DE2649267C2

DE2649267C2 - Verfahren zur Herstellung von metallfaserverstärkten Kunststoffhalbzeugen und -fertigprodukten

Info

Publication number: DE2649267C2
Application number: DE2649267A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Damsky; Egon Lemmen; Dietrich Dr. Michael; Helmut Dipl.-Ing. 4150 Krefeld Winchenbach
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE2649267A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhalbzeugen und -fertigprodukten mit hoher elektrischer und/oder thermischer Leitfähigkeit aus Kunststoff und Metallfasern, wobei der feste Kunststoff in einer Schneckenpresse mit feinen, einzelnen Metallfasern gemischt und als plastische oder flüssige Mischung in ein Werkzeug befördert wird, worin die Mischung dann erstarrt (GB-PS 8 44 939).

Es ist bekannt, daß Kunststoffteile mit elektrischer und/oder thermischer Leitfähigkeit dadurch hergestellt werden können, daß man ein zusammenhängendes räumliches Gebilde aus Metallfasern (Schwamm) in eine Form einlegt und anschließend diese Form mit plastischer Kunststoffschmelze füllt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die nicht fixierte Lage des Metallschwammes in der Form und die damit verbundene schlechte Reproduzierbarkeit der Formteileigenschaften. Insbesondere wird der Schwamm beim Einfüllen der Kunststoffschmelze in der Form zusammengedrückt und in Fließrichtung der Schmelze verschoben. Dabei geht zum Teil der Kontakt des Metallschwammes mit der formgebenden Wandung verloren. An diesen Stellen bildet sich eine homogene Kunststoffschicht, die wegen des fehlenden Metall-Netzes weder elektrisch noch thermisch leitfähig ist und deshalb entfernt werden muß, wenn die genannten Eigenschaften gefordert sind. Auch können nur Metallschwämme mit einfacher Geometrie verarbeitet werden, so daß nach diesem Verfahren auch nur einfach geformte Formteile hergestellt werden können. Insbesondere müssen Bohrungen, Nuten und andere Ausnehmungen nachträglich in einem gesonderten Arbeitsgang gefertigt werden.

Auch sind einzelne oder gedrillte Fäden aus gegossenem Metall bekannt, die nach herkömmlichen Verfahren mit den Kunststoffen zusammengebracht und verar

beitet werden. ι

Durch das Gießen tritt eine Verarmung der Oberflächenschicht an metallenen Fäden ein, wodurch der Abbau von unerwünschten elektrischen Aufladungen wesentlich erschwert wird und die Gebrauchsfähigkeit leidet

Es ist bekannt, daß Kunststoffe mit verbesserter elektrischer und/oder thermischer Leitfähigkeit dadurch hergestellt werden, daß der Kunststoff mit Metallpulver

ίο gemischt wird und dieses Gemisch nach bekannten Verfahren (z. B. Spritzgießen) zu einem Fertigteil geformt wird.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß eine merkliche Verbesserung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit nur dann erzielt wird, wenn zwischen den im Kunststoff eingelagerten Metall-Partikeln eine Verbindung besteht. Dazu ist jedoch ein hoher Gehalt an Metallpulver als Füllstoff erforderlich, der wiederum dann die mechanischen Eigenschaften der Fertigteile stark herabsetzt, so daß diese nicht mehr überall verwendet werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, die die Herstellung von Halb- und Fertigerzeugnissen aus Kunststoff mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit auch von komplizierter Form in einem Arbeitsgang ermöglicht, wobei die geforderten Eigenschaften auch im Grenzbereich der Oberfläche vorhanden sein müssen.
Diese Aufgabe wird dadurch erfindungsgemäß gelöst, daß die Mischung unter Bildung einer sekundären Grenzschichtströmung entlang rauher Werkzeugoberflächen in das Werkzeug fließt und dabei intensiv gekühlt wird.
Während der Mischung verbiegen sich die Metallfasern, vorzugsweise Kupferfasern, so daß sie ein räumliches Netzwerk bilden, welches dem Kunststoff auch schon bei wenigen Metallfasern eine ausgezeichnete elektrische und Wärmeleitfähigkeit verleiht. Überraschend ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß durch eine so einfache technische Maßnahme, wie das Aufrauhen der Oberfläche im Werkzeug, die sich sonst bildende Verarmung der Außenschicht an Metallfasern vermieden werden kann. Elektrostatische Aufladungen werden dadurch sofort abgebaut. Durch die verbesserten Eigenschaften der nach diesem Verfahren hergestellten Produkte wird das* Einsatzgebiet des Kunststoffes unter anderem bei Rollen, Walzen, Zahnräder und Lagerschalen, insbesondere in explosionsgefährdeten Räumen, erheblich erweitert.

In einer besonderen Durchführung des Verfahrens werden mehrere Kunststoffkomponenten getrennt zu einem Gegenstand verarbeitet, wovon mindestens eine Kunststoffkomponente mit Metallfasern versetzt ist.

Durch die Kombination von verschiedenen Kunst-Stoffkomponenten sind die jeweils besten Materialeigenschaften bei unterschiedlichen Beanspruchungen der einzelnen Stellung des Gegenstandes und geringeren Materialkosten einsetzbar.
In einer Ausführungsform besitzt die formgebende Oberfläche des Werkzeuges eine Rauhtiefe größer als 0,05 mm.

Die nach dem arithmetischen Mittelwert gemessene Rauhtiefe wird durch Sandstrahlen erzeugt, dadurch werden die Kunststoffteile griffiger und blendungsfrei, was oft erwünscht ist.

In einer weiteren Ausführungsform sind auf der formgebenden Oberfläche des Werkzeugs Rippen quer zur Fließrichtung angebracht.

Durch die Rippen wird die Kühloberfläche vergrößert und damit intensiviert.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung erläutert

In eine Schneckenspritzgießmaschine mit einem Spritzdruck von 1500 bar und einem Nachdruck von 800 bar wird bei einer Zylinderwandtemperatur von 250° C ein Gewichtsteil Polyamid und ein Gewichtsteil 0,1 mm dicke und 5 mm lange Kupferfasern eingesetzt und nach dem Plastifizieren durch eine offene Düse in eine sandgestrahlte Form mit einer Wandtemperatur von 30° C eingespritzt

Das Ergebnis ist ein Formteil, dessen Oberflächenwiderstand nach DIN 53 482 unter lOOhm und der eine Wärmeleitfähigkeit von 0,54 Watt/mK besitzt.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhalbzeugen und -fertigproduicten mit hoher elektrischer und/oder termischer Leitfähigkeit aus Kunststoff und Metallfasern, wobei der feste Kunststoff in einer Schneckenpresse mit feinen, einzelnen Metallfasern gemischt und als plastische oder flüssige Mischung in ein Werkzeug befördert wird, worin die Mischung dann erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung unter Bildung einer sekundären Grenzschichtströmung entlang rauher Werkzeugoberflächen in das Werkzeug befördert und dabei intensiv gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kunststoffkomponenten getrennt zu einem Gegenstand verarbeitet werden, wovon mindestens eine Kunststoffkomponente mit Metallfasern versetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die formgebende Oberfläche des Werkzeuges eine Rauhtiefe größer als 0,05 mm besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der formgebenden Oberfläche des Werkzeuges Rippen quer zur Fließrichtung angebracht sind.