Die Erfindung betrifft einen antistatischen flexiblen Schüttgutbehälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei Geweben aus unpolaren Kunststoffen findet im Gebrauch, insbesondere durch Reibung, eine Ladungstrennung statt, so dass sich elektrostatische Aufladungen auf der Oberfläche des Gewebes sammeln und lokal verdichten, wenn sie in einer trokkenen Umgebung mit geringer Luftfeuchtigkeit nicht über die Luft abfließen können. Bei Kontakt mit geerdeten Gegenständen und/oder Personen können sich diese Aufladungen sodann schlagartig entladen, wobei ein Zündfunke hoher Energie überspringt, der geeignet sein kann, Staub/Luft- oder Gas/Luftgemische zu Zünden und eine Explosion auszulösen.
Zudem besteht auch aufgrund von Influenzen die Gefahr einer Ladungsanhäufung. Bei diesem physikalischen Phänomen kann sich zwischen zwei Körpern ein elektrisches Feld ausbilden, in welchem ein berührungsloser Ladungsübergang erfolgt. Somit können elektrische Ladungen, die beim Befüllen eines aus Kunststoffgewebe hergestellten Behälters entstehen, auf benachbarte Körper mit größerer Kapazität übergehen, z. B. nicht geerdete Metallfässer auf Holzpaletten. Damit ist auch ein Umgebungsbereich eines Behälters aus Kunststoffgewebe durch Zündfunkenbildung möglicherweise explosionsgefährdet.
In der Patentschrift DE 39 38 414 C2 der Anmelderin ist ein Schüttgutbehälter aus einem elektrisch leitenden Gewebe offenbart, das aus Kunstfasern oder Kunststoffäden besteht und elektrisch nicht leitende und elektrisch leitende Fäden aufweist, wobei die elektrisch leitenden Fäden aus einem Polyolefin bestehen und eindispergierten Ruß und/oder Graphit enthalten und sowohl in der Kette als auch im Schuß eingewebt sind.
Ein Gewebe dieser Art ist für die starken mechanischen Beanspruchungen, wie sie bei der Verwendung des Gewebes für einen flexiblen Schüttgutbehälter, gut geeignet, und durch die eingewebten elektrisch leitenden Fäden wird eine sichere Ableitung von elektrostatischer Ladung erreicht.
Ein als "electrisch leitfähig" bezeichnetes Gewebe weist einen Ableitwiderstand zur Erde von kleiner als 108 Ω auf. Ein solcher Ableitwiderstand wird allgemein für Explosionsschutzmaßnahmen auf Grund verschiedener technischer Sicherheitsvorschriften gefordert, so auch für flexible Schüttgutbehälter aus Polypropylenbändchengewebe des Types "C" gemäß der Einteilung des deutschen Industriearbeitskreises "Brennbare Stäube/Elektrostatik".
Es hat sich aber gezeigt, dass ein solch geringer Ableitwiderstand des Gewebes paradoxerweise einen nachteiligen Effekt nach sich zieht: aufgrund des geringen Widerstandes können sich Ladungen nämlich sehr schnell und mit hoher Ladungsdichte über die gesamte Oberfläche des Gewebes bewegen und sich dann an einem Punkt, an dem eine Berührung durch einen gegensätzlich geladenen Ladungsträger oder beispielsweise eine oder geerdete Person erfolgt, schlagartig entladen. Daher ist stets vor Beginn eines Befüllvorgangs, der eine Ladungstrennung verursachen kann, eine Verbindung mit der Erde herzustellen, damit entstehende Ladungen sofort von der Oberfläche des Gewebes gegen Erde abfließen können.
Diese Erdverbindung hat sich jedoch als hinderlich erwiesen, da z. B. ein Schüttgutbehälter stets einzeln und manuell über eine Metallklemme und ein Metallkabel vor dem Befüllen geerdet werden muss und die Erdverbindung anschließend wieder manuell gelöst werden muss. Auch besteht die Gefahr, dass das Herstellen der Erdverbindung aus Unachtsamkeit vergessen wird.
Weiterhin ist aus der GB 21 01 559 A1 ein Schüttgutbehälter bekannt, der aus einem Gewebe hergestellt ist, in das Metallfäden eingearbeitet sind, über die elektrostatische Aufladungen des Gewebes abgeleitet werden können.
Nachteilig bei dieser Lösung ist es, dass das Dehnungsverhalten der Metallfasern oder -fäden sehr abweichend von dem Dehnungsverhalten des übrigen Gewebes ist. Dies führt leicht zum Bruch der Metallfäden und damit zu einer Unterbrechung der Ableitung.
Weiterhin besteht die Gefahr, dass Metallfäden, z. B. aus Kupfer oder Eisen oder deren Legierungen, an der Luft korrodieren. Durch solche Unterbrechungspunkte wird im Falle der statischen Aufladung die Gefahr der Funkenbildung und Explosion stark erhöht.
Insbesondere treten aber wegen der sehr guten Leitfähigkeit der Metallfäden die gleichen Probleme auf, die zuvor für die mit Ruß gefüllten Fäden beschrieben wurden.
Bekannt sind auch Gewebe, auf die ein Antistatikum aufgebracht ist, so dass das fertig konfektionierte Gewebe elektrische Ladungen ableiten kann.
Das so hergestellte Gewebe erfüllt jedoch nur als Neuware die Anforderungen hinsichtlich der Brand- und Explosionsgefahr; die ableitfähige antistatische Beschichtung nach dem Stand der Technik ist nicht dauerhaft, sie ist vielmehr zeitlich begrenzt ist. Eine Ausrüstung mit einer aufgebrachten antistatischen Beschichtung hat sich in solchen Anwendungsfällen als ungeeignet erwiesen, in denen das Gewebe starkem mechanischem Abrieb unterliegt, so auch bei Schüttgutbehältern, die beim Stapeln über große Flächen aneinander schaben oder über den Boden geschleift werden. Bei den hohen Dehnungen eines hoch belasteten Kunststoffgewebes reißt die Beschichtung und/oder blättert ab. Zudem werden diese Behälter als Leihgebinde mehrfach verwendet. Besonders gefährlich ist dann, dass der durch Abrieb bewirkte Verlust der elektrischen Leitfähigkeit während der Gebrauchsdauer nicht erkennbar ist, so dass bei den Benutzern von Schutzvoraussetzungen ausgegangen wird, die nicht mehr gegeben sind.
Aus der US-PS 5,679,449 und der US-PS 6,112,772 sind flexible Schüttgutbehälter, sogenannte flexible intermediate bulk containers (FIBC), bekannt, die aus einem Gewebe bestehen, das quasi-leitfähige Fäden enthält, die metallisiert sind.
Hierbei wird der Effekt der sogenannten Corona-Entladung genutzt. Diese tritt an einem Ladungsträger mit sehr kleinem Krümmungsradius, so auch an dünnen eingewebten Fäden oder an Spitzen auf. Bei der Corona-Entladung entsteht eine sehr schwache, auf die unmittelbare Umgebung der Spitze beschränkte Entladung an die Luft, welche kontinuierlich und über einen längeren Zeitraum abläuft, so dass eine manuelle Erdung über Erdungskabel nicht erforderlich ist.
Die Leitfähigkeit des Gewebes ist jedoch noch so groß, dass bei Kontakt mit einer großen Ladungssenke ein schneller Ladungstransport und eine damit verbundene schlagartige Entladung mit Zündfunkenbildung erfolgen kann.
Nachteilig ist weiterhin, dass die antistatischen, quasi-leitfähigen Fäden in dem bekannten Gewebe aufwendig herzustellen und zu verarbeiten sind. Schon das Aufbringen einer metallischen Oberfläche auf einen aus einem Kunststofffaden gebildeten Kern ist aufwendig und teuer. Die antistatische Ummantelung unterliegt mechanischem Verschleiß, wie es zuvor für vollflächige Beschichtungen beschrieben wurde.
Zudem besitzt der antistatische Faden eine Querschnittsgeometrie, die von den üblicherweise für Schüttgutbehälter verwendeten Bändchengeweben abweicht und damit hinsichtlich der Verarbeitbarkeit Probleme bereitet.
Der Durchmesser des beschichteten Fadens kann aus Gründen der Verarbeitbarkeit und der mechanischen Belastbarkeit auch nicht so klein gehalten werden, wie es wünschenswert wäre, um den Effekt der Corona-Entladung über die Länge des Fadens-und nicht nur an dessen Enden - nutzen zu können. Deshalb können sich in ungünstigen Verhältnissen noch lokale Ladungsfelder auf der Gewebeoberfläche bilden, die nicht durch Corona-Entladung abbaubar sind, sondern sich schlagartig abbauen können.
Aus der WO 96/09629 ist ein antistatisches Additiv für thermoplastische Kunststoffe bekannt, das aus einer thermoplastischen Polymermasse besteht, die ein elektrisch leitfähiges Netz von nichtmetallischen, mikrokristallinen Nadeln einschließt. Dieses Netzwerk ist aufschmelzbar, so dass es mit den üblichen Verarbeitungsverfahren der Kunststofftechnik verarbeitbar ist und mit Abkühlung einer Kunststoffschmelze wieder auskristalliert. Das mikrokristalline Netzwerk ist in die Polymermasse eingebettet und damit verschleissfest, da es von der Oberfläche eines Bauteils nicht abrasiv entfernt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schüttgutbehälter der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, der dauerhafte antistatische Eigenschaften aufweist und somit in explosions- und brandgefährdeten Bereichen einsetzbar ist und der insbesondere nicht in allen Anwendungsfällen geerdet werden muss.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem antistatischen flexiblen Schüttgutbehälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die antistatischen, quasi-leitenden Fäden aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, in den ein die Leitfähigkeit erhöhendes Additiv eingemischt ist, welches ein thermoplastisches, wärmehärtendes oder vernetztes Polymer ist, das von einem elektrisch leitfähigen Netzwerk aus mikrokristallinen Nadeln durchdrungen ist, als Mittel zum Ausbilden von Stromwegen in den Fäden zur Ermöglichung eines gebremsten Ladungstransports.
Als "antistatisch, quasi-leitend" wird hier ein Gewebe bezeichnet, dessen nach DIN 53482 gemessener Ableitwiderstand der Oberfläche größer als 108 Ω und kleiner als 1011 Ω ist. Der Elektronenfluss ist bei diesem Widerstand stark gebremst, aber noch möglich.
Unter "Bändchen" sollen hier extrudierte oder aus Folien geschnittene Kunststoffbändchen verstanden werden, die im Querschnitt eine große Breite im Verhältnis zu ihrer Dicke haben und die webtechnisch verarbeitbar sind.
Durch die Einmischung des leitfähigen Additivs in die Polymermasse der Fäden wird zum einen erreicht, dass eine Elektronenleitung innerhalb des Fadens ermöglicht wird. Zum anderen ist der spezifische elektrische Widerstand der erhaltenen thermoplastischen Mischung jedoch so hoch, dass der Elektronenfluss nur sehr langsam möglich ist. Damit ist gewährleistet, dass ein fortwährender Elektronenfluss und eine ständige Abgabe von Ladung an die Umgebung möglich ist, dass jedoch nicht innerhalb kurzer Zeit so viel Ladung nachfließen kann, dass es zu einer schlagartigen Entladung mit hoher Energie unter Ausbildung eines Zündfunkens kommen kann.
Durch die Geometrie des quasi-leitfähigen bändchenförmigen Fadens bestehen sehr schmale, scharfe Kanten. An diesen Kanten kann über die gesamte Länge des Bändchens eine Corona-Entladung stattfinden, durch welche ständig in kontrollierter Weise Ladung von der Oberfläche des Gewebes in die Umgebung abfließen kann. Neben dem Vorteil der Corona-Entladung an den Schmalkanten ergibt sich der weitere Vorteil, dass die relativ breiten Bändchen eine große Oberfläche und damit eine große Kapazität zur Aufnahme elektrischer Ladung aufweisen. Die Ladungen werden über die große Oberfläche des Gewebes gesehen verteilt, und lokale Ladungskonzentrationen, die zu schlagartigen Entladungen mit hoher Energie führen könnten, werden vermieden.
Bei einem flexiblen Schüttgutbehälter kann aus den vorgenannten Gründen auf eine manuell herzustellende Erdverbindung über Masseklemme und -kabel in den meisten Anwendungsfällen verzichtet werden, da eine kontaktlose Ableitung elektrischer Ladungen an die Umgebung ermöglicht ist.
Um eine Bildung von "Inseln" von elektrostatisch isolierenden Gewebeabschnitten inmitten des Gitters aus elektrisch leitenden Fäden zu vermeiden, ist der Abstand der Fäden zueinander nicht kleiner als 1 cm und nicht größer als 5 cm. Vorzugsweise wird ein Abstand von 3 cm gewählt.
Mit Vorteil weist das Gewebe eine die Kettfäden, die Schussfäden und die antistatischen, quasi-leitenden Fäden überdekkende antistatische Kunststoffbeschichtung auf, die aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, in den ein die Leitfähigkeit erhöhendes Additiv eingemischt ist. Durch diese Beschichtung wird erreicht, dass sich eine Ladung großflächig über die Gewebeoberfläche verteilen kann und lokale Ladungsspitzen abgebaut werden können.
Insbesondere bei einem erfindungsgemäßen flexiblen Schüttgutbehälter der zuvor genannten Art, bei dem wenigstens eine antistatische Kunststoffbeschichtung an der am Tragbeutel nach außen gewandten Oberfläche des antistatischen Gewebes aufgebracht ist, bleibt vorteilhafterweise die Möglichkeit bestehen bleibt, eine manuelle Erdung vorzunehmen. Hierzu braucht lediglich eine Masseklemme an eine Falte des Gewebes geklemmt werden. Die antistatische Beschichtung stellt hierbei nicht nur eine gute Ladungsverteilung über die gesamte Oberfläche sicher, sondern auch, dass die Masseklemme elektrisch mit den antistatischen, quasi-leitenden Fäden in Schuss und/oder Kette verbunden ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und der nachstehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 zeigt einen aus einem Gewebe 100 hergestellten flexiblen Schüttgutbehälter 10, der aus einem Tragbeutel 15 mit als Transportschlaufen 17, 17' ausgebildeten Tragegurt besteht.
In seinem Deckelbereich 14 weist der Tragbeutel 15 einen Einfüllstutzen 18 und in seinem Bodenbereich 11 einen Auslaufstutzen 19 auf. Der Tragbeutel 15 ist aus dem antisstatischen Gewebe 100 der Erfindung hergestellt. Im Kragenbereich 16, im Deckelbereich 14 sowie im Bereich des Einfüll- 18 und Auslaufstutzens 19 kann zur Optimierung des Ableitverhaltens eine Verdichtung des Gitternetzes 12 aus antistatischen, quasi-leitenden Fäden vorgesehen werden. Ebenso ist in das Material für die Trageschlaufen 17, 17' zur Gewährleistung der Ableitung leitfähiges Material eingearbeitet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines antistatischen, quasi-leitenden Kettfadens 4 oder Schussfadens 5, wie sie sich unter dem Mikroskop bietet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind 20 Masse-% eines Additivs, wie es in der WO 96/09629 beschrieben wird, in ein Basispolymer, hier Polypropylen, gemischt.
In einer Matrix 8 des Basispolymers sind eine Vielzahl von mikrokristallinen Nadeln 6 eingebettet, die schmelzbar sind und die sich bei der Abkühlung herauskristallisieren. Damit ist das Gemisch extrudierbar, spritzbar und auf sonstige Weise mit den Techniken der Kunststoffverarbeitung verarbeitbar.
Die Nadeln 6 sind in einer solchen Dichte innerhalb der Matrix 8 angeordnet, dass sie sich berühren oder überlappen. Somit bilden sich an dem Beispiel des hier dargestellten Ausschnitts zwischen einem beliebigen Punkt 7.1 und einem weiteren Punkt 7.2 am anderen Ende eines Fadenabschnitts durch die mikrokristallinen Nadeln 6 eine Vielzahl von Stromwegen 7 aus, von denen einer hier exemplarisch als dick gezeichnete Linie gekennzeichnet ist. Entlang eines solchen Stromweges 7 ist ein gebremster Ladungstransport möglich.
Über die Dosierung des Masseanteils des Additivs von 5% bis 30 % gegenüber der Polypropylenmatrix wird die Dichte der mikroskristallinen Nadeln 6 und damit die Zahl der sich ausbildenden Stromwege 7 variiert, wodurch folglich die Leitfähigkeit/der spezifische Widerstand der Polymermischung insgesamt beinflusst wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zu dem Additiv nadelförmige Metallpartikel von makroskopischer Größe, also mit etwa 0,1 bis 2 mm Länge, in die Matrix 8 eingebettet sind. Diese Metallpartikel treten als feine Spitzen an den Oberflächen der antistatischen, quasi-leitenden Fäden aus; an diesen Spitzen kann jeweils eine Corona-Sprühentladung erfolgen.
In Fig. 3 ist ein Abschnitt eines nach der Erfindung hergestellten Gewebes 100 dargestellt. Sowohl Kettfäden 3 als auch Schußfäden 4 sind Bändchen aus einem thermoplastischen Kunststoff. Solche Bändchen werden auf einfache Weise dadurch erhalten, dass eine Folie aus dem Kunststoff hergestellt wird, die anschließend durch Messer in Bahnrichtung in Bändchen geschnitten wird; die Bändchen werden dann noch gereckt. Da auch Standardkunststoffe, insbesondere Polypropylen, geeignet sind und die Bändchen im Vergleich zu textilen Garnen eine große Breite von ca. 0,5 bis 5 mm haben, können kostengünstig großflächige Gewebe hergestellt werden. In das Gewebe 100 sind antistatische, quasi-leitende Fäden 4 eingewebt, die hier zur besseren Darstellung schematisch als fette Doppellinie gezeichnet sind.
Die antistatischen, quasi-leitenden Fäden 4 sind bevorzugt in einem Abstand von etwa 3 cm zueinander in Kette eingewebt. Um insbesondere für den Fall eines Bruches des antistatischen, quasi-leitenden Fadens eine Ableitung der elektrischen Ladung sicherzustellen, können auch in größeren Abständen von vorzugsweise 30 cm antistatische, quasi-leitende Fäden 5 in Schuss eingewebt werden. Über diese Schussfäden 5 kann bei Unterbrechung eines quasi-leitenden Kettfadens 4 eine Umleitung des elektrischen Ladungsflusses bis zum nächsten intakten Kettfaden 4 erreicht werden.
Ob die antistatischen, quasi-leitenden Fäden 4 hauptsächlich als Schuss- oder Kettfäden verwebt werden, ist für die elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gewebes ohne Belang und kann nach den Erfordernissen des Webers gewählt werden.
Da die Geometrie von nicht-leitenden Fäden 2, 3 und antistatischen, quasi-leitenden Fäden 4, 5 vorzugsweise gleich ist, ergeben sich auch dann keine webtechnischen Schwierigkeiten, wenn die antistatischen, quasi-leitenden Fäden im Schuss verwebt werden.
Es können jedoch auch runde Fäden mit eingemischtem Additiv Verwendung finden, wenn sie sehr dünn sind und damit die Möglichkeit einer guten Corona-Entladung bieten.
Fig. 4 zeigt die Entladung des Gewebes. Aufgetragen ist der Spannungsabfall über die Zeit. Ausgehend von einem hohen Potenzial UH wird zum Zeitpunkt t1 die Ladungszufuhr unterbrochen. Wie die durchgezogene, obere Linie zeigt, baut sich durch andauernde Corona-Entladung an den Bändchenkanten, den Fadenenden und an eventuell beigemischten makroskopischen Metallpartikelspitzen die Ladung kontinuierlich ab, bis sie zum Zeitpunkt t2 ein Minimum auf dem Niveau von UL1 erreicht. Eine Erdung wurde hier nicht vorgenommen.
Wird das gleiche Gewebe mit einem Massekabel geerdet, baut sich die Ladung - wie durch die gestrichelte Linie angedeutet - schneller und auf ein noch niedrigeres Niveau UL2 ab, jedoch sind beide Male die Niveaux der Restpotenziale UL1 und UL2 so gering, dass bei einer Berührung durch Personen, metallische Gegenstände etc. kein Zündfunke mehr überspringt.