DE3940050A1

DE3940050A1 - Leitfaehiges textiles flaechengebilde aus glasseidenelementarfaeden

Info

Publication number: DE3940050A1
Application number: DE19893940050
Authority: DE
Inventors: Gisela Dipl Chem Gross; Eberhardt Dipl Phys Ehrhardt; Hans-Joachim Wolf; Arndt Trapp; Marianne Dipl Chem Radatz; Ulrich Dipl Chem Kimmel
Original assignee: OSCHATZ GLASSEIDE VEB
Current assignee: GLASSEIDEN-GMBH OSCHATZ, O-7260 OSCHATZ, DE
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1990-07-05
Also published as: HUT56022A; DD278990A1; HU896770D0; FR2641273B1; FR2641273A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementarfäden, welches zur Herstellung von leit fähigen Plast-Verbundwerkstoffen, vorzugsweise von leitfähigen Duroplastverbunden, insbesondere im Handauflegeverfahren - SMC - und Wickelverfahren geeignet ist.

Leitfähige Duroplastverbunde werden eingesetzt für

- die elektrische, magnetische und elektromagnetische Abschirmung von Bauelementen in elektronischen Geräten und
- die elektromagnetische Abschirmung elektronischer Geräte, Räume und Gebäude.

Ihr Einsatz erfolgt weiterhin in der Schiffahrtindustrie u. a. zur Erzeugung von Radarechos an Seenotrettungseinrichtungen. Zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen werden leitfähige Duro plastverbunde auch im Behälterbau angewandt.

Leitfähige textile Flächengebilde aus Glasseidenelementarfäden werden zur Verhinderung elektrostatischer Aufladungen in Fußbo denbeläge eingebracht.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das Ziel, polymere Werkstoffe in immer neuen technischen Bereichen zu verwenden, führt dazu, daß sich die Polymerforschung mit der Entwicklung und Erprobung von sogenannten "leitfähigen Plasten" befaßt.

Grundsätzlich unterscheidet man drei Möglichkeiten ihrer Herstel lung

1. Aufbringen leitfähiger Oberflächenschichten
2. Herstellung intrinsich leitfähiger Kunststoffe
3. Einarbeitung leitfähiger Zusatzstoffe in die Polymermatrix

Als Technologien zum Aufbringen von leitfähigen Oberflächen schichten sind Aufdampfen, Kathodenzerstäubung (Sputtern), Spritzgalvanisieren, Flammspritzen, Anwendung metallischer An strichstoffe, Aufbringen von Metallfolien, Metallbändern und me tallisierten textilen Flächengebilden bekannt, z. B. DE-OS 30 17 204, DE-PS 30 45 790.

Der gemeinsame Nachteil dieser Technologie ist, daß sie über wiegend ausrüstungs- und/oder arbeitszeitintensiv sind.

Die Gruppe der intrinsich leitfähigen Plaste befindet sich noch in der Entwicklung. Die bisher erreichten Eigenschaften, insbe sondere das Langzeitverhalten bei den mechanischen und elektri schen Parametern, schließen eine technische Verwertung vorerst aus.

Auf dem Gebiet der Plaste mit leitfähigen Zusatzstoffen ist eine Vielzahl von Lösungen bekannt und schutzrechtlich gesichert, wie z. B. in JP-PS 58-206 640, JP-PS 59-109 537, JP-PS 59-184 239, JP-PS 60-260 43, JP-PS 60-55 053, JP-PS 60-144 364. Als leitfähige Zusatzstoffe werden u. a. Metallpulver, Metall flocken, Metallfäden, Metallbänder, Kohlemstoff-, Graphit- und Stahlfasern, Graphit und leitfähige Rußarten, metallisierte Glas fasern oder Glaskugeln eingesetzt.

Plaste mit leitfähigem Ruß als Zusatzstoff nehmen gegenwärtig den größten Raum ein (DE-OS 31 35 430). Sie haben jedoch den Nach teil, daß mit ihnen selbst bei hohem Rußgehalt nur Wiederstands werte von 10-100 Ω · cm und mäßige Schirmdämpfungswerte bei gleichzeitiger Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Plastverbundwerkstoffes erreichbar sind. Alle Plastverbunde mit leitfähigen Zusatzstoffen, z. B. Metallflocken, Metallpulver, Metallfäden, Graphit, leitfähiger Ruß, Stahlfaser, weisen folgen de Nachteile auf:

- gute elektrische Eigenschaften sind nur zu Lasten der mechani schen Eigenschaften erreichbar,
- die Temperaturwechselbeständigkeit der elektrischen Parameter ist ungenügend,
- bei der Verarbeitung von Ruß und anderen pulverförmigen Stoffen sind teilweise erhebliche Aufwendungen zum Gesundheits-, Ar beits- und Brandschutz notwendig.
- das Aussehen wird durch die meisten der Zusatzstoffe negativ beeinflußt,
- bei der Verarbeitung mit üblichen Technologien tritt bei den benutzten Anlagen bei Einsatz von Stahlfasern und me tallflocken ein extrem erhöhter Verschleiß auf.

Damit gewinnen Zusatzstoffe mit Faserstruktur zunehmend an Bedeutung, insbesondere metallisierte Glasfasern oder Glas seiden.

Metallisierte Glasfasern in Form von aluminiumbeschichteten Glasfasern als alleiniger Zusatzstoff für die Leitfähigkeits ausrüstung von Polymeren zu verwenden ist bisher nicht bekannt. US-PS 45 66 990 beschreibt die Herstellung von synergistischen Mischungen leitfähiger Zusatzstoffe zur Herstellung von Kunst stoffen für die elektromagnetische Abschirmung. Dabei kommen neben aluminiumbeschichteten Glasfasern auch Aluminiumflocken und Glasfasern zum Einsatz. Die Mischung wird über das Spritz gußverfahren zu einem leitfähigen Thermoplast verarbeitet. EP-PS 00 14 104 schützt die Herstellung wärmeleitender, elek trisch leitender Prepregs durch Imprägnieren eines Glasseiden gewebes, das teilweise aus mit aluminiumbeschichteten Glasseiden besteht, mit Epoxydharz, UP-Harz, PA oder Polysulfon. Als Glas seide wird sogenanntes Hybridgarn eingesetzt. Der Nachteil dieses geschützten Erzeugnisses besteht darin, daß zur Herstel lung des metallisierten Glasseidengewebes zusätzliche Prozeß stufen eine kostenmäßig ungünstige Beeinflussung bewirken und der Webprozeß problematisch ist, weil der metallisierte Glas seidenfaden ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen den hohen mecha nischen Belastungen auf Grund seiner Sprödigkeit und geminder ten Festigkeit nicht gewachsen ist.

Ziel der Erfindung

Zeil der Erfindung ist es, ein kostengünstiges leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementarfäden zu schaf fen, welches gewährleistet, daß im Plast-Verbundwerkstoff die bekannten mechanischen Eigenschaften beibehalten und außerdem ein elektrischer Widerstand in der Größenordnung kleiner 1 · 10⁸ Ω · cm erreicht wird.

Wesen der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aluminium beschichtete Glasseidenelementarfäden geschnitten, ungerichtet orientiert, mit einem Bindemittel als textiles Flächengebilde verfestigt, zur Herstellung von leitfähigen Duroplastverbunden zu schaffen.

Erfindungsgemäß besteht das leitfähige textile Flächengebilde aus aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfäden. Die für die Herstellung eines leitfähigen Duroplastverbundes optimale Beschichtung wird mit üblichen Verfahren während des Herstel lungsprozesses der aluminiumbeschichteten Glasseidenelementar fäden realisiert, während zur Anwendung gelangende Schlichte systeme modifiziert sind. Der Elementarfadendurchmesser beträgt 13-30 µm und der Anteil des Aluminiums mindestens 8% der Ge samtmasse des metallisierten Elementarfadens.

Die Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden beträgt mindestens 3 µm, da eine Schirmwirkung für eingestrahlte elek trische Wellen im Mega- bis Gigahertzbereich nur bei einer Ein dringtiefe im Mikrometerbereich gegeben ist.

Diese aluminiumbeschichteten Elementarfäden werden auf eine Faserlänge von 25 bis 100 mm geschnitten und mit einem chemi schen Bindemittel verfestigt.

An die aluminiumbeschichteten Glasseidenelementarfäden ergeben sich folgende Forderungen:

1. Metallisierung soll eine möglichst große Anzahl der Elementarfäden erfassen.
2. Die Metallschicht darf keine Unterbrechung auf weisen (durchgängige Leitfähigkeit)
3. Der Metallfilm soll den Glasfaden nicht vollstän dig umschließen, damit zumindest ein Teil des Be kannten Verstärkungseffektes von Glasfaser-Harz- Verbunden erhalten bleibt.

Das erfindungsgemäße Ergebnis kann durch die Parameter Faser dichte und Faserlänge entsprechend der beabsichtigten Applika tion variiert werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Erzeugnisses be steht darin, daß seine Herstellung wesentlich problemloser und kostengünstiger als beispielsweise die Herstellung metallisier ter Glasseidengewebe ist. Ursachen sind einerseits das Entfallen zusätzlicher Prozeßstufen und andererseits die Tatsache, daß der metallisierte Glasseidenelementarfaden ohne zusätzliche Schutz maßnahmen den hohen mechanischen Belastungen im Webprozeß auf Grund seiner Sprödigkeit und geringen Festigkeit nicht gewachsen ist. Die kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Er zeugnisses ist begründet durch die optimale Metallisierungstech nologie, Spinnschmelzmetallisierung und das einfach zu handhabende und billige Metall Aluminium.

In Tabelle 1 sind grundsätzlich mögliche Metallisierungstechnolo gien für Glasseide in bezug auf den elektrischen Widerstand der Elementarfäden und die spezifischen Herstellungskosten bewertet.

Tabelle 1

Verfahren zur Herstellung metallisierter Glasfasern

Die Herstellung leitfähiger Duroplastverbunde mit dem erfindungs gemäßen Erzeugnis erfolgt mit den in der Plastverarbeitung üb lichen Verfahren, wie Handauflegeverfahren, SMC-Verfahren oder Wickelverfahren.

Dabei können in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren folgende elektrische und mechanische Kennwerte erhalten werden:

Tabelle 2

Handauflegeverfahren mit kalt- und heißhärtenden Epoxidharzsystemen

Tabelle 3

Wickelverfahren mit kalthärtenden Epoxidharzsystemen

Tabelle 4

SMC-Verfahren mit UP-Harzsystemen Faseranteil 55 M%

Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Abhängigkeit der Schirm dämpfungseigenschaften von Faseranteil bzw. Faserlänge sowie dem Durchgangswiderstand. Es konnte folgende Korrelation zwi schen Durchgangswiderstand und Schirmdämpfung ermittelt werden.

Abb. 1: Korrelation zwischen Durchgangswiderstand und Schirm dämpfung bei Plast/MGSE-Verbunden

L l

Dies zeigt, daß mit bekannten Verfahren zur Duroplastmodifizie rung Plaste mit genügend niedrigen elektrischen Widerstand und damit hoher Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischer Strah lung im Bereich bis 1000 MHz hergestellt werden können.

Gleichzeitig kann trotz des geringeren Festigkeitsniveaus metallisierter Glasfasern im Vergleich zu herkömmlichen Glasseidenerzeugnissen ein mechanischer Verstärkungseffekt nachgewiesen werden. Dieser beträgt ca. 50% des bei nor malen Glasseidenerzeugnissen erreichbaren Effektes, wobei speziell abgeschirmte Schlichtsysteme zum Einsatz kommen. Diese Kombination von elektrischer Leitfähigkeit und mechani scher Verstärkung kann mit den gebräuchlichen leitfähigen Zusatzstoffen, insbesondere Ruß und Aluminiumflocken nicht erreicht werden.

Ein weiterer Vorteil der nach o. g. Verfahren hergestellten Formteile besteht in der relativen Konstanz der elektrischen Parameter gegenüber Temperaturwechselbeanspruchung. Bei mit Stahlfasern ausgerüsteten Thermoplasten kommt es nach 5 Tem peraturzyklen von 20-80°C zu einem Abfall der Durchgangs widerstandswerte um 80%. Ähnliche Effekte sind bei anderen metallischen Zusatzstoffen nachweisbar (Pulver, Plättchen). Bei Formteilen mit metallisierter Glasseide traten solche Erscheinungen in weitaus geringerem Umfang erst bei maximalen Zyklustemperaturen von <150°C auf.

Der wesentlichste Vorteil leitfähiger Duroplastverbunde auf der Basis des erfindungsgemäßen Flächengebildes ergibt sich aus dem bereits aufgezeigten Vorteil zu diesem selbst, näm lich dessen kostengünstigen Herstellung.

Claims

1. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden dadurch gekennzeichnet, daß es aus längenbegrenzten metallisierten Glasseidenelementarfäden besteht, die unge richtet orientiert und mit einem chemischen Bindemittel verfestigt sind.

2. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Metalli sierung der Glasseidenelementarfäden durch eine Aluminium schmelze erfolgt.

3. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Aluminiums mindestens 8% der Gesamtmasse des me tallisierten Elementarfadens beträgt.

4. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Aluminiums auf dem Elementarfaden mindestens 3 µm beträgt.

5. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Elementarfadendurchmesser 13 bis 30 µm, vorzugsweise 25 µm be trägt.

6. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlänge der Elementarfäden 25 bis 100 mm, vorzugsweise 50 mm beträgt.

7. Leitfähiges textiles Flächengebilde aus Glasseidenelementar fäden nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Glasseidenelementarfaden halbseitig durch den Metallfilm um mantelt ist.

8. Leitfähiges textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, 2 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß es zur Herstellung von leitfähi gen Plast-Verbundwerkstoffen, vorzugsweise für leitfähige Duroplastverbunde angewandt wird.