DE2107162A1

DE2107162A1 - Beschichtungsmasse mit elektrischem Widerstand und hervorragender Abriebsbeständigkeit

Info

Publication number: DE2107162A1
Application number: DE19712107162
Authority: DE
Inventors: Irving Milwaukee Wis. Lubin (V.StA.). P
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1970-03-10
Filing date: 1971-02-15
Publication date: 1971-09-23
Also published as: FR2081812A1; CH585253A5; DE2107162B2; JPS5120537B1; US3686139A; FR2081812B1; DE2107162C3; CA970956A; NL7102993A; GB1351636A

Description

Patentanwälte
Dr. Gerhard KENICEL

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PT.W.-D. HEKLLl. :::pl.-Ir.|f.R.M.KERN

Dr. Lothar FEILER 9 1 fi 7 1 £ ^ SKfecbeaS0_>£daaid-8eliAii&Str.3 C I U I I O C,

Globe Union Inc.,
Milwaukee, Wise, V.St.A.

15. Feb. 1971

Dr.F/De

Beschichturigsmasse mit elektrischem Widerstand und hervorragender Abriebsbeständigkeit

Die Erfindung betrifft Beschichtungsmassen mit elektrischem Widerstand, die besonders zur Herstellung von Widerständen und ähnlichen elektrischen Elementen geeignet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektrischen Widerstand aufweisende Beschichtungsmassen aus Kunstharzen, die an dielektrischen Substraten zu haften vermögen und auf den Substraten und den aus den beschichteten Substraten gefertigten Widerständen eine hohe Abnutsungsbeständigkeit zu verleihen im Stande sind.

Bisher war es üblich, einen (elektrischen) Widerstand aufweisende Schichten bzw. Überzüge aus fließfähigen, leitfähigen Kunstharzen mit darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikeln, die in einer Lösung eines wärmehärtbaren Polymeren dispergiert sind, herzustellen. Es wurden auch zahlreiche Versuche unternommen, solche leitfähige Kunstharze zur Herstellung von einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Überzügen zu verwenden, die ihrerseits bei der Herstellung von in Potentiometern und entsprechenden elektrischen Geräten, bei denen der Widerstand des Überzugs durch einen darübergleitenden Kontaktarm oder eine entsprechende Kontakteinrichtung "zerlegt" wird,

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verwendeten Widerständen zum Einsatz gelangen.

Zur Herstellung solcher einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Schichten oder Überzüge wurden bereits die verschiedensten wärmehärtbaren Polymeren verwendet. Zu den hauptsächlich verwendeten Polymeren gehören Phenol/Formaldehyd-Kondensate und difunktionelle Epoxyharze. Ferner wurde auch die Verwendung von Mischungen dieser Epoxyharze mit Phenol/Formaldehyd-Kondensaten, Melaminharzen oder Harnstoff/Formaldehyd-Kondensaten und von Mischungen aus Phenol- und Harnstoff/Formaldehyd-Kondensaten vorgeschlagen.

Bei der Herstellung kohlehaltiger Widerstände ist es oftmals erforderlich, mehrere nebeneinander liegende und einen (elektrischen) Widerstand aufweisende Schichten bzw. überzüge herzustellen, die jeweils Partikel unterschiedlicher Leitfähigkeit aufweisen und zwischen benachbarten Kanten miteinander elektrisch leitend verbunden sind. So kann beispielsweise einer der einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Überzüge Metallpartikel, z.B. Silberpartikel, enthalten, um eine Bndzone niedrigen Widerstands zu schaffen; der benachbarte Überzug bzw. die benachbarte Schicht kann beträchtlich geringer leitfähige Partikel, z.B..Kohleteilchen, enthalten, wobei eine Widerstandszone hohen Widerstands geschaffen wird; der nächstfolgende überzug bzw. die nächstfolgende SGhicht kann wiederum Metallpartikel, z.B. Silberpartikel, enthalten, um eine weitere Endzone (relativ niedrigen Widerstands) auszubilden. · .■".-'" ,'"-;. '-.·"'■-

Um zwei- oder mehrschichtige beschichtete Substrate mit den erforderlichen elektrischen Kenndaten herzustellen, sollen benachbarte Schichten mit stark'unterschiedlichem Widerstand mit-

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einander derart elektrisch verbunden sein, daß bei gleichmäßigem oder gleitendem Übergang des Widerstands von. einer Schicht zur anderen ein kontinuierlicher Strompfad geschaffen wird. Dieses Erfordernis nach einer gleitenden, d.h. stufenlosen elektrischen Übergangszone zwischen Schichten bzw. Überzügen unterschiedlichen Widerstands tritt besonders deutlich bei der Herstellung von Widerständen für Potentiometer, in denen ein Kontaktarm über den Widerstand, d.h. von einer Schicht zur anderen, bewegt wird, in Erscheinung. Zum Applizieren solcher einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Schichten bediente man sich der verschiedensten Verfahren; so wurden solche Schichten bzw. Überzüge beispielsweise durch üufsprühen (der Beschichtung sma sse auf das Substrat), durch Extrudieren eines frei fließenden Films, durch Aufbürsten (der Beschichtungsmasse auf das Substrat), durch Auftragen (der BeSchichtungsmasse auf das Substrat) mittels Walzen und dgl. hergestellt. Ein besonders wirksames Verfahren zur Herstellung beschichteter Substrate mit besonders stufenlosen elektrischen Verbindungen zwischen benachbarten Schichten bzw. Überzügen ist in der deutschen Patentanmeldung P ....... beschrieben.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bisher zur Herstellung von einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Schichten bzw. Überzügen aufweisenden für Widerstände verwendeten leitfähigen Kunstharzen oftmals nicht die erforderliche Abnutzungsbeständigkeit für eine lange Lebensdauer in einem Potentiometer aufweisen. Die aus den bekannten Kunstharzen hergestellten Schichten bzw. Überzüge halten selten mehr als etwa 5000 Abtastvorgänge des Kontaktarms aus. Unter dem Ausdruck "Abtastvorgang" soll hier und im folgenden das Ausmaß an Kontakt verstanden werden, das der Kontaktarm zum Überstreichen eines Widerstands einer gegebenen Größe von einem Ende zum anderen und wieder zurück erforderlich ist.

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Aufgabe der Erfindung war es nun, eine einen (elektrischen) Widerstand aufweisende Beschichtungsmasse zur Herstellung von Widerständen anzugeben* die eich im Vergleich, zu den bisher bekannten BeSchichtungsmassen durch eine erheblich größere Abnutzungsbeständigkeit auszeichnet.

Der Erfindung lag; die Erkenntnis zu Grunde, daß sich die gestellte Aufgabe niit einer Beschichtungsmasse lösen läßt, die aus einem Gemisch bestimmter wärmehärtbarer Polymerer und darin dispergierter, feinverteilter, leitfähiger Partikel besteht.

ψ Gegenstand der Erfindung ist somit eine Beschichtungsmasse mit elektrischem Widerstand und hervorragender Abriebsbeständigkeit, in Form einer Mischung aus etwa 30 bis 95 Gew.-% eines wärmehärtbaren polymeren Materials, bestehend aus einem Gemisch eines trifunktionellen Epoxyharzes mit einem Phenolharz; aus einem Gemisch eines epoxy-modifizierten Phenolharzes mit einem Phenolharz; aus einem Gemisch eines Phenolharzes, eines Melaminharzes oder eines Vorläufers hiervon mit einem epoxy-modifizierten Phenolharz; aus einem.Gemisch eines epoxy-modifizierten Phenolharzes und eines Phenolharzes mit einem Epoxyharz; oder einem Melaminharz, und etwa 5 bis 70 Gew.-% an darin dispergierten leitfähigen Partikeln.

Die einen elektrischen Widerstand aufweisenden Beschichtungsmassen gemäß der Erfindung zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit aus und haften an den verschiedensten dielektrischen Substraten. Da die als Bindemittel und Dispergiermittel für die leitfähigen Partikel verwendeten polymeren Materialien wärmehärtbar sind und da ferner die leitfähigen Partikel gleichmäßig in dem Gemisch dispergiert .sein sollen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die. Beschichtungs-

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massen gemäß der Erfindung in Form von Lösungen, in geeigneten. ' Lösungsmitteln herzustelleBr Unter Berüeksichtigung dessen dürfte es selbstverständ^ch sein, daß Besehiahtungsmassen gemäß der Erfindung,: die "in fließfähiger; Form aufsein dielektriseiles Substrat ap|iliziert^ kierauf getrocknet und schließlich durch Erwärmen ausgehärtet werden, üblicherweise noch.geringere Mengen ah Lösungsmittel enthalten. . ·

Die genannten polymeren Materialien eignen "s-ich insbesondere

zur Zubereitung von

Beschichtungsmassen mit einen,hohen elektrischen Widerstand aufweisenden Partikeln, z.B. Kohlepartikeln. In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn die 'leitfähigen Partikel in der jeweiligen Beschichtungsmasse. aus Metallpartikeln, z.B. Silberpartikeln, und dgl. bestehen, bereitet es größere Schwierigkeiten, bei den Beschichtungsmassen gemäß der Erfindung die gewünschten Abriebsbeständigkeitseigenschäften zu gewährleisten,, Es hat siqh jedoch in vorteilhafter Weise gezeigt, daß.sich, durch Zusatz bestimmter fester Gleitmittel zu der jeweiligen Beschichtungsmasse die Abnutzungsbeständigkeit dieser und anderer Beschichtungsmassen genügend verbessern läßt, um die gewünschte Abriebsbeständigkeit zu gewährleisten.

Zur Verwendung in Beschichtungsmassen gemäß der Erfindung geeignete feste Gleitmittel sind beispielsweise. Molybdandisul-. fid, Wolframdisulfid, Bornitrid, Hiobselenid, Wölframselenid, Titantellurid und Mischungen hiervon sowie ähnliche Gleitmittel, die mit dem jeweiligeix polymeren Material oder den betreffenden leitfähigen Partikeln unter den zum Aushärten der Überaiige. oder Schichten auf dem Substrat erforderlichen Bedingungen" nicht reagieren. Ferner darf das jeweils verwendete Gleitmittel die elektrischen Eigenschaften der Schichten bzw. Überzüge nicht nennenswert beeinträchtigen. In der Regel werden, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalti mindestens etwa JO Gew»-% an dem

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festen Gleitmittel benötigt, um. die Abriebsbeständigkeit der jeweiligen Beschich-tungsmasse merklich, an verbessern» .

Es hat sich gezeigt, daß eine Be Schichtungsmasse mit etwa 45 bis etwa 90% Gleitmittel, z.B. Molybdändisulfid, das im wesentlichen dielektrische Eigenschaften aufweist, zur Ausbildung von für den beabsichtigten Zweck besonders gut brauchbaren Widerstandsschictiten eingesetzt werden kann, Vorzugsweise soll die Menge an. Molybdändisulf id in etwa der Menge an in der Beschich.-tungsmaase verwendeten Metallpartikeln entsprechen«

Die einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Besehichtungsmassen gemäß der Erfindung enthalten feinverteilte, elektrisch leitende Partikel gleichmäßig in einem praktisch nichtleitfähigen, wärmehärtbaren polymeren Träger«, Der polymere Träger muß an dem dielektrischen Substrat während des Auftragens haften bleiben und eine harte, feste Matrix bilden, in der die leitfälligen Partikel nach dem Aushärten bei erhöhten Temperaturen dispergiert bleiben. Beispiele für geeignete polymere Materialien sind wärmehärtbare Melaminharze oder Vorläufer derselben, z.B. Melamin/Formaldehyd-Kondensate, methylierte MeIamin/Formaldehyd-Eondensate, butylierte Melamin/Formaldehyd-Kondensate, butylierte Harnstoff/Formaldehyd-Kondensate, Phe- w no !harze,- z. BV Phenol/Formaldehyd-Kondensate, Epoxyharze und epoxy-modifizierte Phenolharze sowie Mischungen hiervon.

Selbstverständlich benötigen einige dieser wärmehärtbaren polymeren Materialien zur Beschleunigung des Aushärtvorgangs Härter oder Katalysatoren. Wie bereits ausgeführt, hat es sipJa gezeigt, daß mit Ausnahme von Melaminharzen, wie: z.B. des unter der Handelsbezeichnung .Resimene876 vertriebenen Melaminharzes, bestimmte Kombinationen oder Gemische dieser Polymeren ver-

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wendet werden müssen, um die einzigartigen Beschichtungsmassen gemäß der Erfindung herstellen zu können.

In vorteilhafter Weise kommt es bei derartigen Kombinationen von polymeren Materialien zu einer wechselseitigen Quervernetzung*. Epoxyharze vernetzen mit Phenol/Formaldehyd-Kondensaten and auch mit Melamin/Formaldehyd-Kondensaten. Selbstverständlich handelt es· sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten Pheriolharzen um solche Phenol/Formaldehyd-Kondensate, zu denen in der Hitze schmelzbare, phenolische Novolakharse und die wärmehärtbaren einstufigen Phenolharze gehören. Die Novolake werden in der Regel ausgehend von einem Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von weniger als etwa 1 : 1 in Gegenwart eines vorzugsweise sauren Katalysators unter geeigneten Reaktionsbedingungen hergestellt. Novolake sind permanent schmelzbar und löslich und vernetzen nicht von selbsto

Um die Kovolakharze unschmelzbar und wärmehärtbar zu machen, müssen sie mit einem Aldehyddonator oder einem Lieferanten für Methylenbrücken oder- bindungen weiter umgesetzt werden» Die Methylenbrücken werden von Verbindungen geliefert, aus denen Formaldehyd entsteht. Letzterer liefert seinerseits anschließend weitere Methylenbrücken zwischen benachbarten Phenolkernen.

Die einstufigen Phenolharze werden mit einem größeren Molverhältnis Formaldehyd zu Phenol als es bei der Herstellung der Novolake eingesetzt wird, "hergestellt. Unter dem Einfluß alkalischer Katalysatoren reagiert das Phenol mit wässrigem Formaldehyd, wobei an einer, zwei oder allen drei phenolischen Ortho- und Para-Stellungen gegebenenfalls unter Ausbildung von Methylenbindungen zwischen Phenolkernen Hydroxymethyl-(Methylol) Gruppen entstehen. Geeignete Phenolharze sind beispielsweise

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im Handel unter den Handelsbezeichnungen Bakelite BKS 2710, Varcum 1281 B 65, und BRPA 5570 erhältlich. Diese Harze lassen sich zwar durch bloßes Erhitzen in den hitzefixierten, ddi. quervernetzteri Zustand überführen, in der Regel läuft jedoch diese Härtung nicht rasch genug ab, sodaß folglich zur Beschleunigung der Aushärtung Härter verwendet werden*

Geeignete Aldehyddonatoren - Härter sind beispielsweise Hexamethylentetramin, Paraformaldehyd und sym-Trioxan. Vorzugsweise besteht der Härter aus durch Kondensation von Ammoniak mit Formaldehyd gebildeten Hexamethylentetramin. Diese P Härter werden deshalb als Aldehyddonatoren bezeichnet, weil sie beim Erhitzen eine rasche Quervernetzung hitzeschmelzbarer Novolakharze und der einstufigen Phenolharze über Methylen- oder äquivalente Bindungen herbeiführen.

Ein geeignetes epoxy-modifiziertes Phenoiharz ist beispielsweise das von der Firma Reichhold Chemicals, Inc. unter der Handelsbezeichnung PLiOPHEN 23-983 vertriebene Phenolharz.

Bei den erfindungsgemäß verwendbaren Epoxyharzen handelt es sich um polymere Reaktionsprodukte polyfunktioneller Halogenhydrine mit mehrwertigen Phenolen. Derartige Harze sind den einschlägigen Fachkreisen als Epoxyharze, Epoxide, GIycidylather, oder Atherepoxide bekannt. Zu den zur Herstellung der Epoxyharze geeigneten polyfunktionellen Halogenhydrinen gehören beispielsweise Epichlorhydrin, Glycerindichlorhydrin und dgle. Typische mehrwertige Phenole sind die Resorcinole und die 2,2-Bis (hydroxyphenyl) alkane, d.h. Verbindungen, die durch Kondensation von Phenolen mit Aldehyden und Ketonen, z.B_o Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd, Aceton und dgl«, entstehen. Die Epoxyharze enthalten oftmals endständige Epoxygruppen, sie können jedoch auch sowohl endständige Epoxygruppen

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als auch ends tändige Hydroxy!gruppen aufweisen. Besonders geeignet in Mischung mit Phenplharzen sind trifunktionelle Epoxyharze, beispielsweise das von der Firma Union Carbide unter der Handelsbezeichnung Bakelite ERL 0510 vertriebene trifunktionelle Epoxyharz.

Zur Herstellung der einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Beschichtungsmasse.n gemäß der Erfindung können verschiedene handelsübliche Epoxyharze Verwendung finden. Beispiele hierfür sind die von der Firma Bakelite Company unter den Handelsbezeichnungen ERL.277#» ERL 4221 und BRL 3794 sowie BXKB 4466, die von der-Firma Shell Chemical Corporation unter den Handelsbezeichnungen Epon 1001» Epα» 1004, Epon 1007» Epon 1009 und Epon 828 vertriebenen Epoxiharze» die von der Firma Ciba Company, Ine« unter der Handelsbezeichnung Araldite 6010 und 6020 vertriebenen Epoxyharze sowie die von der Firma General Mills Chemical Division unter den Handelsbezeichnungen GenEpoxy 175» 190 und 525 vertriebenen GenEpoxyharzea

Heben den üblichen Epoxyharzen können bei der Zubereitung der Beschichtungsmassen gemäß der Erfindung auch andere Epoxyzwischenprodukte und modifizierte Epoxyharze Verwendung finden» Ein Beispiel für ein neues zykloaliphatisches Epoxyharz ist das von der Firma Union Carbide Chemicals Company unter der Handelsbezeichnung Unox Epoxide 201 vertriebene Epoxyharz» Die modifizierten Epoxyharze enthalten oftmals reaktionsfähige Verdünnungsmittel, wie beispielsweise Styroloxid, Octylenoxide_s Ällylglycidylather, Bu. ty lglycidy lather, Phenylglycidylather und ähnliche reaktionsfähige Verbindungen in Mengen bis zu etwa 20 bis JO Teilen Verdünnungsmittel pro 100 Teile Epoxyharze Beispiele für solche modifizierte Epoxyharze sind im Handel unter den Handelsbezeichnungen Bakelite ERL 2795» ERL 4289, EHL 2774, Araldite 502, GenEpoxy M-180 und Epon 815 er-

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109839/1520 BAOGRiGiNAL

hältlich. Selbstverständlich sollen im vorliegenden Falle unter der Bezeichnung "Epoxyharz¹¹ sowohl die üblichen Epoxyharze des beschriebenen Typs als auch die modifizierten Epoxynarze und die Epoxyharzzwischenprodukte verstanden werden.

Bei der Zubereitung der jeweiligen Kombinationen oder Mischungen von zur Herstellung der BeSchichtungsmassen gemäß der Erfindung geeigneten Harzen hat es sich gezeigt, daß die einzelnen Mengenanteile variiert werden können.

Bei solchen Beschichtungsmassen, die ein Gemisch aus einem trifunktionellen Epoxyharz (z.B. Bakelite ERL 0510) und einem Phenol/Formaldehyd-Kondensat (z.B. Bakelite BES 2710) kann das Gewichtsverhältnis Phenolharz zu Epoxyharz in der Regel etwa 3 : 1 bis etwa 5:1, vorzugsweise etwa 4:1, betragen.

Die Mischungen aus epoxy-modifizierten Phenolharzen (z.B. PLYOPHElT 23-983) und einem Hieno!harz (z.B. Bakelite BES 2710) enthalten diese'Harze iß der Regel in Gewichtsverhältnissen von etwa 1 : 2 bis 1 : 1, vorzugsweise von etwa 1 : 1,5· Wenn diesem Gemisch ein Epoxyharz "zugesetzt wird, wird es in der Regel in der selben Gewichtsa&agd wie das epoxy-modifizierte Phenolharz eingesetzt. So enthält beispielsweise eine besonders wirksame Kombination aus Phenolharz, epoxy-modifiziertem Phenolharz und Epoxyharz die einzelnen Harze in einem Gewichtsverhältnis von 1,5 s 1 : 1. Gegebenenfalls können auch geringere Mengen an Bpoxaiiarsen eingesetzt warden« ' .

Wenn diesen Phejaolharzgemischea Melaminharze oder Melaminharzvorläuferj wie beispielsweise Hexamethoxymethylmelamin, zugesetzt werden, dient das Melaminharz in der Regel als Härter oder als Vernetzungsmittel. Folglich, wird es in relativ geringen Mengen atapgetizt. So können diese Gemische, bezogen auf

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das Gesamtgewicht der Mischung »etwa 50 bis 65% Phenolharz, 30 bis 50% des epojy—modifizierten Pheno!harzes und etwa 5 bis 10% des Melamiiiharzes enthalten.,

Wenn die Melaminharze allein verwendet werden, können sie, bezogen auf den Geeamtfeststoffgehalt der Beschichtungsmasse, etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% ausmachen.

Selbstverständlich bestimmen die Menge, Art und Größe der in den fließfähigen, leitfähigen Kunstharzen verwendeten leitfähigen Partikel den Widerstand des Materials« In Folge ihrer unterschiedlichen leitfähigkeit haben sich Kohlepartikel bei der Herstellung von einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Schichten oder Überzügen als besonders wirksam erwiesen» Die Kohlepartikel können etwa 4 bis etwa 60 Gew.-% der fließfähigen, lösungsnlttelhaltigen BeSchichtungsmasse ausmachen. Vorzugsweise werdegt zur Herstellung fließfähiger Beschichtungsmassen geeigneter Viskosität etwa 7 bis etwa 30 Gew.-% Kohlepartikel verwendet· Wenn der Gehalt an Kohlepartikeln 60 Gew»-% übersteigt, ist die Viskosität der fließfähigen Besch^chtungsmasse oftmals zu hoch, um sie in geeigneter Weise, z.B. mittels eines Beschichtungeaessers, applizieren zu können. Bei einem Gehalt an Kohlepartikeln unter etwa 7 Gew.-% üben die nach dem Aushärten oder Vernetzen des polymeren Trägers zwischen den Kohlepartikeln entstandenen polymeren Poren oder Blasen auf die elektrischen Eigenschaften der Schicht bzw. des Überzugs einen gegenteiligen Einfluß aus. So hat es sich beispielsweise gezeigt, daß der Bauschpegel des einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Oberzugs bei diesem niedrigen Kohlenstoffgehalt übermäßig hoch ist und folglich bei Handelsprodukten nicht akzeptiert werden kann.

Es wurde gefunden» daß Metallpartikel» wie beispielsweise

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Silber-, Platin-r und andere EdelmetalJ.partikel, j Kupferpartikel, Partikel aus rostfreiem Stahl und dgl» ebenfalls als leitfähige Partikel in einer BeSchichtungsmasse gemäß der Erfindung verwendet werden können. Solche metallhaltige Beschichtungsmassen eignen sich insbesondere bei der Ausbildung der Indzonen eines Widerstands. Je nach dem verwendeten Metall und dem gewünschten Widerstand kann der Gehalt an Metallpartikeln beträchtlich variieren. Es hat sich gezeigt, daß Silberpartikel in Mengen von etwa 30 bis zu etwa 50 Gew»-%, bezogen auf das Gewicht der lößungsmittelhaltigen Beschichtungsmasse, zur Herstellung einer Bndaone mit einem Widerstand, der 1% des Gesamtwiderstands des Widerstandselements beträgt, besonders gut geeignet sind. Selbstverständlich können auch geringere Mengen an Metallpartikeln, z.B.« in der Größenordnung von 10 GeWc-%, oder größere Mengen an Metallpartikeln, Z₀B. in der Größenordnung von 65 Gew.r-%f zur Herstellung von Schichten oder überzügen eines unterschiedlichen (elektrischen) Widerstands verwendet werden.

Der nachteilige Einfluß auf die Viskosität der einen Widerstand aufweisenden Kunstharze ist bei Metallpartikeln weniger stark ausgeprägt. Die Haupterwägung, die für die maximale Menge an verwendeten Metallpartikeln maßgebend ist, ist die Fähig- w keit des polymeren Trägers in der Beschichtungsmasse, die Partikel an dem beschichteten Substrat haftend zu befestigen.

In der Regel werden für einen Gewichtsteil Metallpartikel 0,25 bis 1 Gewiehtsteil des harzartigen Trägers und für etwa 1 Gewichtsteil iCohlepartikel etwa 0,5 bis 2 Gewichtsteile Harz benötigt.

In der Regel werden Beschichtungsmassen verwendet, die entweder nur Ko&lepartjUcel. oder nur Metallpartikel enthalten; ge-

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gebeaenfal}.« fctafn jedoch auch Beschichtungsmaeeen ait

Kisehangen tue v^reohiedenen Metallpartikeln oder Mischungen

aus Mötiallpe^i^tlö, qnd Kohlepertikeln verwendet werden.

Die KoblepertiSceX können in verschiedenen. Formen, i,B« kristalliner oder amorpher Form, wie sie in handelsüblichen Produkten, *»B» ^oethylenruß oder Ofenruß auftreten, verwendet werden. Oftmai· werden die Kohlepartikel vor Ihrer Verwendung bei der Zubereitung der Be schicht ungsma see» gemäß der Erfinduag aenfffre Stux^den lang in luft bei erhöhten Temperaturen, i& der GrÖSenordnung von etwa 1090° bis 165O⁰C kalziniert. Mb Eahleteilchen können eine Größe von etwa 10 bis etwa 400 MiXIlttikron aufvelaeni wobei gegebenenfaHe Mischungen größerer aod kleinerer Partikel verwendet werden können.

«Ind die Metallpartikel in der Regel beträchtlich größer ale die Kohlepartikel und können eine Partikelvon etwa 10 bis etwa 400 Mikron aufweisen*

Selbstverständlich bestimmt sich der Widerstand der leitfältigen, tei^chenhaltigen KunstharzbeSchichtungsmasse aus der Hexode an verwendeten leitfähigen Partikeln; der Widerstand amdert sich umgekehrt zur Menge an verwendeten Partikeln·

zahlreiche der als Träger oder Bindemittel für die leit-Partikel verwendeten hitzefixierbaren Polymeren oder derselben Viskositäten aufweisen, die höher sind

sie auf den Anwendungsgebiet der Erfindung erwünscht sind, ist es oftmals erforderlich, zur Steuerung der Viskosität des Ittitfsünigen KunetherEoateriels eine organische Verbindung, die eim ^osungewittel für dae Polymere darstellt« zu verwenden, Bteee LÖBungaiittel dürfen mit dem polymeren Träger nicht reagie reu und vüeMn epenügend flüchtig sein, um eioh aus de« appii-

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zierten Überzugs durch Verdampfen entfernen zu lassen. Geöighete lösungsmittelsind beispielsweise aliphatische Aikohole, wie Äthanol, Isöbutanol und dgl *, aliphstische Ketone, Wie MetB^iäthylketoii¹» Methylisobuty!keton und dgl"., zyklische Ketone, wie Isophoron, Glykoläther, wie Ithylenglykol-n-butyl.-ättier, itüylengXykolätiüylather und dgl., sowie aromatische Kohlenwasserstoffe* wie Benzol» !Toluol, Xylole und dgl.. Da, wie bereits erwähnt^ die—!lösungsmittel vornehmlich zur Steuerung der Viskosität? des einen Widerstand aufweisenden Kunstharzmaterial© diesen» kann:die filenge an Lösungsmittel beträchtlich verschiadgn, sein» d.hv etwa 5 bis etwa 70 Gew«~% der auf das Substrat zu applizierenden, fiieBfähigen Beschichtungsmasse betragen*·' .. ; ""-'■■· . ^: ■-.-·.; :V.~.;' ".-.·■" ."■■""":.-■;;: ' . - - '- ■ --

können bei der Zubereitung der Beschichtungsmassen.gemäß der Erfindung verschiedene Zusätze und Hilfsmittel verwendet werden» um das; Auf tragen derselben auf ein dielektrisciif s S,übsfrat»' zu erleichtern. So hat es sich beispielsweise geztigt» daß sich da© Auftreten von' Qberflächenunregelmäßigkeitea itt.Überzug -VermoideEu läßt, wenn Bilikonöle und andere entsprechende Netzmittel verwendet werden. Gegebenenfalls können auch polymere Dickungsiäittel, Metäll-Vernetzungs-Inhibitoren_f wie Brenzkatechin und dgl. yerwendet werdes* In der Regel machen solche Zusätze einen relativ geringen Anteil, d.h» etwa 1 bis 5 Glichtsteiie der BeschichtungsMasse aus. Ferner können beim Vermischen der'eißzelnen.Bestandteile der jeweiligen Beschichtungsmasse, wie bereits ausgeführt, Katalysatoren und Härter für den polymeren'Siager zugesetzt werden.

Die Viskosität der einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Beechichtunesmasee geääß der Erfindung soll ausreichen, um bei jeder¹ Schicht die Ausbild Kanten zu gewähr-

leisten, feraerÄuß^ eiofe die Viskosität in einem Bereich bewegen,

INSPECTED

der es gestattet, ;äaß die Beschichtungsmasse suf das dielektrische Substrat fließen kann« Einen (elektrischen) Widerstand aufweisende Kunstharze mit Viskositäten von etwa 1OG Centipoise bis zu 80000 Centipoise, gemessen auf einem Brookfield-Viskosimeter bei einer Spindelgeschv/indigkeit von 10 UpM, können verwendet, werden. Selbstverständlich bestimmt die Art des Auftragens der Überzuge, z.B* durch Aufsprühen, Walzenbeschichtung, Auf tragen mit Hilfe eines Beschichtungsmessers oder einer Bürstet Sieben durcn Seide und dgl«, die jeweilige Mindestviskosität des verwendeten Kunstharzes. In der Regel werden Viskositäten von mindestens etwa 200 Oentipoise (gemessen mit einen Brookfield-Viskosiketer bei einer Spindelgeschwindigkeit von 10 UpM) zum Auftragen¹ mit Hilfe eines Beschichtungsmessers benötigt» Vorzugsweise liegen die Viskositäten der verwendeten polymeren Materialien im Bereich zwischen etwa 3000 und etwa 20000 Oentipoise» . .

Beim Beschickten miteinem Beschichtungsmesser verwendet man zusätalicii vorzügswei», solche einen (elektrischen) Widerstand aufweisende Be^cliichtungeiBubstanzen, die thixotrope Eigenschaften auiweisiin; Bi^se Substanzen lassen sich leichter mit Hilfe einer Beecniphtjaögsmesserkante applizieren. Ferner gewährleisten sie, daiS die Kanten zwischen nebeneinanderliegenden Schichten den (erforderlichen) gleichmäßigen elektrischen Übergang von eine* einen Widerstand aufweisenden Schicht zur anderen schaffen. In. der Regel kann der Thixotropieindex dieser Substanzen zwischen etwa 1,5/und etwa.40» vorzugsweise zwisdhen etwa 2. und etwa 20-liegen, liiiter dein Ausdruck "Thixotropieindex" soll hier und £m fölgendeii das. Verhältnis der Viskosität einer Substanz be% ,e;t#er b.eet^öarnten - Bewegung zur Viskosität (dersei- , ben Sub statt») b#i tipi&v >-änderen Bewegung zu verstehen sein* Zahlreiche erfinättiigegemiß^ t»ra^cjhbare polymere Materialien oder Substanzen besit%eft| webnifecre Viskosität mittels eines BröokfieId-

, ; - 16 109839/1620 ·

Viskosimetefs bei';einer Spindelgeschwindigkeit von 0,5 Umdrehungen pro Minute gemessen wird, Viskositäten zwischen etwa 200000 und etwa 800000 oder mehr.

Bei dem mit einer BeSchichtungsmasse gemär der Erfindung zu beschichtenden Substrat bzw. bei der Unterlage handelt es sich um ein dielektrisches, isolierendes Material, das unter den zum Befestigen der Überzüge auf der Oberfläche des jeweiligen Substrats bzw, der. jeweiligen Unterlage erforderlichen Bedingungen efcäbil sein muß. Beispiele für geeignete derartige Materialien-.sind"Folien," Bänder, Filme und dgl. aus Polymeren, beispielsweise Phenolharzen, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Epoxyharzen und dgl.,Glas, keramischen Stoffen, behandelten Papieren ün<|-:ännlichen .Materialien» Selbstverständlich kann das Substrat in Huhe mittels einer Beschichtungsmesserkante⁺Deschichtet werden}' andererseits kann das Substrat auch unter einer Beschiehijungsmesserkante oder einer anderen Auftragsvorrichtung in Form von miteinander in Kopf- Schwanz- Verbindung steneh&eji; Folien oder Sandern oder als kontinuierlicher flexibler Film ninduich bewegt und anschließend auf eine Aufnahmewalze abgezogen herden. ·.-';:;

Die BeSchichtungsmassen gemäß der Erfindung können auf das dielektrische Substrat, zur Herstellung extrem dünner Schichten einer Stärke von etwa 0,013 mm bis etwa 0,51inni appliziert werden. Da in äer fließfähigen Beschichtungsmasse in der Regel ein Lösungsmittel enthalten ist) werden die Schichten nach der Entfernung-"des £ösungsmitt'eis, z.B. durch Trocknen, dünner. Die feuehten Überzüge^ können nach, dem Trocknen und Fixieren auf dem Substrat biäzii etwa 6Q^ oder mehr schrumpfen. Folglich können die iÖsungsniiittelfreien Überzüge oder Schichten eine Stärke in der Größenordnung von etwa 0,006 bis etwa 0,25 mm aufweisen.

■♦■ einer Wtlze pder_: einer anderen Auf trag svorrichtung

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Selbstverständlich müssen die BeSchichtungsmassen gemäß der Erfindung zum Fixieren bzv/_e Befestigen -Ie.s Überzugs auf dem dielektrischen Substrat durch Erwärae a gekartet werden., In der Regel wird das beschichtete Substrat zunächst einige Minuten lang auf eine Temperatur von etwa 95° tfis etwa 149⁰C erhitzt, um den Überzug zu trocknen oder vorzuhärten; hierauf wird das Substrat zur endgültigen Aushärtung des polymeren Trägers eine halbe bis 4 Stunde(n) auf eine Temperatur von etwa 121° bis 177⁰G erhitzt.

Es hat sich gezeigt, daß die mit einer BeSchichtungsmasse gemäß der Erfindung herstellbaren abnutzungsbeständigen Schichten oder Überzüge bei einem Härtetest (beispielsweise mittels eines Eindringtestgeräts nach Knoop) eine unterschiedliche Mikrohärte aufweisen· Scr führt beispielsweise die Verwendung einer BeSchichtungsmasse mit einem Phenolharz in der Regel zu gehärteten Überzügen oder Schichten mit Härtewerten in der Größenordnung von etwa 60 bis etwa 70; dis Verwendung von. Beschichtung sma ssen vom Melamintyp liefern Schichten oder Oberzüge, deren Härte in der Größenordnung von etwa:15 bis etwa JO liegen (diese Härtewerte erhält man bei einer Belastung mit 25 g und polierten Prüflingen der Schichten oder Überzüge) <>

Nachdem die Schichten oder überzüge auf dem Substrat fixiert worden sind, können Widerstandselemente für die Herstellung von Potentiometern und anderen veränderlichen Widerständen durch Ausstanzen, Ausschneiden und dgl» mehrerer Widerstandselemente aus dem beschichteten Substrat hergestellt werden» Diese Elemente können verschiedene Formen aufweisen, z.B» sektorförmig, kreisförmig, mondförmig, rechteckig und dgl_a sein. Die Art der Herstellung solcher Widerstandselemente wird im folgenden noch näher beschrieben. Die spezielle Form bestimmter sektorförmiger Elemente ist in der deutschen Patentanmeldung P ....»,*. beschrieben.

- 18 -

,..,·,. 10 9 8 3 9/1520

BAD ORlGiMAl

2Ί07Ί62

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Beispiel I

Dieses Beispiel veranschaulicht die Zubereitung einer einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Beschichtungsmasse mit einer Mischung aus einem Phenol-, Epoxy- und epoxy modifizierten Phenolharz zur Herstellung kohlehaltiger Wider standselemente für ein Potentiometer«

Die BeSchichtungsmasse besaß folgende gewichtsprozentuale Zusammensetzung:

Bestandteile Gew.-%

Kohlepartikel ^¹^ 23,2

Phenolharz ^ 20,6

Epoxy-modifiziertes Phenolharz ^K^' 12,7

Epoxyharz '*'' 12,5

Hexamethylentetramin. 1,4

Methyläthylketon 6,0

Isophoron 25,59

Eluorkohlenstoff-i'ietzr-ittel ^) Q_tQ1

100,00

(1) Kohlepartikel eines Durchmessers you

54 mj^ (von der Firma Columbian Carbon Co. unter der Handelsbezeichnung Statex 93 vertrieben)

(2) 56%ige Lösung des Harzes in Äthanol (von der Firma Union Carbide Co₀ unter der Handelsbezeichnung BIS 2710 vertrieben)

- 19 109839/1520

- 19 - ':■

(3) 60%ige Lösung des Harzes in Isopropanol (von der Firma fielchhold Chemical Co₀ unter . ■ der Handelsbezeichnung PMOPHJSK .^--98.5 ver- · trieben)

(4·) 55%ige Losung des Harzes in einer Mischung aus Methylisbbutylketon und Tulucl (von der Firma Shell Chemical Go. unter der Handelsbezeichnung Epon 1007 vertrieben)

(5) (von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Co. unter der Handelsbezeichnung FX-173 vertrieben)

Die genannten Bestandteile wurden.zunächst in einer Dispersator-Mischvorrichtung gemischt und hierauf 24 Stunden.lang in einer Kugelmühle vermählen, bis die Kohlepartikel unter Bildung einer fließfähigen, plastischen BeSchichtungsmasse gleichmäßig in den Harzen und UC- "i;?smitteln dispergiert -waren. Hierauf wurde ein dielektrisches Substrat=, i-ho ein av— ainem Phenolharz bestehendes· und von der Firma Synthane Corporation vertriebenes Band mit einer dielektrischen Festigkeit von größer als 1000 Megohm, einer Dicke von O,51 mm und einer Länge von etwa 71 cm, mit Hilfe eines BeSchichtungsmessers mit der genannten Beschichtungsmasse in einer Naß-Starke von-etwa 0,08 am beschichtet.

Das beschichtete Phenolharzband wurde hierauf 10 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 93°C getrocknet und anschließend 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 16J⁰C gehärtet, um den Überzug bzw· die Schicht auf dem Band zu verankern.

Aus dem beschichteten Substrat wurden mittels eines Stanz-

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BAD OFHGKNAL

Werkzeugs mehrere entsprechende sektorförmige Widerstandselemente mit einem Widerstand von jeweils 500 Ohm ausgestanzt. Diese Elemente besaßen jeweils einen Aussendurchmesser von etwa 1,39 cm, eine Radialweite von etwa 2,97 mm und einen Einschlußwinkel zwischen den Mittelpunkten der- endständigen Öffnungen von etwa 62°. Dieses Element besitzt eine Größe und ist von einer Art,, wie sie in dem von der Firma Globe-Union, Inc. unter der Handelsbezeichnung Centralab ^ Model 3 Potentiometer vertriebenen Potentiometer enthalten sind. Um die Abnutzungsoder Abriebsbeständigkeit der einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Beschichtung auf dem Widerstandselement zu ermitteln, wurde ein den Kontaktwiderstand verändernder Test, wie er in der Centralab Specification Hr. 0-4BB-1 beschrieben ist, durchgeführt

w ·

Bei diesem Test wird das Widerstandselement in eine Model 3 Potentiometereinheit mit einem mit Silber plattierten Phosphorbronzekontakt ssm₉ der auf dem Widerstandselement mit einem Druck von etwa 7O$O kg/ca aufliegt, eingebracht. Die Einheit wird hierauf auf einer Testvorrichtung befestigt, die den Kontaktarm über das Widerstandselement mit einer Geschwindigkeit von 50 Abtastvorgängen pro Minute rotiert. Die Gesamtanzahl der Abtastvorgänge wurde mit Hilfe einer Zähleinrichtung gemessen. Die " Potentiometereinheit wird ferner (elektrisch) leitend an ein elektronisches Widerstandsmeßgerät mit einem Χ-Ύ - Koordinatenschreiber, der den .Rauschpegel, d.h. die Änderung im Widerstand über das Widerstandselement bei konstantem Strom von 1 Milliampere, aufzeichnet, angeschlossen. Dieser Test wird in der Regel so lange fortgesetzt, bis der Rauschpegel einen Wert von 1% des Gesamtwiderstejnds übersteigt oder bis die Oberfläche der Beschichtung eine durch periodische visuelle Prüfung sichtbare Biakerbtuag oder Beschädigung des Kontakt arms aufweist. Bei der Prüfung der gemäß diesem Beispiel hergestellten Widerstands-

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elemente nach dem geschilderten Testverfahren hat es sich gezeigt, daß die Überzüge auf den einzelnen Widerstandselementen mehr als 90000 Abtastvorgänge oür-e sichtbare Beschädigung oder Beeinträchtigung der Schichtoberfläche oder des Kontaktarms überstand. Hierauf wurde der Test unterbrochen.

Beispiel II

Dieses Beispiel veranschaulicht die Abnutzungsbeständigkeit und die Verbesserung hinsichtlich der Zahl der Abtastvorgänge, die sich bei Verwendung von BeSchichtungsmassen mit bestimmten Melaminharzen als polymerem Träger für Kohlepartikel erreichen läßt. Zur Herstellung einer fließfähigen Beschichtungsmasse wurden folgende Bestandteile in der folgenden Menge verwendet:

Bestandteile Gew« -%

Kohlepartikel^ · 1?»4 ) in Luft

¹¹" ^ . ' 3i5 ) kalziniert

(5) _2f3 )

Melaminharze^ 44,5

p-Toluolsulfonsäure. 0,27

Methyläthylketon " . 12,03

Äthylenglykol-n-Butyläther 20_t0

100,00

(1) Kohlepartikel mit einem Durchmesser von

60 mp (von der Firma Carbot Carbon Co. unter der Handelsbezeichnung Regal SR IS vertrieben)

(2) Kohleteilchen mit einem Durchmesser von 17 mf-» (von der Firma Columbian Carbon Co.

unter der Handelsbezeichnung Conductex SC vertrieben)

- 22 10 9 8 3 9/1520

(3) Kohlepa'rtikel mit einem Durchmesser von 42 (von.der Firma Cabot Carbon Go. unter der Handelsbezeichnung Sterling V vertrieben)

(4) 56%ige Lösung des Harzes in Isooutancl

(von der Firma Monsanto Co. unter vier Handelsbezeichnung Resimene 876 vertrieben)

Bei der Zubereitung dieser Beschichtungsmssse wurden die p-Toluolsulfonsäure, das MethylathyIketon, das üthylenglykol und der n-Butylather in ein etwa 3»8 1 fassendes Gefäß eingefüllt und mittels eines Dispersators bis zur Lösung der Sulfonsäure gemischt. Hierauf wurde das Melaminharz zugegeben und gemischt. Nach Zugabe der Kohlepartikel und 1/2-stüngigem Mischen wurde das erhaltene Gemisch 16 Stunden lang in einer Kugelmühle vermählen.

Die in der geschilderten Weise erhaltene Beschichtungsmasse wurde auf ein Phenolharzband (des in Beispiel I verwendeten Typs) in einer Naß-Dicke von 0,08 mm aufgetragen, worauf das Band 4 Minuten lang bei einer Temperatur von 149⁰C getrocknet und 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 121⁰C gehärtet wurde»

Hierauf wurden, wie in Beispiel I beschrieben, aus dem beschichteten Phenolharzsubstrat sektorförmige Widerstandselemente ausgestanzt und in der Model 3 Potentiometer einhe it auf die Anzahl der möglichen Abtastvorgänge untersucht. Bei diesen Untersuchungen wurde gefunden, daß sich mit Hilfe der Beschichtungsmasse gemäß diesem Beispiel einen (elektrischen) Widerstand aufweisende Überzüge herstellen lassen, die mehr als 50000 Abtastvorgange überstehen.

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Beispiel IH

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Beschientungsmasse mit einem Gemisch aus einem Phenolharze» und einem trlfunktionellen Epoxyharz als polymeren Träger fur Kohl ep artikel.

Es wurde eine einen (elektrischen) Widerstand aufweisende BeSchichtungsmasse der folgenden Zusammensetzung zubereitet:

Bestandteile ■

Kohlepartikel^ (2)

(3)

Phenolharz ^ ' Trifunktionelles Epoxyharz Methyläthy!keton .

17,4	) in Luft
3,5	) kalziniert
2,3
36,8
4,9
4,2
1O₅O
4,0
16,8

0?oluol
Cyclohexanon

. .-./· 100,0

■-■- (1) Regal SSF-S

(2) Gonductex SC

(3) Sterling V

(4) BES 2710

(5) ERL 0510 (von der Firma Union Carbide vertrieben)

:. .Die BeSchichtungsmasse wurde auibereitet, indem zunächst das Phenol- und Epoxyharz in dem !«ösangsmittelgemisch gelöst und hierauf 16 Stunden läng in. einer Kugelmühle vermählen wurden.

- 24 -

Die erhaltene fließfähige BeSchichtungsmasse wurde durch Versprühen durch eine Düse mit einem Verstäubungsdruck von 2,1 kg/cm auf ein Phenolharzband (des in Beispiel I verwendeten Typs) in einer Naß-Dicke von 0,08 mm appliziert. Das Band wurde hierauf 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 93⁰G getrocknet und anschließend 1/2 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 163⁰O gehärtet. Hierauf wurden in der in Beispiel I beschriebenen Weise sektorförmige Widerstandselemen te zur Verwendung in einem Model 3 - Potentiometer ausgeschnit ten, die mehr als 50000 Abtastvorgänge überstanden.

Beispiel IV

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer Beschichtungsmasse zur Herstellung eines einen (elektrischen) Widerstand aufweisenden Überzugs, der eine sehr große Anzahl von Abtastvorgängen auszuhalten vermag. Der polymere Träger besteht bei. der Beschichtungsmasse dieses Beispiels aus einem Gemisch eines Phenolharzes und eines epoxy-modifizierten Phenolharzes.

Die Beschichtungsmasse besaß folgende gewichtsprozentuale Zusammensetzung:

Bestandteile Gew.-$ Kohleteilchen^'' . _: 21,6 ) in

" ί ²\ 5,4 ) kalziniert

Phenolharz ^*' 29,5

Epoxy-modifizierteβ Phenolharz '**' 17,2 Methyläthylketon 6,0

Isophoron 20,5

100,0

— 25 — 109839/1520

- 25 - ' . ■

(1) States

(2) Conducted SO ■ ·' ' · [ '- ..:- "^:; ; (5) BIB 2710 . ^: · :;.' ■■·' (4) PiarOPHBSH 23-9835J

Bex der Zubereitung dieser Beschichtungsm&sse wurde elm Charge von 1000 -g hergestellt, indem man das Phenolharz, das

. epoxy-modifizierte Phenalharz, das Methylethylketon und das Isophoron 5 Minuten lang in einem *>,8 1 fassenden Gefäß mischte» Hierauf wurden die Kohlepartikel 1/2 Stunde lang eingemischt" und das erhaltene Gemisch '19 1/2 Stunden lang in einer Kugelmühle

. vermählen. Die hierbei erhaltene Beschichtungsmasse würde schließ-; lieh mit Hilfe einas BeSchichtungsmessers auf ein aus einem Phenolharz bestehendes Eand in einer Naß-Dicke von etwa 0,08 mm aufgetragen, 4 Minuten lang bei einer Temperotur Von etwa i4g-°C ■ getrocknet und 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 163⁰C ge^ '^:; härtet. '

^: Aus dem beschichtete.» Phenolharzb&nd wurd&n in der in Bei- spiel I beschriebenen %eise für eine Model 3 ~ Potentiometer-, einheit geeignete sektorförmige Widerstandselemente ausgestanzt und zusammengebaut. !Line Untersuchung dieser sektorfÖrmigen Wi*.. derstandselemente ergab» da£ deren Überzüge aus einer Beschichtungsmasse gemäß der S}2j£indüng über 400000 Abtastvorgänge au&- hielten ohne daß ihre Oberfläche nennenswert beeinträchtigt oder der Kontaktarm sichtbar beschädigt wurden.

- Beispiel V

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung fester Gleit mittel, z.B. Molybdändisulfid, bei der Herstellung von einen (elektrischen) Widerst#ßd aufweisenden Beschichtüngsmassen gemäß der Erfindung»¹' ■ :■■'■' ^:-

Q9839/1520 —«.■ INSPECTBD

Aus folgenden Bestandteilen wurde eine zur Herstellung einer Metallendzöne bei einem Widerstandselement geeignetb filberhaltige Beschichtungsmasse zubereitet: . ;

\ - ■ t

Beständteile · · . Gew.-$ ;

Silberflocke» ^k ;^tJ 30,0

Mojybdändisulfid 25,0

Hienolharz ^ '■ 20,1 Ipo^y-modifizieutes Phenolharz ^' ; ;; 11,8

Hexamethoxyme thy Ime larain ^ ' 1,4'

Brenzlca techin 0,4

Isophoron 11 jj>

(2) BIB 2710

O) PM)HiEi 23-983

(4) Cymel 301 (¥on der FJx'ma American Cyanamid vertrieoen)

In der in Beispiel I beschriebenen Weise wurde die erhaltene Beschichtungsmasse auf ein Phenolharzband appliziert, worauf aus diesem sektorf.örmige Widerstandselemente ausgestanzt und auf ihre Lebensdauer (beim Betrieb) untersucht wurden. Es hat sieh gezeigt _r daß die aus der geschilderten Beschichtungsmasse

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gemäß der Erfindung hergestellten Überzüge mehr als 50000 Abtastvorgänge aushielten.

Beispiel VI

Dieses Beispiel veranschaulicht nochmals die Vorteile, die sich bei Verwendung fester Gleitmittel zur Verbesserung der Abriebsbeständigkeit metallhaltiger, einen Widerstand aufweisender Überzüge erreichen lassen. Zunächst wurde aus den im folgenden angegebenen Bestandteilen eine Beschientungs messe zubereitet:

Bestandteile Gew.-

Silberflocken ^**	40,0
Phenolharz ^ '	26,8
Bpoxy-Htodifiziertes Phenolharz ^'	1Γ.7
Hexamethoxymethy !melamin ^ ' "	1,8
Brenzcatechin	o_s5
Polyaeres Dickungsmittel ^^	0,25
Isophoron	14.95

100i00

(1>#75O (von der !irma Ketal Disintegrating Co. vertrieben)

(2} 5&%ige Lösung des Harzes in Äthanol BBS 2710 (von der Firma Union Carbide vertrieben) . ;

C3) 60%ige Lösung des Harzes in Isopropanol PLlOiKES 23-985 (Ton der Firma Reichhold Gbesical Co. vertrieben)

Helamin/PorBaldehyd-Kondensat, Cymel 301 (von der Firma American Cyanamid vertrieben)

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(5) Thixotrol ST (von der Firma Baker ' Chemical vertrieben) ■

Die erhaltene Beschichtungsmasse wurde hierauf mit Hilfe eines Beschichtungsmessers auf das aus einem Phenolharz bestehende Substrat in einer Naß-Dicke von etwa Q,08 mm aufgetragen, 4 1/2 Minuten bei einer Temperatur von etwa 149⁰C getrocknet und 2 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 16^⁰C gehärtet. Aus dem beschichteten Phenolharzsubstrat wurden schließlich in der in Beispiel I beschriebenen Weise zur fc Verwendung und -Untersuchung in einem Model 3 Potentiometer geeignete sektorförmige Wia«rStandselemente ausgestanzt und auf ihre Lebensdauer untersucht. Bei diesen Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß überzüge aus cer Desehr!ebenen Beschichtungsmasse weniger als 5COO Abcastvorgcin^e ausgleiten.

Es wurde noch eine weitere BeschicJituix^sEasoc eter folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile Gew.-%

Molybdändisulfid . 40,0

Phenolharz ^ 26,8

ψ Epoxy-modifiziertes Phenolharz ^' 15»7

Hexame thoxyme thylme1amin ^ ' 1,8

Brenzkatechin 0,50

Polymeres Dickungsmittel ^' 0,25

Isophoron 14,95

100,00

Diese zweite Beschichtungsmasse (die in ihrer Zusammensetzung der ersten Beschichtungsmasse entsprach, jedoch mit der Ausnahme, daß die Silberflocken durch Molybdändisulfid ersetzt wurde) wurden im Gewichtsverhältnis 1 : 1 mit der vorher zubereiteten silberhaltigen Beschichtungsmasse vermischt

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BAD ORIGINAL.

und die erhaltene Mischung mit Hilfe eines Be schicht ungs- · messers in einer Naß-Dicke von etwa 0,08 mm auf die Phenolharzbänder aufgetragen. Die Bänder wurden schließlich unter den bei der Härtung der ersten silberhaltigen Beschichtungsmasse angewandten Bedingungen ausgehärtet. Eine Prüfung.der , Abnutzungsbeständigkeit des Überzugs nach dem geschilderten Abtast- bzw. Rotationsverfahren ergab, daß der Überzug mehr als 50000 Abtastvorgänge aushielt.

Dieses Ergebnis zeigt klar und deutlich die Vorteile, die ♦ sich beim Einmischen von ein festes Gleitmittel enthaltenden Beschichtungsmassen in silberhaltige Beschichtungsmassen im Hinblick auf die gewünschte Abnutzungsbeständigkeit erreichen lassen. Aus diesen-Ergebnissen ergibt sich ferner, daß sich aus den Beschichtungsmassen gemäß der Erfindung einen (elektrischen) Widerstand aufweisende, mikrodüime Schichten oder Überzüge, die 50O0Ö oder mehr Abtastvorgange auskalten, herstellen lassen,

Beispiel VII

In der in Beispiel I beschriebenen Weise und unter den dort angegebenen Bedingungen wurden zahlreiche weitere einen (elektrischen) Wider stand aufweisende Beschiciitungsiaassen hergestellt, wobei jedoch die erfindungsgemäß verwendeten, polymeren Träger durch andere polymere Träger, wie Phenolharze» Gemische aus Phenolharzen und difunktionellen Epoxyharze^ Polybutadien, Diallylisophthalat und andere, ersetzt wurden. In jedem Falle hat es sich gezeigt, daß der jeweilige Überzug auf dem Widerstandselement beträchtlich weniger Abtastvorgänge, d.h. nur etwa 2Q0Q bis 10000 Abtastvorgänge, aushielt-

- 30 109839/1520 " *

Claims

Patentansprüche

1.) Beschiehtungsmasse mit elektrischem Widerstand und hervorragender Abriebsbeständigkeit, in Form einer Mischung aus etwa JO bis 95 Gew.-% eines wärmehärtbaren polymeren Materials, bestehend aus einem Gemisch eines trifunktionellen Epoxyharzes mit einem Phenolharz; aus einem Gemisch eines epoxy-modifisierten Phenolharzes mit einem Phenolharz; aus einem Gemisch eines Phenolharzes, eines Melaminharzes oder eines Vorläufers hiervon mit einem epoxy-modifizierten Phenolharz; aus einem Gemisch eines epoxy-modifizierten Phenolharzes und eines Phenolharzes mit einem Epoxiharz; oder einem Melaminharz, und etwa 5 bis etwa 70 Gew.-% an darin dispergierten Ieitfähigen Partikeln.

2«) Beschiehtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ieitfähigen Partikel aus Kohlepartikeln einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 10 bis etwa 400 Millimikron bestehen.

3») Beschiehtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ieitfähigen Partikel aus Metallpartikeln bestehen und daß die BeSchichtungsmasse ι bezogen auf ihr Gesamtgewicht, zusätzlich mindestens etwa 30 Gew.-5^ eines festen Gleitmittels enthält.

4») Beschiehtungsmasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet» daß es sich bei den Metallpartikeln um Silberpartikel handelt und das feste Gleitmittel aus Molybdändisulfid besteht. -; -

5·) Beschichtunsmas se nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem jeweils verwendeten Gemisch aus tri-

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funktionellem Epoxyharz und Phenolharz diese Harze in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 3 bis etwa 1 : 5 enthalten

6.) BeSchichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem jeweils verwendeten Gemisch aus epoxymodif iziertem Phenolharz und Phenolharz diese Harze in einem Gewichtsverhältnis von etwa "1:2 bis etwa 1 : 1 enthalten sind.

7.) Beschichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem jeweils verwendeten Gemisch aus Phenolharz, epoxy-modifiziertem Phenolharz und Melaminharz diese Harze in einem Gewientsver-hältnis von etird 2:1 : 0,5 bis etwa 1:1: 0,2 enthalten sincL

8.) Beschich.uungsm0.8se nach Anspruch i, dadurcn gekennzeichnet, daß in dem jeweils verwendeten Gemisch aus epoxymodif iziertem Phenolharz, Phenolharz und 3po;-iyharz diese Harze in einem Gewichtsverhältnis von 1:2:1 bis 1:1:1 enthalten sind. ·

9·) Beschichtungsmasse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Lösungsmittel für den polymeren Träger enthält.

10.) Beschichtungsmasse nach; Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel, etwa 5 bis etwa 70Gew.-% des Gesamtgewichts der Beschichtungsmasse ausmacht.

11.) Elektrisches Widerstandselement mit stark verbesserter Lebensdauer, bestehend aus eiijem dielektrischen Träger bzw, einer dielektrischen Unterlage/ und einem darauf aufgetragenen!

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hervorragend abriebsbeständigen Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Mischung aus etwa 30 - 95 Gew.-% eines wärmehärtbaren polymeren Materials, bestehend aus einem Gemisch eines trifunktionellen Epoxyharzes mit einem Phenolharz; aus einem Gemisch eines epoxy-modifizierten Phenolharzes mit einem Phenolharz; aus einem Gemisch eines Phenolharzes, eines Melaminharzes oder eines Vorläufers hiervon mit einem epoxymodifizierten Phenolharz; aus einem Gemisch eines epoxy-modifizierten Phenolharzes und eines Phenolharzes mit einem Epoxyharz; oder einem Melaminharz, und etwa 5 bis etwa 70 Gew.~% an darin dispergieren leitfähigen Partikeln gebildet ist.

12.) Widerstandselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug als leitfähige Partikel Kohlepartikel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 10 bis etwa 400 Millimikron enthält.

13·) Widder Standselement nacü Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dex¹ überzug als leitfähige Partikel ketallpartikel und, bezogen auf das Gesamtgewicht des Überzugs, zusätzlich mindestens etwa 30 Gew.-% eines festen Gleitmittels enthält.

14.) Widerstandselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich-" net, daß der Überzug als Metallpartikel Silberp&rfeik«l und als festes Gleitmittel Molybdänäisulfid enthält.

15·) Widerstandselement nach, Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den polymeren ,Träger des Überzugs bildenden Gemisch aus trifunktionellem Epoxyharz und Phenolharz diese Harze in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 3 bis etwa 1 : 5 enthalten sind.

16.) Widerstandselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den polymeren Träger des Überzugs bildenden Ge-

- 33 109839/1520 "^

diese Hsrae in einem Gewicht^verhältnis von etwa 1 :.- 2 bis

etwa 1 s 1 enthalten sind,

1? ο) Widerstaxidseleraenfc asofe A&spruoia H₃ οβΦ,ϊ;?eb. - gekennzeichnets daß in dem den polymeren Träge:? ds8 -libar-r/ugs bildenden Gemisch aus Phenolharze ep^rj-modifiziert©⁵;! Pfesnolharz und lelsminharzj diese Harss ia sisiea ßawiohta^erMl-böis voa etwa 2 s 1 ί O_S5 bis etw 1 ? 1 ι O_?2 estteites. sind,

1S_Q) üidsrafcsÄdseleiaent aaoSi Anspruch 1I₅ dacliiroa gekennzeichnet ₅ daS in dem den polfaisran Träger de^ übe?B\igs bildenden Gemisefi aus spo:^-modifialerter Pheaolha^K, Piisa.clherz und Eposyhsrs diese Harze in einoii Ge^i.cctsysriiälvais tos 1^2:1 bis 1 2 1 si enthaitea sindο

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