DE4200311A1

DE4200311A1 - Kleberfreie flachbandleiter

Info

Publication number: DE4200311A1
Application number: DE19924200311
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Ogris
Original assignee: DANUBIA PETROCHEM DEUTSCHLAND
Current assignee: DANUBIA PETROCHEM DEUTSCHLAND
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1993-07-15

Description

Die Erfindung betrifft Flachbandleiter aus amorphen oder teil kristallinen Thermoplasten, die ohne Verwendung eines zusätz lichen Klebers durch Heißpressen hergestellt werden.

Flachbandleiter können beispielsweise zur Verbindung von elek trischen Bauteilen, als Steuersignal- oder Energietransport leitungen oder als flexible Heizelemente eingesetzt werden. Sie bestehen aus metallischen Leiterelementen, beispielsweise Metalldrähten, Litzendrähten oder Flachdrähten, die mit Hilfe von Klebern zwischen orientierten Polyethylenter ephthalatfolien eingesiegelt sind. Der Nachteil dieser Flachbandleiter liegt einerseits in der relativ geringen ther mischen Belastbarkeit der Polyethylenterephthalatfolien, sowie andererseits in der Anwesenheit der zusätzlichen Klebeschicht, die eine zusätzliche Schwachstelle darstellt. Der wesentliche Nachteil der Kleber liegt vor allem in ihrer geringen thermi schen Belastbarkeit, ihrer geringen Alterungsbeständigkeit und ihrer Sprödigkeit. Dadurch besitzen die bekannten Flach bandleiter eine nur geringe Flexibilität, die insbesondere bei der Verbindung von bewegten Teilen von Nachteil ist.

Die Aufgabe der Erfindung war es, verbesserte, flexible Flach bandleiter bereitzustellen, die vor allem eine höhere Dauerge brauchstemperatur gestatten.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch Verwendung von Folien mit hoher Thermostabilität, die ohne Verwendung zusätzlicher Kle ber durch gemeinsames Heißpressen mit metallischen Leitern zu Flachbandleitern verpreßt werden können.

Gegenstand der Erfindung sind demnach kleberfreie Flachband leiter, die im wesentlichen aus metallischen Leitern bestehen, die innerhalb von amorphen oder teilkristallinen Thermoplasten oder deren Gemischen mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 80 bis 280°C und einem Schmelzpunkt (Tm) der teilkristal linen Thermoplaste von 260 bis 400°C eingebettet sind.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Flachbandleiter liegt darin, daß sie nur aus den zu verbindenden Bauteilen be stehen und keine artfremden Materialien zum Verkleben der ein zelnen Bestandteile notwendig sind. Die erfindungsgemäßen Flachbandleiter zeichnen sich vor allem durch gute thermische Belastbarkeit, lange Lebensdauer und hohe Flexibilität aus.

Amorphe Thermoplaste, wie z. B. Polyetherimide, Polyethersul fone oder Polysulfone können bei Temperaturen über ihrer Tg thermoplastisch verarbeitet werden. Teilkristalline Thermopla ste, wie z. B. Polyetherketone oder Polyphenylensulfid, die zusätzlich zur Tg auch einen Tm besitzen, werden bei der thermoplastischen Verarbeitung über Tm erhitzt. Bevorzugt sind amorphe Thermoplaste mit einem Tg von 180 bis 240°C und teil kristalline Thermoplaste mit einem Tg von 80 bis 180°C. Wei ters bevorzugt sind teilkristalline Thermoplaste mit einem Tm von 270 bis 380°C.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Thermoplaste sind insbeson dere solche, die aus aromatischen oder heteroaromatischen Ket tenelementen aufgebaut sind. Bevorzugte Thermoplaste sind Polyetherketone, Polyetherimide, Polyethersulfone, Polysulfone oder Polyphenylensulfid. Unter Polyetherketonen sind auch sol che zu verstehen, die mehrere Ethergruppen bzw. Ketogruppen in den Nonomerbausteinen enthalten, wie z. B. Polyetherether ketone (PEEK), Polyetherketoketone (PEKK) oder Polyetherether ketoketone (PEEKK). Die Thermoplaste sind kommerziell erhält lich, beispielsweise Polyetherketone (PEK) als Ultrapek® (BASF), PEEK als Victrex® (ICI), PEKK als Arotone® (Du Pont), PEEKK als Hostatec® (Hoechst), Polyetherimide (PEI) als Ultem® (General Electric), Polyethersulfone (PESU) als Ultrason E® (BASF), Polysulfone (PSU) als Ultrason S® (BASF) oder Udel® (Amoco) und Polyphenylensulfid (PPS) als Fortron® (Hoechst) oder Ryton® (Phillips). Polyetherke tone, PEI oder PPS sind beispielsweise in der DE-OS 39 31 649 oder US 49 96 287 beschrieben. Die Herstellung von Folien, Platten oder Bändern aus den Thermoplasten gelingt nach be kannten Verfahren, beispielsweise durch Aufschmelzen der Gra nulate in einem Extruder, Extrusion durch eine Düse und an schließendes Abkühlen der Schmelze im Wasserbad oder auf einer Gießwalze. Die Folien sind auch kommerziell erhältlich, bei spielsweise als Litrex® bei PCD Polymere.

Tabelle 1

Glasübergangstemperaturen (Tg) und Schmelzpunkte (Tm) der Thermoplaste (°C)

Als metallische Leiter, die zwischen den Thermopolastschichten eingebettet zu liegen kommen, können alle Metallschichtteile, die den elektrischen Strom leiten, verwendet werden. Die elek trische Leitfähigkeit dieser metallischen Leiter liegt ent sprechend ihrer Verwendung üblicherweise bei etwa 1,8 bis 63 m/ohm×min². Als Metalle kommen alle üblichen Leiter- bzw. Wi derstandsmetalle, wie z. B. Kupfer, Silber, Eisen, Nickel, Aluminium bzw. Legierungen dieser Metalle unter sich oder mit z. B. Tantal, Konstantan in Frage. Als metallische Leiter kön nen beispielsweise Rundleiter, die z. B. aus einzelnen Drähten oder aus Litzen bestehen, Flachleiter, z. B. in Form von Metallbändern, Folien, Geweben oder Geflechten, oder anders geformte Metallteile, wie z. B. gestanzte Folienteile verwen det werden. Aufgrund spezieller Anforderungen können die metallischen Leiter oberflächenveredelt sein, beispielsweise mechanisch, z. B. durch Bürsten, Sandstrahlen oder galvanisch und/oder chemisch, z. B. durch Aufbringen einer zusätzlichen Metallschicht, beispielsweise einer Zinnschicht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachbandleiter erfolgt durch Verpressen von metallischen Leitern zwischen Bahnen, wie z. B. Folien, Platten oder Bändern aus amorphen Thermoplasten bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur, oder aus teilkristallinen Thermoplasten oberhalb des Schmelzpunktes und anschließendes Abkühlen der erhaltenen Verbunde. Es sind Preßtemperaturen bis knapp unter die Zersetzungstemperatur des jeweiligen Thermoplasten möglich. Bevorzugt liegt die Preßtem peratur für amorphe Thermoplaste bei etwa (Tg+30)°C bis etwa (Tg+130)°C bzw. für teilkristalline Thermoplaste bei etwa (Tm+20)° bis etwa (Tm+100)°C. Der Preßdruck liegt üblicher weise bei etwa 1 bis 40 bar. Dabei können beispielsweise die metallischen Leiter zwischen 2 Folien eingelegt und der Ver bund anschließend auf einer Presse bei den jeweiligen über Tg bzw. über Tm liegenden Temperaturen verpreßt werden. Dabei ist es besonders überraschend, daß die Dimensionsstabilität der verwendeten Folien trotz der hohen Temperatur beim Preßvorgang erhalten bleibt und kein Schrumpfen auftritt. Die erhaltenen Flachbandleiter stellen fest haftende Verbunde dar und zeigen auch bei höheren Temperaturen ausgezeichnete elektrische Iso lierung.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachbandleiter kann sowohl auf stationären Pressen, wie z. B. Etagenpressen oder Druckautoklaven, als auch auf kontinuierlichen Pressen, wie z. B. Laminatoren, Kalandern oder Doppelbandpressen erfolgen. Im Falle der Verwendung von kontinuierlichen Pressen ist es auch möglich, frisch extrudierte, noch im thermoplastischen Zustand über Tg bzw. Tm befindliche Folien gemeinsam mit den metalli schen Leitern in die Presse einlaufen zu lassen.

In den Beispielen wurden folgende Folien bzw. Flachdrähte mit einander verpreßt.

PEI-Folie, . . . Polyetherimidfolie, Litrex® I, PCD Polymere; Dicke: 0,1 mm
PSU-Folie, . . . Polysulfonfolie, Litrex® U, PCD Polymere; Dicke: 0,1 mm
PESU-Folie, . . . Polyethersulfonfolie, Litrex® S, PCD Polymere; Dicke: 0,1 mm
PEEK-Folie, . . . Polyetheretherketonfolie, Litrex® TK, PCD Polymere; Dicke: 0,1 mm
Kupfer-Flachdraht, AWG 26 (Fa. Pfaff Präzision, BRD); Dicke: 0,076 mm, Breite: 1,57 mm

Beispiel 1

Auf einem Hochtemperaturlaminator (Fa. Anger, BRD), der mit einer beheizten Teflonwalze und einer beheizten Gummiwalze be stückt war, wurden kontinuierlich 5 Kupferflachdrähte (Dicke 0,076 mm, Breite 1,57 mm) und oberhalb und unterhalb je eine PEI-Folie (Dicke 0,1 mm, Breite 100 mm) derart miteinander verpreßt, daß die 5 Kupferdrähte in einem Abstand von je 2,5 mm zueinander in der Mitte zwischen den beiden PEI-Folien zu liegen kamen. Die Walzentemperatur lag bei 250°C, der Wal zendruck bei 30 bar, die Bahngeschwindigkeit bei 1,4 m/min. Der erhaltene Flachbandleiter weist eine hohe Flexibilität so wie eine gute Haftung auf.

Beispiel 2

Auf einer Doppelbandpresse mit einer Prozeßlänge von 4 m und einer Prozeßbreite von 550 mm (Fa. Held, BRD) wurden 5 Kup ferflachdrähte jeweils zwischen 2 Folien aus PESU bzw. PSU bzw. PEEK, analog zu der Anordnung gemäß Beispiel 1, kontinu ierlich zu Flachbandleitern verpreßt. Die Bahngeschwindigkeit v (m/min), der Druck p (bar) und der Temperaturverlauf (°C) im Einlaufbereich (T1), auf der ersten Heizplatte (T2), auf der anschließenden Temperierplatte (T3) und auf der letzten Tempe rierplatte (T4) der Doppelbandpresse sind in Tabelle 2 zusam mengestellt:

Tabelle 2

Fahrweise der Doppelbandpresse

Die erhaltenen Flachbandleiter zeigen eine hohe Flexibilität sowie gute Haftung.

Claims

1. Kleberfreie Flachbandleiter bestehend im wesentlichen aus metallischen Leitern, die innerhalb von amorphen oder teilkristallinen Thermoplasten oder deren Gemischen mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 80 bis 280°C und einem Schmelzpunkt (Tm) der teilkristallinen Thermoplaste von 260 bis 400°C eingebettet sind.

2. Flachbandleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasübergangstemperaturen (Tg) der amorphen Ther moplaste bei 180 bis 240°C und der teilkristallinen Ther moplaste bei 80 bis 180°C liegen.

3. Flachbandleiter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schmelzpunkt (Tm) der teilkristallinen Thermoplaste bei 270 bis 380°C liegt.

4. Flachbandleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplaste aus Polyetherketonen, Polyetherimiden, Polyethersulfonen, Polysulfonen oder Po lyphenylensulfid oder deren Gemischen bestehen.

5. Flachbandleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Leiter Rundleiter oder Flachleiter sind.

6. Verfahren zur Herstellung von kleberfreien Flachbandleitern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß metallische Leiter zwischen Bahnen aus amorphen oder teilkristallinen Thermoplasten eingebracht und bei Tempe raturen oberhalb Tg, bzw. im Falle von teilkristallinen Thermoplasten oberhalb Tm, verpreßt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastbahnen und metallischen Leiter kontinuierlich auf einer Doppelbandpresse oder einem Laminator verpreßt werden.