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Die
Erfindung betrifft Aluminiumlagen enthaltende Kunststoffpellets
für eine
elektromagnetische Abschirmung (EMI, electromagnetic interference) und
insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung
von Aluminiumlagen enthaltenden Kunststoffpellets, wobei für die Aluminiumlagen von
einer Aluminiumfolie ausgegangen wird.
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Es
kommen immer mehr leistungsstarke elektronische Geräte zum,
Einsatz, die hochenergetische elektromagnetische Wellen aussenden.
Diese elektromagnetischen Felder können aber die Funktion anderer
Geräte
stören
bzw. elektronischer Bausteine zerstören. Auch für den Menschen sind können starke
elektromagnetische Felder schädlich
sein. Es besteht daher Bedarf an elektrisch leitenden Umhüllungen,
die das von dem Gerät
erzeugte elektromagnetische Feld (EMI) abschirmen.
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Elektronischen
Geräte
können
auf verschiedene Weise abgeschirmt werden. So werden verwendet man
metallische Gehäuse
und Zylinder aus Stahl, Kupfer, Aluminium, etc. zur Abschirmung
der Quellen für
die starken Felder. Metallabschirmungen sind sich aber mühsam herstellen;
sie sind auch schwer und teuer. In der elektronischen Industrie
hat man sich daher auf die Metallbeschichtung von Kunststoffteilen
verlegt. Die Ergebnisse waren aber nicht immer zufriedenstellend.
Nicht nur, dass Metallbeschichtungen vergleichsweise teuer sind,
bei tiefen Kratzern in der Beschichtung geht auch die Abschirmwirkung
wieder partiell verloren. Ist aber die leitende Beschichtung nicht
flächig
durchgehend und frei von Fehlern, so können elektromagnetische Wellen
hindurchgehen. Zudem ist eine 100%ige Beschichtung, die sich nicht
abschält
bzw. ablöst,
sehr schwer herzustellen.
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Die
Bemühungen
der Industrie hin zu leichtgewichtigen zuverlässig EMI-abschirmenden Werkstoffen
führte
drittens schließlich
zu Kompositwerkstoffen, die neben dem Kunststoff elektrisch leitende Bestandteile
enthalten. Man ging davon aus, dass sich mit diesen Kompositwerkstoffen
auf herkömmliche
Weise komplizierte Formen und Fertigteile herstellen kann. Des weiteren
versprach man sich eine wirtschaftlicher und zuverlässigere
Fertigung als mit Metall oder metallbeschichtetem Kunststoff.
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Das
Aspektverhältnis
des Füllmaterials
hat auf die Eigenschaften des mit leitenden Bestandteilen gefüllten Kunststoffkomposite
großen
Einfluss. Das Aspektverhältnis
ist definiert als das Verhältnis zwischen
der größten und
der kleinsten Abmessung des Füllmaterials.
So ergibt sich zum Beispiel das Aspektverhältnis einer Faser aus dem Verhältnis von Länge zu Dicke
der Faser. Entsprechend der Theorie für die Fortpflanzung elektromagnetischer
Wellen sollte das leitende Füllmaterial
in dem Kunststoff ein großes
Aspektverhältnis
haben, so dass es frühzeitig ein
leitendes Geflecht bildet – dann
ist auch die erforderlich kritische Konzentration zur Erreichung
einer elektromagnetischen Abschirmung klein (die kritische Konzentration
ist die Grenzkonzentration für eine
Wellenfortpflanzung).
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Die
mit leitenden Bestandteilen gefüllten Kunststoffkomposite
werden zur Zeit auf zweierlei Weise hergestellt: In der ersten Gruppe
von Verfahren wird das leitende Füllmaterial in Form von Pulver, kurzen
Fasern oder Flocken in die Kunststoffmatrix eingebettet und dann
die Mischung unter Erhitzen umgeformt bzw. in verschiedene abschirmende Kunststoffteile
gegossen.
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Das
US-Patent 4 474 685 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung elektromagnetisch
abgeschirmter Teile, wobei zunächst
eine Formmischung mit einem wärmehärtenden
Harzbinder und einem elektrisch leitenden Füllmaterial, wie bspw. Ruß, Graphit
oder ein elektrisch leitendes Metallpulver, angesetzt und umgeformt
wird. Beim Anmischen der Harzgrundmasse kann das leitende Pulver
jedoch leicht Klumpen bilden. Es wird in der Harzmatrix nicht richtig
dispergiert und damit wird auch die elektromagnetische Abschirmung
der gegossenen Teile ungenügend.
Da die Pulverfüllmaterialien
zudem ein kleines Aspektverhältnis
haben, muss auch deren zugegebenen Menge (die Grenzkonzentration
für eine
Wellenfortplanzung entsprechend der oben genannten Theorie) vergleichsweise
hoch sein, um eine elektrische Leitung zu bekommen. Dies ist für die mechanischen
Eigenschaften, die Farbe und auch andere physikalische und chemische
Eigenschaften der Spritzgussgegenstände nachteilig. Wird andererseits ein
leitendes Füllmaterial
verwendet, zum Beispiel Fasern oder Flocken, das ein höheres Aspektverhältnis hat,
so dass es nur in kleinen Mengen zugesetzt werden braucht, so lässt sich
eine Klumpenbildung kaum verhindern. Damit das ursprüngliche
Aspektverhältnis
auch bei einem Anmischen erhalten bleibt, muss das leitende Füllmaterial
fest genug sein, dass es beim Mischen nicht bricht. Feste leitende
Füllmaterialien
sind jedoch sehr teuer und damit für gewöhnliche billige elektronische
Geräte
nicht geeignet.
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In
der zweiten Gruppe von Verfahren zur Herstellung derartiger Kompositen
wird durch Eintauchen oder Extrusion auf ein langes leitendes Füllmaterial
eine Kunststoffschicht aufgebracht. Der resultierende Kunststoffstab
mit dem leitenden Füllmaterial
wird dann auf eine vorgegebene Länge
geschnitten. Das japanische Patent 60-112854 beschreibt ein Verfahren,
bei dem ein thermoplastischer Kunststoff um eine Kupferfaser – extruiert
wird. Es resultiert dann ein rundlicher Kunststoffstab mit einer
Kupferfaser darin. Damit das Füllmaterial
ein möglichst
großes
Aspektverhältnis
hat, sollte der Faserdurchmesser möglichst klein und die leitende
Faser sehr lang sein. Das Fasermaterial sollte aber stark genug
sein, dass es nicht bricht. Faserförmige Füller wie Edelstahlfasern, Kupferfasern
oder metallbeschichtete Karbonfasern sind jedoch sehr teuer. Um
die Kosten für
die Herstellung der abschirmen den Kunststoffkomposite insgesamt
zu senken, verwendet man auch schon Aluminium als Füller, denn
es kostet vergleichsweise wenig, hat eine geringe Dichte, ergibt eine
gute elektromagnetische Abschirmung und es widersetzt sich nicht
einer farblichen Abstimmung. Setzt man aber in der ersten Gruppe
von Verfahren Aluminiumflocken ein, so dass ein aluhaltigen Kunststoffkomposit
resultiert, so müssen
in diesem Verfahren die Aluminiumflocken mit dem Kunststoff gemischt
werden. Da das Aluminium aber sehr dünn ist, brechen die Flocken
beim Mischen leicht, so dass das Aspektverhältnis rasch abnimmt. Man muss
daher die Zugabemenge (Grenzkonzentration für eine Wellenfortpflanzung)
stark erhöhen,
in der Regel um bis zu 30 bis 40%, um eine ausreichende elektromagnetische
Abschirmung zu erhalten. Damit werden die Gesamtkosten wieder höher und
noch schlimmer, die so hergestellten elektrisch abgeschirmten Teile besitzten
schlechte mechanische Eigenschaften. Zum Beispiel werden die Zug-
und Druckfestigkeit sowie auch die Biegefestigkeit schlechter.
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In
der zweiten Gruppe von Verfahren wird durch Tauchen oder Extrudieren
auf die Aluminiumfaser eine Kunststoffschicht aufgebracht . Da aber
der Durchmesser der Alufaser sehr klein ist und Aluminium eine geringe
Festigkeit besitzt, bricht auch die Aluminiumfaser leicht, wodurch
das Aspektverhältnis kleiner
wird. Trotz der anderen Vorteile, die Aluminium als Füllmaterial
in Kunststoffkompositen böte,
so steht dem gegenüber,
dass es wegen seiner geringen Festigkeit bei der Verarbeitung leicht
bricht. Man muss daher sehr grosse Mengen an Aluminium zusetzen,
um eine ausreichende elektromagnetische Abschirmung zu erzielen,
und damit besitzen die so hergestellten abschirmenden Kunststoffteil
schlechte mechanische Eigenschaften.
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In
der
US 5531851 ist ein
Verfahren zur Herstellung metallhaltiger Kunststoffpellets beschrieben, gemäß dem zunächst eine
kunststoffbeschichtete Aluminiumfolie in Streifen geschnitten wird,
diese radial zu einem Stab gebündelt
werden, der anschließend
in gleichförmige
Stücke
zerschnitten wird, so dass Pellets entstehen. Dieses Verfahren ist
jedoch nachteilig, weil die aus den Pellets hergestellten Teile häufig schlechte
mechanische Eigenschaften haben, insbesondere leicht zerbrechen,
und keine ausreichende elektromagnetische Abschirmung gewährleisten.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, verbesserte Kunststoffpellets bereitzustellen,
aus denen sich stabile Kunststoffgegenstände herstellen lassen, die eine
gute elektromagnetische Abschirmung bewirken.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Verfahren der Ansprüche
1 und 18 sowie durch die Pellets nach Anspruch 19 gelöst. Geeignete
Vorrichtungen zur Herstellung sind in den Ansprüchen 22 und 29 angegeben.
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Der
erste Aspekt der Erfindung liegt darin, dass man als Ausgangsmaterial
zur Herstellung der alugefüllten
Kunststoffpellets eine Aluminiumfolie verwendet wird und diese lagenweise
in die Kunststoffgrundmasse einbettet . Da die Breite der Aluminiumfolie
beliebig sein kann, entsprechend den Festigkeitsanforderungen, bricht
die Aluminiumfolie nicht so leicht. Das Aluminiumfüllmaterial
behält
somit sein Aspektverhältnis,
wenn dann die Kunststoffpellets geschnitten werden. Somit benötigt man
nur eine geringe Menge an Aluminiumfüllmaterial, um eine elektromagnetische
Abschirmung zu erreichen, welche die mechanischen Eigenschaften
der daraus hergestellten alugefüllten
Kunststoffpellets nicht beeinflusst.
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Die
Aluminiumschichten enthaltenden, elektromagnetisch abschirmenden
Kunststoffpellets lassen sich erfindungsgemäß wie folgt herstellen: (a) Ausrichten
einer Anzahl von Lagen Aluminiumfolie, so dass die Aluminiumfolienlagen
im wesentlichen parallel zueinander sind – die Aluminiumfolie besteht aus
reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung; (b) Beschichten
der Ober- und Unterseite der Alufolienlagen mit einem Kopplungsmittel
durch Tauchen oder Aufsprühen;
(c) Trocknen der mit einem Kopplungsmittel beschichteten Lagen;
d) Einführen einer
geschmolzenen Kunststoffmasse in den Raum zwischen zwei Lagen Aluminiumfolie
und auf die Aussenseite der beiden am weitesten außen liegenden
Lagen, so dass die Ober- und die Unterseite einer jeden Lage von
einer Kunststoffschmelze benetzt und gebunden werden; (e) Reduzieren
der Dicke der benetzten und gebundenen Alufolienlagen, so dass man
eine durchgehende laminierte Kompositplatte erhält; (f) Abkühlen und Schneiden er Aluschichten enthaltenden
Kunststoffkompositplatte in alugefüllte laminare Kunststoffpellets
vorgegebener Grösse.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die schichtweise mit Aluminium gefüllten Kunststoffpellets
mit einer Vorrichtung hergestellt, umfassend eine Einrichtung zum
Antransport einer Anzahl Aluminiumlagen, so dass die angebrachten
Aluminiumlagen im wesentlichen parallel angeordnet sind – die Aluminiumfolie
besteht aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung; eine Einrichtung
zum Aufsprühen
eines Kopplungsmittels auf die obere und die untere Oberfläche einer
jeden Lage Aluminiumfolie, angeordnet stromabwärts der Transporteinrichtung;
eine Einrichtung zum Trocknen des Kopplungsmittel auf die Oberflächen der
Aluminiumfolienlagen, angeordnet stromabwärts der Sprüheinrichtung; eine Spritzgussvorrichtung
stromabwärts
der Trocknungseinrichtung, wobei die Spritzgusseinrichtung an einer
Extrusionsvorrichtung hängt,
die Extrudiervorrichtung eine geschmolzene Kunststoffmasse in die
Spritzgusseinrichtung fördert, die
Spritzgusseinrichtung an einer Wand nächst der Trocknungseinrichtung
angeordnet ist und eine erste Anzahl Schlitze besitzt, entsprechend
der Anzahl Lagen Aluminiumfolie, die Spritzgusseinrichtung an der anderen
Wand, abgewant von der Trocknungseinrichtung, mit einem Extrusionsausgang
versehen ist, so dass alle getrockneten Aluminiumfolienlagen durch
jeweils einen der ersten Schlitze passieren bzw. in die Spritzgusseinrichtung
eintreten und jeweils von der geschmolzenen Kunststoffmasse, die in
die Spritzgusseinrichtung eintritt, benetzt und verbunden werden
und dann die benetzten und gebundenen Aluminiumfolienlagen durch
den Extrusionsausgang hinausgefördert
werden, so dass man ein mit Aluminium gefüllte laminare Kunststoff-Kompositplatte
erhält;
eine Einrichtung zum Abkühlen
der mit Aluminium gefüllten
laminaren Kunststoff-Kompositplatte, angeordnet stromabwärts des
Extrusionsausgangs; und eine Einrichtung zum Schneiden der Kompositplatte
in mit Aluminium gefüllte
laminare Kunststoffpellets vorgegebener Größe, angeordnet stromabwärts der
Kühleinrichtung.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Aluminiumschichten enthaltenden Kunststoffpellets
mit einer Vorrichtung hergestellt, beinhaltend eine Einrichtung
zum Anbringen einer Anzahl von Lagen Aluminiumfolie, welche die
angebrachten Aluminiumfolienlagen derart anordnet, dass diese im
wesentlichen parallel sind, wobei die Aluminiumfolie aus reinem
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht; eine Einrichtung zum
Aufsprühen
eines Kopplungsmittels auf die Ober- und Unterseite einer jeden
Aluminiumfolienlage, welche stromabwärts der Transporteinrichtung
angeordnet ist; eine stromabwärts
der Aufsprüheinrichtung
angeordnete Einrichtung zum Trocknen des Kopplungsmittels auf die
Oberflächen
der Aluminiumfolienlagen; eine Anzahl Spritzgusseinrichtungen, stromabwärts der
Trocknungseinrichtung angeordnet und verbunden mit einer Extrudiervorrichtung,
wobei deren Anzahl um eins größer ist
als die Zahl der Aluminiumfolienlagen, wobei eine jede Spritzgusseinrichtung
auf einer Seite, abgewandt von der Trocknungseinrichtung, mit einem
langen streifenförmigen Schlitz
versehen ist, dessen Breite im wesentlichen gleich der Breite der
jeweiligen Aluminiumfolienlage ist; wobei alle getrocknete Aluminiumfolienlagen
in den Zwischenraum zwischen zwei Spritzgusseinrichtungen eintreten
können,
die Extrusionsvorrichtung eine geschmolzene Kunststoffgrundmasse
in die Spritzgusseinrichtungen fördert,
die geschmolzene Kunststoffgrundmasse durch die Schlitze der Spritzgusseinrichtungen
in den Zwischenraum zwischen jeweils zwei Aluminiumfolienlagen geht
und die äußeren Oberflächen der
am weitesten außenliegenden
zwei Aluminiumfolienlagen bedeckt, so dass die Oberseite und die
Unterseite aller Aluminiumfolienlagen von der geschmolzenen Kunststoffgrundmasse benetzt
und gebunden werden; mindestens ein Paar Warmwalzen, angeordnet
stromabwärts
der als lange Streifen geformten Ausgänge, zum Warmwalzen der Dicke
der benetzen und gebundenen Aluminiumfolienlagen, so dass man eine
schichtweise mit Aluminium gefüllte
Kunststoff-Kompositplatte erhält; eine
Einrichtung zum Kühlen
der laminar mit Aluminium gefüllten
Kunststoff-Kompositplatte, angeordnet stromabwärts der Warmwalzen; und eine
stromabwärts
der Abkühlvorrichtung
angeordnete Einrichtung zum Schneiden der Kompositplatte in laminar mit
Aluminium gefüllte
Kunststoffpellets vorgegebener Größe.
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Weitere
Anwendungen der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung, den
Beispielen und den anhängenden
Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung
der Vorrichtung zur Herstellung von Aluschichten enthaltenden Kunststoffpellets
gemäß der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung
der Vorrichtung zur Herstellung von Aluschichten enthaltenden Kunststoffpellets
gemäß der zweiten
Ausführungsform;
und
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3a bis 3c die Struktur der mit Aluminiumlagen
enthaltenden laminaren Kunststoffpellets gemäß der Erfindung.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Aluschichten enthaltende Kunststoff-Kompositplatte für eine elektromagnetischen
Abschirmung Lagen aus Aluminiumfolie und Kunststoff. Die Lagen aus
Aluminiumfolie bzw. Kunststoff sind wechselweise aufeinandergestapelt – die außenliegenden
Lagen sind jeweils aus Kunststoff. Die Kunststoff-Kompositplatte
wird dann in Aluminiumlagen enthaltende Kunststoffpellets vorgegebener
Größe geschnitten.
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Die
eingesetze Aluminiumfolie kann aus reinem Aluminium oder aus einer
Aluminiumlegierung sein. Die Aluminiumfolie kann beispielsweise
eine sein, wie man sie im Haushalt oder zum Verpacken verwendet.
Die Aluminiumfolie kann auch einen höheren Reinheitsgrad haben,
zum Beispiel wie Industriefolien.
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Eine
legierte Aluminiumfolie wie 2024-Al-Cu hat eine größere Festigkeit.
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Die
mit Aluminium schichtweise gefüllte Kunststoff-Kompositplatte
beziehungsweise die elektromagnetische abschirmenden Kunststoffpellets werden
wie nachstehend beschrieben hergestellt: zunächst wird eine Anzahl Lagen
Aluminiumfolie derart ausgerichtet, dass die Aluminiumlagen im wesentlichen
parallel zueinander sind. Die Ober- und Unterseite einer jeden Aluminiumfolienlage
wird dann durch Tauchen oder Besprühen mit einem Kopplungsmittel
beschichtet. Die mit dem Kopplungsmittel beschichteten Aluminiumfolien
werden schließlich
getrocknet.
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Dann
wird eine geschmolzene Kunststoffmasse in den Raum zwischen jeweils
zwei Lagen aus Aluminiumfolie gespritzt und auch auf die Außenseiten
der am weitesten außen
liegenden beiden Aluminiumlagen, wobei die Ober- und die Unterseite
einer jeden Aluminiumfolienlage von der Schmelze der Kunststoffgrundmasse
benetzt und gebunden wird.
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Die
Dicke der benetzten und gebundenen Aluminiumfolie wird dann so reduziert,
dass man eine kontinuierliche schichtweise gefüllte Kunststoff-Kompositplatte
erhält.
Zum Erhalt der Pellets wird dann die Kunststoff-Kunststoffplatte
abgekühlt
und in Kunststoffpellets vorgegebener Größe geschnitten.
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Die
Schmelze der Kunststoffgrundmasse wird erfindungsgemäß durch
Extrusion eingeführt.
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1 zeigt eine Vorrichtung
zur Herstellung mit Aluminium schichtweise gefüllter Kunststoffpellets gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst entsprechend dem Ablaufvorgang
eine Transporteinrichtung 11, eine Sprüheinrichtung 12, eine
Anzahl Paare erster Walzen 13, eine Trocknungseinrichtung 14,
eine Anzahl Paare zweiter Walzen 15, eine Spritzgusseinrichtung 18,
eine Kühlvorrichtung 114 sowie
Schneideinrichtungen 116.
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Die
Transporteinrichtungen können
Transportspindeln 11 sein, angeordnet in geeignetem Abstand
voneinander, und zum Antransport der Aluminiumfolie A1 dienen. Die
Zahl der Lagen an Aluminiumfolie beträgt vorzugsweise 1 bis 10 (in 1 sind sechs gezeigt). Auch
gibt es eine gleiche Anzahl Transportspulen 11 für diese
Aluminiumfolien A1, wobei jeweils eine Aluminiumfolienlage A1 auf
einer Transportspule 11 aufgewickelt ist.
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Die
Besprüheinrichtung
kann eine Anzahl Sprühvorrichtungen 12 aufweisen;
sie dient zum Aufsprühen
eines Kopplungsmittels C1 auf die Aluminiumfolie A1. Die Zahl der
Sprühvorrichtungen 12 ist um
eins größer als
die Zahl der Lagen an Aluminiumfolie A1. Zwei Sprühvorrichtungen 12 sind
zu den am weitesten außenliegenden
zwei Lagen Aluminiumfolie A1 angeordnet. Die anderen Sprühvorrichtungen 12 befinden
sich jeweils zwischen zwei Aluminiumfolienlagen.
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Das
erfindungsgemäß eingesetzte
Kopplungsmittel ist ausgewählt
aus Silanen, Titanaten, Zirconaten und Aluminaten. Die erfindungsgemäß eingesetzte
Kunststoffgrundmasse ist bevorzugt ein Thermoplast, der geschmolzen
werden kann. Beispiele für
Thermoplasten sind Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS), Polystyrol
(PS), Polypheylenoxid (PPO) und Acrylnitril-Butadien-Styrol/Polycarbonat (ABS/PC).
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Die
Anzahl der Walzen 13 für
die ersten Paare ist doppelt so groß wie die Zahl der Aluminiumfolien
A1. Dadurch können
zwei erste Walzen 13 jeweils eine Lage Aluminiumfolie A1
führen.
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Die
Trocknungseinrichtung 14 dient zum Trocknen des Kopplungsmittels
C1 auf die Oberflächen
der Aluminiumfolie A1.
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Die
Anzahl an zweiten Walzen 15 ist gleichfalls doppelt so
groß wie
die Zahl der Lagen an Aluminiumfolie A1. Dadurch können jeweils
zwei zweite Walzen 15 eine Aluminiumfolienlage A1 führen.
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Die
Spritzgusseinrichtung 18 ist mit einer Extrusionsvorrichtung 17 verbunden.
Die Extrusionsvorrichtung 17 kann eine geschmolzene Kunststoffgrundmasse
in die Spritzgusseinrichtung 18 extrudieren. Die Spritzgusseinrichtung 18 besitzt
an der Wand nächst
der Trocknungsvorrichtung 14 eine Anzahl erster Schlitze 16,
entsprechend der Zahl an Aluminiumfolienlagen A1. Die Strecke zwischen
den ersten Schlitzen 16 beträgt etwa 5 bis 10 mm, so dass
die Strecke zwischen den jeweiligen Aluminiumfolienlagen A1 in der
Spritzgusseinrichtung 18 gleichfalls in diesem Bereich
liegt. Die Strecke zwischen den Aluminiumfolienlagen ist somit entsprechend
geeignet, um eine geschmolzene Kunststoffgrundmasse aufzunehmen
und um die Aluminiumfolienlage A1 zu benetzen und zu binden. Die Öffnungsgrößen der
ersten Schlitze 16 sollte so klein wie möglich sein,
etwa 0 02 bis 0,3 mm, so dass gerade die Aluminiumfolien A1 hindurchpassen.
Die Spritzgusseinrichtung 18 besitzt auf der von der Trocknungseinrichtung 14 entfernten
Wand Extrusionsausgänge 112.
Die Öffnungsgröße der Extrusionsausgänge 112 ist
genau in der gewünschten
Dicke herzustellen wie die mit der Aluminium schichtweise gefüllten Kunststoffkompositplatte,
etwa 0,1 bis 2 mm. In der Spritzgusseinrichtung befinden sich eine
zweite Anzahl Schlitze 110. Die Zahl der Schlitze entspricht
der Zahl der Lagen an Aluminiumfolie A1. Die Öffnungsgröße der zweiten Schlitze 110 beträgt gleichfalls
etwa 2 mm. Die zweiten Schlitze 110 unterteilen die Spritzgusseinrichtung 18 in
eine Bindekammer 18 sowie eine Extrusionskammer 111.
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Bei
Betrieb haben die Aluminiumfolienlagen A1 eine Dicke von etwa 0,01
bis 0,02 mm und sind auf den Transportvorrichtungen 111 derart
aufgewickelt, so dass die angebrachten Lagen im wesentlichen parallel
zueinander sind. Die Aluminiumfolien A1 werden dann von den Sprühvorrichtungen 12 besprüht. Die
Sprühvorrichtungen 12 sind
so angeordnet, dass sie die Ober- und
die Unterseite einer jeden Aluminiumlage A1 mit dem Kopplungsmittel
C1 besprühen.
Dann gelangen die Lagen Aluminiumfolie A1 durch ein Paar erster
Walzen 13 und schließlich
in die Trocknungseinrichtung 14. Das Kopplungsmittel C1
auf der Aluminiumlage A1 wird durch die Trocknungsvorrichtung 14 getrocknet.
Nach dem Trocknen werden die Aluminiumlagen A1 von den Walzenpaaren 5 durch
erste Schlitze 16 in die Bindekammer 19 der Spritzgusseinrichtung 18 geführt. Es
wird dann aus der Extrusionsvorrichtung 17 eine geschmolzene Kunststoffgrundmasse
B1 in die Bindekammer 19 der Spritzgusseinrichtung 18 extrudiert.
In der Bindekammer 19 werden die Aluminiumlagen A1 von
der geschmolzenen Kunststoffgrundmasse B1 benetzt und gebunden.
Die Aluminiumlagen A1 gehen dann durch zweite Schlitze 110 in
den Extrudierraum 111. Im Extrudierraum 111 ist
die Temperatur um etwa 30 bis 60°C
geringer als in der Bindekammer 19, damit die Viskosität der geschmolzenen
Kunststoffgrundmasser B1 größer ist.
Dadurch wird verhindert, dass der Abstand zwischen den Lagen an
Aluminiumfolie variiert und zugleich auch, dass sich die Aluminiumfolienlagen
verheddern.
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Die
benetzten und gebundenen Alufolienlagen A1 werden dann durch die
Extrusionsausgänge 112 aus
dem Extrudierraum 111 gefördert. Man erhält so eine
mit Aluminium schichtweise gefüllte
Kunststoff-Kompositplatte S1. Die Dicke der Kompositplatte S1 entspricht
genau der Dicke der Extrusionsausgänge 112, etwa 0,1
bis 2 mm. Die extrudierte, mit Aluminiumschichen gefüllte Kunststoff-Kompositplatte
S1 ist jedoch nicht ganz hart . Sie wird daher von einem Walzenpaar 113 zur
Kühleinrichtung 114 geleitet,
beispielsweise einem Kühltank
oder einer Sprühvorrichtung
für kaltes
Wasser, wo die Kompositplatte S1 gekühlt und gehärtet wird. Die Kompositplatte
S1 wird dann durch ein weiteres Walzenpaar 115 zur Schneideeinrichtung 116 geführt. Die
Schneideinrichtung kann beispielsweise ein Paar Schredder/Schneide-Stahlwalzen 117 sein,
welche die abgekühlte
und gehärtete
Kompositplatte S1 in rechteckige, etwa 0,7 bis 2 mm dicke, 5 bis
10 mm lange und 0,1 bis 2 mm dicke mit Aluminiumschichten gefüllte Kunststoffpellets
B1 schneidet. Die Kompositplatte S1 kann auch zunächst von
ebenen Stahlwalzen in 0,7 bis 2 mm breite, 0,1 bis 2 mm dicke mit
Aluminiumschichten gefüllte
Kunststoffstreifen geschnitten werden. Die Streifen werden dann
in 5 bis 10 mm lange mit Aluminiumschichten gefüllte Kunststoffpellets P1 geschnitten.
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2 zeigt eine Vorrichtung
zur Herstellung mit Aluminiumlagen gefüllter Kunststoffpellets gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst im Prozessablauf eine Transportvorrichtung 21,
eine Sprüheinrichtung 22,
erste Walzenpaare 23, eine Trocknungseinrichtung 24, zweite
Walzenpaare 25, Spritzgusseinrichtungen 26, Warmwalzen 29, 210 und 211,
eine Kühleinrichtung 212 sowie
eine Schneidvorrichtung 214. Die Transporteinrichtung 21,
die Sprüheinrichtung 22,
die ersten Walzenpaare 23, die Trocknungseinrichtung 24, die
zweiten Walzenpaare 25, die Kühleinrichtung 212 sowie
die Schneideinrichtung 214 können in der zweiten Ausführungsform
genauso sein wie in der ersten. Eine Beschreibung dieser Elemente
erübrigt sich
daher.
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Die
Spritzgusseinrichtungen 26 sind mit einer Extrusionsvorrichtung 28 verbunden.
Ihre Zahl ist um eins größer als
die Zahl der Aluminiumfolienlagen A2. Alle Spritzgusseinrichtungen 26 sind
auf der Seite abgewandt von den Trocknungseinrichtungen 24 mit
einem Schlitz 26 in Form eines langen Streifens versehen.
Dessen Breite ist in etwa gleich der Breite der Lagen mit Aluminiumfolie
A2.
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Im
Betrieb haben die Lagen der ersten Anzahl Aluminiumfolien A2 eine
Dicke von etwa 0,01 bis 0,02 mm. Die Aluminiumfolien sind auf den
Transporteinrichtungen 21 aufgewickelt. Die angebrachten Aluminiumfolienlagen
A2 sind im wesentlichen parallel zueinander. Die Aluminiumlagen
A2 werden dann von den Sprühvorrichtungen 22 besprüht. Die
Sprühvorrichtungen 22 sind
so angeordnet, dass die Ober- und Unterseite einer jeden Aluminiumlage
A2 mit dem Kopplungsmittel C2 besprüht werden.
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Dann
werden die Aluminiumlagen A2 von einem ersten Walzenpaar 23 in
die Trocknungseinrichtung 24 gespeist. Das Kopplungsmittel
C2 auf den Aluminiumfolienlagen A2 wird schließlich von der Trocknungseinrichtung 24 getrocknet.
Nach dem Trocknen werden die Aluminiumfolienlagen A2 jeweils von
einem Paar zweiter Walzen 25 in einen Raum zwischen jeweils
zwei Spritzgusseinrichtungen 26 geleitet. Die geschmolzenen
Kunststoffgrundmasse wird dann von der Extrusionsvorrichtung 28 zu
den Spritzgusseinrichtungen 26 extrudiert. Die geschmolzene
Kunststoffgrundmasse 26 wird dann aus den Spritzgusseinrichtungen 26 durch
die Schlitze 27 in Form langer Streifen zu den Spritzgusseinrichtungen 26 und
in den Raum zwischen jeweils zwei Lagen Aluminiumfolie A2 beziehungsweise
auf die Außenseiten
der am weitesten außenliegenden
zwei Lagen Aluminiumfolie gefördert,
so dass die Ober- und die Unterseite einer jeden Lage Aluminiumfolie A2
von der geschmolzenen Kunststoffgrundmasse B2 benetzt und gebunden
wird.
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Die
benetzten und gebundenen Lagen Aluminiumfolie A2 werden dann einem
Warmwalzen durch mindestens ein Paar Warmwalzen unterworfen. Hierbei
wird die Dicke der benetzten und gebundenen Lagen Aluminiumfolie
reduziert. Man erhält eine
mit Aluminium schichtweise gefüllte
Kompositplatte.
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Das
Warmwalzen erfolgt vorzugsweise mehr als zweimal, besonders bevorzugt
dreimal, so dass die Dicke der benetzten und gebundenen Lagen Aluminiumfolie
wirksam reduziert wird. Man erhält
eine durchgehend mit Aluminiumschichten gefüllte Kunststoff-Kompositplatte
der gewünschten
Dicke. Die Zahl der Warmwalzen kann drei bis fünf Paare betragen. Die 2 zeigt drei Warmwalzenpaare 29, 210 und 211.
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Die
kontaktierten und gebundenen Lagen Aluminiumfolie A2 werden zunächst einem
ersten Warmwalzen durch ein erstes Paar Warmwalzen 29 unterworfen.
Die Temperatur am ersten Warmwalzpaar 29 ist ein wenig
höher (etwa
30 bis 60°C)
als die der Spritzgusseinrichtungen 26, so dass man sicher eine Haftung
zwischen der Kunststoffgrundmasse B2 und den Alulagen A2 erhält. Die
mit Kunststoff benetzten und gebundenen Lagen Aluminiumfolie A2 werden
dann einem zweiten Warmwalzen unterworfen, durch ein zweites Paar
Warmwalzen 210, wobei die Dicke des Aluminium-Kunststoff-Komposits
weiter reduziert wird. So stellt man auch sicher eine Haftung zwischen
der Kunststoffgrundmasse und den Lagen her. Die Temperatur der zweiten
Warmwalzen 210 ist etwa gleich der der ersten Warmwalzen 29. Der
Spalt zwischen den zweiten Warmwalzen ist nur halb so groß wie der
zwischen den ersten Warmwalzen. Der dickenreduzierte Aluminium-Kunststoff-Komposit
wird dann einem dritten Warmwalzen durch dritte Walzen 211 unterworfen.
Es wird schließlich
die gewünschte
mit Aluminium schichtweise gefüllte
Kompositplatte S2 erhalten. Deren Dicke beträgt 0,1 bis 2 mm. Die Temperatur
der dritten Warmwalzen 211 ist etwa gleich der der Spritzgusseinrichtungen 26,
so dass man die Plastizität
der Kunststoffgrundmasse beibehält.
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Die
mit Aluminiumschichten gefüllte
Kunststoff-Kompositplatte S2 wird dann zu Kühleinrichtungen 212 geleitet.
Dies kann ein Kühltank
oder eine Sprühvorrichtung
für kaltes
Wasser sein. Die Kompositplatte S2 wird dort gekühlt und gehärtet. Die Kompositplatte S2
wird dann von einem Walzenpaar 213 zur Schneidevorrichtung 214 geführt. Die
Schneidevorrichtung kann beispielsweise ein Paar stählerne Schredder-Schneidewalzen 215 sein.
Die abgekühlte und
harte Kompositplatte S2 wird dann direkt in etwa 0,7 bis 2 mm breite,
5 bis 10 mm lange und 0,1 bis 2 mm dicke rechteckige alulaminierte
Kunststoffpellets P2 geschnitten. Die Kompositplatte S2 kann auch durch
ein Stahlmesser in 0,2 bis 2 mm breite, 0,1 bis 2 mm dicke, mit
Aluminiumschichten gefüllte
ebene Kunststoffstreifen geschnitten werden. Diese werden dann zu
5 bis 10 mm lange, mit Aluminiumschichten gefüllte Kunststoffpellets P2 geschnitten.
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Die 3 zeigt die Struktur der
mit Aluminiumschichten gefüllten
Kunststoffpellets P gemäß der Erfindung.
Die Kunst stoffpellets können
genauso breit wie dick sein (siehe 3a)
, dicker sein als breit (siehe 3b)
oder breiter als dick (siehe 3c).
Die Schichtstruktur des Kunststoffpellets P ist Kunststoff/Aluminium/Kunststoff/Aluminium
... Kunststoff/Aluminium/Kunststoff. Der Kunststoff ist mit B und
das Aluminium mit A bezeichnet.
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Die
erfindungsgemäßen mit
Aluminiumschichten gefüllten
Kunststoffpelletsfür
eine elektromagnetischen Abschirmung können durch Heißpressen,
Spritzgießen
oder Extrudieren umgeformt werden. Man erhält dann Kunststoff-Formteile
mit elektromagnetischer Abschirmung.
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Die
durch die Erfindung erzielten Verbesserungen und Vorteile sind:
- 1. Die resultierenden Kunststoffpellets enthalten Aluminiumlagen,
die zwischen 0. 01 und 0.02 mm dick, 0.7 bis 2 mm breit und 5 bis
10 mm lang sind. Das heisst, das Aspektverhältnis der eingeschlossenen
Aluminiumfolie ist etwa 250 bis 1000. Tatsächlich lassen Kunststoffpellets
mit Aluminiumlagen erhalten, deren Aspektverhältnis noch größer ist,
indem man einfach die Länge
der Kunststoffpellets größer macht.
- 2. Bei der Herstellung der mit Aluminiumschichten gefüllten Kunststoffpellets
ist kein Mischschritt erforderlich. Das heisst, zumindestens nicht
bei der Herstellung der Kunststoffpellets. Das Aspektverhältnis der
Aluminiumfolie geht so nicht verloren.
- 3. Das erfindungsgemäße Füllmaterial
ist Aluminiumfolie. Da die Breite der Aluminiumfolie leicht eingestellt
werden kann, entsprechend der Stärkeanforderungen,
kann sie bei der Herstellung der Kunststoffpellets nicht so, leicht
reißen
und brechen.
- 4. Bei der Weiterbearbeitung der mit Alulagen gefüllten Kunststoffpellets
zu elektromagnetisch abgeschirmten Industrieprodukte – bspw.
bei der Umformung durch Heißpressen,
Spritzgießen oder
Extrudieren – bleibt
die Verteilung der Aluminiumfolie erhalten, dazwischen den Lagen
mit Aluminiumfolie stets eine geeignet dicke Schicht Kunststoff
ist.
- 5. Zudem schaut das Aluminium an der Kante der Kunststoffpellets
heraus, so dass die Alufolienlagen der verschiedenen Kunststoffpellets
elektrische Kontaktstellen darstellen. Selbst wenn sich der Kunststoff
in Schmelzfluss befindet, so besteht bei den erfindungsgemäßen Kunststoffpellets
immer noch eine größere Chance
für die
Bereitstellung elektrischer Kontaktpunkte, so dass resultierende
Kunststoff-Formteil frühzeitig
ein leitendes Geflecht aufweist. Da elektrische Kontaktpunkte nur
an der Kante der Kunststoffpellets vorhanden sind, wird hierdurch
die Dispersion bzw. Verteilung der Alufolienlagen nicht beeinflusst. Das
heisst, die in dem Kunststoffpellets enthaltenen Alufolienlagen
stellen nicht nur elektrische Kontaktpunkte bereit, sie bleiben
auch besser in Dispersion. Dies wurde mit den herkömmlichen leitenden
Kunststoffpellets nicht erreicht.
- 6. Bei der industriellen Weiterverarbeitung der erfindungsgemäßen Kunststoffpellets
zu EMI-abgeschirmten Teilen braucht man keine weiteren Mischschritte,
da die in den Pellets enthaltenen Alufolienlagen bereits gut in
Dispersion sind. Selbst wenn die Pellets einem Spritzgießen unterworfen
werden, so kann man die Betriebsparameter so setzen, dass man nur
eine geringes zusätzliches
Mischen erfolgt. Dadurch wird die Gefahr vermindert, dass die Lagen
mit Aluminiumfolie brechen. Das ursprünglich hohe Aspektverhältnis des
Aluminiums bleibt so erhalten.
- 7. Bei der industriellen Weiterverarbeitung der erfindungsgemäßen Kunststoffpellets
zu EMI-abgeschirmten Teilen bleibt auch die Dicke der in den Pellets
vorliegenden Alufolienlagen gleich, selbst wenn die Pellets beim
Spritzgiessen einem geringen Mischen unterworfen sind. Die Lagen
mit Alufolie brechen daher nicht so schnell. Anders hingegen bei
herkömmlichen
leitenden Kunststoff-Kompositen, wo die Aluminiumflocken in dem
Kunststoff eingebettet sind. Dazu müssen nämlich die Aluminiumflocken
in den Kunststoff eingebracht werden, bspw. wie beschrieben im Bulletin
der Powder Metallurgy Association, Bd. 20, Nr. 4, S. 212-219 (1995).
Die so erhaltenen leitenden Kunststoff-Komposite enthalten Aluminiumflocken
ungleicher Dicke. Dort wo die Aluminiumflocken dünner sind, kann leicht ein
Brechen erfolgen. Auch andere käuflich
erhältliche
Produkte, wie zum Beispiel die von der Transmet Company, besitzen
derartige Probleme. Aluminiumflocken brechen wegen des nicht zu
umgehenden Mischschritts und der ungleichen Dicke rascher. Die vorliegenden
Pellets besitzen diese beiden Probleme nicht, und sie haben ein
höheres
Aspektverhältnis.
- 8. Da die Lagen mit Aluminiumfolie in dem Kunststoff gleichmäßig lang
sind, können
sie leichter ein elektrisches Geflecht bereitstellen, werden die Kunststoffpellets
zur Herstellung EMI-abgeschirmter Produkte industriell weiterbearbeitet. Anders
wie oben erwähnt
in dem Artikel im Bulletin of Powder Metallurgy Association. Dort
haben die Aluminiumflocken ungleiche Länge. Dies beeinflusst auch
nachteilig die Entstehung eines elektrischen Geflechts und damit
die elektromagnetische Abschirmung im Endprodukts.
- 9. Da das Aspektverhältnis
der Aluminiumfolie erhalten bleibt, braucht man zur Erzielung einer elektromagnetische
Abschirmung nur eine geringe Menge an Aluminiumfolie. Das heißt, bei
der industriellen Weiterverarbeitung der erfindungsgemäßen Kunststoffpellets
zu EMI-abgeschirmten Produkten. Will man bspw. eine Abschirmung von
etwa 35 dB erhalten, müssen
nur etwa 10% Aluminiumfolie im Kunststoff eingebettet werden. Anders
bei mit Aluminiumflocken gefüllten
herkömmlichen
Kunststoffen. Hier muss der Anteil an Aluminiumflocken über 30%
sein, will man die gewünschte
Abschirmung erreichen. Der verminderte Aluminiumeinsatz reduziert
die Herstellungskosten, das Gesamtgewicht des EMI-abgeschirmten
Produkts, die Probleme mit der Farbabstimmung sowie, besonders wichtig,
die kleinere Menge an Aluminium besitzt auch keine nachteiligen Wirkungen
auf die mechanischen Eigenschaften des EMI-abgeschirmten Endprodukts.
- 10. Das leitende Füllmaterial
kann erfindungsgemäß reine
Aluminiumfolie sein, z.B. eine Alufolie wie sie im Haushalt und
zum Verpacken verwandt wird. Diese Folie ist auch viel billiger
als die herkömmlich
eingesetzten leitenden Füllmaterialen. Zudem
ist sie leicht zu erhalten.
- 11. Die mit Aluminiumschichten gefüllten Kunststoffpellets gemäß der Erfindung
können
durch Heißpressen,
Spritzgießen
oder Extrusion umgeformt werden. Hierdurch werden unmittelbar EMI-abgeschirmte
Produkte erhalten. Es ist kein zweiter Arbeitsschritt notwendig.
Damit ist das Material den Erfordernissen einer Massenproduktion
gewachsen.