DE3427270A1

DE3427270A1 - Gehaeuse fuer elektrische und elektronische geraete

Info

Publication number: DE3427270A1
Application number: DE19843427270
Authority: DE
Inventors: Alan William Rochdale Lancashire Atkinson; David Rushworth Oldham Lancashire Hurst; Kenneth Trevor Stourbridge West Midlands Somerfield
Original assignee: T&N Materials Research Ltd
Current assignee: T&N Materials Research Ltd
Priority date: 1983-07-30
Filing date: 1984-07-24
Publication date: 1985-02-07
Also published as: BE900256A; IT1177926B; US4530949A; JPS6054837A; IT8448618A0; GB8320607D0; GB8417064D0; FR2550047A1; FR2550047B1

Description

-3-Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für elektrische oder elektronische Geräte.
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Gehäuse für elektrische oder elektronische Geräte werden häufig aus Metall hergestellt, jedoch bevorzugen die Hersteller nun die Verwendung von Kunststoff, z.B. Polykarbonaten, da dies den Vorteil der geringeren Herstellungskosten, des geringeren Gewichtes und einer größeren Flexibilität im Design hat. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie im wesentlichen für elektromagnetische Strahlung durchlässig sind. Da die Anzahl von Strahlungsquellen, wie CBS-Funk (ZB-Rufanlagen) wächst und die elektronischen Geräte, wie z.B. Mikroprozessoren komplizierter und somit empfindlicher gegen äußere elektromagnetische Felder werden, wird es wichtiger, das Ausmaß der von einem Gerät emittierten Strahlung herabzusetzen und das andere Gerät vor dieser elektromagnetischen Strahlung zu schützen, welche es erreicht.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Gehäuse für elektrische oder elektronische Geräte, das sich für diese soeben genannte Zwecke eignet. Das Gehäuse wird aus einer Formmasse auf der Basis von organischen hitzehärtenden Harzen heißgeformt, wobei in der Masse eine Menge an Material einbezogen ist, das als Blähgraphit oder exfoliierter Graphit bekannt ist, wobei diese Menge ausreicht um dem geformten Erzeugnis eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, die einem elektrischen Widerstand von nicht mehr als 1CT Ohm-cm entspricht. Wegen der Struktur des Blähgraphits, können 0,5 Gew.-% davon ein kontinuierliches elektrisch - leitendes Netzwerk im geformten Erzeugnis bilden. Vorzugsweise liegt jedoch die Menge an Blähgraphit in der Formmasse im Bereich von 2,5 bis 20 Gew.-% und der Gehalt von 5 bis 20 Gew.-% ist besonders bevorzugt.

Blähgraphit ist ein gut bekanntes Material, das bei der Her-

stellung von Dichtungen, Packungen und Dichtmaterialien verwendet wird und das aus natürlichem Flockengraphit oder gut geordnetem synthetischem Graphit durch ein Verfahren hergestellt wird, dessen erste Stufe die Behandlung von Graphit mit einem starken Oxidationsmittel umfaßt. Wenn somit Graphit mit Schwefelsäure unter stark oxidierenden Bedingungen behandelt wird quillt er leicht, weil zwischen die Schichten von hexagonal angeordneten Kohlenstoffatomen, welche das Graphitgitter bilden, Bisulfat- Ionen HSO.- und neutrale (nicht-ionisierte) Schwefelsäuremoleküle H„SO. eingelagert werden. Wenn das leicht gequollene Material mit einem großen Volumen Wasser gewaschen wird, werden die eingelagerten neutralen Schwefelsäuremoleküle durch Wassermoleküle ersetzt, jedoch bleiben die HSO.- Ionen größtenteils unbeeinflußt. Wenn diese Verbindung von anhaftendem Waschwasser befreit und für einige Sekunden auf Temperaturen von größenordnungsmäßig 1000⁰C erhitzt wird, verdampft das Zwischengitterwasser rasch und bewirkt ein starkes Aufblähen der Verbindung in der £ Richtung (d.h. senkrecht zur Ebene der Schichten von Kohlenstoffatomen), so daß die endgültige c_ Abmessung 100 mal oder noch mehr größer sein kann als der ursprüngliche Wert. Aufgrund der raschen Ausdehnung besitzen die Teilchen des geblähten, praktisch sulfatfreien Produktes nicht die hochgradig geordnete Struktur von Teilchen des ursprünglichen Graphits; sie haben eine unregelmäßige Form, die gewöhnlich als wurmförmig beschrieben wird und sind extrem porös. Sie unterscheiden sich auch von Teilchen des oxidierten Graphitmaterials, das als "Graphitoxid" oder "Graphitsäure" bekannt ist.

Trotz ihrer hohen Porösität sind Teilchen von Blähgraphit nicht besonders zerbrechlich. Sie sind tatsächlich weniger zerbrechlich als die hohlen Kohlenstoffmikrokapseln, deren Einbeziehung in elektromagnetische Strahlungsabsorptionsmaterialien in der GB-PS 1 411 731 beschrieben ist. Solche Mikrokapseln sind teuer herzustellen und ihre kugelige Struktur erfordert ihre Verwendung in beträchtlich höherem Mengenanteil in einer nicht-leitenden Matrix um eine Masse

mit einer elektrischen Leitfähigkeit zu erhalten, die gleich der ist, wie sie durch einen gegebenen Gehalt an Blähgraphit erzeugt wird. Hitzehärtende Harzmassen, weiche hohle Kohlenstoffmikrokapseln in einem ausreichenden Anteil um- ° fassen, um elektrische Leitfähigkeit zu ergeben, die sich für die folgenden Zwecke eignen würde, sind tatsächlich wegen ihrer geringen Plastizität sehr schwierig zu formen.

Die bevorzugten hitzehärtenden Harze sind Phenolharze, insbesondere Phenol-Formaldehydharze, und ungesättigte Polyesterharze, jedoch können gewünschtenfalls auch Epoxyharze, Harnstoff-Formaldehydharze und Melamin-Formaldehydharze verwendet werden. Gewöhnlich bildet das organische hitzehärtende Harz wenigstens 20 Gew.-% der Formmasse, jedoch !5 nicht mehr als 95 Gew.-% davon. Der Rest der Formmasse besteht im wesentlichen aus nicht-leitendem Formzusatz, wie Verstärkungsfaser und nicht-fasrigem Füllstoff. Es können bis zu 60 Gew.-% an Verstärkungsfaser und bis zu 60 Gew.-% Füllstoff verwendet werden. Andere Formzusätze, wie Katalysatoren, Inhibitoren und Formtrennmittel können in einer Menge von nicht mehr als 10 Gew.-% angewandt werden.

Die Erfindung wird weiter durch die späteren Beispiele 1 bis 3 erläutert, welche als Ausgangsmaterial einen Blähgraphit benutzen, der zweckmäßig wie folgt hergestellt wird:

Herstellung von Blähgraphit

Natürlicher Flockengraphit (10 g, 99% Kohlenstoff, 80% bleiben auf einem Sieb mit Maschenöffnung von 3 00 μπι Durchmesser) wurde eine halbe Stunde gelinde.mit einem Gemisch (90 g; bei Zimmertemperatur zugegeben) von Schwefelsäure, Salpetersäure und Wasser im Gewichtsverhältnis H SO.: HNO-.: H₂O = 74:15:11 gerührt.

Das Reaktionsgemisch wurde dann abfiltriert und die durch

-β-Umsetzung gebildete Graphitverbindung (wahrscheinlich C₂₄+ · HSO.- . nH^SO.) wurde gewaschen bis sie praktisch frei von molekularer H„SO. war indem man Wasser bei Zimmertemperatur (20⁰C) eine Stunde darüberlaufen ließ. Das vollständig gewaschene Material wurde von anhaftendem Wasser befreit und bei 80⁰C drei Stunden lang getrocknet und dann in üblicher Weise flammgebläht (Temperatur 1200⁰C) um den gebundenen Wassergehalt zu verflüchtigen. Das geblähte Produkt hatte eine Dichte von etwa 4 kg/m³ (0,004 g/cm³).

Um die Schwierigkeiten der Handhabung sehr großer Volumen eines Materials von so geringer Dichte zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, das Produkt zu verdichten, z.B. auf eine Dichte von nicht mehr als 75 bis 100 kg/m³.

Beispiel 1

Blähgraphit (40 g) wurde gelinde zu einer Platte von einer Dichte 18 kg/m³ verpreßt und die Platte dann/einen Vorrat (2040 g) einer alkoholischen Lösung von Phenolresolharz (Viskosität 60 cSt bei Umgebungstemperatur) gelegt, die 25 Gew.-% Feststoffe enthielt. Wenn die Platte alle Flüssigkeit absorbiert hatte, wurde sie in einem Mischer gebrochen um Krümel von 2 bis 10 mm maxiitialer Abmessung zu bilden und gehackte Glasfaser (6 mm lang, 24 0 g) mit einer mit dem Phenolharz verträglichen Ausrüstung wurde eingemischt. Nach 15 Minuten wurde das Gemisch in einen Ofen überführt und 100 Minuten bei 105⁰C gehalten um das Lösungsmittel zu verdampfen und das Harz teilweise zu härten.

Das lösungsmittelfreie, teilgehärtete Gemisch wurde dann

in eine gewärmte Form überführt und bei 170⁰C eine Stunde preßgehärtet unter Bildung eines Gehäuse mit Wandungen von 3,5 mm Dicke und der Dichte 1500 kg/m³und einem Widerstand' gg von 0,18 Ohm.cm.

Die Kapazität des Gehäusematerials, das Durchlassen von elektromagnetischer Strahlung bei verschiedenen Frequenzen

-7-zu vermindern, wurde wie folgt untersucht:

Eine Platte des Materials wurde über eine quadratische Öffnung von 25 cm Größe angeordnet, die in die Seite einer Wand eines sonst gut abgeschirmten Raumes geschnitten war. Ein Bereich von Signalgeneratoren mit geeigneten Senderantennen wurde außerhalb des Raumes angeordnet und zwar der öffnung zugekehrt, und dazu passende Empfänger wurden innerhalb des Raumes, der öffnung zugewandt, angeordnet. Sender, Empfänger und Antennenkombinationen wurden so gewählt, daß man die Messungen über Frequenzen im Bereich von 50 bis 1000 MHz durchführen konnte.

Durch Messung des erhaltenen Signalniveaus bei gewählten Frequenzen mit und ohne die Prüfplatte über der öffnung wurden die Dämpfungsmerkmale der Platte über· den genannten Frequenzbereich bestimmt. Die gemessene Dämpfung betrug 32 bis 64 dB, wie sich aus der nachfolgenden Tabelle ergibt. (Dämpfung von 20 bis 4OdB wird als zufriedenstellend für die meisten Haushaltsgeräte und technischen Geräte betrachtet).

Frequenz (MHz) Dämpfung (dB)

960 64

700 64

450 64

200 56

100 . 52

50 32

Die mechanischen Eigenschaften des geformten Materials, welches das Gehäuse bildete , waren wie folgt;

Zugfestigkeit (Mpa) 13

Zugmodul (GPa) 8

Biegefestigkeit (MPa) 46

Biegemodul (GPa) . 7

Izod Kerbschlagzähigkeit (von Kante nach

Kante gekerbt) (J/m) 80

Beispiel 2

Die folgenden Bestandteile wurden 10 Minuten in der Trommel gemischt:

A B

Blähgraphit ( auf eine Schüttdichte von

n kg/m³ verdichtet) 50g 100g

gehackte Glasfaser (3 mm lang) 550g 500g

* gepulvertes Phenolharz 4 00g 400g

Kalziumstearat (Formtrennmittel) 15g 15g

* Novolakharz, vermischt mit 12 Gew.-% Hexamin; Schmelzviskosität = 82 kPoise . min bei 136°C.

Jedes der Gemische A und B wurde eine Stunde lang bei 17O⁰C in einer erhitzten Form preßgehärtet (Formpreßdruck 4 bis 16 MN/m²), was ein Gehäuse von der Wanddicke 3,5 mm und einer Dichte von etwa 17 50 kg/m³ ergab. Andere Eigenschaften des preßgehärteren Materials waren wie folgt:

Elektromagnetische Strahlungsabschirmfähigkeit: 25

Dämpfung (dB) Frequenz (MHz) A B

10000	120	140
960	72	100
700	70	100
450	64	1 10
200	58	90
100	44	85
50	32	55
Zugfestigkeit ( MPa)	45	39
Zugmodul (GPa)	14.3	12

-S-

Biegefestigkeit (MPa)
Widerstand (Ohm . cm)

	35	3427270
108	73
0.	0.07

Beispiel 3

Die folgenden Bestandteile wurden in einem Z-Mischer gemischt:

Blähgraphit (verdichtet auf Schüttdichte 11 kg/m³) Polyesterharzlösung in Styrol (2 Gewichtsteile Polyester, abgeleitet von Propylenglykol, Maleinsäure und Phthalsäureanhydrid, 1 Gewichtsteil Styrol)

100g

700g

gefolgt von

Polyvinylacetatlösung in Styrol (1:1) low profile.(schrumpfarmer) Zusatz) 200g

herkömmliches Gemisch von Katalysator und Inhibitor

10g

gefolgt von

Kreide (Füllstoff, durchschnittliche Teilchengröße 3μΐη) 770g

Kalziumstearat (Formtrennmittel)

30g·

gefolgt von

Glasfaser (6 mm lang, mit polyester-ver-35 träglicher Ausrüstung) 200g

-ΙΟΙ Nach insgesamt 20-minütigem Mischen wurde das Material in eine erhitzte Form überführt und bei 13 0⁰C 1 1/2 Minuten lang preßgehärtet, um ein Gehäuse mit einer Wanddicke von 4 mm und einer Dichte von 1590 kg/m³ zu bilden. Der Widerstand betrug 0,5 Ohm . cm.

Seine Fähigkeit das Durchlassen von elektromagnetischer Strahlung bei verschiedenen Frequenzen zu vermindern war wie folgt:
10

Frequenz (MHz) Dämpfung (dB)

10000 106

960 50

700 50

450 54

200 48

100 32

50 26

Mechanische Eigenschaften des Gehäusematerials:

Zugfestigkeit (MPa) 18

Zugmodul (GPa) 8

Biegefestigkeit (MPa) 50

Biegemodul (GPa) 8 Izod Kerbschlagzähigkeit

(gekerbt) (J/m) 166

Claims

Patentanwälte · European Patent Attorneys $ Λ ? 7 ? 7 Π Dr'W< Μ"1ΙβΓ"ΒοΓέ * Dr. Paul Deufel DipL-Chera., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr. Alfred Schön DipL-Chem. Werner Hertel Dr. MüUer-BorÄ und Partner · POB 280247 · D-8000 München 28 „·_ " Dipl.-Phys. Dietrich Levvald Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Dieter Otto Dipl.-Ing. D/la - T 1588 14, JuIi 1984 T & N Materials Research Limited, Manchester M3 2NL, England Gehäuse für elektrische und elektronische Geräte Patentansprüche

1.j Gehäuse für elektrische oder elektronische Geräte, herge- ^y stellt durch Heißverformung einer Masse, die ein organisches hitzehärtendes Harz aufweist, das eine solche Menge an Blähgraphit enthält, die ausreicht um dem geformten Erzeugnis einen elektrischen Widerstand von nicht mehr als 10 Ohm.cm zu verleihen.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge an Blähgraphit 0,5 bis Gew.-% der Masse darstellt.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge an Blähgraphit 2,5 bis Gew.-% der Masse darstellt.

D-8000 München 2 FOB 26 02 47 Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex

Isartornl^tz 6 D-8000 München 26 Muebopat 089/221483-7 GII + III (089)2296 43 5-24285

4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge an Blähgraphit 5 bis 20 Gew.-% der Masse darstellt.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das organische hitzehärtende Harz 20 bis 95 Gew.-% der Masse darstellt.

6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Masse bis zu 60 Gew.-% an Verstärkungsfaser enthält.

7. Gehäuse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse bis zu 60 Gew.-% an nicht-fasrigem Füllstoff enthält.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das hitzehärtende Harz ein Phenolharz ist.

9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet , daß das hitzehärtende Harz ein ungesättigtes Polyesterharz ist.