DE3135430C2 - Harz-Verbundmaterial, enthaltend Polypropylen Kohlenstoffasern und leitfähigen Ruß - Google Patents

Harz-Verbundmaterial, enthaltend Polypropylen Kohlenstoffasern und leitfähigen Ruß

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Abstract

Beschrieben wird ein elektroleitfähiges Harz-Verbundmaterial zur Formung bzw. Preßformung mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften, das 100 Gew.-Teile Polypropylen, 10 bis 50 Gew.-Teile modifiziertes Polypropylen, erhalten durch chemisches Modifizieren eines Teils von Polypropylen mit einer organischen ungesättigten Carbonsäure oder durch Copolymerisieren von Propylen und der ungesättigten Carbonsäure, 5 bis 65 Gew.-Teile Kohlenstoffaser von 5 bis 20 μm bzw. Mikrometer Durchmesser, wobei das Verhältnis von Länge zu Durchmesser nicht weniger als 10 beträgt, und 5 bis 65 Gew.-Teilen von elektroleitfähigem Ruß mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 800 qm/g.

Description

2. Harz-Verbundmaterial nach Anspruch 1, in dem die Summe der Menge des Polypropylens und der Menge des modifizierten oder copoiymerisierten Polypropylens mehr als 60 Gew.-% der Gesamtmenge des Verbundmaterials beträgt
3. Harz-Verbundmateria! nach Anspruch 1, in dem die Kohlenstoffaser einen Durchmesser von 5 bis 20 μπι und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von nicht weniger als 10 aufweist
4. Harz-Verbundmaterial nach Anspruch 1, in dem der elektrisch leitfähige Ruß eine spezifische Oberfläche von nicht weniger als 800 m2/g aufweist.
35
40
Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitfähiges Harz-Verbun^material mit günstiger mechanischer Festigkeit, geeignet zur Formung oder Preßformung mit «usgezeichneten elektrischen Eigenschaften.
Aus der EP-Patentanmeldung 16 662 war es bekannt, Kohlenstoffasern Kunststoffen zur Erzielung von Verbundmaterialien zuzusetzen. Auch war es bekannt, daß das so erhaltene Verbundmaterial verbesserte Eigenschaften bezüglich der mechanischen Festigkeit. wie der Zugfestigkeit, der Biegefestigkeit und der Wärmebeständigke't aufweist, jedoch konnte keine Verbesserung seiner elektrischen Eigenschaften festgestellt werden.
Nach der DE-OS 25 24 640 wurde außerdem die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften eines Verbundmaterials durchgeführt durch Compoundieren von leitfähigem Ruß in ein Kunststoffmaterial. In diesen Fällen wurde gefunden, daß Polypropylen die besten elektrischen Eigenschaften im Vergleich mit Polyvinyl-Chlorid. Polystyrol und Polyäthylen ergibt. Jedoch weist das Verbundmaterial, das Polypropylen und elektroleitfähigen Ruß enthält, keine ausreichende mechanische Festigkeit auf. und clementsprechend bestand ein Bedürfnis nach der Lösung des Problems der mechanisehen Festigkeit. Es wurde einher versucht, die mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften des Vcrbundmatcrials durch Compoundieren von Kohlenstoffasern und Ruß in Kunststoffe zu verbessern. Zwar konnte eine derartige Verbesserung im experimentellen Maßstab erzielt werden, jedoch führte die Unverträglichkeit der Kunststoffe mit Kohlenstoffasern und Ruß bei dem Compoundieren zur Verringerung der Festigkeit des Verbundmaterials und zu einer unzureichenden Stabilität des geformten Verbundmateriais während längerer Zeit
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Harz-Verbundmaieriais, das Polypropylen und leitfähigen Ruß neben Kohlenstoffasern enthält und neben einer guten elektrischen Leitfähigkeit eine hohe Festigkeit und langanhaltende Stabilität besitzt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Im folgenden werden die Figuren kurz erläutert Die
F i g. 1 zeigt eine Beziehung zwischen der Festigkeit des Verbundmaterials, das 50 Gew.-Teile Kohlenstoffasern, lOGew.-Teile elektroleitfähigen Ruß, 100 Gew.-Teile Polypropylen und eine dargestellte Menge an modifizierten Polypropylen enthält, wobei die Kurve 1 die Beziehung in dein Verbündrnatcria! darstellt, das das modifizierte Propylen enthält, das erhalten wurde durch chemisches Modifizieren eines Teils des Polypropylens mit Maleinsäure, und die Kurve 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Verbundmaterial, das modifiziertes Polypropylen enthält, erhalten durch Copolymerisation von Propylen und Acrylsäure.
Fig. 2 zeigt die Änderung der mechanischen Festigkeit des Verbundmaterials beim Zusatz der angegebenen Menge von entweder Kohlenstoffaser (CF) oder elektroleitfähigem Ruß (KCB) oder von beidem (CF + KCB). wobei der Gew.-Verhältnis der Kohlenstoffasern zu dem elektroleitfähigen Ruß bei der Zugabe von beiden 10 : 15 in A, 10 20 in B und 20 : 10 in C beträgt. Die
F i g. 3 zeigt die Änderung des spezifischen Widerstands (spezifischen Volumenwiderstands) des Verbundmaterials, das 100 Gew.-Teile Polypropylen. 17 Gew.-Teile modifiziertes Polypropylen rr-it 2 Gew.-Teilen Maleinsäure pro 100 Gew.-Teile Polypropylen und entweder die angegebene Menge an Kohlenstoffasern oder die angegebene Menge an elektroleitfähigem Ruß. oder die angegebene Menge an Kohlenstoffasern und elektroleitfähigem Ruß enthält, wobei im letzteren Falle das Gew.-Verhältnis der Kohlenstoffasern zum elektroleitfähigen Ruß 10 : 10 in A. 10 : 15 in B. 20 : 10 in C. 10 : 20 in D und 30 : 10 in E beträgt. Die
Fig. 4 zeigt die Änderung des Oberflächenwiderstands des gleichen Verbundmaterials in Beziehung zu diesem, wie in der F i g. 3.
Das modifizierte oder copolymerisierte Polypropylen enthält vorzugsweise I bis 5 Mol % oder organischen ungesättigten Carbonsäure als Carbonsäureeinheiten. Beispiele für die organische ungesättigte Carbonsäure sind Maleinsäure. Acrylsäure. Methacrylsäure. Endobicyclo-[2.2.l]-5 hepten-2.3 dicarbonsäure und Itaconsäure und deren Anhydride, vorzugsweise Maleinsäureanhydrid.
Die Kohlenstoffasern zur Verwendung gemäß der Erfindung weisen einen Durchmesser von 5 bis 20 jim und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von nicht weniger als 10 auf. und die Menge beträgt vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Polypropylen.
Der leitfähige Ruß zur Anwendung bei der Erfindung weist eine äußerst hohe Elcktrolcitfähigkeit im Vergleich mit üblichem Ruß für allgemeine Zwecke auf und ist gekennzeichnet durch eine spezifische Oberfläche
Beispiel 1
In 100 Gew.-Teile Polypr jpylen mit einem Schmelzindex von 9.0 wurden 17 Gew.-Teile eines durch
20
30
von mindestens 800 mVg; die Menge beträgt vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Polypropylen.
Die elektrischen Eigenschaften des Verbundmaterials, das erhalten wird durch Compoundieren bzw. Vermischen des modifizierten bzw. copolymerisierten Polypropylens, der Kohlenstoffasern und des elektroleitfähigen Rußes mit Polypropylen, sind fast die gleichen wie die des Verbundmatenals, erhalten durch Compoundieren bzw. Vermischen des Rußes mit dem Basismaterial, das Polypropylen und modifiziertes bzw. copolymerisiertes Polypropylen enthält, jedoch läßt sich keine Verringerung der mechanischen Festigkeit des erfindungsgemäßen Verbuiuimaterials feststellen, wie aus der F i g. 2 ersichtlich.
Wie aus den Fig.3 und 4 ersichtlich, sind die elektrischen Eigenschaften (spezifischer Widerstand bzw. spezifischer Volumenwiderstand und spezifischer Oberflächenwiderstand) des Verbundmatenals aus der Compoundierung von sowohl der kurzen Kohlenstoffasern als auch des elektroleitfähigen Rußes mit dem Grundmaterial, das Polypropylen und modiFziertcs bzw. copolymerisiertes Polypropylen enthält, fast die gleichen wie die des Verbundmaterials, das man erhält durch Compoundieren des elektroleitfähigen Rußes mit dem Grundmaterial, das Polypropylen und modifiziertes bzw. copolymerisiertes Polypropylen enthält, und sie sind wesentlich verbessert im Vergleich mit denen, die man erhält, wenn man nur Kohlenstoffasern mit dem Grundmaterial compoundiert. Derartige verbesserte elektrische Eigenschaften wurden erstmalig erzielt durch Compoundieren des modifizierten bzw. copolymerisierten Polypropylens, und ihr industrieller Wert ist von beträchtlichem Ausmaß.
Unter den vorstehend erwähnten Compoundierungsverhältnissen ist es besonders bevorzugt, wenn die Summe der Menge von Polypropylen und modifiziertem bzw. copolymerisiertem Polypropylen als Grundmaterial mindestens 6OGew.-°/o des Verbundmaterials einnimmt.
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial weist eine günstige Verarbeitbarkeit auf. und zur Formung des Materials kann beispielsweise ein üblicher Extruder bzw. eine übliche Strangpreßvorrichtung vom Schnekkentyp verwendet werden. In diesem Zusammenhang ergibt ein Ve. bildmaterial, das nur dui ^h Compoundieren von elektroleitfähigem Ruß mit dem Grundmaterial, das Polypropylen und modifiziertes bzw. copolymerisiertes Polypropylen enthält, hergestellt wurde, ein Verstopfen üblicher Schneckenextruder, und es ist somit schwierig, kontinuierlich zu extrudieren.
Da, wie beschrieben, das erfindungsgemäße Verbundmaterial die gute mechanische Festigkeit beibehält und auch ausgezeichnete elektrische Eigenschaften zeigt, kann das erfindungsgemäße Verbundmaterial selbstverständlich zur Entfernung statischer Elektrizität verwendet werden und kann auch für allgemeine elektroleitfähige Zwecke, beispielsweise für das Elektroplattieren bzw. Galvanisieren, verwendet werden.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläute rung der Erfindung.
50
60 chemisches Modifizieren des Polypropylens mit 2% Maleinsäure erhaltenen modifizierten Polypropylens vom Schmelzindex 20,0 und vom Schmelzpunkt (DSS-Methode) 158° C, 17 Gew.-Teile Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser von 15 μΐη und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 50 und 34 Gew.-Teile elektroieitfähiger Ruß compoundiert zu einem Gemenge, und das Gemenge wurde in üblicher Weise spritz- bzw. spritzgußgeformt. Die elektrischen Eigenschaften und die mechanische Festigkeit von Proben des so hergestellten Verbundmaterials sind im folgenden aufgeführt:
spezifischer Widerstand:
spezifischer Oberflächenwiderstand:
Zugfestigkeit:
1,0 - 10-'Ohm · cm
2,5 Ohm und
323* Dyn/mm3
Beispiel 2
Unter Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien wie im Beispiel 1 wurde ein Gemisch mit einer Zusammensetzung von lOOGew.-Teilen Polypropylen, 15Gew.-T„ilen modifiziertem Polypropylen, 15Gew.-Teilen Kohlenstoffasern und 23 Gew.-Teilen elektroleitfähigem Ruß hergestellt und einer Spritz- bzw. Spritzgußformung zu einem pelletisieren Verbundmaterial unterzogen. Die elektrischen Eigenschaften und die mechanische Festigkeit von Proben der Pellets sind im folgenden aufgeführt:
35 spezifischer Widerstand:
spezifischer Oberflächenwiderstand:
Zugfestigkeit:
1,7 ■ KP Ohm .cm
8,0 Ohm und
3332 Dyn/mm2
Beispiel 3
Unter Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien wie im Beispiel 1 wurde ein Gemisch hergestellt mit einer Zusammensetzung aus 100 Gew.-Teilen Polypropylen, 17 Gew.-Teilen modifizierten Polypropylen, 34 Gew.-Teilen Kohlenstoffasern und 17 Gew.-Teilen elektroleitfähigem Ruß, und es wurde einer Spritz- bzw. Spritzgußformung zur Herstellung eines pelletisierten Verbundmaterials unterzogen. Die elektrischen Eigenschaften und die mechanische Festigkeit von Proben der Pellets sind im folgenden aufgeführt:
spezifischer Widerstand:
spezifischer Oberflächenwiderstand:
Zugfestigkeit:
2,0 · 102Ohm · cm
1,3 Ohm und
39,2 Dyn/mm*
Vergleichsversuche 1 bis 3
Unter Verwendung des gleichen Ausgangsmaterials wie im Beispiel 1 wurden drei Arten von Verbundmaterialien mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt durch Compoundieren und Spritz- bzw. Spritzgußformen; die Daten und Eigenschaften der jeweiligen Proben sind in der Tabelle I aufgeführt.
Tabelle I
Verbund mate rial 1 2')
100 100 100
17 17 O
51 O 25
0 51 25
1,4 X ΙΟ7 1,0 x ΙΟ2 1,7 X ΙΟ2
1,0 x ΙΟ6 1,5 1.6
Zusammensetzung (Gew.-Teile) Polypropylen Modifiziertes Polypropylen Kohlenstoflaser RuB (elektroleitfdhig) Spezifische Leitfähigkeit (Ohm ■ cm) Spezifische Oberfiächenleitfähigkeit (Ohm) Zugfestigkeit (Dyn/mm2) 44,1 18,62 27,44
Anmerkung:
'■) Da Jas Gemisch nicht durch Extrusion verarbf''«' werden konnte, wurde es mit einer Presse geformt.
Aus den Ergebnissen der Beispiele I bis i der elektroleitfahigem Kuli enthält, wies eine schlcchte-
Tabelle I ist ersichtlich: re Verarbeitbarkeit auf. konnte trotz seines Gehalts
25 an modifiziertem Polypropylen nicht exmidiert
1. Das Verbundmaterial, das kein modifiziertes werden und zeigte eine schiechte mechanische Polypropylen enthalt (Verbundmaterial Nr. 3). Festigkeit, und
zeigte eine geringere mechanische Festigkeit trot/ 3. da* Verblindmaterial ohne elektroleitfähigen KoIi-
seines hohen Gehalts an Kohlenstoffasern und lenstoffruß (Verbundmaterial Nr. I) zeigte einen
elektroleitfahigem Ruß als das erfindungsgemäße jo sehr hohen elektrischen Widerstand und war für die
Material: erfindungsgemäßen /wecke nicht brauchbar.
2. das Verbundmaterial. das eine größere Menge an
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Harz-Verbundmatenal, enthaltend Polypropylen, Kohlenstoffasern und leitfähigen Ruß, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt ist:
a) 10 bis 50 Gewichtsteile eines mit einer ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 10 C-Atomen chemisch modifizierten oder copolymerisierten Polypropylens, das 0,5 bis 8,0Mol-% der organischen ungesättigten Carbonsäure als Carbonsäureeinheiten enthält,
b) 5 bis 65 Gewichtsteile Kohlenstoffasern,
c) 5 bis 65 Gewichtsteile elektrisch leitfähigen Ruß und
d) 100 Gewichtsteile Polypropylen.
DE3135430A 1980-05-23 1981-09-08 Harz-Verbundmaterial, enthaltend Polypropylen Kohlenstoffasern und leitfähigen Ruß Expired DE3135430C2 (de)

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