WO2015121002A1 - Verfahren zum herstellen eines thermoplastischen kunststoffhalbzeugs zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung und thermoplastisches kunststoffhalbzeug zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines thermoplastischen kunststoffhalbzeugs zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung und thermoplastisches kunststoffhalbzeug zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung Download PDF

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conductive
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Veronika Vogel
Jens Ackermann
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Robert Bosch Gmbh
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    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
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    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
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    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0011—Electromagnetic wave shielding material

Definitions

  • thermoplastic semifinished product for shielding electromagnetic radiation and thermoplastic
  • the invention relates to a method for producing a thermoplastic semi-finished plastic product for shielding electromagnetic radiation and to a thermoplastic semi-finished plastic product for shielding
  • Plastics without conductive additives are usually electrically insulating. This property allows the use of plastics in large parts of electrical engineering. Plastics as dielectrics have the property of being passed by electric and magnetic fields.
  • intrinsically conductive polymers e.g. Polyacetylene, polypyrrole, polyaniline or
  • Polythiophene available. Conjugated double formations allow free mobility of charge carriers in the doped state.
  • plastics can be equipped with a certain conductivity by adding suitable additives.
  • a prerequisite for adequate shielding is that the additives are added to the polymer in sufficient quantity and processed accordingly in order to form a conductive network, because the electrical conduction takes place over touching ones
  • Filler particles that form continuous current paths.
  • Common fillers For example, carbon black and other carbon modifications, metal fibers, platelets or flakes, metallized glass or plastic fibers, as well as metallized glass spheres.
  • copper, aluminum, brass or stainless steel are used as metallic fillers or metallization.
  • Conductive coatings are applied chemically or galvanically, for example, by physical vapor deposition, flame, plasma or arc spraying.
  • thermoplastic films In addition, there are approaches to deep draw thick thermoplastic films and subsequently insert a wire mesh or a metal fleece or the combination of both process steps and thin lattice to foam.
  • US 4,486,490 discloses an electrically and thermally conductive prepreg consisting of metallic coated glass fibers and uncoated glass fibers which are woven or laid into a sheet textile and impregnated with a thermosetting matrix system.
  • the present invention provides a method for manufacturing a
  • the method comprises assembling a reinforcing material and a conductive material, wherein the
  • Reinforcing material of reinforcing fibers or a reinforcing textile and the conductive material of conductive fibers, a conductive textile or conductive fiber sections is formed, and wherein the conductive material for shielding electromagnetic radiation is formed.
  • the method further comprises impregnating the reinforcing material and the conductive material with a thermoplastic matrix.
  • the present invention provides a
  • thermoplastic semi-finished plastic for shielding against electromagnetic radiation comprising a reinforcing material and a conductive material, wherein the reinforcing material of reinforcing fibers or a
  • Reinforcement textile and the conductive material of conductive fibers a conductive textile or conductive fiber sections is formed, and wherein the conductive material for shielding electromagnetic radiation is formed and wherein the reinforcing material and the conductive material are impregnated with a thermopastician matrix.
  • One idea of the present invention is the modification or functionalization of continuous fiber-reinforced thermoplastic matrix sheet semi-finished products, so-called organic sheets, in order to provide a semi-finished product which not only has excellent mechanical properties, e.g. Strength and stiffness with low weight, but in contrast to other plastics or conventional continuous fiber-reinforced plate semi-finished with
  • thermoplastic matrix also damps electrical or magnetic fields or waves.
  • housing components for electronic devices such as control units, drives or energy storage can be produced, which in addition to certain requirements for the mechanics also require effective shielding against electromagnetic radiation.
  • the semifinished product can also be formed, for example, after the heating and be overmolded or back-injected with a thermoplastic and so for example
  • Housings are formed.
  • thermoplastic material also known plastic welding methods are applicable to components that from the
  • thermoplastic material structure according to the invention are made to add. Furthermore, the metal fibers or wires according to the invention are insensitive to scratching, so that a robust conductive network in the component is maintained over time.
  • the use of the thermoplastic material also has clear advantages in terms of handling, transport, storage stability and cleanliness over thermoset material systems.
  • the reinforcing fibers and the conductive fibers are joined together to form a fiber web or a fiber web.
  • a hybrid textile consisting of a fiber fabric in which reinforcing fibers and conductive fibers are alternately interwoven or a fiber structure of both types of fiber can be formed.
  • the reinforcing textile which consists of a fiber fabric, a fiber fabric or a nonwoven
  • Reinforcing fibers is formed, and the conductive textile, which is formed from a fiber fabric, a fiber fabric or a web of conductive fibers, are combined while impregnating the reinforcing textiles and the conductive fabric with a thermoplastic matrix.
  • the joining of the reinforcing textiles and the conductive textile is preferably carried out by the impregnation.
  • the conductive fiber sections are applied to the reinforcement textile, which is formed from a fiber fabric, a fiber fabric or a nonwoven fabric of reinforcing fibers, while simultaneously impregnating the reinforcement fabric and the conductive fiber segments with a thermoplastic matrix.
  • the joining of the reinforcement textiles and the conductive fiber sections preferably takes place by impregnation.
  • the impregnation of the reinforcing material and the conductive material with a thermoplastic matrix is carried out by means of melt or film impregnation.
  • the type of impregnation can thus be adapted to the individual requirements.
  • thermoplastic plastic semifinished product can be processed, for example, to a housing.
  • the reinforcing fibers are formed from glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, nylon fibers or natural fibers, wherein the natural fibers
  • Flax fibers Flax fibers, hemp fibers, jute fibers, kenaf fibers, ramie fibers or
  • the conductive fibers have metallized reinforcing fibers, which with copper, silver, gold, aluminum,
  • the reinforcing fibers and the conductive fibers are joined together to form a fiber fabric or a fiber fabric.
  • a hybrid textile consisting of a fiber fabric in which reinforcing fibers and conductive fibers are alternately interwoven or a fiber structure of both types of fiber can be formed.
  • the reinforcing textile which is formed from a fiber fabric, a fiber fabric or a web of reinforcing fibers
  • the conductive textile which is formed from a fiber fabric, a fiber fabric or a web of conductive fibers, by impregnation of
  • the reinforcing textile and the conductive textile are joined together with a thermoplastic matrix.
  • the reinforcing textile and the conductive textile can be assembled easily and precisely without further process steps.
  • the conductive fiber sections on the reinforcing textile which consists of a fiber fabric, a fiber fabric or fleece of reinforcing fibers
  • thermoplastic matrix are joined together.
  • Reinforcement textile and the conductive textile can be assembled easily and precisely without further process steps.
  • Thermoplastic plastic semifinished product for shielding electromagnetic radiation according to a first to third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a flowchart of a method for producing a thermoplastic semifinished plastic product for shielding electromagnetic radiation according to first to third embodiments of the invention.
  • the method for producing the thermoplastic semifinished product for shielding electromagnetic radiation comprises joining Sl of a reinforcing material and a conductive material, wherein the reinforcing material of reinforcing fibers or a reinforcing textile and the conductive material of conductive fibers, a conductive textile or conductive fiber sections is formed and wherein the conductive material for shielding electromagnetic radiation is formed.
  • the method further comprises impregnating S2 the reinforcing material and the conductive material.
  • the method further comprises removing S3 from trapped air from the plastic semi-finished product and optionally a blank S4 of the plastic semi-finished product.
  • the reinforcing fibers are preferably formed from glass fibers.
  • the reinforcing fibers may be formed of carbon fibers, aramid fibers, nylon fibers or natural fibers such as flax fibers, hemp fibers, jute fibers, kenaf fibers, ramie fibers or sisal fibers.
  • the conductive fibers are preferably formed of metallized reinforcing fibers. These are preferably coated with copper. Alternatively, these may also be coated with silver, gold, aluminum, tungsten, brass, platinum, cobalt or mumetal.
  • the conductive fibers may alternatively be metal fibers or wires formed of stainless steel, copper, silver, gold, aluminum, tungsten, brass, platinum, cobalt or mumetal.
  • a hybrid fabric is made of the reinforcing fibers and the conductive fibers.
  • the reinforcing fibers and the conductive fibers are interwoven alternately.
  • the hybrid textile may also be formed from a layer of the conductive fibers and the reinforcing fibers.
  • the hybrid textile is impregnated with a thermoplastic matrix.
  • the impregnation is preferably carried out by melt impregnation, ie immersion of the hybrid textiles in a thermoplastic melt.
  • the impregnation can also be effected by means of film impregnation, ie embedding of the hybrid text between thermoplastic films.
  • consolidation takes place, i. a removal of all air pockets from the semifinished product.
  • the consolidation is preferably carried out continuously, for example by means of a double wall press.
  • the consolidation can also be discontinuous, for example by means of autoclave technology. Subsequently, an optional cutting of the semifinished product.
  • the reinforcing textile is formed from a fiber fabric, a fiber fabric or a nonwoven fabric of reinforcing fibers.
  • the conductive textile is made of one
  • Fiber fabric a fiber fabric or a web of conductive fibers formed.
  • the reinforcing textile and the conductive textile are joined together while impregnating the reinforcing fabric and the conductive fabric.
  • the impregnation is preferably carried out by melt impregnation.
  • the impregnation can also be carried out by means of film impregnation.
  • the conductive fiber portions on the reinforcing fabric which consists of a
  • Fiber fabric a fiber fabric or a web of reinforcing fibers is formed, while impregnating the reinforcing textiles and the conductive fiber sections applied.
  • the conductive fiber sections are sections of conductive fibers, which preferably have a length of less than 10 mm. Alternatively, the conductive fibers may also have a length of between less than 10 mm to several centimeters.
  • the reinforcement fabric is sprinkled with conductive fiber sections until it becomes sufficiently conductive over locations where the conductive fiber sections contact
  • the impregnation is preferably carried out by means of
  • the impregnation can also by Foil impregnation are performed.
  • the impregnation can also by Foil impregnation are performed.
  • first to impregnate the reinforcement textile by means of melt impregnation and then sprinkle conductive fiber sections.
  • a subsequent melt or film impregnation can then take place.
  • the consolidation S3 and optionally a cutting S4 of the semifinished product takes place.
  • thermoplastic semi-finished product made according to the first to third embodiments of the present invention comprises a reinforcing material and a conductive material, wherein the
  • Reinforcing material of reinforcing fibers or a reinforcing textile and the conductive material of conductive fibers, a conductive textile or conductive fiber sections is formed, and wherein the conductive material for shielding electromagnetic radiation is formed and wherein the reinforcing material and the conductive material are impregnated with a thermoplastic matrix.
  • the reinforcing textile which consists of a
  • Fiber fabric a fiber fabric or a web of reinforcing fibers is formed
  • the conductive textile which is formed from a fiber fabric, a fiber fabric or a web of conductive fibers, assembled by impregnating the reinforcing textiles and the conductive fabric with a thermoplastic matrix.
  • the conductive fiber portions are applied to the reinforcing textile formed of a fibrous web, a fiber web or a nonwoven web of reinforcing fibers, and impregnating the reinforcing textil and the conductive fiber sections with a thermoplastic matrix
  • the plastic semi-finished product may be formed such that the reinforcing material and the conductive material in another

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung. Das Verfahren umfasst ein Zusammenfügen (S1) eines Verstärkungsmaterials und eines leitfähigen Materials, wobei das Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist, und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Imprägnieren (S2) des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials mit einer thermoplastischen Matrix. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein entsprechendes thermoplastisches Kunststoffhalbzeug zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung und thermoplastisches
Kunststoffhalbzeug zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung und ein thermoplastisches Kunststoffhalbzeug zur Abschirmung von
elektromagnetischer Strahlung.
Stand der Technik
Kunststoffe ohne leitfähige Zusatzstoffe sind in der Regel elektrisch isolierend. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz von Kunststoffen in weiten Teilen der Elektrotechnik. Kunststoffe als Dielektrika weisen die Eigenschaft auf, von elektrischen und magnetischen Feldern passiert zu werden.
Verschiedene Maßnahmen gelten als bekannt, um Kunststoffbauteilen schirmende Eigenschaften zu verleihen. Einerseits sind sogenannte intrinsisch leitfähige Polymere, wie z.B. Polyacetylen, Polypyrrol, Polyanilin oder
Polythiophen, verfügbar. Konjugierte Doppelbildungen ermöglichen hier eine freie Beweglichkeit von Ladungsträgern im dotierten Zustand.
Des Weiteren können Kunststoffe durch Zugabe geeigneter Additive mit einer gewissen Leitfähigkeit ausgestattet werden. Voraussetzung für eine hinreichende Abschirmung ist, dass die Additive in ausreichender Menge dem Polymer zugesetzt und entsprechend verarbeitet werden, um ein leitfähiges Netzwerk auszubilden, denn die elektrische Leitung erfolgt über sich berührende
Füllstoffpartikel, die durchgehende Strompfade bilden. Gebräuchliche Füllstoffe sind beispielsweise Ruß und andere Kohlenstoffmodifikationen, Metallfasern, - plättchen oder -flakes, metallisierte Glas- oder Kunststofffasern, sowie metallisierte Glaskugeln. Als metallische Füllstoffe oder Metallisierung kommen beispielsweise Kupfer, Aluminium, Messing oder Edelstahl zum Einsatz.
Häufig wird auch ein übliches, nicht leitendes Gehäuse nachträglich mit einer leitfähigen Beschichtung versehen. Leitfähige Beschichtungen werden beispielsweise durch physikalische Gasphasenabscheidung, Flamm-, Plasmaoder Lichtbogenspritzen chemisch bzw. galvanisch aufgebracht.
Darüber hinaus gibt es Ansätze, dicke thermoplastische Folien tiefzuziehen und nachträglich ein Drahtgitter oder ein Metallvlies einzulegen oder die Kombination beider Verfahrensschritte sowie dünne Gitter zu hinterschäumen.
Die US 4,486,490 offenbart ein elektrisch und thermisch leitfähiges Prepreg, das aus metallisch beschichteten Glasfasern und unbeschichteten Glasfasern besteht, welche zu einem flächigen Textil gewebt oder gelegt werden, und mit einem duroplastischen Matrixsystem imprägniert sind.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines
thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von
elektromagnetischer Strahlung. Das Verfahren umfasst ein Zusammenfügen eines Verstärkungsmaterials und eines leitfähigen Materials, wobei das
Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist, und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Imprägnieren des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials mit einer thermoplastischen Matrix.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein
thermoplastisches Kunststoffhalbzeug zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, aufweisend ein Verstärkungsmaterial und ein leitfähiges Material, wobei das Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem
Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist, und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist und wobei das Verstärkungsmaterial und das leitfähige Material mit einer thermopastischen Matrix imprägniert sind.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist die Modifikation bzw. Funktionalisierung von endlosfaserverstärkten Plattenhalbzeugen mit thermoplastischer Matrix, sogenannten Organoblechen, um ein Halbzeug bereitzustellen, das nicht nur hervorragende mechanische Eigenschaften, d.h. Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht aufweist, sondern im Gegensatz zu anderen Kunststoffen bzw. konventionellen endlosfaserverstärkten Plattenhalbzeugen mit
thermoplastischer Matrix auch elektrische oder magnetische Felder oder Wellen dämpft. Aus diesem Halbzeug lassen sich beispielsweise Gehäusebauteile für elektronische Geräte wie Steuergeräte, Antriebe oder Energiespeicher herstellen, die neben gewissen Anforderungen an die Mechanik auch eine wirkungsvolle Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung verlangen. Das Halbzeug kann ferner nach der Erwärmung beispielsweise umgeformt und mit einem Thermoplasten um- oder hinterspritzt werden und so beispielsweise zu
Gehäusen geformt werden.
Durch die Verwendung des thermoplastischen Materials sind zudem bekannte Kunststoffschweißverfahren anwendbar, um Bauteile, die aus dem
erfindungsgemäßen Materialaufbau hergestellt sind, zu fügen. Des Weiteren sind die erfindungsgemäßen Metallfasern oder -drähte kratzunempfindlich, sodass ein robustes leitfähiges Netzwerk im Bauteil auch auf Dauer erhalten bleibt. Die Verwendung des Thermoplastmaterials weist ferner deutliche Vorteile hinsichtlich Handling, Transport, Lagerstabilität und Sauberkeit gegenüber duroplastischen Materialystemen auf.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figur. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verstärkungsfasern und die leitfähigen Fasern zu einem Fasergewebe oder einem Fasergelege zusammengefügt werden. Je nach Anforderungen und verwendetem Material kann somit beispielsweise ein Hybridtextil bestehend aus einem Fasergewebe, in dem Verstärkungsfasern und leitfähige Fasern abwechselnd verwebt sind oder einem Fasergelege aus beiden Fasersorten ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass das Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus
Verstärkungsfasern ausgebildet ist, und das leitfähige Textil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus leitfähigen Fasern ausgebildet ist, bei gleichzeitigem Imprägnieren des Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils mit einer thermoplastischen Matrix zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen des Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils erfolgt hierbei vorzugsweise durch das Imprägnieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die leitfähigen Faserabschnitte auf das Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, bei gleichzeitigem Imprägnieren des Verstärkungstextiis und der leitfähigen Faserabschnitte mit einer thermoplastischen Matrix aufgebracht werden. Das Zusammenfügen des Verstärkungstextiis und der leitfähigen Faserabschnitte erfolgt hierbei vorzugsweise durch das Imprägnieren.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Imprägnieren des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials mit einer thermoplastischen Matrix mittels Schmelz- oder Folienimprägnierung durchgeführt wird. Die Art der Imprägnierung kann somit an die individuellen Anforderungen angepasst werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass nach Imprägnieren bei einem
Konsolidieren des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials
Lufteinschlüsse aus dem Kunststoffhalbzeug entfernt werden und/oder das Kunststoffhalbzeug zugeschnitten wird. Somit kann das thermplastische Kunststoffhalbzeug beispielsweise zu einem Gehäuse verarbeitet werden. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Verstärkungsfasern aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Nylonfasern oder Naturfasern ausgebildet sind, wobei die Naturfasern
Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern oder
Sisalfasern umfassen. Die Verwendung der vorstehend genannten Faserarten als Verstärkungsfasern kann somit je nach Erfordernis angepasst werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die leitfähigen Fasern metallisierte Verstärkungsfasern aufweisen, welche mit Kupfer, Silber, Gold, Aluminium,
Wolfram, Messing, Platin, Kobalt, Mumetall beschichtet sind, oder Metallfasern oder -drähte aufweisen, welche aus Edelstahl, Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Messing, Platin, Kobalt oder Mumetall ausgebildet sind. Die
Verwendung einer bestimmten Art von leitfähigen Fasern kann somit an ein jeweiliges Erfordernis angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verstärkungsfasern und die leitfähigen Fasern zu einem Fasergewebe oder einem Fasergelege zusammengefügt sind. Je nach Anforderungen und verwendetem Material kann somit beispielsweise ein Hybridtextil bestehend aus einem Fasergewebe, in dem Verstärkungsfasern und leitfähige Fasern abwechselnd verwebt sind oder einem Fasergelege aus beiden Fasersorten ausgebildet werden. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, und das leitfähige Textil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus leitfähigen Fasern ausgebildet ist, durch Imprägnieren des
Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils mit einer thermoplastischen Matrix zusammengefügt sind. Somit können das Verstärkungstextil und das leitfähige Textil ohne weitere Verfahrensschritte einfach und präzise zusammengefügt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die leitfähigen Faserabschnitte auf das Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder Vlies aus Verstärkungsfasern
ausgebildet ist, aufgebracht sind, und durch Imprägnieren des
Verstärkungstextiis und der leitfähigen Faserabschnitte mit einer
thermoplastischen Matrix zusammengefügt sind. Somit können das
Verstärkungstextil und das leitfähige Textil ohne weitere Verfahrensschritte einfach und präzise zusammengefügt werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Die beiliegende Zeichnung soll ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulicht Ausführungsformen und dient im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und
Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines
thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung gemäß einer ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung gemäß einer ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren zum Herstellen des thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung umfasst ein Zusammenfügen Sl eines Verstärkungsmaterials und eines leitfähigen Materials, wobei das Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Imprägnieren S2 des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials. Das Verfahren umfasst überdies ein Entfernen S3 von Lufteinschlüssen aus dem Kunststoffhalbzeug und optional einen Zuschnitt S4 des Kunststoffhalbzeugs.
Die Verstärkungsfasern sind vorzugsweise aus Glasfasern ausgebildet. Alternativ können die Verstärkungsfasern auch aus Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Nylonfasern oder Naturfasern wie Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern oder Sisalfasern ausgebildet sein. Die leitfähigen Fasern sind vorzugsweise aus metallisierten Verstärkungsfasern ausgebildet. Diese sind vorzugsweise mit Kupfer beschichtet. Alternativ können diese ebenfalls mit Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Messing, Platin, Kobalt oder Mumetall beschichtet sein. Die leitfähigen Fasern können alternativ auch Metallfasern oder -drähte sein, welche aus Edelstahl, Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Messing, Platin, Kobalt oder Mumetall ausgebildet sind.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aus den Verstärkungsfasern und den leitfähigen Fasern ein Hybridtextil hergestellt. In dem Hybridtextil sind die Verstärkungsfasern und die leitfähigen Fasern abwechselnd verwebt. Alternativ kann das Hybridtextil auch aus einem Gelege der leitfähigen Fasern und der Verstärkungsfasern ausgebildet sein. Im
Anschluss wird das Hybridtextil mit einer thermoplastischen Matrix imprägniert. Die Imprägnierung erfolgt vorzugsweise mittels Schmelzimprägnierung, d.h. einem Eintauchen des Hybridtextiis in eine thermoplastische Schmelze. Alternativ kann die Imprägnierung auch mittels Folienimprägnierung, d.h. einem Einbetten des Hybridtextiis zwischen thermoplastischen Folien erfolgen.
Nach der Imprägnierung erfolgt eine Konsolidierung, d.h. ein Entfernen sämtlicher Lufteinschlüsse aus dem Halbzeug. Die Konsolidierung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, beispielsweise mittels einer Doppelwandpresse. Alternativ kann die Konsolidierung auch diskontinuierlich, beispielsweise mittels Autoklavtechnik erfolgen. Anschließend erfolgt optional ein Zuschneiden des Halbzeugs.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verstärkungstextil aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet. Das leitfähige Textil ist aus einem
Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus leitfähigen Fasern ausgebildet. Das Verstärkungstextil und das leitfähige Textil werden bei gleichzeitigem Imprägnieren des Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils zusammengefügt.
Die Imprägnierung erfolgt vorzugsweise durch Schmelzimprägnierung. Alternativ kann die Imprägnierung auch mittels Folienimprägnierung durchgeführt werden.
Anschließend erfolgt das Konsolidieren und optional ein Zuschneiden des Halbzeugs.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die leitfähigen Faserabschnitte auf das Verstärkungstextil, welches aus einem
Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, bei gleichzeitigem Imprägnieren des Verstärkungstextiis und der leitfähigen Faserabschnitte aufgebracht. Die leitfähigen Faserabschnitte sind Abschnitte von leitfähigen Fasern, welche vorzugsweise eine Länge von unter 10 mm aufweisen. Alternativ können die leitfähigen Fasern auch eine Länge von zwischen unter 10 mm bis mehrere Zentimeter aufweisen. Das Verstärkungstextil wird mit leitfähigen Faserabschnitten bestreut, bis diese über Stellen, an denen sich die leitfähigen Faserabschnitte berühren, ein ausreichend leitfähiges
Netzwerk bilden. Die Imprägnierung erfolgt vorzugsweise mittels
Schmelzimprägnierung. Alternativ kann die Imprägnierung auch durch Folienimprägnierung durchgeführt werden. Zwecks besserer Haftung der leitfähigen Faserabschnitte ist es alternativ auch denkbar, das Verstärkungstextil zuerst mittels Schmelzimprägnierung zu imprägnieren und anschließend leitfähige Faserabschnitte aufzustreuen. Gegebenenfalls kann anschließend eine erneute Schmelz- oder Folienimprägnierung erfolgen. Anschließend erfolgt die Konsolidierung S3 und optional ein Zuschneiden S4 des Halbzeugs.
Ein thermoplastisches Kunststoffhalbzeug, welches gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, umfasst ein Verstärkungsmaterial und ein leitfähiges Material, wobei das
Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist, und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist und wobei das Verstärkungsmaterial und das leitfähige Material mit einer thermoplastischen Matrix imprägniert sind.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die
Verstärkungsfasern und die leitfähigen Fasern zu einem Fasergewebe oder einem Fasergelege zusammengefügt. Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das Verstärkungstextil, welches aus einem
Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, und das leitfähige Textil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus leitfähigen Fasern ausgebildet ist, durch Imprägnieren des Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils mit einer thermoplastischen Matrix zusammengefügt.
Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die leitfähigen Faserabschnitte auf das Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, aufgebracht, und durch Imprägnieren des Verstärkungstextiis und der leitfähigen Faserabschnitte mit einer thermoplastischen Matrix
zusammengefügt. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann das Kunststoffhalbzeug derart ausgebildet sein, dass das Verstärkungsmaterial und das leitfähige Material auch in einer anderen
Kombination als vorstehend beschrieben zusammengefügt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, mit den Schritten:
Zusammenfügen (Sl) eines Verstärkungsmaterials und eines leitfähigen Materials, wobei das Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist, und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist; und
Imprägnieren (S2) des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials mit einer thermoplastischen Matrix.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsfasern und die leitfähigen Fasern zu einem Fasergewebe oder einem Fasergelege zusammengefügt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, und das leitfähige Textil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus leitfähigen Fasern ausgebildet ist, bei gleichzeitigem Imprägnieren des Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils mit einer
thermoplastischen Matrix zusammengefügt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Faserabschnitte auf das Verstärkungstextil, welches aus einem
Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, bei gleichzeitigem Imprägnieren des Verstärkungstextiis und der leitfähigen Faserabschnitte mit einer thermoplastischen Matrix aufgebracht werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Imprägnieren des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials mit einer thermoplastischen Matrix mittels Schmelz- oder Folienimprägnierung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass nach Imprägnieren bei einem Konsolidieren des Verstärkungsmaterials und des leitfähigen Materials Lufteinschlüsse aus dem Kunststoffhalbzeug entfernt (S3) werden und/oder das Kunststoffhalbzeug zugeschnitten (S4) wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern aus Glasfasern,
Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Nylonfasern oder Naturfasern ausgebildet sind, wobei die Naturfasern Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern,
Kenaffasern, Ramiefasern oder Sisalfasern umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die leitfähigen Fasern metallisierte Verstärkungsfasern aufweisen, welche mit Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Messing, Platin, Kobalt oder Mumetall beschichtet sind, oder Metallfasern oder -drähte aufweisen, welche aus Edelstahl, Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Messing, Platin, Kobalt oder Mumetall ausgebildet sind.
Thermoplastisches Kunststoffhalbzeug zur Abschirmung von
elektromagnetischer Strahlung, aufweisend:
ein Verstärkungsmaterial und ein leitfähiges Material, wobei das
Verstärkungsmaterial aus Verstärkungsfasern oder einem Verstärkungstextil und das leitfähige Material aus leitfähigen Fasern, einem leitfähigen Textil oder leitfähigen Faserabschnitten ausgebildet ist, und wobei das leitfähige Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist und wobei das Verstärkungsmaterial und das leitfähige Material mit einer thermoplastischen Matrix imprägniert sind.
10. Thermoplastisches Kunststoffhalbzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern und die leitfähigen Fasern zu einem Fasergewebe oder einem Fasergelege zusammengefügt sind.
11. Thermoplastisches Kunststoffhalbzeug nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verstärkungstextil, welches aus einem
Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, und das leitfähige Textil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus leitfähigen Fasern ausgebildet ist, durch Imprägnieren des Verstärkungstextiis und des leitfähigen Textils mit einer thermoplastischen Matrix zusammengefügt sind.
12. Thermoplastisches Kunststoffhalbzeug nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die leitfähigen Faserabschnitte auf das
Verstärkungstextil, welches aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder einem Vlies aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist, aufgebracht sind, und durch Imprägnieren des Verstärkungstextiis und der leitfähigen
Faserabschnitte mit einer thermoplastischen Matrix zusammengefügt sind.
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