AT119U1 - METHOD FOR PRODUCING ADHESIVE-FREE FLAT TAPE LADDERS - Google Patents

Description

AT 000 119 UlAT 000 119 ul

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Flachbandieitern,bei dem metallische Leiter zwischen Bahnen aus Thermoplasten mit hoher Thermostabilität heiß verpreßt werden.The invention relates to a process for the production of flat band conductors, in which metallic conductors are hot-pressed between webs of thermoplastics with high thermostability.

Flachbandleiter können beispielsweise zur Verbindung von elektrischen Bauteilen, als Steuersignal- oder Energietransportieitungen oder als flexible Heizelemente eingesetzt werden. Sie bestehen aus metallischen Leiterelementen, beispielsweise Metalldrähten, Litzendrähten oder Flachdrähten, die mit Hilfe von Klebern zwischen orientierten Polyethylenter-ephthalatfolien eingesiegelt sind. Der Nachteil dieser Fiachbandleiter liegt einerseits in der relativ geringen thermischen Belastbarkeit der Po-lyethylenterephthalatfolien, sowie andererseits in der Anwesenheit der zusätzlichen Klebeschicht, die eine zusätzliche Schwachstelle darstellt. Der wesentliche Nachteil der Kleber liegt vor allem in ihrer geringen thermischen Belastbarkeit, ihrer geringen Alterungsbeständigkeit und ihrer Sprödigkeit. Dadurch besitzen die bekannten Flachbandleiter eine nur geringe Flexibilität, die insbesondere bei der Verbindung von bewegten Teilen von Nachteil ist. Die Herstellung von kleberfreien Flachbandieitern ist nur in aufwendigen Verfahren möglich.Ribbon cables can be used, for example, to connect electrical components, as control signal or energy transport lines or as flexible heating elements. They consist of metallic conductor elements, for example metal wires, stranded wires or flat wires, which are sealed with the aid of adhesives between oriented polyethylene terephthalate foils. The disadvantage of this flat ribbon conductor lies on the one hand in the relatively low thermal load capacity of the polyethylene terephthalate films, and on the other hand in the presence of the additional adhesive layer, which represents an additional weak point. The main disadvantage of the adhesives is their low thermal resistance, their low aging resistance and their brittleness. As a result, the known flat ribbon conductors have only a low degree of flexibility, which is particularly disadvantageous when moving parts are connected. The production of adhesive-free flat band ladders is only possible in complex processes.

Die Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes und einfaches Verfahren zur Herstellung von flexiblen Flachbandleitern, mit vor allem höherer Dauergebrauchstemperatur bereitzusteiien.The object of the invention was to provide an improved and simple method for producing flexible ribbon conductors, above all with a higher continuous operating temperature.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch gemeinsames Heißpressen von Folien mit hoher Thermostabilität mit metallischen Leitern zu Flachbandieitern ohne Verwendung zusätzlicher Kleber.The task is solved by jointly hot pressing foils with high thermal stability with metallic conductors to flat band conductors without the use of additional adhesives.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von kleberfreien Flachbandieitern bestehend im wesentlichen aus metallischen Leitern, die innerhalb von Thermoplasten mit hoher Thermostabilität eingebettet sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß metallische Rundleiter oder Flachleiter zwischen Bahnen aus Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid eingebracht und bei Temperaturen oberhalb des Schmelz- 2 AT 000 119 UlThe invention accordingly relates to a process for the production of adhesive-free flat band conductors consisting essentially of metallic conductors which are embedded within thermoplastics with high thermostability, which is characterized in that metallic round conductors or flat conductors are introduced between tracks made of polyether ketones or polyphenylene sulfide and at temperatures above des Schmelz- 2 AT 000 119 Ul

Punktes (Tm) verpreßt werden, bzw. zwischen Bahnen aus Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen eingebracht und bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) verpreßt werden, wobei auch Bahnen aus Gemischen dieser Thermoplaste eingesetzt werden können.Point (Tm) are pressed or inserted between sheets of polyetherimides, polyether sulfones or polysulfones and pressed at temperatures above the glass transition temperature (Tg), wherein sheets made from mixtures of these thermoplastics can also be used.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Flachbandleiter liegt darin, daß sie nur aus den zu verbindenden Bauteilen bestehen und keine artfremden Materialien zum Verkleben der einzelnen Bestandteile notwendig sind. Die erfindungsgemäßen Flachbandleiter zeichnen sich vor allem durch gute thermische Belastbarkeit, lange Lebensdauer und hohe Flexibilität aus.A major advantage of the ribbon conductors produced according to the invention is that they consist only of the components to be connected and no foreign materials are necessary for gluing the individual components. The ribbon conductors according to the invention are characterized above all by good thermal resilience, long service life and high flexibility.

Amorphe Thermoplaste, wie z. B. Poiyetherimide, Polyethersulfone oder Polysuifone können bei Temperaturen über ihrer Tg thermoplastisch verarbeitet werden. Teilkristalline Thermoplaste, wie z. B. Polyetherketone oder Polyphenylensulfid, die zusätzlich zur Tg auch einen Tm besitzen, werden bei der thermoplastischen Verarbeitung über Tm erhitzt. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Thermoplaste sind Polyetherketone, Poiyetherimide, Polyethersulfone, Polysuifone oder Polyphenylensulfid. Unter Polyetherketonen sind auch solche zu verstehen, die mehrere Ethergruppen bzw. Ketogruppen in den Monorherbausteinen enthalten, wie z. B. Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherketoketone (PEKK) oder Polyetheretherketoketone (PEEKK). Die Thermoplaste sind kommerziell erhältlich, beispielsweise Polyetherketone (PEK) als Ultrapek^) (BASF), PEEK als VictrexW (ICI), PEKK als Arotone(R) (Du Pont), PEEKK als Hostatec(R) (Hoechst), Poiyetherimide (PEI) als Ultem^R) (General Electric), Polyethersulfone (PESU) als Uitrason E(R) (BASF), Polysuifone j[PSU) als Ul-trason S(R) (BASF) oder Ude|(R) (Amoco) und Polyphenylensulfid (PPS) als Fortron(R) (Hoechst) oder RytonW (Phillips). Polyetherketone, PEI oder PPS sind beispielsweise in der DE-OS 39 31 649 oder US 4,996,287 beschrieben. Die Herstellung von Folien, Platten oder Bändern aus den Thermoplasten gelingt nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Aufschmelzen der Granulate in einem Extruder, Extrusion durch eine Düse und anschließendes Abkühlen der Schmelze im Wasserbad oder auf einer Gießwalze. Die Folien sind auch kommerziell erhältlich, beispielsweise als Litrex(R) bei PCD Polymere. 3 AT 000 119 UlAmorphous thermoplastics, such as B. polyetherimides, polyether sulfones or polysulfones can be processed thermoplastically at temperatures above their Tg. Semi-crystalline thermoplastics, such as. B. polyether ketones or polyphenylene sulfide, which also have a Tm in addition to the Tg, are heated in the thermoplastic processing above Tm. The thermoplastics used in the process according to the invention are polyether ketones, polyether imides, polyether sulfones, polysulfones or polyphenylene sulfide. Polyether ketones are also to be understood as those which contain several ether groups or keto groups in the mono-building blocks, such as. B. polyether ether ketones (PEEK), polyether ketone ketones (PEKK) or polyether ether ketone ketones (PEEKK). The thermoplastics are commercially available, for example polyether ketones (PEK) as Ultrapek ^) (BASF), PEEK as VictrexW (ICI), PEKK as Arotone (R) (Du Pont), PEEKK as Hostatec (R) (Hoechst), Poiyetherimide (PEI ) as Ultem ^ R) (General Electric), polyethersulfones (PESU) as Uitrason E (R) (BASF), Polysuifone j [PSU) as Ul-trason S (R) (BASF) or Ude | (R) (Amoco) and polyphenylene sulfide (PPS) as Fortron (R) (Hoechst) or RytonW (Phillips). Polyether ketones, PEI or PPS are described for example in DE-OS 39 31 649 or US 4,996,287. Films, sheets or tapes can be produced from the thermoplastics using known processes, for example by melting the granules in an extruder, extrusion through a nozzle and then cooling the melt in a water bath or on a casting roll. The films are also commercially available, for example as Litrex (R) for PCD polymers. 3 AT 000 119 ul

Tabelle 1: Glasübergangstemperaturen (Tg) undTable 1: Glass transition temperatures (Tg) and

Schmelzpunkte (Tm) der Thermoplaste (°C)Melting points (Tm) of thermoplastics (° C)

Tg Tm PEK 170 380 PEEK 143 334 PEKK 156 325 PEEKK 160 365 PPS 85 280 PEI 215 - PESU 230 - PSU 190 -Tg Tm PEK 170 380 PEEK 143 334 PEKK 156 325 PEEKK 160 365 PPS 85 280 PEI 215 - PESU 230 - PSU 190 -

Als metallische Leiter, die zwischen den Thermoplastschichten eingebettet zu liegen kommen, können alle Metallschichtteile, die den elektrischen Strom leiten, verwendet werden. Die elektrische Leitfähigkeit dieser metallischen Leiter liegt entsprechend ihrer Verwendung üblicherweise bei etwa 1,8 bis 63 m/ohm x mm2. Als Metalle kommen alle üblichen Leiter-bzw. Widerstandsmetalle, wie z. B. Kupfer, Silber, Eisen, Nickel, Aluminium bzw. Legierungen dieser Metalle unter sich oder mit z. B. Tantal, Konstantan in Frage. Als metallische Leiter können beispielsweise Rundleiter, die z. B. aus einzelnen Drähten oder aus Litzen bestehen, Flachleiter, z. B. in Form von Metallbändern, Geweben oder Geflechten, oder gestanzte Folienteile verwendet werden. Die metallischen Leiter können auch oberflächenveredelt sein, beispielsweise mechanisch, z. B. durch Bürsten, Sandstrahlen oder galvanisch und/oder chemisch, z. B. durch Aüfbringen einer zusätzlichen Metallschicht, beispielsweise einer Zinnschicht.All metal layer parts that conduct the electrical current can be used as metallic conductors that come to lie embedded between the thermoplastic layers. The electrical conductivity of these metallic conductors is usually around 1.8 to 63 m / ohm x mm2, depending on their use. All usual conductor or. Resistance metals, such as B. copper, silver, iron, nickel, aluminum or alloys of these metals among themselves or with z. B. Tantalum, Constantan in question. As a metallic conductor, for example, circular conductors, the z. B. consist of individual wires or strands, flat conductors, for. B. in the form of metal strips, fabrics or braids, or stamped foil parts can be used. The metallic conductors can also be surface-finished, for example mechanically, e.g. B. by brushing, sandblasting or galvanic and / or chemical, e.g. B. by applying an additional metal layer, for example a tin layer.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachbandleiter erfolgt durch Verpressen von metallischen Leitern zwischen Bahnen, wie z. B. Folien, Platten oder Bändern aus amorphen Thermoplasten, wie z. B. Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen, bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur, oder aus teilkristallinen Thermoplasten, wie z. B. Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid, oberhalb des Schmelzpunktes und anschließendes Abkühlen der erhaltenen Verbünde. Es sind Preßtemperaturen bis knapp unter die Zersetzungstemperatur des 4 AT 000 119 Ul jeweiligen Thermoplasten möglich. Bevorzugt liegt die Preßtemperatur für amorphe Thermoplaste bei etwa (Tg + 30)°C bis etwa (Tg + 130)°C bzw. für teilkristalline Thermoplaste bei etwa (Tm+20)0 bis etwa (Tm + 100)°C. Der Preßdruck liegt üblicherweise bei etwa 1 bis 40 bar. Dabei können beispielsweise die metallischen Leiter zwischen 2 Folien eingelegt und der Verbund anschließend auf einer Presse bei den jeweiligen über Tg bzw. über Tm liegenden Temperaturen verpreßt werden. Dabei ist es besonders überraschend, daß die Dimensionsstabilität der verwendeten Folien trotz der hohen Temperatur beim Preßvorgang erhalten bleibt und kein Schrumpfen auftritt. Die erhaltenen Flachbandleiter stellen fest haftende Verbünde dar und zeigen auch bei höheren Temperaturen ausgezeichnete elektrische Isolierung.The production of the ribbon conductor according to the invention is carried out by pressing metallic conductors between tracks, such as. B. films, plates or tapes of amorphous thermoplastics, such as. B. polyetherimides, polyether sulfones or polysulfones, at temperatures above the glass transition temperature, or from partially crystalline thermoplastics, such as. As polyether ketones or polyphenylene sulfide, above the melting point and then cooling the composites obtained. Press temperatures up to just below the decomposition temperature of the 4 AT 000 119 Ul thermoplastic are possible. The pressing temperature is preferably from about (Tg + 30) ° C. to about (Tg + 130) ° C for amorphous thermoplastics or from about (Tm + 20) 0 to about (Tm + 100) ° C for partially crystalline thermoplastics. The pressure is usually around 1 to 40 bar. For example, the metallic conductors can be inserted between two foils and the composite can then be pressed on a press at the respective temperatures above Tg or above Tm. It is particularly surprising that the dimensional stability of the films used is maintained despite the high temperature during the pressing process and that no shrinkage occurs. The ribbon cables obtained are firmly adhering composites and show excellent electrical insulation even at higher temperatures.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachbandleiter kann sowohl auf stationären Pressen, wie z. B. Etagenpressen oder Druckautoklaven, als auch auf kontinuierlichen Pressen, wie z. B. Laminatoren, Kalandern oder Doppelbandpressen erfolgen. Im Falle der Verwendung von kontinuierlichen Pressen ist es auch möglich, frisch extrudierte, noch im thermoplastischen Zustand über Tg bzw. Tm befindliche Folien gemeinsam mit den metallischen Leitern in die Presse einlaufen zu lassen. 5 AT 000 119 UlThe production of the ribbon conductor according to the invention can be done both on stationary presses, such as. B. deck presses or pressure autoclaves, as well as on continuous presses, such as. B. laminators, calenders or double belt presses. If continuous presses are used, it is also possible to let freshly extruded foils, which are still in the thermoplastic state above Tg or Tm, run into the press together with the metallic conductors. 5 AT 000 119 ul

In den Beispielen wurden folgende Folien fazw. Flachdrähte miteinander verpreßt. PEI-Folie,.... Polyetherimidfoiie, Litrex^h, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm PSU-Folie,.... Polysulfonfolie, Litrex^U, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm PESU-Folie,... Poiyethersulfonfolie, Litrex^S, PCD Polymere Dicke: 0,1 mm PEEK-Folie,... Polyetheretherketonfolie, Litrex^ TK, PCD Polymere Dicke: 0,1 mmIn the examples, the following films were fazw. Flat wires pressed together. PEI film, .... polyetherimide film, Litrex ^ h, PCD polymer thickness: 0.1 mm PSU film, .... polysulfone film, Litrex ^ U, PCD polymer thickness: 0.1 mm PESU film, .. Polyether sulfone film, Litrex ^ S, PCD polymer thickness: 0.1 mm PEEK film, ... Polyether ether ketone film, Litrex ^ TK, PCD polymer thickness: 0.1 mm

Kupfer-Flachdraht, AWG 26 (Fa. Pfaff Präzision, BRD) Dicke: 0,076 mm, Breite 1,57 mm * 6 AT 000 119 UlCopper flat wire, AWG 26 (Pfaff Präzision, Germany) Thickness: 0.076 mm, width 1.57 mm * 6 AT 000 119 ul

Beispiel 1:Example 1:

Auf einem Hochtemperaturlaminator (Fa. Anger, BRD), der mit einer beheizten Teflon walze und einer beheizten Gummi walze bestückt war, wurden kontinuierlich 5 Kupferflachdrähte (Dicke 0,076 mm, Breite 1,57 mm) und oberhalb und unterhalb je eine PEI-Folie (Dicke 0,1 mm, Breite 100 mm) derart miteinander verpreßt, daß die 5 Kupferdrähte in einem Abstand von je 2,5 mm zueinander in der Mitte zwischen den beiden PEl-Folien zu liegen kamen. Die Walzentemperatur lag bei 250°C, der Walzendruck bei 30 bar, die Bahngeschwindigkeit bei 1,4 m/min. Der erhaltene Flachbandleiter weist eine hohe Flexibilität sowie eine gute Haftung auf.5 copper flat wires (thickness 0.076 mm, width 1.57 mm) and a PEI film (above and below) were continuously placed on a high-temperature laminator (Anger, Germany) equipped with a heated Teflon roller and a heated rubber roller. Thickness 0.1 mm, width 100 mm) pressed together in such a way that the 5 copper wires came to lie 2.5 mm apart in the middle between the two PEl foils. The roller temperature was 250 ° C, the roller pressure was 30 bar and the web speed was 1.4 m / min. The ribbon conductor obtained has a high degree of flexibility and good adhesion.

Beispiel 2:Example 2:

Auf einer Doppelbandpresse mit einer Prozeßlänge von 4 m und einer Prozeßbreite von 550 mm (Fa. Held, BRD) wurden 5 Kupferflachdrähte jeweils zwischen 2 Folien aus PESU bzw. PSU bzw. PEEK, analog zu der Anordnung gemäß Beispiel 1, kontinuierlich zu Flachbandleitem verpreßt. Die Bahngeschwindigkeit v (m/min), der Druck p (bar) und der Temperatur-veriauf (°C) im Einlaufbereich (TI), auf der ersten Heizplatte (T2), auf der anschließenden Temperierplatte (T3) und auf der letzen Temperierplatte (T4) der Doppelbandpresse sind in Tabelle 2 zusammengestellt:On a double belt press with a process length of 4 m and a process width of 550 mm (Held, FRG), 5 flat copper wires were pressed between 2 foils of PESU or PSU or PEEK, analogous to the arrangement according to Example 1, continuously to ribbon cables . The web speed v (m / min), the pressure p (bar) and the temperature profile (° C) in the inlet area (TI), on the first heating plate (T2), on the subsequent temperature control plate (T3) and on the last temperature control plate (T4) of the double belt press are summarized in Table 2:

Tabelle 2: Fahrweise der Dopoelbanripresse (m/min) T1(°C) T2(°C) T3(°C) T4(°C) P (bar) v PESU 150 320 200 180 15 0,7 PSU 150 250 180 140 15 1 PEEK 170 400 200 180 10 0,7Table 2: Operating mode of the Dopoelbanri press (m / min) T1 (° C) T2 (° C) T3 (° C) T4 (° C) P (bar) v PESU 150 320 200 180 15 0.7 PSU 150 250 180 140 15 1 PEEK 170 400 200 180 10 0.7

Die erhaltenen Flachbandleiter zeigen eine hohe Flexibilität sowie gute Haftung. 7The ribbon cables obtained show a high degree of flexibility and good adhesion. 7

Claims (3)

AT 000 119 Ul Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von kleberfreien Flachbandleitern bestehend im wesentlichen aus metallischen Leitern, die innerhalb von Thermoplasten mit hoher Thermostabilität eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß metallische Rundleiter oder Flachleiter zwischen Bahnen aus Polyetherketohen oder Polyphenylensulfid eingebracht und bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes (Tm) verpreßt werden, bzw. zwischen Bahnen aus Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen eingebracht und bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) verpreßt werden, wobei auch Bahnen aus Gemischen dieser Thermoplaste eingesetzt werden können.AT 000 119 Ul claims 1. Process for the production of adhesive-free flat conductors consisting essentially of metallic conductors which are embedded within thermoplastics with high thermostability, characterized in that metallic round conductors or flat conductors are inserted between tracks made of polyether ketene or polyphenylene sulfide and at temperatures above the Melting point (Tm) are pressed, or introduced between sheets of polyetherimides, polyether sulfones or polysulfones and pressed at temperatures above the glass transition temperature (Tg), wherein sheets of mixtures of these thermoplastics can also be used. 2. Verfahren zur Herstellung von Rachbandleitern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßtemperatur bei Verwendung von Polyetherimiden, Polyethersulfonen oder Polysulfonen bei (Tg + 30) °C bis (Tg + 130)°C und bei Verwendung von Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid bei (Tm + 20) °C bis (Tm + 100)°C liegt.2. A process for the production of Rachband ladder according to claim 1, characterized in that the pressing temperature when using polyetherimides, polyether sulfones or polysulfones at (Tg + 30) ° C to (Tg + 130) ° C and when using polyether ketones or polyphenylene sulfide at ( Tm + 20) ° C to (Tm + 100) ° C. 3. Verfahren zur Herstellung von Flachbandleitern gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastbahnen und metallischen Leiter kontinuierlich auf einer Doppelbandpresse oder einem Laminator verpreßt werden. \3. A process for the production of ribbon conductors according to claim 1 or 2, characterized in that the thermoplastic webs and metallic conductors are pressed continuously on a double belt press or a laminator. \