CN114642089A - 用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品，包括a)至少一个金属箔，以及b)包括纤维材料、薄膜材料或泡沫材料的平面基材，或者由纤维材料、薄膜材料或泡沫材料构成的平面基材，其中所述层压制品具有数个由开设在所述层压制品的基面内的切口所形成的物体，本发明还涉及一种使用这种层压制品来制造屏蔽电磁辐射的部件的方法以及所述层压制品用于屏蔽电磁射线的用途。

Description

用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品
发明领域
本发明涉及一种用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品、一种制造屏蔽电磁辐射的部件的方法、通过该方法所获得的部件以及该柔性层压制品用于屏蔽电磁射线的用途。
背景技术
电磁波具有电场分量和磁场分量。无论电子部件是载流部件还是用于储存电力的部件，该电子部件发出的波都会造成相互间的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)。由于半导体技术的巨大进步，电子部件已经变得越来越小，其在电子装置中的密度也显著变大。例如电动车、航空航天技术、医疗技术或消费电子等领域的电子系统越来越复杂，这对各个元件的电磁兼容性提出了巨大挑战。例如在电动车中，高功率电力驱动装置被集成在非常小的空间内，并由电子部件控制。许多领域使用具有附属的电子控制器件的锂离子电池来储存和提供电能。必须确保各个部件绝不会相互干扰。为了实现电磁兼容性，已知的做法是借助屏蔽壳体来抑制电磁干扰。例如根据DIN VDE 0870，电磁兼容性(EMV)一词被定义为电气设备在其环境中令人满意地运行而不对环境产生不当影响的能力，该环境也可能包含其他设备。因此，EMV必须满足两个条件，即对发射辐射的屏蔽和对其他电磁辐射的抗干扰。在许多国家，相应的设备必须符合法律规定。根据DIN VDE 0870，电磁干扰(EMI)是电磁波对电路、设备、系统或生物的影响。这种影响可能导致受影响的对象出现可接受或不可接受的损害，例如对设备功能的损害或对人的危害。在此情况下，必须采取相应的保护措施。与EMI屏蔽有关的频率范围一般在100Hz与100GHz之间，具体来说约为10MHz至10GHz。
一项成功的电动车技术，其挑战在于部件的电磁兼容性以及节能和热管理。现代无刷电机以及各种控制单元的使用需要提供交流和三相电流形式的电力。在此过程中，电子元件会发出非期望的不同频率的磁振荡、电振荡和电磁振荡，这些振荡可能成为其他控制单元的干扰源，或者控制单元本身的功能被其他部件发出的振荡所干扰。
已知的做法是用金属(例如铝)制成的壳体对电子元件进行电磁屏蔽，使其在功能性能上不会相互产生负面影响。然而，使用纯金属屏蔽件会产生各种不足，如材料重量大，冲压、弯曲和腐蚀保护层的施覆会使制造变得复杂，成本高。金属材料的设计自由度也非常有限。与金属相比，将塑料屏蔽件塑造成所需形状容易得多。由于大多数塑料是绝缘体，因此，通过例如以电镀或气相沉积(physical vapor deposition,PVD)的方式施覆表面涂层，可赋予这些塑料以所需的导电性。已知的替代方案是使用包括至少一个含有塑料和/或纤维的层和至少一个铝层的分层材料(Schichtmaterial)。这些分层材料的缺点是，它们在没有机械损伤(特别是开裂)的情况下进行三维变形的能力非常有限。
还为人所知的是，使用透明支架来对屏幕进行电磁屏蔽，支架上印有由电磁屏蔽材料构成的网格，网格线很细，间距很大。例如，EP 0998182 A2(DE 69923142 T2)描述一种电磁屏蔽板，可作为前板安装在屏幕前面，以屏蔽从屏幕正面发出的电磁辐射。通过导电网格实现电磁屏蔽，各条网格线必须设计得足够细，且具有足够的间距，以便使网格线尽可能不被看到。例如在玻璃板上印刷导电浆料以产生网格图案。
DE 102005001063 A1描述一种特别是在建筑物中用于屏蔽电磁波的分层材料。该分层材料包括至少一个包含纤维的层和至少一个铝层。包含纤维的层可以是织造物、编结物、针织物、网布、纤维束，且优选是无纺纤维。据介绍，铝层和包含纤维的层均可设置穿孔，以使粘合剂和沥青更好地渗透到材料中，并使气体逸出。另据介绍，铝层可以在至少一个方向上具有延展性，以包含纤维的层在这个方向上的长度为参照，该延展性达到2％至35％。该案未提及，开设穿孔是为了改善延展性。
WO 2008/130201 A2则是使用包括聚合物树脂层和至少一个金属箔层的层压制品来屏蔽电磁波。与纯金属箔相比，这种层压制品具有良好的拉伸稳定性和柔性。该发明的实施方式涉及的是一个表面或两个表面具有压花区域的层压制品或具有穿孔区域的层压制品。穿孔区域的直径优选在10μm至5mm的范围。亦即，事关在层压制品上形成特定直径的孔，也就是从层压制品上去除材料的冲孔处理。设置压花区域和/或穿孔区域是为了使层压制品具有与金属织物相当的柔性。这个文献既未提出在层压制品上(至少在金属箔中)设置切口以改善柔性，又未揭示这些切口的几何形状可能对机械特性产生影响。
WO 2008/127077 A1描述一种用于屏蔽电磁波的导热分层材料，包括弹性载体层和至少一个层压在该载体层上的导热层。弹性载体层具有由数个穿孔区域组成的图案，而导热层具有导热凸起，这些凸起由导热层上的切口形成，并且与弹性载体层的穿孔区域同轴。导热凸起朝弹性载体层的背面折叠，从而穿过载体层的穿孔区域，并突出于弹性载体层的背面，以便与弹性载体层的背面接触。借此实现z轴方向上的导热性。这个文献同样未提出在层压制品上设置切口以改善柔性，也就是未从层压制品上去除材料，也未揭示这些切口的几何形状对机械特性有影响。
综上所述，现有技术中所描述的层压制品具有至少一个下述缺点：
-由至少一个载体层如聚合物薄膜或含纤维层和至少一个金属层组成的简单层压制品，只在非常有限的范围内适合用来包覆三维结构(特别是构造复杂的结构)以屏蔽电磁波。具体来说，这些层压制品缺乏施力较小时的高延展性。
-即使是已知的穿孔或冲孔层压制品，在一个以上的空间方向上也往往不具备良好的延展性。如果在包覆三维结构时施加过大的力，层压制品会不受控制地撕裂。在这样的裂缝区域，电磁屏蔽会受到严重影响。所设置的穿孔或冲孔不允许以较小的施力拉伸层压制品，当受到拉伸负荷时，会导致不希望的进一步撕裂。
因此，需要有能减少或避免上述缺点的层压制品。具体来说，这样的层压制品应兼具良好的电磁屏蔽和良好的悬垂行为。此外，这样的层压制品应适合在不必预成型的情况下被用来制造屏蔽部件。最好是能够在一道工序中对需要屏蔽的部件进行成型，并将其与用于屏蔽电磁辐射的层压制品连接起来。这包括特殊的注塑工艺如反向注塑和多组分注塑，或成型工艺如热成型。特别是，本发明的层压制品应适合用于纤维复合材料的制造方法，特别是SMC方法(片状模塑料挤压)。
本发明的目的是提供用于屏蔽电磁辐射的层压制品和一种制造屏蔽电磁辐射的部件的方法，二者均克服了上述缺点。
在用于屏蔽电磁波的基于金属箔的层状层压制品领域，人们至今还不知道可以在材料上设置特定几何形状的切口，以改善技术应用性能。WO 2016/169948 A1描述一种由纤维材料制成的自粘性伤口敷料在伤口护理领域的用途，该伤口敷料具有两组特定几何形状的切口。这种伤口敷料的特点是具有更好的柔性，尤其是在浸湿状态下，并改善了液体释放。
出人意料的发现是，通过一种用于屏蔽电磁辐射的层压制品能达成上述目的，该层压制品包括a)至少一个金属箔，和b)作为载体材料的平面基材，其中该层压制品具有数个开设在基面内的切口，这些切口具有特定的空间布局。
发明内容
本发明的第一个主题是一种用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品，包括：
a)至少一个金属箔，以及
b)包括纤维材料、薄膜材料或泡沫材料的平面基材，或者由纤维材料、薄膜材料或泡沫材料构成的平面基材，
其中，所述层压制品具有数个由开设在所述层压制品的基面内的切口所形成的物体，其中每个物体均由两个或更多个具有共同起点的切口组成，并且所述两个切口或每两个相邻切口具有45°至160°的角度。
在具体实施中，每个物体均包括一个、两个或更多个直线切口。特别是，每个物体均由两个或更多个直线切口组成。
切口分别可以完全地或部分地贯穿层压制品。这可以理解为，只有至少一个金属箔a)被部分或完全贯穿，或者只有平面基材b)被部分或完全贯穿，或者至少一个金属箔a)和平面基材b)都被部分或完全贯穿。具体来说，金属箔a)被切口完全贯穿。如果本发明的层压制品具有一个以上的金属箔a)，例如2个、3个、4个、5个或5个以上，则优选为所有金属箔均被切口完全贯穿。平面基材b)不被切口贯穿，或者只被部分贯穿，或被完全贯穿。
本发明的另一个主题是一种制造屏蔽电磁辐射的部件的方法，其中：
i.1)提供如上文和下文所定义的层压制品和至少一种聚合物材料(c)或其前体，
ii.1)在使所述材料连接的情况下对所述层压制品和所述聚合物材料(c)或其前体进行成型，并且在此过程中使前体(若存在)聚合，
或者
i.2)提供如上文和下文所定义的层压制品和至少一个部件，
ii.2)在部件上部分或完全地涂布或包覆层压制品。
具体来说，通过根据第一变型例的方法来制造屏蔽电磁辐射的部件，其中通过SMC方法或反向注塑方法或热成型方法来建立层压制品与聚合物材料(c)之间的连接。
本发明的另一个主题是一种电磁屏蔽部件，包括本发明如上文和下文所定义的层压制品，或者可通过如上文和下文所定义的方法而获得。
本发明的另一个主题是如上文和下文所定义的层压制品用于屏蔽电磁射线的用途，优选用于屏蔽来自载流系统和电力储存器的电磁射线，特别优选地用于在电子壳体中。首选的应用领域为电动车、飞机、航天器，优选应用于电动车和无人机。
具体实施方式
本发明的层压制品是平面状结构，该结构具有基本上为二维的平直延伸度，而且相对来说厚度较小。可以使用正交坐标系来描述这样的结构，其中层压制品的基面位于由x轴和y轴所定义的平面(又称x-y平面)内。与之正交的z轴可用来描述材料厚度。
本发明的层压制品是柔性的，即，相对于(x-y平面内的)层压制品基面在一个以上的空间方向上具有良好的延展性。这种柔性是通过在层压制品的基面内开设切口而实现的。优选地，基本上在与基面正交的z轴方向上开设切口。以层压制品的基面(即x-y平面)为参照，切割角度优选为10°至90°，特别优选为30°至90°，特别是60°至90°，具体为80°至90°。在一个优选实施方式中，本发明的柔性层压制品是纤维复合材料。根据适用于纤维复合材料的常规描述，本发明的层压制品在作为机器方向(machine direction,MD)的x轴方向和与机器方向正交的y轴方向(跨机器方向，CMD)上均具有良好的柔性(延展性)。拉伸力-长度变化图显示，本发明的层压制品在机器方向和与机器方向正交的方向上都具有较大的伸长率，在拉伸力较小时亦是如此。与现有技术中已知的用于屏蔽电磁辐射的层压制品相比，这是一个优点。
材料结合是通过连接配合物之间的原子力或分子力形成的。塑料的材料结合包括粘接和焊接；注塑工艺也能形成材料结合。材料结合是一种通常情况下不可解除的连接。形状配合连接是通过至少两个连接配合物相互接合而形成。这意味着，即使没有力的传递或中断了力的传递，连接配合物也不会彼此分开。力锁合连接则要求相互连接的表面受到法向力作用。只要不超过静摩擦所引起的反作用力，这些表面的相互位移就会被阻止。
在本发明范围内，开设切口是指部分或完全切开金属箔且酌情部分或完全切开平面基材的结构，在此过程中不从金属箔或基材上有意识地去除材料。可以使用常见的切割方法，如刀切或激光切割方法。
根据本发明，层压制品具有数个由开设在层压制品的基面内的切口所形成的物体，其中每个物体均由两个或更多个具有共同起点的直线切口组成。原则上，形成一个物体的切口可能不交汇于(或者在存在至少三个切口的情况下，不全部交汇于)共同的起点。此时，共同的起点是一个假想点，通过将各切口外推到其实际终点之外而得到的所有线条将相交于这个假想点。在此情况下，最接近共同起点的切口的终点与起点之间的距离最多为2mm，优选最多为1mm，特别是最多为0.5mm。形成一个物体的所有切口优选均交汇于共同的起点。
可用常见方法产生切口，例如用切割工具(冲孔刀)或激光。直线切口只是部分或完全贯穿层压制品，并不从层压制品上去除材料。优选用冲孔工具开设切口。
本发明的层压制品可在其基面的整个区域内或者在至少一个分区内具有切口。层压制品上具有切口的区域的特点是，在施力较小的情况下在一个以上的空间方向上具有较大的伸长值。以能够获得可垂挂的产品的方式开设切口，而这些产品与有待被电屏蔽的部件的形状达到最佳匹配。如果部件的几何形状允许只需对层压制品的某些区域进行变形处理，那么只在这些区域开设切口即可。借此确保配备了本发明的层压制品的部件在所有必要的区域内都具有良好的电磁屏蔽。有利的是，层压制品不需要预成型，并且既适合用来在不存在材料结合的情况下包覆部件，又适用于对部件进行成型处理且同时将部件(通常以材料结合的方式)与层压制品连接的成型工艺。
切口可以是直线形或曲线形的，例如圆形或非圆形。每个物体优选由两个或更多个直线切口组成。
根据本发明，一个物体的两个切口或一个物体的每两个相邻切口具有45°至160°的角度。两个切口或每两个相邻切口优选具有55°至140°的角度。如果是曲线切口，则该角度与切口的共同起点处切口的切线有关。
优选由2个、3个、4个、5个或6个切口形成一个物体，特别优选地由2个、3个或4个切口形成一个物体。
优选由x个切口形成一个物体，其中x代表3、4、5或6，并且每两个相邻切口具有约为(360/x)°的角度。角度尺寸可以精确相等，也可以与均匀分布之间存在大约+/-20度的偏差，优选为大约+/-10度，具体为+/-5度。角度尺寸优选呈精确地均匀分布。
在第一具体实施方式中，由三个切口形成一个物体。在此情况下，该物体的每两个相邻切口优选具有110°至130°的角度。具体来说，切口之间所形成的所有三个角度均为120°。
在第二具体实施方式中，由四个切口形成一个物体。在此情况下，该物体的每两个相邻切口优选具有80°至100°的角度。具体来说，切口之间所形成的所有四个角度均为90°。
由切口形成的物体优选具有选自以下的对称性：
-至少三重的旋转对称性，
-具有至少两个镜像对称轴的轴对称性，
-反转中心，
-至少三重的旋转镜像轴。
优选地，所有物体均具有选自上述的对称性。在一个具体实施方式中，所有物体均具有同一个对称性。
由开设在层压制品基面内的切口所形成的物体优选被布置成若干组，其中，一组物体的特征在于：该组物体的所有共同起点均位于一条直线上。一组中的所有物体优选具有相同的形状和大小。具体来说，一组中的所有物体都具有相同的形状、大小和空间布局(取向)。相同取向是指一组中的所有物体均以相同的方式定向。
一个具体实施方式是一种层压制品，其中物体形成若干组，其中
-一组中的所有物体均具有相同的形状、大小和空间布局，并且
-一组中的所有物体的共同起点位于一条直线上。
在组中沿着穿过起点的直线布置的物体优选具有图案以作为上位结构原则。具体来说，所述组形成图案，其中
-一个图案包括1组、2组、3组、4组或4组以上的物体，
-物体所在的所有直线均平行布置，
-所述组在与直线正交的方向上具有规则序列。
在具体实施中，所有物体均具有相同的形状和大小。
优选地，切口的长度在1mm至40mm的范围内，特别优选1.5mm至20mm，特别是2mm至15mm，具体为2mm至10mm。
优选地，两个物体之间的最小距离在0.1mm至15mm的范围内，特别优选0.3mm至12mm，特别是0.5mm至5mm。
本发明用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品包括至少一个金属箔以作为组件a)。
组件a)可以包括一个或一个以上的金属箔，例如2个、3个、4个、5个或5个以上的金属箔，或者由一个或一个以上的金属箔组成，例如由2个、3个、4个、5个或5个以上的金属箔组成。在一个优选实施方案中，组件a)包括1个、2个或3个金属箔。如果组件a)包括一个以上的金属箔，则可在每两个金属箔之间设置一个增粘层。增粘层优选包括至少一种聚合物，优选选自热塑性塑料或可固化的聚合物组合物。合适的可固化聚合物体系可基于已知的聚酯、聚氨酯、环氧树脂和硅酮。优选的热塑性塑料是聚酯、聚酰胺、聚烯烃及其混合物。优选的聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。优选的聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。
金属箔的金属优选选自铝、钛、镁、锡、镍、铜、银、金等。同样适合的还有金属合金，最好是高导磁合金(Permalloy)。特别优选地，金属箔包括铝或由铝构成。
优选地，金属箔的厚度为3μm至250μm，特别优选为5μm至225μm，特别是7μm至200μm。
本发明用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品包括平面基材以作为组件b)，该基材包括纤维材料、薄膜材料或泡沫材料，或者由纤维材料、薄膜材料或泡沫材料构成。
基材b)可为单层或多层结构。一个具体实施方式是多层结构的基材b)。
在一个优选实施方式中，组件b)包括至少一种纤维材料。该纤维材料优选以单层或多层平面结构的形式存在。这个平面结构优选具有至少一个选自无纺布、网布、织造物、编结物、针织物、纸及其组合的层。基材b)优选包括优选选自无纺布、纸、织造物及其组合的单层或多层纤维材料。特别优选地，组件b)包括至少一个层，该层为无纺布。
就本发明而言，“无纺布”是指由有限长度的纤维、长纤维(长丝)或任何种类和任何来源的切割纱线所形成的结构，这些纤维以任意方式拼接成纤维层或纤维绒，并以任意方式连接在一起；其中不包括织造、针织、编结、花边制作、编织和簇绒产品制造中出现的纱线交错或缠结。薄膜和纸张不属于无纺布。
用于制造平面结构的纤维可以是长纤维、短纤维和/或超短纤维。根据本发明，这些纤维优选是短纤维和/或超短纤维。短纤维或超短纤维可以通过各种已知的制造方法，例如梳理工艺、气流成网工艺和湿法成网工艺，来制造和成网。
在第一合适的实施方式中，基材b)包括至少一种机械结合无纺布。在机械结合无纺布中，纤维绒例如通过针刺技术或通过水喷射或蒸汽喷射的方式被加固。
在另一合适的实施方式中，基材b)包括至少一种热粘合无纺布。举例而言，可以借助例如压延机或通过热空气以在升高的温度下进行压制的方式来加固热粘合无纺布。热粘合无纺布的纤维绒通常包括由聚酯或聚酰胺制成的纤维。
在另一合适的实施方式中，基材b)包括至少一种化学粘合无纺布。在化学粘合无纺布中，通过浸渍、喷涂或其他的常用涂覆方法在纤维绒上设置粘合剂(例如丙烯酸酯粘合剂)，然后进行固化。粘合剂将纤维粘合在一起，形成无纺布。
在一个优选实施方式中，基材b)包括至少一种纺粘无纺布(Spunbond)。为了制造纺粘无纺布，将长纤维(长丝)成网，而后可例如通过用加热辊进行处理或通过蒸汽流/热空气将其加固。在用辊子加固的情况下，两个辊子中的一个通常设有例如由圆形、矩形或菱形的点所形成的刻纹。在接触点上，纱线融合在一起，从而形成无纺布。一种具体实施方案是热加固纺粘无纺布。
如果基材b)具有至少一种无纺布，则单位面积质量可以在很大范围内变化。根据DIN EN 29073-1:1992-08，单位面积质量优选为10g/m2至400g/m2，优选为15g/m2至300g/m2，特别是20g/m2至250g/m2。
在另一实施方式中，组件b)可包括薄膜材料。合适的薄膜材料是热塑性塑料如聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、聚丙烯酸酯等。在一具体实施方式中，基材b)包括与至少一种纤维材料相结合的至少一个聚合物薄膜。在此情况下，组件b)可以包括薄膜材料作为纤维材料的增强层。借此将获得机械强度高而重量较轻的基材b)。薄膜材料和纤维材料也可以在加热和/或加压的条件下通过层压以材料结合的方式相互连接。这可以独立于以金属箔a)和平面基材b)为原料所进行的层压制品制造，或者优选可与之一起进行。其中，将纤维材料，具体为无纺布和薄膜连接在一起，以得到2层、3层或多层的层压制品，其结构例如为无纺布-薄膜或无纺布-薄膜-无纺布。为了制造层压制品，随后可将至少一个纤维网层与至少一个聚合物层连接起来，然后对该组合进行加热压制。在此过程中，聚合物优选熔融到至少部分填充纤维之间的孔隙和间隙的程度。
在另一实施方式中，组件b)可以包括泡沫。本发明意义上的泡沫是一种多孔的、至少部分开孔的结构，具有相互连通的单元。合适的泡沫例如是聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫可以用聚异氰酸酯、多元醇和可选的至少一种其他共聚物以已知的方式制备。例如，聚酯聚氨酯和聚醚聚氨酯是合适的。
基材b)可进一步包含至少一种添加剂。合适的添加剂一方面是填料和增强材料。其中包括颗粒状填料、纤维材料和任意的过渡形式。颗粒状填料可具有从粉状颗粒到粗粒状颗粒的较宽粒度范围。填充材料可考虑采用有机或无机的填料和增强材料。例如，可以使用诸如碳纤维、高岭土、白垩、硅灰石、滑石、碳酸钙、硅酸盐、二氧化钛、氧化锌、玻璃颗粒(例如玻璃球)、纳米级层状硅酸盐、纳米级氧化铝(Al2O3)、纳米级二氧化钛(TiO2)、层状硅酸盐和纳米级二氧化硅(SiO2)等无机填料。填料也可以经表面处理。合适的层状硅酸盐是高岭土、蛇纹石、滑石、云母、蛭石、伊利石、蒙皂石、蒙脱石、汉克托石、双氢氧化物及其混合物。层状硅酸盐可经表面处理或未经处理。此外，还可以使用一种或数种纤维材料。这些纤维材料优选选自已知的无机增强纤维(例如硼纤维、玻璃纤维、硅酸纤维、陶瓷纤维和玄武岩纤维)、有机增强纤维(例如芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维和聚乙烯纤维)、以及天然纤维(例如木纤维、亚麻纤维、大麻纤维和剑麻纤维)。
合适的添加剂进一步选自抗氧化剂、热稳定剂、阻燃剂、光稳定剂(紫外线稳定剂、紫外线吸收剂或紫外线阻断剂)、用于交联反应的催化剂、增稠剂、触变剂、表面活性剂、粘度调节剂、润滑剂、染料、成核剂、抗静电剂、脱模剂、消泡剂、杀菌剂等。
基材b)可包含至少一种粘合剂。粘合剂例如用于改善纤维材料(具体为无纺布)的附着力。还用于提高基材b)的不同层之间的附着力，例如两个无纺布层之间的附着力。粘合剂进一步还用于改善组件b)中所使用的填料和增强材料以及其他添加剂的附着力。合适的粘合剂包括至少一种聚合物材料，优选选自聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂。
在一优选实施方式中，基材b)包括至少两个层，其中一个层被设计为增强衬件(scrim)。例如，通过使用增强衬件可以提高相邻两层之间的附着力。适用于增强衬件的材料是前面提到的纤维材料。具体使用聚酯。适合作为增强衬件的一般是前述由纤维制成的平面结构，其纱线在两个方向上交叉。这种平面结构的单位面积质量通常比上述无纺布小得多。增强衬件的单位面积质量优选在1g/m2至100g/m2的范围内，优选为1g/m2至50g/m2，特别是2g/m2至25g/m2。
优选地，基材b)的厚度为50μm至1500μm，特别优选为100μm至1000μm，特别是150μm至800μm。
在一具体实施方式中，使用无纺布材料，优选是纺粘无纺布，特别是聚酯纺粘无纺布，来制造基材b)，并且在层压过程中将其与至少一种作为粘合剂的聚合物材料连接，以形成多层复合材料。这个制造过程是通过本领域技术人员已知的常规工艺进行的，例如热结合或挤出。热粘合是借助压花辊使聚合物材料和/或无纺布在高温高压下点状塑化，在此过程中两种幅面式材料相互粘合。优选为挤出工艺。例如，为了制造结构为无纺布-薄膜-无纺布的无纺布-薄膜基材，可以用粘合剂将两种幅面式无纺材料粘合起来。其中，可将塑化粘合剂至少挤出到一种幅面式材料上，然后与另一种幅面式无纺材料拼接，接着再进行压制和冷却。也可以由两种幅面式材料形成辊缝，将粘合剂挤出到该辊缝中，与幅面式材料一起压制并冷却。根据这些工艺，可以通过重复实施挤出和固化步骤来制造多层基材b)，其中无纺布层和聚合物层的层序可以变化。如果设置数个无纺布层和/或数个粘合剂层，则其可具有相同的组成或不同组成，例如在粘合剂类型、纤维材料类型、材料量等方面。通过对诸如粘合剂涂覆量、粘合剂类型、温度、幅面速度和线压力等挤出条件进行控制，可以影响材料特性。例如，可以控制粘合剂在幅面式材料之间呈液态的时间，即粘合剂与两种幅面式材料的连接程度。通过这种方式，例如可以控制幅面式材料之间的粘合强度或幅面式材料中的渗透深度。需要层压的幅面的数量不受限制。只需要例如通过加热缸来确保幅面得到必要的加热。原则上，不仅只是无纺布可以与薄膜层压在一起，而是任一种可以想象的组合(例如无纺布/无纺布、无纺布/薄膜、无纺布/薄膜/无纺布、薄膜/薄膜、等等)都可以进行层压。
本发明用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品的制造方式为：将至少一个金属箔a)和至少一个平面基材b)或其前体在层压过程中连接起来。这一连接通常是材料结合。作为替代方案或补充方案，也可以进行形状配合连接和/或力锁合连接。在处理过程中，可以制造作为前体(中间产品)的单个组件，例如数个用粘合剂粘合的金属箔，数种设有粘合剂的纤维材料，随后将其连接成最终的层压制品。粘合剂可以采用单组分或多组分体系形式的不可固化或可固化的聚合物体系。
无论是以数个单一步骤还是以一个步骤实施的层压，通常均是在升高的温度和/或升高的压力下进行的。此处适用前述方法。例如，待层压的组件可作为幅面式材料呈层状地通过一个或数个辊缝。此外，例如可以在高温高压下将待层压的组件以叠堆的形式压制一段时间，这段时间足以使粘合剂塑化并酌情使其固化，以形成层压制品。
本发明的层压制品具有较高的抗撕裂扩展能力，无论是从层压制品上的切口开始的撕裂扩展，还是在包覆或连接至少一个部件的过程中发生不希望的损坏时所出现的撕裂扩展。撕裂扩展试验用于测定切口在受到拉伸负荷时对撕裂扩展的阻力。根据DIN ENISO9073-4:1997-04所进行的梯形撕裂扩展试验，是用于测定涂层的织造物和无纺布上的切口的抗撕裂扩展强度。梯形撕裂强度是对被测试样施加拉伸负荷时所出现的、用于进一步撕裂切口的最大拉伸力。
优选地，本发明的层压制品根据DIN EN ISO 9073-4:1997-04所测定的撕裂强度在1N至100N的范围内，优选为2N至80N，特别是3N至40N。
本发明的另一个主题是一种制造屏蔽电磁辐射的部件的方法，其中：
i.1)提供如上文所定义的层压制品和至少一种聚合物材料(c)或其前体，
ii.1)在使材料连接的情况下对层压制品和聚合物材料(c)或其前体进行成型，并且在此过程中使前体(若存在)聚合，
或者
i.2)提供如上文所定义的层压制品和至少一个部件，
ii.2)在部件上部分或完全地涂布或包覆层压制品。
变型例1：
根据该方法的第一变型例，用至少一种聚合物材料(c)或其前体制造需要电磁屏蔽的部件，并且将该部件与本发明的层压制品连接。这一连接通常是材料结合。其中，可以在分开的步骤中制造层压制品和部件。作为替代方案，可以在单一步骤中将形成层压制品的组件和形成待屏蔽部件的组件相互连接。
本发明意义上的聚合物材料(c)是指包含至少一种聚合物或由至少一种聚合物构成的材料。除了至少一种聚合物外，聚合物材料(c)还可包含至少一种其他组分，如填料、增强材料或与之不同的添加剂。在具体变型例中，聚合物材料(c)作为复合物(复合材料)存在。
优选地，聚合物材料(c)的聚合物组分选自聚氨酯、硅酮、氟硅酮、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯、丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚砜，聚(甲基)丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚苯乙烯、聚酰胺、聚烯烃、聚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、氟聚合物、聚酯、聚缩醛、液晶聚合物、聚醚砜、环氧树脂、酚醛树脂、氯磺酸盐、聚丁二烯、聚丁烯、聚氯丁二烯、聚腈、聚异戊二烯、天然橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙烯-丙烯、乙烯-丙烯-二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶及其共聚物和混合物。
在一优选实施方案中，在步骤i.1)中，以复合材料的形式提供聚合物材料(c)，该复合材料包括聚合物材料(c)的聚合物组分和至少一种其他组分(K)，该其他组分优选选自聚合物、聚合材料、纺织材料、陶瓷材料、矿物材料及其组合，特别优选地选自增强塑料材料和/或填充塑料材料、聚合物薄膜、聚合物模制体及其组合。
在一个具体实施方案中，在步骤i.1)中，以复合材料的形式提供聚合物材料(c)，该复合材料包括至少一种纤维状增强材料，其中所述纤维优选选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维及其组合。
在另一具体实施方案中，在步骤i.1)中，以复合材料的形式提供聚合物材料(c)，该复合材料包括嵌入热塑性塑料基质(有机片)中的纤维状增强材料。
在步骤ii.1)中，对层压制品与聚合物材料(c)或其前体进行成型以使层压制品与聚合物材料粘合。
在第一优选实施方式中，使用SMC工艺(挤压工艺，SMC＝Sheet Molding Compound(片状模塑料))来制造屏蔽电磁辐射的部件。进行SMC加工时，可将本发明的层压制品定位在成型工具的腔穴中，并且使其与至少一种聚合物材料一起接受压制处理。其中，也以平面基材的形式使用聚合物材料，该基材是通过混合和修整)至少一种聚合粘合剂、至少一种纤维材料和可选的至少一种添加剂而获得。由此产生SMC半成品，该SMC半成品可与本发明的层压制品一起通过挤压而被加工成电磁屏蔽部件。
在另一实施方式中，使用反向注塑工艺来制造屏蔽电磁辐射的部件。反向注塑工艺制造的是由聚合基材和另一种可塑化的聚合物材料所构成的部件。本发明的层压制品可作为聚合基材使用。反向注塑有各种不同的实施技术，如模内装饰(IMD)、薄膜嵌入成型(FIM)、模内贴标(IML)、模内涂层(IMC)或模内喷涂(IMP)。它们的共同点是，将层压制品插入注塑模具，并以另一种塑料进行反向注塑和成型，从而产生电磁屏蔽部件。
在另一实施方式中，使用成型工艺(具体是热成型工艺)来制造屏蔽电磁辐射的部件。
变型例2：
根据制造屏蔽电磁辐射的部件的方法的第二变型例，在步骤i.2)中提供如前文定义的层压制品和至少一个部件，随后在步骤ii.2)中，在部件上部分或完全地涂布或包覆层压制品。
为了用层压制品包住部件，首先可以使层压制品与有待被电磁屏蔽的部件的几何形状相匹配。因此，可将层压制品切割和/或冲压成所需形状。所有可以想象的轮廓都是可行的。也可以进行折叠，例如形成一个可供部件插入的壳体。
本发明的另一个主题是一种电磁屏蔽部件，包括本发明如上文和下文所定义的层压制品，或者可通过如上文和下文所定义的方法而获得。
本发明的另一个主题是如本发明上文所定义的层压制品用于屏蔽电磁射线的用途，优选用于屏蔽来自载流系统和电力储存器的电磁射线，特别优选地用于在电子壳体中屏蔽电磁射线。
本发明的层压制品和按照本发明的方法制成的层压制品以及用该层压制品制成的屏蔽电磁辐射的部件，有利地适用于电动车、飞机和航天器中。一个优选的应用领域是将本发明的层压制品和按照本发明的方法制成的层压制品用于电动车和无人机。一般来说，电动车是一种至少暂时或部分地由电能驱动的交通工具。在此情况下，能量可在车辆中产生，储存在电池中，或者暂时或永久地从外部提供(例如通过母线、架空线、感应器等)，其中可以采用不同形式的供能组合。电池驱动的车辆在国际上也被称为电动汽车(BEV)。电动车的例子有道路车辆、轨道车辆、水上车辆或飞机，如电车、带电动机的滑板车、电动摩托车、电动三轮车、电动公交车和无轨电车、电动卡车、电轨(火车和有轨电车)、电动自行车和电动滑板车。本发明意义上的电动车辆还包括混合电动车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)和燃料电池车(Fuel Cell(Electric)Vehicle,FC(E)V)。在燃料电池车中，由燃料电池用氢气或甲醇产生电能，并由电力驱动装置直接将电能转化为运动，或者将电能暂时储存在电池中。
在电动车领域，对以下四个电磁射线屏蔽起着至关重要作用的核心领域进行区分：功率电子器件、电池、电动马达以及导航设备和通信设备。本发明的层压制品有利地适合用来在这四个领域制造用于电动车辆的电子壳体。
现代电动车以无刷电动机为基础，例如异步电机或永磁同步电机(无刷直流电机)。电机各相电源电压的换向，以及运行所需的旋转场的产生，是由所谓的逆变器以电子方式完成。制动时，电动机起发电机作用，提供交流电压，该交流电压可由逆变器整流并输送给牵引电池(再生)。电动汽车中的燃料电池和蓄电池所提供的电压都高于汽车领域目前已知的12V直流电或24V直流电。车载电子设备的许多部件也仍然需要低压车载电源。为此，DC/DC转换器被用来将电池的高电压转换为相应的低电压，并为空调、助力转向、照明等用电设备供电。电动汽车中另一个重要的功率电子部件是车载充电器。用于为电动车供电的充电站提供单相或三相交流电或直流电。为牵引电池充电，必须使用借助于车载充电器通过整流和转换交流电而产生的直流电。本发明的基材特别适合用来屏蔽来自逆变器、DC/DC转换器和车载充电器的电磁射线。本发明的层压制品也特别适合用来为导航设备和通信设备(具体如GPS系统)屏蔽电磁射线。
附图说明
图1a)至1e)为可在本发明的层压制品中作为切口的图案的实施例。
图2为本发明实施例1至3的层压制品根据ASTM D 4935-2010的屏蔽衰减，单位为[dB]。
图3为在有切口的本发明层压制品和无切口的对比层压制品上分别于机器方向(MD)和逆机器方向(CD)上测得的、根据DIN ISO 9073-3:1989-07所定义的拉伸力/伸长行为的测量值。参照以下非限制性实施例，对本发明进行详细阐述。
实施例1至3：
为了制造本发明的层压制品，使用了单位面积质量符合表1的基于PET的热加固聚酯纺粘无纺布和厚度符合表1的铝箔。在实施例1中，基材还包含基于PET的网状聚酯增强衬件(scrim)，其单位面积质量为5g/m2。
为了制造本发明的层压制品，利用宽缝喷嘴以三层挤出方式在铝箔上施覆三层式聚合物涂层，该聚合物涂层由一层增粘剂聚合物、之后的聚酰胺层(PA 6)和第二层增粘剂聚合物组成。挤出机出口处的温度为295℃。将纤维材料送入热的聚合物层，而后在由两个辊子组成的压延机中以升高的温度和约为30N/mm的线压力进行压制。
使用冲孔工具在层压制品上设置如图1a)所示的切口图案。所有物体均由三个切口组成，其中相邻两个切口具有120°的角度。切割长度为5mm。所有物体均为相同取向，相邻两个物体的中心之间的距离为7.5mm。
表1
Figure BDA0003634703190000151
在实施例1至3的层压制品上测定根据ASTM D-4935-2010的屏蔽衰减值。从图2中可以看出，尽管存在切口，但所有的层压制品都具有良好的屏蔽值。
实施例4至7，对比实施例VB 1至4：
为了制造本发明的层压制品A)和B)，使用了基于PET的热加固聚酯纺粘无纺布(LDFDH 30010_49，科德宝公司)，如实施例1至3所述，以挤出方式施覆三层式聚合物涂层，并且借助压花辊对铝箔和基材进行点焊。
表2
Figure BDA0003634703190000161
通过用紫外线激光器进行激光切割，在层压制品A)和B)上设置如实施例1至3中所定义并且如图1a)所示的切口图案。对比材料则采用无切口的层压制品A)和B)。
分别从本发明的层压制品和对比层压制品中冲压出测试样品，并根据DIN ISO9073-3测定最大拉伸力(HZK)和最大拉伸伸长率。分别在机器方向(MD)和逆机器方向(CD)上测量拉伸力/伸长行为。结果显示在表3和图3中。
表3
实施例编号 层压制品 HZK[N] HZD[％]
VB 1 A(无切口，MD) 471.14 10.24
VB 2 A(无切口，CD) 398.24 10.56
VB 3 B(无切口，MD) 367.2 9.31
VB 4 B(无切口，CD) 300.25 8.16
4 A(有切口，MD) 33.13 55.42
5 A(有切口，CD) 33.74 57.24
6 B(有切口，MD) 16.20 46.87
7 B(有切口，CD) 19.04 54.01
可以看出，本发明的层压制品的最大拉伸力值明显更低，而拉伸伸长率值明显更高，直至达到最大拉伸力伸长率。这同时适用于机器方向和逆机器方向。因此，在施力较小的情况下，本发明的层压制品在一个以上的空间方向上具有较高的延展性。结合其良好的电磁屏蔽能力，本发明的层压制品非常适合用来制造屏蔽部件，甚至是形状复杂的屏蔽部件。

Claims (24)

1.一种用于屏蔽电磁辐射的柔性层压制品，包括：
a)至少一个金属箔，以及
b)包括纤维材料、薄膜材料或泡沫材料的平面基材，或者由纤维材料、薄膜材料或泡沫材料构成的平面基材，
其中，所述层压制品具有数个由开设在所述层压制品的基面内的切口所形成的物体，其中每个物体均由两个或更多个具有共同起点的切口组成，并且所述两个切口或每两个相邻切口具有45°至160°的角度。
2.根据权利要求1所述的层压制品，其特征在于，其中每个物体均由两个或更多个直线切口组成。
3.根据权利要求1或2所述的层压制品，其特征在于，其中所述切口分别完全贯穿所述金属箔，并且不贯穿或者仅部分贯穿或完全贯穿所述平面基材。
4.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中由2个、3个、4个、5个或6个切口形成一个物体，优选由2个、3个或4个切口形成一个物体。
5.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中由x个切口形成一个物体，其中x代表3、4、5或6，并且每两个相邻切口具有(360/x)°+/-20°的角度，优选具有(360/x)°+/-10°的角度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所有物体均具有选自以下的对称性：
-至少三重的旋转对称性，
-具有至少两个镜像对称轴的轴对称性，
-反转中心，
-至少三重的旋转镜像轴。
7.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，所述物体形成若干组，其中，
-一组中的所有物体均具有相同的形状、大小和空间布局，并且
-一组中的所有物体的共同起点位于一条直线上。
8.根据权利要求7所述的层压制品，其特征在于，所述组形成图案，其中，
-一个图案包括1组、2组、3组、4组或4组以上的物体，
-所述物体所在的所有直线均平行布置，
-所述组在与所述直线正交的方向上具有规则序列。
9.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所述物体均具有相同的形状和大小。
10.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所述切口的长度在1mm至40mm的范围内，优选1.5mm至20mm，特别是2mm至15mm，具体为2mm至10mm。
11.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中两个物体之间的最小距离在0.1mm至15mm的范围内，优选0.3mm至12mm，特别是0.5mm至5mm。
12.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所述金属箔包括铝或者由铝构成。
13.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所述金属箔的厚度为3μm至250μm，优选为5μm至225μm，特别是7μm至200μm。
14.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所述基材b)包括单层或多层纤维材料，所述纤维材料优选选自无纺布、纸、织造物及其组合，特别优选地选自单层或双层无纺布。
15.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，其中所述基材b)的厚度为50μm至1500μm，优选为100μm至1000μm，特别是150μm至800μm。
16.根据上述权利要求中任一项所述的层压制品，其特征在于，根据DIN EN ISO9073-4:1997-07所测定的所述层压制品的撕裂强度在1N至100N的范围内，优选为2N至80N，特别是3N至40N。
17.一种制造屏蔽电磁辐射的部件的方法，其中：
i.1)提供如权利要求1至16中任一项所定义的层压制品和至少一种聚合物材料(c)或其前体，
ii.1)在使所述材料连接的情况下对所述层压制品和所述聚合物材料(c)或其前体进行成型，并且在此过程中使所述前体(若存在)聚合，
或者
i.2)提供如权利要求1至16中任一项所定义的层压制品和至少一个部件，
ii.2)在所述部件上部分或完全地涂布或包覆所述层压制品。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述聚合物材料(c)的聚合物组分选自聚氨酯、硅酮、氟硅酮、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯、丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚砜，聚(甲基)丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚苯乙烯、聚酰胺、聚烯烃、聚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、氟聚合物、聚酯、聚缩醛、液晶聚合物、聚醚砜、环氧树脂、酚醛树脂、氯磺酸盐、聚丁二烯、聚丁烯、聚氯丁二烯、聚腈、聚异戊二烯、天然橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙烯-丙烯、乙烯-丙烯-二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶及其共聚物和混合物。
19.根据权利要求17或18中任一项所述的方法，其特征在于，其中在步骤i.1)中，以复合材料的形式提供所述聚合物材料(c)，所述复合材料包括所述聚合物材料(c)的聚合物组分和至少一种其他组分(K)，所述其他组分优选选自聚合物、聚合材料、纺织材料、陶瓷材料、矿物材料及其组合，特别优选地选自增强塑料材料和/或填充塑料材料、聚合物薄膜、聚合物模制体及其组合。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，其中在步骤i.1)中，以复合材料的形式提供所述聚合物材料(c)，所述复合材料包括至少一种纤维状增强材料，其中所述纤维优选选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维及其组合。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，其中在步骤i.1)中，以复合材料的形式提供所述聚合物材料(c)，所述复合材料包括嵌入热塑性塑料基质中的纤维状增强材料。
22.一种电磁屏蔽部件，包括至少一个如权利要求1至16中任一项所定义的层压制品，或者可通过如权利要求17至21中任一项所定义的方法而获得。
23.一种如权利要求1至16中任一项所定义的层压制品用于屏蔽电磁射线的用途，优选用于屏蔽来自载流系统和电力储存器的电磁射线，特别优选地用于在电子壳体中，特别是在电动车、飞机、航天器和无人机中屏蔽电磁射线。
24.根据权利要求23所述的用途，其特征在于，用于在功率电子器件、电池、电动马达领域屏蔽电磁射线，和用于屏蔽导航设备和通信设备，特别优选地用于屏蔽来自逆变器、DC/DC转换器、车载充电器的电磁射线，以及用于屏蔽GPS系统。
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