DE112014002688T5

DE112014002688T5 - Aus thermoplastischem Harz geformter Artikel und Herstellungsverfahren für einen aus thermoplastischem Harz geformten Artikel

Info

Publication number: DE112014002688T5
Application number: DE112014002688.3T
Authority: DE
Inventors: Chiaki Asano; Tsuguhisa Miyamoto; Akihide Takami
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN105246967A; JP2014237751A; US20160122513A1; CN105246967B; JP6056665B2; US9963579B2; WO2014196133A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Formteil aus thermoplastischem Harz enthält Kohlefasern. Eine Menge der Kohlefasern fällt in einen Bereich von 0,4 Massenprozent bis 10 Massenprozent. Eine durchschnittliche Länge der Kohlefasern fällt in einen Bereich von 0,5 mm bis 15 mm. Das thermoplastische Harz ist Polypropylen. Das Polypropylen umfasst Polypropylen, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält. Oberflächen der Kohlefasern enthalten mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe, einer Hydroxyl-Gruppe oder einer Cl-Gruppe.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Formteile aus thermoplastischem Harz sowie Verfahren zum Bilden von Formteilen aus thermoplastischem Harz und insbesondere Formteile aus thermoplastischem Harz, die Kohlefasern enthalten, sowie Verfahren zum Bilden von Formteilen aus thermoplastischem Harz, die Kohlefasern enthalten.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In den letzten Jahren müssen mit der raschen Verbreitung von Elektronikgeräten Gehäuse oder ähnlichem für zum Beispiel Personal Computer, Mobiltelefone und Kraftfahrzeugteile eine leitfähige Funktion aufweisen und elektromagnetische Wellen abschirmen, um Störungen von Elektronikgeräten und Einwirken auf den menschlichen Körper, etc. zu reduzieren. Für IC-Trays zum Aufnehmen von IC-Gehäusen werden vermehrt leicht formbare Formteile aus thermoplastischem Harz verwendet. Um die ICs (englisch kurz für Integrierte Schaltungen) vor statischer Elektrizität zu schützen, müssen IC-Trays aus thermoplastischem Harz elektrische Leitfähigkeit und eine antistatische Funktion aufweisen.
Zum Erfassen von Entfernungen, Geschwindigkeiten und Hindernissen werden verschiedene Techniken unter Verwenden von elektromagnetischen Wellen genutzt. Solche Gehäuse erfordern das Abschirmen von unnötigen elektromagnetischen Wellen, um eine präzise Erfassung auszuführen.
Das Verwenden von leitfähigem Harz ist eines der Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus thermoplastischem Harz, das leitend ist, um elektromagnetische Wellen abzuschirmen. Da leitfähiges Harz, das allein verwendet wird, aber teuer und unpraktisch ist, wird für ein leitfähiges Formteil für gewöhnlich allgemeines thermoplastisches Harz auf dem Markt verwendet. Es gibt grob gesagt zwei Verfahren, um ein Formteil aus allgemeinem thermoplastischen Harz leitfähig zu machen. Eines der Verfahren besteht darin, thermoplastisches Harz zu formen und dann durch Oberflächenbearbeitung wie etwa Überziehen oder Abscheiden auf der Oberfläche des Formteils einen leitfähigen Film zu bilden. Das andere besteht darin, ein leitfähiges Pulvermaterial, wie etwa Carbon Black oder Metall oder ein leitfähiges Fasermaterial wie etwa Metallfasern oder Kohlefasern mit dem thermoplastischem Harz zu vermengen und die Mischung zu formen.
Von den beiden Verfahren erfordert das erstere Verfahren zum Bilden des leitfähigen Films zwei Schritte, das Formen des thermoplastischen Harzes und die Oberflächenbearbeitung, wie etwa Überziehen oder Abscheiden. Dies verursacht bei der Herstellung ein Wirtschaftlichkeitsproblem. Das letztere Verfahren des Mischens des thermoplastischen Harzes mit dem leitfähigen Material erfordert dagegen nur eine Verarbeitung, das Formen.
Ein leitfähiges Pulver oder Fasermaterial wird dem thermoplastischen Harz beigemengt, um das thermoplastische Harz leitfähig zu machen. Mit der gleichen Menge weist ein leitfähiges Fasermaterial aber eine höhere Leitfähigkeit als ein leitfähiges Pulvermaterial auf. Der Grund ist wie folgt. Während durch wechselseitigen Kontakt zwischen leitfähigen Materialien, die in thermoplastischem Harz dispergiert sind, eine leitfähige Funktion vorgesehen wird, kontaktieren leitfähige Fasermaterialien einander mehr als leitfähige Pulvermaterialien. Es versteht sich somit, dass ein längeres leitfähiges Fasermaterial eine höhere Leitfähigkeit aufweist. Wie vorstehend beschrieben kann ein leitfähiges Fasermaterial zum Beispiel Metallfasern oder Kohlefasern sein. Von diesen werden Kohlefasern, insbesondere lange Kohlefasern, die eine ausgezeichnete Affinität zu Harz haben, besonders bevorzugt zum Vorsehen ausgezeichneter Leitfähigkeit verwendet.
Patentschrift 1 offenbart zum Beispiel ein Formteil aus thermoplastischem Harz, das Kohlefasern enthält. Die Menge des thermoplastischen Harzes in einer Matrix beträgt 70–99,5 Gew.-%. Die Gesamtmenge der in dem Formteil enthaltenen Kohlefasern beträgt 0,5–30 Gew.-%. Der Anteil an Kohlefasern (a) mit Längen über 1,5 mm beträgt 0,1–4,7 Gew.-% (bezüglich der Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern, nachstehend gleich). Der Anteil an Kohlefasern (b) mit Längen von 0,5–1,5 mm beträgt 0,2–10,7 Gew.-%. Der Anteil an Kohlefasern (c) mit Längen von weniger als 0,5 mm beträgt 0,2–14,6 Gew.-%. Patentschrift 1 lehrt, dass dieses Formteil aus thermoplastischem Harz ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften und insbesondere ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild der Oberfläche bietet.
LISTE DER ANFÜHRUNGEN
PATENTSCRIFT

[PATENTSCRIFT 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-218711

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die vorliegenden Erfinder haben aber die in Patentschrift 1 gezeigte Technik implementiert und festgestellt, dass die Leistung bei der Abschirmung elektromagnetischer Wellen abhängig von der Ausrichtung der Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen variiert, d. h. die Abschirmleistung ist bei einer horizontal polarisierten Welle und einer vertikal polarisierten Welle unterschiedlich.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf das Problem und zielt darauf ab, ein Formteil aus thermoplastischem Harz vorzusehen, das unabhängig von der Ausrichtung der polarisierten Welle eine gleichmäßige Abschirmleistung aufweist.
LOSUNG DES PROBLEMS
Zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems enthält das erfindungsgemäße Formteil aus thermoplastischem Harz Kohlefasern. Eine Menge der Kohlefasern fällt in einen Bereich von 0,4 Massenprozent bis 10 Massenprozent. Eine durchschnittliche Länge der Kohlefasern fällt in einen Bereich von 0,5 mm bis 15 mm. Das thermoplastische Harz ist Polypropylen. Das Polypropylen umfasst Polypropylen, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält. Die Oberflächen der Kohlefasern enthalten mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe, einer Hydroxyl-Gruppe oder einer Cl-Gruppe. Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Polypropylen: ein Homopolymer, ein Random-Copolymer mit Ethylen und ein Blockcopolymer mit Ethylen. Das Blockcopolymer mit Ethylen wird als ”Blockpolypropylen” bezeichnet.
Diese Konfiguration verbessert die Affinität zwischen den Kohlefasern, die mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe, der Hydroxyl-Gruppe oder der Cl-Gruppe auf ihren Oberflächen enthalten, und dem Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe oder der Hydroxyl-Gruppe enthält. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Dispersion der Kohlefasern in dem Polypropylen, um unabhängig von der Ausrichtung von polarisierten elektromagnetischen Wellen, die auf das Harzformteil auftreffen, eine hohe Abschirmleistung aufzuweisen.
Das thermoplastische Harz kann das Polypropylen enthalten, das mindestens eine von Carboxyl-Gruppe oder Carbonyl-Gruppe enthält. Die Oberflächen der Kohlefasern können mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe und der Hydroxyl-Gruppe enthalten. Das thermoplastische Harz kann ein Harz enthalten, das sich von dem Polypropylen unterscheidet, das mindestens eine von Carboxyl-Gruppe oder Carbonyl-Gruppe enthält. Das sich von Polypropylen unterscheidende Harz kann mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthalten.
Das thermoplastische Harz kann das Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält, und ein anderes Harz, das als Funktionsgruppe mindestens eines der Elemente N, O, F, S, Cl, Br oder I enthält, enthalten. Oberflächen der Kohlefasern können mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe oder der Hydroxyl-Gruppe enthalten.
Das andere Harz kann Epoxidharz oder Polypropylen sein.
Das Polypropylen kann Blockpolypropylen sein.
Ein Durchmesser jeder der Kohlefasern fällt bevorzugt in einen Bereich von 5 μm bis 11 μm.
Die Menge der Kohlefasern fällt bevorzugt in einen Bereich von 0,5 Massenprozent bis 5 Massenprozent.
Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern fällt bevorzugt in einen Bereich von 0,5 mm bis 10 mm.
Das Formteil aus thermoplastischem Harz wird bevorzugt durch Spritzguss gebildet.
Ein erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines Formteils aus thermoplastischem Harz umfasst das Erzeugen eines geschmolzenen Materials durch Kneten eines ersten Harzmaterials, das Kohlefasern und ein erstes thermoplastisches Harz enthält, und eines zweiten Harzmaterials, das ein zweites thermoplastisches Harz enthält; und Einspritzen des geschmolzenen Materials in eine Form. Eine durchschnittliche Länge der in dem ersten Harzmaterial enthaltenen Kohlefasern fällt in einen Bereich von 0,5 mm bis 15 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern enthalten mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe, einer Hydroxyl-Gruppe oder einer Cl-Gruppe. Das erste thermoplastische Harz ist Polypropylen, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält. Das geschmolzene Material enthält die Kohlefasern in einem Bereich von 0,4 Massenprozent bis 10 Massenprozent.
Diese Konfiguration verbessert die Affinität zwischen den Oberflächen der Kohlefasern und dem Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe oder der Hydroxyl-Gruppe enthält. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Dispersion von Kohlefasern in dem Polypropylen, um ein Formteil aus thermoplastischem Harz zu bilden, das unabhängig von der Ausrichtung von polarisierten elektromagnetischen Wellen, die auf das Harzformteil auftreffen, eine hohe Abschirmleistung aufweist.
Das erste thermoplastische Harz kann das Polypropylen sein, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält. Die Oberflächen der Kohlefasern können mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe und der Hydroxyl-Gruppe enthalten. Die Oberflächen der Kohlefasern, die in dem ersten Harzmaterial enthalten sind, können mit dem dritten Harz bedeckt sein, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält.
Das erste thermoplastische Harz kann das Polypropylen sein, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe oder einer Carbonyl-Gruppe enthält. Die Oberflächen der Kohlefasern können mit einem dritten Harz bedeckt sein, das als Funktionsgruppe mindestens eines der Elemente N, O, F, S, Cl, Br oder I enthält. Das dritte Harz ist bevorzugt Epoxidharz oder Polypropylen.
Das zweite thermoplastische Harz kann Polypropylen sein, das sich von dem ersten thermoplastischen Harz unterscheidet.
Das zweite thermoplastische Harz kann das gleiche Polypropylen wie das erste thermoplastische Harz sein.
Das Polypropylen kann Blockpolypropylen sein.
Da bei dem erfindungsgemäßen Formteil aus thermoplastischem Harz die Affinität zwischen den Oberflächen der Kohlefasern und dem Polypropylen hoch ist, werden die Kohlefasern in dem Polypropylen in verschiedenen Richtungen gleichmäßig verteilt. Dadurch sieht das Formteil aus thermoplastischem Harz unabhängig von der Ausrichtung der Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen eine hohe Leistung bei der Abschirmung elektromagnetischer Wellen vor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Beurteilungseinrichtung der Leistung bei der Abschirmung elektromagnetischer Wellen.
2 verdeutlicht die Beziehung zwischen einem Kohlefaseranteil und der Dämpfung von Funkwellen gemäß einer Ausführungsform.
3 verdeutlicht die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Länge von Kohlefasern und der Dämpfung von Funkwellen gemäß einer Ausführungsform.
4 zeigt einen Vergleich zwischen einer Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel.
5 verdeutlicht die Beziehung zwischen einem Kohlefaseranteil und der Dämpfung von Funkwellen gemäß einer Ausführungsform.
6 verdeutlicht die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Länge von Kohlefasern und der Dämpfung von Funkwellen gemäß einer Ausführungsform.
7 zeigt einen Vergleich zwischen einer Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel.
8 verdeutlicht die Beziehung zwischen einem Kohlefaseranteil und der Dämpfung von Funkwellen gemäß einer Ausführungsform.
9 verdeutlicht die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Länge von Kohlefasern und der Dämpfung von Funkwellen gemäß einer Ausführungsform.
10 zeigt einen Vergleich zwischen einer Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Vor dem Beschreiben von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Hintergrund der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein sicheres und effizientes Bewegen von Objekten bei gleichzeitigem Vermeiden einer Kollision mit einem anderen Objekt ist stets erforderlich. Die ”Bewegung von Objekten” umfasst zum Beispiel eine gehende Person, sich bewegende Teile und Produkte in einer Fertigungslinie eines Werks, Teile und Produkte, die zwischen Herstellungsschritten in einem Werk umgesetzt werden, ein vorbeifahrendes Fahrzeug und andere verschiedene Ereignisse. Wie von diesen ein Verkehrsunfall zu vermeiden ist, wurde lange Zeit überlegt.
Ohne ein von hinten kommendes Fahrzeug zu bemerken, würde zum Beispiel ein Fahrer aufgrund eines fälschlichen Betätigens eines Griffs oder einer Bremse von dem Fahrzeug getroffen werden. Zur Lösung dieses Problems gibt es eine Untersuchung über das Erfassen eines nachfolgenden Fahrzeugs mit einem Sensor (was als ”Überwachungsradar” bezeichnet wir) unter Nutzen von elektromagnetischen Wellen. In diesem Fall muss der Sensor nur elektromagnetische Wellen, die von einem nachfolgenden Fahrzeug reflektiert werden, selektiv erfassen. Ansonsten könnte der Sensor aufgrund eines elektromagnetischen Wellenrauschens eine Warnung erhalten oder nicht mehr in der Lage sein, die elektromagnetischen Wellen von dem nachfolgenden Fahrzeug, die in dem Rauschen eingebettet sind, zu erfassen. Diese Situationen sind recht gefährlich.
Zu sendende elektromagnetische Wellen werden mit einer bestimmten Verteilung abgestrahlt und somit von Fahrzeugkomponenten um einen Sender reflektiert, um einen Empfänger zu erreichen, wodurch Rauschen erzeugt wird. Die Positionierung eines elektromagnetische Wellen abschirmenden Elements um den Empfänger wurde in Betracht gezogen, um unnötige Funkwellen mit Ausnahme der elektromagnetischen Wellen hin zum nachfolgenden Fahrzeug abzuschirmen.
Da die Position eines Überwachungsradars beschränkt ist, weist das elektromagnetische Wellen abschirmende Element für gewöhnlich eine komplexe Form auf. Ferner muss das elektromagnetische Wellen abschirmende Element leicht und mechanisch belastbar sein, einen hohe Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen aufweisen und bei niedrigen Kosten hergestellt werden. Zum Beispiel bietet eine Metallplatte eine ausreichend hohe Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen, ist aber schwer und für eine komplexe Form ungeeignet. Eine solche Metallplatte erfordert auch Rostschutzmaßnahmen. Unter Bezug auf Patentschrift 1 haben die vorliegenden Erfinder verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um die vorstehend beschriebenen Anforderungen zu erfüllen und Unterschiede bei der Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen, die durch die Ausrichtung der Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen hervorgerufen werden, zu reduzieren, und sind zu der folgenden Erfindung gelangt.
Unter Bezug auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zur Vereinfachung werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um Elemente mit im Wesentlichen den gleichen Funktionen darzustellen.
Erste Ausführungsform
Die vorliegenden Erfinder stellten Untersuchungen an, um die erwünschte Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen unter Verwenden eines Harzformteils, das Kohlefasern für ein elektromagnetische Wellen abschirmendes Element enthält, zu erhalten. Im Einzelnen untersuchten die vorliegenden Erfinder die Abschirmleistung einer Harzplatte mit einer Dicke von 3,0 mm unter Verwenden von horizontal polarisierten elektromagnetischen Wellen von 24 GHz als Überwachungsradar. Selbst bei vertikalem Auftreffen der elektromagnetischen Wellen auf die Harzplatte und willkürlichem Drehen der Vorderseite der polarisierten elektromagnetischen Wellen in der Vorwärtsrichtung hatte das untersuchte Harzformteil immer eine Dämpfung von 11 dB oder mehr, was gleich der elektromagnetische Wellen abschirmenden Leistung der mit einem leitfähigen Material versehenen Harzplatte ist. Im Hinblick auf Kosten und mechanische Eigenschaften wurde Polypropylen als thermoplastisches Harz verwendet.
Als leitfähiges Material werden Kohlefasern in einem Harzformteil dispergiert. Wenn hochfrequente elektromagnetische Wellen eines Überwachungsradars zum Beispiel auf das Harzformteil auftreffen, fließt aufgrund einer elektromagnetischen Induktionswirkung ein Strom durch die Kohlefasern. Wenn dieser Strom ein Wirbelstrom ist, erzeugt der Wirbelstrom die magnetischen Kraftlinien entgegengesetzt zu den elektromagnetischen Wellen, um die elektromagnetischen Wellen aufzuheben und eine Abschirmfunktion aufzuweisen. Zum Erzeugen des Wirbelstroms müssen die Kohlefasern selbst einander kontaktieren, um eine Schleife aus einem leitfähigen Material mit einem Durchmesser kleiner oder gleich der halben Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen hervorzurufen. Elektromagnetische Wellen von 24 GHz haben eine Wellenlänge von etwa 1 cm.
Wenn der Kohlefaseranteil zunimmt, kontaktieren die benachbarten Kohlefasern einander in dem Harzformteil. Wenn thermoplastisches Harz eine große Menge Kohlefasern enthält, kontaktieren die Kohlefasern einander ausreichend, um eine Schleife aus dem leitfähigen Material mit einem Durchmesser von kleiner oder gleich der halben Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen hervorzurufen. Ein zunehmender Kohlefaseranteil steigert aber Kosten, mindert die Fließleistung des thermoplastischen Harzes und verschleißt zunehmend einen Zylinder einer Knetmaschine oder eine Form. Weiterhin führt eine Längenreduzierung der Kohlefasern in dem thermoplastischen Harz zu ungenügendem Kontakt zwischen den benachbarten Kohlefasern, sofern der Kohlefasergehalt nicht angehoben wird. Die Kohlefasern in dem thermoplastischen Harz werden beim Kneten und Leiten durch einen Durchlass während des Einspritzens kürzer.
Die vorliegenden Erfinder haben diese Punkte untersucht und festgestellt, dass sich die Dämpfung abhängig von der Richtung der Schwingung der elektromagnetischen Wellen ändert. Dies wird berücksichtigt, da Kohlefasern dazu neigen, sich bei Spritzgießen entlang einer Harzströmung auszurichten. Tatsächlich ist die Dämpfung von elektromagnetischen Wellen groß, wenn die Vorderseite der Schwingung horizontal zur Harzströmung ausgerichtet ist, und am kleinsten, wenn die Vorderseite vertikal ausgerichtet ist. Die Mindestdämpfung muss aber 11 dB oder mehr betragen. Somit besteht eine Notwendigkeit, den Kohlefaseranteil zu erhöhen, wenn die Dämpfung abhängig von der Ausrichtung der Vorderseite der Schwingung stark schwankt. Nach verschiedenen Untersuchungen haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass eine Kombination aus einer bestimmten Oberflächenbearbeitung von Kohlefasern und einer bestimmten Modifikation eines thermoplastischen Harzes die Änderungen der Dämpfung aufgrund der Ausrichtung der Vorderseite der Schwingung und dem Kohlefaseranteil reduziert. Nun wird ein Formteil aus thermoplastischem Harz gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
Verfahren zum Herstellen eines Harzformteils Ein Verfahren zum Herstellen eines Harzformteils ist wie folgt.
Als Rohmaterialien werden ein Masterbatch (d. h. ein erstes Harzmaterial) und Granulat zum Strecken (d. h. ein zweites Harzmaterial) gemischt und in einen Knetextruder gegeben. Das Masterbatch ist ein erstes thermoplastisches Harz, das eine große Menge Kohlefasern enthält. Das Granulat besteht aus einem zweiten thermoplastischen Harz. Der Knetextruder ist zum Beispiel ein Doppelschneckenextruder, der das Masterbatch und das Granulat zum Strecken schmelzknetet, um die Kohlefasern in dem thermoplastischen Harz gleichmäßig zu verteilen.
Als Nächstes wird das schmelzgeknetete geschmolzene Material in die Form eingespritzt und abgekühlt, um ein Harzformteil zu bilden. Das Harzformteil ist ein Element zum Anbringen eines Sender-Empfängers für elektromagnetische Wellen eines Überwachungsradars und umfasst an seiner Oberseiten, den Seiten und am Boden Abschirmabschnitte.
Beurteilung der Abschirmleistung des Harzformteils bezüglich elektromagnetischer Wellen
Mithilfe der in 1 gezeigten Beurteilungseinrichtung wurde die Abschirmleistung eines Harzformteils bezüglich elektromagnetischer Wellen ausgewertet. Die Beurteilungseinrichtung umfasst Stabantennen zum Senden und Empfangen von Funkwellen. Eine Sendeantenne 20 ist bei einem Abstand von 12 mm von einer Empfangsantenne 30 angeordnet, die durch Freilegen eines Flansches eines Detektors gebildet ist. Eine Harzformteilprobe 10 ist so angeordnet, dass sie zu der Sendeantenne 20 weist. Eine elektromagnetische Welle 40, die gesendet und empfangen werden soll, ist eine horizontal polarisierte Welle mit einer Frequenz von 24,2 GHz. Die Harzformteilprobe 10 wurde an zwei Stellen beurteilt, so dass das geschmolzene Material horizontal und vertikal zu der Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen fließt.
Beispiel
Als Masterbatch, das Kohlefasern enthielt, wurde ein Chip, der durch Zugeben von Kohlefasern zu einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Blockpolypropylen erhalten wurde, verwendet. Die Kohlefasern hatten einen Durchmesser von 5–7 μm und eine Länge von 8 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden oxidiert, um eine Carboxyl-Gruppe und eine Hydroxyl-Gruppe einzubringen. Dieses Masterbatch enthält thermoplastisches Harz und die Kohlefasern bei einem Massenverhältnis von 6:4. Durch Messen der Absorption von Licht mit einer Wellenlänge in dem Infrarot-Spektrum durch FT-IR wurde bestätigt, dass das modifizierte Blockpolypropylen eine Carbonyl-Gruppe enthielt. Das Vorhandensein von Carboxyl- und Hydroxyl-Gruppen auf den Oberflächen der Kohlefasern wurde durch XPS bestätigt.
Als Nächstes wurde durch Mischen von nativem Blockpolypropylen, Ethylen/α-Olefin-Copolymer-Elastomer und Talk (mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 4 μm) bei einem Massenverhältnis von 60:15:25 ein Streckmaterial erzeugt. Das Masterbatch und dieses Streckmaterial wurden bei einem vorbestimmten Massenverhältnis gemischt und in einen Rohmaterialtrichter einer Spritzgussvorrichtung gegeben. Dann wird die Mischung in eine Form (mit einer Größe von 360 mm × 250 mm × 3 mm) mit einem direkten Einzelpunkt-Anguss eingespritzt. Dadurch wurde eine Harzformteilprobe hergestellt. Die Dicke des Harzformteils betrug 3,0 mm. Die Formungsbedingungen waren wie folgt. Die Temperatur des Harzes betrug 240°C. Die Temperatur der Form betrug 60°C. Die Drehzahl der Schnecke betrug 80 U/min (die Schnecke war eine zweigängige Schnecke). Der Gegendruck betrug 10 MPa. Die Einspritzgeschwindigkeit betrug 40 mm/s. Der Druck wurde bei 40 MPa × 4 s gehalten.
2 veranschaulicht ein Ergebnis der Beurteilung der Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen bei gleichzeitigem Andern der in einer Harzformteilprobe enthaltenen Kohlefasermenge. Zu diesem Zeitpunkt zerbrachen die Kohlefasern durch Spritzgießen und wurden kürzer. Infolge der Messung der Verteilung der Längen der Kohlefasern durch Bildanalyse war die durchschnittliche Länge der Kohlefasern in der Harzformteilprobe länger als 0,5 mm. Bei Platzieren der Harzformteilprobe, so dass das geschmolzene Material horizontal zur Vorderseite der Schwingung der elektromagnetischen Wellen floss, war die Dämpfung von Funkwellen maximal. Bei Platzieren der Harzformteilprobe, so dass das geschmolzene Material vertikal floss, war die Dämpfung am kleinsten. Bei anderen Winkeln fiel die Dämpfung zwischen das Minimum und das Maximum.
Bei einem Kohlefaseranteil von 0,2 Massenprozent betrug die Dämpfung der Funkwellen 14,5 dB oder mehr. Selbst nach Ändern der Fließrichtung des geschmolzenen Materials in der Probe bezüglich der Vorderseite der Schwingung der elektromagnetischen Wellen schwankte die Dämpfung der Funkwellen nur um 2,5 dB. Diese Dämpfung der Funkwellen und der Änderungsbetrag stellen für ein Produkt eine ausreichende Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen dar. Bei einer Zunahme des Kohlefaseranteils bis zu 1 Massenprozent stieg die Dämpfung der Funkwellen, doch der durch eine Änderung der Ausrichtung der Probe hervorgerufene Schwankungsbereich der Dämpfung der Funkwellen war 2,5–4,5 dB klein. Die Dämpfung der Funkwellen bei einem Kohlefaseranteil von weniger als 0,2 Massenprozent wird durch Extrapolieren des Graphen von 2 geschätzt. Es ist ersichtlich, dass die Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen von 11 dB, die für ein Produkt benötigt wird, durch Festlegen des Kohlefaseranteils auf bis zu 0,1 Massenprozent oder mehr erhalten wird. Im Hinblick auf die Datenzuverlässigkeit werden bevorzugt Kohlefasern von 0,2 Massenprozent oder mehr zugegeben. Im Hinblick auf die Unterschiede bei der Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen abhängig von Unterschieden bei Rohmaterialien und Herstellungsschritten oder von der Position des Produkts beträgt die Dämpfung der Funkwellen bevorzugt 20 dB oder mehr. Diese Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen wird durch einen Kohlefaseranteil von 0,45 Massenprozent oder mehr erhalten.
Als Nächstes zeigt 3, wie die Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen abhängig von der durchschnittlichen Länge von Kohlefasern in einer Harzformteilprobe schwankt. Bei einer Spritzgießvorrichtung wird eine Steigerung des Grads des Knetens in Betracht gezogen, um den Grad des Zerbrechens zu steigern, um die Längen von Kohlefasern zu reduzieren. Somit wurden mehrere Harzformteilproben, die Kohlefasern bei 1 Massenprozent enthielten, bei unterschiedlichen Knetgraden hergestellt, und die durchschnittliche Länge der Kohlefasern wurde gemessen.
Wie in 3 gezeigt ist, war in dem Bereich von 0,53 mm bis 1,06 mm die durchschnittliche Länge der Kohlefasern nahezu proportional zu der Dämpfung von Funkwellen, und der Änderungsbereich der Dämpfung der Funkwellen, der durch eine Änderung der Ausrichtung der Probe hervorgerufen wurde, betrug 2,5–4,6 dB. Bei einer durchschnittlichen Länge der Kohlefasern von 0,5 mm betrug die Dämpfung der Funkwellen 11,4 dB oder mehr, wodurch für ein Produkt eine ausreichende Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen erhalten wurde. Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern hängt von den Längen der in dem Masterbatch enthaltenen Kohlefasern, den Knetbedingungen, der Gestalt der Form und anderen Faktoren ab. Der obere Grenzwert der durchschnittlichen Länge zum Vorsehen einer ausgezeichneten Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen beträgt 15 mm.
Vergleichsbeispiel
Eine Harzformteilprobe gemäß einem Vergleichsbeispiel wurde wie folgt hergestellt. Als Masterbatch, das Kohlefasern enthielt, wurde ein Chip, der durch Zugeben von Kohlefasern zu einem nativen Blockpolypropylen erhalten wurde, verwendet. Die Kohlefasern hatten einen Durchmesser von 5–7 μm und eine Länge von 8 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden oxidiert, um eine Carbonyl-Gruppe einzubringen. Es wurde das gleiche Streckmaterial wie in dem Beispiel verwendet.
In dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel wurden Harzformteilproben mit einer Dicke von 1,5 mm, die Kohlefasern bei 1 Massenprozent enthielten, unter den gleichen Einspritzbedingungen hergestellt. Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern betrug in der Probe des Beispiels 1,06 mm und in der Probe des Vergleichsbeispiels 1,10 mm.
4(a) veranschaulicht die Abschirmleistung des Beispiels gegenüber elektromagnetischen Wellen. 4(b) veranschaulicht die Abschirmleistung des Vergleichsbeispiels gegenüber elektromagnetischen Wellen. Wenn in dem Vergleichsbeispiel die Harzformteilprobe so platziert wurde, dass ein geschmolzenes Material horizontal zur Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen floss, war die Dämpfung der Funkwellen 36 dB groß. Wenn die Probe so platziert wurde, dass das geschmolzene Material vertikal floss, betrug die Dämpfung 28 dB. Abhängig von der Ausrichtung der Probe schwankt die Dämpfung der Funkwellen also stark. Bei dem Beispiel dagegen fällt auch bei Änderung der Ausrichtung der Probe die Dämpfung der Funkwellen in einen Bereich von 33 dB bis 38 dB. Das Beispiel sieht diese signifikante Dämpfung, die durch eine Änderung der Ausrichtung wenig geändert wird, sowie eine erwünschte Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen unabhängig von der Ausrichtung vor.
In dem Vergleichsbeispiel ist das thermoplastische Harz ein natives Blockpolypropylen und somit mit Kohlefasern weniger benetzbar, wodurch eine ungleichmäßige Verteilung der Kohlefasern in dem Formteil aus thermoplastischem Harz hervorgerufen wird. Daher ändert die Ausrichtung der Probe stark die Dämpfung der Funkwellen.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in den Arten von Funktionsgruppen, die in dem Polypropylen enthalten sind, das das erste thermoplastische Harz ist, den Arten von Funktionsgruppen, die in den Oberflächen der Kohlefasern enthalten sind, und dem dritten Harz, das die Oberflächen der Kohlefasern beschichtet. Nun werden überwiegend die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben. Die Verfahren zum Herstellen des Harzformteils und zum Beurteilen der Abschirmleistung des Harzformteils gegenüber elektromagnetischen Wellen sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und auf eine Erläuterung derselben wird verzichtet.
Beispiel
Als Masterbatch, das Kohlefasern enthielt, wurde ein Chip, der durch Zugeben von Kohlefasern zu einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Blockpolypropylen erhalten wurde, verwendet. Die Kohlefasern hatten einen Durchmesser von 5–7 μm und eine Länge von 8 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden oxidiert, um eine Carboxyl-Gruppe und eine Carbonyl-Gruppe einzubringen, und dann mit Epoxidharz (drittes Harz), das eine Cl-Gruppe enthielt, beschichtet. Dieses Masterbatch enthält thermoplastisches Harz und die Kohlefasern bei einem Massenverhältnis von 6:4. Durch Messen der Absorption von Licht mit einer Wellenlänge in dem Infrarot-Spektrum durch FT-IR wurde bestätigt, dass das modifizierte Blockpolypropylen eine Carbonyl-Gruppe enthielt. Das Vorhandensein der Carboxyl- und Carbonyl-Gruppen und der aus dem beschichteten Harz gewonnenen Cl-Gruppe auf den Oberflächen der Kohlefasern wurde durch XPS bestätigt.
Als Nächstes wurde durch Mischen von nativem Blockpolypropylen, Ethylen/α-Olefin-Copolymer-Elastomer und Talk (mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 4 μm) bei einem Massenverhältnis von 60:15:25 ein Streckmaterial erzeugt. Das Masterbatch und dieses Streckmaterial wurden bei einem vorbestimmten Massenverhältnis gemischt und in einen Rohmaterialtrichter einer Spritzgussvorrichtung gegeben. Dann wird die Mischung in eine Form (mit einer Größe von 360 mm × 250 mm × 3 mm) mit einem direkten Einzelpunkt-Anguss eingespritzt. Dadurch wurde eine Harzformteilprobe hergestellt. Die Dicke des Harzformteils betrug 3,0 mm. Die Formungsbedingungen waren wie folgt. Die Temperatur des Harzes betrug 240°C. Die Temperatur der Form betrug 60°C. Die Drehzahl der Schnecke betrug 80 U/min (die Schnecke war eine zweigängige Schnecke). Der Gegendruck betrug 10 MPa. Die Einspritzgeschwindigkeit betrug 40 mm/s. Der Druck wurde bei 40 MPa × 4 s gehalten.
5 veranschaulicht ein Ergebnis der Beurteilung der Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen bei gleichzeitigem Ändern der in einer Harzformteilprobe enthaltenen Kohlefasermenge. Zu diesem Zeitpunkt zerbrachen die Kohlefaser durch Spritzgießen und wurden kürzer. Infolge der Messung der Verteilung der Längen der Kohlefasern durch Bildanalyse war die durchschnittliche Länge der Kohlefasern in der Harzformteilprobe länger als 0,5 mm. Bei Platzieren der Harzformteilprobe, so dass das geschmolzene Material horizontal zur Vorderseite der Schwingung der elektromagnetischen Wellen floss, war die Dämpfung von Funkwellen maximal. Bei Platzieren der Harzformteilprobe, so dass das geschmolzene Material vertikal floss, war die Dämpfung am kleinsten. Bei anderen Winkeln fiel die Dämpfung zwischen das Minimum und das Maximum.
Bei einem Kohlefaseranteil von 0,5 Massenprozent betrug die Dämpfung der Funkwellen 18 dB oder mehr. Selbst nach Ändern der Fließrichtung des geschmolzenen Materials in der Probe bezüglich der Vorderseite der Schwingung der elektromagnetischen Wellen schwankte die Dämpfung der Funkwellen nur um 4 dB. Diese Dämpfung der Funkwellen und der Änderungsbetrag stellen für ein Produkt eine ausreichende Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen dar. Bei einer Zunahme des Kohlefaseranteils bis zu 1 Massenprozent stieg die Dämpfung der Funkwellen, doch der durch eine Änderung der Ausrichtung der Probe hervorgerufene Schwankungsbereich der Dämpfung der Funkwellen war 3,5–4 dB klein. Die Dämpfung der Funkwellen bei einem Kohlefaseranteil von weniger als 0,5 Massenprozent wird durch Extrapolieren des Graphen von 5 geschätzt. Es ist ersichtlich, dass die Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen von 11 dB, die für ein Produkt benötigt wird, durch Festlegen des Kohlefaseranteils auf bis zu 0,25 Massenprozent oder mehr erhalten wird. Im Hinblick auf die Datenzuverlässigkeit werden bevorzugt Kohlefasern von 0,4 Massenprozent oder mehr zugegeben. Im Hinblick auf die Unterschiede bei der Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen abhängig von Unterschieden bei Rohmaterialien und Herstellungsschritten oder von der Position des Produkts beträgt die Dämpfung der Funkwellen bevorzugt 20 dB oder mehr. Diese Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen wird durch Kohlefasern von 0,55 Massenprozent oder mehr erhalten.
Als Nächstes zeigt 6, wie die Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen abhängig von der durchschnittlichen Länge von Kohlefasern in einer Harzformteilprobe schwankt. Bei einer Spritzgießvorrichtung wird eine Steigerung des Grads des Knetens in Betracht gezogen, um den Grad des Zerbrechens zu steigern, um die Längen von Kohlefasern zu reduzieren. Somit wurden mehrere Harzformteilproben, die Kohlefasern bei 1 Massenprozent enthielten, bei unterschiedlichen Knetgraden hergestellt, und die durchschnittliche Länge der Kohlefasern wurde gemessen.
Wie in 6 gezeigt ist, war in dem Bereich von 0,54 mm bis 1,03 mm die durchschnittliche Länge der Kohlefasern nahezu proportional zu der Dämpfung von Funkwellen, und der Änderungsbereich der Dämpfung der Funkwellen, der durch eine Änderung der Ausrichtung der Probe hervorgerufen wurde, betrug 2,3–5,5 dB. Bei einer durchschnittlichen Länge der Kohlefasern von 0,5 mm betrug die Dämpfung der Funkwellen 12,2 dB oder mehr, wodurch für ein Produkt eine ausreichende Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen erhalten wurde. Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern hängt von den Längen der in dem Masterbatch enthaltenen Kohlefasern, den Knetbedingungen, der Gestalt der Form und anderen Faktoren ab. Der obere Grenzwert der durchschnittlichen Länge zum Vorsehen einer ausgezeichneten Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen beträgt 15 mm.
Vergleichsbeispiel
Eine Harzformteilprobe gemäß einem Vergleichsbeispiel wurde wie folgt hergestellt. Als Masterbatch, das Kohlefasern enthielt, wurde ein Chip, der durch Zugeben von Kohlefasern zu einem nativen Blockpolypropylen erhalten wurde, verwendet. Die Kohlefasern hatten einen Durchmesser von 5–7 μm und eine Länge von 8 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden oxidiert, um eine Carbonyl-Gruppe einzubringen. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden nicht mit Harz beschichtet. Es wurde das gleiche Streckmaterial wie in dem Beispiel verwendet.
In dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel wurden Harzformteilproben mit einer Dicke von 1,5 mm, die Kohlefasern bei 1 Massenprozent enthielten, unter den gleichen Einspritzbedingungen hergestellt. Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern betrug in der Probe des Beispiels 1,03 mm und in der Probe des Vergleichsbeispiels 1,10 mm.
7(a) veranschaulicht die Abschirmleistung des Beispiels gegenüber elektromagnetischen Wellen. 7(b) veranschaulicht die Abschirmleistung des Vergleichsbeispiels gegenüber elektromagnetischen Wellen. Als in dem Vergleichsbeispiel die Harzformteilprobe so platziert wurde, dass ein geschmolzenes Material horizontal zur Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen floss, war die Dämpfung der Funkwellen 36 dB groß. Als die Probe so platziert wurde, dass das geschmolzene Material vertikal floss, betrug die Dämpfung 28 dB. Abhängig von der Ausrichtung der Probe schwankt die Dämpfung der Funkwellen also stark. Bei dem Beispiel dagegen fällt auch bei Änderung der Ausrichtung der Probe die Dämpfung der Funkwelle in einen Bereich von 33 dB bis 38 dB. Das Beispiel sieht diese signifikante Dämpfung, die durch eine Änderung der Ausrichtung wenig geändert wird, sowie eine erwünschte Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen unabhängig von der Ausrichtung vor.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in den Arten von Funktionsgruppen, die in den Oberflächen der Kohlefasern enthalten sind. Nun werden überwiegend die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen des Harzformteils und zum Beurteilen der Abschirmleistung des Harzformteils gegenüber elektromagnetischen Wellen ist das gleiche wie in der ersten Ausführungsform und auf eine Erläuterung desselben wird verzichtet.
Beispiel
Als Masterchip, der Kohlefasern enthielt, wurde ein Chip, der durch Zugeben von Kohlefasern zu einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Blockpolypropylen erhalten wurde, verwendet. Die Kohlefasern hatten einen Durchmesser von 5–7 μm und eine Länge von 8 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden Chlorverarbeitung unterzogen, um eine Cl-Gruppe einzubringen. Dieser Masterchip enthält thermoplastisches Harz und die Kohlefasern bei einem Massenverhältnis von 6:4. Durch Messen der Absorption von Licht mit einer Wellenlänge in dem Infrarot-Spektrum durch FT-IR wurde bestätigt, dass das modifizierte Blockpolypropylen eine Carbonyl-Gruppe enthielt. Das Vorhandensein der Cl-Gruppe auf den Oberflächen der Kohlefasern wurde durch XPS bestätigt.
Als Nächstes wurde durch Mischen von nativem Blockpolypropylen, Ethylen/α-Olefin-Copolymer-Elastomer und Talk (mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 4 μm) bei einem Massenverhältnis von 60:15:25 ein Streckmaterial erzeugt. Der Masterchip und dieses Streckmaterial wurden bei einem vorbestimmten Massenverhältnis gemischt und in einen Rohmaterialtrichter einer Spritzgussvorrichtung gegeben. Dann wird die Mischung in eine Form (mit einer Größe von 360 mm × 250 mm × 3 mm) mit einem direkten Einzelpunkt-Anguss eingespritzt. Dadurch wurde eine Harzformteilprobe hergestellt. Die Dicke des Harzformteils betrug 3,0 mm. Die Formungsbedingungen waren wie folgt. Die Temperatur des Harzes betrug 240°C. Die Temperatur der Form betrug 60°C. Die Drehzahl der Schnecke betrug 80 U/min (die Schnecke war eine zweigängige Schnecke). Der Gegendruck betrug 10 MPa. Die Einspritzgeschwindigkeit betrug 40 mm/s. Der Druck wurde bei 40 MPa × 4 s gehalten.
8 veranschaulicht ein Ergebnis der Beurteilung der Abschirmleistung bezüglich elektromagnetischer Wellen bei gleichzeitigem Ändern der in einer Harzformteilprobe enthaltenen Kohlefasermenge. Zu diesem Zeitpunkt zerbrachen die Kohlefaser durch Spritzgießen und wurden kürzer. Infolge der Messung der Verteilung der Längen der Kohlefasern durch Bildanalyse war die durchschnittliche Länge der Kohlefasern in der Harzformteilprobe länger als 0,5 mm. Bei Platzieren der Harzformteilprobe, so dass das geschmolzene Material horizontal zur Vorderseite der Schwingung der elektromagnetischen Wellen floss, war die Dämpfung von Funkwellen maximal. Bei Platzieren der Harzformteilprobe, so dass das geschmolzene Material vertikal floss, war die Dämpfung am kleinsten. Bei anderen Winkeln fiel die Dämpfung zwischen das Minimum und das Maximum.
Bei einem Kohlefaseranteil von 0,2 Massenprozent betrug die Dämpfung der Funkwellen 13,8 dB oder mehr. Selbst nach Ändern der Fließrichtung des geschmolzenen Materials in der Probe bezüglich der Vorderseite der Schwingung der elektromagnetischen Wellen schwankte die Dämpfung der Funkwellen nur um 1,7 dB. Diese Dämpfung der Funkwellen und der Änderungsbetrag stellen für ein Produkt eine ausreichende Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen dar. Bei einer Zunahme des Kohlefaseranteils bis zu 1 Massenprozent stieg die Dämpfung der Funkwellen, doch der durch eine Änderung der Ausrichtung der Probe hervorgerufene Schwankungsbereich der Dämpfung der Funkwellen war 1,7–5,3 dB klein. Die Dämpfung der Funkwellen bei einem Kohlefaseranteil von weniger als 0,2 Massenprozent wird durch Extrapolieren des Graphen von 8 geschätzt. Es ist ersichtlich, dass die Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen von 11 dB, die für ein Produkt benötigt wird, durch Festlegen des Kohlefaseranteils auf bis zu 0,1 Massenprozent oder mehr erhalten wird. Im Hinblick auf die Datenzuverlässigkeit werden bevorzugt Kohlefasern von 0,2 Massenprozent oder mehr zugegeben. Im Hinblick auf die Unterschiede bei der Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen abhängig von Unterschieden bei Rohmaterialien und Herstellungsschritten oder von der Position des Produkts beträgt die Dämpfung der Funkwellen bevorzugt 20 dB oder mehr. Diese Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen wird durch Kohlefasern von 0,4 Massenprozent oder mehr erhalten.
Als Nächstes zeigt 9, wie die Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen abhängig von der durchschnittlichen Länge von Kohlefasern in einer Harzformteilprobe schwankt. Bei einer Spritzgießvorrichtung wird eine Steigerung des Grads des Knetens in Betracht gezogen, um den Grad des Zerbrechens zu steigern, um die Längen von Kohlefasern zu reduzieren. Somit wurden mehrere Harzformteilproben, die Kohlefasern bei 1 Massenprozent enthielten, bei unterschiedlichen Knetgraden hergestellt, und die durchschnittliche Länge der Kohlefasern wurde gemessen.
Wie in 9 gezeigt ist, war in dem Bereich von 0,50 mm bis 1,14 mm die durchschnittliche Länge der Kohlefasern proportional zu der Dämpfung von Funkwellen, und der Änderungsbereich der Dämpfung der Funkwellen, der durch eine Änderung der Ausrichtung der Probe hervorgerufen wurde, betrug 0,9–5,3 dB. Bei einer durchschnittlichen Länge der Kohlefasern von 0,5 mm betrug die Dämpfung der Funkwellen 11,5 dB oder mehr, wodurch für ein Produkt eine ausreichende Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen erhalten wurde. Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern hängt von den Längen der in dem Masterchip enthaltenen Kohlefasern, den Knetbedingungen, der Gestalt der Form und anderen Faktoren ab. Der obere Grenzwert der durchschnittlichen Länge zum Vorsehen einer ausgezeichneten Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen beträgt 15 mm.
Vergleichsbeispiel
Eine Harzformteilprobe gemäß einem Vergleichsbeispiel wurde wie folgt hergestellt. Als Masterchip, der Kohlefasern enthielt, wurde ein Chip, der durch Zugeben von Kohlefasern zu einem nativen Blockpolypropylen erhalten wurde, verwendet. Die Kohlefasern hatten einen Durchmesser von 5–7 μm und eine Länge von 8 mm. Die Oberflächen der Kohlefasern wurden oxidiert, um eine Carbonyl-Gruppe einzubringen. Es wurde das gleiche Streckmaterial wie in dem Beispiel verwendet.
In dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel wurden Harzformteilproben mit einer Dicke von 1,5 mm, die Kohlefasern bei 1 Massenprozent enthielten, unter den gleichen Einspritzbedingungen hergestellt. Die durchschnittliche Länge der Kohlefasern betrug in der Probe des Beispiels 1,14 mm und in der Probe des Vergleichsbeispiels 1,10 mm.
10(a) veranschaulicht die Abschirmleistung des Beispiels gegenüber elektromagnetischen Wellen. 10(b) veranschaulicht die Abschirmleistung des Vergleichsbeispiels gegenüber elektromagnetischen Wellen. Als in dem Vergleichsbeispiel die Harzformteilprobe so platziert wurde, dass ein geschmolzenes Material horizontal zur Vorderseite der Schwingung von elektromagnetischen Wellen floss, war die Dämpfung der Funkwellen 36 dB groß. Als die Probe so platziert wurde, dass das geschmolzene Material vertikal floss, betrug die Dämpfung 28 dB. Abhängig von der Ausrichtung der Probe schwankt die Dämpfung der Funkwellen also stark. Bei dem Beispiel dagegen fällt auch bei Änderung der Ausrichtung der Probe die Dämpfung der Funkwelle in einen Bereich von 34 dB bis 39 dB. Das Beispiel sieht eine erwünschte Abschirmleistung gegenüber elektromagnetischen Wellen unabhängig von der Ausrichtung vor, und die Dämpfung schwankte durch eine Änderung der Ausrichtung wenig.
Andere Ausführungsformen
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Diese Beispiele können mit einem bekannten, öffentlich bekannten oder üblichen Stand der Technik kombiniert oder teilweise dadurch ersetzt werden. Die vorliegende Erfindung umfasst auch Modifikationen, die für einen Fachmann leicht vorstellbar sind.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Harzformteil durch Spritzguss hergestellt. Das Harzformteil kann durch Formpressen hergestellt werden. Im Gegensatz zum Spritzguss zerbricht das Formpressen die Kohlefasern nicht, die somit eine durchschnittliche Länge von bis zu 15 mm aufweisen. Die Oberflächen von Kohlefasern können eine Carbonyl-Gruppe enthalten. Es genügt, dass die Oberflächen mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe, einer Hydroxyl-Gruppe oder einer Cl-Gruppe enthalten. Es genügt, dass das im Masterbatch verwendete modifizierte Polypropylen mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe und einer Hydroxyl-Gruppe enthält. Das modifizierte Polypropylen kann jedoch mehrere dieser Gruppen enthalten.
Das erfindungsgemäße Formteil aus thermoplastischem Harz ist nicht nur bei Fahrzeugteilen verwendbar, sondern auch bei jedem anderen Element wie etwa einem Gehäuse eines Elektronikgeräts oder einem Roboterkörper, das elektromagnetische Wellen abschirmen muss.
Das erfindungsgemäße Formteil aus thermoplastischem Harz kann Füllstoff, einen Zusatz, Elastomer und andere Dinge zusätzlich zu den Kohlefasern enthalten. Das Polypropylen in dem Granulat, das die Kohlefasern enthält, kann eine Art oder eine Mischung von mehreren Arten sein. Es genügt, dass mindestens eine der mehreren Arten mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe umfasst. Das Polypropylen zum Strecken kann auch eine Art oder eine Mischung von mehreren Arten sein. Das Polypropylen zum Strecken (d. h. das zweite thermoplastische Harz) kann das gleiche wie das Polypropylen des Masterbatch (d. h. das erste thermoplastische Harz) sein.
Das in dem erfindungsgemäßen Formteil aus thermoplastischem Harz enthaltene Polypropylen ist nicht auf Blockpolypropylen beschränkt und kann ein Homopolymer oder ein Random-Copolymer mit Ethylen sein.
Das Harz (d. h. das dritte Harz), das die Oberflächen der Kohlefasern beschichtet, kann ein anderes Harz als Epoxidharz sein, zum Beispiel Phenolharz oder Polypropylen. Dieses Phenolharz oder Polypropylen enthält als Funktionsgruppe mindestens eines der Elemente N, O, F, S, Cl, Br oder I.
GEWERGBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben weist das erfindungsgemäße Formteil aus thermoplastischen Harz eine ausgezeichnete elektromagnetische Wellen abschirmende Leistung auf und ist zum Beispiel als elektromagnetische Wellen abschirmendes Element brauchbar.
BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN
Bezugszeichenliste

10: Harzformteilprobe
20: Sendeantenne
30: Empfangsantenne
40: elektromagnetische Welle

Claims

Formteil aus thermoplastischem Harz, das Kohlefasern enthält, wobei eine Menge der Kohlefasern in einen Bereich von 0,4 Massenprozent bis 10 Massenprozent fällt, eine durchschnittliche Länge der Kohlefasern in einen Bereich von 0,5 mm bis 15 mm fällt, das thermoplastische Harz Polypropylen ist, das Polypropylen Polypropylen, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält, umfasst und Oberflächen der Kohlefasern mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe, einer Hydroxyl-Gruppe oder einer Cl-Gruppe enthalten.
Thermoplastisches Formteil nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Harz das Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält, enthält und die Oberflächen der Kohlefasern mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe und der Hydroxyl-Gruppe enthalten.
Thermoplastisches Formteil nach Anspruch 2, wobei das thermoplastische Harz ein anderes Harz als Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält, enthält und das andere Harz als Polypropylen mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält.
Formteil aus thermoplastischem Harz nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Harz enthält: das Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält, und ein anderes Harz, das als Funktionsgruppe mindestens eines der Elemente N, O, F, S, Cl, Br oder I enthält, und die Oberflächen der Kohlefasern mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe oder der Hydroxyl-Gruppe enthalten.
Formteil aus thermoplastischem Harz nach Anspruch 4, wobei das andere Harz Epoxidharz oder Polypropylen ist.
Thermoplastisches Formteil nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Polypropylen Blockpolypropylen ist.
Formteil aus thermoplastischem Harz nach einem der Ansprüche 1–6, wobei ein Durchmesser jeder der Kohlefasern in einen Bereich von 5 μm bis 11 μm fällt.
Formteil aus thermoplastischem Harz nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Menge der Kohlefasern in einen Bereich von 0,5 Massenprozent bis 5 Massenprozent fällt.
Formteil aus thermoplastischem Harz nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die durchschnittliche Länge der Kohlefasern in einen Bereich von 0,5 mm bis 10 mm fällt.
Formteil aus thermoplastischem Harz nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das Formteil aus thermoplastischem Harz durch Spritzgießen gebildet wird.
Verfahren zum Bilden eines Formteils aus thermoplastischem Harz, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines geschmolzenen Materials durch Kneten eines ersten Harzmaterials, das Kohlefasern und ein erstes thermoplastisches Harz enthält, und eines zweiten Harzmaterials, das ein zweites thermoplastisches Harz enthält; und Einspritzen des geschmolzenen Materials in eine Form, wobei eine durchschnittliche Länge der in dem ersten Harzmaterial enthaltenen Kohlefasern in einen Bereich von 0,5 mm bis 15 mm fällt, Oberflächen der Kohlefasern mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe, einer Hydroxyl-Gruppe oder einer Cl-Gruppe enthalten, das erste thermoplastische Harz Polypropylen, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält, ist und das geschmolzene Material die Kohlefasern in einem Bereich von 0,4 Massenprozent bis 10 Massenprozent enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste thermoplastische Harz das Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält, ist und die Oberflächen der Kohlefasern mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe, der Carbonyl-Gruppe und der Hydroxyl-Gruppe enthalten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Oberflächen der Kohlefasern, die in dem ersten Harzmaterial enthalten sind, mit dem dritten Harz bedeckt sind, das mindestens eine von: einer Carboxyl-Gruppe, einer Carbonyl-Gruppe oder einer Hydroxyl-Gruppe enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste thermoplastische Harz das Polypropylen, das mindestens eine von: der Carboxyl-Gruppe oder der Carbonyl-Gruppe enthält, ist und die Oberflächen der Kohlefasern mit einem dritten Harz bedeckt sind, das als Funktionsgruppe mindestens eines der Elemente N, O, F, S, Cl, Br oder I enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–14, wobei das zweite thermoplastische Harz zu dem ersten thermoplastischen Harz unterschiedliches Polypropylen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–14, wobei das zweite thermoplastische Harz das gleiche Polypropylen wie das erste thermoplastische Harz ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das dritte Harz Epoxidharz oder Polypropylen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–17, wobei das Polypropylen Blockpolypropylen ist.