DE102015225334A1

DE102015225334A1 - EMC and ESD protective housing made of electrically conductive plastic

Info

Publication number: DE102015225334A1
Application number: DE102015225334.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Söder; Werner Posch
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abschirmelement (1) für elektrische oder elektronische Funktionselemente (2, 3), bestehend aus einem recyclebaren Kunststoff, in welchen mindestens ein kohlenstoffhaltiger, elektrisch leitender Füllstoff (4) eingearbeitet ist, wobei der Füllstoff (4) aus Rußen und mindestens einem elementaren Kohlenstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischen Graphiten, Naturgraphiten, Graphen, Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder Mischungen daraus, besteht und wobei der Füllstoff (4) in einer Menge und/oder einem Mischungsverhältnis im Kunststoff enthalten ist, dass dessen spezifischer Durchgangswiderstand ρ kleiner 105 Ωcm ist.The invention relates to a shielding element (1) for electrical or electronic functional elements (2, 3) consisting of a recyclable plastic, in which at least one carbon-containing, electrically conductive filler (4) is incorporated, wherein the filler (4) consists of carbon blacks and at least an elemental carbon selected from the group consisting of synthetic graphites, natural graphites, graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof, and wherein the filler (4) is present in an amount and / or a mixing ratio in the plastic is that its specific volume resistivity ρ is less than 105 Ωcm.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschirmelement für elektrische oder elektronische Funktionselemente, bestehend aus einem recyclebaren Kunststoff, in welchen mindestens ein kohlenstoffhaltiger, elektrisch leitender Füllstoff eingearbeitet ist, sowie dessen Verwendung. The present invention relates to a shielding element for electrical or electronic functional elements, consisting of a recyclable plastic, in which at least one carbon-containing, electrically conductive filler is incorporated, as well as its use.

Elektronische Bauteile erzeugen beim Betrieb elektromagnetische Felder, die Störungen im Betrieb anderer elektrischer oder elektronischer Baueinheiten hervorrufen können. Ferner reagieren derartige Bauteile im allgemeinen auch selbst auf elektromagnetische Einstrahlungen. Dementsprechend fordert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezüglich der Abstrahlung elektromagnetischer Felder mit zunehmender Integrationsdichte und Verarbeitungsgeschwindigkeit sowie kleineren Strukturbreiten der elektronischen Schaltkreise immer höheren Aufwand. Schirmungen gegen die Ab- oder Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung müssen heute also um so wirksamer sein, je mehr elektronische Geräte betrieben werden und je dichter diese Geräte im Betrieb beieinander angeordnet sind, beispielsweise in einem Fahrzeug. Schließlich erfordert auch der beständige Leistungs- und Empfindlichkeitszuwachs derartiger Bauteile eine zusätzliche Verbesserung der Abschirmmaßnahmen. Die EMV bildet somit neben ihren eigentlichen Funktionseigenschaften eine wesentliche qualitätsbestimmende Größe elektronischer Geräte. Electronic components generate electromagnetic fields during operation that can cause malfunctions in the operation of other electrical or electronic components. Further, such components generally also respond to electromagnetic emissions themselves. Accordingly, the electromagnetic compatibility (EMC) with respect to the emission of electromagnetic fields with increasing integration density and processing speed and smaller structure widths of the electronic circuits requires more and more effort. Shielding against the emission or irradiation of electromagnetic radiation must therefore be more effective today, the more electronic devices are operated and the more dense these devices are arranged in operation with each other, for example in a vehicle. Finally, the constant increase in power and sensitivity of such components also requires an additional improvement of the shielding measures. In addition to its actual functional properties, EMC thus forms a key quality-determining factor for electronic devices.

Stand der Technik State of the art

Die Abschirmproblematik wird im allgemeinen dadurch gelöst, daß das Steuergerät mit hochfrequenzdichten Gehäusen, Teilabschirmungen und Massefaltblechen und Bauteilen zur Abblockung und Glättung der Hochfrequenz versehen wird. The shielding problem is generally solved in that the control unit is provided with high-frequency-tight housings, partial shielding and Massefaltblechen and components for blocking and smoothing the high frequency.

Beispielsweise ist aus der DE 39 15 651 A1 ein Abschirmblech zur Bildung einer Kammer bekannt, die für die Aufnahme von elektrischen Schaltungen geeignet ist. For example, is from the DE 39 15 651 A1 a shielding plate for forming a chamber is known, which is suitable for receiving electrical circuits.

In zunehmendem Maße wird auch für elektrische und/oder elektronische Kraftfahrzeug-Baugruppen eine Abschirmung gegen elektrische Felder, die beispielsweise durch Zündfunken, Telefone oder Hochspannungsleitungen erzeugt werden und die Funktionsweise der elektronischen Baugruppe im Fahrzeug gefährden können, gefordert. Hierzu wird üblicherweise auch ein Metallgehäuse verwendet oder in ein Kunststoffgehäuse zusätzlich ein Metallbecher eingelegt, der mit der Masse der Elektronik verbunden wird. Eine weitere Schutzmaßnahme gegen elektrische Felder ist der Einsatz von metallbeschichteten Kunststoffgehäusen. Increasingly, even for electrical and / or electronic motor vehicle assemblies a shield against electric fields, which are generated for example by sparks, phones or power lines and can jeopardize the operation of the electronic assembly in the vehicle required. For this purpose, usually a metal housing is used or in addition to a plastic housing a metal cup inserted, which is connected to the ground of the electronics. Another protective measure against electric fields is the use of metal-coated plastic housings.

Weiterin ist aus der GB 2463017 A ein leitfähiger Kunststoff zur Abschirmung gegen elektromagnetische Störstrahlung bekannt. Um elektromagnetische Strahlung über einen breiten Frequenzbereich zu absorbieren, werden einem Kunststoff längliche und sphärische Partikel beigemischt. Die länglichen Partikel, bei denen es sich beispielsweise um Kohlenstofffasern handelt, sind willkürlich im Kunststoff verteilt und ausgerichtet. Die sphärischen Partikel können aus Graphit, Kohlenstoff oder einem Metall hergestellt sein. Next is out of the GB 2463017 A a conductive plastic for shielding against electromagnetic interference known. In order to absorb electromagnetic radiation over a wide frequency range, elongated and spherical particles are added to a plastic. The elongated particles, which are, for example, carbon fibers, are randomly distributed and aligned in the plastic. The spherical particles may be made of graphite, carbon or a metal.

Nachteilig an der Verwendung von Metallen oder metallbeschichteten Kunststoffgehäusen ist deren hohes Gewicht, unzureichende Wiederverwertbarkeit und ungünstiges Crashverhalten. A disadvantage of the use of metals or metal-coated plastic housings is their high weight, inadequate recyclability and unfavorable crash behavior.

Ein Nachteil der Nutzung von Leitrußen oder ähnlichen Substanzen in Kunststoffen besteht darin, dass sie durch ihre Präsenz in Abhängigkeit von der erforderlichen Konzentration zu einer negativen Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Abschirmelements führen. Beispielsweise tritt bei einer alleinigen Rußkonzentration von 10 bis 40 Gew.-% im Kunststoff ein deutlicher Anstieg der Viskosität des Compounds ein. Weiterhin wird mit steigender Rußkonzentration eine Zunahme von Steifigkeit, Eindruckhärte und negativer Wärmestandfestigkeit, verbunden mit einer meist spürbaren Abnahme der Flexibilität, Dehnbarkeit und Zähigkeit, und damit der Crashverträglichkeit des rußgefüllten Kunststoffes beobachtet. A disadvantage of the use of carbon blacks or similar substances in plastics is that their presence, depending on the required concentration, leads to a negative influence on the mechanical properties of the shielding element. For example, occurs at a sole carbon black concentration of 10 to 40 wt .-% in the plastic, a significant increase in the viscosity of the compound. Furthermore, an increase in stiffness, indentation hardness and negative heat resistance, associated with a mostly noticeable decrease in flexibility, ductility and toughness, and thus the crashworthiness of the carbon black-filled plastic is observed with increasing carbon black concentration.

Weiterhin gelingt eine definierte und reproduzierbare Einstellung einer hinreichenden Leitfähigkeit eines rußgefüllten Kunststoffes bisher nur unzureichend und erfordert eine genaue Füllstoffdosierung sowie sehr hohe Konstanz bei der Compoundverarbeitung. Furthermore, a defined and reproducible adjustment of a sufficient conductivity of a carbon black-filled plastic material is still insufficient and requires an exact filler dosage as well as very high consistency in the compound processing.

Es besteht daher ein großes Interesse an der Entwicklung hochwertiger Kunststoff-Compounds, um die Einstellung und die Reproduzierbarkeit bei der Einstellung der gewünschten Leitfähigkeit, aber auch den gewünschten Abschirmbereich durch Zugabe von Füllstoffen zu optimieren. There is therefore a great deal of interest in developing high-grade plastic compounds in order to optimize the setting and the reproducibility of setting the desired conductivity, but also the desired shielding area by adding fillers.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht demzufolge in der Bereitstellung eines Abschirmelements gegen elektromagnetische Strahlung, welches ein gegenüber gattungsgemäßen Bauteilen geringes Gewicht, hohe mechanische Stabilität und vollständige Wiederverwertbarkeit aufweist und und in seiner Verwendung ein selektives, vorbestimmbares Abschirmen definierter elektromagnetischer Frequenzbänder ohne geometrische Änderungen des Abschirmelements ermöglicht. The object of the present invention is therefore to provide a shielding element against electromagnetic radiation, which has a low compared to generic components, high mechanical stability and complete recyclability and and in its use, a selective, pre-definable shielding defined electromagnetic Frequency bands without geometric changes of the shielding allows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Abschirmelement gemäß Anspruch 1 und dessen Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst. This object is achieved by a shielding according to claim 1 and its use according to claim 11.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das Abschirmelement aus einem recyclebaren Kunststoff besteht, in welchen mindestens ein kohlenstoffhaltiger, elektrisch leitender Füllstoff eingearbeitet ist, wobei der Füllstoff aus Rußen und mindestens einem elementaren Kohlenstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischen Graphiten, Naturgraphiten, Graphen, Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder Mischungen daraus, besteht und wobei der Füllstoff in einer Menge und/oder einem Mischungsverhältnis im Kunststoff enthalten ist, dass dessen spezifischer Durchgangswiderstand ρ kleiner 10⁵ Ωcm ist. The basic idea of the present invention is that the shielding element consists of a recyclable plastic, in which at least one carbonaceous, electrically conductive filler is incorporated, wherein the filler of carbon blacks and at least one elemental carbon, selected from the group consisting of synthetic graphites, natural graphites , Graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof, and wherein the filler is contained in an amount and / or a mixing ratio in the plastic such that its volume resistivity ρ is less than 10 ⁵ Ωcm ,

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Auswahl des Füllstoffs aus Rußen und mindestens einem elementaren Kohlenstoff aus der Gruppe bestehend aus synthetischen Graphiten, Naturgraphiten, Graphen, Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder Mischungen daraus, ein Abschirmelement bereitgestellt wird, dessen elektromagnetische und mechanische Eigenschaften einstellbar sind. Durch den Verzicht auf jegliche Metallbeimischung wird die vollständige Wiederverwertbarkeit und ein vorteilhaftes Crashverhalten des Abschirmmaterials gewährleistet. A particular advantage of the invention is that, by selecting the filler from carbon blacks and at least one elemental carbon from the group consisting of synthetic graphites, natural graphites, graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures From this, a shielding element is provided whose electromagnetic and mechanical properties are adjustable. By dispensing with any metal admixture, the complete recyclability and a favorable crash behavior of the shielding material is ensured.

Für den spezifischen Durchgangswiderstand lassen sich durch Leitruße zwar Werte zwischen denen der reinen Kunststoffe (> 10¹⁴ Ω cm) und etwa 10⁵ Ω cm erhalten. Aber erst durch die Beimischung und sukzessiven Ersatz der Ruße durch geeigneten elementaren Kohlenstoff aus synthetischen Graphiten, Naturgraphiten, Graphen, Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder Mischungen daraus, wird ein hinreichend eigensteifer Kunststoff erhalten, dessen spezifischer Durchgangswiderstand ρ kleiner 10⁵ Ω cm, bevorzugt kleiner 10³ Ω cm, weiter bevorzugt kleiner 10² Ω cm, ist. For specific volume resistivity, conductive carbon blacks can indeed achieve values between those of pure plastics (> 10 ¹⁴ Ω cm) and approx. 10 ⁵ Ω cm. But only by the admixture and successive replacement of the carbon blacks by suitable elemental carbon from synthetic graphites, natural graphites, graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof, a sufficiently intrinsically rigid plastic is obtained, the specific Volume resistivity ρ less than 10 ⁵ Ω cm, preferably less than 10 ³ Ω cm, more preferably less than 10 ² Ω cm, is.

Die Lösung der technischen Fragestellung erfordert jedoch neben dem Vorhandensein einer definierten elektrischen Leitfähigkeit mit einem spezifischen Durchgangswiderstand des Kunststoffs in einem bevorzugten Bereich von 0,1 bis 10⁵ Ωcm die Wählbarkeit definierter Frequenzbänder, um die Wirksamkeit des Abschirmelements hinsichtlich seiner Schirmdämpfung, d.h. seiner Transferimpedanz, zu verbessern. Die Wirkung einer Abschirmung wird über die Schirmdämpfung quantifiziert. Die Schirmdämpfung ist eine dimensionslose Messgröße, die die Wirksamkeit einer Abschirmung quantifiziert. Während die Abschirmung eine technische Maßnahme ist, ist die Schirmdämpfung ein Maß für die Qualität eines Schirms in der elektromagnetischen Verträglichkeit. The solution to the technical problem requires, however, in addition to the existence of a defined electrical conductivity with a volume resistivity of the plastic in a preferred range of 0.1 to 10 ⁵ Ωcm the selectability of defined frequency bands to the effectiveness of the shielding element in terms of its screen attenuation, ie its transfer impedance, to improve. The effect of shielding is quantified by screen attenuation. Shield attenuation is a dimensionless measure that quantifies the effectiveness of shielding. While shielding is a technical measure, shielding attenuation is a measure of the quality of a shield in electromagnetic compatibility.

Hierzu werden bevorzugt die Schirmdämpfungseigenschaften im MHz- und GHz-Bereich, besonders bevorzugt im MHz-Bereich, durch die Länge und/oder den Durchmesser der Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass besonders vorteilhaft mit zunehmender Länge der eingesetzten Kohlenstoff-Fasern, beispielsweise bis in den Millimeter-Bereich, eine verstärkte Schirmdämpfung im niederfrequenten Bereich, d.h. im MHz-Bereich oder kHz-Bereich, erzielt wird. For this purpose, preferably the shielding attenuation properties in the MHz and GHz range, particularly preferably in the MHz range, are determined by the length and / or the diameter of the carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes. It has been shown that particularly advantageously with increasing length of the carbon fibers used, for example down to the millimeter range, an increased shielding attenuation in the low-frequency range, i. in the MHz range or kHz range.

Die Herstellung von elektrisch leitfähigen Polymerverbundwerkstoffen ist grundsätzlich bekannt. The production of electrically conductive polymer composites is basically known.

Kohlenstofffasern sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch Pyrolyse in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Insbesondere anisotrope Fasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung. Eine Kohlenstoff-Faser hat einen Durchmesser von etwa 5–8 Mikrometer. Üblicherweise werden 1000 bis 24.000 Einzelfasern (Filamente) zu einem Bündel (Roving) zusammengefasst, das auf Spulen gewickelt wird. Die Weiterverarbeitung erfolgt zum Beispiel auf Webmaschinen zu textilen Strukturen. Als Kurzschnittfasern können sie Polymeren beigemischt werden und über Extruder- und Spritzgussanlagen zu Kunststoffbauteilen verarbeitet werden. Neuartige leitfähige Fasern sind die Kohlenstoffnanoröhrchen, die zunehmende Bedeutung erlangen. Unter Kohlenstoffnanoröhrchen werden nach dem Stand der Technik hauptsächlich zylinderförmige Kohlenstoffröhren mit einem Durchmesser zwischen 1 und 500 nm verstanden und einer Länge, die ein Vielfaches des Durchmessers beträgt. Diese Röhrchen bestehen aus einer oder mehreren Lagen geordneter Kohlenstoffatome und weisen einen in der Morphologie unterschiedlichen Kern auf. Diese Kohlenstoffnanoröhrchen werden beispielsweise auch als „carbon fibrils” oder „hollow carbon fibres” bezeichnet. Übliche Strukturen dieser Kohlenstoffnanoröhrchen sind solche vom Zylinder Typ. Bei den zylindrischen Strukturen unterscheidet man zwischen den einwandigen Monokohlenstoffnanoröhrchen (Single Wall Carbon Nano Tubes) und den mehrwandigen zylindrischen Kohlenstoffnanoröhrchen (Multi Wall Carbon Nano Tubes). Carbon fibers are industrially produced fibers from carbonaceous raw materials which are converted by pyrolysis into graphitic carbon. In particular, anisotropic fibers show high strengths and stiffness with low elongation at break. A carbon fiber has a diameter of about 5-8 microns. Usually, 1000 to 24,000 individual fibers (filaments) are combined into a bundle (roving), which is wound on spools. The further processing takes place for example on looms to textile structures. As short-cut fibers, they can be mixed with polymers and processed into plastic components by means of extruder and injection molding machines. Novel conductive fibers are the carbon nanotubes that are gaining in importance. Under carbon nanotubes are understood in the prior art mainly cylindrical carbon tubes with a diameter between 1 and 500 nm and a length which is a multiple of the diameter. These tubes consist of one or more layers of ordered carbon atoms and have a different nucleus in morphology. These carbon nanotubes are for example also referred to as "carbon fibrils" or "hollow carbon fibers". Typical structures of these carbon nanotubes are those of the cylinder type. In the cylindrical structures, a distinction is made between the single walled carbon nanotubes and the multiwalled carbon nanotubes.

Als thermoplastische Polymere für das Abschirmelement kommen grundsätzlich alle bekannten amorphen und teilkristallinen thermoplastischen Polymere in Frage. Vorzugsweise handelt es sich bei dem eingesetzten Kunststoff als Matrix-Kunststoff um ein Polyamid, einen Polyester, ein Polystyrol, ein ABS, ein Fluorpolymer, ein Polysulfone, Acetale, Imide oder ein Polyolefin, oder Mischungen daraus. Dabei ist das Polyolefin bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethlen, Polypropylen und Polybuten-(1). In principle, all known amorphous and partially crystalline thermoplastic polymers are suitable as thermoplastic polymers for the shielding element. The plastic used as the matrix plastic is preferably a polyamide, a polyester, a polystyrene, an ABS, a fluoropolymer, a polysulfone, acetals, imides or a polyolefin, or mixtures thereof. In this case, the polyolefin is preferably selected from the group consisting of Polyethlen, polypropylene and polybutene (1).

Bevorzugt beträgt der Massenanteil des Füllstoffs an der Kunststoffmasse des Abschirmelements zwischen 0,1 Gew.-% und 70 Gew.-%. The mass fraction of the filler in the plastic mass of the shielding element is preferably between 0.1% by weight and 70% by weight.

Der Massenanteil der Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren an der Füllstoffmasse beträgt bevorzugt zwischen 0,5 Gew.-% und 60 Gew.-%. The mass fraction of the carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes on the filler mass is preferably between 0.5% by weight and 60% by weight.

Der Massenanteil der Ruße an der Füllstoffmasse beträgt bevorzugt zwischen 95 Gew.-% und 40 Gew.-%. The mass fraction of the carbon blacks in the filler mass is preferably between 95% by weight and 40% by weight.

Die angegebenen Massenbereiche gewährleisten sowohl eine hinreichende Leitfähigkeit des Kunststoffes als auch eine gegenüber Metallen oder bloßen Leitruß-Kunststoff Mischungen verbesserte mechanische Stabilität bzw. Eigensteifigkeit und Wärmealterungsbeständigkeit. Im Stand der Technik ist die gewünschte, definiert begrenzte Leitfähigkeit durch die bloße Einarbeitung von Leitrußen nur schwierig einzustellen, da die steile Perkolationsschwelle schon bei geringen Rußkonzentrationsschwankungen kritische Widerstandsänderungen bewirkt. Zur vorteilhaften Einstellung permanenter, definierter spezifischer Durchgangswiderstände, wie sie für eine Reihe von antielektrostatischen Anwendungen gefordert werden, werden Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren bevorzugt zwischen 0,5 Gew.-% und 60 Gew.-%, bezogen auf die Füllstoffmasse, zugegeben. The stated mass ranges ensure both a sufficient conductivity of the plastic and a comparison with metals or bare Leitruß plastic mixtures improved mechanical stability or inherent rigidity and heat aging resistance. In the prior art, the desired, defined limited conductivity is difficult to adjust by the mere incorporation of Leitrußen, since the steep percolation threshold causes even with low soot concentration fluctuations critical resistance changes. For advantageously setting permanent, defined volume resistivities, as required for a number of antistatic applications, carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes are preferably between 0.5% by weight and 60% by weight. , based on the filler mass added.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abschirmelements weisen die Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren einen äußeren Durchmesser zwischen 1 nm und 50 nm und/oder eine Länge zwischen 1 µm und 12 mmm auf. In a preferred embodiment of the shielding element, the carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes have an outer diameter between 1 nm and 50 nm and / or a length between 1 μm and 12 mm.

Ein weiterer Vorteil des Einbringens leitfähiger Kohlenstoff-Fasern ist der Umstand, dass der gleiche elektrische Effekt auf Grund der Fasergeometrie und der Leitstrukturen der Fasern im Kunststoff viel weniger Leitfähigkeitsadditiv erfordert, als bei Zugabe von Leitfähigkeitsadditiv in den Kunststoff entsprechend dem Stand der Technik. Another advantage of introducing conductive carbon fibers is the fact that the same electrical effect requires much less conductivity additive due to the fiber geometry and the conductive structures of the fibers in the plastic, than with the addition of conductivity additive in the plastic according to the prior art.

Weiterhin tragen die textilen Eigenschaften der Fasern (Reißfestigkeit, Dehnung) mit dazu bei, dass im Gegensatz zu mit reinen Leitrußen gefüllten Kunststoffen die Abnahme der Flexibilität, Dehnbarkeit und Zähigkeit des gefüllten Kunststoffes weitgehend verhindert wird. Furthermore, the textile properties of the fibers (tensile strength, elongation) contribute to the fact that, in contrast to plastics filled with pure conductive carbon black, the decrease in flexibility, ductility and toughness of the filled plastic is largely prevented.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmelement als Gehäuse für elektrische oder elektronische Funktionselemente, insbesondere Leiterplatten, ausgebildet, das seinen Innenraum gegenüber elektromagnetischer Strahlung abschirmt. In a preferred embodiment, the shielding element is designed as a housing for electrical or electronic functional elements, in particular printed circuit boards, which shields its interior against electromagnetic radiation.

Die erfindungsgemäße Verwendung des Abschirmelements beinhaltet die Ableitung elektrischer Ladungen und/oder Dämpfung elektromagnetischer Felder im MHz- und GHz-Bereich, bevorzugt im MHz-Bereich. The inventive use of the shielding element includes the dissipation of electrical charges and / or attenuation of electromagnetic fields in the MHz and GHz range, preferably in the MHz range.

Dabei erfolgt die Verwendung des Abschirmelements vorzugsweise in Fahrzeugen. Die Einstellung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs wird dabei insbesondere durch Auswahl und Mengenanteile der Füllstoffe bestimmt. Damit wird vorteilhaft ein selektives Abschirmen definierter Frequenzbereiche bei gleichbleibender Geometrie des Abschirmelements ermöglicht. In this case, the use of the shielding preferably takes place in vehicles. The adjustment of the electrical and mechanical properties of the plastic is determined in particular by selection and proportions of the fillers. This advantageously allows a selective shielding of defined frequency ranges with the same geometry of the shielding element.

Beispiel example

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des Abschirmelements anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne die Erfindung damit einschränken zu wollen. Hereinafter, an embodiment of the shielding is explained in detail with reference to the drawing, without wishing to restrict the invention so.

Dabei zeigt: Showing:

1 ein erfindungsgemäßes Abschirmelement als Gehäuse in perspektivischer Schrägansicht. 1 an inventive shielding as a housing in perspective oblique view.

In 1 ist ein schirmwirksames Gehäuse 1 gezeigt, in dessen Innenraum eine Leiterplatte 2 und weitere elektrische oder elektronische Bauelemente 3 und Verbindungen angeordnet sind und das die Leiterplatte 2 und die Bauelemente 3 gegen elektromagnetische Strahlung abschirmt. Elektronische Bauelemente 3, aber auch gegenüber elektromagnetischer Strahlung störungsempfindliche Mess-, Untersuchungs- und ähnliche Anordnungen, benötigen zu ihrem störungsfreien Betrieb eine Abschirmung gegenüber den am Betriebsort vorhandenen elektromagnetischen Feldern. Sie werden daher in abschirmenden Gehäusen 1 untergebracht, die in den Wandungen leitfähiges Material 4 aufweisen und im Sinne eines Faradayschen Käfigs wirken. In 1 is a screen-effective housing 1 shown in the interior of a circuit board 2 and other electrical or electronic components 3 and connections are arranged and that the circuit board 2 and the components 3 shields against electromagnetic radiation. Electronic Components 3 , but also to electromagnetic radiation interference-sensitive measurement, examination and similar arrangements, need for their trouble-free operation a shield against existing at the site electromagnetic fields. They are therefore in shielding housings 1 housed in the walls conductive material 4 and act in the sense of a Faraday cage.

Solche Gehäuse 1 finden darüber hinaus Anwendung für Geräte oder Baugruppen 3, die ihrerseits elektromagnetische Strahlung emittieren, die es von der Umgebung fernzuhalten gilt. Such housing 1 also find application for devices or assemblies 3 which, in turn, emit electromagnetic radiation that needs to be kept away from the environment.

Die Grundform des bevorzugt einteiligen Gehäuses 1 ist durch ein spritzgegossenes Kunststoffformteil mit zumindest einer Bohrung, die dem Verschrauben der Leiterplatte 2 mit einem Rahmen und/oder der Erdung dient, vorgegeben. Das Gehäuse 1 ermöglicht die Ableitung elektrischer Ladungen sowie eine Dämpfung elektromagnetischer Wellen. The basic shape of the preferably one-piece housing 1 is by an injection-molded plastic molding with at least one hole, which is the screwing of the circuit board 2 with a frame and / or grounding, given. The housing 1 enables the discharge of electrical charges as well as a damping of electromagnetic waves.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem recyclebaren Kunststoff, in welchen mindestens ein kohlenstoffhaltiger, elektrisch leitender Füllstoff 4 eingearbeitet ist The housing 1 consists of a recyclable plastic, in which at least one carbon-containing, electrically conductive filler 4 is incorporated

Die Einstellung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs wird dabei insbesondere durch Hinzufügung der Füllstoffe 4 (Ruß bzw. Ruße und synthetische Graphite, Naturgraphite, Graphen, insbesondere Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder Mischungen daraus) bestimmt. The adjustment of the electrical and mechanical properties of the plastic is in particular by adding the fillers 4 (Carbon blacks and synthetic graphites, natural graphites, graphene, in particular carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof).

Die Art, der Mengenanteil und die Faserlänge oder Korngröße der die Leitfähigkeit sichernden Beimengung aus Kohlenstoff beeinflußt nicht nur die elektrischen, sondern auch die mechanischen und Verarbeitungseigenschaften des leitfähigen elastischen Materials. Die (Querschnitts-)Abmessungen und Gestalt des Gehäuses werden primär durch die physiko-chemischen Eigenschaften der verwendeten leitfähigen Kunststoffmasse bestimmt und sind daher durch geeignete Wahl o.g. Parameter vorgebbar. Die Einstellung der Eigenschaften der Kunststoffmasse kann dabei insbesondere durch Hinzufügung einer erfindungsgemäßen Füllstoffauswahl derart erfolgen, dass ein Gehäuse 1 bei gleichem Design (Form, Dicke) je nach Anforderung unterschiedliche Schirmdämpfungseigenschaften aufweist. The nature, the proportion and the fiber length or grain size of the conductivity-securing admixture of carbon influences not only the electrical but also the mechanical and processing properties of the conductive elastic material. The (cross-sectional) dimensions and shape of the housing are determined primarily by the physico-chemical properties of the conductive plastic mass used and are therefore predetermined by suitable choice above parameters. The adjustment of the properties of the plastic compound can be carried out in such a way in particular by adding a Füllstoffauswahl invention such that a housing 1 has the same design (shape, thickness) depending on the requirement different shielding damping properties.

Die Schirmdämpfungseigenschaften des Gehäuses 1 im MHz- und GHz-Bereich, besonders bevorzugt im MHz-Bereich, werden dabei insbesondere durch die Länge und/oder den Durchmesser der Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Nanofasern, einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren bestimmt. Mit zunehmender Länge der eingesetzten Kohlenstoff-Fasern, beispielsweise bis in den Millimeter-Bereich, wird eine verstärkte Schirmdämpfung im niederfrequenten Bereich, d.h. im MHz-Bereich oder kHz-Bereich, erzielt. The screen attenuation properties of the housing 1 In the MHz and GHz range, particularly preferably in the MHz range, are determined in particular by the length and / or diameter of the carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes. With increasing length of the carbon fibers used, for example up to the millimeter range, an increased shielding attenuation in the low-frequency range, ie in the MHz range or kHz range, achieved.

Bei anderen vorteilhaften Ausführungen der Erfindung können statt becherartiger Gehäuse 1 auch plattenartige Abschirmungen vorgesehen sein. Auch Leiterplattenteile können Abschirmfunktionen übernehmen. In dem benutzten Kunststoff ist mindestens ein kohlenstoffhaltiger, elektrisch leitender Füllstoff 4 eingearbeitet, wobei der Füllstoff 4 aus Rußen und mindestens einem elementaren Kohlenstoff besteht. In other advantageous embodiments of the invention, instead of cup-like housing 1 Also be provided plate-like shields. Even circuit board parts can take over shielding functions. In the plastic used is at least one carbonaceous, electrically conductive filler 4 incorporated, wherein the filler 4 consists of carbon blacks and at least one elemental carbon.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3915651 A1 [0004]
GB 2463017 A [0006]

Claims

Shielding element ( 1 ) for electrical or electronic functional elements ( 2 . 3 ), consisting of a recyclable plastic, in which at least one carbon-containing, electrically conductive filler ( 4 ), wherein the filler ( 4 ) of carbon blacks and at least one elemental carbon selected from the group consisting of synthetic graphites, natural graphites, graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof, and wherein the filler ( 4 ) is contained in an amount and / or a mixing ratio in the plastic, that its specific volume resistivity ρ is less than 10 ⁵ Ωcm.

Shielding element ( 1 ) according to claim 1, wherein the volume resistivity of the plastic ranges from 0.1 to 10 ⁵ Ωcm by the amount and / or mixing ratio of carbon blacks, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof , is determined.

Shielding element ( 1 ) according to claim 1, wherein its screen attenuation properties in the MHz and GHz range, preferably in the MHz range, are determined by the length and / or diameter of the carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes.

Shielding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the plastic is amorphous or partially crystalline and comprises a polyamide, a polyester, a polystyrene, an ABS, a fluoropolymer, a polysulfone, an acetal, an imide or a polyolefin.

Shielding element ( 1 ) according to claim 4, wherein the polyolefin is selected from the group Polyethlen, polypropylene and polybutene (1).

Shielding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the mass fraction of the filler ( 4 ) is at the plastic mass between 0.1 wt .-% and 70 wt .-%.

Shielding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the mass fraction of the carbon fibers, carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes in the filler mass is between 0.5 wt .-% and 60 wt .-%.

Shielding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the mass fraction of the carbon blacks in the filler mass is between 95 wt .-% and 40 wt .-%.

Shielding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the carbon nanofibers, single-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes have an outer diameter between 1 nm and 50 nm and / or a length between 1 .mu.m and 12 mm.

Shielding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the shielding element ( 1 ) as a housing ( 1 ) for electrical or electronic functional elements ( 2 . 3 ), in particular printed circuit boards ( 3 ), which shields its interior against electromagnetic radiation.

Use of a shielding element according to one of the preceding claims for the derivation of electrical charges and / or attenuation of electromagnetic fields in the MHz and GHz range, preferably in the MHz range.

Use of a shielding element according to claim 11 in vehicles.