DE2335825A1

DE2335825A1 - Elektrisch leitende textilfaser und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2335825A1
Application number: DE19732335825
Authority: DE
Inventors: John H Sanders
Original assignee: Dow Badische Co
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1972-07-14
Filing date: 1973-07-13
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DD105477A5; CH596350B5; AU5808473A; ES416899A1; JPS4992400A; NL7309799A; DE2335825B2; GB1439837A; FR2193103B1; NL173776C; IE38159L; US3823035A; FR2193103A1; DE2335825C3; CH1029173A4; NL173776B; IT991291B; BE802321A; CA995071A; IE38159B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Textilfaser, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein fadenförmiges Polymersubstrat umfaßt, das feinverteilte elektrisch leitende Teilchen enthält, die in einem ringförmigen Gebie-fc, welches an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und sich entlang dessen Länge erstreckt, als von dem Polymersubstrat unabhängige Phase gleichförmig aufgebracht sind, wobei die elektrisch leitenden Teilchen in einer ausreichenden Menge vorhanden sind,-um einen elektrischen Widerstand der Textilfasern von nicht mehr als etwa ΙΟ^ΓΊ/cm' zu ergeben.

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Die Ansammlung von statischer Elektrizität bei der Verwendung von Stoffen ist eine Erscheinung, die einige Zeit die Aufmerksamkeit der Textilindustrie in Anspruch nimmt. Das Vorhandensein von statischen Aufladungen ist nicht nur störend (so haften z.B. die Kleidungsstücke an dem Körper und werden von anderen Kleidungsteilen angezogen, feine Lintersteilchen und Staub werden von Polstereiflächengebilden angezogen, die Häufigkeit des erforderlichen Reinigen,?, wird erhöht,' beim Berühren von metallischen Beschlägen werden nach dem Beschreiten· von Teppichen elektrische Schläge ausgeteilt), sondern bringt auch Gefahren mit sich (so kann z.B. die Entladung der statischen Elektrizität zu Funken führen, die dazu imstande sind, entflammbare Gemische, v/ie Äther/Luft, zu entzünden, die häufig in Spitälern, insbesondere in Operationsräumen, vorkommen). Alle diese Effekte werden in Atmosphären mit relativ niedriger Feuchtigkeit noch akzentuiert.

Von den vielen Vorschlägen zur Verhinderung des unerwünschten Aufstaus von statischer Elektrizität scheinen die Vorschläge hinsichtlich der Wirksamkeit am zufriedenstellendsten zu sein, welche die Verwendung von Fasern mit einer elektrischen Leitfähigkeit (z.B. von Metallfasern, von Fasern, die mit elektrisch leitenden Materialien überzogen sind,oder von metallischen Laminatfäden) in Kombination mit den herkömmlichen natürlichen und synthetischen Fasern zur Herstellung von gewebten, gewirkten, netzförmigen, getufteten oder auf sonstige V/eise hergestellten Strukturen vorsehen, welche die statischen Aufladungen in dem Maße, v/ie sie erzeugt werden, rasch zerstreuen.

Trotz der Wirksamkeit dieser und ähnlicher Maßnahmen gibt es doch immer noch gewisse wichtige Nachteile, wie z.B.:

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Die Herstellung von metallischen Fasern mit einer kleinen Garnzahl, insbesondere in der Form von Monofilamenten, ist schwierig und nur teuer durchzuführen. Da solche Fasern sich im Charakter von gewöhnlichen Textilfasern ziemlich unterscheiden, treten beim Vermengen und Verarbeiten sowie beim Griff der erhaltenen Produkte Probleme auf.

Andererseits bringen metallische Laminatfäden zwar keine Misch- und Verarbeitungsprobleme mit sich, da sie den gewöhnlichen Textilfasern ziemlich ähnlich sind, wobei auch der Griff der erhaltenen Produkte daher nicht zu beanstanden ist, doch sind die Kosten von solchen Fäden im Vergleich zu den natürlichen oder synthetischen Fasern, mit denen sie vermischt werden, hoch.

Textilfasersubstrate, deren Oberflächen durch Dampfabscheidung oder Elektroabscheidung oder durch die Aufbringung von klebenden Mischungen, die feinverteilte Teilchen von elektrisch leitenden Materialien enthalten, beschichtet worden sind, sind in einigen Fällen billiger als Metallfasern und/ oder metallische Laminatfäden, was im Einzelfall von der Natur des elektrisch leitenden Materials, das verwendet wird, abhängt. Jedoch stellt man oftmals fest, daß solche Überzüge nicht die notwendige Kohäsion und Adhäsion haben und daß sie häufig zu dick sind, um für manche Anwendungszwecke verwendet werden zu können, was insbesondere dann zutrifft, wenn die Natur der elektrisch leitenden, teilchenförmigen Stoffe so ist, daß zur Erzielung einer zufriedenstellenden Leitfähigkeit eine hohe Konzentration erforderlich ist. Eine Wirtschaftlichkeit wird daher nur auf Kosten der Dauerhaftigkeit der Leitfähigkeit der Fasern erzielt.

Die Extrudierung von Mischungen aus gepulverten synthetischen Polymeren und feinverteilten, elektrisch leitenden

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Materialien zu Fäden oder zu extrudierten Überzügen auf fadenförmigen Substraten mit der gleichen oder einer unterschiedlichen Polymerzusammensetzung ist gleichfalls gut bekannt. Nachteiligerweise v/erden jedoch Mischungen, die eine hohe Konzentration des elektrisch leitfähigen Materials enthalten, oftmals - wenn überhaupt - nur langsam extrudiert und die erhaltenen Fäden oder fadenförmigen Überzüge haben eine extrem schlechte Kohäsion und Adhäsion.

Es ist daher das Ziel dieser Erfindung, eine billige, jedoch dauerhafte elektrisch leitende Faser zur Verfügung zu stellen, die bei der Vermischung und Verarbeitung mit gewöhnlichen natürlichen und synthetischen Textilfasern keine Probleme mit sich bringt.

Dieses Ziel wird unter Beseitigung der Kachteile des Stands der Technik dadurch erreicht, daß eine elektrisch leitende Textilfaser zur Verfügung gestellt wird, die ein fadenförmiges Polymer subs trat umfaf3t, das feinverteilte, elektrisch leitende Teilchen enthält. Diese elektrisch leitenden Teilchen sind in einem ringförmigen Gebiet, das an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und sich entlang dessen Länge erstreckt, gleichförmig als eine vom Polymersubstrat unabhängige Phase aufgebracht. Die elektrisch leitenden Teilchen sind in einer Menge vorhanden, welche ausreichend ist, um einen elektrischen Widerstand der Textilfaser von nicht mehr als etwa 1CrΩ/cm zu ergeben. Unterschiedlich zu einem Überzug ist die ringförmige Aufbringung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Aufbreitung oder Diffusion von elektrisch leitenden Teilchen durch das Fasersubstrat selbst. Im Gegensatz zu einem Faden, der aus einem innigen Gemisch aus dem gepulverten Polymeren und dem feinverteilten elektrisch leitenden Material hergestellt ist, ist die Aufbringung bzw. Durchflutung gemäß der vorliegenden V,r-

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fiiidung auf einen Ringraum bzw. Kreisring begrenzt, welcher an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und der -sich entlang dessen Länge erstreckt. Wenn das erfindungsgemäß verwendete fadenförmige Polymersubstrat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzt, dann hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das ringförmige Gebiet der aufgebrachten, elektrisch leitenden Teilchen sich von der Peripherie des Fadens bis zu einem Abstand von etwa 1/1O des Radius des Fadens senkrecht nach innen erstreckt.

Die erfindungsgemäße elektrisch leitende Faser kann wirtschaftlich erzeugt werden und sie hat sehr dauerhafte leitende Eigenschaften. Sie hält die charakteristischen Eigenschaften des fadenförmigen Polymersubstrats im wesentlichen aufrecht, wodurch eine Kombination von Eigenschaften erzielt wird, welche bislang nicht erreichbar war.. Diese genügende Leitfähigkeit kann ohne eine wesentliche Einbuße der charakteristischen Eigenschaften des fadenförmigen Polymersubstrats und ohne einen erheblichen Verlust der Kohäsion des Polymeren in dem ringförmigen Gebiet erzielt werden. Sie muß angesichts des Stands der Technik als überraschend angesehen werden.

Das fadenförmige Polymersubstrat, auf welchem sich die elektrisch leitende Faser gemäß der Erfindung aufbaut, kann aus den beliebigen bekannten film- oder faserbildenden Polymeren hergestellt v/erden, z.B. aus Cellulosematerialien, Acry!materialien," Modacrylmaterialien, Polystyrolen, Polyolefinen, Polyestern oder Polyamiden. Dies kann nach den bekannten Arbeitsweisen geschehen. Es wird vorteilhafterweise ein weiter Bereich von Garnzahlen (z.B. von 1 bis 100 und mehr) angewendet. Konofilamente aus Polyamiden, wie Nylon-6, mit Garnzahlen von 5 bis 50 haben sich für

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die meisten Kleidungsstück- und Bodenbedeckungszwecke als besonders vorteilhaft erwiesen.

Die feinverteilten elektrisch leitenden Teilchen, die in dem fadenförmigen Polymersubstrat durchflutet sind, v/erden aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit, ihrer chemischen Beständigkeit, ihrer Bewitterungsfähigkeit und ihres Widerstands gegenüber Wasch-, Reinigungs- und Farbbehandlungsvorgänge sowie der wirtschaftlichen Verhältnisse ausgewählt. Besonders geeignet sind Metallpulver, beispielsweise von Silber, Aluminium oder Bronze, sowie elektrisch leitende Ruße, die sämtliche ohne weiteres im Handel verfügbar sind. Es hat sich ein weiter Bereich von Teilchengrößen als geeignet erwiesen. Bei elektrisch leitenden Rußen wird eine Teilchengröße von etwa 20 bis 40 mu bevorzugt. Die Konzentration der elektrisch leitenden Teilchen, die von der Natur und der Teilchengröße sowie von der Natur des fadenförmigen Polymersubstrats abhängt, wird so ausgewählt, daß der elektrische Widerstand der Fasern nicht mehr als etv/a 10 D-/cm und am besten nicht weniger als etwa 10 TX/cm ist (wenn die

4 9 Fasern einen elektrischen Widerstand von etwa 10 bis 10 Π/cm. besitzen, dann werden sie am vorteilhaftestem für Flächengebilde verwendet, um die Ansammlung von hohen Aufladungen von statischer Elektrizität zu verhindern, wobei keine nennenswerte Gefahr bezüglich einer Tötung durch den elektrischen Strom besteht). Wenn ein elektrisch leitender Ruß mit einer Teilchengröße von etwa 20 bis 40 mn auf ein Polyanid-I-lonofilament, z.B. aus IIylon-6, mit einer Garnzahl von 15 den aufgebracht wird, dann wird z.B. eine Rußkonzentration von etv/a 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der elektrisch leitenden Faser, bevorzugt.

Die Aufbringung bzw. Durchflutung der feinverteilten elektrisch leitenden Teilchen in dem fadenförmigen Polymer-

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substrat ist durch das Vorliegen einer diskreten, unabhängigen Phase von elektrisch leitenden Teilchen charakterisiert, die in einem ringförmigen Gebi.et gleichförmig in dem Polymersubstrat dispergiert ist, wobei sich das ringförmige Gebiet an der Peripherie des Fadens befindet und. sich entlang der Länge des Fadens erstreckt. Wenn das fadenförmige Polymersubstrat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt hat, wie es weitaus üblich ist, dann hat es sich von besonderem Vorteil erwiesen, wenn das ringförmige Gebiet der aufgebrachten bzw. durchfluteten elektrisch leitenden Teilchen sich von der Peripherie des Fadens bis zu einem Abstand senkrecht nach innen erstreckt, welcher etwa 1/10 des Radius des Fadens gleich ist. Bei solchen Bedingungen kommen die physikalischen Eigenschaften des durchfluteten fadenförmigen Substrats nahe an diejenigen des nicht-modifizierten fadenförmigen Substrats heran, während die Leitfähigkeit stark erhöht wird. Für andere als kreisförmige Querschnittsgestalten (z.B. dreieckige, rechteckige, oder quadratische Querschnitte) erstreckt sich am vorteilhaftesten das ringförmige Gebiet von der Peripherie des Fadens bis zu einem Abstand nach innen, der etwa I/IO des Radius eines Kreises gleich ist, der dem Querschnittumkreis des Fadens einbeschrieben ist.

Die elektrisch leitende Textilfaser gemäß der Erfindung kann aus handelsüblichen fadenförmigen PolymerSubstraten unter Verwendung von speziellen Arbeitsweisen hergestellt werden. Die am meisten zufriedenstellende Arbeitsweise ist diejenige, bei welcher man auf das fadenförmige Polymersubstrat eine Dispersion des feinverteilten elektrisch leitenden Materials in einer Flüssigkeit aufbringt, die ein gutes Lösungsmittel für das Substrat ist, sich mit dem elektrisch leitenden Material jedoch nicht umsetzt oder dieses nicht auflöst. Gewünschtenfalls kann auch eine Kom-

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bination von solchen Flüssigkeiten verwendet werden. Die gewählte Konzentration des elektrisch leitenden Materials in dem Lösungsmittelsystem hängt von der angestrebten Faserleitfähigkeit ab und wird von der Viskosität der Dispersion begrenzt. (Dispersionen, die entweder zu viskos oder nicht genügend viskos sind, sind bei Anwendung bestimmter Aufbringungsmethoden nur schwierig aufzubringen).

Die Aufbringung der Dispersion auf das fadenförmige Substrat kann durch Klotzen, Streichen, Sprühen, Tauchen, Walzen, Drucken oder dergleichen erfolgen. Wenn es aus Gründen der Viskosität oder aus anderen Gründen erwünscht ist, dann kann die Dispersion ein gelöstes Polymeres der gleichen Natur wie des Substrats enthalten. Bei diesen Bedingungen endigt die ringförmige Durchflutung unbemerkbar in einem integralen überzug mit der gleichen Zusammensetzung. In jedem Fall muß die Lösungsmittelentfernung von dem Substrat bewirkt werden,' bevor dessen strukturelle Integrität nennenswert zerstört ist. Dies erfolgt herkömmlicherweise durch eine Verdampfungsbehandlung (für flüchtige Lösungsmittel) und/oder Waschen mit einem Nicht-Lösungsmittel (für nichtflüchtige Lösungsmittel), nachdem er erwünschte Grad der Lösungsmitteldurchdringung erreicht ist. (Insbesondere bis zu etwa 1/10 des Radius der im wesentlichen zylindrischen fadenförmigen Substrate). Wenn beispielsweise fadenförmige Substrate aus Polyamiden, wie Nylon-6, verwendet werden, dann kann die anwendbare Dispersion eine 5 bis 15?jige Rußdispersion in konzentrierter Ameisensäure oder eine 5 bis 15/oige Rußdispersion in konzentrierter Schwefelsäure sein. Im ersteren Falle kann das Lösungsmittel Ameisensäure vorteilhafterweise in der Weise entfernt werden, daß man den dispersionsbehandelten Faden kontinuierlich durch eine Kammer leitet, in welcher die Luft kontinuierlich, z.B. durch Luftdüsen und/oder Evakuierungseinrichtungen, ausgetauscht wird. Im letzteren Falle kann das Lösungsmittel Schwefel-

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säure vorteilhafterweise entfernt werden, indem man den dispersionsbehandelten Faden kontinuierlich durch ein .Wasserbad leitet. Nach der Entfernung des Lösungsmittels wird der Faden durch herkömmliche Maßnahmen getrocknet und für die darauffolgende Verwendung abgepackt.

Die elektrisch leitende Textilfaser der vorliegenden Erfindung findet besondere Verwendung zur Herstellung von Flächengebilden, bei denen die Ansammlung von hohen statischen elektrischen Ladungen vermieden wird und bei denen doch keine elektrischen Unfälle erfolgen. So werden beispielsweise gewebte Flächengebilde durch das Standard-Durchflechten der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Fasern mit gewöhnlichen Garnen aus Naturfasern, wie Baumvrolle oder Wolle, und/oder synthetischen Fasern, wie Nylon, Rayon, Acrylmaterialien oder Polyestern, hergestellt. Die elektrisch leitende Faser ist in einer Menge vorhanden, Vielehe etwa 0,05 bis 100 Gew.-%_t vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-?i, des gewebten Flächengebildes gleich ist. Weiterhin können aus den elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung Schichtflächengebilde hergestellt v/erden, Vielehe ein Unterstützungsraaterial enthalten, das darin verankerte Schichtschleifen aufweist. Das Unterstützungsmaterial umfaßt Kettengarne, die mit Füllgarnen, wie sie bekannt sind, verwebt sind. Darüber hinaus kann das Unterstützungsmaterial aus allen üblichen, herkömrnlicherweise verwendeten Materialien, z.B. aus Jute oder Hanf, hergestellt werden. Die Schichtschleifen umfassen ein Garn, das aus einer Vielzahl von Strängen besteht, welche nach Standardarbeitsweisen miteinander verzwirnt sind. I-Iindestens ein solcher Strang umfaßt die elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung. Der Rest des Garnes besteht aus den herkömmlicherweise verwendeten natürlichen

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oder synthetischen Fasern. Naturgemäß mag es nicht erforderlich sein, daß jedes Ende des Garnes in dem Schichtstoff einen Strang der elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung enthält, wie es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich wird. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, daß mehr als ein Strang der elektrisch leitenden Fasern je Garnende in dein Schichtstoff vorhanden ist, was insbesondere für Bedingungen von einer sehr niedrigen relativen Feuchtigkeit zutrifft. In jedem Falle ist die elektrisch leitende Faser der vorliegenden Erfindung in einer Menge von etwa 0,05 bis 100. Gew.--/S, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Schichtflächengebilde, vorhanden.

Auf diese Weise hergestellte Fasern bilden, wenn sie in eine-r Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 20/4 verwendet werden, keine statischen Aufladungen oberhalb etwa 3000 V aus, was in Nähe des Schwellenwerts für die menschliche Empfindlichkeit liegt. Diese Flächengebilde bringen weiterhin, wenn sie eine besonders bevorzugte Ausführungsform der elektrisch leitenden Faser der vorliegenden Erfindung enthalten, keine Gefahren durch elektrische Stromschläge für Personen mit sich, die einen zufälligen und gleichzeitigen Kontakt mit solchen Flächengebilden und mit einer Stromquelle, beispielsweise eine elektrische Steckdose oder eine durch Isolationsmängel kurzgeschlossene elektrische Vorrichtung, haben.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Darin sind sämtliche Teile und Prozentmengen auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt eine Herstellungsmethode für die

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elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung. Dieses Beispiel beschreibt auch einige der grundlegenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Fasern.

Ein kaltverstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6 mit einem kreisförmigen Querschnitt von 42 ii wurde von einer Zuführungsquelle mit einer Geschwindigkeit von 400 m/rnin kontinuierlich durch die Grenzfläche von zv/ei gegenüberliegenden Oberflächen eines Polyesterkissens geleitet, das mit der folgenden Dispersion gesättigt gehalten vmrde:

Ruß (30 nyti) 105-5

Ameisensäure (8O?oig, wäßrig) 90?£

Hierauf vmrde der Faden in eine längliche Kammer eingeleitet und hierdurch geleitet, in welcher die Luft von Raumtemperatur kontinuierlich durch Luftdüsen und Ablaßöffnungen ausgetauscht wurde. Hierin vmrde das flüchtige Ameisensäure-Lösungsmittel entfernt und der Faden war im wesentlichen trocken. Nach dem Austreten aus der länglichen Kammer vmrde der Faden kontinuierlich in eine Packung mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min aufgewickelt.

Die mikroskopische Untersuchung der Querzonen des erhaltenen Fadens zeigte eine gleichförmige Dispersion von Rußteilche-n in einem ringförmigen Gebiet entlang der Länge des Fadens. Dieses Gebiet erstreckte sich von der Peripherie des Fadens senkrecht nach innen bis zu einem Abstand, der etwa 1/10 des Radius des Fadens gleich war. Der Rußgehalt des Fadens vmrde zu 1050 bestimmt. Der gesamte Querschnittsdurchmesser des Fadens vmrde jedoch nicht nennenswert verändert und maß weniger als 43 u. Die spezifische Behandlung ergab daher eine Durchflutung und somit keinen gewöhnlichen Überzug.

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Mit dem behandelten Faden wurden Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt. Es wurden auch die Zugeigenschaften nach den bekannten Methoden und unter Verwendung der bekannten Vorrichtungen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I zusammengestellt. Zu Vergleichszwecken sind auch die Ergebnisse von unbehandelten Fäden mit 15 den aus Nylon-β angegeben.

Tabelle I

Probe

Querschnittsdurchmesser u

Wider- Zerreiß- Dehnung stand festig- beim £2/cm keit, g Bruch

Faden aus Nylon-6 mit 15 den, behandelt gemäß Beispiel 1 (erfindungsgemäß ) 43

Faden mit 15 den aus Nylon-6, unbehandelt (Vergleichsfaden) 42

1x10'

1x10

81

83

45

30

Der Vergleich der Werte der Tabelle I zeigt, daß trotz einer signifikanten Erhöhung der Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Fadens dessen Zugeigenschaften nicht wesentlich vermindert werden, d.h., daß die erwünschten Eigenschaften des fadenförmigen Polymersubstrats unter Erzielung einer signifikanten Leitfähigkeit beibehalten werden.

Beispiel 2

Dieses Beispiel beschreibt ein modifiziertes Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung.

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Ein kaltverstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6 mit einem kreisförmigen Querschnittsdurchmesser von 42 u -wurde in genau der gleichen Weise wie im Beispiel 1 behandelt, mit der Ausnahme, daß eine Dispersion mit folgender Zusammensetzung verwendet wurde:

Ruß (30 mu ) -5%

gepulvertes Nylon-6-Substrat 5% Ameisensäure (8O?oig, wäßrig) 90%

Das gepulverte Nylon-6-Substrat wurde in der Dispersion aufgelöst, um dessen Viskosität zu erhöhen, so daß eine gleichmäßige Aufbringung auf das fadenförmige Substrat erleichtert wurde. Darüber hinaus wurden auch die Gleit- und Fließeigenschaiten der Dispersion erhöht.

Die mikroskopische Untersuchung der Querzonen des bei diesen Verfahren erhaltenen Fadens ergab die gleiche ringförmige Durchflutung wie bei dem Faden des Beispiels 1. Der Gesamtquerschnittsdurchmesser des Fadens blieb im v/esentlichen der gleiche wie beim nicht-behandelten Faden. Die ringförmige Durchflutung erstreckte sich von der Peripherie des Fadens senkrecht nach innen bis zu einem Abstand, der etwa 1/10 des Radius des Fadens gleich war. Die Leitfähigkeit und die Zugeigenschaften waren im wesentlichen die gleichen wie bei dem behandelten Faden des Beispiels 1. Der Rußgehalt des Fadens wurde auf ungefähr 1OJu bestimmt.

Beispiel 3

Dieses Beispiel beschreibt eine weitere Methode zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Fasern.

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Ein kaltverstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Hylon-6, der mit den fadenförmigen Substraten der Beispiele 1 und 2 identisch war, wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min von einer Zuführungsquelle durch die Grenzfläche von zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Polyesterkissens geleitet, welches mit der folgenden Dispersion gesättigt gehalten wurde:

Ruß (30 mu) " 9% gepulvertes Nylon-6-Polymer-

substrat 14^c/'o

Schwefelsäure (40&Lg, wäßrig) 77/o

Der Faden wurde sodann unmittelbar unterhalb die Oberfläche von kaltem Wasser in einem Bad zur Entfernung der Schwefelsäure geleitet. Nach dem Austreten aus dem Bad wurde der Faden durch Ströme warmer Luft getrocknet und schließlich mit einer Geschwindigkeit von 400 m/min zu einer Packung aufgewickelt. Die Untersuchung dieses Fadens ergab im wesentlichen die gleiche Durchflutung wie in den behandelten Fäden der Beispiele 1 und 2. Darüber hinaus zeigte sich, daß die Leitfähigkeit- und Zugeigenschaften des behandelten Fadens des Beispiels 3 sich nicht nennenswert von denjenigen der behandelten Fäden der Beispiele 1 und 2 unterschieden. Der Rußgehalt des Fadens wurde zu ungefähr 10°£ bestimmt.

Beispiel 4

Dieses Beispiel beschreibt die integrale Natur der elektrisch leitenden Fasern gernäß der vorliegenden Erfindung. Es zeigt weiterhin die überraschende Kohäsion des Polymeren in dem ringförmigen Gebiet der durchgefluteten elektrisch leitenden Teilchen.

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Ein unverstreckter Einzelfaden mit 15 den aus Nylon-6 "mit kreisförmigem Querschnitt wurde nach der Methode des Beispiels 2 behandelt. Die mikroskopische Untersuchung einer Querzone des behandelten Fadens ergab eine Durchflutung der Rußteilchen in einem ringförmigen Gebiet, das sich entlang der Länge des Fadens und senkrecht nach innen bis zu einem Abstand von etwa 1/10 des Radius des Fadens erstreckte. Der Widerstand des Fadens wurde zu 5x10 Ix/cm gemessen.

Dieser Faden wurde sodann auf die dreifache ursprüngliche Länge kaltverstreckt. Der Widerstand des verstreckten Fadens wurde zu 5x10 il/cm gemessen. Die genaue Untersuchung der Oberfläche des verstreckten Fadens zeigte keine Abschuppung oder eine andere Zerstörung der ringförmigen Durchflutung der elektrisch leitenden Teilchen. Demgegenüber wird beim Verstrecken von beschichteten Fäden nach dem Stand der Technik im allgemeinen ein erheblicher Verlust an Leitfähigkeit, eine starke Schuppenbildung und eine Gesamtzerstörung beobachtet.

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt die ausgezeichnete Dauerhaftigkeit der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Fasern. Der behandelte Faden des Beispiels 2 wurde zur Herstellung eines herkömmlichen, doppelt gewirkten Flächengebildes nach den Standard-Arbeitsweisen verwendet. Hierbei wurde ein Ende des behandelten Fadens des Beispiels 2 auf jede 10 Enden, die in die Wirkmaschine eingespeist wurden, verzwirnt oder geschichtet. Der Rest des Flächengebildes bestand aus einem Ende Polyesterfaden und zwei Enden Acryl-Stapelgarn. Das Flächengebilde wurde 135 Waschvorgängen (unter Verv/endung eines Standard-Ifäschedetergens, einer

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Heißwäsche (5O⁰C) und einer Kaltspülung) und Trommeltrock-' nungen (20 Minuten bei einer durchschnittlichen Temperatur von 60⁰C) unterworfen. Danach wurde der durchschnittliche Widerstand der einzelnen elektrisch leitenden Fasern gemesse2i. Der Widerstand vor dem Waschen und Trommeltrocknen betrug 5x10 D. /cm. Der Widerstand nach 135 Waschvorgängen und Trommeltrocknungen betrug 5x10 Π/cm.

Beispiel 6

Dieses Beispiel beschreibt die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Fasern. Dieses Beispiel zeigt weiterhin durch einen Vergleich mit einem elektrisch leitenden Faden gemäß dem Stand der Technik die überraschenden Vorteile der erfindungsgemäßen Fäden.

Versuch A (gemäß der Erfindung):

Ein Einzelstrang der elektrisch leitenden Fasern des Beispiels 2 wurde mit einem voluminösen, kontinuierlichen Faden aus Nylon-6-Teppichgarn mit 136 Einzelsträngen und einer Gesamtgarnzahl von 2600 den verzwirnt, wodurch ein antistatisches Garn A erhalten wurde. Unter Verwendung eines Jute--Unterstützungsmaterials und unter Verwendung einer Standard-Tuftierungsmaschine wurde ein Schleifenteppich A mit einer Stapelhöhe von 0,6 cm aus -dem antistatischen Garn A und einem voluminösen, kontinuierlichen Nylon-6-Teppichgarn aus 136 einzelnen Strängen mit einer Gesamtgarnzahl von 2600 den hergestellt. Das antistatische Garn A wurde in jedes vierte Ende des Stapels eingearbeitet. Die elektrisch leitende Faser des Beispiels 2 war in einer Menge von 0,2 Gew.-?j des Stapels des Teppichs A vorhanden.

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Versuch B (Vergleichsversuch):

.Eine elektrisch leitende Faser B, welche dem Stand der Technik entspricht, wurde hergestellt, indem ein kaltverstreckter Einzelfaden-mit 15 den aus Nylon-6 mit einem Mittel überschichtet wurde, das aus 25% eines vernetzten Vinylpolymer-Klebstoffs, 20% eines elektrisch leitenden Rußes (30 mu), der darin dispergiert war, und 55% Methylisobutjrlketon als Lösungsmittel bestand. Nach dem Durchleiten des beschichteten Fadens durch einen Schlitz, um die Überzugsdicke einzustellen, wurde dieser vollständig gehärtet, indem er mit einer Infrarotlampe erhitzt wurde. Die mittlere Beschichtungsdicke des Fadens betrug 12 u. Der mittlere elektrische Widerstand betrug 1x10 X^ /cm. Ein Einzelstrang dieses Fadens wurde sodann mit einem voluminösen, kontinuierlichen Nylon-6-Teppichgarn aus 136 Einzelsträngen und mit einer Gesamtgarnzahl von 2600 den verzwirnt, um ein antistatisches Garn B herzustellen. Unter Verwendung eines Jüte-Unterstützungsmaterials und einer Standard-Tuftierungsmaschine wurde ein Schleifenteppich B mit einer Stapelhöhe von 0,6 cm aus dem antistatischen Garn B und einem voluminösen, kontinuierlichen Nylon-6-Teppichgarn aus 136 Einzelsträngen und mit eine"r Gesamtgarnzahl von 2600 hergestellt. Das antistatische Garn B wurde in jedes vierte Ende des Stapels eingearbeitet. Die elektrisch leitende Faser B war in einer Menge von 0,2 Gew.-% des Stapels des Teppichs B vorhanden.

Versuch C:

Die Teppiche A und B wurden sodann dem unten angegebenen Test für die statische Elektrizität unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II als "anfängliche statische Elektrizität" angegeben.

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Nach der Untersuchung der anfänglichen statischen Elektrizität wurden die Teppiche Λ und B jeweils einer 60-stündigen identischen beschleunigten Gebrauchsmaßnahme unterworfen. Hierauf wurde erneut die statische Elektrizität gemessen. Die Ergebnisse dieser Iiessung sind in der Tabelle II als "statische Elektrizität am Schluß" angegeben.

Aus Tabelle II wird ersichtlich, daß - obgleich die Teppiche A und B am Anfang gegenüber statischen Aufladungen geschützt waren (d.h., daß sie keine Erzeugung von statischen Aufladungen von mehr als 3000 V erlaubten, was im allgemeinen als durchschnittliche Schwelle für die menschliche Empfindlichkeit angesehen wird) - nach einem ausgedehnten Gebrauch nur der Teppich A gegenüber statischen Aufladungen geschützt war.. Vieiterhin ergab die mikroskopische Untersuchung der elektrisch leitenden Fasern A und B, daß die Fasern A keine Zerstörungen zeigten, während der Überzug der Fasern B nach dem Gebrauch stark abgerieben und inkohärent war.

Test der statischen Elektrizität:

Das zu untersuchende Flächengebilde wird zunächst zu quadratischen Probestücken mit ungefähr einer Kantenlänge von 1 m zerschnitten. Diese Proben v/erden 7 Tage konditioniert, indem sie in einem Testraum von Gestellen herabhängen gelassen werden. Der Testraum ist mit einer Kautschukbodenmatte versehen. Seine Temperatur wird bei 20⁰C und seine relative Feuchtigkeit bei 20% gehalten. Es wird eine -freie Zirkulation der Luft über die gesamten Oberflächen der Probe bewirkt. Es wird jedoch kein gegenseitiger Kontakt der Proben gestattet. Bei den gleichen Bedingungen wird auch ein Paar Schuhe mit Sohlen aus Polyvinylchlorid über den gleichen Zeitraum konditioniert.

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Die restliche statische Aufladung der Kautschukbodenmatte .wird sodann neutralisiert, indem über die gesamte Oberfläche zweimal eine Polonium-Wand geleitet wird, die aus 6 Polonium-210-Legierungsstreifen besteht, welche Ende zu Ende an einem Kopfstück montiert sirtd, das an einem Griff angebracht ist. Die Probe des Flächengebildes wird sodann auf die Kautschukbodenmatte gelegt. Die restliche statische Aufladung wird auf die gleiche Weise neutralisiert. Die Sohlen der Testschuhe v/erden sodann gereinigt, indem die gesamte Oberfläche mit einem feinen Sandpapier abgerieben wird. Sodann v/erden sie zur Entfernung der Staubteilchen mit einem 1-lulltuch abgewischt.

Eine Person, die die Testschuhe trägt und eine Handsonde trägt, die an einen Erfassungskopf für die elektrostatische Aufladung angeschlossen ist, steigt auf die Teppichprobe und erdet die Sonde. Sodann schreitet die Person unter Haltung der Handsonde normalerweise auf der Probe mit einer Geschwindigkeit Von zwei Schritten je Sekunde über einen Zeitraum von 30 Sekunden dahin, wobei sie sorgfältig darauf achtet, daß sie nicht über den Teppich schlurft oder die Schuhe über dem Flächengebilde reibt. Wenn am Ende des Zeitraums von 30 Sekunden die Spannung noch kein stetiges Ilaximum erzielt hat, wird das Schreiten weitere 30 Sekunden fortgesetzt. Die maximale Spannung, die während des Schreitens festgestellt wird, ist die statische Aufladung der Probe. Sie wird in Tabelle II als statische Elektrizität, ausgedrückt in Volt, als Mittelwert für zwei Personen angegeben.

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Tabelle II

Teppichprobe anfängliche sta- statische Elek-

tische Elektrizi- trizität am tat, Volt ■■ Schluß, Volt

A (gemäß der Erfindung) 2000 2700 B (Vergleichsversuch) 2100 6200

Beispiel 7

Dieses Beispiel beschreibt weitere fadenförmige Polymersubstrate, die für die Erfindung Verwendung finden.

Bei einer Reihe von Versuchen, deren Methoden und Ergebnisse in der Tabelle III zusammengestellt sind, wurden verschiedene fadenförmige Polymersubstrate getrennt durch die Grenzfläche von zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Polyesterkissens geleitet, das mit der angegebenen Dispersion der elektrisch leitenden Teilchen in einem flüchtigen Lösungsmittel gesättigt gehalten wurde. Nach der Entfernung des flüchtigen Lösungsmittels von den einzelnen behandelten fadenförmigen Polymersubstraten wurde die elektrische Leitfähigkeit gemessen. In Tabelle III wird auch die elektrische Leitfähigkeit der fadenförmigen Polymersubstrate in der unbehandelten Form angegeben.

Bei jedem Versuch wurde als Ergebnis eine dauerhafte, gleichförmige ringförmige Durchflutung der feinverteilten elektrisch leitenden Teilchen in dem fadenförmigen Polymersubstrat erhalten.

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Tabelle III

Versuch Fadenförmiges Polymer- Nicht behandeltes Substrat Behandlungssubstrat Garnzahl Widerstand,Π/cm dispersion

den Widerstand des behandelten Substrats Π /cm

A Modacrylprodukt (unge- ■ fähr 60% Acrylnitril, ungefähr 25% Vinylidenchlorid und ungefähr 14% Butylacrylamid)

B Cellulosetriacetat 200/34

Polystyrol

10 10

10

Ruß (30 nyi): 10%, Aceton: 90%

Ruß (30 m u ) 10%, Aceton: 90%

Ruß (30 in u ) 10%, Benzol: 90%

2 χ 10' 2 χ 10-

5 x

-S2-

GO

cn

OO N) cn

~ 22 —

Die einzigartige Kombination von Eigenschaften, die die elektrisch leitenden Fasern der vorliegenden Erfindung haben, macht sie nicht nur für die Herstellung von Teppichen, Brücken und andere Fußbodenabdeckungsmaterialien geeignet, sondern auch für die Herstellung von Bettüberzügen, insbesondere für Krankenhäuse, für Vorhänge, insbesondere für Krankenhäuser zur Trennung von Kabinen, sov/ie zur Herstellung von Kleidungsstücken, insbesondere Unterkleidung, %-;ie Slips, und Strumpfwaren, insbesondere für Strumpfhosen und Halbhosen, und als Nähfaden geeignet.

■23-

309834/1407

Claims

1. Elektrisch leitende Textilfaser, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein fadenförmiges Polymersubstrat umfaßt, das feinverteilte elektrisch leitende Teilchen enthält, die in einem ringförmigen Gebiet, welches an der Peripherie des Fadens angeordnet ist und sich entlang dessen Länge erstreckt, als von dem Polymersubstrat unabhängige Phase gleichförmig aufgebracht sind, wobei die elektrisch leitenden Teilchen in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, um einen elektrischen Widerstand der Textilfasern

von nicht mehr als etwa 10 -0./Cm zu ergeben.

2. Elektrisch leitende Textilfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das fadenförmige Polymersubstrat aus Nylon-6 besteht und daß die feinverteilten elektrisch leitenden Teilchen Rußteilchen sind.

3. Elektrisch leitende Textilfaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das fadenförmige Polymersubstrat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzt und daß sich das ringförmige Gebiet der aufgebrachten bzw. durchfluteten elektrisch leitenden Teilchen von der Peripherie des Fadens senkrecht bis zu einem Abstand von etwa 1/10 des Radius des Fadens erstreckt.

4. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Textilfaser nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man feinverteilte elektrisch leitende Teilchen auf ein fadenförmiges Polymersubstrat als eine davon unabhängige Phase in einem ringförmigen Gebiet aufbringt bzw. zur Durchflutung bringt, welches' an der ■

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Peripherie des Fadens angeordnet ist und das sich entlang dessen Länge erstreckt, wobei man die elektrisch leitenden Teilchen in einer ausreicnenden Menge anwendet, um
einen elektrischen Widerstand der Textilfaser von nicht
mehr als etwa 10 Π /cm zu ergeben.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als fadenförmiges Polymersubstrat Kylon-6 und als feinverteilte elektrisch leitende
Teilchen Rußteilchen verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e kennz e i ch-ne t ., daß das fadenförmige Polymersubstrat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzt und daß sich das ringförmige Gebiet der aufgebrachten bzw. durchfluteten elektrisch leitenden Teilchen von der Peripherie des Fadens senkrecht bis zu einem Abstand von etwa 1/1O des Radius des Fadens erstreckt.

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