WO2007045354A1 - Kunststoff-metall-verbundmaterial mit metalldrahtnetz - Google Patents

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WO2007045354A1
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composite material
metal composite
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Christian Farhumand
Georgios Tziovaras
Matthias Boll
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Bayer Materialscience Ag
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Definitions

  • the invention relates to a particularly transparent plastic-metal composite material based on a thermoplastic polymer with a metal wire mesh made of superfine wire, in particular for use for electromagnetic shielding or for the mechanical reinforcement of components with high optical quality.
  • plastic components could not be used due to their low electrical conductivity.
  • Plastics doped with conductive materials for example conductive carbon black
  • conductive materials for example conductive carbon black
  • They are used to avoid electrostatic charge.
  • the object of electromagnetic shielding or reflection at present is solved by the use of metallic lattices, metallic sheets or metallic paints which have optically disturbing properties (i.e., are only partially transparent or completely non-transparent).
  • glass is currently used substantially, is incorporated into the perforated plate or applied to the strip or other pattern with a conductive paste and baked.
  • Parabolic antennas which are used, for example, for the transmission and reception in the microwave range for radio and television in the home, are currently almost exclusively produced using metal sheets that are bent or punched into the appropriate shapes.
  • sheet metal has optical disadvantages: The built-in satellite dishes disturb the visual impression of the buildings on or on which they are attached quite considerably. It should be possible to combine an extremely high transparency and excellent functionality (reflection of microwaves) as well as high impact resistance and good weather resistance by the plastic used. The visually disturbing impression of the parabolic mirror should be able to be reduced.
  • the object of the present invention is therefore to provide a composite material, in particular for reflexia or mechanically reinforced viewing windows or for the electromagnetic shielding of optically transparent components, which can be produced in a simple manner and combines good mechanical properties with a light weight and in particular optical transparency ,
  • the object is achieved in that conventional plastic material, in particular transparent plastic films, plastic moldings or film laminates are provided with a visually hardly noticeable Drahtnetifaus Feinstdraht.
  • the invention relates to a plastic-metal composite material based on a thermoplastic polymer with a metal wire mesh made of very fine wire, wherein the composite material is at least partially optically transparent.
  • the wire mesh may be a woven or knitted fabric of superfine or a crossed composite of at least two layers of parallel to each other arranged fine wires, wherein the layers are glued, welded or sintered at the intersection points of the wires.
  • the solution of the weight problem is achieved by the use of e.g. Polycarbonate instead of glass realized.
  • a fine, thin fabric made of a metal or a metal alloy is used for mechanical reinforcement.
  • the mesh size is z. B. about lOO ⁇ m
  • the wire thickness is z. B. at about 20 ⁇ m. This results in one for the human
  • the wire net is applied to a polycarbonate sheet by being fixed by an adhesive or by softening the underlying PC sheet by solvents that can dissolve polycarbonate.
  • the plastic-metal composite material comprises at least one plastic film.
  • the metal wire net is embedded in the polymer or adhered to the surface of the polymer, in particular the plastic film.
  • the wire mesh can also be by lamination z. B. between two PC films, even at elevated temperature, are fixed. After fixing the wires, the film thus obtained can still be mechanically deformed within certain limits (eg by deep drawing).
  • plastic-metal composite material which is characterized in that the plastic-metal composite material is multilayered with at least two plastic films and the metal wire mesh between two plastic films enclosed, in particular laminated.
  • Another variation of the ⁇ plastic-metal composite material is characterized in that the plastic-metal composite material as a whole is deep-drawable through one or more plastic sheets is formed and that the plastic-metal composite material.
  • the film thus obtained can be further treated by an injection molding process ("injection molding", preferably on the side facing away from the plastic film).
  • injection molding preferably on the side facing away from the plastic film.
  • the back injection process can even be carried out without the wire mesh being directly connected to the film.
  • plates or profiles may also be laminated to the wire net by means of extrusion extrusion techniques.
  • the plastic By using a fine wire mesh of metal or a metal alloy and incorporation of the same in plastic, such as polycarbonate or another, preferably optically transparent plastic, the plastic can be strengthened mechanically. Depending on the mesh size and wire thickness, the effect is different pronounced.
  • the plastic-metal composite material therefore additionally has at least one section of injection-molded plastic.
  • plastic-metal composite material has both injection-molded sections of transparent and non-transparent plastic.
  • thermoplastic polymer for the plastic film and / or the injection-molded plastic a polymer is preferably selected from the series: polycarbonate, polyacrylate, in particular Polymethyl methacrylate, polyester, especially Pqlyethylenterephthalat, polyalkylene, in particular polypropylene used.
  • Iron wire in particular steel wire, or tungsten wire is preferably used as the material for the ultrafine wire.
  • the ultrafine wire preferably has a diameter of at most 100 ⁇ m, preferably 5 to 50 ⁇ m, particularly preferably 10 to 30 ⁇ m.
  • the mesh size of the wire mesh is preferably from 50 .mu.m to 20 mm, more preferably from 80 .mu.m to 5 mm, most preferably from 80 .mu.m to 1 mm.
  • the metal wire net is preferably sintered prior to bonding to the polymer.
  • binding forms for the wire mesh all known binding forms in question, in particular the known types of fabric, preferably the canvas weave, tress, armor, twill and Köpertresse.
  • the metal wire to be incorporated should first be matted. This can be achieved in various ways, for example by an etching process, which precedes the actual incorporation into the plastic or the injection molding process, or else by thermal treatment of the wire mesh under air, so that forms a thin layer of metal oxide on the wire, which scatters the incoming light diffused and not directed.
  • a particularly well-suited preferred arrangement is the wave-shaped, in particular regularly wavy or meandering arrangement of the wires in the wire composite. This arrangement can be realized by the use of special, programmable wire laying machines.
  • the invention also provides for the use of the plastic-metal composite material according to the invention as a mechanically reinforced viewing window, in particular for vehicle windows, safety helmets and protective shields or as a mechanically reinforced insert, in particular for equipping safety clothing.
  • a fine electrically conductive wire mesh for example made of metal or a metal alloy and incorporation into the plastic
  • the plastic-metal composite material can also be used for shielding or for reflecting electromagnetic radiation.
  • the mesh size should be of the order of magnitude or below the desired wavelength in order to ensure the most effective reflection of the electromagnetic radiation.
  • a fine, thin fabric made of a metal or a metal alloy is preferably used, preferably made of stainless steel or tungsten.
  • Another object of the invention is the use of the plastic-metal composite material according to the invention as an optically transparent, electromagnetic shielding or as an electromagnetic reflector, in particular for household appliances, eg. As microwave ovens and for Parabo lantennen.
  • a stainless steel mesh (stainless steel type 1.4306) is inserted with a wire thickness of 20 microns and a mesh size of lOO ⁇ m and at 185 0 C for 10 minutes at a pressure of 300 N / cm 2 laminated.
  • the film composite thus obtained is back-injected with polycarbonate, so that 2 mm thick plates were obtained.
  • the plates show an improvement in puncture resistance compared to the unmodified PC plate of the same density.
  • wires of tungsten are arranged in parallel in two mutually perpendicular layers.
  • the wires lying on the film are first fixed on the film by applying small drops of dioxalane to the intersections of the individual wires.
  • the dioxalane initially dissolves the polycarbonate on the surface of the film, but then evaporates again, so that a thin layer of polycarbonate remains on the wires, which ensures a sufficiently stable bond to the film.
  • a UV-curing polyurethane-based paint was used to fix the wires to the film while providing mechanical protection of the wires.
  • the wires showed a good adhesion to the surface, which was sufficient to insert the film in a back injection mold and back-injected with polycarbonate.
  • the wires were so completely enclosed by polycarbonate and the workpiece shows little distortion of the background in the see-through.
  • the back molding can also be done without previous painting.
  • the film can, as described above, either back directly on the wire-coated side or on the side facing away from the wire or treated with different paint systems.
  • the wires are only very difficult to see and are hardly perceived by the human eye. Even the, by using the Fine wires only small, disturbing optical influence when viewing omitted due to the wavy arrangement practically completely.
  • Example 1 A composite of two films with a wire mesh as shown in Example 1 was examined for its properties and compared with a wireless film and a composite with a wider meshed wire mesh.
  • the foils were installed in a waveguide section and the material-dependent attenuation of microwave radiation was determined.
  • the transmission through the foils is in the considered frequency range (microwaves of the frequency 2,2 to 2,7 GHz) independent of the frequency (within the measuring accuracy of + - 5%)
  • a film laminate of two films with a coarse mesh (mesh size 5 mm) of tungsten wire (20 ⁇ m) between the two films showed a transmission of averaged 25%.
  • Example 1 A sample prepared according to Example 1 and then back-injected, as well as two samples made according to Example 2 and then back-injected, were examined for reflectance at higher microwave frequencies, which correspond approximately to the commercial satellite emission frequency.
  • the signal of a microwave wave detector was recorded with a change in distance between sensor and sample (measurement of the standing wave)
  • the signal curves of the samples to be examined were compared with the reflection on metal and on a blank sample. Samples and blank are sealed on the back with absorber material to provide optimal measurement conditions. The frequencies used were 12.5 GHz and 15 GHz. The reproducibility was investigated for all samples at 15 GHz.
  • the location and polarization direction of the microwaves were varied.
  • the first pattern with an inserted metal wire mesh with a mesh size of 200 ⁇ m and a wire thickness of 20 ⁇ m showed a reflection that is directly comparable with the reflection on a metal sheet in the wavelength range used.
  • the wires used were made of stainless steel. Both patterns showed very good reflective properties, suggesting suitability as starting material for the use of transparent satellite dishes.

Abstract

Es wird ein insbesondere transparentes Kunststoff-Metall-Verbundmaterial auf Basis eines thermoplastischen Polymeren mit einem Metalldrahtnetz aus Feinstdraht beschrieben, insbesondere für die Anwendung zur elektromagnetischen Abschirmung oder für mechanisch verstärkte Sichtfenster.

Description

Kunststoff-Metall- Verbundmaterial mit Metalldrahtnetz
Die Erfindung betrifft ein insbesondere transparentes Kunststoff-Metall-Verbundmaterial auf Basis eines thermoplastischen Polymeren mit einem Metalldrahtnetz aus Feinstdraht, insbesondere für die Anwendung zur elektromagnetischen Abschirmung oder zur mechanischen Verstärkung von Bauteilen mit hoher optischer Qualität.
In vielen Bereichen des täglichen Lebens ist es wichtig, Bauteile einzusetzen, die zum einen einen mechanischen Schutz gewährleisten, zum anderen eine optische Transparenz sicherstellen. Beispiele sind hier die schuss- bzw. splitterschutzsicheren Auto- oder Gebäudeverscheibungen, Schutzbrillen für gehobene Schutzansprüche oder Geldautomaten sowie Verkaufsautomaten, bei denen die Ware sichtbar sein muss und gleichzeitig gegen Diebstahl und Vandalismus geschützt werden sollen.
So ist es grundsätzlich bekannt, transparente Glasscheiben, z.B. Sicherheitsglasscheiben mit einem groben Drahtgewebe auszustatten, das der Scheibe eine höhere Bruchfestigkeit verleiht und ein Splittern in große scharfkantige Glasstücke vermeidet, um die Verletzungsgefahr bei einem eventuellen Scheibenbruch zu minimieren. Nachteil solcher Sicherheitsglasscheiben ist die Störung der Durchsicht durch die Verdrahtung und das hohe Gewicht.
Weitere bisher angebotene Lösungen bestehen aus dickem Verbundglas (eine Abfolge von Glasscheiben mit zwischenliegender transparenter Kunststofffolie), sind daher grundsätzlich sehr schwer, und aufgrund der Dicke der Materialien lassen sich optische Verzeichnungen kaum vermeiden. Trotz dieser offensichtlichen Nachteile werden diese Scheiben im Automobilbau eingesetzt, wenn ein Einsatz der Fahrzeuge in Krisengebieten vorgesehen ist.
In solchen Sicherheitsscheiben, die eine freie und möglichst klare Durchsicht ermöglichen sollen, wird das Bruchglas im Schadensfall durch die eingebettete Folie zusammenhalten. Typische Anwendungen sind Autoscheiben, die Verglasung von Zügen und Sicherheitsscheiben in Banken. Um das Gewicht zu reduzieren, werden gelegentlich auch Sicherheitsscheiben aus Kunststoff angewendet, insbesondere bei Anwendungen wie Sicherheitsvisieren o. ä. Schutzschilder der Polizei und des Militärs sind bei mäßiger Sicherheitswirkung vergleichsweise schwer, so dass hier leichtere Schutzschilder mit verbesserter Schutzwirkung nötig sind. Durch Einsatz der vorliegenden Neuentwicklung sollen diese dünner bei gleichzeitig größerer Schutzwirkung gestaltet werden und somit leichter und sicherer werden. Die mechanische Stabilität von Sicherheitsvisieren wird aber vielfach als noch .nicht hinreichend angesehen, und man ist deshalb bemüht, Lösungen zu finden, die die mechanische Stabilität, optische Transparenz und ein geringeres Gewicht miteinander verbinden.
Im Bereich der elektromagnetischen Abschirmung bzw. Reflektion waren Kunststoffbauteile bisher auf Grund ihrer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit nicht einsetzbar. Kunststoffe, die mit leitfähigen Materialien dotiert werden (zum Beispiel mit Leitruß) haben eine elektrische Leitfähigkeit, die um einige Größenordnungen zu niedrig ist, um eine effektive elektromagnetische Abschirmung zu gewährleisten. Sie werden zur Vermeidung der elektrostatischen Aufladung eingesetzt. Gelöst wird die Aufgabe der elektromagnetischen Abschirmung beziehungsweise Reflektion zur Zeit durch den Einsatz von metallischen Gittern, metallischen Blechen oder metallischen Lacken, die optisch störende Eigenschaften haben (d.h. nur teilweise transparent oder völlig intransparent sind). Im Bereich des Mikrowellenofens wird zur Zeit im wesentlichen Glas verwendet, in das Lochblech eingearbeitet wird oder auf das Streifen oder andere Muster mit einer leitfähigen Paste aufgebracht und eingebrannt werden.
Gehäuse von elektrischen Geräten, die empfindlich auf die Einstreuung von elektromagnetischen Strahlungen (zum Beispiel aufgrund benachbarter, starker elektrischer Wechselfelder) reagieren, müssen zur Zeit aus Metall hergestellt oder mit einem elektrisch leitfähigen Lack versehen werden, was entsprechende Nachteile im Design, im Gewicht und im Preis und ggf. auch im Umweltschutz nach sich zieht. Auch die Reflektion elektromagnetischer Strahlung (zum Beispiel das Sichtfeld eines Mikrowellenofens) ließ sich bisher durch Kunststoffe nicht realisieren. Änderungen im Design, die auch zu technischen Vorteilen führen können (Biegung der Frontscheibe zur Fokussierung der Strahlung auf den Drehteller etc.) sind nur schwer oder gar nicht möglich.
Parabolantennen, die zum Beispiel für das Senden und Empfangen im Mikrowellenbereich für Rundfunk und Fernsehen auch im privaten Haushalt angewendet werden, werden zur Zeit fast ausschließlich unter Verwendung von Metallblechen, die in die entsprechenden Formen gebogen oder gestanzt werden, hergestellt. Die Verwendung von Blech bringt optische Nachteile mit sich: Die eingebauten Satellitenschüsseln stören den optischen Eindruck der Gebäude, an oder auf denen sie angebracht sind, ganz erheblich. Es sollte möglich werden, eine extrem hohe Transparenz und eine hervorragende Funktionalität (Reflektion von Mikrowellen) sowie hohe Schlagzähigkeit und gute Wetterbeständigkeit durch den verwendeten Kunststoff miteinander zu verbinden. Der optisch störende Eindruck der Parabolspiegel sollte so reduziert werden können.
Um die Oberfläche von Kunststoffen leitfähig zu machen (um eine elektrostatische Aufladung zu verhindern, wie in Ex-geschützen Bereichen notwendig), wurden bisher immer elektrisch leitfähige Materialien (zum Beispiel Leitruße) den Kunststoffen zugesetzt. Damit kann eine geringe elektrische Leitfähigkeit erreicht werden, die aber genügt, die elektrische Oberflächenladung abzuführen. Die verwendeten Kunststoffe sind allerdings durch die Füllung mit Leitruß immer intransparent und in der Regel schwarz.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Verbundmaterial, insbesondere für Reflexia oder mechanisch verstärkte Sichtfenster oder für die elektromagnetische Abschirmung von optisch transparenten Bauteilen, bereitzustellen, das auf einfache Weise herstellbar ist und gute mechanische Eigenschaften mit einem leichten Gewicht und insbesondere optischer Transparenz verbindet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass konventionelles Kunststoffmaterial, insbesondere transparente Kunststofffolien, Kunststoffformkörper oder Folienlaminate mit einem optisch kaum auffallenden Drahtnetifaus Feinstdraht versehen werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Kunststoff-Metall-Verbundmaterial auf Basis eines thermoplastischen Polymeren mit einem Metalldrahtnetz aus Feinstdraht, wobei das Verbundmaterial wenigstens teilweise optisch transparent ist.
Das Drahtnetz kann ein Gewebe oder Gewirk aus Feinstdraht sein oder ein gekreuzter Verbund von mindestens zwei Lagen von parallel zu einander angeordneten Feinstdrähten, wobei die Lagen an den Kreuzungspunkten der Drähte miteinander verklebt, verschweißt oder versintert sind.
Die Lösung der Gewichtsproblematik wird durch den Einsatz von z.B. Polycarbonat anstelle von Glas realisiert. Zur mechanischen Verstärkung wird beispielsweise ein feines, dünnes Gewebe aus einem Metall oder einer Metalllegierung eingesetzt. Die Maschenweite beträgt dabei z. B. etwa lOOμm, die Drahtdicke liegt z. B. bei etwa 20μm. Dadurch ergibt sich ein für das menschliche
Auge praktisch nicht mehr aufzulösendes, engmaschiges Drahtnetz, das durchtretendes Licht nur noch abschwächt, ohne dass die Strukturen der Drähte im einzelnen optisch aufgelöst werden können.
Das Drahtnetz wird beispielsweise auf eine Polycarbonatfolie aufgebracht, indem es durch einen Kleber bzw. Lack fixiert wird oder aber, indem die darunter liegende PC-Folie durch Lösungsmittel, die Polycarbonat anlösen können, aufgeweicht wird.
Bevorzugt umfasst das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial wenigstens eine Kunststofffolie. In einer bevorzugten Variante des Kunststoff-Metall-Verbundmaterials ist das Metalldrahtnetz in das Polymere eingelassen oder auf die Oberfläche des Polymeren, insbesondere der Kunststofffolie aufgeklebt.
Das Drahtnetz kann auch durch Einlaminieren z. B. zwischen zwei PC-Folien, auch bei erhöhter Temperatur, fixiert werden. Nach dem Fixieren der Drähte kann die so erhaltene Folie in gewissen Grenzen noch mechanisch verformt werden (z. B. durch Tiefziehen).
Besonders bevorzugt ist ein Kunststoff-Metall-Verbundmaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial mehrschichtig mit mindestens zwei Kunststofffolien aufgebaut ist und das Metalldrahtnetz zwischen zwei Kunststofffolien eingeschlossen, insbeson- dere laminiert ist.
Eine weitere Variante^des Kunststoff-Metall-Verbundmaterials ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial durch eine oder mehrere Kunststofffolien gebildet wird und dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial insgesamt tiefziehfähig ist.
Die so erhaltene Folie kann durch einen Hinterspritzvorgang ("Injection moulding", bevorzugt auf der von der Kunststoff-Folie abgewandten Seite), weiterbehandelt werden. In geeigneten Maschinen lässt sich der Hinterspritzvorgang sogar ausführen, ohne dass das Drahtgeflecht direkt mit der Folie verbunden ist.
Platten bzw. Profile können alternativ ebenfalls mittels Extrus ionsverfahren mit dem Drahtnetz laminiert werden.
Durch die Verwendung eines feinen Drahtnetzes aus Metall oder einer Metalllegierung und Einarbeitung desselben in Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat oder einen anderen, bevorzugt optisch transparenten Kunststoff lässt sich der Kunststoff mechanisch verstärken. Je nach Maschenweite und Drahtdicke ist der Effekt unterschiedlich deutlich ausgeprägt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial daher zusätzlich wenigstens einen Abschnitt aus spritzgegossenem Kunststoff auf.
Eine andere bevorzugte Ausführung des Kunststoff-Metall-Verbundmaterials weist sowohl spritzgegossene Abschnitte aus transparentem und nicht transparentem Kunststoff auf.
Als thermoplastisches Polymer für die Kunststofffolie und/oder den spritzgegossenen Kunststoff wird vorzugsweise ein Polymer ausgewählt aus der Reihe: Polycarbonat, Polyacrylat, insbesondere Polymethylmethacrylat, Polyester, insbesondere Pqlyethylenterephthalat, Polyalkylen, insbesondere Polypropylen verwendet.
Als Material für den Feinstdraht wird bevorzugt Eisendraht, insbesondere Stahldraht, oder Wolframdraht verwendet.
Der Feinstdraht hat bevorzugt einen Durchmesser von höchstens 100 μm, bevorzugt 5 bis 50 μm, besonders bevorzugt 10 bis 30 μm.
Die Maschenweite des Drahtnetzes beträgt bevorzugt von 50 μm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 80 μm bis 5 mm, ganz besonders bevorzugt von 80 μm bis 1 mm.
Durch die oben genannte Auswahl ergibt sich ein für das menschliche Auge praktisch nicht mehr aufzulösendes Drahtnetz, das durchtretendes Licht nur noch abschwächt, ohne dass die Strukturen der Drähte im einzelnen optisch aufgelöst werden können.
Das Metalldrahtnetz ist vor der Verbindung mit dem Polymeren bevorzugt gesintert.
Als Bindungsformen für das Drahtnetz kommen alle bekannten Bindungsformen in Frage, insbesondere die bekannten Gewebearten, bevorzugt die Leinwand-Bindung, Tresse, Panzertresse, Köper und Köpertresse.
Um Lichtreflektionen an der glänzenden Metalloberfläche des Drahtnetzes zu minimieren, sollte der einzuarbeitende Metalldraht zuvor mattiert werden. Dies kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden, zum Beispiel durch einen Ätzvorgang, der dem eigentlichen Einarbeiten in den Kunststoff bzw. dem Hinterspritzvorgang vorausgeht, oder aber auch durch thermische Behandlung des Drahtnetzes unter Luft, so dass sich eine dünne Schicht Metalloxid auf dem Draht bildet, die das einfallende Licht diffus und nicht gerichtet streut.
Eine besonders gut geeignete bevorzugte Anordnung ist die wellenförmige, insbesondere regelmäßig wellenförmige oder mäanderformige Anordnung der Drähte im Drahtverbund. Diese Anordnung lässt sich durch die Verwendung spezieller, programmierbarer Drahtlegemaschinen realisieren.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoff-Metall- Verbundmaterials als mechanisch verstärktes Sichtfenster, insbesondere für Fahrzeugfenster, Sicherheitshelme und Schutzschilde oder als mechanisch verstärktes Einlegeteil, insbesondere für die Ausstattung von Sicherheitskleidung. Durch die Verwendung eines feinen elektrisch leitfahigen Drahtnetzes zum Beispiel aus Metall oder einer Metalllegierung und Einarbeitung in den Kunststoff lässt sich das Kunststoff-Metall- Verbundmaterial auch zur Abschirmung beziehungsweise zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung einsetzen. Je nach Maschenweite können hier verschiedene Wellenlängen reflektiert werden. Die Maschenweite sollte in der Größenordnung oder unterhalb der gewünschten Wellenlänge liegen, um eine möglichst effektive Reflektion der elektromagnetischen Strahlung zu gewährleisten. Zur elektromagnetischen Abschirmung wird bevorzugt ein feines, dünnes Gewebe aus einem Metall oder einer Metalllegierung eingesetzt, bevorzugt aus Edelstahl oder aus Wolfram.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoff- Metall-Verbundmaterials als optisch transparente, elektromagnetische Abschirmung oder als elektromagnetischer -Reflektor, insbesondere für Haushaltsgeräte, z. B. Mikrowellenöfen und für Parabo lantennen .
Beispiele
Beispiel 1
Zwischen zwei 375 μm dicke Polycarbonatfolien (Typ Makrofol®, Hersteller Bayer MaterialScience AG) wird ein Edelstahlnetz (Edelstahl Typ 1.4306) mit einer Drahtstärke von 20μm und einer Maschenweite von lOOμm eingelegt und bei 185 0C 10 Minuten bei einem Druck von 300 N/cm2 laminiert. Der so erhaltenen Folienverbund wird mit Polycarbonat hinterspritzt, so dass 2 mm starke Platten erhalten wurden.
Die Platten zeigen eine Verbesserung der Durchstoßfestigkeit im Vergleich zur nicht modifizierten PC-Platte gleicher Dichte.
Beispiel 2
Auf einer 375 μm dicken Polycarbonatfolie (Makrofol®) werden Drähte aus Wolfram (mit einem Durchmesser von 20 μm) parallel in zwei zu einander senkrechten Lagen angeordnet. Die auf der Folie liegenden Drähte werden zunächst durch Aufbringen von kleinen Tropfen Dioxalan auf die Schnittpunkte der einzelnen Drähte auf der Folie fixiert. Das Dioxalan löst dabei an der Oberfläche der Folie das Polycarbonat zunächst an, verdampft dann aber wieder, so dass eine dünne Schicht Polycarbonat auf den Drähten zurückbleibt, die einen ausreichend stabilen Verbund zur Folie sicherstellt.
Ein UV-härtender Lack auf Polyurethanbasis wurde verwendet, um die Drähte auf der Folie zu fixieren und gleichzeitig einen mechanischen Schutz der Drähte zu realisieren. Die Drähte zeigten eine gute Haftung auf der Oberfläche, die ausreichte, die Folie in ein Hinterspritzwerkzeug einzulegen und mit Polycarbonat zu hinterspritzen. Die Drähte wurden so komplett von Polycarbonat umschlossen und das Werkstück zeigt kaum Verzerrungen des Hintergrundes in der Durchsicht. Das Hinterspritzen kann auch ohne vorhergehende Lackierung durchgeführt werden.
Die Folie kann, wie oben beschrieben, entweder direkt auf der mit Draht belegten Seite oder auf der vom Draht abgewandten Seite hinterspritzt oder mit verschiedenen Lacksystemen behandelt werden.
In einem anderen Versuch erfolgt das Aufbringen der Drähte nicht in einer Lage gerade zueinander, sondern in wellenförmiger Art, weil sich hierdurch weitere optische Vorteile ergeben:
Durch die Anordnung werden die Drähte nur noch sehr schwer sichtbar und die mit dem menschlichen Auge kaum wahrgenommen werden. Selbst der, durch die Verwendung der Feindrähte nur noch geringe, störende optische Einfluss bei Durchsicht entfällt durch die wellenförmige Anordnung praktisch völlig.
Beispiel 3
Ein Verbund aus zwei Folien mit einem Drahtnetz wie in Beispiel 1 dargestellt wurde im Hinblick auf seine Eigenschaften untersucht und mit einer drahtlosen Folie und einem Verbund mit einem weitmaschigerem Drahtnetz verglichen.
Die Folien wurden in eine Hohlleiterstrecke eingebaut und die materialabhängige Dämpfung von Mikrowellenstrahlung bestimmt.
Die Transmission durch die Folien ist im betrachteten Frequenzbereich (Mikrowellen der Frequenz 2,2 bis 2,7 GHz) unabhängig von der Frequenz (im Rahmen der Messgenauigkeit von + - 5 %)
Die reine PC-Folie ergab eine Transmission von gemittelt 95 %.
Ein Folienlaminat aus zwei Folien mit einem Drahtnetz mit groben Maschen (Maschenweite 5 mm) aus Wolframdraht (20 μm) zwischen beiden Folien zeigte eine Transmission von gemittelt 25 %.
Eine mit Polycarbonat (5mm) hinterspritzte Folie mit einem Drahtnetz mit feinen Maschen (Maschenweite 100 μm) aus Wolframdraht (20 μm) wies eine Transmission von 0% (+ Rauschen) auf.
Beispiel 4
Ein Muster, hergestellt nach Beispiel 1 und anschließend hinterspritzt, sowie zwei Muster, hergestellt nach Beispiel 2 und anschließend hinterspritzt, wurde auf die Reflexionseigehschaft bei höheren Mikrowellen-Frequenzen, die etwa der Abstrahlungsfrequenz kommerzieller Satelliten entsprechen, untersucht. Aufgenommen wurde das Signal eines Mirkowellendetektors bei Abstandsänderung zwischen Sensor und Probe (Vermessung der stehenden Welle)
Die Signalverläufe der zu untersuchenden Proben wurden mit der Reflexion an Metall und an einer Nullprobe verglichen. Proben und Nullprobe werden auf der Rückseite mit Absorbermaterial abgeschlossen, um optimale Messbedingungen zu schaffen. Die verwendeten Frequenzen lagen bei 12,5 GHz und 15 GHz. Die Reproduzierbarkeit wurde für alle Proben bei 15 GHz untersucht.
Dazu wurden jeweils 10 unterschiedliche, willkürlich gewählte Messpositionen verglichen.
Variiert wurden dabei Messort und Polarisationsrichtung der Mikrowellen.
Für alle Proben wurde eine sehr gute Reproduzierbarkeit gefunden.
Das erste Muster mit einem eingelegten Metalldrahtgewebe mit einer Maschenweite von 200 μm und einer Drahtstärke von 20 μm zeigte eine Reflexion, die im verwendeten Wellenlängenbereich direkt mit der Reflexion an einem Metallblech vergleichbar ist.
Ein zweites und ein drittes Muster, jeweils hergestellt nach Beispiel 2 mit einer Maschenweite von 1 mm mit einer Drahtstärke von 19 μm, wurde nach obigem Verfahren ebenfalls vermessen. Die verwendeten Drähte bestanden aus Edelstahl. Beide Muster zeigten sehr gute Reflexionseigenschaften, die die Eignung als Ausgangsmaterial für die Anwendungjns transparenten Satellitenschüsseln nahe legen.

Claims

Patentansprüche
1. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial auf Basis eines thermoplastischen Polymeren mit einem Metalldrahtnetz aus Feinstdraht, wobei das Verbundmaterial wenigstens teilweise optisch transparent ist.
2. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial wenigstens eine Kunststofffolie umfasst.
3. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalldrahtnetz in das Polymere eingelassen oder auf die Oberfläche des Polymeren, insbesondere der Kunststofffolie aufgeklebt ist.
4. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial mehrschichtig aufgebaut ist und das Metalldrahtnetz zwischen zwei Kunststofffolien eingeschlossen, insbesondere laminiert ist.
5. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial durch eine oder mehrere Kunststofffolien gebildet wird und tiefziehbar ist.
6. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial zusätzlich wenigstens einen Abschnitt aus spritzgegossenem Kunststoff aufweist.
7. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundmaterial spritzgegossene Abschnitte aus transparentem und nicht transparentem Kunststoff aufweist.
8. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisches Polymer für die Kunststofffolie und/oder den spritzge- gossenen Kunststoff ein Polymer ausgewählt aus der Reihe: Polycarbonat, Polyacrylat, insbesondere Polymethylmethacrylat, Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polyalkylen, insbesondere Polypropylen verwendet wird.
9. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Feinstdraht Eisendraht, insbesondere Stahldraht, oder Wolframdraht verwendet wird.
10. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinstdraht einen Durchmesser von höchstens 100 μm, bevorzugt 5 bis 50 μm, besonders bevorzugt 10 bis 30 μm hat.
11. Kunststoff-Metall-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Maschenweite des Drahtnetzes von 50 μm bis 20 mm, bevorzugt von
80 μm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 80 μm bis 1 mm beträgt.
12. Verwendung des Kunststoff-Metall-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als optisch transparente, elektromagnetische Abschirmung, oder als elektromagnetischer Reflektor, insbesondere für Haushaltsgeräte und Parabolantennen.
13. Verwendung des Kunststoff-Metall-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 als mechanisch, verstärktes Sichtfenster, insbesondere für Fahrzeugfenster, Sicherheitshelme und Schutzschilde.
14. Verwendung des Kunststoff-Metall-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als mechanisch verstärktes Einlegeteil, insbesondere für Sicherheitskleidung.
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