DE2819377A1

DE2819377A1 - Leitender kunststoff

Info

Publication number: DE2819377A1
Application number: DE19782819377
Authority: DE
Inventors: Edward George Crosby; Frederick Charles Hornbeck
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1978-11-23
Also published as: FR2390463A1; IT7823046A0; IT1113175B; JPS53138466A; CA1101169A; GB1590252A; SE425167B; SE7804920L; JPS5419423B2; FR2390463B1

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

I bu-bd

^Leitender Kunststoff

j Die Erfindung betrifft eine Anordnung wie sie dem Oberbe-Ϊgriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

iAus vielerlei Gründen kann es zweckmäßig sein, Plastikform-I teile zur Verfügung zu haben, die elektrisch leitend sind, ι So kann es z.B. vorteilhaft sein, elektrostatische Aufladung j zu vermeiden, während es andererseits erforderlich sein kann, !eine isolierende Außenhaut, z.B. bei einem Gehäuse, vorliegen zu haben. Ein weites Anwendungsfeld ergibt sich da, wo I elektrische Geräte und Einrichtungen gegenüber Einstrahlung elektromagnetischer Wellen abgeschirmt werden sollen, bzw. wo eine Ausstrahlung von elektrischen Geräten durch Abschirmung wirksam verhindert werden soll. Dies gilt insbesondere für Geräte zur Verwendung bei datenverarbeitenden Anlagen. Hierzu sein auf die Veröffentlichungen im "IBM Technical Disclosure Bulletin" Band 19, Nr. 7, September 1976 Seiten 2412 und 2413 verwiesen, wo sich nähere Ausführungen hierzu finden. Hieraus ist zu entnehmen, daß bei Verwendung leitender Plastikformteile als Gehäuse sich gewisse Herstellungsvereinfachungen hierfür ergeben.

Aber nicht nur bei elektrischen Geräten sind leitende Plastikformteile von Vorteil, sondern auch bei Geräten, wo Wärme abgeleitet werden soll, was natürlich auch bei elektrisch betriebenen Einrichtungen zusätzlich der Fall sein kann. Mit anderen Worten, ein leitendes Plastikformteil läßt sich nach Bedarf auch als Ersatz für Kühlbleche oder Kühlrippen ein-

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setzen. Ein weiteres Anwendungsfeld ergibt sich bei Heizeinrichtungen für Niedrigtemperatur-Widerstandheizung.

Bei Verwendung biegsamer und schmiegsamer Plastikformteile lassen sich zudem noch in vorteilhafter Weise Flexibilität und Leitfähigkeit miteinander vereinen.

In der USA Patentschrift 3 556 855 ist für einen speziellen Anwendungsfall gezeigt, in welcher Weise sich leitende Plastik! formteile unter Anwenden von metallbeschichteten Glasfasern als Fülleinlage herstellen lassen. Im einzelnen dient hierzu um eine gute Dispersion von metallbeschichteten Glasfaserstücken im Kunststoff zu erzielen, ein beheiztes Zweirollenwalzwerk. Hierzu wird zunächst der Kunststoff gewalzt, um dann anschließend die metallbeschichteten Glasfasern zuzugeben, die dann durch den fortgesetzten Walzvorgang gebrochen in die Kunststoffmasse eingebettet werden, wobei der Walzvorgang solange fortgesetzt wird, bis die sich anfänglich bildenden Knäuel verschwunden sind. Die sich nach Abschluß des Walzvorgangs ergebende leitende Kunststofflage wird zur Bereitstellung einer tablettierten Formmasse entsprechend zurecht geschnitten.

Eine derartig hergestellte, elektrisch leitende Plastikformmasse leidet daran, daß die Leitfähigkeit zwangsläufig unterhalb eines gewissen Wertes bleiben muß, weil einerseits die gegenseitige Berührung der in der Formmasse enthaltenen, metallbeschichtil*i Glasfaserstücke untereinander äußerst schlecht ist, und zum anderen die Glasfaserfülleinlage nicht beliebig stark zugesetzt werden kann, wenn nicht die sonstigen Eigenschaften des Kunststoffs beeinträchtigt werden sollen, was nicht zuletzt auch für die spätere Bearbeitbarkeit der Formmasse ausschlaggebend sein kann.

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!Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine lei-'tende Plastikformmasse der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, bei der sich bei Herstellung eine gewünschte ,!Leitfähigkeit einstellt, ohne daß die dem Kunststoff eigentüm- ;liehen, vorteilhaften Charakteristiken, z.B. zur Verarbeitung

j der Formmasse sowie zur Anwendung bzw. Verwendung des fertig-■gestellten Formteils, verloren gehen.

iErfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie es dem Kenn-Ϊzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

:'Gemäß der Erfindung also, werden metallbeschichtete Glas-I fasern in einem Strangverfahren mit Kunststoff überzogen,

ibzw. hierin eingebettet, um dann den sich ergebenden Kunstistoffstrang mit Glasfaserstrangkern zur Bereitstellung der !Formmasse zu Tabletten zu zerschneiden.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung derartiger Tabletten zum Erstellen von Formteilen diese eine anisotrope Leitfähigkeit besitzen, die sich dadurch ergibt, daß sich beim Gießen die einzelnen Glasfaserstücke parallel in Flußrichtung zueinander ausrichten, so daß keine oder nur eine äußerst herabgesetzte elektrische Leitfähigkeit senkrecht zur Fließrichtung beim Erstellen des Formteils zustande kommen.

Formteile mit derartigen Eigenschaften sind in bestimmten Anwendungsfällen von besonderem Vorteil. Andererseits ist es aber für bestimmte Anwendungsfälle, wie bei speziellen Abschirmungszwecken vorteilhaft, wenn die metallbeschichteten Glasfaserstücke im fertiggestellten Formteil unter wahlloser Orientierung im Kunststoff eingebettet sind, so daß sich die elektrische Leitfähigkeit nach allen Richtungen zu gleichen Werten ergibt. Hierzu sind Untersuchungen angestellt worden.

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indem Prüfmuster aus durchsichtigem Kunststoff mit hierin eingebetteten metallbeschichteten Glasfaserstücken hergestellt worden sind. Die wahllose Orientierung der metallbeschichten IGlasfaserstücke, schien sich bei Betrachtung der durchsichjtigen Kunststoffplatte zu bestätigen. Jedoch hat sich bei j näherer Untersuchung gezeigt, daß unterhalb der Oberfläche Imit wahlloser Orientierung der metallbschichteten Glasfaser-■ stücke die hier eingebetteten Glasfaserstücke parallel zueinander ausgerichtet sind und zwar in Fließrichtung beim Gießen.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß die wahllose Orientierung der Glasfasern an der Oberfläche des Formteils wahrscheinlich aufgrund der Reibung des Fließguts mit der Form und dadurch bedingter Turbulenz in oberflächennahen Bereichen des fließen- j den Kunststoffs zustande kommt. Die Oberfläche härtet zunächst j

aus, wobei die wahllos orientierten metallbeschichteten Glas- ' faserstücke ziemlich rasch in ihrer Lage fixiert werden. In gleicher Weise zeigt sich, daß bei einer nur teilweise gefüllter Testmusterform, die Vorderkante des sich ergebenden Kunststoffformteils, ebenfalls eine wahllose Orientierung der metallbeschichteten Glasfaserstücke besitzt, was wahrscheinlich ebenso auf beim Eingießen auftretende Turbulenz beruht. Die Innenteile von Formteilen bleiben nach dem Gießen heiß und im geschmolzenen Zustand, so daß hier weniger Turbulenz-Folgen zu verzeichnen sind, und die sich hier befindenden Glasfaserstücke allgemein in Richtung des Fließvorgangs beim Gießen ausgerichtet sind. Damit dürfte klar sein, daß sich Formteile mit anisotroper elektrischer Leitfähigkeit, wie gewünscht, bereitstellen lassen. Soll jedoch die elektrische Leitfähigkeil eines Kunststoffformteils in allen Richtungen gleich sein, dann muß gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dafür Vorsorge getragen werden, daß sich die metallbeschichtetdm.

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Glasfaserstücke beim Gießen teilweise in die verschiedensten !Richtungen zerstreuen können. Hierzu dienen in die Tabletten !eingebettete verwundene Glasfaserstränge derart, daß sich !beim Gießen eines Formteile sowohl einzelne metallbeschichteite Glasfaserstücke nach allen Richtungen zerstreuen und sich die übrigen Glasfaserstücke verknäueln. Auf diese Weise jwird sichergestellt, daß auch in Richtung senkrecht zur ■Fließrichtung eine gute, elektrisch leitende Verbindung ergibt. Es läßt sich zwar auch hier wiederum feststellen, daß sich diese Glasfaserknäuel in Fließrichtung des Kunststoffs !aneinanderreihen, jedoch besitzen sie in Richtung senkrecht izur Flußrichtung eine ausreichende Dicke, die zusammen mit *den zerstreuten, einzelnen metallbeschichteten Glasfaserjstücken im Kunststoff für gute elektrische Leitfähigkeit jauch in dieser Richtung sorgen kann.

Wie bereits gesagt, ist es hierzu erforderlich, daß bei rablettenherstellung ein in sich verwundener Glasfaserkernstran|g Anwendung findet. So können die metallbeschichteten Glasfasern in einer Tablette in verschiedenen Verwindungsformen angebracht sein, um dann beim Gießen des Formteils die angestrebte, vorteilhafte Verknäuelung herbeizuführen. So könnte z.B. der Glasfaserkern aus einem Bandgeflecht eines Glasfasergespinst bestehen. Alternativ läßt sich ein Rohgespinststrang aus verwundenen, metallbeschichteten Glasfasern zur Tablettenerstellung verwenden, was wie sich gezeigt hat, in besonderem «aße zur Knäuelbildung beim Vergießen einer derartigen Formnasse neigt. Um einen in sich verwundenen Rohgespinststrang bereitzustellen, werden die metallbeschichteten Glasfasern zunächst in Büscheln zusammengefaßt, um dann mehrere Büschel miteinander zu verwinden, bzw. um ein Zentralbüschel miteinander zu verflechten, wie es analog bei einem Drahtseil der Fall ist. Em Gegensatz hierzu führt eine spulenartige Verwindung von

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metallbeschichteten Glasfasern nicht zu einer Knäuelbildung beij einer späteren Formteilgießung; dies beruht wahrscheinlich ■ darauf, daß sich die betreffenden Spülchenkerne während der ; iTablettenerStellung aufgrund der ihnen innewohnenden Spannung, : I !

!sowie der dem Glasfaserstrang beim Strangpressen auferlegten ι Spannung strecken, wenn Kräfte bei den mechanischen Arbeits- ;

gangen frei werden. .

Der Knäuelungseffekt aufgrund der in den Tabletten verwunden ' vorliegenden, metallbeschichteten Glasfaserstücke lassen sich
darauf zurückführen, daß bei Tablettenherstellung die ■ Glasfasern nur unzureichend benetzt sind. Werden dann diese i

Tabletten zum Gießvorgang verwendet, dann vermischen sich
nicht die zuvor unbenetzten, metallbeschichteten Glasfasern
mit dem erweichten Kunststoff und streben deshalb danach, in
ihrer ursprünglichen Form zu verharren.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß sich bei Verwendung der er- ■ findungsgemäßen Formmasse in vorteilhafter Weise je nach Bedarf ein Formteil mit anisotroper Leitfähigkeit oder isotroper
Leitfähigkeit bereitstellen läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen
sich den Unteransprüchen entnehmen.

Die Erfindung soll anschließend anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung näher erläutert werden.

Zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Formmasse ist die
Verwendung geeigneter, metallbeschichteter Glasfasern von
ausschlaggebender Bedeutung. Hierzu kann jedoch davon ausgegangen werden, daß die Auswahl eines bestimmten Metalls für
die Leitfähigkeit des zu erstellenden Formteils nicht ent-

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^;scheidend ist. Es liegen jedoch andere Gesichtspunkte vor, die < ,'die Verwendung bestimmter Metalle gegenüber anderen je nach Anwendungszweck zweckmäßiger erscheinen lassen:

1. das Metall sollte gut an der Glasfaser haften. Chrom hat ,sich in dieser Hinsicht als gut herausgestellt, jedoch werden J die Glasfasern aufgrund von dabei auftretenden mechanischen

ι Spannungen zerstört. Aluminium zeigt eine nur schwache Haft- I fähigkeit, wohingegen Kupfer mittlere Haftfähigkeitseigenschaften aufweist. Zink bildet einen porösen überzug mit Unterbrechungs-t stellen, so daß infolgedessen hiermit ein höherer elektrischer Widerstand zu verzeichnen ist, als es für manche Anwendungs- ;zwecke wünschenswert sein kann. Nickel und Titan zeigen gute jHaftfähigkeitseigenschaften mit den Glasfasern und besitzen dairüberhinaus noch andere erstrebenswerte Eigenschaften.

|2. Das Metall sollte gute Haftverbindung mit dem zu verwendenjden Kunststoff eingehen. Die infrage kommenden Metalle entsprechen diesen Anforderungen.

3. Das verwendete Metall darf keine schädliche chemische Reaktion mit dem verwendeten Kunststoff eingehen. Praktische Untersuchungen haben nichts derartiges gezeigt, jedoch könnte ;es denkbar sein, daß bei Beryllium-Kupfer derartiges zu erwarten ist.

!Hinsichtlich des zu verwenden Kunststoffs haben sich keine (Einschränkungen gezeigt.

{Die metallbeschichteten Glasfasern werden in den Kunststoff in einer Weise eingebettet, daß die Metallbeschichtung der Glasfasern nicht beschädigt wird. Im Gegensatz hierzu wird bei üblichen Mahlverfahren sogar eine Zerstörung der Glas-

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.fasern herbeigeführt. Zur Bereitstellung des Kunststoffstrangs mit eingebettetem Glasfaserstrang wird ein Polycarbonat-Kunststoff, z.B., in einer üblichen Lösung aufgelöst, für den vorliegenden Fall z.B. mit Methylchlorid, um dann das Lösungsprodukt auf die metallbeschichteten Glasfasern zu sprühen. !Anschließend wird der Kunststoffstrang in Luft getrocknet, damit das Lösungsmittel entweichen kann und sich ein fester Strang eines Polycarbonat-Kunststoffs mit Glasfaserkern ergibt.

Die Gewichstanteile der metallbeschichteten Glasfasern zum Gesamtgewicht des Kunststoffstrangs können in weiten Grenzen variieren, jedoch ist es sinnvoll, sie zwischen etwa 20% bis etwa 50% der Gesamtmasse zu halten. Der Strang wird anschließend zu Tabletten verschnitten, um als Formmasse/üie-

Trotz der schlechten Haftfähigkeit von Aluminium auf Glasfasern, bedingt durch Feuchtigkeit auf den Glasfasern beim Vakuumaufdampfen von Aluminium, ist diese Kombination in der Praxis weit verbreitet. Bei Anwendung eines anderen Verfahrens lassen sich natürlich bessere Ergebnisse erzielen. Hierbei \ werden Glasfaserstränge aus der Schmelze gezogen und durch den yiiniskus einer Aluminiumschmelze geführt, wo sie die Aluminiumbeschichtung aufnehmen. Aus den so aluminiumbeschichteten Glasfasern wird ein Faden gebildet und auf eine Spule aufgewickelt. Hinsichtlich der vorgesehenen Einbettung der metallbeschichtetejn

lasfasern in einen Kunststoff wird jedoch der Faden nicht mit einem Gleitüberzug versehen. Die Fadenstärke entspricht dabei der üblichen für Glasfasern, die zur Kunststoffformteilver-

tärkung dienen. Die Dicke des Metallschichtüberzugs auf den Glasfasern im Vergleich zur Faserstärke läßt sich vernachlässigen.

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!Zur Vorbereitung der Einbettung der metallbeschichteten Glasifasern in Kunststoff, wird zunächst ein geeigneter Binder in ■Form eines dünnen Überzugs auf die Glasfasern aufgetragen. •Hierzu kann wiederum ein Polycarbonat-Kunststoff der in iMethylchlorid gelöst ist, herangezogen werden, wobei nach

idessen Auftrag die so präparierten, metallbeschichteten Glasfasern durch Verdampfen des Methylchlorids zur Einbettung in die Polycarbonat-Kunststofftabletten vorbereitet werden. 'Wie bereits oben erwähnt, lassen sich auch andere Kunststoffe !entsprechend anwenden. In den zu erstellenden Tabletten ist (ein Kern mit einer geeigneten Anzahl von Strängen metallbeschichteter Glasfasern vorgesehen. Grundsätzlich ließe sich das Verhältnis von Glasfasern zu Kunststoff in einer Tablette unabhängig davon halten, wie hoch der Anteil an metallbeschichteten Glasfasern im zu erstellenden Formteil sein soll, da beim entsprechenden Schmelzvorgang zu mit Kernen versehenen Tabletten kernlose Tabletten in dem Maße zugefügt werden können, um das jeweils gewünschte Verhältnis im gegossenen Formteil zu erhalten.

Es hat sich aber gezeigt, daß, wenn zuviele Glasfasern als Kern in einer Tablette vorhanden sind, sich die einzelnen Glasfasern nicht so sehr mit dem Tablettenkunststoff benetzen, so daß an den Enden der Tabletten lockere Glasfasern zu beobachter sind. Diese lockeren Glasfasern führen dann aber auch nicht zu einer Haftung mit dem Kunststoff beim Gießen des Formteils. Sind in einer Tablette zu wenige Glasfasern vorhanden, dann ist die Haftung zwischen Glasfaser und Kunststoff ebenfalls nicht stark genug, um einen Strangpreßprozeß bei der Tablettenerstellung durchstehen zu können. So hat sich gezeigt, daß Tabletten mit etwa 500 Glasfasern an der unteren Grenze der erforderlichen Haftfähigkeit liegen, wohingegen Tabletten mit etwa 1000 Glasfasern bereits eine nicht ausreichende Benetzung

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mit Kunststoff zeigen; Tabletten mit etwa 750 Glasfasern zeigen gute Haftfähigkeit und gute Benetzung.

Um den Glasfaserfaden bis zur Verarbeitung in Formmasse zusammenhalten zu können, wird wie oben beschrieben, ein dünner ' Kunststoffüberzug aufgetragen, so daß Handhabung und Zuführung i beim Strangpressen erleichtert werden.

Zur Bereitstellung von tablettierter Formmasse wird einem Kunststoffextruder kontinuierlich ein Glasfaserstrang, -band, -schlauch zusammen mit einem Kunststoffstrang zugeführt, um einen Strangpreßvorgang unterworfen zu werden. Der Kunststoff wird im Extruder geschmolzen, so daß am Ausgang ein Kunststoffstrang mit hierin eingebettetem Glasfaserkern entsteht. Der Kunststoffstrang mit Glasfaserkern besitzt eine Dicke zwischen 3 bis 6 mm und wird in Tabletten geeigneter Länge j geschnitten. Die Tabletten können dabei verschiedene Quer- i schnitte aufweisen, rund, oval oder rechteckig. j

Bedeutsam für die Erfindung ist es, daß die metallisierten Glasfasern nicht vorab für sich in Stücke geeigneter Länge zerschnitten werden, sondern erst dann, nachdem sie in einem Plastikstrang eingebettet sind. Werden nämlich die metallbeschichteten Glasfasern bereits vor Eingabe in die Tabletten zurechtgeschnitten, dann läßt es sich nicht vermeiden, daß die Metallbeschichtung beschädigt wird. Splittrige Metallbeschichtung weist Spannungsstellen auf, die bei darauffolgender Behandlung zu Brüchen führen, und die abgeschnittenen Glasfasern enthalten zudem noch unerwünschten Staub, bestehend aus abgesplitterten Glasstückchen und Fragmenten der Metallbeschichtung. Werden jedoch Kunststoffstränge mit Glasfaserkern in Stücke geschnitten, dann scheint es so, als ob der Kunststoff die Glasfasern beim Schnittvorgang fest in ihrer Lage hält, so daß die Metallbeschichtung auf den Glasfasern nicht

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ernstlich im Bereich der Schnittstellen beschädigt wird.

Der Zusammenhang zwischen Tablettenlänge und Glasfaserlänge läßt sich aus nachstehender Tabelle entnehmen.

i MUSTER A B C p_ E

!Tabletten- 3mm 6mm 10 mm 12mm 19mm ! länge

^Faserlänge 0,2-0,3 1 mm 5 mm 5 mm

i mm

ι Die Muster A und B gelten für Formteile, die aus Tabletten !erstellt sind, die mit vor Tablettenerstellung abgeschnittenenj metallbeschichteten Glasfasern versehen sind. Es zeigt sich, daß in allen Fällen beim Schmelzvorgang zur Erstellung des 'Formteils die metallbeschichteten Glasfasern in kürzeren

(Längen zerbrochen sind, als es der urspünglichen Glasfaser- !länge in der Tablette entspricht. Dieser Effekt wird dem MischVorgang zugeschrieben, der mit dem Gießvorgang einhergeht und an für sich wünschenswert ist, um eine gute Verteilung der metallbeschichteten Glasfasern im fertiggestellten Formteil zu erzielen. Mit zunehmender Länge des Mischvorgangs wird das Brechen der Glasfasern offensichtlich fortgesetzt, jedoch hat sich gezeigt, daß für eine ausreichende Mischung bei einem Gießvorgang kein schädliches Brechen der Glasfasern zu verzeichnen ist, wenn die ursprüngliche Glasfaserlänge etwa 10 mm, vorzugsweise jedoch etwa 12 mm beträgt. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß die Glasfasern solang wie möglich sein sollten, um damit die Leitfähigkeitsbedingungen im erstellten Formteil entsprechend zu verbessern. Die Muster A und B zeigen keine ausreichende Leitfähigkeit; Muster C zeigt brauchbare Leitfähigkeit; wohingegen die Muster D und E eine zufriedenstellende Leitfähigkeit erbringen

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;Tabletten mit einer Länge von mehr als 20 mm sind in üblichen 'Schmelzapparaturen ziemlich unhandlich. An und für sich ist !es, wie gesagt» üblich, Kunststoff mit Glasfasern zu verstärker}, Sin dem der Glasfaseranteil auf 50 Gewichtsprozent eingestellt |wird. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich meta11beschichte- |te Glasfasern mit Kunststoff mit einem Anteil bis zu 43 Ge- j

iwichtsprozent kombinieren lassen? daß aber ein derartiger i

ι L

IKunststoffstrang bei weiterer Erhöhung des Gewichtsanteils j Jan Glasfasern mehr und mehr brüchig wird. Jedoch hat sich | !weiterhin gezeigt, daß sich bei 43 Gewichtsprozent metallbe- !

I- i

[schichteten Glasfasern zusätzlich noch nicht metallisierte Glasfasern ohne Herbeiführung späterer Brüchigkeit zufügen lassen. Liegt der Betrag an metallbeschichteten Glasfasern im Bereich zwischen 12 und 15%, dann ergeben sich brauchbare Werte zur Verwendung des Fertigteils als elektrischer Widerstand! Allgemein läßt sich sagen, daß die Leitfähigkeit mit Zunahme an Gewichtsprozent metallbeschichteter Glasfasern anwächst. Tabletten können also bis zu 50 Gewichtsprozent metallbeschichteter Glasfasern aufweisen, wobei es dann angestrebt wird, derartige Tabletten zusammen mit anderen Tabletten zu verwenden, die keine Glasfaserkerne enthalten, um einen Formteil zu erschmelzen, das dann etwa 43 Gewichtsprozent oder weniger metallbeschichtete Glasfasern enthält. Andererseits lassen sich natürlich auch Tabletten herstellen, die mit dem jeweils gewünschten Gewichtsanteil an metallbeschichteten Glasfasern für den zu erstellenden Formteil versehen sind, indem entsprechend die Anzahl der Glasfaserstränge oder der Gesamtquerschnitt bei extrudierten Tabletten eingestellt wird. Optimale Eigenschaften hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit und anderer physikalischer Eigenschaften ergeben sich, wenn der Anteil an metallbeschichteter Glasfasern im Formteil etwa 25% entspricht. Es gibt andererseits auch Anwendungsfälle, wo diese leitenden Kunststoffe nicht so sehr

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zur Abschirmung sondern lediglich zur Bereitstellung einer nur minimalen Leitfähigkeit benötigt werden, wie z.B. bei Apparaten zur elektrostatischen Vervielfältigung.

In bezug auf die verwendeten Materialien läßt sich noch darauf hinweisen, daß auch andere Kunststoffe als Polycarbonate angewendet werden können, wie z.B. Urethan-Elastomere und thermoplastische Kunststoffe. Die Metallbeschichtung der Glasfasern läßt sich verbessern, wenn das hierzu verwendete Aluminium mit 2 bis 3% Antimon zur Verhinderung der Oxidbil- ;dung wie an sich bekannt, legiert wird. Beim Durchziehen ;der Glasfasern durch den flüssigen Aluminiumeiniskus werden !allgemein die Glasfasern nur bis zu dreiviertel ihres ümfangs ;mit der Aluminiumschicht überzogen, wobei dann normalerweise in einem WiederaufheizungsVorgang das Aluminium zum Verlaufen .über den gesamten Umfang der Glasfaser gebracht wird. Zur ;erfindungsgemäßen Verwendung der Glasfasern jedoch kann dieser Wiederaufheizungsvorgang unterdrückt werden, da sich nämlich !gezeigt hat, daß bis zu einem dreiviertel ihres Umfangs !metallbeschichtete Glasfasern für die Zwecke der Erfindung völlig ausreichend sind.

Anschließend werden Beispiele für plattenförmige Formteile gebracht, die zur Untersuchung der Abschirmeigenschaften gegen elektromagnetische Einstrahlung dienen. Diese Platten sind mit einheitlichen Abmessungen von 75 χ 150 χ 6 mm er- ;stellt. Die Untersuchungsergebnisse sollen auch den Unterschied zwischen Pormteilen mit parallel ausgerichteten metallbeschichteten Glasfasern und solchen mit geknäuelten metallbeschichteten Glasfasern zeigen. Die Tabelle II bringt so im Muster 1 ein Formteil, daß aus Tabletten erstellt ist, die parallel zueinander ausgerichtete, metallbeschichtete Glasfasern aufweisen. In allen Mustern enthalten die Tabletten

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und die erstellten Formteile etwa 25 Gewichtsprozent an me- j

tallbeschichteten Glasfasern. Die Tabletten sind einheitlich ί

18 mm lang, wobei die Bestandteile des Glases und des Metall- j

Überzuges ebenfalls identisch sind. Die allgemeinen Testbe- ■

dingungen sind vergleichbar, so daß die besseren Ab- j

schirmresultate beim Formteilmuster unter Verwendung von zur ;

Herstellung herangezogenen Tabletten mit verwundenen Glas- ,' fasern bzw. mit Glasfasergeflechten auf den Verknäuelungseffekt, der sich beim Schmelzvorgang der Tabletten einstellt, zurück- !

führbar sind. ;

Tabelle	II	Bezugsbasis	Beispiel 1	2 Muster 3	Beispiel 2	Beispiel ;
	Muster 1	Muster ;		Muster 4	Muster 5
Frequenz			21-22
(MHz)	16	19	20-21	18	18
12	16	19	21-23	18-19	18-19
20	15-16	18-19	22-25	18	19-20
30	18-19	23-24	23-25	18-21	21-22
70	29-32	31-34		25-26	33
100

Alle Werte in db!

Für das Muster als Bezugsbasis 1 sind drei Musterplatten auf
Polycarbonatbasis mit 25 Gewichtsprozent an metallbeschichtetei Glasfasern erschmolzen worden, wobei die Glasfasern ungewunden in Strangform vorliegen. Die Abschirmwirkung liegt bis 70 MHz unterhalb von 20 db. Die Abschirmwirkung wächst auf etwa 30 db mit steigender Frequenz bis 100 MHz. Darüberhinaus liegen kein« Meßergebnise vor. Die Leitfähigkeit dieser Testmuster ist für vielfache Anwendungszwecke, insbesondere dann, wenn anisotrope Leitfähigkeit angestrebt wird, geeignet. Auch die Abschirmwirkung kann in vielen Fällen als ausreichend bezeichnet werden.

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I Jedoch läßt sich nicht ausschließen, daß auch Abschirmwirkungeri. Ivon mehr als 20 db für 6 mm starke Formteile gefordert werden !können.

•Für Beispiel 1 sind Tabletten mit metallbeschichteten Glasfasern _:verwendet, die durch einen Binderüberzug zusammengehalten werden, und zwar in Form von Büscheln enthaltend jeweils Glasfasern, ohne dabei jedoch verwunden zu sein. Acht Glasfaserbüschel bilden ein Geflechtband mit zusammen 800 Glasfasern. Das Geflecht entspricht dabei einem Schlauch wie er ^;als Außenleiter für Koaxialkabel Verwendung findet. Das Ge-.flecht besitzt 8 Überkreuzungen pro 25,4 mm, aber es läßt sich 'voraussetzen, daß jede geeignete Anzahl derartiger Überkreu-■zungen ebensogut Anwendung finden kann. Zwei von diesen Geflechten werden zur Herstellung von Polycarbonattabletten, ent-f haltend also 1600 Glasfasern, verwendet, so daß sich ein Gewichtsanteil von 25% an metallbeschichteten Glasfasern ergibt. Die auf der Basis derartiger Tabletten erstellten Formte!!muster zeigen verhältnismässig große Wirbelstrukturen, die zudem den Fließpfad des Kunststoffs in die Schmelzform wiederspiegeln. Eine der Musterplatten ist abgeschliffen worden, um den Kontrast zwischen metallisierten Glasfasern und den umgebenden Kunststoff zu erhöhen, wobei sich gezeigt hat, daß die Glasfasern an der Oberfläche eine wahllose dreidimensionale Orientierung aufzuweisen scheinen, die allgemein unabhängig von den Verwirbelungsstrukturen ist. Die einzelnen Muster sind angenähert parallel zur Kunststofffließrichtung und quer zur Kunststoffließrichtung gebrochen worden, um die Verteilung der metallisierten Glasfasern zu ermitteln. Es sind sowohl Glasfaserknäuel, als auch einzelne Glasfasern ermittelt worden. Hierbei zeigt sich, daß in den Knäueln im allgemeinen die ursprünglichen Glasfaserlängen beibehalten sind, wohingegen einzeln vorkommende Glasfasern im gesamten Längenbereich

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zwischen Staubpartikel bis zu angenähert der vollen Länge, wie sie in den ursprünglichen Tabletten vorhanden war, zu finden j sind. Die Knäuel scheinen allgemein aus parallelen, dichtge- i packten Glasfasern zu bestehen, wobei von der Geflechtsstruk- j

tür in den erschmolzenen Testmustern nichts mehr zu sehen ist.j Sowohl einzelne Glasfasern als auch die Knäuel scheinen in { Fließrichtung des Kunststoffs in die Form ausgerichtet zu seini Dabei treten die Knäuel wahllos verteilt mit einem gegensei- ! ^! tigen Abstand von etwa 6 mm im Kunststoff auf. Die Knäuelab- ■ messung beträgt ebenfalls etwa 6 mm. j

Als Muster 2 sind zwei Musterplatten erschmolzen, bestehend aus einer Mischung von Tabletten, von denen die eine Art mit zwei Geflechten metallbeschichteter Glasfasern, wie beschriebe^!, versehen sind und dabei 50% metallisierte Glasfasern in einem gestreckten Strang wie im Bezugsmuster enthalten. D.h. diese Musterplatten besitzen 12,5 Gewichtsprozent metallisierter Glasfasern in Geflechtsform bei einem Gesamtgewichtsanteil von 25% der metallbeschichteten Glasfasern. Wie die Tabelle zeigt, ergibt sich eine beachtliche Verbesserung in der Abschirmwirkung .

Für Muster 3 sind drei Musterplatten gemäß dem für Muster 2 beschriebenen Verfahren erschmolzen und überprüft, mit der Ausnahme, daß die Tablettenmischung aus 75% Tabletten,, enthaltend ein Geflecht metallisierter Glas fasern ,.und 25% Tabletten, enthaltend gestreckte, unverwundene metallisierte Glasfasern. Das heißt, daß die erschmolzenen Musterplatten 18 Gewichtsprozent metallisierter Glasfasern in Form eines Gespinstgeflechteü und 7% metallisierter Glasfasern in Form eines unverwundenen Stranges enthalten. Es zeigt sich, daß diese Platten einen Abschirmungseffekt mit mehr als 20 db über dem gesamten Testfrequenzbereich zeigen.

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Im Beispiel 2 sind metallisierte Glasfasern in Form von 13 Büscheln, enthaltend jeweils 100 metallbeschichte Glasfasern, verwendet. Eins dieser Büschel bildet dabei eine Seele, bestehend aus verwundenen Glasfasern. Sechs der genannten Büschel sind im Uhrzeigersinn um das Seelenbüschel gewunden iund die übrigen sechs sind im Gegenuhrzeigersinn um die inneren sieben Büschel gewunden. Dieser Glasfaserstrang be-'sitzt demnach eine Gesamtanzahl von 1300 metallbeschichteten Glasfasern. Dies dient als Kern für Tabletten, die einen Anteil von 25 Gewichtsprozent an metallbeschichteten Glasfasern aufweisen. Der Glasfaserstrang besitzt etwa einviertel Umdrehung pro 25,4 mm. Obgleich dies nur dreiviertel einer !Windung längs einer Tablettenlänge entspricht, zeigen die !Büschel am Schnittende ein Ineinandergreifen der Fasern, so daß sie nicht auseinander streben. Es läßt sich jedoch abschätzen, daß extra acht Windungen pro 25,4 mm erstrebenswert sind. Um ein Auffusseln zu verhindern, das eintritt, wenn eine Izu geringe mechanische Spannung wirksam ist, wahrscheinlich .weil relative Bewegung der Glasfasern eines Büschels bei geringer Spannung auftreten kann und dabei die Glasfasern sich gegenseitig abreiben, sollte auf die metallbeschichteten

Glasfasern dauernd eine minimale mechanische Spannung einwirken. Die maximale Spannung ist durch die zulässige Zugbeanspruchung des GlasfaserStrangs festgelegt. Es scheint, daß (innerhalb dieser Grenzen die Spannung an den Büscheln nicht !kritisch ist, solange für alle Büschel gleiche Spannung vorliegt.

Bei Muster 4 sind drei Musterplatten mit Hilfe der in diesem Beispiel verwendeten Tabletten, also ohne Zuhilfenahme anderer Tabletten, erschmolzen. Das bedeutet, daß diese Platten etwa von 20 Gewichtsprozent metallbeschichteter Glasfasern in Form eines verwundenen Glasstrangs aufweisen. Obgleich die Platten Testergebnisse zeigen, die für einige Frequenzen ge-

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ringer sind als die Muster für Beispiel Λ₍ sind die Resultate doch besser als bei der Bezugsbasis für Muster 1. Bei anderen Frequenzen jedoch ergeben sich wesentlich bessere Resultate, so daß hierfür die Verwendung verwundener metallbeschichteter Glasfaserstränge vorzuziehen ist. Die Testplatten sind dann an-f angenähert in rechten Winkeln zur Kunststofffließrichtung gebrochen worden und außerdem parallel zu dieser Fließrichtung um die Lage der Glasfasern und Glasfaserknäuel zu ermitteln. Die Verteilung der Knäuel und der Einzel-Glasfasern sind im wesentlichen nicht zu unterscheiden, von denjenigen Mustern, bei denen die zur Erschmelzung dienenden Tabletten Geflechtge- I spinste aufweisen. Die Knäuel scheinen den ursprünglichen j Büscheln mit etwa 100 metallbeschichteten Glasfasern zu j entsprechen. I

Anschließend sind Kunststofftabletten, wie sie im Beispiel 2 verwendet sind, zum Erschmelzen eines Gehäuses einer Datenendstation benutzt worden, wobei der Produkttest zufriedenstellende Ergebnisse gezeigt hat.

Für Muster 5 des Beispiels 3 sind drei Musterplatten aus einer Mischung von Tabletten, von denen 75% verwundene Glasfaserstränge, wie im Beispiel 2 beschrieben, enthalten und 25% Glasfasergeflechte, wie im Beispiel 1 beschrieben, erschmolzen worden. Die Musterplatten zeigen Resultate die im wesentlichen mit den Ergebnissen für Muster 4 vergleichbar sind. Eine Muster platte ist erbrochen und die abgebrochene Ecke mikroskopisch untersucht worden. Die Platte zeigt sowohl Einzel-Glasfasern, als auch Knäuel von Glasfasern. Es zeigt sich kein Unterschied zwischen Knäueln, deren Ausgangsbasis aus Gespinstgeflechten und deren Ausgangsbasis auf verwundenen Gespinsten beruht. Auch diese Resultate lassen den Schluß zu, daß verwundene Geflechte für die meisten Abschirmungszwecke vorzuziehen sind.

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:Wie bereits ausgeführt, werden die Tabletten für die oben aufgeführten Beispiele durch Strangpressen mit Polycarbonat als Kunststoffbasis erstellt, jedoch lassen sich ebensogut ■auch andere Kunststoffe verwenden, wie sie üblicherweise mit unmetallisierten Glasfasern zur Formteilverstärkung Anwendung finden.

PO 975 014X, PO 977 015

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Tablettierte Formmasse zur Herstellung leitender Formteile/ insbesondere Abschirmgehäuse für elektrische Geräte, bei welcher die einzelnen Tabletten zumindest 1 mm lange/ metallbeschichtete Glasfasern mit einem Gewichtsanteil zwischen etwa 20% bis etwa I

50% der jeweiligen Tablettengesamtmasse enthalten/ j dadurch geknennzeichnet, daß die mittels Strangpressungj gefertigen Tabletten bei mindestens 5 mm Länge und j größenordnungsmäßig 3 mm Dicke jeweils in ihrer Längsrichtung aus kunststoffgetränkten und in Kunststoff eingebetteten Strängen der metallbeschichteten Glasfasern bestehen.
2. Tablettierte Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabletten, sowie die Glasfaserstränge eine Länge von etwa 10 bis etwa 18 mm aufweisen.
3. Tablettierte Formmasse nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserstrang aus einem Gespinst von etwa 500 bis etwa 1000, vorzugsweise jedoch 750, metallbeschichteten Glasfasern besteht.
4. Tablettierte Formmasse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil metallbeschichteter Glasfasern zwischen etwa 25% bis etwa 43% der jeweiligen Tablettengesamtmasse liegt, vorzugsweise jedoch etwa 25% beträgt.

PO 975 014X, PO 977 015

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5. Tablettierte Formmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die | metallbeschichteten Glasfasern im Kern einer Tablette ',

derart angeordnet sind/ daß sie beim Erstellen eines j

Formteils teilweise als einzelne Fasern verstreut
werden und teilweise sich zu Knäueln zusammmen
schliessen, deren Dicke jeweils beträchtlich größer ist als die einer einzelnen Glasfaser, so daß hierdurch im fertiggestellten Formteil ein Faser-zuFaser-Kontakt senkrecht zur Flußrichtung des erweichten Kunststoffs zustande kommt.
6. Tablettierte Formmasse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallbeschichteten Glasfasern im Kern einer Tablette in Form eines Glasfaserbüschels mit drumherum liegenden Einzelglasfasern vorliegen.
7. Tablettierte Formmasse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern einer Tablette aus einem Büschel metallbeschichteter Glasfasern besteht, das von mehreren kleineren Büscheln aus
metallbeschichteten Glasfasern umgeben ist.
8. Tablettierte Formmasse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbüschel aus einem
inneren Büschel mit drumherum gewundenen Außenbüscheln bestehen.
9. Tablettierte Formmasse nach Anspruch 7 und/oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kern einer Tablette aus einem inneren Glasfaserbüschel mit in erster
Richtung drumherum gewundenen Glasfaserbüscheln und

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j darüber liegenden, in entgegengesetzter Richtung drumherum gewundenen Glasfaserbüscheln besteht.
10. Tablettierte Formmasse nach den Ansprüchen 1 bis 5,

j dadurch gekennzeichnet, daß der Tablettenkern aus zu einem Geflechtband zusammengefaßten Glasfaserbüscheln besteht.
11. Tablettierte Formmasse nach den Ansprüchen 1 bis 5, j

dadurch gekennzeichnet, daß der Tablettenkern aus zu einem Geflechtrohr zusammengefaßten Glasfaserbüscheln besteht.

PO 975 014X, PO 977 015

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