Verfahren und dazugehörige Anlage zur Herstellung von

leitfähigen Fasern und Filamenten aus Natur- oder Kunstfasern vorzugsweise zum Einsatz in der Textilindustrie und im

Bauwesen .

Die Herstellung elektrisch leitfähiger Kunststofffasern durch Einlagerung bzw. die Anlagerung von Kohlenstoff ist schon lange Stand der Technik. So wird in der Schrift DE 698 30 847 T2 unter anderem ein Verfahren zur Bildung einer

makroskopischen molekularen Anordnung aus röhrchenförmigen Kohlen-Molekülen beschrieben, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst. Wenigsten etwa 10 ⁶ röhrchenförmige

Kohlenstoff -Moleküle von im wesentlichen ähnlicher Länge im Bereich von 50 bis 500 nm werden mittels einer Verknüpfungs- Einheit mit einem Substrat, das mit einem Material beschichtet ist, miteinander in Kontakt gebracht. Das Substrat kann aus Gold, Quecksilber und Indium- Zinn-Oxid bestehen.

In der Schrift DE 11 2013 005 811 T5 wird ein Verfahren zur Herstellung mit Kohlenstoff -Nanostruckturen beschichteter Fasern beschrieben. Bei diesem Verfahren werden flächenhaften Strukturen eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit verliehen. Die elektrisch leitfähigen Strukturen können eine

Träger schicht , die eine Mehrzahl von Fasern mit zwischen den Fasern definierten Aperturen umfasst, und eine Mehrzahl von Kohlenstoff -Nanostrukturen umfassen, die wenigstens teilweise konform die Fasern beschichten und quer über zwischen

angrenzenden Fasern definierten Aperturen Brücken bilden, um eine kontinuierliche Kohlenstoff - Nanostruktur zu bilden.

Alle diese Lösungen nutzen als Trägermaterial

Polymermodifikationen. Naturfasern kommen nicht zur Anwendung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und die

dazugehörige Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von leitfähigen Fasern und Filamenten aus Natur - oder Kunstfasern zu schaffen

Mit der erfinderischen Anlage und dem damit verbundenen

Verfahren lassen sich sowohl Naturfasern als auch Kunstfasern zu einem elektrisch leitenden Material herstellen, welches z. B. die Grundlage für elektrisch leitendes Gewebe bildet.

Gegenüber Kupfer leitermater ial ist das erfindungsgemäße

Fasermaterial wesentlich weicher und flexibler und damit für viele Anwendungsfälle günstiger .

Die neue Anlage besteht aus folgenden

Schwerpunktanlagenteilen, die zur Optimierung des

erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Anlagenteile ergänzt werden können. Eine Strickmaschine zur Herstellung eines gestrickten Gewebes aus Natur- oder Kunstfasern, ein sonochemischer Reaktor mit den Hauptbestandteilen

Ultraschallhomogenisator, Ultraschallwandler mit

Flachstrahler, ein Magnetron, Flachstrahler und einer

Trockenkammer mit einem Vibrationssystem, mehreren Wannen für die chemische Metallisierung und für die galvanische

Metallisierung hintereinander angeordnet zu einer gemeinsamen Wanne zusammengefasst , einem Autoklaven zur Faserbehandlung, eine Walze für eine Ultraschallerhitzung und Kalibrierung der Fasern nach der Herauslösung der Fasern aus dem Gewebe und Spulen für aufgewickelte, fertigbearbeitete Fäden bzw. Garne und eine Steuerung aller Anlagenteile, insbesondere für das Erreichen der gewünschten elektrischen Parameter für das gestrickte Gewebe.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus folgenden

Verfahrensschritten, Herstellung eines gestrickten Gewebes, welches anschließend in einer Wanne einer Voraktivierung, einer Entfettung, mit einer alkalischen Lösung bzw. einer Säurelösung, dies in Abhängigkeit vom Fasermaterial,

unterzogen wird, anschließend wird das Gewebe einen

sonochemischen Reaktor über Spannrollen durch eine kolloidale Lösung bzw. Suspension gezogen, wobei die Suspension in einem Ultraschallhomogenisator hergestellt und kontinuierlich in den sonochemischen Reaktor gepumpt und über eine Rohrleitung wieder dem Umtraschallhomogenisator zugeführt wird, und im Ultraschallhomogenisator das Gewebe über die gesamte Breite mit Ultraschall behandelt wird und hierbei durch Kavitation und Schwingung Nanopartikel auf die Oberfläche des Gewebes aufgebracht werden und anschließend durch ein Magnetron in und an den Fasern des Gewebes fixiert werden, nach dem

Ultraschallhomogenisator wird das Gewebe durch eine

Trockenkammer geführt, wobei vorzugsweise durch Induktion getrocknet wird und zusätzlich mittels eines Vibrationssystems die Kontaktstellen des Gewebes sich nicht verbinden können, anschließend erfolgt eine chemische Metallisierung des Gewebes in der Reihenfolge Neutralisierung, Aktivierung, chemische Metallisierung, Redoxr eaktion, chemische Neutralisation, wobei das Gewebe über Spannrollen durch, aus und in die einzelnen Abschnitte geführt wird und ein Vibrationssystem auf das

Gewebe wirkt und anschließend eine galvanische Metallisierung des Gewebes in einem elektrolytischen Bad erfolgt, gefolgt von einer galvanischen Neutralisation. Das Gewebe wird durch

Spannrollen und durch Walzen mit saugfähigem Belag und

Vibrationssystem geführt, die gleichzeitig als Kathode im Bereich der galvanischen Metallisierung wirken. Das Garn des Gewebes wird anschließend aus dem Gewebe gezogen und durch Walzen erhitzt und kalibriert und auf eine Spule als

Endprodukt gewickelt. Alle Verfahrensschritte und insbesondere die Herstellung der elektrischen Parameter werden durch

Steuerungs- und Regelungselemente kontrolliert und ständig beeinflusst .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Verfahren und den dazugehörigen Anlagenteilen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung elektrisch leitfähiger Fasern und Filamente, 1.2 die schematische Darstellung der Verfahrensschritte der thermischen Stabilisierung und Kalibrierung der Fasern und Filamente ,

Fig. 2 die Gewebedarstellung in gestrickter Form,

Fig. 3 die schematische Darstellung des sonochemischen

Reaktors mit dem Ultraschallhomogenisator, Ultraschallwandler mit Flachstrahler, Magnetron und einer Trockenkammer mit Vibrationssystem,

Fig. 4 die schematische Darstellung der galvanischen

Metallisierung des Gewebes mit insgesamt sieben Bereichen (Neutralisierung, Aktivierung, chemische Metallisierung, Redoxr eaktion, Neutralisierung, Elektrolytisches Bad,

Neutralisierung) und

Fig. 5 die schematische Darstellung der letzten

Prozesssch itte - Abwickeln des Fadens aus dem Gewebe, Kalibrierung und Thermos tabilisierung des Fadens,

Aufwickeln des fertigen Fadens auf eine Spule.

Das Verfahren wird im Zusammenhang mit den notwendigen Anlagenteilen im Folgenden gemeinsam beschrieben.

Das Verfahren basiert auf der Verarbeitung von gestricktem Gewebe 1 oder Bändern 1. Dazu werden Natur- oder Kunstfasern mittels einer Strickmaschine 38 zu einem flächigen Gewebe 1 oder Bändern 1 hergestellt. Das Gewebe 1 wird in einer Wanne 39 einer Voraktivierung, einer Entfettung, mit einer

alkalischen Lösung bzw. einer Säurelösung unterzogen. Die

Verwendung der entsprechenden Lösung erfolgt in Abhängigkeit vom Fasermaterial.

Anschließend wird das Gewebe 1 durch eine Wanne 17 eines sonochemischen Reaktors 17 (siehe Figur 3) über Spannrollen 7 durch eine kolloidale Lösung 5 bzw. Suspension 5 gezogen. Die Suspension 5 wird in einem Ultraschallhomogenisator 2, 3, 4 hergestellt und kontinuierlich in die Wanne 17 des

sonochemischen Reaktors 17 gepumpt. Der

Ultraschallhomogenisator 2, 3, 4 besteht aus einem Behälter 4 für die kollidale Lösung 5, einem Ultraschallgenerator 2 und einem Ultraschallwandler 3. Der Ultraschallgenerator arbeitet in einem Bereich von 1000 bis 2000 Watt und 20kHz. Die

kolloidale Lösung enthält verschiedene Nanoteilchen von

Substanzen, die je nach den gewünschten Eigenschaften der fertigen Fäden ausgewählt werden, so z. B. Silber,

Kohlenstoff, Kupfer, Nickel oder andere Metalle. Die Größe der Nanopartikel kann bis zu 200 nm betragen. Der

Konzentrationsbereich der Nanoteilchen kann bis zu 70 g/1 betragen .

Die durch den Ultraschallhomogenisator 2, 3, 4 erzeugte kolloidale Lösung 5 wird über eine Rohrleitung durch eine Pumpe 6 über einen Filter 6 in den sonochemischen Reaktors 17 gedrückt. Über eine Rohrleitung 10, gesteuert durch ein Ventil 9 und durch ein mit der Rohrleitung 10 gekoppeltem Kühlsystem 15 kann die Lösung 5 im Gesamtsystem zirkulieren. Die

Temperatur der Lösung 5 im sonochemischen Reaktor 17 und im Ultraschallhomogenisator 2, 3, 4 wird gemessen und durch das Kühlsystem 15 und auf die jeweils notwendige Temperatur eingestellt. Das Kühlsystem 15 arbeitet auf der Basis von Peltier - Elementen 11.

In der Wanne 17 wird das Gewebe 1 über die gesamte Breite mit Ultraschall mittels Ultraschallwandler 13 mit Flachstrahlern 14 behandelt und hierbei werden durch Kavitation und

Schwingung Nanopartikel auf die Oberfläche des Gewebes 1 aufgebracht. Diese arbeiten mit 100 bis 500 Watt bei bis zu 25 kHz. Anschließend wird das Gewebe 1 durch ein Magnetron 8 gezogen. Das Magnetron 8 arbeitet mit bis zu 900 Watt und fixiert die Nanopartikel in den Fasern des Gewebes 1.

Am Ende der Wanne 17 durchläuft das Gewebe 1 ein

Vibrationssystem 16 und außerhalb der Wanne 17 wird das Gewebe 1 durch eine Trockenkammer 12 geführt, wobei vorzugsweise durch Induktion getrocknet wird und zusätzlich mittels eines weiteren Vibrationssystems 16 die Kontaktstellen des Gewebes 1 durch die Vibration sich nicht verbinden können. Als anschließende Verfahrensschritte, wie in Figur 4 dargestellt, erfolgen eine chemische Metallisierung 40 und eine galvanische Metallisierung 40 des Gewebes 1 in einer gemeinsamen Wanne 18 in der Reihenfolge: eine

Neutralisierung/Reinigung z. B. bei Polyestermaterial in einem schwachen Salzsäurebad bei intensiver Zirkulation in einer Wanne 22 als Bereich I., eine chemische Aktivierung z. B. bei Polyestermaterial in einer Badlösung aus Palladiumchlorid (PdCl2) und Zinnchlorid (SnCl4) bei intensiver Zirkulation in einer Wanne 23 als Bereich II., eine chemische Metallisierung und chemische Beschleunigung z. B. mit AgN03 mittels Walzen mit einem saugfähigen Belag und Vibration in einer Wanne 24 als Bereich III., eine Redoxr eaktion in einer Wanne 25 als Bereich IV., eine chemische Neutralisation in einer Wanne 26 als Bereich V., wobei das Gewebe 1 über Spannrollen 7 durch, aus und in die Wannen 22, 23, 24, 25, 26 geführt wird und in den Wannen 24, 25 zusätzlich Walzen mit einem saugfähigen Belag und Vibrationssystem 19 auf das Gewebe 1 wirken.

Anschließend erfolgt eine galvanische Metallisierung 40 des Gewebes 1 in einem elektrolytischen Bad in einer Wanne 27 als Bereich VI. und gefolgt von der galvanischen Neutralisation in einer Wanne 28 als Bereich VII. Auch hier wird das Gewebe von Spannrollen 7 und durch Walzen 20 mit einem saugfähigen Belag und Vibrationssystem geführt, die gleichzeitig als Kathode im Bereich der galvanischen Metallisierung (Bereich VI.) wirken. In dem Bereich VI. sind zusätzlich noch Anoden 21 angeordnet. Den Bereich VII. verlässt das Gewebe 1 als leitfähiges

gestricktes Gewebe 30. Falls erforderlich kann vor jedem Schritt der chemischen

Behandlung ein Spülen mit destilliertem Wasser erfolgen.

Weiterhin ist es möglich, eine zusätzliche Metallschicht chemisch aufzutragen. Hierzu wäre dann eine zusätzliche Wanne mit einer Badlösung mit Kaliumoxid, Kaliumhydroxid in

Gegenwart von Ethylendiamin, Oxalsäure, Milchsäure und

Silberoxid denkbar . Aus dem Gewebe 30 wird anschließend das gestrickte Garn 31 mit Falten aus dem Gewebe 30 gezogen und durch Walzen 32 erhitzt und kalibriert und weiter auf eine Spule 34 als Endprodukt gewickelt. Die Kalibrierung in der Walze 32 kann gleichzeitig in mehreren parallel verlaufenden Rillen erfolgen.

Alle Verfahrensschritte und insbesondere die Herstellung der elektrischen Parameter werden durch eine Steuerung 36 und Regelung 36 kontrolliert und beeinflusst.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1 - gestricktes Gewebe, gestrickte Bänder

2 - Ultraschallgenerator

3 - Ultraschallwandler

4 - Behälter für die kolloidale Lösung

2 bis 4 - Ultraschallhomogenisator

5 - kolloidale Lösung, Suspension

6 - Filtersystem (Filter und Pumpe)

7 - Spannungsrollen, Umlenkrollen

8 - Magnetron

9 - Ventil

10 - Rohrleitung

11 - Peltier -Element

12 - Trockenkammer

13 - Ultraschallwandler mit Flachstrahler

14 - Flachstrahler

15 - Kühlsystem

16 - Vibrationssystem

17 - Wanne des sonochemischen Reaktors, sonochemischer Reaktor 18 - Wanne unterteilt in chemische Metallisierung und

galvanische Metallisierung

19 - Walzen mit saugfähigem Belag und Vibrationssystem,

im Bereich der chemischen

Metallisierung

20 - Walzen mit saugfähigem Belag und Vibrationssystem,

gleichzeitig als Kathode im Bereich der galvanischen Metallisierung

21 - Anode

22 - Bereich I, Wanne für die chemische Neutralisierung

23 - Bereich II, Wanne für die chemische Aktivierung

24 - Bereich III, Wanne für die chemische Metallisierung

25 - Bereich IV, Wanne für die Redoxr eaktion

26 - Bereich V, Wanne für die chemische Neutralisation

27 - Bereich VI, elektrolytisches Bad bzw. Wanne

28 - Bereich VII, Wanne für die galvanische Neutralisation

29 - Flüssigkeitsober fläche

30 - leitfähiges , gestricktes Gewebe

31 - abgewickeltes, gestricktes Garn oder Fasern mit Falten 32 - Walze für Ultraschallerhitzung und Kalibrierung

33 - Garn oder Fäden kalibriert und ohne Falten

34 - aufgewickelter Faden/Garne auf Spule

35 - Spannungsrollen

36 - Steuerung der elektrischen Parameter für das gestrickte Gewebe

37 - Autoklav

38 - Strickmaschine

39 - Wanne für Vor aktivierung

40 - chemische und galvanische Metallisierung