DD283231A5

DD283231A5 - Verfahren zur herstellung eines elektromagnetische wellenstrahlung abschirmendes material

Info

Publication number: DD283231A5
Application number: DD32864289A
Authority: DD
Inventors: Jens Haupt; Andreas Guenther; Erika Lohmer; Thomas Furche; Reinhard Szlewis
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-10-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetische Wellenstrahlung abschirmendes Material. Sie beinhaltet ein Verfahren, welches die Herstellung eines leichtgewichtigen Werkstoffes gewaehrleistet, der aufgrund seiner Zusammensetzung eine optimale Abschirmung elektromagnetischer Wellenstrahlung ueber einen breiten Frequenzbereich realisiert. Gleichzeitig haertet dieser Werkstoff bei Raumtemperatur aus. Das wird dadurch erreicht, dasz in einem Aluminium-Plast-Verbundwerkstoff Lagen von Aluminium-Folie und Schichten, bestehend aus einem Acrylatharz-Aluminium-Gemisch und einem Polymer, wechselseitig angeordnet sind. Diese Verbundwerkstoffe gewaehrleisten einen optimalen Einsatz als Werkstoff zum EMI-Schutz, der gleichzeitig eine grosze Langzeitstabilitaet auch bei hoher Beanspruchung gewaehrleistet.{Wellenstrahlung, elektromagnetisch; Aluminium-Plast-Verbundwerkstoff; Aluminium-Folie; Acrylatharz-Aluminium-Gemisch; EMI-Schutz; Langzeitstabilitaet; Material, abschirmend}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar auf dem Gebiet der Strahlenschutztechnik, speziell bei der Herstellung von elektromagnetische Strahlung abschirmenden Materialien. Sie ist beispielsweise einsetzbar zur Verkapselung von Bauelementen oder Leiterplatten sowie zum Schutz strahlungsempfindlicher Geräte.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der Fach- und Patentliteratur sind eine Reihe von Möglichkeiten der Abschirmung von Objekten gegen elektromagnetische Wellenstrahlung bekannt. Bei Wolf, G.D., Sirinyan, K.: Eine neue Möglichkeit zum Galvanisieren von Polyamid-Spritzgußteilen. Galvanotechnik 75(1984)8, S.977/982 und bei Ebneth, H., Fitzky, H.-G.: Plastverarbeiter 33(1982) S.760/764 wird beispielsweise empfohlen, die in Frage kommenden Gegenstände aus Kunststoff mit Metall zu besprühen, Kunststoffgehäuse chemisch oder chemogalvanisch zu metallisieren. Lackierungen mit Silber, Nickel oder Kupfer enthaltenden Lacken aufzubringen, eine Vakuummetallisierung, ζ. B. mit Aluminium oder ein Elektrosputtern mit Schwermetallen vorzunehmen s. a. Trompler, S.: Metallisieren von Kunststoffen im Hochvakuum, Kunststoffe 78(1989) S.490/491

Die gemeinsamen Nachteile all dieser Lösungen bestehen

- in der Notwendigkeit der Vorbehandlung der Polymeroberfläche

- in den mangelnden Benetzungseigenschaften zwischen Metall und Polymer

- in der niedrigen Verbundstabilität und geringen Haftfestigkeit der Metallschicht, so daß eventuelle zusätzliche Überzüge (z. B. Lacke, usw.) erforderlich sind

- in der mechanischen Angreifbarkeit der metallisierten Schicht

- im hohen technologischen Aufwand des jeweiligen Verfahrens

- in der minimierten Anwendungsbreite der Lösungen.

Es wurden auch thermoplastische Materialien verwendet, die Metallflocken von Nickel, Kupfer oder Aluminium (US-Pb

4 559 506), rostfreie Stahlfase; 11, elektrisch leitfähigen Kohlenstoffruß (DE-OS 3 441 900) oder eine Kombination dieser Füllstoffe enthalten.

Die Nachteile beim Zusatz von Aluminiumflockon oder Stahlfasern sind

- die sehr hohen Füllgrade

- bei Aluminiumflocken die Bildung einer Oxidschicht und damit das Absinken der Abschirmwirkung bei Langzeitanwendungen.

Die Nachteile, Polymere mit Ruß zu modifizieren, bestehen hauptsächlich in

- der chemischen Aktivität der Ruße. Es treten Reaktionen zwischen Rußoberfläche und Matrixpolymeren auf

- Kristallisationsphänomenen

- mangelnden Benetzungseigenschaften einiger Polymere.

Der Haupt vachteil dieser thermoplastischen Materialien besteht darin,

- daß ihre Abschirmwirkung gegen 0 verläuft, wenn die aus ihnen hergestellte Schutzbeschichtung eine Verletzung, beispielsweise einen Riß oder Spalte aufweist.

Ein weiterer Nachteil äußert sich darin, daß eine Herstellung der Plast-Verbundwerkstoffe nur bei stark erhöhten Temperaturen erfolgen kann:

- DE-PS 3 543 301 -Zugabe von Kupfer- ο Jer Zjnkpulver zu Acrylharzen (P 4MA). Heißpressung erfolgt bei 18O⁰C

- GB-PS 2115 824-Zugabe von Aluminium- oder Zinkmetallfolienstückchen zu Polymeren. Einmischung erfolgt bei 70-90⁰C. Es ist weiterhin aus der Literatur bekannt, r .etallisierte Gewebe, beispielsweise vernickelte Gewebe auf Kohlenstoffasern zur

. EMI-Abschirmung zu verwenden, s. Ebneth, H.: Verbundwerkstoffe mit metallisierten Verstärkungsfasern. Kunststoffe 76(1986)3, S. 258/262. Problematisch an dioser Lösung ist, daß die textiltechnische Konstruktion des Gewebes von entscheidenden Einfluß auf den EMI-Schutz ist. Die Abstände der Kreuzungspunkte des Kett- und Schußfadens sollte im Gittergewebe λ/10 nicht überschreiten, wenn keine Minderung der Schirmdämpfung eintreten soll.

Bei Raumtemperatur, also kaltaushärtende Plast-Metall-Verbundwerkstoffe sind nur als Abschirmmaterial gegen Gamma- und Neutronenstrahlung bekannt. Dabei werden 50-65% Masseteile Aluminium mit 50-35 Massetellen eines Polymers versetzt. Die Abschirmwirkung dieses Verbundwerkstoffes gegen elektromagnetische Wellenstrahlung ist nicht bekannt, da der prozentuale Gehalt an Aluminium zum Polymer nicht ausreichend ist. Eine weitere Steigerung dieses zur Erzielung einer abschirmen .en Wirkung gegen elektromagnetische Wellenstrahlung ist nicht möglich, da sich damit die Verbundstabilität und die Haftfestigkeit des Metalls im Kunststoff zunehmend verschlechtert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt in der Bereitsteilung eines leichtgewichtigen Verbundwerkstoffes zum EMI-Schutz, der technologisch leicht beherrschbar ist und eine Langzeitstabilität gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen bei Raumtemperatur aushärtenden Werkstoffes zu schaffen, der aufgrund seiner Zusammensetzung eine effektive Umsetzung der elektromagnetischen Wellenstrahlung in Wirbelströme über einen breiten Frequenzbereich und damit verbunden eine optimale Abschirmwirkung gegen elektromagnetische Wellenstrahlung realisiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetische Wellenstrahiung abschirmendes Material aus Aluminium-Plast-Verbundwerkstoff dadurch gelöst, daß im Aluminium-Plast-Verbundwerkstoff Lagen von Aluminium-Folie und Schichten, bestehend aus 50 Masseteilen Acrylharz-Aluminium-Gemisch im Verhältnis 1:1 und 50 Masseteilen eines zugesetzten Monomers, wechselseitig angeordnet werden. Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die mittleren Lagen der Aluminium-Folie zur Sicherung und Steigerung der Verbundstabilität und der Haftfestigkeit des Metalls im Kunststoff mit Löchern versehen sind. Vorteilhaitorweise kann als Monomer Methacrylsäuremethylester eingesetzt werden

Die Vorteile der Lösung ergeben sich im wesentlichen dadurch, daß

- ein leichtgewichtiger Werkstoff erhalten wird, der elektromagnetische Wellenstrahlung optimal abschirmt

- dieser Werkstoff bei Raumtemperatur aushärtet

- sich die elektromagnetische Abschirmung derart erhöht, daß eine Steigerung der Schirmdämpfungswerte um etwa 20-80% im Vergleich zum massiven Aluminium zu verzeichnen ist.

- Nachbehandlungen des Aluminium-Plast-Verbundwerkstoffes mit Überzügen zur Erhöhung der Verbundstabilität und der Haftfestigkeit entfallen

- ein optimaler Einsatz als elektromagnetische Welienstrahlung abschirmendes Material mit sehr geringem Gewicht gegeben ist, der eine große Langzeitwirkung auch bei hoher Beanspruchung gewährleistet.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Zur Herstellung des Aluminium-Plast-Verbundwerkstoffes werden 50 Masseteile Acrylharz-Pulver mit einem Katalysator und Beschleuniger, gut geeignet ist Kolloplast R, mit 50 Masseteilen Aluminiumpulver einer Körnung d<0,3 mm vermischt. Dem Pulvergemisch wird das flüssige Monomer, vorzugsweise Methacrylsäuremethylester, unter ständigem Verrühren in einer Menge von 1 ml des Monomers auf 1 g Pulvergemisch zugesetzt, solange bis die vollständige Benetzung des Gemisches erfolgt ist. Die entstandene Vergußmasse kann danach in eine bereitgestellte Form gegossen werden, die zuvor mit einer Lage Aluminium-Folie der Stärke d 0,02mm ausgelegt wurde. Anhand des Ausführungsbeispiels erweist sich als optimale Variante, die mittleren Lagen der Aluminium-Folie mit Löchern zu versehen, da hier die Verbundstabilität zwischen Matrix und Metall verbessert wird.

Im Probekörper wurden 5 Lagen Aluminium-Folie eingebracht, wobei zum Abschluß ebenfalls eine ungelochte Folie aufgelegt wurde. Es reichen etwa 2-3 Stunden bei Raumtemperatur aus, um ein formstabiles Gußstück aus der Form entnehmen zu können.

Nach etwa 48 Stunden ist die vollständige Durchhärtung abgeschlossen.

In nachfolgender Tabelle und grafischer Darstellung erfolgt eine Auf- und Gegenüberstellung von Ergebnissen der Mersung zur Schirmdämpfung unterschiedlicher Materialproben. Diese Materialproben wurden mit einem Meßaufbau analog zu I ckersley, A.: „H-fieid shielding effectiveness of flame-sprayed and thin solid aluminium and copper sheets" in IEEE Transactioi.s on Electromagnetic Compatibility, Vol. EM(MO, No 1, March 1968, pp 101-104 untersucht. Diese Meßmethode bestimmt die in jedem Falle kritische Dämpfung der magnetischen Feldkomponente im Nahfeld.

Es? werden die Schirmdämpfpungswerte A einer Probe aus massiven Aluminium den Schirmdämpfungswerten B einer Probe aus dem Aluminium-Plast-Verbundwerkstoff in Abhängigkeit von der Frequenz f gegenüberstellt. Zur rechnerischen Ermittlung der Schirmdämpfungswerte C galten als Grundlage die Gewichte des massiven Aluminium-Plast-Verbund-Probekörpers

(G = 12,15g; ö^ren = 2,7g/cm₃) und des Aluminium-Plast-Verbund-Probekörpers (G = 5,15g; a^VERBUND= 1,4g/cm₃). Die WerteC treffen Aussage über die Schirmdämpfung eines angenommenen Prpbekörpers aus massiven Aluminium, der allerdings nur das Gewicht des Aluminium-Plast-Verbund-Probekörper besitzt.

f	A	B	C	D
-KHz-	-dB-	-dB-	-dB-	-%-
10	21,5	7,0	9,1
20	30,5	12,0	12,9
30	35,5	15,5	15,1	103
50	41,0	21,0	17.4	121
70	44,5	24,5	18,9	130
100	48,0	28,5	20,4	140
150	52,0	35,5	22,0	161
200	53,0	40,0	22,5	178
1000	72,0	55,0	33,5	180

Die Werte D geben die prozentuale Steigerung der Schirmdämpfung in Gegenüberstellung des neuen Aluminium-Plast-Verbundwerkstoffes zum angenommenen Probekörper aus massiven Aluminium gleichen Gewichts wieder. Gestützt wird diese Aussage durch die in der Zeichnung dargelegte grafische Darstellung der Schirmdämpfungswerte B und C in Abhängigkeit von der Frequenz.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetische Wellenstrahlung abschirmenden Materials aus Aluminium-Plast-Verbundwerkstoff, gekennzeichnet dadurch, daß im Alumin'um-Plast-Verbundv arkstoff Lagen von Aluminium-Folie und Schichten, bestehend aus 50 Masseteilen
Acrylatharz-Aluminium-Gemisch im Verhältnis 1:1 und 50 Masseteilen eines zugesetzten
Monomers, wechselseitig angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die mittleren Lagen der Aluminium-Folie zur Steigerung der Verbundstabilität mit Löchern versehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Monomer
Methacrylsäuremethylester ist.