Leitfähige Glasfasern
(INNO-KOM-Ost  VF 120045)

Abstract

Glasfasern finden in vielen technischen Bereichen wie beispielsweise zur Herstellung von temperaturbeständigen Geweben und zur Verstärkung von Kunststoffbauteilen Anwendung. Ein zusätzlicher Nutzen kann durch Metallisierung erzielt werden. Kunststoffgehäuse mit metallisierten Glasfasern können zur elektromagnetischen Abschirmung eingesetzt werden und damit elektronische Bauteile schützen. Die Metallisierung erfolgt bisher durch nasschemische Verfahren, bei der jedoch oftmals ungleichmäßige Schichten, Fehlstellen und unterschiedliche Schichtdicken auftreten können. Um eine gleichmäßige und kontinuierliche Metallisierung zu erzielen, sind die Glasfasern durch Physical Vapor Deposition (PVD) vormetallisiert und galvanisch nachverstärkt worden.

Aufgabenstellung

Glasfasern werden für viele Anwendungen in der Telekommunikation, zur Herstellung von Geweben und auch in der Kunststoffindustrie als Verstärkungsfasern eingesetzt. Als Verstärkungsfasern in Kunststoffbauteilen erhöhen sie die mechanische Festigkeit und können durch Metallisierung zusätzlich eine elektromagnetische Abschirmwirkung erzielen. Die Metallisierung erfolgt bisher durch stromlose Verfahren. Eine solche nasschemische Metallisierung verursacht jedoch oftmals ungleichmäßige Schichten mit Fehlstellen und variierender Schichtdicke. Dies führt zu mangelnder Haftung und Fehlfunktion der Metallschichten, wodurch eine weitere Verarbeitung und die Funktion der metallisierten Glasfasern beeinträchtigt werden. Aufgrund dieser Nachteile des Verfahrens war die Aufgabe, eine kontinuierliche Metallisierung von Glasfasern als Basis für verstärkte Kunststoffbauteile mit elektromagnetischer Abschirmwirkung zu erzielen, die Umwelt zu entlasten und weitere Anwendungsmöglichkeiten zu schaffen.

Lösungsweg

Um eine gleichmäßige Metallisierung und weitere Anwendungen zu ermöglichen, wurden die beiden kontinuierlichen Verfahren Physical Vapor Deposition (PVD) und Fadengalvanisierung eingesetzt. Diese Verfahren gewährleisten eine ökonomischere Metallisierung gegenüber der chemischen Metallisierung im Batch-Betrieb. Für beide Verfahren wurden Technologien erarbeitet mit denen elektrisch leitfähige Glasfasern hergestellt werden können. Die Untersuchungen machten deutlich, dass insbesondere bei der Vormetallisierung mittels PVD eine geschlossene Schicht erzielt werden muss, um elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. Dies kann nur durch die Auswahl und den Einsatz geeigneter Glasfasern sichergestellt werden. Eine geschlossene Metallschicht ist ebenfalls grundlegende Voraussetzung für die weitere Fadengalvanik zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Damit wurde die Grundlage für eine verbesserte ökologische und ökonomische Glasfasermetallisierung gelegt.
 

PVD-Anlage des TITV Greiz
Abb. 1: PVD-Anlage des TITV Greiz
Galvanisch versilberte Glasfaser
Abb. 2: Galvanisch versilberte Glasfaser

Anwendungen

Entscheidend für den Einsatz elektrisch leitfähiger Glasfasern sind die gleichmäßige Metallisierung und ein reproduzierbarer Produktionsprozess. Sind diese grundlegenden Anforderungen erfüllt, bieten sich für metallisierte Glasfasern vielfältige Anwendungen. Neben der Verstärkung von Kunststoffbauteilen wird durch die Metallisierung eine elektromagnetische Abschirmung erzielt, um beispielsweise empfindliche, elektronische Bauteile zu schützen. Weitere Anwendungen sind in der Sensorik möglich. In Hochtemperaturdichtungen eingearbeitete Glasfasern können den Zeitpunkt des Dichtungswechsels signalisieren. In Flächenwaren integrierte Glasfasern können zum Heizen, zur Energieversorgung und zum Informationsaustausch zwischen elektronischen Bauteilen dienen.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) André Modes

 
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