Textilmaterial mit beständigen antistatischen Eigenschaften
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Textilmaterial mit beständigen antistatischen Eigenschaften, enthaltend organische Textilfasern und einen geringen Anteil elektrisch leitende Fasern.
Organische Textilfasern zeigen im allgemeinen den Nachteil, dass sie sich durch Reiben, insbesondere bei niedriger Luftfeuchtigkeit, elektrostatisch aufladen. Diese Neigung ist besonders ausgeprägt bei synthetischen Fasern wie beispielsweise Polyamid-, Polyester-, Acrylund Polyolefinfasern, wie auch bei künstlichen Fasern wie Acetat- und Triacetatfasern. Diese Aufladung stellt während der Verarbeitung derartiger Fasern Probleme.
Als Mittel zur Lösung dieses Problems wurde, beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 3 288 175 vorgeschlagen, in Textilmaterialien einen geringen Anteil von metallischen Fasern einzuarbeiten. Da jedoch die üblichen Textilfasern in der Art wesentlich von metallischen Fasern abweichen, stellten sich Probleme beim Mischen und Verarbeiten sowohl als auch in bezug auf den Griff der resultierenden Textilmaterialien. Weiterhin ist die Herstellung von metallischen Fasern von feinem Titer nicht einfach und dieses Verfahren führt oft zu einer beträchtlichen Erhöhung der Kosten.
In L'Industrie Textile (1956) Nr. 831 beschreibt NIVEL auf den Seiten 110 und 111 Gewebe mit herabgesetztem elektrischem Widerstand, die russhaltige Kunstfasern enthalten. Solche Fasern können hergestellt werden, indem einer Spinnlösung oder -schmelze Russ zugesetzt wird. Durch Einarbeitung dieser Fasern in flächenförmige Textilmaterialien in Form eines Fasergemisches oder von Mischgarn, wird der elektrische Widerstand des Textilmaterials herabgesetzt. Zur Erzielung elektrischer Leitfähigkeit muss jedoch der über den gesamten Querschnitt der Faser verteilte Russ in derart grossen Mengen zugesetzt werden, dass, ganz abgesehen von der Farbveränderung, Reissfestigkeit und Bruchdehnung der erhaltenen Fasern wesentlich verschlechtert werden.
Zur Verhinderung elektrostatischer Aufladung der Oberfläche von flächenförmigen Textilmaterialien hat es sich jedoch erwiesen, dass die elektrische Leitfähigkeit an der Faseroberfläche vollauf genügt.
In der USA-Patentschrift Nr. 3 013 903 werden Textilfasern beschrieben, die neben Antischmutz-, -pilling- und -glanzeigenschaften auch antistatische Eigenschaften aufweisen, die dadurch erhalten werden, dass die Fasern mit einer Grundbeschichtung aus kolloidalen Aluminiumoxidteilchen und einem Überzug aus einem organischen, Sulfonsäurereste enthaltenden Polymer versehen werden. Die antistatischen Eigenschaften solcher Fasern werden nicht durch elektrische Leitfähigkeit, sondern aufgrund der hydrophilen Eigenschaften des Aluminiumoxids erzielt. Derartige Beschichtungen sind in der Regel nicht sehr abriebbeständig und durch den Gehalt an solchen matten, elektrisch nicht leitenden Fasern, wird das Aussehen von textilen, derartigen Fasern enthaltenden Flächengebilden wesentlich ver ändert.
In der USA-Patentschrift Nr. 3 014 818 werden elektrisch leitende Gewebe aus Fasern beschrieben, die durch Spinnen eines Polymers mit einem Gehalt an reduzierbarem Metallsalz, Reduktion und anschliessende Metallplattierung der erhaltenen Filamente hergestellt werden. Bei solcherart hergestellten Fasern treten die textilen Eigenschaften weitgehend in den Hintergrund und die daraus hergestellten Gewebe werden dann auch zur Herstellung von Heizdecken, Abschirmdecken für elektrische Ausrüstung, Elektroden usw., empfohlen.
In der USA-Patentschrift Nr. 3 069 746 werden metallisierte Textilfasern beschrieben, die aus Metallfolienbändchen durch beidseitige Laminierung mit Polymerfolien hergestellt werden. Die Verwendung derartiger Fasern zur Erzielung von Effekten in Mischgeweben ist bekannt, jedoch sind solche Fasern zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung der Oberfläche von Texdlmaterialien völlig ungeeignet, da sie an der Oberfläche nicht elektrisch leitend sind.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Textilmaterialien zu schaffen, welche die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen.
Erfindungsgemäss wird dies mit Textilmaterialien erreicht, die 0,01-10 Gew.%, bezogen auf die organischen Textilfasern, elektrisch leitende Fasern enthalten, die aus organischen synthetischen Fasern als Substrat bestehen, wovon jede durch chemische Plattierung mit einer metallischen Beschichtung einer mittleren Schichtdicke von 0,01-1,5 11 versehen ist.
Es wurde gefunden, dass, wenn die Dicke der metallischen Beschichtung durch chemische Ablagerung reguliert wird, die resultierenden, elektrisch leitenden Fasern ihre funktionellen Eigenschaften als Textilfasern beibehalten, und dass die Einarbeitung eines geringen Anteils derartig elektrisch leitender Fasern in die üblichen organischen Textilfasern ermöglichen, die unerwünschte Neigung zu elektrostatischer Aufladung mit Leichtigkeit und beständig aufzuheben.
Die hier verwendete Bezeichnung Faser umfasst, wenn nicht aus dem Text etwas anderes hervorgeht, sowohl Endlos- als auch Stapelfasern.
Organische synthetische Fasern, welche aufgrund der leichten chemischen Beschichtbarkeit mit Metallen und aufgrund ihrer Adhäsion für Metalle als Substrate für die elektrisch leitenden Fasern besonders geeignet sind, sind solche aus Acrylpolymeren mit einem Gehalt von mindestens 80 Mol% Acrylnitril und solche aus Polyestern mit einem Gehalt von mindestens 80 Mol % Athylenterephthalat. Es können jedoch auch Fasern aus anderen synthetischen Polymeren wie beispielsweise Polyamid, Polyvinylacetal, Polyolefin, Polyharnstoff und Polyimiden verwendet werden. Es ist auch möglich, Fasern zu verwenden, die mit einer Haftgrundbeschichtung aus einem organischen Polymermaterial versehen wurden, um deren Adhäsion für chemische metallische Beschichtungen zu erhöhen.
Die Substratfaser kann einen textilen Titer von 1-50 den aufweisen.
Die metallische Beschichtung kann auf das Substrat durch die für chemische Plattierung von Materialien aus organischen Polymeren bekannten Verfahren, gegebenenfalls mit nachfolgendem Elektroplattieren, aufgebracht werden. Die chemische Plattierung kann auf Substratfasern in Form von Multi- oder Monofilament oder von Stapelfasern durchgeführt werden. Beispiele von für die chemische Ablagerung auf dem Substrat geeigneten Metallen sind Nickel, Kupfer, Cobalt, Chrom, Zink und Zinn, jedoch sind vom Standpunkt einfacher und billiger Plattierung aus betrachtet Nickel und Kup fer zu bevorzugen.
Die, beispielsweise von SAUBESTRE in Metal Finishing; > (Juni und September 1962) beschriebene allgemeine Praxis beim chemischen Plattieren von geformten Artikeln, wie Presslingen aus organischen polymeren Materialien, verwendet Vorbehandlungen wie mechanisches Aufrauhen, Entfetten, Ätzen, Sensibilisieren und Aktivieren der Oberfläche. Das mechanische Aufrauhen der Oberfläche wird durchgeführt, um eine rauhe Oberfläche zu erhalten, welche für die Metallplattierung geeignet ist. Im Falle eines Substrates in Faserform wurde jedoch gefunden, dass diese Vorbehandlung nicht unbedingt notwendig ist, da die Oberfläche der Faser schon rauh genug ist, um der metallischen Plattierung zu genügen.
Die Entfettung, deren Ziel darin besteht, die Oberfläche der Substratfaser zu reinigen und Rückstände von Ölen und Fetten zu entfernen, kann mit Leichtigkeit mittels der üblichen neutralen oder schwach alkalischen Waschmittel durchgeführt werden. Die öligen Präparationen, welche von der Faserherstellung her an der Faseroberfläche haften, können normalerweiçe durch eine einfache Entfettungsbehandlung vollständig entfernt werden, und es ist je nach Substrat auch möglich, die wässrige Wasch- und Entfettungsbehandlung auszulassen.
Die Ätzbehandlung dient zur Herstellung einer hydrophilen Oberfläche durch deren Quellung und chemische Korrosion und ist eine speziell wichtige Behandlung zur Sicherstellung der Adhäsion des Metalls auf dem Substrat.
Für Acrylfasern besonders wirksame Ätzmittel sind beispielsweise saure Ätzmittel wie Chrom-/Schwefel- säure, Kaliumbichromat/Schwefelsäure, Kaliumbichromat/Phosphorsäure, Salpetersäure und ChromlSalpeter- säure; und alkalische Atzmittel wie Natron- und Kalilauge. Obwohl die Acrylfasern wesentlich überlegene Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe und Hitze aufweisen, ist es doch notwendig, die notwendige Vorsicht in bezug auf deren Abbau anzuwenden, da als Substrat feine Fasern verwendet werden. Es ist somit wichtig, optimale Bedingungen zur Erzielung befriedigender Adhäsion zwischen Substrat und Beschichtung zu wählen. Im allgemeinen müssen die Fasern nicht schwerwiegend geätzt werden und eine kurze Ätzbehandlung unter milden Bedingungen sollte genügen.
Beispielsweise kann bei Verwendung von Chrom-/ Schwefelsäure (50-100 g/l Chromsäureanhydrid und 100-300 g/l Schwefelsäure 95%) das Ziel durch eine Behandlung bei Raumtemperatur während 5 sek bis 5 min erreicht werden.
Das sitzen von Polyesterfasern wird am besten mit einem Alkali bis zu einer Gewichtsabnahme von 0,3 bis 10 Gew.% durchgeführt. Als Ätzmittel können wässrige oder alkoholische Lösungen von Alkalien wie Natrium- oder Kaliumhydroxid oder Soda verwendet werden, jedoch wird die Verwendung von Natronlauge bevorzugt. Die Polyesterfasern werden in ein solches alkalisches Bad eingetaucht und dessen Konzentration und Temperatur sowie die Behandlungsdauer werden so eingestellt, dass eine Gewichtsabnahme aufgrund von Auflösung im Bereich von 0,3-10 Gew.% resultiert.
Beispielsweise kann bei Verwendung von Natronlauge das Endziel durch Behandlung der entfetteten Polyesterfasern während 30 sec bis 30 min bei 50-1000 C mit einer Konzentration von 0,5-30 Gew.% NaOH erreicht werden. Die Fasern werden danach, gegebenenfalls nach Neutralisierung mit einer verdünnten Säurelösung, mit Wasser gespült und dann dem nächsten Behandlungsschritt zugeführt.
Üblicherweise werden die Substratfasern nach der Ätzbehandlung einer Sensibilisierungs- und Aktivierungsbehandlung unterzogen, bevor sie chemisch plattiert werden.
Die Sensibilisierung besteht beispielsweise darin, auf der Oberfläche des Substrats, die durch die Ätzbehand lung hydrophilisiert wurde, Adsorption und Orientierung eines Reduziermittels zu erzielen und als Sensibilisie rungsbad kann eine saure oder alkalische Lösung einer
Zinnverbindung wie Zinnchlorid, Titantrichlorid oder Aluminiumchlorid verwendet werden. Vom Standpunkt der Wirksamkeit und Billigkeit aus wird eine saure Zinnchlorid/Salzsäure-Behandlung, beispielsweise in einem Bad, enthaltend 5-180 g/l Zinnchlorid und 1-180 ml/l Salzsäure 35 %, besonders bevorzugt, wobei das Endziel zwischen Raumtemperatur und 500 C innert 3 sec bis 3 min erreicht werden kann.
Die Aktivierung besteht in der Ablagerung eines Edelmetalls wie Palladium, Platin, Gold oder Rhodium, welches als Katalysator bei der chemischen Plattierung dient, an der Oberfläche des Substrats. Während jedes bekannte Aktivierungsmittel wirksam ist, ist Palladiumchlorid/Salzsäure (beispielsweise ein Bad, enthaltend 0,025-5 g/l Palladiumchlorid und 0,25-25 ml/l Salzsäure 35/4) besonders geeignet, wobei das Endziel bei Raumtemperatur bis 600 C innert 3 sec bis 3 min erreicht werden kann.
Als nächster Schritt wird die chemische Plattierung an der Oberfläche der Faser durchgeführt. Wie vorstehend erwähnt, wird für die Plattierung entweder Nickel oder Kupfer bevorzugt. Beispiele für die Zusammensetzung eines chemischen Nickel-Plattierungsbades sind : lösliches Nickelsalz mit Hypophosphit, Boi/Stickstoff-Verbindung oder Harnstoff. Während jede dieser Zusammensetzung zu voller Befriedigung verwendet werden können, ist ein Bad mit einer Zusammensetzung von löslichem Nickelsalz und Phosphit besonders geeignet und insbesondere, wenn es sauer ist.
Eine hervorragend elektrisch leitende Faser kann innert sehr kurzer Behandlungszeit erhalten werden durch Einsatz eines Plattierungsbades von relativ hoher Temperatur. Wenn zum Beispiel ein saures Plattierungsbad aus vorwiegend 20 g/l Nickelsulfat, 24 g/l Natriumhypophosphit und 27 g/l Milchsäure mit einem pH von 5,6 verwendet wird, werden befriedigende Resultate bei 60-980 C innert einer Behandiungsdauer von 10 sec bis 9 min erzielt. Insbesondere wenn die Behandlung bei 80-90 C erfolgt, kann eine Faser von hervorragender elektrischer Leitfähigkeit sogar innert Behandlungszeiten von weniger als 1 min erhalten werden.
Da, wie im vorstehenden beschrieben, die chemische Plattierung mit Nickel unter sehr kurzen Behandlungsbedingungen durchgeführt werden kann, ist diese besonders geeignet zur kontinuierlichen chemischen Plattierung von Filamenten.
Für Bäder zur chemischen Plattierung mit Kupfer können lösliche Kupfersalze mit verschiedenen Reduziermitteln verwendet werden, jedoch sind Kombinationen von löslichem Kupfersalz mit Formaldehyd besonders geeignet. Chemische Plattierung mit Kupfer hat im allgemeinen den Nachteil, dass die Lebensdauer der Behandlungsbäder kurz und die Ablagerungsgeschwindigkeit gering ist, jedoch ist es kennzeichnend, dass, obwohl die Plattierungsschicht ziemlich dünn ist, deren Haftfähigkeit gut ist und eine sehr einheitliche, dauerhaft elektrisch leitende Faser mit überlegener Leitfähigkeit erhalten werden kann, deren Haltbarkeit und Flexibilität ausserdem auch hervorragend ist.
Wenn beispielsweise als Plattierungsbad ein solches mit einem Gehalt von 30 g:l Kupfersulfat, 100 g/l Seignettesalz und 50 ml/l Formaldehydlösung 37 S als hauptsächliche Komponenten verwendet wird, welches mit Natronlauge auf pH 11-12 eingestellt wurde, genügt eine Behandlung während 3-10 min bei Raumtemperatur zur Erzielung einer hervorragend elektrisch leitenden Faser.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass auf dem Substrat eine gute metallische Beschichtung auch dann erzielt werden kann, wenn bei Verwendung von Acrylfasern als Substrat die vorstehend beschriebene Ätz- behandlung weggelassen wird. Weiterhin wurde gefunden, dass die Haftfähigkeit der metallischen Beschichtung auf dem Substrat weit besser war, als wenn andere Fasern verwendet wurden. Obwohl diese Erscheinung bis jetzt noch nicht genügend abgeklärt ist, wird angenommen, dass sie der den Acrylfasern eigenen Oberflächenform (Acrylfasern zeigen hauptsächlich hantelförmigen Querschnitt und einen stark und unregelmässig variierenden Längs schnitt) und der Affinität zwischen der Nitrilgruppe des Substrats und dem Metall (Chelierungswirkung) zugeschrieben werden muss.
Die Dicke der chemisch auf der Substratfaser abgelagerten metallischen Beschichtung kann gewünschtenfalls durch weitere Ablagerung von Metall mittels Elektroplattierung erhöht werden. Das zur Elektroplattierung verwendete Metall kann das gleiche oder ein anderes sein als das zur chemischen Plattierung verwendete.
Die Dicke der metallischen Beschichtung auf der Substratfaser muss so reguliert werden, dass die endgültige Faser die funktionellen Eigenschaften von Textilfasern beibehält. Eine metallische Beschichrung übermässiger Dicke führt zu einer Faser von schlechter Faltbarkeit und Flexibilität und ist zudem vom Standpunkt der Leitfähigkeit aus unnötig. Die obere Grenze der mittleren Dicke der metallischen Beschichtung ist abhängig von Art und Titer der Substratfaser, der Art des Metalls und dem Verwendungszweck des Endproduktes, soll jedoch 1,5 ii nicht übersteigen. Die untere Grenze der mittleren Dicke der metallischen Beschichtung ist genügend, wenn die Faser dadurch leitfähig wird, d. h. wenn sie einen spezifischen inneren Wider stand von 10-110-6 ,cl Q cm aufweist.
Es wurde fest- gestellt, dass bei Beschichtungen einer Dicke unterhalb von 0,01 u oft Unterbrüche in der metallischen Schicht auftraten, woraus resultierte, dass die beschichtete Faser keine befriedigende Leitfähigkeit aufwies. Es ist somit empfehlenswert, die mittlere Dicke der metallischen Beschichtung innerhalb eines Bereiches von 0,1-0,5 t zu halten.
Zum Schutz der metallischen Beschichtung gegen Oxydation, Korrosion und Abschälen vom Substrat kann die elektrisch leitende Faser zusätzlich mit einem Überzug aus einem organischen Polymer versehen werden.
Dieser Überzug muss jedoch so sein, dass der elektrische Widerstand der Faser nicht höher als auf 2000 MQ/cm ansteigt. Bevorzugte organische Polymere sind die synthetischen Elastomere, welche sich durch ihre Adhäsion an Metall auszeichnen sowie die wasserabstossenden Silikonharz-Polymere, jedoch können auch andere verwendet werden.
Die im vorstehenden beschriebenen elektrisch leitenden Fasern können im erfindungsgemässen Textilmaterial vorzugsweise in Anteilen von 0,05-2 Gew.%, bezogen auf die organischen Textilfasern, vorhanden sein. Mit Anteilen von weniger als 0,01 Gew. der elektrisch leitenden Fasern kommt es öfter vor, dass keine ausgesprochen antistatische Wirkung erzielt werden kann, während mit Anteilen von 2-10 Gew.S die Zunahme der antistatischen Wirkung entgegengesetzt proportional zur Erhöhung des Anteils der elektrisch leitenden Fasern abnimmt. Die Verwendung der elektrisch leitenden Fasern in höheren Anteilen als 10 Gew. ist somit nutzlos.
Die elektrisch leitenden Fasern können mit den übrigen organischen Textilfasern durch beliebige Mittel wie beispielsweise Misch-Spinnen, -Zwirnen, -Weben oder -Wirken gemischt werden. In diesem Fall ist es nicht nötig, dass eine gleichmässige Verteilung erfolgt.
Beispielsweise kann ein erfindungsgemässes Gewebe hergestellt werden, indem als Kette gewöhnliche Garne verwendet werden und im Schuss mit Intervallen von 10-100 Schüssen ein Schussgarn eingeschossen wird, das die elektrisch leitenden Fasern enthält. Die in den erfindungsgemässen Textilmaterialien verwendeten elektrisch leitenden Fasern sind nicht nur solche, in denen der elektrische Widerstand im Bereich eines gewöhnlichen Leiters liegt, sondern auch diejenigen, in denen der elektrische Widerstand so hoch wie beispielsweise 2000 MQ/cm ist, wie im Fall der Verwendung eines Überzugs aus einem organischen Polymer auf der metallischen Beschichtung. Es ist überraschend, dass sogar bei Einsatz eines geringen Anteils einer Faser mit derartig hohem elektrischem Widerstand eine ausgesprochen antistatische Wirkung auftritt.
Es ist nicht leicht, den Mechanismus der Verhütung von elektrostatischer Aufladung einfach zu erklären. Im allgemeinen stellen Aufladungen von oberhalb 1000 V von gewöhnlichen organischen Textilfasern das Problem der unerwünschten elektrostatischen Erscheinung und das Ausmass der in diesem Falle auftretenden Entladung ist sehr gering.
Es wird daher angenommen, dass selbst im Fall von solch hohem elektrischem Widerstand die örtliche innere Entladung der Beschichtung unter so hoher Spannung auftritt, und die elektrostatische Ladung mit Leichtigkeit verteilt wird durch Wirkungen wie gasförmige Koronaentladung, Oberflächenfunken und Kriechströme, womit die Akkumulierung elektrostatischer Aufladung verhütet wird. Dieses scheint wesentlich zur Verhütung von elektrostatischer Aufladung beizutragen.
Die erfindungsgemässen Textilmaterialien können in jeder beliebigen Form, beispielsweise als Stapelfasern, Stapelfaser- und Multifilamentgarn, Zwirn, Bindfaden, Seilen, Bändern, Geweben, Gewirken, Nonwovens oder Teppichen, vorliegen.
In den nachstehenden Beispielen wurden die angegebenen spezifischen inneren Widerstände der Textilmaterialien errechnet durch Multiplikation des mittels einer Universalbrücke, Modell BV-Z-13A der Yokogawa Electric Works, Japan bestimmten Widerstandes mit dem Gesamtquerschnitt der elektrisch leitenden Faser (Substrat + metallische Beschichtung), während die Aufladungs-Spannungen durch ein Potentiometer mit Streifkontakten, Modell KS-325 der Kasuga Electric Company, Japan, gemessen wurden. Der Gehalt an elektrisch leitenden Fasern ist in Gew.%, bezogen auf das Gewicht der organischen Textilfasern, angegeben, während die Zusammensetzung der organischen synthetischen Substratfaser in Mol % angegeben ist.
Beispiel I
Ein entfettetes Acryl-Monofilament von 10 den (aus einem Copolymer aus 94,5 % Acrylnitril, 4,5 % Methylacrylat und 15 einer dritten Komponente, nassgesponnen mittels Dimethylformamid) wurde kontinuierlich und nacheinander durch die nachstehenden Behandlungsbäder geführt und in diese eingetaucht, um das Filament chemisch mit Nickel zu plattieren:
a) wässriges Sensibilisierungsbad (20 g/l Zinnchlorid, 10 g/l Salz- 8 sek bei säure konz.) Raumtemperatur b) Wasserspülung 8 sek bei
Raumtemperatur c) wässriges Aktivierungsbad (0,25 g/l Palladiumchlorid, 8 sek bei
2,5 g/l Salzsäure konz.) Raumtemperatur d) wässriges chemisches Nickel
Plattierungsbad (vorwiegend
20 g/l Nickelsulfat,
24 g/l Natriumhydrochlorit,
27 g/l Milchsäure; pH eingestellt auf 5,6) 80 sek bei 88 C e) Wasserspülung 8 sek bei
Raumtemperatur
So wurde kontinuierlich ein elektrisch leitendes Filament mit einer Nickelbeschichtung einer durchschnittlichen Dicke von 0,4 jt erhalten.
Dieses Filament zeigte gute Leitfähigkeit, und der mittlere spezifische innere Widerstand betrug 1,0 x 10-3 Q cm. Sogar nach Durchführung einer Prüfung auf Abriebbeständigkeit, bei welcher das Filament während 5 min unter einer Belastung von 0,5 g/den, bezogen auf das Substratfilament, mit einem mit 120 U./min angetriebenen Nylonzahnrad mit 40 Zähnen, Modul 3,61, gerieben wurde, trat praktisch keine Veränderung des Widerstandes auf, woraus die hervorragende Adhäsion der Nickelbeschichtung hervorgeht. Die Reissfestigkeit dieses Filaments betrug 3,6 g/den, die Bruchdehnung 14 % und der Ausgangs-Young-Modul 100 g/den (berechnet auf de Titer des Substratfilaments 3,6 g/den bzw. 13% bzw. 90 g/den) und es behielt praktisch die gleiche Faltbarkeit und Flexibilität wie das unbeschichtete Substrat.
Unter Verwendung dieses elektrisch leitenden Monofilaments wurden Teppiche hergestellt, indem dieses Filament zuerst während des Zwirnens von Taslon -be- handeltem Nylongarn aus 136 Einzelfilamenten mit einem Gesamttiter von 2600 den vermischt und das das elektrisch leitende Monofilament enthaltende Nylongarn mit Abständen von 2 bzw. 5 Nadeln (Zumischungsverhältnis 0,17 bzw. 0,08/0) bei der Tuftingverarbeitung eingezogen wurde. Die so erhaltenen Teppiche wurden gewaschen, gefärbt und mit einer Rückschicht versehen.
Diese Teppiche wurden zur Bestimmung der Aufladungs-Spannungen verwendet, indem eine Prüfperson mit lederbesohlten Schuhen in einem Klima von 250 C und 10 S relativer Luftfeuchtigkeit darüberlief. Die Aufladungsspannungen des menschlichen Körpers und der Teppiche sind in der nachstehenden Tabelle enthalten.
Es war ersichtlich, dass die Aufladungs-Spannungen des menschlichen Körpers und der Teppiche durch die Einarbeitung eines sehr geringen Anteils des elektrisch leitenden Filaments stark herabgesetzt werden konnten.
Gehalt an elektrisch Negative Aufladung des Positive Aufladung der
Teppich leitendem Filament menschlichen Körpers V Teppiche V Normalgang schleifender Gang Normalgang schleifender Gang ohne elektrisch leitendes
Filament 0 -5000 - 13500 +6000 +15000 elektrisch leitendes Filament,
Abstand 2 Nadeln 0,17 - 1000 - 2000 -F2000 -t 2500 elektrisch leitendes Filament,
Abstand 5 Nadeln 0,08 - 1000 - 2000 +2000 + 2500
Im Falle eines Nylon-Tuftingteppichs ohne elektrisch leitendes Filament wurde, wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, elektrostatische Aufladung von hoher Spannung durch normale Gangart oder durch schleifende Gangart im menschlichen Körper akkumuliert.
In diesem Fall wird bei beiden Gangarten ein unangenehmer elektrischer Schlag empfunden, wenn ein metallischer Türgriff berührt wird. Im Falle der mit einem geringen Anteil des elektrisch leitenden Filaments hergestellten Teppiche ist bei beiden Gangarten die elektrische Aufladung des menschlichen Körpers sehr gering und es entsteht kein elektrischer Schlag.
Beispiel 2
Ein Multifilament mit einem Gesamttiter von 150 den aus 10 Einzelfilamenten aus Polyäthylenterephthalat wurde zuerst während 60 sec in 20gew.%ige Natronlauge von 950 C eingetaucht. Der Gewichtsverlust durch Auflösung der Polyäthylenterephthalatfilamente betrug 2 Gew.%. Nach Spülen des Multifilaments mit Wasser wurde dieses, wie in Beispiel 1 beschrieben, der Sensibilisierung, Aktivierung und chemischen Nickelplattierung unterworfen, wobei kontinuierlich ein elektrisch leitendes Multifilament mit hervorragender Faltbarkeit und Flexibilität und einer Nickelbeschichtung einer mittleren Dicke von 0,33 ,tl und einem mittleren spezifischen inneren Widerstand von 3,2 x 10 - 3 Q cm erhalten wurde.
Dieses Multifilament zeigte eine Abriebbeständigkeit, welche derjenigen des Filaments von Beispiel unter gleichen Prüfbedingungen vergleichbar war.
Das so erhaltene leitende Multifilament wurde in Monofilamente aufgeteilt. Es wurden Tricothemden aus Polyäthylenterephthalatfilamenten hergestellt, wobei die vorstehend beschriebenen, elektrisch leitenden Monofilamente in Abständen von 5 und 10 cm parallel eingesetzt wurden (Beimischungsverhältnis 0,03 bzw.
0,06 %). Diese elektrisch leitende Filamente enthaltenden Hemden wurden Tragversuchen mit isoliertem menschlichem Körper in einem Klima von 240 C und 10 S relativer Luftfeuchtigkeit unterzogen. Nach Ausziehen der Hemden wurden die elektrostatischen Aufladungsspannungen der Hemden und des menschlichen Körpers gemessen und die erhaltenen Resultate sind in der nachstehenden Tabelle angeführt. Durch Einarbeitung der elektrisch leitenden Filamente war es möglich, die Spannung der elektrischen Aufladung der Hemden und des menschlichen Körpers stark herabzusetzen.
Gehalt an elektrisch Negative Aufladung Positive Aufladung Hemd leitenden Filamenten des menschlichen der Hemden V der Hemden V Körpers V ohne elektrisch leitende Filamente 0 -4700 +8000 elektrisch leitende Filamente in Abständen von 5 cm 0,06 - 500 + 300 elektrisch leitende Filamente in Abständen von 10 cm 0,03 - 1500 +2000
Bei Hemden ohne elektrisch leitende Filamente wurde beim Ausziehen des Hemdes nach dem Tragversuch übermässige Funkenbildung beobachtet, welche durch Einarbeitung eines geringen Anteils an elektrisch leiten den Filamenten vollständig unterdrückt wurde.
Beispiel 3
Ein entfettetes Multifilament mit einem Gesamttiter von 200 den aus 100 Acrylfilamenten aus einem Copolymer aus 94,5 % Acrylnitril, 4,5 % Methylacrylat und 1 % einer dritten Komponente, nassgesponnen, mittels Salpetersäure, wurde als Substrat verwendet und chemisch mit Kupfer plattiert, indem nacheinander die nachstehenden Behandlungsbäder angewendet wurden:
a) wässriges Ätzbad, enthaltend 75 g/l Chromsäureanhydrid, 250 g/l Schwefelsäure konz., Behandlung während 15 sec bei Raumtemperatur; b) Spülbad Wasser; c) wässriges Sensibilisierungsbad wie in Beispiel 1, Behandlung während 15 sec bei Raumtemperatur; d) Spülbad Wasser; e) Aktivierungsbad wie in Beispiel 1, Behandlung während 15 sec bei 500 C; f) Spülbad Wasser; g) wässriges chemisches Kupfer-Plattierungsbad, enthaltend 30 g/l Kupfersulfat, 100 g/l Seignettesalz und 50 ml/l Formaldehydlösung als hauptsächliche Komponenten, mit Natronlauge auf pH 11-12 gestellt, Behandlung während 6 min bei Raumtemperatur; h) Spülbad Wasser.
Hierbei wurde ein elektrisch leitendes Multifilament von hervorragender Faltbarkeit und Flexibilität einer Kupferbeschichtung einer Dicke von 0,62 ,u und einem mittleren spezifischen inneren Widerstand von 2,9 x 10-'- Q cm erhalten. Die Leitfähigkeit dieses Multifilaments wurde kaum verändert, auch nicht durch Abriebbehandlung wie in Beispiel 1 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass im Fall eines chemisch mit Kupfer plattierten Multifilaments die Leitfähigkeit und die Haftfähigkeit der Plattierungsschicht sogar mit sehr dünnen Schichtdicken hervorragend sind.
Dieses elektrisch leitende Multifilament wurde in variierenden Mengenverhältnissen mit einem entfetteten Nylonkabel aus 8300 Einzelfilamenten mit einem Gesamttiter von 24 200 den vermischt, und dieses Kabel dann bis zur Sättigung elektrostatisch aufgeladen, indem es in einem Klima von 200 C und 40 % relativer Luftfeuchtigkeit auf einem Glasrohr gerieben wurde. Dieses Kabel wurde dann geradlinig 1 cm oberhalb der Metallscheibe eines Metallblatt-Elektroskops gebracht und der Spreizwinkel der Metallblättchen bestimmt. Die erhaltenen Resultate sind in der nachstehenden Tabelle angeführt. Es geht daraus hervor, dass durch die Einarbeitung einer geringen Menge der elektrisch leitenden Filamente eine sehr hervorragende, antistatische Wirkung erzielt wird.
Gehalt an elektrisch Spreizwinkel der Prozentualer Spreizwinkel leitendem Filament Metallblättchen der Metaliblättehen % o
0 140 100,0
0,9 7 5,0
2,7 3 2,1
4,5 0 0
Beispiel 4
Elektrisch leitende Filamente mit variierender Dicke einer Nickelbeschichtung wurden hergestellt, indem Multifilamente mit einem Gesamttiter von 140 den aus 20 Acryl-Einzelfilamenten nacheinander, wie in Beispiel 3 beschrieben, einer Ätz-, Sensibilisierungs- und Aktivierungsbehandlung unterzogen wurden und danach in einem sauren Nickelsalz/Hypochlorit-Plattierungsbad derselben Zusammensetzung, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt wurden.
Die mittlere Dicke der Nickelbeschichtung und der mittlere spezifische innere Widerstand der Filamente sowohl als deren Reissfestigkeit, Bruchdehnung und Ausgangs-Young-Modul sind in der nachstehenden Tabelle enthalten:
Mittlere Dicke der Mittlerer spezifischer Filamenteigenschaften (berechnet (berechnet auf Mittlerer spezifischer (berechnet auf Titer des .Substratfilaments) Muster Nr.
Nickelbeschichtung Widerstand Reissfestigkeit Bruchdehnung Ausgangs-Young-Model #/cm g/den g/den
1 0,005 Unterbrüche in der Haftung des 3,1 19 75
Metalls; keine Leitfähigkeit
2 0,03 5 X 1F2 3,1 20 77
3 0,4 1 X 104 3,0 18 100
4 0,9 4 X 10 2,1 10 115
5 2,0 2 X 10 1,0 1 210 Substratfilament - - 3,1 16 78
Bei Vergleich der Filamenteigenschaften der verschiedenen, elektrisch leitenden Filamente und der Eigenschaften der Substratfilamente ist ersichtlich, dass während die elektrisch leitenden Filamente der Muster Nrn. 2, 3 und 4 ihre Faltbarkeit und Flexibilität wie organische Textilfasern beibehalten, diejenigen von Muster Nr. 5 ihre funktionellen Eigenschaften als organische Textilfasern bereits verloren und solche eines Metalldrahts angenommen haben.
Wenn ein Aufladungsversuch, wie in Beispiel 3 beschrieben, durchgeführt wurde, indem ein elektrisch leitendes Multifilament der Muster Nrn. 2, 3 und 4 einem entfetteten Multifilament mit einem Gesamttiter von 13 000 den aus 6220 Acryl-Einzelfilamenten beigemischt und die Messung der Aufladung mittels eines Metallblatt-Elektroskops durchgeführt wurde, waren die erhaltenen Resultate wie nachstehend. In allen Fällen zeigte sich eine ausgesprochen antistatische Wirkung.
Gehalt an elektrisch Spreizwinkel der Prozentualer Spreizwinkel
Muster leitendem Filament Metallblättchen der Metallblättchen % O der MetallblÅattchen ohne elektrisch leitendes Filament 0 122 100 mit elektrisch leitendem Filament Nr. 2 1,1 9 7,4 mit elektrisch leitendem Filament Nr. 3 1,5 8 6,6 mit elektrisch leitendem Filament Nr. 4 1,9 8 6,6
Beispiel 5
Acryl-Stapelfasern einer Stapellänge von 76 mm von 3 den wurden, wie in Beispiel 4 beschrieben, chemisch mit Nickel plattiert, wobei elektrisch leitende Stapelfasern mit einer durchschnittlichen Dicke der Nikkelbeschichtung von 0,27 Ed und einem mittleren spezifischen inneren Widerstand von 7,8 x 10-5 Q cm erhalten wurden.
Ein Nonwoven-Teppich wurde hergestellt, indem ein Vlies aus 70 Gew.% PVC-Stapelfasern und 30 Gew.%' Polypropylen-Stapelfasern durch Nadeln und zusätzlich durch Besprühen der Rückseite mit einem Bindemittel verfestigt wurde. Bei heftigem Reiben dieses Teppichs durch eine Prüfperson mit lederbesohlten Schuhen in einem Klima von 250 C und 12 % relativer Luftfeuchtigkeit zeigte der menschliche Körper eine positive Aufladung von 6000 V und der Teppich eine negative Aufladung von 8000 V und die Prüfperson erhielt bei Berühren von Metall heftige Schläge. Wenn jedoch dem gleichen Teppich 0,3 Gew.% der wie vorstehend beschrieben erhaltenen elektrisch leitenden Stapelfasern beigemischt wurden, betrugen die entsprechenden Aufladungen nur +2000 bzw. -2000 V und beim Berühren von Metall erhielt die Versuchsperson keine Schläge.
Es wurde somit eine ausgesprochene antistatische Wirkung erzielt.
Beispiel 6
Das wie in Beispiel 1 beschrieben erhaltene, chemisch mit Nickel plattierte elektrisch leitende Filament wurde als Kathode verwendet und darauf in einem wässrigen sauren Bad von Kupfersulfat mit einer Stromstärke von 0.5 A/dm2 elektrolytisch eine Kupferplattierung abgelagert. Es wurde dabei ein elektrisch leitendes Filament mit einer weiteren Kupferbeschichtung einer durchschnittlichen Dicke von 0,35 i und einem mittleren spezifischen inneren Widerstand von 5,8 x 10- 9 Q cm erhalten. Es wurde ein Polyestergewebe hergestellt, in das in Kette und Schuss mit Abständen von je 1 cm von diesen elektrisch leitenden Filamenten eingearbeitet wurden (Gewichtsanteil 0,16 %).
Ein Prüfabschnitt von 10 x 10 cm dieses Gewebes wurde nach Waschen durch Reiben mit einem Acrylfasergewebe mit einer Geschwindigkeit von 6 cm/sec in einem Klima von 200 C und 405S; relativer Luftfeuchtigkeit bis zur Sättigung elektrostatisch aufgeladen. Wenn die Aufladungs-Spannung nach 30 sec gemessen wurde, betrug sie nur 420 V im Vergleich zu 7300 V im Falle eines gleichartigen Vergleichsgewebes, das ohne Einarbeitung der elektrisch leitenden Filamente hergestellt worden war. Hieraus geht hervor, dass diese elektrisch leitenden Filamente eine sehr hervorragende antistatische Wirkung ergeben.
Beispiel 7
Das wie in Beispiel 1 beschrieben erhaltene Filament wurde in ein Nitrilgummi/Phenol-Bindemittel getaucht und dann durch einen Schlitz zur Regulierung der Beschichtungsdicke geführt, getrocknet und bei 1800 C gehärtet, um ein harzbeschichtetes, elektrisch leitendes Filament mit einer mittleren Dicke der Harzschicht von 0,3 lot und einem mittleren Widerstand von
2000 MQ/cm (bestimmt mittels des automatischen Isolierungs-Wider standsmessgerätes Modell L-68 mfd. der Yokogawa Electric Works, Japan) zu ergeben.
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde ein Tuftingteppich hergestellt, indem dieses Filament im Wechselverhältnis 1:1 eingezogen wurde (Gewichtsgehalt 0,2670). Wenn dieser Teppich dann nach Reiben mit einem Gewebe aus Polyäthylenterephthalatfasern, wie in Beispiel 6, in bezug auf seine Aufladung geprüft wurde, wurden die in der nachstehenden Tabelle angeführten Resultate erhalten. Trotz der Tatsache, dass das harzbeschichtete, elektrisch leitende Filament einen sehr hohen Widerstand aufweist, zeigt sich eine ausgesprochene antistatische Wirkung, die mit derjenigen von Filamenten guter Leitfähigkeit vergleichbar ist.
Gehalt nufladung Muster % V v ohne elektrisch leitendes Filament 0 2000 mit nicht harzbeschichtetem elektrisch leitendem Filament 0,25 800 mit harzbeschichtetem elektrisch leitendem Filament 0,26 750
Wie im vorstehenden beschriebene Teppichprüfmuster nach elektrostatischer Aufladung durch rotierendes Reiben mittels eines gezackten Reibungselementes aus einem Vinylchloridharz unter einer Belastung von 0,5 kg/cm- mit 23 U./min auf die Aufladungs-Spannung geprüft wurden, ergaben sich die in der nachstehenden Tabelle angeführten Resultate. Die Dauerhaftigkeit und Abriebbeständigkeit erwiesen sich somit als hervorragend.
Angewandte Reibung Aufladung V vor dem Reiben 750 nach 500 Umdrehungen 850 nach 1000 Umdrehungen 850
Beispiel 8
Ein gekräuseltes Nylon-Monofilament von 20 den wurde in eine Lösung von 12 Gew.% eines Nitrilgummi/ Phenol-Bindemittels in Azeton eingetaucht, getrocknet und gehärtet. Es wurde ein harzbeschichtetes Monofilament erhalten. Auf gleiche Art, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde dieses Monofilament einer Sensibilisierungs-, Aktivierungs- und chemischen Plattierungs Behandlung mit Nickel unterzogen. Es wurde ein elektrisch leitendes Filament mit einer Nickelbeschichtung einer durchschnittlichen Dicke von 0,37 it und einem mittleren spezifischen inneren Widerstand von 3,3 x 10- Q cm erhalten.
Das resultierende Filament wurde, wie in Beispiel 7 beschrieben, im Einzugsverhältnis 1:1 (Gewichtsanteil 0,5 %) zu einem Nylon-Tuftingteppich verarbeitet. Die Messung der elektrostatischen Aufladungs Spannung dieses Teppichs ergab eine Aufladungs- Spannung von nur 750 V gegenüber 2000 V bei Herstellung ohne Einarbeitung des elektrisch leitenden Filaments.
Die antistatische Wirkung ist somit hervorragend.
Beispiel 9
Unter Verwendung eines Multifilaments mit einem Gesamttiter von 75 den aus 25 entfetteten Einzelfilamenten aus Polyvinyl-Acetal als Substrat wurden, wie in Beispiel 4 beschrieben, die Sensibilisierungs-, Akti vierungs-Vorbehandlungen und die chemische Plattierung mit Nickel durchgeführt, wobei elektrisch leitende Filamente mit einer Nickelbeschichtung einer durchschnittlichen Dicke von 0,27 u und einem mittleren spezifischen inneren Widerstand von 5,1 x 10-3 Q cm erhalten.
Wenn, wie in Beispiel 3 beschrieben, mittels eines Metallblatt-Elektroskops eine Aufladungs-Prüfung durchgeführt wurde, betrug der Spreizwinkel der Metallblättchen bei Prüfung eines entfetteten Nylon-Multifilaments mit einem Gesamttiter von 12000 den aus 4150 Einzelfilamenten 1350, während bei Einarbeitung von 1,7 Gew. Ó der vorstehend genannten elektrisch leitenden Filamente nur ein Spreizwinkel von 160 (prozentualer Spreizwinkel von 11,9 %) auftrat, woraus die hervorragende antistatische Wirkung dieses elektrisch leitenden Filaments hervorgeht.
Beispiel 10
Unter Verwendung eines entfetteten Multifilaments mit einem Gesamttiter von 75 den aus 25 PVC-Einzelfilamenten als Substrat und dessen Behandlung, wie in Beispiel 4 beschrieben, wurden elektrisch leitende Filamente mit einer Nickelbeschichtung einer durchschnittlichen Dicke von 0,13 p und einem mittleren spezifi schen inneren Widerstand von 2,2 x 10 - 2 Q cm er- halten.
Wenn, wie in Beispiel 3 beschrieben, Prüfung der elektrostatischen Aufladung mittels eines Metallblatt Elektroskops durchgeführt wurde, betrug der Spreizwinkel der Metallblättchen bei der Messung eines entfetteten Multifilaments mit einem Gesamttiter von 12 100 den aus 4150 Nylon-Einzelfilamenten 1350, während bei Einarbeitung von 3,4 Gew.% der vorstehend beschriebenen, elektrisch leitenden Filamente in dieses Multifilament nur ein Spreizwinkel von 90 (prozentualer Spreizwinkel von 6,7 S3 auftrat, woraus die hervorragende antistatische Wirkung der elektrisch leitenden Filamente hervorgeht.