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.
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.
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.
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.
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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1985
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