DE3518335C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Abschirmmaterial mit elektromagnetischer Absorbierfähigkeit mit einer Zusammensetzung, die Ferritpulver, leitfähiges Kohlenschwarz und organische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht aufweist.
Eine Zusammensetzung dieser Art ist aus der DE-OS 24 13 475 bekannt.
Das elektromagnetische Abschirmmaterial wird beispielsweise zur Herstellung des Gehäuses einer elektronischen Vorrichtung verwendet, um den Durchtritt unerwünschter elektromagnetischer Wellen zu verhindern, die in einer Rausch- oder Störquelle erzeugt werden.
Üblicherweise wird als elektromagnetisches Abschirmmaterial ein zusammengesetztes Material verwendet, das durch Dispergieren von Metall oder leitfähigem Material in Harz hergestellt wird. Sodann pflegt das Abschirmmaterial auch dadurch hergestellt zu werden, daß die Oberfläche eines plastischen Materials mit einem leitfähigen Überzug versehen wird, und zwar durch Flammenspritzen von Zink oder Bestreichen mit leitfähigem Material.
Das herkömmliche Abschirmmaterial verhindert den Durchtritt von elektromagnetischen Wellen, indem es einen Teil der elektromagnetischen Wellen reflektiert und einen Teil unter ohmschen Verlusten absorbiert.
Das herkömmliche Abschirmmaterial hat daher den Nachteil, daß unerwünschte elektromagnetische Wellen in der elektronischen Vorrichtung eingeschlossen werden und ihre Intensität darin zunimmt. Diese Erscheinung führt zu einer gegenseitigen Störung der Stromkreise in der elektronischen Vorrichtung oder zum Austritt von Rausch- oder Störsignalen der elektronischen Vorrichtung durch einen Stecker oder ein Luftloch, wo die Abschirmung unzureichend ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Abschirmmaterial der gattungsgemäßen Art anzugeben, das eine höhere Absorptionsfähigkeit für elektromagnetische Energie aufweist.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Ferritpulver ein Mn-Zn-Ferritpulver ist, daß das Kohlenschwarz eine spezifische Oberfläche von mehr als 900 m²/g aufweist, daß der Gehalt des Mn-Zn-Ferritpulvers im Bereich zwischen 30 und 70 Volumenprozent liegt und daß die Zusammensetzung einen spezifischen Durchgangswiderstand im Bereich zwischen 10² und 10-1 Ohm · cm aufweist.
Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Kurvendiagramm der Abhängigkeit des spezifischen Durchgangswiderstands der Zusammensetzungen von der Konzentration von Kohlenschwarz in der Zusammensetzung und die
Fig. 2 bis 4 den Zusammenhang zwischen der Reflexionsfähigkeit und Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen und der Frequenz bei dem erfindungsgemäßen Abschirmmaterial und den Vergleichsbeispielen.
Bei den organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden, kann es sich um Kunstharz oder Kunstgummi handeln. Als Kunstharz wird ein thermoplastisches Harz, ein hitzehärtbares Harz oder ein modifiziertes thermoplastisches Harz bevorzugt.
Das thermoplastische Harz, das als die organische Verbindung mit hohem Molekulargewicht verwendet wird, enthält beispielsweise Poly-α-Olefin, wie z. B. ein (eine geringe Dichte, hohe Dichte oder eine gerade Kette mit niedriger Dichte aufweisendes) Polyäthylen, Polypropylen-Äthylen-Block-Copolymer oder Zufallscopolymer; Styrolharz, wie z. B. Polystyrol, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Terpolymer, Styrol-Butadien-Blockcopolymer oder ihre Hybride; Acrylharz, wie z. B. Polymethylmetacrylat; Polyvinyl-Halogenid, wie z. B. Polyvinylchlorid; Polyamid, wie z. B. Nylon 6, Nylon 66; gesättigtes Polyester, wie z. B. Polyäthylen-Telephthalat, Polybuthylen-Telephthalat; Polyäther, wie z. B. Polyphenyloxid; Polysulfon; Polyphenylensulfid; Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluoräthylen; α-Olefin-Vinylmonomer-Copolymer, wie z. B. Äthylen-Vinylazetatcopolymer, Äthylenacrylatcopolymer.
Das modifizierte thermoplastische Harz oder ein Gemisch daraus können ebenfalls als die organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht verwendet werden. Sie sind besonders für die erfindungsgemäße Zusammensetzung geeignet, und zwar wegen ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und ihrer elektromagnetischen Abschirmfähigkeit. Ein derartiges modifiziertes thermoplastisches Harz läßt sich durch Modifizieren des thermoplastischen Harzes mit ungesättigter Carbonsäure oder ihren Derivaten herstellen. Typische Beispiele des modifizierten thermoplastischen Harzes sind modifiziertes Polyäthylen mit Maleinsäureanhydrid, modifiziertes Polypropylen mit Maleinsäureanhydrid usw. Beispiele für die ungesättigte Carbonsäure oder ihre Derivate sind einbasische Carbonsäure mit höchstens 10 Kohlenstoffatomen und mindestens einer Zweifachbindung (z. B. Acrylsäure, Metacrylsäure), Zweibasische Carbonsäure mit höchstens 15 Kohlenstoffatomen und mindestens einer Zweifachbindung (z. B. Maleinsäure) und Anhydride der zweibasischen Carbonsäure (z. B. Maleinanhydride). Hiervon werden Maleinsäure und Maleinanhydrid besonders bevorzugt. Der Gehalt an ungesättigter Carbonsäure oder ihren Derivaten im thermoplastischen Harz liegt im Bereich zwischen 0,1 und 5 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen 0,3 und 3 Gewichtsprozent.
Das als die organische Verbindung mit hohem Molekulargewicht verwendete hitzehärtbare Harz enthält beispielsweise Epoxidharz, Phenolharz, ungesättigtes Polyesterharz, Melaminharz, Polyuräthanharz usw. und deren Gemische.
Der als die organische Verbindung mit hohem Molekulargewicht verwendete synthetische Gummi kann beispielsweise Äthylenpropylengummi, Styrolbutadiengummi, Isoprengummi und deren Gemische enthalten.
Das für die erfindungsgemäße Zusammensetzung verwendete Kohlenstoffpulver kann karbonschwarz sein, wie z. B. Ofenruß, thermischer Ruß, Kanalruß, Acetylenschwarz usw. Ketjen-Ruß (der von der AKZO Co., Ltd. hergestellt wird) ist ein typsches Beispiel für ein derartiges Kohlenstoffpulver. Um der Zusammensetzung die erforderliche Leitfähigkeit mit kleinen Füllstoffen zu erteilen, wird die Verwendung eines Kohlenstoffpulvers mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 900 m²/g bevorzugt, die anhand einer Stickstoffgasabsorption berechnet wird, die nach dem BET-Verfahren (Brunnauer, Emmet, Teller) gemessen wurde.
Als leitfähiges Kohlenstoffpulver kann auch eine Kombination aus Kohlenschwarz und Graphit oder Kohlenschwarz und Kohlefasern verwendet werden.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Zusammensetzung an leitfähigem Kohlenstoffpulver wird so gewählt, daß der spezifische Durchgangswiderstand der Zusammensetzung im Bereich zwischen 10² und 10-1 Ohm · cm liegt. Wenn ein Kohlenschwarz, wie z. B. das Ketjen-Ruß, verwendet wird, dessen spezifische Oberfläche größer als 900 m²/g ist, läßt sich eine Zusammensetzung mit den gewünschten Eigenschaften und Füllstoffen von 1 bis 12 Volumenprozent erzielen.
Fig. 1 zeigt in Form eines Kurvendiagramms die Abhängigkeit des spezifischen Durchgangswiderstands (Ohm · cm) von der Kohlenschwarz-Konzentration (Volumenprozent) zweier Zusammensetzungen I und II. Die Kurve a gilt für die Zusammensetzung I und die Kurve b für die Zusammensetzung II. Die Zusammensetzung I enthält Ketjen-Ruß mit einer spezifischen Oberfläche von 1000 m²/g und die Zusammensetzung II Vulcan XC-72 (hergestellt von der Cabot Co., Ltd.) mit einer spezifischen Oberfläche von 170 m²/g. Beide Zusammensetzungen enthalten Polypropylen als Matrixbestandteil und 40 Volumenprozent an Mn-Zn-Ferrit. Wie das Kurvendiagramm zeigt, hat die Zusammensetzung I mit Ketjen-Ruß einen spezifischen Widerstand von 9×10² bis 5×10¹ Ohm · cm bei 1 bis 4 Volumenprozent Ketjen-Rußfüllstoffen, einen spezifischen Durchgangswiderstand von 5×10¹ bis 5×10⁰ Ohm · cm bei 4 bis 7 Volumenprozent desselben Füllstoffs und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 5×10⁰ bis 1×10-1 Ohm · cm bei 7 bis 12 Volumenprozent desselben Füllstoffs. Dagegen hat die Zusammensetzung II, die Vulcan XC-72 enthält, einen spezifischen Durchgangswiderstand von 9×10² bis 5×10¹ Ohm · cm bei 10 bis 15 Volumenprozent Vulcan XC-72-Füllstoffen und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 5×10¹ bis 5×10⁰ Ohm · cm bei 15 bis 25 Volumenprozent desselben Füllstoffs. Um in diesem Falle jedoch einen spezifischen Durchgangswiderstand von weniger als 5×10⁰ Ohm · cm zu erzielen, ist eine große Menge an Vulcan XC-72 erforderlich, so daß das Mischen und Formen der Zusammensetzung praktisch unmöglich ist.
Die den Ketjen-Ruß enthaltende Zusammensetzung hat den gewünschten spezifischen Durchgangswiderstand mit einem geringen Gehalt an Füllstoffen. Darüber hinaus besitzt die Zusammensetzung eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, z. B. eine hohe Schlagzähigkeit, wenn sie geformt (gegossen) worden ist. Die Verwendung von Ketjen-Ruß ist daher besonders vorteilhaft.
Das Mn-Zn-Ferritpulver kann in Granulat-, Platten- oder Nadelform verwendet werden. Vorzugsweise enthält das Mn-Zn-Ferrit 45 bis 60 Molprozent an Fe₂O₃, 10 bis 40 Molprozent MnO und 5 bis 30 Molprozent an ZnO. Ein derartiges Mn-Zn-Ferritpulver hat a) eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte, b) eine hohe Permeabilität, c) eine niedrige magnetokristalline Anisotropie, d) eine sehr geringe Frequenzabhängigkeit und e) hohe magnetische Verluste.
Das Mn-Zn ist anderen Ferritarten weit überlegen. Tabelle 1 zeigt die magnetischen Eigenschaften des zusammengesetzten Ferrits A, daß das Mn-Zn-Ferrit als Beispiel für weiches Ferrit enthält, im Vergleich zu denen des zusammengesetzten Ferrits B, das Ni-Zn-Ferrit enthält, jeweils bei einer Frequenz von 500 MHz und 1000 MHz, wobei mit µ r ′ der Realteil und mit µ r ″ der Imaginärteil der komplexen Permeabilität
µ e (=µ r ′-jµ r ″; j=√),
die die magnetischen Verluste darstellt, bezeichnet ist. Das Volumenmischungsverhältnis bei jedem Ferrit zum Matrixharz beträgt 0,5.
Tabelle 1
Wie die Tabelle 1 zeigt, sind die magnetischen Verluste des zusammengesetzten Ferrits A etwa doppelt so hoch wie die des zusammengesetzten Ferrits B. Das zusammengesetze Ferrit A ist daher besser für die erfindungsgemäße Zusammensetzung geeignet.
Wie bereits erwähnt wurde, liegt der Gehalt an Mn-Zn-Ferritpulver der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 70 Volumenprozent, insbesondere im Bereich zwischen 40 und 60 Volumenprozent. Wenn der Gehalt niedriger als 30 Volumenprozent ist, ist die elektromagnetische Absorptionsfähigkeit unzureichend, und wenn er 70 Volumenprozent überschreitet, werden die Formbarkeit und mechanische Festigkeit erheblich beeinträchtigt.
Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, liegt der spezifische Durchgangswiderstand der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorzugsweise im Bereich zwischen 10² und 10-1 Ohm · cm, insbesondere im Bereich zwischen 1 und 10×10⁰ Ohm · cm. Wenn der spezifische Durchgangswiderstand 10² Ohm · cm überschreitet, wird die elektromagnetische Abschirmfähigkeit unzureichend, und wenn er niedriger als 10-1 Ohm · cm ist, erhöht sich der Reflexionsgrad in unerwünschter Weise. Um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, muß daher der Reflektionsgrad soweit wie möglich verringert und die elektromagnetische Abschirmfähigkeit soweit wie möglich gesteigert werden. Diese Forderungen lassen sich durch eine Zusammensetzung mit einem spezifischen Durchgangswiderstand, der in dem erwähnten Bereich liegt, erfüllen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zusätzlich zu den organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, dem Mn-Zn-Ferritpulver und dem leitfähigen Kohlenstoffpulver einen inerten Füllstoff aufweisen. Bei diesem inerten Füllstoff kann es sich um einen anorganischen oder organischen nichtleitenden Füllstoff handeln, der beispielsweise Kalziumkarbonat, Talg, Glimmer, Bariumsulfat, Titanoxid, Ton, Siliziumdioxid, Magnesiumkarbonat, Stärke usw. aufweisen kann.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung läßt sich mittels eines Chargen-Mischers, wie z. B. eines Banbury-Mischers, eines Walzenmischers, eines Brabender-Plastographen oder eines kontinuierlich betriebenen Extruders, z. B. eines einachsigen Extruders oder eines zweiachsigen Extruders herstellen. Das Mischen der Bestandteile der Zusammensetzung kann in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Zum Beispiel können die Bestandteile jederzeit oder ein Teil der Bestandteile zunächst vorgemischt und der Rest in die Vormischung eingemischt werden.
Beispiel
Bevor ein Beispiel der erfindungsgemäßen Zusammensetzung angegeben wird, wird zunächst ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens des Mn-Zn-Ferritpulvers beschrieben.
Zunächst werden zur Bildung des Mn-Zn-Ferritpulvers 53 Molprozent Fe₂O₃-Pulver, 13 Molprozent ZnO-Pulver und 34 Molprozent MnO-Pulver abgewogen. Diese Pulver werden zusammen mit Wasser und Stahlkugeln, deren Durchmesser 12,7 mm (0,5 Zoll) beträgt, in eine Kugelmühle gegeben, so daß das Gewichtsverhältnis von Pulver, Wasser und Stahlkugeln 1 : 2 : 2 beträgt, und zwanzig Stunden lang gemischt. Dann wird das Gemisch in einer Trockenvorrichtung getrocknet und in einem Sinterofen gesintert, so daß sich Mn-Zn-Ferrit ergibt. Das Sintern erfolgt bei einer Temperatur von 1350°C während einer Dauer von zwei Stunden und in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 5%. Nach dem Sintern wird das Mn-Zn-Ferrit zusammen mit Wasser und Stahlkugeln in eine Kugelmühle gegeben, so daß ihr Gewichtsverhältnis 1 : 2 : 2 beträgt, und zwanzig Stunden lang gemahlen. Dann wird das sich ergebende Ferritpulver in einer Trocknungsvorrichtung getrocknet und danach in einem Pulverisierer pulverisiert, um das gewünschte Mn-Zn-Ferritpulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 3 Micron zu erhalten.
Als nächstes wird ein Beispiel des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Abschirmmaterials beschrieben. Das Material wird wie folgt hergestellt:
47 Volumenprozent modifiziertes Polypropylen mit Maleinanhydrid, 7 Volumenprozent Karbonschwarz (Ketjen-Ruß) mit einer spezifischen Oberfläche von 1000 m²/g, nach dem BET-Verfahren gemessen, und 46 Volumenprozent Mn-Zn-Ferrit, das nach dem obigen Verfahren hergestellt wurde, werden gemischt, und dann wird das Gemisch durch einen Extruder extrudiert und tablettiert. Die Tablette wird dann unter Druck zu einem blattförmigen Körper des elektromagnetischen Abschirmmaterials mit einer Dicke von 3 mm verformt.
Die nachstehende Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Abschirmmaterials Nr. 1 zusammen mit denen dreier Vergleichsbeispiele von Abschirmmaterialien. In dieser Tabelle stellen die Materialien Nr. 1 und Nr. 4 jeweils ein erfindungsgemäßes elektromagnetisches Abschirmmaterial und die Materialien Nr. 2 und Nr. 3 von der Erfindung abbweichende Vergleichsbeispiele dar. Das Material Nr. 2 enthält kein Ferritpulver. Das Material Nr. 3 enthält kein Kohlenstoffpulver. Das Material Nr. 4 enthält Polypropylen als Matrixharz. Das modifizierte Polypropylen in den Materialien Nr. 1 bis Nr. 3 ist durch Modifizierung von Polypropylen mit 0,9 Gewichtsprozent Maleinanhydrid gebildet worden. Die Dicke aller Materialien beträgt 3 mm.
Tabelle 2
Die Fig. 2 bis 4 zeigen den Zusammenhang zwischen dem Absorptionsvermögen (der Durchlässigkeit und dem Reflektionsvermögen) und der Frequenz jeweils für die Materialien Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4.
Wie diese Ergebnisse zeigen, hat das Material Nr. 1 eine geringe Durchlässigkeit und ein geringes Reflektionsvermögen (siehe Fig. 2), das Material Nr. 2 eine geringe Durchlässigkeit und ein hohes Reflektionsvermögen (siehe Fig. 3) und das Material Nr. 4 eine schlechte elektromagnetische Abschirmfähigkeit im Vergleich zu dem Material Nr. 1 (siehe Fig. 4). Das erfindungsgemäße Material Nr. 1 hat daher eine bessere elektromagnetische Absorptionsfähigkeit als die anderen drei Vergleichsbeispiele.
Wie die nachstehende Tabelle 3 zeigt, ist auch die mechanische Festigkeit des Materials Nr. 1, das modifiziertes Polypropylen mit Maleinanhydrid aufweist, besser als die des Materials Nr. 4, das Polypropylen aufweist.
Tabelle 3

Claims (9)

1. Elektromagnetisches Abschirmmaterial mit elektromagnetischer Absorbierfähigkeit mit einer Zusammensetzung, die Ferritpulver, leitfähiges Kohlenschwarz und organische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritpulver ein Mn-Zn-Ferritpulver ist, daß das Kohlenschwarz eine spezifische Oberfläche von mehr als 900 m²/g aufweist, daß der Gehalt des Mn-Zn-Ferritpulvers im Bereich zwischen 30 und 70 Volumenprozent liegt und daß die Zusammensetzung einen spezifischen Durchgangswiderstand im Bereich zwischen 10² und 10-1 Ohm · cm aufweist.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht Kunstharz sind.
3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen mit hohem Molekulargewicht synthetischer Gummi sind.
4. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz thermoplastisch ist.
5. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz hitzehärtbar ist.
6. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein modifiziertes thermoplastisches Harz ist.
7. Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte thermoplastische Harz durch Modifizieren des thermoplastischen Harzes mit ungesättigter Carbonsäure und ihren Derivaten ausgebildet ist.
8. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung einen inerten Füllstoff aufweist.
9. Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff nichtleitend ist.
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