DE4300562C2

DE4300562C2 - Verbundplatte zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE4300562C2
Application number: DE4300562A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Kanno; Makoto Katsumata; Hidenori Yamanashi; Hitoshi Ushijima
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2013-01-13
Also published as: DE4300562A1; JP2647589B2; JPH05206680A; US5458967A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundplatte zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen, wobei die Verbundplatte eine Metallfolie und eine auf dieser auflaminierte elektrisch leitende Heißschmelzharzschicht aufweist.

Da heutzutage elektronische Geräte wie Computer, automatische Bürogeräte und dergl. verbreitet werden, entstehen viele Gelegenheiten, bei denen elektromagnetische Wellen von derartigen Geräten erzeugt werden und eine Betriebsstörung solcher Geräte herbeiführen können. Es wurden viele Methoden untersucht, die elektronischen Geräte gegen elektromagnetische Störungen zu schützen, beispielsweise eine Methode für die Ausbildung von Wänden und Böden in Gebäuden aus einem Abschirmmaterial zum Abschirmen elektromagnetischer Wellen, eine Methode zum Aufkleben einer elektromagnetischen Abschirmplatte auf Wände und Böden oder eine Methode zum Abdecken von Verdrahtungen innerhalb eines Raumes oder eines Fahrzeugs mit einer Metallfolie.

Viele Materialien werden vorgeschlagen, wie z. B. ein Plattenmaterial als elektromagnetische Abschirmung, Metallfolien, Kohlefaserplatten oder Kohlefasertuche sowie Kunststoffolien, in denen Pulver oder Fasern aus einem leitenden Material wie Metalloxiden, Metallen oder leitender Kohlenstoff und dergl. eingemischt sind. Es mag auch bekannt sein, eine Klebschicht kontinuierlich oder unterbrochen auf die eine Seite eines solchen Plattenmaterials zur elektromagnetischen Abschirmung zur Ausbildung einer Wandbekleidung oder zur Ausbildung einer dekorativen Beschichtung aufzutragen, bei welcher die Wandbekleidung verwendet wird.

Unter solchen Plattenmaterialien zur elektromagnetischen Abschirmung ist eine Platte, bei welcher eine Schicht aus thermoplastischem Kunststoff wie eine Polyesterfolie an der Rückseite einer Metallfolie wie einer Aluminiumfolie vorgesehen ist, relativ leicht und einfach zu verarbeiten, so daß sie häufig benutzt wird, um einen abgeschirmten Raum auszubilden oder ein elektronisches Gerät abzuschirmen. Da jedoch die Kunststoffschicht der Platte nichtleitend ist, sind sekundäre Bearbeitungen erforderlich, um eine Verbindung aus leitender Beschichtung oder einem leitenden Klebstoff zwischen zwei ausgelegten Platten zu schaffen und weiter die Platten zu erden, damit eine zufriedenstellende Abschirmung elektromagnetischer Wellen erreicht wird. Außerdem ist eine solche Platte weniger wirksam gegen elektromagnetische Wellen, obwohl sie wirksam ist gegen statische Aufladung und als elektrische Abschirmung.

Aus der DE-PS 9 73 052 ist eine elektrische Raumabschirmung aus Metallfolienbahnen, insbesondere aus Aluminium bekannt. Bei dieser Raumabschirmung werden die Metallfolienbahnen auf einer aus Isolierstoff bestehenden Raumbegrenzung mit leitendem Kleber aufgezogen, der aus durch Zusatz von leitenden Bestandteilen in Pulverform, insbesondere Silberpulver leitend gemachten Äthoxylinharzen ist.

In der DE-PS 34 44 986 ist eine elektrische Verbindung von elektrisch leitenden Schmelzklebemittelschichten, die auf die Oberfläche einer elektrisch leitenden Schicht (Kohlenstoffschicht) aufgebracht sind, welche an einer weiteren auf ein Substrat aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht (Silberschicht) angeordnet ist, mit elektrisch leitenden Schichten eines anderen Substrats beschrieben, um eine ausgezeichnete und problemlose elektrische Verbindung zwischen elektrisch leitenden Schichten herzustellen. Die Schmelzklebemittelschicht wird bei dieser Ausführungsform aus einem hochmolekularen thermoplastischen Bindemittel, einem organischen Lösungsmittel, ggf. einem Klebrigmacher und einem Füllstoff hergestellt, wobei sie durch Zugabe von einem feinen, elektrisch leitenden Pulver elektrisch leitend gemacht wird, das aus feinteiligen Kohlenstoffprodukten (Graphit, Ruß) oder aus feinteiligen Metallen, z. B. aus Silberpulver sein kann.

In Römpp Chemie Lexikon, Falbe, Regitz, 9. Auflage, Bd. 3, 1990, auf Seiten 1755 und 1756 ist offenbart, daß Heißschmelzmassen bei der Beschichtung von Papier, Pappe und Folien zum Abdichten in der Elektro- und Glasindustrie Anwendung finden und daß Heizsiegelklebstoffe bevorzugt zum Kaschieren verwendet werden, ohne daß erwähnt wird, aus welchem Material die Folie ist, wie eine Heißschmelzmasse oder ein Heißsiegelklebstoff leitend gemacht werden kann und ob eine derart beschichtete Folie zur Abschirmung verwendet werden kann.

Aus der DE-OS 41 04 038 ist ein Gerätegehäuse zur Abschirmung elektromagnetischen Wellenrauschens bekannt, wobei das Gehäuse aus Kunststoff bzw. Kunstharz besteht, das Kohlenfasern mit einer Länge von 0,1-1 mm enthält.

Die DE-AS 24 15 643 beschreibt eine Abschirmung gegen Störstrahlungen bei Geräten, wobei die Abschirmung aus einer Metallfolie und einer an dieser angeordneten Klebeschicht besteht, die auf Zimmertemperatur inaktiv und durch Wärmeeinwirkung aktivierbar ist und die Funktion hat, die die eigentliche Abschirmung bildende Metallfolie an entsprechenden Teilen der Geräte bequem aufbringen zu können. Die Klebeschicht ist nicht leitend.

Durch die Erfindung wird das Problem gelöst, wie eine Verbundplatte als elektromagnetische Abschirmung mit geringem Gewicht und ausgezeichneter Auslegefähigkeit sowie ausgezeichneten Eigenschaften zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen auszubilden ist.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Verbundplatte der eingangs genannten Art erreicht, bei welcher die Heißschmelzharzschicht aus einem Material hergestellt ist, in welchem Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern mit einer Länge von nicht mehr als 50 µm in einem Heißschmelzharz dispergiert sind.

Die Metallfolien der Verbundplatte als elektromagnetische Abschirmung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise eine Aluminiumfolie. Die elektrisch leitende Heißschmelzharzschicht kann an wenigstens einem Teilabschnitt der Folie an deren einen Seite vorgesehen sein.

Als Grundmaterial des leitenden Heißschmelzharzes wird ein Heißschmelzharz verwendet, das beispielsweise ein Polyolefin, ein Ethylen-Vinylazetat-Mischpolymerharz (das hier weiter mit EVA abgekürzt wird), oder ein Dien-Styrol Mischpolymerharz oder dergleichen ist. Additive wie ein Klebrigmacher, ein Weichmacher, ein Haltbarmacher oder dergleichen können, falls gewünscht, zugesetzt sein. Die Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern mit einer Länge von nicht mehr als 50 µm und vorzugsweise einem Durchmesser von nicht mehr als 1,0 µm sind, vorzugsweise zu 10 bis 200 Gewichtsteilen davon in dem Heißschmelzharz fein verteilt formuliert.

Die Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern (VGCF), durch welche die elektrische Leitfähigkeit bewirkt wird, wenn sie in dem Heißschmelzharz formuliert sind, können wie folgt erhalten werden. Das Rohmaterial ist eine Kohlenwasserstoffverbindung wie Toluol, Benzol, Naphthalin und dergl. und aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Äthan, Äthylen und dergl., vorzugsweise Benzol oder Naphthalin. Das Rohmaterial wird vergast und wird dann einem katalytischen Kracken bei 900 bis 1500°C in Kontakt mit einem Katalysator, hergestellt aus einem ultrafeinen Metall mit einem Trägergas wie z. B. Wasserstoff unterzogen. Ein Beispiel für den Katalysator ist ein Material, in welchem Körnchen aus Eisen, Nickel oder einer Eisen-Nickel-Legierung mit einer Korngröße von 100 bis 300 Ångström auf ein Substrat aus Keramik oder Graphit aufgetragen sind. Ein alternatives Verfahren, VGCF herzustellen, ist wie folgt. Das Rohmaterial wie oben wird vergast und dem katalytischen Kracken in Kontakt mit einem Katalysator, hergestellt aus einem ultrafeinen Metall, z. B. Körnchen aus Eisen, Nickel oder einer Eisen- Nickellegierung mit einer Korngröße von 100 bis 300 Ångström unterzogen, die floatend in einer Reaktionszone, die auf 900 bis 1500°C gehalten ist, in einem Trägergas wie beispielsweise Wasserstoff verteilt sind.

Die derart erhaltenen Kohlefasern haben normalerweise einen Durchmesser von nicht mehr als 1,0 µm und eine Länge von nicht mehr als 50 µm. Die Kohlefasern können wie gewünscht gemahlen werden, indem eine geeignete Mühle wie eine Kugelmühle, eine Rotorgeschwindigkeitsmühle, eine Schlagmühle oder dergl. verwendet wird. Die Länge von nicht mehr als 50 µm ist wirksam, die Feinverteilungsfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit in der Heißschmelzharz-Zubereitung zu erreichen.

Weiter werden die in dieser Weise erhaltenen Kohlefasern bevorzugt einer Wärmebehandlung unter einer Inertgasatmosphäre wie einer solchen aus Argon bei einer Temperatur von 1500 bis 3500°C, bevorzugt von 2500 bis 3000°C, während einer Zeitdauer von 3 bis 120 min., bevorzugt für 30 bis 60 min. unterzogen, so daß die Kohlefasern in Graphitfasern mit einer dreidimensionalen Kristallstruktur umgewandelt werden, in welcher eine graphitartige Struktur (hexagonales Kohlenstoffatom-Netzwerk) im wesentlichen parallel zu der Faserachse wie Jahresringe ausgerichtet ist. Die so erhaltenen Graphitfasern können mit einer Säure wie Salpetersäure, einem Halogen wie Chlor, Brom und Fluor, einem Alkalimetall wie Natrium, Kalium und dergl., einem Metallsalz wie Eisenchlorid und Manganchlorid sowie einer Metallfluoridverbindung wie Titanfluorid und Vanadiumfluorid umgesetzt werden, um interlaminare Graphitverbundfasern zu erhalten. Derartige interlaminaren Graphitverbundfasern sind als die Kohlenfasern der Erfindung ebenfalls wirksam.

Nach der Erfindung kann das elektrisch leitende Heißschmelzharz durch Formulieren der Dampfphasenwachstums-Kohlefasern in dem Heißschmelzharz mit einem Lösungsmittel und Additiven erhalten werden, indem eine Knetmaschine im öffentlichen Gebrauch wie z. B. eine Zwillingswalzenmühle, ein Kneter, ein Mischer, ein Innenmischer verwendet wird.

Es gibt keine Beschränkung für die Laminiermethode zum Laminieren des so erhaltenen Heißschmelzharzes auf die Oberfläche der Metallfolie, jedoch kann das Laminieren durch Aufbringen des in einem Lösungsmittel gelösten Harzes auf die Metallfolie oder durch eine Methode zum Herbeiführen einer Kontaktbindung oder eines Kontaktschmelzens erfolgen, nachdem das Harz zu einer Platte geformt und die Platte auf die Metallfolienfläche gesetzt wurde. Das Laminieren des Harzes wird vorzugsweise über die gesamte Fläche oder über eine Teilfläche an der einen Seite der Metallfolie hin vorgenommen.

Die erfindungsgemäße Verbundplatte zur elektromagnetischen Abschirmung kann bemerkenswert leicht ausgelegt werden und hat ausgezeichnete Abschirmungseigenschaften zur Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlen, insbesondere eine gute Abschirmwirkung von magnetischen Feldern.

Die erfindungsgemäße Verbundplatte zur elektromagnetischen Abschirmung ist dünn und leicht und hat daher Flexibilität, wobei sie ausgezeichnet in ihrer Fähigkeit ist, sie auf einer Vorrichtung, einer Schaltung oder einer Konstruktion auszulegen, die einer elektromagnetischen Abschirmung bedarf. Die Verbundplatte weist eine extrem hohe Montagewirksamkeit auf. Die Verbundplatte hat außerdem den spezifischen Vorteil, mit den konventionellen Abschirmleichtmaterialien nicht erzielbare ausgezeichnete Abschirmungseigenschaften zur Abschirmung gegen magnetische Felder wie auch gegen elektrische Felder zu zeigen.

Die Struktur, sowie die Wirkungen und Vorteile der Erfindung sind weiter aus der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung ersichtlich.

Fig. 1 ist ein Aufbauschema zur Darstellung einer Vorrichtung zum Messen einer Abschirmwirkung gegen elektrische Nahfelder;

Fig. 2 ist ein Aufbauschema zur Darstellung einer Vorrichtung zum Messen einer Abschirmwirkung gegen magnetische Nahfelder;

Fig. 3 ist ein Kurvenschaubild zum Aufzeigen von Abschirmwirkungen gegen elektrische Nahfelder bei einer erfindungsgemäßen Verbundplatte zur Abschirmung gegen elektromagnetische Wellen und bei Abschirmplatten von Vergleichsbeispielen; und

Fig. 4 ist ein Kurvenschaubild zum Aufzeigen von Abschirmwirkungen gegen magnetische Nahfelder bei einer erfindungsgemäßen Verbundplatte zur Abschirmung gegen elektromagnetische Wellen und bei Abschirmplatten von Vergleichsbeispielen.

Beispiel 1

Körnchen aus einem Metalleisenkatalysator mit einer Teilchengröße von 100 bis 300 Ångström wurde in einem Aufwärtsstrom Wasserstoff in einem vertikalen rohrförmigen elektrischen Ofen zum Schweben gebracht, der auf eine Temperatur von 1000 bis 1100°C eingestellt war. Dann wurde ein Gemisch aus Benzol und Wasserstoff vom Boden her zur katalytischen Krackung eingeführt, um Kohlefasern mit einer Länge von 1 bis 300 µm und einem Durchmesser von 0,01 bis 0,5 µm zu erhalten. Dann wurden die Kohlenstoffasern bei einer Drehzahl von 500 Upm während 20 min gemahlen, indem eine Umlaufkugelmühle (P-5 Typ, Friche Japan) benutzt wurde. Die gemahlenen Kohlenstoffasern wurden in einen elektrischen Ofen gebracht, um sie bei 2960 bis 3000°C unter einer Argonatmosphäre während dreißig min zu graphitisieren. Die so erhaltenen graphitisierten Dampfphasenwachstums- Kohlenstoffasern hatten einen Durchmesser von nicht mehr als 0,5 µm und eine Länge von 1-50 µm.

Die oben genannten graphitisierten Dampfphasenwachstuns- Kohlenstoffasern wurden in ein EVA (EV 250, hergestellt von DuPont-MITUI Polychemicals Co.,LTD) in einer Formulierung von 60 Gew.% der Kohlenstoffasern eingebracht. Das Gemisch wurde bei 140 bis 150°C während zwanzig min geknetet, wozu eine 152 mm (6 inch)-Walze benutzt wurde. Dann wurde das geknetete Gemisch bei 170°C gepreßt, um eine Harzverbundplatte von 70 mm× 10 mm×2 mm zu erhalten. Der elektrische Widerstand der erhaltenen Platte wurde gemessen. Der gemessene spezifische Widerstand betrug 0,2 Ωcm.

Dann wurde diese Platte auf die eine Seite einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 15 µm gelegt. Sie wurden bei 170°C gepreßt, so daß eine Verbundplatte A gemäß der Erfindung erhalten wurde, bei welcher eine elektrisch leitende Heißschmelzharzschicht mit einer Dicke von 100 µm laminiert war.

Beispiel 2

Die gleichen graphitisierten Dampfphasenwachstums- Kohlenstoffasern, die nach Beispiel 1 verwendet wurden, wurden in das EVA in einer Formulierung von 50 Gew.% der Kohlenstoffasern eingebracht und das Gemisch wurde in Toluol gelöst, um eine Beschichtungsflüssigkeit mit 20% Feststoff herzustellen. Die Beschichtungsflüssigkeit wurde auf eine Fläche der gleichen Aluminiumfolie wie im Beispiel 1 aufgetragen und wurde dann zum Trocknen erwärmt, so daß eine Beschichtung in einer Dicke von etwa 32 µm erhalten wurde. Die Aluminiumfolie mit der Beschichtung wurde bei 170°C gepreßt, um eine Verbundplatte B gemäß der Erfindung zu erhalten, bei welcher eine leitende Heißschmelzharzschicht in einer Dicke von 30 µm laminiert war.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Platte wurde aus dem EVA hergestellt, ohne die graphitisierten Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern zu verwenden. Eine Verbundplatte a, bei welcher eine Heißschmelzharzschicht in einer Dicke von 75 µm laminiert war, wurde als Vergleichsbeispiel in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 erhalten.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Platte wurde aus einer Harzzusammensetzung in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 hergestellt, außer daß Kohlenstoffasern vom PAN-Typ (Torayca T 300 gemahlen, MLD 300, hergestellt von Toray Industries, Inc) anstelle der graphitisierten Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern verwendet wurden. Die derart erhaltene Platte hatte einen spezifischen Widerstand von 0,8 Ωcm. Eine Verbundplatte b wurde als anderes Vergleichsbeispiel in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 erhalten, bei welcher eine leitende Heißschmelzharzschicht in einer Dicke von 100 µm laminiert war.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Platte aus einer Harzzusammensetzung wurde in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 hergestellt, außer daß leitender Carbon-Black (Ketchenblack EC, hergestellt von Lion-Akzo) anstelle der graphitisierten Dampfphasenwachstums- Kohlenstoffasern in einer Formulierung von 40 Gew.% des Carbon- Black in dem EVA verwendet wurde. Die Platte hatte einen spezifischen Widerstand von 0,2 Ωcm. Dann wurde als noch anderes Vergleichsbeispiel eine Verbundplatte c in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 erhalten, bei welcher eine Heißschmelzharzschicht in einer Dicke von 100 µm laminiert war.

Versuche

Abschirmwirkungen eines elektrischen Nahfeldes (NE) und eines magnetischen Nahfeldes (NM) wurden gemessen, indem die die elektromagnetische Abschirnwirkung messenden Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 in dem KEC-Verfahren (ein Verfahren, das von der Incorporation von Kansai Electronic Industries Promotion Center vorgeschlagen wurde) verwendet wurden. In Fig. 1 bezeichnen für die Vorrichtung die Bezugszahl 1 einen Oszillator mit variabler Frequenz, 2 und 7 Pegeleinsteller, 3 eine Sendeantenne für ein elektrisches Feld, 4 und 5 Abschirmkästen für elektrische Felder, 6 eine Empfangsantenne für ein elektrisches Feld, 8 einen Verstärker und 9 einen Frequenzanalysator. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 3′ eine Sendeantenne für ein magnetisches Feld, 4′ und 5′ Abschirmkästen für magnetische Felder, 6′ eine Empfangsantenne für ein magnetisches Feld; die anderen bezeichnen das gleiche wie in Fig. 1.

Eine Abschirmplattenprobe S aus den Verbundplatten A, a, b und c, die nach den oben genannten Beispielen bzw. den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, und eine Aluminiumfolie d in der Dicke von 15 µm als Referenz wurden ausgewählt. Die Plattenprobe S wurde zwischen die Abschirmkästen 4 und 5 für elektrische Felder eingesetzt. Ein elektrisches Feldsignal, das aus der Sendeantenne 3 für elektrische Felder ausgegeben wurde, wurde von der Empfangsantenne 6 für elektrische Felder empfangen und mit dem Frequenzanalysator 9 analysiert. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen der in dem Frequenzanalysator 9 erhaltenen Frequenzcharakteristika des Abschirmeffektes gegen elektrische Felder.

Dieselbe Abschirmplattenprobe S wurde zwischen die Abschirmkästen 4′ und 5′ eingesetzt, um ihre Abschirmwirkung gegen magnetische Felder zu messen. Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen der ähnlich wie oben erhaltenen Frequenzcharakteristika der Abschirmwirkung gegen magnetische Felder.

Die folgende Tabelle zeigt Auswertungsergebnisse bei einer Frequenz von 500 MHz für die Abschirmwirkung (NE) gegen elektrische Nahfelder und die Abschirmwirkung (NM) gegen magnetische Nahfelder bei den entsprechenden Proben aus den graphischen Darstellungen aus den Fig. 3 und 4. Es ist aus den Ergebnissen ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Verbundplatte zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen nicht nur ausgezeichnet ist in der Abschirmung gegen elektrische Nahfelder, sondern auch in der Abschirmung magnetischer Nahfelder, verglichen mit den Abschirmplatten aus den Vergleichsbeispielen.

Tabelle

Claims

1. Verbundplatte zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen, mit einer Metallfolie und einer auf dieser auflaminierten elektrisch leitenden Heißschmelzharzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißschmelzharzschicht aus einem Material hergestellt ist, in welchem Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern mit einer Länge von nicht mehr als 50 µm in einem Heißschmelzharz dispergiert sind.

2. Verbundplatte nach Anspruch 1, bei welcher die leitende Heißschmelzharzschicht wenigstens auf einem Teilabschnitt der einen Seite der Metallfolie angeordnet ist.

3. Verbundplatte nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern einen Durchmesser von nicht mehr als 1 µm und eine Mindestlänge von 1 µm haben.

4. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die leitende Heißschmelzharzschicht eine Dicke von bis zu 100 µm hat.

5. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Metallfolie eine Aluminiumfolie ist.

6. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Heißschmelzharz ein Ethylen-Vinylazetat-Mischpolymerharz als Basismaterial enthält.

7. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher 10 bis 200 Gewichtsteile der Dampfphasenwachstums- Kohlenstoffasern in Dispersion formuliert sind.

8. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei welcher die Dampfphasenwachstums-Kohlenstoffasern graphitisiert sind.