Leitfähige Pulverlacke - ESD-Beschichtung

Isolatoren

Isolatoren sind Stoffe, in denen sich Ladungen (fast) überhaupt nicht bewegen können, ihre Widerstandwerte liegen bei 10¹¹  Ω und höher. Bekannte Beispiele hierfür sind Gummi, Porzellan, Glas, Diamant, destilliertes Wasser und Luft. Auch die meisten Pulverlacke fallen in diese Kategorie, wobei hier zusätzlich zwischen unterschiedlichen Harzsystemen unterschieden werden kann. So weisen Epoxidharze höhere Widerstandswerte auf als Polyester. Alle diese Stoffe haben gemeinsam, dass in ihnen weder Ionen noch schwach gebundene Elektronen für den Ladungstransport zur Verfügung stehen; alle Elektronen sind fest in chemischen Bindungen verankert. Bei extrem hohen Spannungen (einigen Kilo- bis Megavolt) können dennoch kurzzeitig Elektronen aus den Stoffbindungen entrissen werden. Die Folge ist ein „Durchschlag“-Strom (z. B. ein Blitz), bei dem in sehr kurzer Zeit sehr viel Energie transportiert wird.

 

Materialien mit antistatischem Verhalten

Antistatisches Verhalten tritt im Bereich von 10⁹ - 10¹¹ Ω auf. Es ist notwendig z.B. in Reinräumen, da Oberflächen mit antistatischem Verhalten Staub aus der Luft nicht so leicht anziehen.

 

Elektrostatisch ableitfähige Materialien

Weisen Materialien einen Oberflächenwiderstand zwischen 10³ – 10⁹ Ω auf, gelten sie als elektrostatisch ableitfähig. Das bedeutet, dass diese Werkstoffe in der Lage sind, aufgebrachte Ladungen langsam abzuleiten. Diese Eigenschaft wird vor allem für antistatische Anwendungsbereiche zum Beispiel in der Automobilindustrie genutzt, um den Staubanziehungseffekt von Oberflächen zu reduzieren oder bei elektronischen Bauteilen sowie in explosionsgefährdeten Bereichen, um Gasentladungen (Funken) zu vermeiden. Elektrostatisch ableitfähige Materialien sind auch antistatisch, jedoch NICHT umgekehrt.

 

Leiter

Elektrische Leiter werden jene Stoffe genannt, in denen sich Ladungen leicht bewegen können. Die bekanntesten Leiter sind Metalle, Graphit, Säuren, Laugen und Salzlösungen. Sie weisen Oberflächenwiderstände unterhalb von 10⁶ Ω auf. Ihre Fähigkeit, sich schnell zu entladen, ist beispielsweise bei Anwendungen für Erdungskontaktierungen gefragt.

Die Leitfähigkeit von Pulverlack kann durch die Zugabe von Additivteilchen erreicht werden, jedoch bringt eine Zugabe in geringer Konzentration praktisch nichts. Dies ändert sich, wenn die Additivteilchen so zahlreich werden, dass sie sich mit hoher Wahrscheinlichkeit untereinander berühren und durch die Probe hindurchgehende Strompfade bilden. Die Leitfähigkeit steigt in einem schmalen Konzentrationsbereich um die sogenannte „kritische Konzentration“ (KC) um etliche Zehnerpotenzen an – der spezifische Widerstand sinkt dementsprechend.. Erhöht man die Additivkonzentration weiter, so bilden sich immer mehr durchgehende Strompfade, und die Leitfähigkeit steigt weiter, doch längst nicht mehr so sprunghaft wie um KC. Ab einer bestimmten Additivkonzentration erreicht man durch weitere Zugabe keine wesentlich besseren Leitfähigkeitswerte mehr. Die gesamten Kurven werden auch als Perkolationskurven bezeichnet.

Graphit

Additive aus elektrisch leitfähigem Kohlenstoff, die teilweise schon lange eingesetzt werden. Früher wurde das Graphit verwendet, während man heute von einer einzelnen Schicht des Graphitkristalls, dem Graphen, spricht. Bei einer elektrischen Ableitung von 10³ bis 10⁹ Ω sind nur Schwarz-/Anthrazit- Farbtöne möglich (z.B. 09/8176 oder 59/80259)

 

Leitruß

Leitruß, auch als „Carbon Black“ bekannt, wird in Bereichen eingesetzt, in denen mäßige Leitfähigkeit gefordert ist. Ruß entsteht bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen in chemischen Reaktoren. Aber warum leitet Ruß? Ruß ist aus Primärpartikeln aufgebaut, in denen Kohlenstoffatome wie in kleinen Graphit-Kristalliten angeordnet sind.

 

Fasern

Kohle oder Carbonfasern sind bekannt für ihre mechanisch verstärkende Wirkung, leiten aber auch elektrisch. Sie färben das Bauteil ein, färben bei Berührung allerdings nicht die Umgebung, wie das bei ruß- und graphitgefüllten Bauteilen der Fall ist. Daher eignen sich Fasern besser für Anwendungen in Reinräumen oder bei Papierhandling.

 

CNTs

Carbon Nanotubes bzw. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind winzige, aus Graphit bestehende Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken. Man unterscheidet zwischen SWNT, DWNT und MWNTs (Single, Double oder Mutli-Walled Nanotubes). Bereits bei sehr geringen Konzentrationen (0,04 Gew.-%) können hiermit hohe Leitfähigkeiten erreicht werden. Sie beeinflussen – wie alle anderen Additive – den Farbton, jedoch sind mit ihnen auch hellere Farbtöne möglich (z.B. Lichtgrau).

 

Glimmerpigmente

Elektrostatische Ableitung 10⁹ bis 10¹¹ Ω, dabei sind helle Graufarbtöne und Buntfarbtöne möglich.