DE3810598A1

DE3810598A1 - Metallfasern enthaltende verbundstoffe sowie deren verwendung zur herstellung von formteilen zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung

Info

Publication number: DE3810598A1
Application number: DE3810598A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr Mazanek; Gerd Dr Goldmann; Ulrich Von Dr Gizycki; Henning Dr Giesecke
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-12
Also published as: JPH01286400A; US5137766A; EP0335186A3; EP0335186A2

Description

Als Materialien für die Gehäuse elektrischer und elek tronischer Geräte werden heute meistens Kunststoffe ein gesetzt. Kunststoffe sind als elektrische Nichtleiter in der Regel weitgehend durchlässig für elektromagneti sche Strahlung. Beim Betrieb solcher Geräte kommt es häufig zu einer ungewollten Erzeugung hochfrequenter Signale bzw. derartige Geräte sind störempfindlich gegen elektromagnetische Fremdstrahlung. Insbesondere die weitgehende Miniaturisierung von elektronischen Bau teilen hat deren Störanfälligkeit vor Fremdstrahlung stark erhöht. Ein wirksamer Schutz gegen elektromagne tische Strahlung ist somit von enormer Bedeutung.

Ausdruck dieser Entwicklung ist auch, daß es bereits eine Reihe nationaler Vorschriften (FCC, EEC, VDE, DIN) gibt, die eine Begrenzung der erzeugten Störfeldstärken beinhalten. Bereits heute werden eine Reihe von Maßnah men angewendet, Kunststoffteile abschirmend auszurüsten. Als Beispiele seien die chemische und physikalische Me tallisierung der Oberflächen, das Aufbringen leitfähiger Lacke und das Flammsprühverfahren genannt. Auch das Bei mengen von abschirmend wirkenden Zusatzstoffen zu den Kunststoffen wird seit einiger Zeit versucht und auch technisch angewandt. Als Beispiele seien Zusätze von Stahlfasern, Kohlenstoffasern, Metallflakes, Metallpul ver und von metallisierten Fasern genannt. Ein univer sell anwendbares preisgünstiges Verfahren zur Abschir mung von Kunststoffgehäusen ist bisher nicht gefunden worden. Den Metallisierungsverfahren steht bisher ihr hoher Preis, bedingt durch viele Verfahrensschritte und damit hohen technischen Investitionen, entgegen. Zudem sind die erzeugten Metalloberflächen entweder zu empfindlich oder zu unansehnlich, so daß sie mit einer zusätzlichen Lackschicht versehen werden müssen.

Auch die Beimengung von abschirmend wirkenden Zusätzen hat sich bisher nicht durchsetzen können. Hauptursachen dafür waren entweder der hohe Preis der Zusätze, die ho hen Mengen an Zusätzen und die damit verbundene Beein trächtigung der mechanischen Kenndaten der Kunststoffma terialien und die Beeinträchtigung der Oberflächenquali tät, Ungleichmäßigkeiten bei der Verteilung der Füll stoffe in den Kunststoffen oder die Beeinträchtigung der Abschirmwirkung der Füllstoffe durch den Verarbeitungs prozeß.

Im Zusammenhang mit der elektromagnetischen Abschirmung ist es wichtig, anzugeben, welche Frequenzbereiche und welche Komponenten des elektromagnetischen Feldes in welchem Umfang abgeschirmt werden müssen. Während einer Abschirmung hochfrequenter Felder (GHz-Bereich) im Fern feld und die Abschirmung der elektrischen Komponente niederfrequenter Felder im Nahfeld noch relativ einfach technisch zu bewältigen ist, bereitet insbesondere die Abschirmung der magnetischen Komponente niederfrequenter Felder (MHz-Bereich) im Nahfeld große technische Pro bleme.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, thermoplasti sche Materialien mit abschirmend wirkenden Füllstoffen so auszurüsten, daß daraus spritzgegossene Gehäuseteile hinreichend abschirmen.

Derartige Verfahren sind z. B. in der nachstehend aufge führten Patentliteratur beschrieben:

JP-A 58/1 76 220, JP-A 61/0 57 626, JP-A 60/0 54 967, JP-A 61/1 00 415, JP-A 60/1 34 500, JP-A 62/8 60 53, JP-A 61/1 52 766, JP-A 62/96 564, JP-A 60/2 48 119 JP-A 59/1 09 537, JP-A 59/4 99 133, JP-A 58/1 04 907, US-A 46 64 971, US-A 45 00 595, EP-A 1 12 197, EP-B 1 31 067.

Alle dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren wei sen jedoch einen oder mehrere nachfolgend genannten Nachteile auf, die vor allem die Einarbeitung von hohen Anteilen an Metallfasern und/oder den Einsatz der Spritzgußformteile bei niederen Frequenzen, insbesondere im magnetischen Nahfeld, nicht erlauben. Als Beispiele seien genannt:

- Abnutzung der Maschinen beim Spritzguß
- Verstopfung der Düsen, vor allem bei steigendem Metallfasergehalt
- unregelmäßige Verteilung der Fasern im Formteil
- hoher Preis
- bei Mischungen aus master batches und Kunststoff granulat Probleme mit exakter Dosierung der Me tallfasern
- zu geringer Durchmesser der Fasern und damit ver bundene verstärkte Zerkleinerung beim Spritzguß

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß diese Nachteile ganz oder teilweise überwunden werden können, wenn man zur Herstellung von Formteilen im Spritzguß weitgehend parallel ausgerichtete Metallfasern enthal tende Verbundstoffe einsetzt, die man erhält durch Im prägnieren eines Faserbündels aus endlosen Metallfasern, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 35-200 µm aufweisen, mit einer polymeren, haftvermittelnden Sub stanz und Ummantelung des dabei erhaltenen kompakten Precursors mit einer thermoplastischen Matrix und Zer schneiden des entstandenen Verbundstoffstranges in defi nierte Längen.

Die Längen der Verbundstoff-Abschnitte betragen 1-70, vorzugsweise 3-40 und besonders bevorzugt 5-20 mm.

Unter Metallfasern sollen metallisch leitende endlose Fasern, Drähte und Stäbe verstanden werden. Die Fasern können als Einzelfasern, Rovings, Stränge, Garne, Zwirne, Litzen oder Seile vorliegen. Als erfindungsgemäß verwendbare Metallfasern kommen besonders solche in Betracht, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von unterhalb 5-10⁶ Ω×cm aufweisen. Beispielsweise seien folgende Materialien genannt: Aluminium, Gold, Silber und vor allem Kupfer sowie deren Legierungen auch mit anderen Metallen.

Außerdem sind weichmagnetische Metalle geeignet, wie Eisen, Nickel, Kobalt und deren Legierungen.

Unter Metallfasern sollen auch Fasern aus zwei oder mehreren Metallen verstanden werden, wie sie beispiels weise durch elektrolytische Überzüge eines Metalls auf einem Kern aus einem anderen Metall entstehen. Auch Kombinationen aus Metallen und Nichtleitern sind ein geschlossen

Ebenso sind Kombinationen aus Fasern verschiedener Me talle oder aus Metallen und Nichtleitern einsetzbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Precursor aus Metallfasern und nichtleitenden Fasern herzustel len.

Unter endlosen Fasern soll verstanden werden, daß man von Materialien großer Lieferlängen ausgeht, die konti nuierlich abgezogen werden. Die Mindestlänge soll 50 Me ter betragen. Der Durchmesser der Metallfasern liegt be vorzugt bei 40-100 µm, besonders bevorzugt bei 40- 80 µ.

Zur Imprägnierung der Metallfasern kommen Duromere, Ela stomere oder Thermoplaste in Frage. Besonders geeignet sind jedoch Thermoplaste. Als Beispiele für die erfin dungsgemäß einzusetzenden Polymere seien genannt:

Olefin- und Polyolefin-Homo- und Copolymerisate, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, Polyisobutylen, PVC, Ethylenvinylacetatpolymere, fluorhaltige Polymere, Polyacetale, Polystyrol, Styrol-Copolymerisate, aroma tische, aliphatische und gemischte Polyester und Poly amide und -imide, Polybenzhydantoine, Polyether, Poly carbonate, Polyurethane, Polyharnstoffe und ander Poly mere nach dem Polyisocyanat-Polyadditionsverfahren, Acrylsäureester-Styrol-Copolymere, Styrol-Butadien- und Styrol-Butadien-N-Vinylpyridin-Copolymere, Chlorbuta dien- und Polybutadien-(Co)polymere, Butadien-Acryl nitril-Polymere, carboxylierte Styrol-Butadien-Copoly mere, Chloropren-(Co)polymere, Styrol-Acrylnitril-Poly merisate, Polyacrylate, Polyphenylenoxid, Polysulfide, PPS, Polysulfone, Polyethansulfone, Celluloseester, Aminoplaste, Phenolplaste, Epoxidharze und Alkydharze verschiedener Zusammensetzung usw. Sie können sowohl in Substanz als auch in Lösungen oder als Dispersionen ein gesetzt werden. Auch beliebige Blends dieser Polymere sind möglich. Die Polymere können gegebenenfalls auch weitere Zusätze wie Plastifizierungsmittel, Antioxidan tien, Trennmittel, Wachse oder andere Polymeradditive, wie sie z. B. in E. W. Flick: Plastics Additives, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, USA, beschrieben sind, enthalten.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundstoffe er folgt bevorzugt nach neuen Verfahren, bei denen zunächst ein Gebilde aus dünnen endlosen Metallfasern intensiv mit einem Polymeren zu einem kompakten linearen oder flächigen Precursor imprägniert wird, dann dieser Pre cursor mit einem Thermoplasten ummantelt oder beschich tet und anschließend zerkleinert wird.

Zur Herstellung des Precursors können die endlosen Fa sern in Form von einem oder mehreren annähernd parallel ausgerichteten runden oder flachen Bündeln, als Flächen gebilde mit annähernd parallel ausgerichteten Fasern oder als textile Gebilde vorliegen. Solche textile Ge bilde sind beispielsweise Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte oder Gelege.

Führt man einzelne Fasern oder Drähte parallel in die Imprägniereinrichtung ein, ist eine vorherige Ver arbeitung der Fasern zu Kettbäumen durch Schären oder Zetteln vorteilhaft.

Geeignete Verfahren zur Imprägnierung des Fasergebildes unterscheiden sich nach der Art der Aufbringung des Polymeren. Bei Thermoplasten kann der Kunststoff aus der Schmelze, aus Lösungen oder Suspensionen, in Form von Pulvern, Folien, Fasern, Folienbändchen oder durch in-si tu-Polymerisation aufgebracht werden. Duromere werden als reaktive Systeme dünnflüssig auf die Fasern aufge bracht und anschließend vernetzt. Auch ein Imprägnieren mit Elastomerlatices ist möglich.

Der Kunststoff kann auf einmal oder in mehreren Portio nen unterteilt nacheinander aufgebracht werden. Es ist auch möglich, verschiedene Anteile desselben Thermopla sten in verschiedener Form einzubringen, beispielsweise einen ersten Teil aus einer Lösung und nach dem Entfer nen des Lösungsmittels einen zweiten Teil aus einer Schmelze. Ebenso können auch verschiedene Kunststoffe nacheinander aufgebracht werden, beispielsweise zunächst eine Elastomerschicht aus dem Latex und anschließend eine thermoplastische Schicht aus der Schmelze.

Fig. 1 zeigt ein mögliches Verfahren zur Durchführung des Imprägnierens. Von einem Gatter 1 werden die Metallfasern 11 von Spulen oder Kettbäumen 2 abgezogen. Verwendet werden 20 bis 3000, bevorzugt 50 bis 1200, Einzelfasern. Anschließend erfolgt eine Ausrichtung und Ordnung in einem nur schematisch angedeuteten Rollen system 3 nach bekannten Verfahren der Textiltechnik. An schließend wird das flache Band durch eine Schlitzdüse 4 in eine schmelzegefüllte Kammer 5 eingeführt, wo die eigentliche Imprägnierung beispielsweise durch Umlenkung mit Hilfe von Stiften 6 oder andere geeignete Impräg niersysteme durchgeführt wird. Eine anschließende Form düse 7 gibt dem Band seine endgültige, vorzugsweise runde oder rechteckige Querschnittsform. Der Thermoplast wird mit Hilfe eines Extruders 8 beispielsweise im Ge genstrom aufgegeben, wobei am anderen Ende über die Lei tung 9 der Uberschuß abgezogen wird. Ein Abzugssystem, vorzugsweise ein Bandabzug 10 zieht den Precursor 12 durch die Anlage. Nachgeschaltet ist beispielsweise eine Wickelvorrichtung 13.

Bei einem anderen Verfahren tauchen die Stifte 6 nicht direkt in die Schmelze ein, sondern werden mit Thermo plastschmelze belegt, die dann durch die Stifte in das Metallfaser-Gebilde eingearbeitet wird.

Der aus der Formdüse 7 austretende Precursorstrang hat vorzugsweise runde oder rechteckige Querschnittsgeome trie. Bei runder Geometrie sind Durchmesser zwischen 1 und 5 mm vorteilhaft, bei Rechteckgeometrie Breiten zwischen 3 und 10 mm und Höhen zwischen 0,2 und 3 mm.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird das hergestell te Precursorband mit einem thermoplastischen Polymer um mantelt.

Wird zum Ummanteln der gleiche Thermoplast eingesetzt wie der zuletzt auf den Precursor aufgebrachte Kunst stoff, so wird die Ummantelung vorzugsweise direkt in der Formdüse 7 durchgeführt, dadurch daß die Düsenöff nung den gewünschten Abmessungen des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes entspricht. Die Metallfasern werden dann so durch die Düsenöffnung geführt, daß sie im Zen trum des austretenden Stranges liegen. Das Ummanteln kann auch in einem völlig unabhängigen Schritt erfolgen, indem der Thermoplast nach Art der Kabelummantelung in einem Querspritzkopf oder ähnlichen Werkzeugen zwischen Formdüse 7 und Bandabzug 10 auf den fertigen Precursor 12 aufgebracht wird.

Unterscheidet sich der Thermoplast der Ummantelung von dem Matrixmaterial des Precursors, so kann die Ummante lung entweder nach Art der Koextrusion direkt in der Formdüse 7 erfolgen oder in einer nachgeschalteten Um mantelung des Precursors.

Das entstandene Verbundstoffband wird entweder sofort in Abschnitte der gewünschten Längen von 1-70, vorzugs weise 3-40, besonders bevorzugt 5-20 mm zerschnitten oder aufgerollt und als Endlosband zwischengelagert.

Nach diesem Verfahren können auch breite, flächige Pre cursorbahnen erzeugt werden, indem die schmelzgefüllte Kammer 6, sowie die Stifte 6 und die Düsen 4 und 7 ver breitert werden. Die Precursorbahn kann auch ohne Düse vom letzten Stift ablaufen. Auf diese Weise können flä chige Gebilde von bis zu 2000 mm Breite, vorzugsweise 4-1000 mm Breite erzeugt werden. Neben breiten paralle len Faserbündeln können auch die erwähnten Textilien, vorzugsweise Gewebe oder Gewirke verarbeitet werden.

Aus diesen flächigen Precursorbahnen wird der erfin dungsgemäße Verbundstoff durch einseitige oder bevorzugt zweiseitige Beschichtung und anschließende Zerkleinerung gewonnen.

Die Beschichtung kann entweder direkt in der Formdüse 7 oder durch anschließende Belegung mit einem Schmelze band aus einer Breitschlitzdüse eines Extruders oder durch Aufbringen von Folien, Pulvern, Lösungen oder polymersationsfähigen Monomersystemen erfolgen.

Ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Erzeugung großer Mengen des Verbundstoffes ist die Herstellung auf Doppelbandpressen, insbesondere wenn der Matrixwerkstoff des Precursors zumindest teilweise aus thermoplastischem Material besteht. Dann können Imprägnierung des Precur sors und Beschichtung in einem einzigen Schritt erfol gen.

Die beiden gleichartigen oder verschiedenen Thermopla sten können bevorzugt in Form von Folien zusammen mit dem Metallfasergebilde in die Doppelbandpresse eingezo gen werden.

Bevorzugt ist auch ein Verfahren, bei dem das Metallfa sergebilde mit einem Schmelzefilm des den Precursor im prägnierenden Thermoplasten belegt. Auf diese Bahn wer den einseitig oder bevorzugt zweiseitig ein oder mehrere Folien des beschichtenden Thermoplasten aufgelegt und zusammen mit Metallfasergebilde und Schmelzefilm direkt in den Spalt einer Doppelbandpresse eingezogen. Bei gleichen Thermoplasten für Precursor-Imprägnierung und Beschichtung kann selbstverständlich auch eine Teilmenge des Beschichtungs-Thermoplasten oder die gesamte Thermo plastmenge in Form von Schmelze aufgegben werden.

Selbstverständlich können auch beide Schritte einzeln oder nacheinander auf Doppelbandpressen durchgeführt werden. So läßt sich sowohl die Precursorherstellung als auch die Beschichtung allein auf einer Doppelbandpresse durchführen.

Die Doppelbandpresse weist bei Aufgabe der Thermoplasten in Form von Folien mindestens eine Heizzone und eine Kühlzone auf. Die Heiztemperatur muß bei amorphen Ther moplasten mindestens die Glasübergangstemperatur, bei teilkristallinen Thermoplasten mindestens die Kristall schmelztemperatur erreichen. In der Kühlzone wird die Verbundstoffbahn mindestens so weit abgekühlt, daß die nicht mehr an das Band anklebt.

Bei Aufgabe des inneren Thermoplasten in Form von Schmelze und des äußeren in Form von Folie kann mit einer einzigen Temperaturzone gearbeitet werden, die höchstens so hoch temperiert wird, daß der Verbundstoff bei Ablösen nicht am Band anklebt.

Besonders ist ein Verfahren, das auf einem bevorzugt be heizbaren Kalander mit mindestens einem Walzenpaar durchgeführt wird. Hier wird eine Teilmenge oder die Ge samtmenge des Beschichtungsthermoplasten ind Folienform auf den Oberflächen der Walzen eingezogen, während das Metallfasergebilde zusammen mit Thermoplastschmelze in den so mit Thermoplastfolien ausgekleideten Spalt einge zogen wird. Foliendicke und Heiztemperatur sind so zu wählen, daß eine ausreichende Imprägnierung der Metall fasern mit Thermoplast und eine gute Verbindung zwischen Folie und Schmelze erfolgt sowie ein Ankleben an den Kalanderwalzen verhindert wird.

Selbstverständlich sind auch diskontinuierliche Verfah ren auf statischen Taktpressen oder Etagenpressen mög lich, wobei die Thermoplaste bevorzugt als Folien einge zogen werden.

Fällt der Verbundstoff zunächst in flächiger Form an, so kann beispielsweise zunächst eine Auftrennung in Längsrichtung in Streifen gewünschter Breite erfolgen, die anschließend granuliert werden können. Besonders vorteilhaft ist die Granulierung mit einem Bandgranula tor. Das Auftrennen kann beispielsweise mechanisch über Schneidvorrichtungen oder durch Wasserstrahl oder durch Laserstrahlen erfolgen.

Bei anderen möglichen Verfahren wird der Kunststoff aus der Lösung, Suspension oder Latex aufgegeben. Dabei müs sen zunächst Lösungs- oder Suspendiermittel entfernt werden. Besonders aus der Lösung können dünne Impräg nierschichten und damit hohe Metallfaser-Gehalte des Precursors erreicht werden. Kunststoffpulver können bei spielsweise durch Wirbelsintern oder Pulverspritzen auf gebracht werden. Die Beschichtung erfolgt nach den ange gebenen Verfahrensschritten, beispielsweise in einer be heizten Düse, einem Kalander oder einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Presse unter gleichzeitiger Kompaktierung des Precursors.

Thermoplastische Kunststoffe können auch in Form von Fasern oder Folienbändchen vorliegen, beispielsweise in Form von gemischten Faserbündeln oder von Mischtextilien aus Metall- und Kunststoffasern.

Wird die Polymerisation oder Vernetzung direkt auf der Metallfaseroberfläche durchgeführt, so ergibt sich der verfahrenstechnische Vorteil, daß die Imprägnierung des Metallfasergebildes zunächst in einer niedrigviskosen, vergleichsweise niedermolekularen Ausgangssubstanz er folgen kann. Zur Imprägnierung sind Vorrichtungen nach Fig. 1 einsetzbar, wobei die niedrigere Viskosität eine höhere Produktionsgeschwindigkeit oder eine bessere Im prägnierung erlaubt. Bei Thermoplasten erfolgt die Poly merisation zwischen Formdüse 7 und Abzug 10 in einer be heizten Verweilzeitstrecke.

Da in einem niedrigviskosen Imprägniermedium dünnere Oberflächenschichten erzeugt werden können, ist auch ein Einsatz der mit vernetzten Duromeren beschichteten Me tallfasern im Thermoplastbereich denkbar.

Zusätzlich zu den Metallfasern kann das Precursormate rial auch Verstärkungsfasern aller Art, beispielsweise Glasfasern, enthalten.

Der nach diesem Verfahrensschritt in verschiedenen mog lichen Vorrichtungen erzeugte Precursorwerkstoff wird in einem zweiten Verfahrensschritt mit einer anderen, thermoplastischen Matrix umhüllt. Die Umhüllung kann nach einem beliebigen Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise können alle zur Imprägnierung der Metall fasern geeigneten Verfahren angewandt werden. Möglich ist auch eine Ummantelung mit Thermoplasten nach dem Reaction-Injection-Moulding-Verfahren.

Als Matrixmaterialien für die Umhüllung des Precursors können beliebige thermoplastische Polymere in Substrat, Lösung, als Dispersion oder in Form von Folien einge setzt werden. Auch die Verwendung von Monomeren und an deren Vorprodukten dieser Polymere ist möglich. Es empfiehlt sich für die Umhüllung ein Material mit höhe rer Viskosität als das für die Imprägnierung verwendete Polymere. Im allgemeinen sollte der Unterschied in den Viskositäten Δ ε = 20 Pa · s betragen. Als Beispiele solcher Thermoplaste seien genannt:

Olefin- und Polyolefin-Homo- und Copolymerisate z. B.: Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, Polyisobutylen, PVC, Ethylenvinylacetatpolymere, fluorhaltige Polymere, Polyacetale, Polystyrol, Styrol-Copolymerisate, aroma tische, aliphatische und gemischte Polyester und Poly amide und -imide, Polyether, Polycarbonate, Polyuretha ne, Polyharnstoffe und andere Polymere nach dem Polyiso cyanat-Polyadditionsverfahren, Polyacrylate, Poly phenylenoxid, Polysulfide, PPS, Polysulfone, Polyether sulfone, Polyetherketone, Polyetheresterketone. Die Polymere können gegebenenfalls auch weitere Zusätze wie Plastifizierungsmittel, Antioxidantien, Trennmittel, Wachse oder andere Polymeradditive, wie sie z. B. in E. W. Flick: Plastics Additives, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, USA, beschrieben sind, enthalten. Die erfindungsgemäß einzusetzenden Thermoplaste können auch Feststoffe beliebiger Art und Zusammensetzung enthalten; diese können organischer oder anorganischer Natur sein und werden im Rahmen dieser Erfindung der Einfachheit halber als Füllstoff bezeichnet. Als Beispiel für solche 8toffe seien genannt:.

Carbonate wie Kreide oder Dolomit, Silikate wie Talkum, Kaolin, Glimmer, Wollastonit, usw., Siliciumdioxid, Alu miniumoxid, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Graphit, Kohle u. ä., Flasfasern, Glaskugeln, Gesteinsmehl, Hohlglasku geln, Verstärkungsfasern wie z.B. Glas-, Kohlenstoff und Polymerfasern, Siliciumcarbid und -nitrid, Alumi niumtitanat sowie andere Pulver für die Keramikherstel lung, Molybdänsulfid, Zinksulfid, Zinkoxid, organische und anorganische Pigmente, verschiedene Metalloxide, Metallpulver und -fasern, metallisierte Fasern und ande re metallisierte Füllstoffe, Flugasche, Mikroballons, TiO₂, Zemente, MgO, Mg(OH)₂, Bor, Silicium usw.

Die Verstärkungsfasern können in Form von Rovings, Garnen, Zwirnen, Seilen endlos oder als Schnittfaser vorliegen. Sie können auch in textiler Form beispiels weise als Endlosmatten, Schnittmatten, Gewebe, Ge stricke, Gewirke in flächige Verbundstoffe eingearbeitet werden, wobei das erfindungsgemäße Verbundstoffkorn nach dem Zerschneiden entsprechende Anteile enthält.

Die Füllstoffe können amorph oder kristallin sein, massiv, porös oder Hohlkörper sein, z. B. die Gestalt von Pulvern, Kugeln, Plättchen, Nadeln, Hanteln oder Fasern besitzen.

Sie werden in Mengen von 0,1-99, bevorzugt 0,5-80, besonders bevorzugt 30-70 Gew.-%, mit den nachstehen den Matrixstoffen nach an sich bekannten Verfahren ver mischt.

Die Auswahl der Polymere für die Herstellung der erfin dungsgemäßen Verbundstoffe ist einfach, und der Fachmann ist mit Hilfe von wenigen Versuchen in der Lage, einen für den gewünschten Zweck optimalen Verbundstoff herzu stellen. Der Einsatz verschiedener Stoffe bei der Im prägnierung der Metallfasern und bei der anschließenden Umhüllung führt zu einem besonders vorteilhaften Verhal ten der erfindungsgemäßen Verbundstoffe bei deren Wei terverarbeitung zu Formteilen mit abschirmender Wirkung. Durch die Auswahl geeigneter Imprägnierungs/Umhüllungs materialien wird gewährleistet, daß die Metallfasern beim Spritzguß geschützt werden, d. h. nicht oder wesentlich weniger, als dem Stand der Technik ent spricht, geschädigt werden, und daß sie überraschend gleichmäßig im Formteil verteilt werden.

Die Verstopfung von Einspritzdüsen wird verhindert und eine Beschädigung der Spritzgußmaschine durch Metallab sorb ganz oder weitgehend unterdrückt.

Es ist nämlich ein weiteres charakteristisches Merkmal der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe, daß sie einen kompakten, Metallfasern-reichen Bereich enthalten, der dazu führt, daß die vollständige und gleichmäßige Ver mischung der Fasern mit dem Umhüllungspolymer und die damit verbundene Scherbeanspruchung erst in einer spä teren Phase der Spritzgußverarbeitung stattfindet, d. h. dann, wenn ein optimaler plastischer Zustand des Umhüllungspolymers erreicht wurde. Damit wird eine be sonders schonende Einarbeitung der Metallfasern gewähr leistet.

Durch die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Verbund stoffe wird auch eine Entmischung der imprägnierten Me tallfasern und der Thermoplast-Matrix verhindert, die zu Inhomogenitäten im Formteil führen würden.

Als typische Beispiele für Polymerkombinationen, die für die Herstellung des Precursors bzw. dessen Ummantelung eingesetzt werden können, seien z. B. Polyamid/Polycar bonat-Polymere genannt:

Polyamid 66/Polyamid 6, Polyamid 66/Glasfaser enthalten des Polyamid 6, Polyamid 66/Polycarbonat, Polycarbonat/ Polyamid, Polyamidimid-Polyamid 66/Polycarbonat, Poly amid 66/Polyester, Polyamid 6/Polycarbonat.

Weitere Kombinationen können leicht aus den oben genann ten Imprägnierungs- bzw. Umhüllungsmaterialien abgelei tet werden.

Die erfindungsgemäßen Verbundstoffe haben bevorzugt einen Metallfaseranteil von 20-70 Vol.-% im Precursor und 3-30 Vol.-% im Verbundstoff.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren enthaltenen Verbundstoffe können unmittelbar nach der Ummantelung des Precursors in Längen von 1-70, bevorzugt 3- 40 mm, geschnitten werden. Sie können aber auch zuerst als endlose Verbundwerkstoffe hergestellt werden und erst vor der jeweiligen Weiterverarbeitung granuliert werden. Die erfindungsgemäßen Verbundstoffe eignen sich direkt für die Herstellung von Formteilen mit abschir mender Wirkung gegenüber elektromagnetischer Strahlung nach dem Spritzgußverfahren.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Verbundstoffe bei der Herstellung von abschirmenden Formteilen auch in Abmi schungen mit reinen, gegebenenfalls von denen bei ihrer Herstellung eingesetzten verschiedenen Polymeren einge setzt werden können, so werden sie besonders bevorzugt direkt eingesetzt. Es ist nämlich der besondere techni sche Vorteil der erfindungsgemäßen Verbundstoffe, daß sie ein für den jeweiligen Abschirmzweck optimales Ver hältnis Metallfasern/Polymer besitzen. Dadurch wird eine reproduzierbare Herstellung von Formteilen mit einem ge wünschten, weitgehend konstanten Gehalt an Metallfasern gewährleistet. Der abschirmende Formteil kann in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden, d. h. ein Vorcompoundieren, bei der die Metallfasern geschert und dadurch beschädigt würden, kann entfallen.

Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbundstoffe er hältlichen Formkörper haben im allgemeinen einen Metall gehalt von 2-30 Vol.-% und eine Abschirmwirkung bei 27 MHz, von mehr als 15 dB (magnetische Komponente, Nahfeld).

Der Oberflächen- und Durchgangswiderstand der Formteile gemäß DIN 53 482 beträgt im allgemeinen mehr als 10⁵ Ω×cm.

Bei den in den nachfolgenden Beispielen angegebenen Pro duktenbezeichnungen handelt es sich zum Teil um einge tragene Warenzeichen.

Beispiel 1

In einer Imprägnieranlage nach Fig. 1 wurden 1000 m eines Bandprofils 4 mm×0,8 mm hergestellt. Als Ma trixmaterial diente Polyamid 6,6 (Bayer-Durethan A 30 S). Es wurden 500 Kupferdrähte mit 50 µm Durchmes ser (Hersteller: Harländer und Schmidt, Roth bei Nürn berg) von 5 Kettbäumen zu je 100 Fäden abgezogen. Das erhaltene Band enthielt 30,7 Vol.-% oder 77,9 Gew.-% Kupfer. Der Meter Band wog 11,3 g.

Das Band wurde in einem Drahtummantelungsextruder mit verschiedenen Mengen Polyamid 6 (Durethan B 305, Bayer AG) umhüllt und anschließend in Teile von 15 mm Länge geschnitten.

Beispiel 2

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurden als Umhüllungsmaterial Polycarbonat-Polymere (Makrolon 2400 (Beispiel 2A) bzw. 2800 (Beispiel 2B), Bayer AG) eingesetzt.

Beispiel 3

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde als Umhüllungsmaterial glasfaserverstärktes Polyamid (Durethan BKV 15, Bayer AG) eingesetzt.

Beispiel 4

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde für die Imprägnierung von Metalldrähten Poly carbonat verwendet (Makrolon 2800, Bayer AG).

Beispiel 5

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde für die Imprägnierung Polyamid 6 (Durethan B 30 S, Bayer AG) und für die Umhüllung Polycarbonat (Makrolon 2400, Bayer AG) eingesetzt.

Beispiel 6

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde für die Imprägnierung ein Polycarbonat (Ma krolon 2800, Bayer AG) und für die Ummantelung ein Poly merblend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol und Polycarbo nat (Bayblend T 65 MN, Bayer AG) verwendet.

Beispiel 7

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch mit 800 Kupferdrähten und Polyphenylensulfid-Ma trix. Dabei ergab sich ein Band mit 49,0 Vol.-% oder 88,5 Gew.-% Kupferanteil. Das Band wog 15,8 g/m und wur de so mit Polyamid 6 (Durethan B 30 S, Bayer AG) um hüllt, daß ein Verbundstoff mit 30 Gew.-% Kupfer ent stand; dieser wurde in 10 mm lange Teile geschnitten.

Beispiel 8

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch mit 1000 Kupferdrähten und Polycarbonat (Makrolon 2800) als Matrixwerkstoff. Dabei ergab sich ein Band mit 61,3 Vol.-% bzw. 92,7 Gew.-% Kupferanteil. Das Band wog 18,9 g/m und wurde mit einer Polyamid 6-Matrix so um hüllt, daß ein Verbundwerkstoff mit 32 Gew.-% Kupfer entstand; dieser wurde in 15 mm lange Teile geschnitten.

Beispiel 9

Analog Beispiel 1 wurde ein Rundprofil mit einem Durch messer von 3 mm hergestellt mit feuerverzinkten Kupfer drähten von 100 µm Durchmesser (Hersteller: Lacroix und Kress, Klasing, Bramsche). Mit 500 Drähten in einer Polyamid 6,6-Matrix ergab sich ein Kupfergehalt von 55,5 Vol.-% bzw. 90,7 Gew.-%. Das Profil wog 38,6 g/m und wurde so mit Polyamid 6 umhüllt, daß ein Verbund stoff mit 30 Gew.-% Metall entstand; dieser wurde in 15 mm lange Teile geschnitten.

Beispiel 10

Ein analog Beispiel 1 hergestelltes Bandprofil 4,5 mm ×0,5 mm mit 1000 Kupferdrähten von 40 µm Durchmesser und Polyamid 6,6-Matrix ergab einen Kupfergehalt von 31,7 Vol.-% bzw. 78,7 Gew.-% bei einem Gewicht von 8,0 g/m. Dieses Band wurde so mit Polyamid 6 (Durethan B 30 S) ummantelt, daß ein Verbundwerkstoff mit 27 Gew.-% Kupfer entstand, der anschließend in 15 mm lange Teile geschnitten wurde.

Beispiel 11

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde zur Imprägnierung ein Liquid Crystal Polymer (LCP) (Bayer-Versuchsprodukt KU 1-9220) verwendet. Bei 31,7 Vol.-% ergaben sich hier 75,3 Gew.-% und ein Band gewicht von 8,4 g/m. Das Band wurde so mit Polyamid 6 (Durethan B 30 S) umhüllt, daß ein Verbundstoff mit 29 Gew.-% Kupfer entstand, der anschließend in 15 mm lange Teile geschnitten wurde.

Beispiel 12

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde in das Band zusätzlich ein Roving von 1200 tex Glasfaser eingearbeitet. Nach Umhüllung mit Polyamid 6 enthielt der erhaltene Verbundstoff 25 Gew.-% Kupfer.

Beispiel 13

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde als Umhüllungsmaterial Polycarbonat (Makrolon 2400) eingesetzt. Die Länge des erfindungsgemäßen Ver bundstoffes betrug 7 mm.

Beispiel 14

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, je doch wurde als Metalldraht ein versilberter Kupferdraht der Firma Harländer und Schmidt mit einem Durchmesser von 59 µm verwendet. Mit 500 Drähten wurde in Poly amid 6,6-Matrix ein Kupfergehalt von 42,7 Vol.-% oder 85,6 Vol.-% erreicht. Das Band wog 14,3 g/m und wurde mit verschiedenen Mengen Polyamid 6 (Durethan B 30 S) umhüllt und anschließend in 15 mm lange Teile geschnit ten.

Anwendungsbeispiele Beispiel 15

Die gemäß Beispielen 1-14 hergestellten Verbundstoffe wurden durch Spritzguß zu Formteilen verarbeitet, deren abschirmende Wirkung im Bereich des magnetischen Nahfel des nachfolgend erläutert wird. Die angegebenen Ab schirmwerte entsprechen den Normen NSA-No 65-6 und US-MIL-STD 285 (Abstand×Sender-Schirm: ca. 50 mm, Lochscheibe 80 mm Durchmesser, Kästen 200×100× 60 mm).

Tabelle 1

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Claims

1. Metallfasern enthaltende Verbundstoffe, in denen die Fasern weitgehend parallel ausgerichtet sind, erhalten durch Imprägnieren eines Faserbündels aus endlosen Metallfasern, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 35-200 µm aufweisen, mit einer oder mehreren polymeren haftvermittelnden Sub stanz(en), Ummantelung oder Beschichtung des dabei erhaltenen kompakten Precursors mit einer thermo plastischen Matrix und Zerschneiden des so ent standenen Verbundstoffstranges in definierte Längen.

2. Verbundstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das (die) Polymere(n) für die Im prägnierung und das für die Ummantelung voneinander verschieden sind.

3. Verbundstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sie Metallfasern aus Cu, Ag, Fe, Ni, Co oder deren Legierungen auch mit anderen Metallen enthalten und deren Anteil im Precursor 20-70 Vol.-% und im Verbundstoff 3-30 Vol.-% beträgt.

4. Verbundstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Imprägnierung mit Thermoplast schmelze über Stifte oder Rollen erfolgt, die das zu imprägnierende Faserbündel umlenken.

5. Verbundstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Imprägnierung und Beschichtung in einer Doppelbandpresse, einer Taktpresse oder einem Kalander durchgeführt werden.

6. Verbundstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Precursor in flächiger Form mit Breiten zwischen 4 und 2000 mm ein- oder beidseitig mit Thermoplast beschichtet ist.

7. Verbundstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Herstellung des Precursors Poly amide, Polyimide, Polycarbonat, Polyurethane, Poly harnstoffe oder andere Polymere nach dem Polyiso cyanat-Polyadditionsverfahren, Polyester, Poly olefine, Polyacrylate, Polyphenylensulfid, Poly ether, Styrol-Butadien-Acrylnitril(Co)polymere, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polyacetale oder beliebige Blends dieser Polymere eingesetzt wer den.

8. Verfahren zur Herstellung von Formteilen zur Ab schirmung von elektromagnetischer Strahlung im Spritzgußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbundstoffe gemäß Anspruch 1 verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbundstoffe gemeinsam mit metall freien Polymer-Pellets als "master batches" ver wendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallgehalt in den Formteilen 2-30 Vol.-%, die Abschirmungswirkung bei 27 MHz) 15 dB und der Oberflächen- und Durchgangswiderstand gemäß DIN 53 486) 10⁵ Ω×cm betragen.