Teilchen 216 in der sekundären Beschichtungszusammensetzung kann im Bereich von 1 bis 99 Gew.-% auf Basis der Gesamtfeststoffe und vorzugsweise von 20 bis 90 Gew.-% liegen. Der Prozentsatz von Feststoffen der zweiten sekundären Beschichtungszusammensetzung liegt gewöhnlich im Bereich von 5 bis 75 Gew.-%.
In einer alternativen Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, kann eine tertiäre Schicht 320 einer tertiären Beschichtungszusammensetzung auf wenigstens einen Teil der Oberfläche und vorzugsweise auf die gesamte Oberfläche einer sekundären Schicht 315 aufgebracht werden, d. h. ein solcher Faserstrang 312 würde eine primäre Schicht 314 einer Schlichte, eine sekundäre Schicht 315 einer sekundären Beschichtungszu
sammensetzung und eine tertiäre, äußere Schicht 320 der tertiären Beschichtung haben. Die tertiäre Beschichtung ist verschieden von der Schlichtezusammensetzung und der Zusammensetzung der sekundären Beschichtung, d. h. die tertiäre Beschichtungszusammensetzung enthält (1) wenigstens eine Komponente, die chemisch verschieden ist von den Komponenten der Schlichtezusammensetzung und der sekundären Beschichtungszusammensetzung, oder sie enthält (2) wenigstens eine Komponente in einer Menge, die verschieden ist von der Menge der gleichen Komponente, die in der Schlichtezusammensetzung oder der sekundären Beschichtungszusammensetzung enthalten ist.
In dieser Ausführungsform umfasst die sekundäre Beschichtungszusammensetzung eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen polymeren Materialien, wie Polyurethan, und die tertiäre Beschichtungszusammensetzung umfasst pulverisierte, wärmeleitende, anorganische Teilchen, wie die Polar Therm^® Bornitridteilchen, die vorstehend beschrieben sind. Vorzugsweise wird die pulverisierte Beschichtung aufgebracht, indem der Strang mit einer darauf aufgebrachten flüssigen, sekundären Beschichtungszusammensetzung durch ein Wirbelbett oder eine Sprühvorrichtung geführt wird, um die Pulverteilchen an die klebrige sekundäre Beschichtungszusammensetzung anzuhaften. Alternativ können die Stränge zu einem Gewebe 810 zusammengefügt werden, bevor die Schicht 812 der tertiären Beschichtung aufgebracht wird, wie in 8 gezeigt ist. Der Gewichtsprozentsatz von pulverisierten, wärmeleitenden, anorganischen festen Teilchen, die an dem beschichteten Strang 310 anhaften, können im Bereich von 0,1 bis 75 Gew.-% des Gesamtgewichts des getrockneten Strangs liegen.
Die tertiäre Beschichtung kann auch eines oder mehrere solche polymere Materialien, wie sie vorstehend beschrieben wurden, wie Acrylpolymere, Epoxyverbindungen oder Polyolefine, herkömmliche Stabilisatoren und andere im Stand der Technik solcher Beschichtungen bekannte Modifiziermittel, vorzugsweise in trockener, pulverisierter Form, enthalten.
Die vorstehend beschriebenen beschichteten Faserstränge 10, 210, 310 können als kontinuierlicher Strang verwendet oder weiter zu verschiedenen Produkten, wie geschnittene Stränge, gezwirnte Stränge, Rovings und/oder Gewebe, wie Webstoffe, Vliesstoffe, Strickstoffe und Matten, verarbeitet werden.
Die beschichteten Faserstränge 10, 210, 310 und daraus hergestellte Produkte können in einer großen Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, werden aber vorzugsweise als Verstärkungen 410 für polymere Verstärkungsmatrixmaterialien 412 verwendet, um ein Verbundmaterial 414 zu bilden, wie es in 4 gezeigt ist, die nachstehend im Einzelnen beschrieben wird. Solche Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Laminate für gedruckte Schaltplatten, Verstärkungen für Telekommunikationskabel und verschiedene andere Verbundmaterialien.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, können die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten beschichteten Faserstränge 510 als Kettund/oder Schussstränge 514, 516 in einer Strick- oder Gewebeverstärkung 512 verwendet werden, vorzugsweise um ein Laminat für eine gedruckte Schaltplatte zu bilden (dies ist in den 6 – 8 gezeigt). Die Kettstränge 514 können vor der sekundären Beschichtung nach jeder herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Zwirntechnik verzwirnt werden, z. B. durch Verwendung von Zwirnrahmen, um den Strang bei 0,5 bis 3 Drehungen pro Inch zu verzwirnen. Das Verstärkungsgewebe 512 kann 5 bis 50 Kettstränge 514 enthalten und hat vorzugsweise etwa 3 bis 25 Durchschüsse pro cm (etwa 1 bis etwa 15 Durchschüsse pro Inch) des Schussstrangs 516. Ein geeignetes gewebtes Verstärkungsgewebe 512 kann unter Verwendung jedes herkömmlichen Webstuhls, der dem Fachmann bekannt ist, wie ein Schützenwebstuhl, ein Luftdüsenstuhl oder ein Greiferwebstuhl, hergestellt werden. Ein bevorzugter Webstuhl ist ein Tsudakoma-Webstuhl, der im Handel von Tsudakoma, Japan erhältlich ist. Die Webkonstruktion kann eine regelmäßige Leinwandbindung oder Maschenbindung (gezeigt in 5) sein, obwohl auch jede andere dem Fachmann bekannte Webart, wie eine Twillwebart oder eine Satinwebart, verwendet werden kann.
Es wird nun Bezug auf 6 genommen, wo das Gewebe 612 verwendet werden kann, um ein Verbundmaterial oder Laminat 614 durch Beschichten und/oder Imprägnieren von einer oder mehrerer Schichten des Gewebes 612 mit einem polymeren, thermoplastischen oder wärmehärtbaren Matrixmaterial zu bilden. Das Verbundmaterial oder das Laminat 614 ist zur Verwendung als elektronischer Träger geeignet. "Elektronischer Träger", wie hierhin verwendet, bedeutet eine Struktur, die Elemente einschließlich aber nicht beschränkt auf aktive elektronische Komponenten, passive elektronische Kompo nenten, gedruckte Schaltungen, integrierte Schaltungen, Halbleitervorrichtungen und andere mit solchen Elementen verbundene Hardware einschließlich, aber nicht beschränkt auf Stecker, Sockel, Kabelklemmen und Wärmesenken mechanisch trägt und/oder elektrisch verbindet.
In der vorliegenden Erfindung verwendbare Matrixmaterialien umfassen wärmehärtbare Materialien, wie wärmehärtbare Polyester, Vinylester, Epoxide (die wenigstens eine Epoxy- oder Oxirangruppe im Molekül enthalten, wie Polyglycidylether von mehrwertigen Alkoholen oder Thiolen), Phenolverbindungen, Aminoplaste, wärmehärtbare Polyurethane, Derivate und Mischungen davon. Bevorzugte Matrixmaterialien zur Bildung von Laminaten für gedruckte Schaltplatten sind FR-4-Epoxyharze, Polyimide und Flüssigkristallpolymere, deren Zusammensetzungen dem Fachmann bekannt sind. Falls weitere Information betreffend solche Zusammensetzungen benötigt wird, vgl. 1 Electronic Materials HandbookTM, ASM International (1989), Seiten 534–537.
Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten thermoplastischen polymeren Matrixmaterialien umfassen Polyolefine, Polyamide, thermoplastische Polyurethane und thermoplastische Polyester, Vinylpolymere und Mischungen davon. Weitere Beispiele von verwendbaren thermoplastischen Materialien umfassen Polyimide, Polyethersulfone, Polyphenylsulfone, Polyetherketone, Polyphenylenoxide, Polyphenylensulfide, Polyacetale, Polyvinylchloride und Polycarbonate.
Andere Komponenten, die in dem polymeren Matrixmaterial und dem Verstärkungsmaterial des Verbundmaterials enthalten sein können, umfassen Färbemittel oder Pigmente, Gleitmittel oder Verarbeitungshilfsmittel, Ultraviolett-Stabilisatoren (UV-Stabilisatoren), Antioxidanzien, andere Füllstoffe und Streckmittel.
Das Gewebe 612 kann beschichtet und imprägniert werden, indem das Gewebe 612 in ein Bad des polymeren Matrixmaterials 616 eingetaucht wird, wie es z. B. in R. Tummala (Hrsg.), Microelectronics Packaging Handbook, (1989), Seiten 895–896 beschrieben ist. Allgemeiner können geschnittene oder kontinuierliche Faserstränge in dem Matrixmaterial von Hand oder durch jede geeignete automatisierte Zufuhr- oder Mischvorrichtung, welche die Stränge gewöhnlich gleichmäßig in dem polymeren Matrixmaterial verteilt, verteilt werden. Die Verstärkungsstränge können z. B. in dem polymeren Matrixma terial durch Trockenmischen sämtlicher Komponenten gleichzeitig oder aufeinanderfolgend verteilt werden.
Das polymere Matrixmaterial 616 und der Strang können zu einem Verbundmaterial oder Laminat 614 durch eine Vielzahl von Verfahren verformt werden, die von solchen Faktoren, wie dem Typ des verwendeten polymeren Matrixmaterials, abhängig sind. Für ein wärmehärtbares Matrixmaterial kann z. B. das Verbundmaterial durch Druckverformen oder Spritzgießen, Pultrusion, Fadenwickeln, Ablegen von Hand, Aufsprühen oder durch Folienverformung oder Massenverformung, gefolgt durch Druckverformen oder Spritzgießen, gebildet werden. Wärmehärtbare, polymere Matrixmaterialien können z. B. durch Einführen von Vernetzern in das Matrixmaterial und/oder durch Anwendung von Wärme gehärtet werden. Geeignete Vernetzer, die zum Vernetzen des polymeren Matrixmaterials verwendbar sind, sind vorstehend beschrieben. Die Temperatur und die Härtungszeit für das wärmehärtbare, polymere Matrixmaterial hängen von solchen Faktoren ab, wie dem Typ des verwendeten polymeren Matrixmaterials, anderen Zusätzen in dem Matrixsystem und der Dicke des Verbundmaterials, um einige zu nennen.
Für ein thermoplastisches Matrixmaterial umfassen geeignete Verfahren zur Bildung des Verbundmaterials das Direktverformen oder das Extrusionsmischen, gefolgt von Spritzgießen. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des Verbundmaterials nach den vorstehenden Verfahren sind in I. Rubin, Handbook of Plastic Materials and Technology (1990), Seiten 955–1062, 1179–1215 und 1225–1271 beschrieben.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, die in 7 gezeigt ist, enthält ein Verbundmaterial oder Laminat 710 ein Gewebe 712, das mit einem verträglichen Matrixmaterial 714 imprägniert ist. Das imprägnierte Gewebe kann dann zwischen einem Satz von Dosierwalzen gequetscht, um eine abgemessene Menge des Matrixmaterials zurück zu lassen, und getrocknet werden, um einen elektronischen Träger in Form eines halbgehärteten Substrats oder Prepregs zu bilden. Eine elektrisch leitende Schicht 720 kann entlang einem Teil einer Seite 722 des Prepregs in einer nachstehend in der Beschreibung zu beschreibenden Weise angeordnet werden, und das Prepreg wird gehärtet, um einen elektronischen Träger 718 mit einer elektrisch leitenden Schicht zu bilden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die typischer in der elektronischen Trägerindustrie ist, werden zwei oder mehrere Prepregs mit einer elektrisch leitenden Schicht kombiniert und zusammenlaminiert und in einer im Stand der Technik bekannten Weise gehärtet, um einen mehrschichtigen elektronischen Träger zu bilden. Der Prepregstapel kann z. B., aber die vorliegende Erfindung nicht beschränkend, durch Pressen des Stapels laminiert werden, z. B. zwischen polierten Stahlplatten bei erhöhten Temperaturen und Drucken für eine vorbestimmte Zeitdauer, um die polymere Matrix zu härten und ein Laminat einer erwünschten Dicke zu bilden. Ein Teil eines oder mehrerer Prepregs kann mit einer elektrisch leitenden Schicht entweder vor oder nach der Laminierung und dem Härten derart versehen werden, dass der resultierende elektronische Träger ein Laminat mit wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht entlang einem Teil einer ausgesetzten Oberfläche ist (nachstehend als ein "Laminat mit Überzug" bezeichnet).
Aus der elektrisch leitenden Schicht bzw. den elektrisch leitenden Schichten des elektronischen Einzelschichtträgers oder des mehrschichtigen elektronischen Trägers können dann Schaltungen unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Techniken gebildet werden, um einen elektronischen Träger in Form einer gedruckten Schaltplatte oder einer gedruckten Leiterplatte (hierin nachstehend zusammenfassend als "gedruckte elektronische Schaltplatten" bezeichnet) herzustellen. Falls erwünscht, können Öffnungen oder Löcher (auch als "Durchgänge" bezeichnet) in den elektrischen Trägern auf jede passende Weise, die im Stand der Technik bekannt ist, einschließlich aber nicht beschränkt auf mechanisches Bohren oder Laserbohren gebildet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen Schaltungen und/oder Komponenten auf gegenüberliegenden Oberflächen des elektronischen Trägers zu ermöglichen. Spezieller wird nach der Bildung der Öffnungen eine Schicht von elektrisch leitendem Material auf den Wänden der Öffnung abgeschieden, oder die Öffnung wird mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt, um die erforderliche elektrische Verbindung und/oder Wärmeableitung zu erleichtern.
Die elektrisch leitende Schicht 720 kann nach jedem Verfahren gebildet werden, das dem Fachmann bekannt ist. Die elektrisch leitende Schicht kann z. B., aber nicht die vorliegende Erfindung beschränkend, durch Laminieren eines dünnen Blattes oder einer Folie von metallischem Material auf wenigstens einen Teil einer Seite des halbgehärteten oder gehärteten Prepregs oder Laminats gebildet werden. Alternativ kann die elektrisch leitende Schicht durch Abscheiden einer Schicht von metallischem Material auf wenigstens einen Teil einer Seite des halbgehärteten oder gehärteten Prepregs oder Laminats unter Verwendung bekannter Techniken, einschließlich, aber nicht beschränkt auf elektrolytisches Plattieren, stromloses Plattieren oder Sputtern, gebildet werden. Metallische Materialien, die zur Verwendung als elektrisch leitende Schicht geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Kupfer (welches bevorzugt ist), Silber, Aluminium, Gold, Zinn, Zinn-Blei-Legierungen, Palladium und Kombinationen davon.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der elektronische Träger in Form einer mehrschichtigen gedruckten elektronischen Schaltplatte vorliegen, die durch das Zusammenlaminieren einer oder. mehrerer gedruckter elektronischer Schaltplatten (vorstehend beschrieben) mit einem oder mehreren Laminaten mit Überzug (vorstehend beschrieben) und/oder einem oder mehreren Prepregs (vorstehend beschrieben) hergestellt werden. Falls erwünscht, können zusätzliche elektrisch leitende Schichten in den elektronischen Träger eingebaut werden, z. B. entlang einem Teil einer ausgesetzten Seite der mehrschichtigen, gedruckten elektronischen Schaltplatte. Falls erforderlich, können weiterhin zusätzliche Schaltungen aus den elektrisch leitendenden Schichten in einer vorstehend beschriebenen Weise gebildet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in Abhängigkeit von den relativen Anordnungen der Schichten der mehrschichtigen, gedruckten elektronischen Schaltplatte die Platte sowohl innere als auch äußere Schaltkreise haben kann. Wie früher diskutiert, werden zusätzliche Öffnungen gebildet, die teilweise oder vollständig durch die Platte hindurchgehen, um eine elektrische Verbindung zwischen den Schichten an ausgewählten Stellen zu ermöglichen. Es wird darauf hingewiesen, dass die resultierende Struktur einige Öffnungen, die sich vollständig durch die Struktur hindurch erstrecken, einige Öffnungen, die sich nur teilweise durch die Struktur erstrecken, und einige Öffnungen, die sich vollständig innerhalb der Struktur befinden, haben kann.
Die vorliegende Erfindung zieht weiter die Herstellung von mehrschichtigen Laminaten und gedruckten, elektronischen Schaltplatten in Betracht, die wenigstens eine Verbundmaterialschicht, die gemäß den hierin beschriebenen Lehren hergestellt ist, und wenigstens eine Verbundmaterialschicht enthalten, die in einer von der hierin gelehrten Verbundmaterialschicht verschiedenen Weise hergestellt ist, z. B. unter Verwendung von herkömmlicher Glasfaser-Verbundmaterialtechnologie.
Spezieller und wie es für den Fachmann bekannt ist, werden herkömmlicherweise die Filamente in kontinuierlichen Glasfasersträngen, die zum Weben von Gewebe verwendet werden, mit einer Stärke/Öl-Schlichte behandelt, die teilweise oder vollständig dextrinisierte Stärke oder Amylose, hydriertes pflanzliches Öl, ein kationisches Netzmittel, Emulgiermittel und Wasser enthält, einschließlich, aber nicht beschränkt auf solche, die in Lowenstein, Seiten 237 bis 244 (3. Aufl. 1993), was hierdurch durch Bezug eingeschlossen ist, beschrieben sind. Aus diesen Strängen hergestellte Kettgarne werden danach vor dem Weben mit einer Lösung behandelt, um diese Stränge gegen Abrieb während des Webevorgangs zu schützen, z. B. Poly(vinylalkohol), wie in US-A-4,530,876, Spalte 3, Zeile 67 bis Spalte 4, Zeile 11 beschrieben. Dieser Vorgang wird gewöhnlich als "Schlichten" bezeichnet. Sowohl der Poly(vinylalkohol) als auch die Stärke/ÖI-Schlichte sind gewöhnlich mit dem polymeren Matrixmaterial, welches von Verbundmaterialherstellern verwendet wird, nicht verträglich, und das Gewebe muss gereinigt werden, um im Wesentlichen das gesamte organische Material von der Oberfläche der Glasfasern vor dem Imprägnieren des gewebten Gewebes zu entfernen. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch Schrubben des Gewebes oder gewöhnlicher durch Wärmebehandeln des Gewebes auf eine im Stand der Technik bekannte Weise. Als Ergebnis des Reinigungsvorgangs liegt keine geeignete Grenzfläche zwischen dem polymeren Matrixmaterial, das zum Imprägnieren des Gewebes verwendet wird, und der gereinigten Glasfaserobertläche vor, so dass ein Kupplungsmittel auf die Glasfaseroberfläche aufgebracht werden muss. Dieser Vorgang wird manchmal vom Fachmann als Zurichten bezeichnet. Die in Zurichtungsvorgängen am häufigsten verwendeten Kupplungsmittel sind Silane, einschließlich, aber nicht beschränkt auf diejenigen, die in E. P. Plueddemann, Silane Coupling Agents (1982), Seiten 146–147, beschrieben sind; vgl. auch Lowenstein, Seiten 249–256 (3. Aufl. 1993). Nach der Behandlung mit dem Silan wird das Gewebe mit einem verträglichen polymeren Matrixmaterial imprägniert, zwischen einem Satz Dosierwalzen abgequetscht und getrocknet, wodurch ein halbgehärtetes Prepreg, wie vorstehend beschrieben, gebildet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass in Abhängigkeit von der Natur der Schlichte der Reinigungsvorgang und/oder das in dem Verbundmaterial verwendete Matrixharz, die Schlichteund/oder Zurichtungsschritte weggelassen werden können. Ein oder mehrere Prepregs gemäß einer herkömmlichen Glasfaser-Verbundmaterialtechnologie können dann mit einem oder mehreren Prepregs gemäß der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, um einen elektronischen Träger, wie vorstehend beschrieben, und insbesondere ein mehrschichtiges Laminat oder eine gedruckte, elektronische Schaltplatte zu bilden. Für weitere Information bezüglich der Herstellung von gedruckten, elektronischen Schaltplatten vgl. 1 Electronic Materials Handbook^TM, ASM International (1989), Seiten 113–115, R. Tummala (Hrsg.), Microelectronics Packaging Handbook, (1989), Seiten 858–861 und 895–909, M. W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook (1987), Seiten 9.1–9.42, und C. F. Coombs, Jr. (Hrsg), Printed Circuits Handbook, (3. Aufl. 1988), Seiten 6.1– 6.7.
Die Verbundmaterialien und Laminate, welche die elektronischen Träger der vorliegenden Erfindung bilden, können zur Bildung von Verpackungen, die in der Elektronikindustrie verwendet werden, und insbesondere für Verpackungen der ersten, zweiten und/oder dritten Ebene, wie in Tummala, Seiten 25–43 beschrieben, was hierdurch durch Bezug eingeschlossen ist, verwendet werden. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch für andere Verpackungsebenen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Verstärken eines polymeren Matrixmaterials unter Bildung eines Verbundmaterials. Das Verfahren umfasst: (1) das Aufbringen der vorstehenden Schlichte, der sekundären Beschichtungszusammensetzung und/oder der tertiären Beschichtungszusammensetzung, die wärmeleitfähige, anorganische feste Teilchen enthält, auf ein Glasfaserstrang-Verstärkungsmaterial, (2) das Trocknen der Beschichtung zur Bildung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Beschichtung auf dem Verstärkungsmaterial, (3) das Kombinieren des Verstärkungsmaterials mit dem polymeren Matrixmaterial und (4) das wenigstens teilweise Härten des polymeren Matrixmaterials zur Bereitstellung eines verstärkten polymeren Verbundmaterials auf eine wie vorstehend im Einzelnen beschriebene Weise.
Mit Bezug auf die 9 umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Ausbildung einer Öffnung 950 durch wenigstens eine Schicht 911 eines Gewebes 912 eines elektronischen Trägers 918 der vorliegenden Erfindung. Der elektronische Träger umfasst einen Teil 952 einer Schicht 911 des Gewebes 912, in welchem eine auszubildende Öffnung 950 in Registerhaltung mit einer Öffnung ausbildenden Vorrichtung, wie eine Bohrspitze 954 oder eine Laserspitze, angeordnet ist. Die Öffnung 950 wird in dem Teil 952 der wenigstens einen Schicht 911 des Gewebes 912 durch Bohren unter Verwendung des Bohrers 954 oder eines Lasers ausgebildet. Das Gewebe 912 umfasst einen beschichteten Faserstrang, umfassend wenigstens eine Glasfaser mit einer Schicht, umfassend anorganische feste Teilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 Watt pro Meter K bei etwa 300 K, aufgebracht auf wenigstens einen Teil einer Obertläche der wenigstens einen Glasfaser, um die Wärmeableitung von der Öffnung 950 zu erleichtern.
Die vorliegende Erfindung wird nun durch die folgenden speziellen, nicht beschränkenden Beispiele erläutert.
BEISPIEL 1
Fünf Schichten von ADFLO-C^TM genadelte, geschnittene Glasfasermatte, die im Handel von PPG Industries, Inc. erhältlich ist, wurden gestapelt, um eine Matte mit einem Oberflächengewicht von etwa 4614 g/m² (15 Unzen pro Quadratfuß) zu bilden. Die Dicke jeder Probe betrug etwa 25 mm (etwa 1 Inch). Vier Proben dieser Matte von acht Inch im Quadrat wurden auf eine Temperatur von etwa 649°C (etwa 1200°F) erhitzt, um im Wesentlichen die gesamten Schlichtekomponenten von den Proben zu entfernen.
Zwei unbeschichtete Proben wurden als Vergleichsproben verwendet. Die anderen beiden Proben wurden in ein Bad einer wässrigen Beschichtungszusammensetzung, bestehend aus 1150 ml ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC (25 Gew.-% Bornitridteilchen in einer wässrigen Dispersion) und 150 ml einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von A-187 γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan eingetaucht und gesättigt. Der Gesamtteststoftgehalt der wässrigen Beschichtungszusammensetzung betrug etwa 18,5 Gew.-%. Die Menge der auf jede Mattenprobe aufgebrachten Bornitridteilchen betrug etwa 120 g. Die beschichteten Mattenproben wurden an der Luft über Nacht bei einer Temperatur von etwa 25°C getrocknet und in einem Ofen bei etwa 150°C etwa 3 Stunden erhitzt.
Jeder Satz der Proben wurde auf Wärmeleitfähigkeit und Wämebeständigkeit an der Luft bei Temperaturen von etwa 300 K (etwa 70°F) gemäß dem ASTM-Verfahren C-177 bewertet. Die Werte der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmebeständigkeit für jede Probe sind nachtstehend in der Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Mit Bezug auf die Tabelle 1 war die Wärmeleitfähigkeit bei einer Temperatur von etwa 300 K der Prüfprobe, die mit Bornitridteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet war, größer als die Wärmeleitfähigkeit der Vergleichsprobe, die nicht mit Bornitridteilchen beschichtet war.
BEISPIEL 2
Fadengewickelte zylindrische Verbundmaterialien wurden aus Proben von G-75-Garn, beschichtet mit der Schlichte G des nachstehenden Beispiels 4, und 1062 Glasfasergarn, das im Handel von PPG Industries, Inc. erhältlich ist, hergestellt. Die Zylinder wurden hergestellt durch Drehen von acht Garnenden von einer Garnzufuhr, Beschichten des Garns mit den nachtstehend aufgeführten Matrixmaterialien und Fadenwickeln des Garns in zylindrische Form unter Verwendung eines herkömmlichen Fadenwicklungsapparats. Jeder der Zylinder war 12,7 cm (5 Inch) hoch, hatte einen Innendurchmesser von 14,6 cm (5,75 Inch) und eine Wanddicke von 0,635 cm (0,25 Inch).
Die Matrixmaterialien waren eine Mischung von 100 Teilen EPON 880 Epoxyharz (im Handel erhältlich von Shell Chemical), 80 Teilen AC-220J Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid (im Handel erhältlich von Anhydrides und Chemicals, Inc., Newark, New Jersey) und 1 Teil ARALDITE® DY 062 Benzyldimethylamin-Beschleuniger (im Handel erhältlich von Ciba-Geigy). Die fadengewickelten Zylinder wurden zwei Stunden bei 100°C und dann 3 Stunden bei 150°C gehärtet.
Das radiale Wärmeleitvermögen (Wärmeleitfähigkeit/(Wärmekapazität × Dichte)) jeder Prüfprobe an der Luft wurde bestimmt, indem eine Seite der Zylinderwand der Probe einer 6,4 kJ Blitzlampe ausgesetzt und die Temperaturänderung auf der gegenüberliegenden Wandseite unter Verwendung einer CCD Reihen-Infrarotkamera, mit einer Geschwindigkeit von 2000 Bilder pro Sekunde abgetastet wurde. Die Werte des Wärmeleitvermögens wurden auch entlang einer Länge des Garns (Umfang) und entlang einer Länge oder Höhe des Zylinders (axial) bestimmt. Die Prüfergebnisse sind nachstehend in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Mit Bezug auf die Tabelle 2 waren die Werte des Wärmeleitvermögens für die Prüfprobe (die mit einer kleinen Menge Bornitrid beschichtet war) geringer als diejenigen der Vergleichsprobe, die nicht mit Bornitrid beschichtet war. Luftlöcher in dem fadengewickelten Zylinder und die kleine geprüfte Probefläche sind Faktoren, welche diese Ergebnisse beeinflusst haben können.
BEISPIEL 3
Die Komponenten in den in der Tabelle 3 angegebenen Mengen wurden zur Bildung wässriger Schlichtezusammensetzungen A–D gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ähnlichen Weise wie die vorstehend beschriebene vermischt. Weniger als 1 Gew.-% Essigsäure wurde in jede Zusammensetzung eingebracht.
Tabelle 3
Wässrige Schlichtezusammensetzungen A–D und die Vergleichsprobe Nr. 1 wurden auf E-Glasfaserstränge aufgebracht. Jede der Schlichtezusammensetzungen enthielt etwa 2,5 Gew.-% Feststoffe. Jeder beschichtete Glasfaserstrang wurde zu einem Garn in ähnlicher Weise unter Verwendung einer herkömmlichen Verzwirnausrüstung verzwirnt und auf Spulen gewickelt.
Die Garne der Proben A–D, der Vergleichsprobe Nr. 1 und einer Vergleichsprobe Nr. 2 wurden auf verschiedene physikalische Eigenschaften, wie Abbrandverlust (LOI), Verträglichkeit mit Luftdüsen (Luftwiderstand), Reibungskraft und gebrochene Filamente, bewertet.
Der mittlere Abbrandverlust (Gew.-% Feststoffe der Formungsschlichtezusammensetzung dividiert durch das Gesamtgewicht des Glases und der getrockneten Forrnungs- schlichtezusammensetzung) von drei Versuchen von jeder Probe ist in Tabelle 4 wiedergegeben.
Jedes Garn wurde auf die Luftwiderstandskraft oder Spannung beim Zuführendes Garns mit einer geregelten Zufuhrgeschwindigkeit von 274 m (300 Yard) durch einen Prüflinie-Spannungsmesser, der eine Spannung auf das Garn aufbrachte und eine Ruti-Luftdüse mit 2 mm Durchmesser bei einem Luftdruck von 310 kPa (45 Pounds pro Quadratinch) bewertet.
Die Proben und Vergleichsproben wurden auch auf die Reibungskraft durch Aufbringen einer Spannung von etwa 30 g auf jede Garnprobe bewertet, wenn die Probe mit einer Geschwindigkeit von 274 m (300 Yard) pro Minute durch ein Paar von herkömmlichen Spannungsmessvorrichtungen mit einer dazwischen montierten stationären Chromstütze von etwa 5 cm (2 Inch) Durchmesser gezogen wird, um das Garn etwa 2 cm von einem geradlinigen Weg zwischen den Spannungsmessvorrichtungen abzulenken. Der Unterschied der Kraft in Gramm ist nachstehend in der Tabelle 4 angegeben. Die Prüfung der Reibungskraft soll die Reibungskräfte simulieren, welchen das Garn während Webvorgängen unterworfen ist.
Jede Probe und Vergleichsprobe wurden ebenfalls auf gebrochene Filamente unter Verwendung eines Abriebprüfgeräts bewertet. Auf jede Prüfprobe wurde eine Spannung von 200 g aufgebracht, wobei jede Prüfprobe mit einer Geschwindigkeit von 0,46 m (18 Inch) pro Minute 5 min durch ein Abriebprüfgerät gezogen wurde. Von jeder Probe und Vergleichsprobe wurden zwei Prüfläufe bewertet, und der Durchschnitt der Zahl gebrochener Filamente ist nachstehend in der Tabelle 4 wiedergegeben. Das Abriebprüfgerät bestand aus zwei parallelen Reihen von Stahlkämmen, wobei jede Reihe mit einem Abstand von etwa 1 Inch angeordnet war. Jede Gamprüfprobe wurde zwischen zwei benachbarte Kämme der ersten Kammreihe eingefädelt, dann zwischen zwei benachbarte Kämme der zweiten Kammreihe eingefädelt, aber mit einem Abstand von 0,5 Inch zwischen den Kammreihen versetzt. Die Kämme wurden vor und rückwärts über eine Länge von 4 Inch in einer Richtung parallel zu dem Garnweg mit einer Geschwindigkeit von 200 Zyklen pro Minute hin und her versetzt. Die Ergebnisse der Luftwiderstandskraft, der Reibungskraft und der gebrochenen Filamente unter Abrieb für die Proben A–D und die Vergleichsproben sind nachstehend in der Tabelle 4 wiedergegeben.
Tabelle 4
Wie in der Tabelle 4 gezeigt ist, hatten die Proben A und B, die mit Bornitrid enthaltenden Schlichtezusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet sind, wenig gebrochene Filamente, einen niedrigen Wert der Reibungskraft und einen höheren Wert des Luftwiderstandes im Vergleich zu den Vergleichsproben. Die Proben C und D hatten ebenfalls höhere Werte des Luftwiderstandes als die Vergleichsproben. Die Prüfung des Luftwiderstandes ist eine relative Prüfung, welche den Schusseintragsvorgang eines Luftdüsenwebstuhls simulieren soll, in welchem das Garn über den Webstuhl durch Luftdüsenvortrieb gefördert wird. Garne, die durch die Luftdüse leichter filamentisiert werden, ergeben eine größere Oberfläche für den Luftdüsenvortrieb, was den Garnweg über den Webstuhl erleichtern und die Produktivität erhöhen kann. Die Werte des Luftwiderstandes für die Proben A – D (gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Proben) sind höher als diejenigen der Vergleichsproben, was eine vorzügliche Verträglichkeit mit der Luftdüse anzeigt.
BEISPIEL 4
Jede der Komponenten in den in der Tabelle 5 angegebenen Mengen wurden zur Bildung wässriger Formungsschlichtezusammensetzungen E, F, G und H gemäß der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsprobe in einer ähnlichen Weise wie die vorstehend beschriebene vermischt. Weniger als 1 Gew.-% Essigsäure auf Basis des Gesamtgewichts war in jeder Zusammensetzung enthalten.
Jede der wässrigen Formungsschlichtezusammensetzungen der Tabelle 5 wurden auf G-75 E-Glasfaserstränge aufgebracht. Jede der Formungsschlichteszusammensetzungen enthielt zwischen 6 und 25 Gew.-% Feststoffe.
Tabelle 5
Jeder beschichtete Glasfaserstrang wurde in einer ähnlichen Weise unter Verwendung einer herkömmlichen Verzwirnausrüstung zur Garnbildung verzwirnt und auf Spulen gewickelt. Die Garne der Proben F und H zeigten minimale Schlichte-Fachbildung während des Verzwirnens, und die Garne der Proben E und G zeigten starke Schlichte-Fachbildung während des Verzwirnens.
Die Garne der Proben E–N und der Vergleichsprobe wurden auf den Luftwiderstand in ähnlicher Weise zu dem vorstehenden Beispiel 3 bewertet, mit der Ausnahme, dass die Werte des Luftwiderstandes für zwei Spulenproben bei den in der Tabelle 6 angegebenen Drucken bestimmt wurden. Für jedes Garn wurde die Durchschnittszahl gebrochener Filamente pro 1200 m Garn bei 200 m/min unter Verwendung eines Shirley Modell Nr. 84 041 L Detektors für gebrochene Filamente bestimmt, der im Handel von SDL international Inc., England erhältlich ist. Diese Werte geben den Mittelwert von Messungen wieder, die an vier Spulen jedes Garns durchgeführt wurden. Die Werte der gebrochenen Filamente sind aus Abschnitten wiedergegeben, die von einer vollen Spule mit 136 g (3/10 Pound) und 272 g (6/10 Pound) von der Spule abgewickeltem Garn genommen wurden. Jedes Garn wurde auch hinsichtlich der Torspannung geprüft, und die Werte sind nachstehend in der Tabelle 6 wiedergegeben. Die Anzahl gebrochener Filamente, die gemäß dem Torspannungsverfahren gemessen werden, wird bestimmt, indem eine Garnprobe von einer Spule bei 200 m/min abgewickelt, das Garn durch eine Reihe von 8 parallelen keramischen Nadeln eingefädelt und das Garn durch den vorstehend beschriebenen Shirley-Detektor für gebrochenes Filament geführt wird, um die Zahl gebrochener Filamente zu zählen.
Tabelle 6
Obwohl die in der Tabelle 6 vorgelegten Prüfungsergebnisse anzuzeigen scheinen, dass die Proben E–H gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein eine höhere Abriebbeständigkeit als die Vergleichsprobe hatten, wird angenommen, dass diese Ergebnisse nicht schlüssig sind, da angenommen wird, dass eine Polyethylenemulsionskomponente der Vergleichsprobe, die in den Proben E–N nicht vorhanden war, zu den Abriebeigenschaften des Garns beitrug.
BEISPIEL 5
Jede der Komponenten in den in der Tabelle 7 angegebenen Mengen wurden zur Bildung wässriger Formungsschlichtezusammensetzungen K bis N gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt. Jede wässrige Formungsschlichtezusammensetzung wurde in ähnlicher Weise wie die vorstehend diskutierte hergestellt. Weniger als 1 Gew.-% Essigsäure auf Basis des Gesamtgewichts war in jeder Zusammensetzung enthalten.
Jede der wässrigen Formungsschlichtezusammensetzungen der Tabelle 7 wurde auf 2G-18 E-Glasfaserstränge aufgebracht. Jede der Formungsschlichtezusammensetzungen enthielt etwa 10 Gew.-% Feststoffe.
Tabelle 7
Verbundmaterialproben von jeder der vorstehend beschichteten Glasfaserproben und der Vergleichsprobe wurden bei 270°C 48 s bei etwa 7 Mpa (975 psi) spritzgegossen, wodurch Platten von 254 × 254 × 3,175 mm (10 × 10 × 0,125 Inch) hergestellt wurden. Jedes Prüfstück wurde auf Zugfestigkeit, Zugdehnung und Zugmodul gemäß dem ASTM-Verfahren D-638M, auf Biegefestigkeit und Biegemodul gemäß dem ASTM-Verfahren D-790 und auf die Izod-Kerbschlagzähigkeit und die Izod-Schlagzähigkeit gemäß dem ASTM-Verfahren D-256 bei den nachstehend spezifizierten Glasgehalten bewertet.
Die Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse von Prüfungen, die an Verbundmaterialien durchgeführt wurden, die unter Verwendung eines herkömmlichen Nylon-6,6-Matrixharzes hergestellt waren.
Tabelle 8
Wie in der Tabelle 8 gezeigt, weisen Glasfaserstränge, die mit Bornitridteilchen (Proben K–N) gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet sind, verbesserte Zugfestigkeitsund Izod-Kerbschlagzähigkeitseigenschaften und ähnliche Zugdehnungs- und Zugmodul-, Biegefestigkeit- und Biegemodul- und Izod-Schlagzähigkeitseigenschaften im Vergleich mit einer Vergleichsprobe mit ähnlichen Komponenten auf, die kein Bornitrid in einer Nylon-6,6-Verstärkung enthielt. Bei einer Bewertung unter Verwendung von Nylon-6-Harz unter ähnlichen Bedingungen wurden die Verbesserungen der Zugfestigkeitsund der Izod-Kerbschlagzähigkeitseigenschaften nicht beobachtet.
BEISPIEL 6
Jede der Komponenten in den in der Tabelle 9 angegebenen Mengen wurden zur Bildung wässriger Formungsschlichtezusammensetzungen P bis S gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt. Jede wässrige Formungsschlichtezusammensetzung wurde in ähnlicher Weise zu der vorstehend beschriebenen hergestellt. Weniger als etwa 1 Gew.-% Essigsäure auf Basis des Gesamtgewichts war in jeder Zusammensetzung enthalten.
Jede der wässrigen Formungsschlichtezusammensetzungen der Tabelle 9 wurde auf G-31 E-Glasfaserstränge aufgebracht. Jede der Formungsschlichtezusammensetzungen enthielt etwa 10 Gew.-% Feststoffe.
Tabelle 9
Verbundmaterialproben von jeder der vorstehenden beschichteten Glasfaserproben und der Vergleichsprobe der vorstehenden Tabelle 7 wurden zur Herstellung von Platten von 400 × 400 × 2,5 mm (16 × 16 × 0,100 Inch) unter den vorstehend im Beispiel 5 angegebenen Bedingungen spritzgegossen. Jedes Prüfstück wurde bewertet auf die Zugfestig- keit, die Zugdehnung, den Zugmodul, die Izod-Kerbschlagzähigkeit und die Izod-Schlagzähigkeit, wie vorstehend im Beispiel 5 beschrieben, bei den nachstehend spezifizierten Glasgehalten.
Die Farbprüfungen wurden an Verbundmaterialien mit einer Dicke von 3,175 mm (1/8 Inch) und einem Durchmesser von 76,2 mm (3 Inch) unter Verwendung eines Hunter-Kolorimeters. Modell D25-PC2A durchgeführt. Um die Handhabungscharakteristiken des Materials zu bewerten, wurden Trichterfließpiüfungen an Proben von geschnittener Glasfaser durchgeführt. Der Trichter war 18 Inch lang und hatte am oberen Ende einen Durchmesser von 17 Inch und am unteren Ende eine Öffnung von 2 Inch. Der Trichter wurde geschüttelt, und es wurde die Zeit aufgezeichnet, die benötigt wurde, damit 20 Pound des Probematerials durch den Trichter flossen. Die PD-104-Prüfung bewertet den Widerstand der geschnittenen Glasfaserprobe gegen Filamentierung. 60 g der Probe, 140 g eines Abriebmaterials (Teilchen von gemahlener Walnussschale Nr. 6/10, de im Handel erhältlich sind von Hammon Products Company) und eine herkömmliche antistatische Trocknerfolie vom Schaumtyp wurden in einen nicht rostenden 4 Liter-Stah– becher eingeschlossen und unter Verwendung eines Red Devil-Farbschüttlers Modell 5400E3 sechs Minuten geschüttelt. Das geschüttelte Material wurde unter Verwendung von US-Standardprüfsieben Nr. 5 und Nr. 6 gesiebt. Die Gewichtsprozentangaben von auf den Sieben gesammeltem Fasermaterial als Prozentsatz der ursprünglichen Probe sind nachstehend wiedergegeben.
Die Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse von Prüfungen an Verbundmaterialien, die unter Verwendung der Proben P–S und der Vergleichsprobe unter Verwendung eines Nylon-6,6-Matrixharzes hergestellt wurden.
Tabelle 10
Wie in Tabelle 10 gezeigt, weisen die mit Bornitridteilchen (Proben P–S) gemäß der vorliegenden Erfindung beschichteten Glasfaserstränge einen verbesserten Weißgrad und Gelbgrad und ähnliche Zugfestigkeits-, Zugdehnungs- und Zugmodul-, Biegefestigkeits- und Biegemodul- und Izod-Kerbschlagzähigkeits- und Izod-Schlagzähigkeitseigenschaften im Vergleich mit einer Vergleichsprobe mit ähnlichen Komponenten auf, die kein Bornitrid in einer Nylon-6,6-Verstärkung enthielt.
BEISPIEL 7
Jede der Komponenten in den in der Tabelle 11 angegebenen Mengen wurde zur Bildung wässriger Formungsschlichtezusammensetzungen T und U gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt. Jede wässrige Formungsschlichtezusammensetzung wurde in ähnlicher Weise zu der vorstehend beschriebenen hergestellt. Weniger als etwa 1 Gew.-% Essigsäure auf Basis des Gesamtgewichts war in jeder Zusammensetzung enthalten. Die Tabelle 11 zeigt die Ergebnisse der Weißgrad- und Gelbgradprüfungen, die an Verbundmaterialien durchgeführt wurden, die unter Verwendung der Proben T und U und der Vergleichsprobe unter Verwendung eines Nylon-6,6-Matrixharzes hergestellt waren. Die Farbprüfungen wurden an Verbundmaterialien mit einer Dicke von 3,175 mm (1/8 Inch) und einem Durchmesser von 76,2 mm (3 Inch) unter Verwendung eines Hunter-Kolorimeters Modell D25-PC2A durchgeführt.
Tabelle 11
Wie in der Tabelle 11 gezeigt ist, hatten die Proben T und U, die jeweils mit einer Bornitridteilchen enthaltenden Schlichtezusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet waren, niedrige Weißgradindizes in Nylon-6,6 als eine Vergleichsprobe einer ähnlichen Formulierung, die kein Bornitrid enthielt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung Glasfaserstränge mit einer wärmeleitenden Beschichtung bereit stellt. Diese Stränge können gezwirnt oder geschnitten sein, zu einem Roving geformt sein, eine aus geschnittenen Strängen gebildete Matte oder aus einem kontinuierlichen Strang gebildete Matte oder ein gewebtes oder gestricktes Gewebe zur Verwendung in einer großen Vielzahl von Anwendungen sein, wie Verstärkungen für Verbundmaterialien, wie gedruckte Schaltplatten.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen Änderungen gemacht werden können, ohne das breite erfinderische Konzept zu verlassen. Es wird daher darauf hingewiesen, dass diese Erfindung nicht auf die beschriebenen, speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass beabsichtigt ist, Modifikationen zu umfassen, die sich im Geist und Umfang der Erfindung befinden, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.

Claims

Beschichteter Faserstrang, enthaltend mindestens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstandes einer ersten wässrigen Schlicht- oder Beschichtungszusammensetzung, die auf mindestens einen Teil einer Oberfläche der mindestens einen Glasfaser aufgebracht ist, wobei die wässrige Schlichtzusammensetzung feste anorganische Teilchen enthält mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 30 W/mK bei einer Temperatur von etwa 300 K.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Glasfaser eine primäre Schicht eines getrockneten Rückstandes einer zweiten Schlichtzusammensetzung aufweist, die auf mindestens einen Teil der Oberfläche der mindestens einen Glasfaser aufgebracht ist, und eine sekundäre Schicht aus der ersten wässrigen Schlicht- oder Beschichtungszusammensetzung auf mindestens einem Teil der primären Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Faserstrang, enthaltend mindestens eine Glasfaser mit einer primären Schicht eines getrockneten Rückstandes einer Schlichtzusammensetzung, die auf mindestens einen Teil einer Oberfläche der mindestens einen Glasfaser aufgebracht ist, und eine sekundäre Schicht einer pulverförmigen sekundären Beschichtungszusammensetzung auf mindestens einem Teil der primären Schicht angeordnet ist, wobei die pulverförmige sekundäre Beschichtungszusammensetzung feste anorganische Teilchen enthält mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 30 W/mK bei einer Temperatur von etwa 300 K.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine tertiäre Schicht einer tertiären Beschichtungszusammensetzung, die ein polymeres Material enthält, auf mindestens einem Teil der primären Schicht angeordnet ist und die sekundäre Schicht der pulverförmigen sekundären Beschichtungszusammensetzung auf mindestens einem Teil der tertiären Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Faserstrang nach Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen eine Wärmeleitfähigkeit größer als 100 W/mK bei einer Temperatur von etwa 300 K aufweisen.
Beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der beschichtete Faserstrang eine Vielzahl von Glasfasern enthält.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Glasfaser ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus E-Glasfasern, D-Glasfasern, S-Glasfasern, Q-Glasfasern, E-Glasderivatfasern und Kombinationen derselben.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Glasfaser eine E-Glasfaser ist.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Glasfaser eine E-Glasderivatfaser ist.
Beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen einen Härtewert aufweisen, der einen Härtewert der mindestens einen Glasfaser nicht überschreitet.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtewert der festen anorganischen Teilchen kleiner als oder gleich dem Härtewert der mindestens einen Glasfaser ist.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen einen Härtewert nach Mohs' von 1–6 aufweisen.
Beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1, 3, 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen mindestens ein Teilchen enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bornitrid, Zinkoxid, Zinksulfid, Magnesiumoxid, Molybdändisulfid, Graphit, Molybdän, Platin, Palladium, Wolfram, Nickel, Aluminium, Kupfer, Gold, Eisen, Silber und Mischungen derselben.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen Bornitridteilchen mit hexagonaler Kristallstruktur sind.
Beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen einen elektrischen Widerstand von größer 1000 Mikroohm-Zentimeter bei einer Temperatur von ungefähr 25°C aufweisen.
Beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Teilchengröße der festen anorganischen Teilchen kleiner als 1000 μm ist.
Beschichteter Faserstrang nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die festen anorganischen Teilchen 0,001-99 Gew-%, bezogen auf Gesamtfeststoffe der ersten wässrigen Schlicht- oder Beschichtungszusammensetzung, ausmachen.
Beschichteter Faserstrang nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste wässrige Schlicht- oder Beschichtungszusammensetzung weiterhin ein polymeres Material enthält.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material mindestens ein Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wärmehärtenden Materialien, thermoplastischen Materialien, Stärken und Mischungen derselben.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material mindestens ein wärmehärtendes Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wärmehärtenden Polyestern, Vinylestern, Epoxymaterialien, phenolischen Materialien, Aminoplasten, wärmehärtenden Polyurethanen und Mischungen derselben.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmehärtende Material ein Epoxymaterial ist.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material mindestens ein thermoplastisches Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vinylpolymeren, thermoplastischen Polyestern, Polyolefinen, Polyamiden, thermoplastischen Polyurethanen, Acrylpolymeren und Mischungen derselben.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material ein Polyester ist.
Beschichteter Faserstrang nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material ein Polyvinylpyrrolidon ist.
Beschichteter Faserstrang nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste wässrige Schlicht- oder Beschichtungszusammensetzung weiterhin ein Glasfaserkupplungsmittel enthält.
Beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Glasfaser aus zu Fasern verarbeitbarem Material geformt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Materialien, die nicht Glas sind, natürlichen Materialien, polymeren organischen Materialien und Kombinationen derselben.
Verstärktes polymeres Verbundmaterial, enthaltend: (a) einen beschichteten Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–26 und (b) ein polymeres Matrixmaterial.
Gewebe, enthaltend einen beschichteten Faserstrang, der ein beschichteter Faserstrang nach einem der Ansprüche 1–26 ist.
Elektronischer Träger, enthaltend: (a) ein Gewebe nach Anspruch 29 und (b) eine Schicht eines polymeren Matrixmaterials, aufgebracht auf mindestens, einem Teil des Gewebes, das eine erste Verbundschicht bildet.
Elektronischer Träger nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger weiterhin eine zweite Verbundschicht aufweist, die sich von der ersten Verbundschicht unterscheidet.
Elektronischer Träger nach Ansprüchen 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Platte mit einer ersten, zweiten oder dritten Ebene ist.
Gedruckte elektronische Schaltplatte, enthaltend: (a) einen elektronischen Träger nach einem der Ansprüche 29–31 und (b) eine elektrisch leitende Schicht, die benachbart zu ausgewählten Teilen des elektronischen Trägers angeordnet ist.
Gedruckte elektronische Schaltplatte nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin mindestens eine sich durch mindestens einen Teil der gedruckten Schaltplatte erstreckende Öffnung aufweist.
Verfahren zum Ausbilden einer Öffnung durch eine Gewebeschicht eines elektronischen Trägers nach einem der Ansprüche 29–31 für eine gedruckte elektronische Schaltplatte durch (1) Anordnen des elektronischen Trägers, enthaltend einen Teil einer Gewebeschicht, in der eine Öffnung ausgebildet werden soll in Registerhaltung mit einer Öffnung ausbildenden Vorrichtung, und (2) Ausbilden einer Öffnung in dem Teil der Gewebeschicht.