DE1812751B2 - Verwendung eines pulvertörmigen Gemischs aus Polyäthylen und Ruß zum Herstellen von leitenden Gegenständen durch Rotationsgießen - Google Patents
Verwendung eines pulvertörmigen Gemischs aus Polyäthylen und Ruß zum Herstellen von leitenden Gegenständen durch RotationsgießenInfo
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Description
Es gibt zahlreiche Anwendungen für Polyäthylen, bei denen die geringe Leitfähigkeit dieses Stoffs von
Nachteil ist. Aufgrund dieser geringen Leitfähigkeit sammeln sich auf Polyäthylengegenständen leicht
elektrostatische Ladungen an. Dies ist beispielsweise bei Polyäthylenbehältern, die mit entflammbaren Materialien
gefüllt werden sollen, wie z. B. mit organischen Kunststoffpulvern, von Nachteil, da hohe elektrostatisehe
Ladungen zu einer Entzündung führen können. Normalerweise können solche elektrostatische Ladungen
zerstreut werden, wenn man dafür sorgt, daß ein Kunststoff einen Widerstand von 104 bis 108Ohmcm
besitzt. jo
Um Polyäthylen mit einem derartigen verringerten Widerstand zu versehen, hat man in das Polyäthylen
Ruß eingearbeitet, indem man den Ruß in geschmolzenes Polyäthylen, beispielsweise im Zylinder eines
Schneckenextruders, eingearbeitet hat. Solche Misch- J5
techniken, bei denen das Polyäthylen erweicht oder schmilzt erzeugen eine sehr feine Verteilung des Rußes.
Jedoch ergeben derartige Techniken keine fertigen Gegenstände, die eine beträchtliche Leitfähigkeit
aufweisen, wenn nicht ziemlich hohe Konzentrationen an Ruß, nämlich mindestens 15 Gew.-%, verwendet
werden. Durch die Einarbeitung derart hoher Konzentrationen an Ruß leiden aber die mechanischen
Eigenschaften des Polyäthylens beträchtlich.
Der Erfindung lag demzufolge die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von leitenden Gegenständen aus
Polyäthylen zu ermöglichen, die nur geringe Gehalte an Ruß aufweisen.
Es wurde gefunden, daß man bereits aus pulverförmigen Gemischen, die nur 0,1 bis 2 Gew.-% Ruß enthalten, w
Polyäthylengegenstände mit ausreichender Leitfähigkeit herstellen kann, wenn man in bestimmter Weise
vorgeht.
Demgemäß betrifft die Erfindung also die Verwendung eines pulverförmigen Gemisches aus Polyäthylen
und Ruß, das durch Trockenmischen in einem Mischer mit schnell umlaufenden Mischblättern erzeugt wird,
zum Herstellen von leitenden Gegenständen mit einem Rußgehalt zwischen 0,1 und 2 Gew.-% durch Rolationsgießen.
bo
Mit dem Ausdruck »pulverförmiges Gemisch« ist ein Gemisch gemeint, in welchem die Teilchen aus
leitendem Ruß frei unter den Teilchen aus Polyäthylen verteilt sind. Insbesondere sind Gemische ausgeschlossen,
die durch Verfahren hergestellt werden, bei denen das Polyäthylen erweicht oder geschmolzen wird, wie es
beispielsweise beim Mischen in einem Extruder oder bei anderen Verfahren der Fall ist, bei denen der Ruß durch
geschmolzenes oder erweichtes Polyäthylen während des Mischens benetzt wird.
Durch die Verwendung eines Mischers mit schnell umlaufenden Mischblättern wird ein trockenes pulverlörmiges
Gemisch erhalten, aus welchem durch Rotationsgießen Gegenstände hergestellt werden können,
die bei Rußgehalten zwischen 0,1 und 2 Gew.-% nicht oder nur kaum abfärben. Durch die Verwendung
eines Mischers mit schnell umlaufenden Mischblättern werden die Teilchen beim Mischen in einem gewissen
Grad fluidisiert, was zu einer besonders intensiven Rußverteilung führt.
Gemäß der Erfindung können Lampenruße, Ofenruße und Acetylenruße verwendet werden, wie sie im
Handel unter den verschiedensten Bezeichnungen erhältlich sind.
Der Rußabrieb ist bei den hergestellten Gegenständen besonders gering, wenn die betreffende Oberfläche
während des Verformens mit einer Metallform in Berührung kommt. Es ist deshalb verhältnismäßig leicht,
hohle Behälter herzustellen, die praktisch nicht abfärben. Die Bedingungen, unter denen der Rotationsguß
ausgeführt wird, und auch die Größe der Polyäthylen- und Rußteilchen kann verschieden sein. Die gewählte
Verformungsteniperatur wird durch den Schmelzflußindex und die Teilchengröße des Polyäthylens bestimmt.
Je höher der Schmelzflußindex ist oder je kleiner die Teilchengröße ist, desto geringer ist auch die Temperatur,
die verwendet werden kann. Beim Rotationsguß von Zusammensetzurigen aus Polyäthylen und Ruß werden
Verformungstemperaturen von 300 bis 4500C, ein
Schmelzflußindex von 10 bis 30 und eine Teilchengröße bis zu 1500 μ, insbesondere bis zu 1200 μ, verwendet.
Die Rußleilchen besitzen eine Teilchengröße von 200 ηιμ und insbesondere eine Teilchengröße von
50 ηιμ.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.
Polyäthylenpulver mit einer Korngröße bis zu 1200 μ
und mit einem Schmelzflußindex von 20 (gemessen durch ASTM-Test Nr. 1238-57T) wurde 2 min in einem
üblichen fluidisierten Mischer mit schnell umlaufenden Mischblättern mit verschiedenen Mengen zweier
handelsüblicher Ofenruße (Ruß I und Ruß II) gemischt.
Alle Zusammensetzungen wurden durch Rotationsguß in Behälter verarbeitet, die an einem Ende
verschlossen waren und einen regelmäßigen hexagonalen Querschnitt besaßen. Der Boden und die Wandungen
der Behälter waren 3,2 mm dick, die Wandungen waren 279,4 mm hoch, und die Seiten des Sechsecks
waren 152,4 mm lang. Der Rotationsguß wurde bei 400°C während eines Zeitraums von 9 min ausgeführt.
Aus jedem Behälter wurden Streifen herausgeschnitten und dazu verwendet, den Volumenwidersland (ρ,.)
und den Oberflächenwiderstand (ρ4) eines jeden Behälters zu bestimmen. Die Resultate sind in Tabelle 1
angegeben. Die Widerstände wurden wie folgt gemessen.
Oberflächen widerstand
Ein Ring aus Zinn und eine in den Ring passende Zinnscheibe wurden konzentrisch auf die Oberfläche
des Streifens gelegt. Die Abmessungen des Rings und der Scheibe wurden so gewählt, daß ein ringförmiger
Zwischenraum zwischen der Scheibe und dem Ring verblieb, worauf der Widerstand ρ 4 quer über den Spalt
gemessen wurde. Der Oberflächenwiderstand ji.» wurde
dann aus folgender Gleichung errechnet:
f1 dr _ ua
«2
/?i = Scheibenradius,
/?2 = innerer Ringradius,
r = ein Radius des Rings.
/?2 = innerer Ringradius,
r = ein Radius des Rings.
18 12751 | 1 | Rußkonzen | 4 | 105 | Py |
tration, ausge | 105 | in Ohm cm | |||
wurde Tabelle | drückt als | 105 | |||
Ruß | Gew.-% in der | 107 | |||
leitenden Zu | 1014 | ||||
sammensetzung | |||||
1% | 1,6 · 105 | ||||
0,5% | in Ohm cm | 5,2 ■ 105 | |||
1% | - | ||||
1(1 Sorte 1 | 0,5% | - | |||
0,1% | - | ||||
Sorte II | |||||
Sorte II | 8,8· | ||||
Sorte II | 7,5· | ||||
1,4· | |||||
3,7· | |||||
>3 · | |||||
Volumenwiderstand ρ,,
Ein Streifen mit einem rechteckigen Querschnitt und mit einer Dicke von 3,2 mm wurde aus dem Behälter
herausgeschnitten, und Zinnelektroden wurden mit Hilfe einer leitenden Flüssigkeit auf seine Enden
geklebt. Der Widerstandswert des Streifens wurde dann durch ein Megohmeter gemessen. Der Widerstandswert
wurde in den eigentlichen Widerstand umgerechnet,
indem mit dem Faktor -y multipliziert wurde, worin A
die Querschnittsfläche des Streifens und 1 seine Länge ist.
Ungefülltes Polyäthylen hat einen Volumenwiderstand von ungefähr 10l9Ohm und einen Oberl'lüchcnwiderstand
von ungefähr 1016 Ohm.
Die gemäß diesem Beispiel hergestellten Uehälter verloren keinen Kohlenstoff, und auch ein starkes
Reiben mit Seidenpapier auf der Außenseite des Behälters ergab keine wahrnehmbare Verfärbung des
Papiers.
Probenstreifen wurden aus diesen Behältern herausgeschnitten, und getestet, um ihre Fließspannungen und
ihre prozentuale Dehnfähigkeit zu untersuchen. Die Abmessungen der Streifen und ihre Zugfestigkeiten und
Dehnfähigkeiten sind ebenfalls in Tabelle 2 angegeben.
Art und Konzen | Breite in mm | Dicke in mm | Fläche in cm2 | Zugfestigkeit | Dehnfähig- |
tration des | in kg/cm2 | keit, % | |||
Rußes in % | |||||
0,5 Sorte II | 6,35 | 2,62 | 0,1645 | 68,5 | 130 |
0,5 Sorte II | 6,35 | 2,49 | 0,1568 | 95,1 | 160 |
0,5 Sorte II | 6,35 | 3,05 | 0,1910 | 86,2 | 160 |
1,0% Sorte II | 6,35 | 2,16 | 0,1355 | 108,8 | 120 |
1,0% Sorte II | 6,35 | 2,72 | 0,1710 | 83,1 | 130 |
1,0% Sorte II | 6,35 | 2,41 | 0,1523 | 114,4 | 110 |
1,0% Sorte Il | 6,35 | 1,96 | 0,1232 | 161,2 | 90 |
1,0% Sorte II | 6,35 | 2,97 | 0,1871 | 89,3 | 120 |
0,5% Sorte | 6,35 | 3,86 | 0,2432 | - | 240 |
0,5% Sorte | 6,35 | 3,91 | 0,2554 | 87,0 | 280 |
0,5% Sorte | 6,35 | 2,79 | 0,1768 | 73,2 | 200 |
0,5% Sorte | 6,35 | 2,85 | 0,1787 | 123,0 | 180 |
1,0% Sorte | 6,35 | 3,71 | 0,2345 | 94,8 | 150 |
1,0% Sorte | 6,35 | 3,73 | 0,2356 | 95,1 | 175 |
1,0% Sorte | 6,35 | 2,34 | 0.1471 | 107,4 | 200 |
1,0% Sorte | 6,35 | 2,29 | 0,1439 | 150,5 | 300 |
Ein durch Rotationsguß verformtes Polyäthylenpulver, das keinen Ruß enthält, besitzt eine Zugfestigkeit von
ungefähr 84 kg/cm2 und eine Dehnfähigkeit von ungefähr 200%.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung eines pulverförmigen Gemisches aus Polyäthylen und Ruß, das durch Trockenmischen in einem Mischer mit schnell umlaufenden Mischblättern erzeugt wird, zum Herstellen von leitenden Gegenständen mit einem Rußgehalt zwischen 0,1 und 2 Gew.-% durch Rotationsgießen.IO
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