DE3633883A1 - Formbare kunststoffmasse zum herstellen elektrisch leitender elastomerer kunststoffgegenstaende - Google Patents
Formbare kunststoffmasse zum herstellen elektrisch leitender elastomerer kunststoffgegenstaendeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine formbare Kunststoffmasse zum Herstellen
geformter Gegenstände aus elektrisch leitendem elastomerem
Kunststoffmaterial durch Formen und Vernetzen, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
In dieser Beschreibung soll "elektrisch leitend" bedeuten,
daß das betreffende Kunststoffmaterial einen spezifischen
elektrischen Durchgangswiderstand unter etwa 1000 Ω cm und
vorzugsweise unter etwa 100 Ω cm hat.
Nach dem internen Stand der Technik der Anmelderin werden
elastomere Gegenstände aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial
durch Vernetzen einer Masse hergestellt, die EPDM,
d. h. ein Ethylen-propylen-terpolymer (vgl. Römpps
Chemie-Lexikon, 8. Aufl., Seite 1154), Vernetzer, Ruß
und wahlweise Vernetzungshilfsmittel, Füllstoff wie
Zinkoxid, interne Gleitmittel wie Stearinsäure, Weichmacheröl
wie Paraffinöl, Antioxidantien und andere
übliche Zusätze enthält. Aus derartigen Massen können
insbesondere elektrisch abschirmende elastomere Teile
von Kabelverbindungen, Kabelsteckern und dergleichen
hergestellt werden. Zur Erzielung einer ausreichenden
Abschirmwirkung darf dabei der spezifische elektrische
Durchgangswiderstand die angegebenen Werte, vorzugsweise
100 Ω cm, nicht wesentlich überschreiten. Zur Erzielung
derart hoher elektrischer Leitfähigkeiten müssen verhältnismäßig
große Anteile Ruß in der Masse enthalten
sein; dadurch wird die Viskosität der Masse in unerwünschter
Weise erhöht und die Formbarkeit der Masse
beeinträchtigt. Aus diesen Gründen war es bisher nicht
möglich, derartige Massen in zufriedenstellender Weise
zum Spritzgießen zu verwenden. Noch weniger war es möglich,
beim mehrstufigen Spritzgießen mehrschichtiger
Kunststoffgegenstände elastomere Abschirmschichten mit
ausreichend hoher Leitfähigkeit einzubauen; für derartige
Spritzgießaufgaben sind nämlich verhältnismäßig
niedrige Viskositäten der verwendeten Kunststoffmassen
erforderlich, sei es um auch verhältnismäßig kompliziert
geformte Gegenstände mit erträglichem Aufwand spritzgießen
zu können, sei es, um ein spalt- und lückenloses
flächiges Verbinden aufeinanderfolgender Schichten
sicherzustellen. Erschwerend kommt noch hinzu, daß der
fertige Gegenstand bestimmte mechanische und elastische
Eigenschaften haben soll; insbesondere soll bei mehrschichtigen
Gegenständen die elektrisch leitenden Schichten
etwa die gleichen mechanischen und elastischen Eigenschaften
wie anschließende nicht leitende Schichten haben.
Bisher war es nicht möglich, alle diese Forderungen in
zufriedenstellender Weise zu erfüllen.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Kunststoffmasse
zum Herstellen geformter Gegenstände aus elektrisch
leitendem elastomerem Kunststoffmaterial zu schaffen, die
besonders zum Spritzgießen mehrschichtiger elastomerer
Gegenstände, die sowohl elektrisch leitende als auch
elektrisch isolierende Schichten aufweisen, geeignet ist.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe mit der Kunststoffmasse
nach dem Anspruch 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse wird von der
Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß es Rußsorten gibt,
die beim Einsatz als Leitfähigkeitsmaterial in elastomeren
Kunststoffmaterialien eine elektrische Leitfähigkeit
hervorrufen, die bei mechanischer Bearbeitung des Kunststoffmaterials
nicht ansteigt. Normalerweise wird durch
mechanische Bearbeitung eines mit Ruß leitfähig gemachten
Kunststoffmaterials der spezifische elektrische Durchgangswiderstand
stark erhöht. So sind schon bei Bearbeitungszeiten,
zum Beispiel beim Walzen, von nur 10
Minuten, Erhöhungen des spezifischen elektrischen Durchgangswiderstandes
auf etwa den doppelten Ausgangswert
nicht ungewöhnlich. Durch die Verwendung von erfindungsgemäß
ausgewählten Rußsorten wird nicht nur erreicht, daß
die elektrische Abschirmwirkung von aus der Masse hergestellten
elastomeren Kunststoffgegenständen sich im
Gebrauch nicht verschlechtert oder gar praktisch verlorengeht,
sondern es können auch wesentlich geringere Rußmengen
als sonst üblich verwendet werden, und dies macht es möglich,
die zum Spritzgießen gewünschten niedrigen Viskositäten
einzustellen. Derartige niedrige Viskositäten machen
erst eine Anwendung beim mehrschichtigen Spritzgießen
möglich, bei welchem sich nur bei ausreichend niedriger
Viskosität die leitfähige Masse lückenlos mit der Oberfläche
der Unterschicht verbindet.
Gute Ergebnisse erhält man, wenn als Ruß ein Gemisch aus
etwa 50 Gewichtsteilen CF-Ruß (Conductive Furnace-Ruß,
vgl. ASTM D 1765 Typ N-472) und etwa 15 Gewichtsteilen XCF-Ruß (Extra
Conductive Furnace-Ruß, vgl. ASTM 1760, Spezifische Oberfläche ca.
1000 m²/g, Struktur DBP, Absorption ca. 340 cm³/100 g) auf 100 Gewichtsteile
EPDM verwendet wird.
Als EPDM sind insbesondere tpyische Sorten mittleren Molekulargewichts
mit statistischer und/oder sequentieller Ethylen-
Propylen-Verteilung und mittlerer bis hoher Vulkanisationsgeschwindigkeit
geeignet.
Die Tatsache, daß verhältnismäßig wenig Ruß ausreicht,
führt außerdem zu dem Vorteil, daß das aus der Masse
hergestellte Kunststoffmaterial günstige mechanische und
elastische Eigenschaften hat. So ist es ohne weiteres
möglich, mit erfindungsgemäßen Massen elastomere Kunststoffmaterialien
der beschriebenen Art herzustellen,
die die folgenden weiteren Eigenschaften haben:
Zugfestigkeitgrößer als 7 MPa
Elastizitätsmodul
bei 100% Dehnungkleiner als 3 MPa bei 200% Dehnungkleiner als 4 MPa Bruchdehnunggrößer als 450% bleibende Verformung (72 h bei 100°C)kleiner als 25% Shore-A-Härtegrößer als 70
bei 100% Dehnungkleiner als 3 MPa bei 200% Dehnungkleiner als 4 MPa Bruchdehnunggrößer als 450% bleibende Verformung (72 h bei 100°C)kleiner als 25% Shore-A-Härtegrößer als 70
Die für den jeweiligen Anwendungsfall bestgeeignete Rezeptur
kann der Fachmann durch wenige Versuche selbst ermitteln.
Dabei kann es zweckmäßig sein, zusätzlich etwa 10 bis
30 Gewichtsteile Weichmacheröl auf 100 Gewichtsteile EPDM
vorzusehen; dadurch wird die Viskosität noch weiter erniedrigt,
ohne daß die mechanischen Eigenschaften des
hergestellten Kunststoffmaterials störend beeinträchtigt
werden.
Besonders bei Einstellung verhältnismäßig niedriger Viskositäten
kann es zweckmäßig sein, daß die Masse zusätzlich
etwa um 5 Gewichtsteile 1,2 Polybutadien eines mittleren
Molekulargewichts um 1000 auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
In Ausgestaltung der Erfindung können die rheologischen
Eigenschaften der Masse und die elastischen
Eigenschaften der daraus hergestellten Kunststoffmaterialien
durch Zusätze von internen Gleitmitteln verbessert werden.
So können vorzugsweise ca. 4 Gewichtsteile Calciumseife auf
100 Gewichtsteile EPDM zugesetzt werden. In ähnlicher Weise
ergeben sich Verbesserungen durch einen Zusatz von etwa
25 Gewichtsteilen Polyethylenwachs auf 100 Gewichtsteile
EPDM.
Besonders günstige rheologische Eigenschaften der Masse
und mechanische und elastische Eigenschaften der daraus
hergestellten Kunststoffmaterialien ergeben sich, wenn
die vorgenannten zusätzlichen Maßnahmen kombiniert werden,
also die Masse zusätzlich ca. 5 Gewichtsteile 1,2 Polybutadien
eines mittleren Molekulargewichts um 1000, etwa
4 Gewichtsteile Calciumseife und ca. 25 Gewichtsteile Polyethylenwachs
auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
Die erfindungsgemäße Masse kann wie üblich einen peroxidischen
Vernetzer enthalten; vorteilhaft sind etwa
12,5 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile EPDM. Ferner
können auch Vernetzungshilfsmittel zugesetzt sein;
bewährt hat sich ein Zusatz von 3 Gewichtsteilen eines
sogenannten Co-Agenten. Als Co-Agent ist vorzugsweise
Ethylenglykoldimethacrylat geeignet.
Die erfindungsgemäße Masse kann in der üblichen Weise
Antioxidantien enthalten. Zweckmäßig ist ein Zusatz von
etwa 1,5 Gewichtsteilen eines Antioxidans auf 100 Gewichtsteile
EPDM; dabei ist als Antioxidans polymerisiertes
1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin besonders gut geeignet.
In der Tabelle 1 sind verschiedene erfindungsgemäße Massen,
die sich durch Gleitmittel-Zusätze unterscheiden, einer
Basis-Masse (Nr. 1) gegenübergestellt, die folgende
Zusammensetzung hat:
BestandteilGewichtsteile
EPDM der angegebenen typischen Art100
Paraffinöl35
CF-Ruß50
SCF-Ruß15
Stearinsäure1
Zinkoxid5
Antioxidans polymerisiertes
1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-
chinolin1,5
Peroxidischer Vernetzer12,5
Co-Agent Ethylenglykoldimethacrylat3
In der Tabelle ist als Maßstab der Verbesserung der rheologischen
Eigenschaften die relative Erhöhung der Spritzgießgeschwindigkeit
nach der dem Fachmann bekannten Spider-
Mold-Methode angegeben. Bei dieser Methode wird das Volumen
an Masse gemessen, das unter einem bestimmten Druck in
einer bestimmten Zeitspanne in ein gegebenes verzweigtes
Kanalsystem einfließt.
Des weiteren sind in der Tabelle 1 noch Wertzahlen für
Eigenschaften der Masse (Viskosität, Spritzgießgeschwindigkeit)
und für Eigenschaften der aus der Masse hergestellten
Kunststoffmaterialien (Shore-A-Härte, Zugfestigkeit,
Bruchdehnung) angegeben. Bei den Wertzahlen
bedeutet 1 den zum schichtweisen Spritzgießen am wenigsten
geeigneten Wert, 5 den am besten geeigneten Wert.
In dieser Beschreibung ist unter dem Begriff "Viskosität"
die minimale Viskosität zu verstehen, die sich bei Erwärmen
der Masse vor dem Einsetzen der thermischen Vernetzung
einstellt. Diese minimale Viskosität kann mit
einem Monsanto-Rheometer 100-S (ASTM D 2084
oder DIN 53 529) gemessen werden. Dabei wird die Viskosität
aus dem zum Antrieb einer schwingenden Scheibe benötigten
Drehmoment ermittelt.
Wie die Tabelle 1 zeigt, hat die Masse Nr. 7, in der
mehrere interne Gleitmittel miteinander kombiniert vorliegen,
überlegene Eigenschaften, wie sich insbesondere
in der Summe der Wertzahlen zeigt. Dabei ist besonders
der hohe Wert der relativen Erhöhung der Spritzgießgeschwindigkeit
(Spider-Mold-Methode) überraschend, da
nicht zu erwarten war, daß die Wirkungen der einzelnen
internen Gleitmittel sich additiv verstärken. Bei der
Masse Nr. 7 hat allerdings die Zugfestigkeit nur die
Wertzahl 3; diese bedeutet jedoch einen noch für die
Zwecke der Praxis gut ausreichenden Wert.
Bei den Massen Nr. 2 und Nr. 5 sind die Viskosität und
die Spritzgießgeschwindigkeit nicht besonders günstig;
dafür sind die mechanischen Eigenschaften zufriedenstellend.
Die Masse Nr. 3 hat bezüglich Viskosität und Spritzgießgeschwindigkeit
ähnliche Eigenschaften wie die besonders
günstige Masse Nr. 7, doch sind die Shore-A-Härte und die
Zugfestigkeit der aus der Masse hergestellten Kunststoffmaterialien
nicht ganz zufriedenstellend.
Die Masse Nr. 6 zeigt ähnlich wie die Masse Nr. 7 eine
relativ günstige Kombination von Eigenschaften, wobei
jedoch die Verarbeitungseigenschaften (Viskosität und
Spritzgießgeschwindigkeit) deutlich ungünstiger sind als
bei Masse Nr. 7. Überhaupt kann festgestellt werden, daß
die Anforderungen beim schichtweisen Spritzgießen
durch die rheologischen Eigenschaften der Massen Nr. 3
und (am besten) Nr. 7 besonders gut erfüllbar sind.
Claims (15)
1. Formbare Kunststoffmasse zum Herstellen geformter
Gegenstände aus elektrisch leitendem elastomerem
Kunststoffmaterial durch Formen und Vernetzen, enthaltend
EPDM (Ethylen-propylen-terpolymer), Ruß,
Vernetzer und ggf. Vernetzungshilfsmittel, Füllstoff
wie Zinkoxid, interne Gleitmittel wie Stearinsäure,
Weichmacheröl wie Paraffinöl, Antioxidantien und
andere übliche Zusätze, dadurch gekennzeichnet,
daß die Masse auf 100 Gewichtsteile EPDM um 35 Gewichtsteile Paraffinöl, um 1 Gewichtsteil Stearinsäure und um 5 Gewichtsteile Zinkoxid enthält und spritzgießbar ist,
daß der Rußgehalt so gewählt ist, daß das aus der Masse hergestellte Kunststoffmaterial einen spezifischen elektrischen Durchgangswiderstand von weniger als etwa 100 Ω cm hat,
und daß die verwendete Rußsorte danach ausgewählt ist, daß der spezifische elektrische Durchgangswiderstand des aus der Masse hergestellten Kunststoffmaterials sich durch mechanisches Bearbeiten des Kunststoffmaterials nicht wesentlich erhöht.
daß die Masse auf 100 Gewichtsteile EPDM um 35 Gewichtsteile Paraffinöl, um 1 Gewichtsteil Stearinsäure und um 5 Gewichtsteile Zinkoxid enthält und spritzgießbar ist,
daß der Rußgehalt so gewählt ist, daß das aus der Masse hergestellte Kunststoffmaterial einen spezifischen elektrischen Durchgangswiderstand von weniger als etwa 100 Ω cm hat,
und daß die verwendete Rußsorte danach ausgewählt ist, daß der spezifische elektrische Durchgangswiderstand des aus der Masse hergestellten Kunststoffmaterials sich durch mechanisches Bearbeiten des Kunststoffmaterials nicht wesentlich erhöht.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie 50 Gewichtsteile CF-Ruß (Conductive Furnace-Ruß,
vgl. ASTM D 1765 Typ N-472) und 15 Gewichtsteile XCF-Ruß (Extra
Conductive Furnace-Ruß, vgl. ASTM 1760, Spezifische Oberfläche
ca. 1000 m²/g, Struktur DBP, Absorption ca. 340 cm³/100 g) auf
100 Gewichtsteile EPDM enthält.
3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das daraus durch Vernetzen hergestellte Kunststoffmaterial
folgende weitere Eigenschaften hat:
Zugfestigkeitgrößer als 7 MPa
Elastizitätsmodul
bei 100% Dehnungkleiner als 3 MPa bei 200% Dehnungkleiner als 4 MPa Bruchdehnunggrößer als 450% bleibende Verformung (72 h bei 100°C)kleiner als 25% Shore-A-Härtegrößer als 70
bei 100% Dehnungkleiner als 3 MPa bei 200% Dehnungkleiner als 4 MPa Bruchdehnunggrößer als 450% bleibende Verformung (72 h bei 100°C)kleiner als 25% Shore-A-Härtegrößer als 70
4. Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zusätzlich etwa 10 bis 30 Gewichtsteile
Weichmacheröl auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
5. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich um 5 Gewichtsteile 1,2-Polybutadien
eines mittleren Molekulargewichts um 1000 auf
100 Gewichtsteile EPDM enthält.
6. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich um 4 Gewichtsteile Calciumseife
auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
7. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich um 25 Gewichtsteile Polyethylenwachs
auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
8. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich etwa 10 bis 30 Gewichtsteile
Weichmacheröl, um 5 Gewichtsteile 1,2-Polybutadien
eines mittleren Molekulargewichts um 1000, um 4 Gewichtsteile
Calciumseife und um 25 Gewichtsteile Polyethylenwachs
auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
9. Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie um 1,5 Gewichtsteile eines
Antioxidans auf 100 Gewichtsteile EPDM enthält.
10. Masse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
als Antioxidans polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-
trimethylchinolin vorliegt.
11. Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie um 12,5 Gewichtsteile eines
peroxidischen Vernetzers auf 100 Gewichtsteile EPDM
enthält.
12. Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie um 3 Gewichtsteile eines Co-
Agenten (Vernetzungshilfsmittels) auf 100 Gewichtsteile
EPDM enthält.
13. Masse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als Co-Agent Ethylenglykolmethacrylat vorliegt.
14. Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als EPDM ein Typ mittleren Molekulargewichts
mit statischer und/oder sequentieller Ethylen-
Propylen-Verteilung und mittlerer bis hoher Vulkanisationsgeschwindigkeit
vorliegt.
15. Elastomeres Kunstoffmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus der
Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3633883A DE3633883C2 (de) | 1986-10-04 | 1986-10-04 | Formbare Kunststoffmasse und deren Verwendung |
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DE3633883A DE3633883C2 (de) | 1986-10-04 | 1986-10-04 | Formbare Kunststoffmasse und deren Verwendung |
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DE3633883A1 true DE3633883A1 (de) | 1988-04-14 |
DE3633883C2 DE3633883C2 (de) | 1995-01-05 |
Family
ID=6311079
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