Verbesserte elektromagnetische Abschirmung von Polymerwerkstoffen durch das synergistische Zusammenwirken von elektrisch leitfähigen faserförmigen Zusätzen und ferroelektrischen Komponenten

Abstract

Thema „Verbesserte elektromagnetische Abschirmung von Polymerwerkstoffen durch das synergistische Zusammenwirken von elektrisch leitfähigen faserförmigen Zusätzen und ferroelektrischen Komponenten “ Ausgangssituation Leitfähige gefüllte Polymere erreichen auch bei hohen Volumenleitfähigkeiten >1 S/cm im Vergleich zu massiven Metallgehäusen und metallbeschichteten Kunststoffen entweder nur mittelmäßige oder geringe Schirmdämpfungseigenschaften. Da die elektrisch leitfähig gefüllten Polymere aber mittels üblicher Kunststoffverarbeitungstechnologien herzustellen sind, ist der Einsatz dieser Werkstoffgruppe dennoch von erheblichem Interesse. Ökonomisch und technologisch bedeutsam wäre daher eine Steigerung der Abschirmwirkung der elektrisch leitfähig gefüllten Kunststoffe ohne die Wandstärke bzw. die eingesetzte Menge der leitfähigen Komponenten zu erhöhen. Forschungsziel Durch die Einarbeitung ferroelektrischer Substanzen bzw. die Applikation spezieller polarer Matrizes sollten in elektrisch leitfähigen Netzwerken von Polymeren polarisierbare Mikrodomänen geschaffen werden, die beim Einwirken elektromagnetischer Wellen und Felder das Abschirmvermögen der Kunststoffe auf Grund von Kondensator-, Antennen- und/ oder Hystereseverlusten deutlich verbessern können. Als ferroelektrische Komponenten wurden Barium-Strontiumtitanate sowie die polare Matrix Polyamid 11 in elektrisch leitfähige Polymerabmischungen mit Stahlfasern, metallisierten Acrylfasern und auch Ni- beschichteten Carbonfasern untersucht. Forschungsergebnis Bereits durch den Einsatz von 10 Ma% ferroelektrischer Barium-Strontiumtitanat- Keramikpulver mit hoher Dielektrizitätskonstante in stahlfasergefüllte Polypropylen- und ABS-Composites konnten die Schirmdämpfungseigenschaften gegenüber den keramikfreien Polymer-Stahlfaser-Einstellungen deutlich angehoben werden. Dabei zeigen die Verbunde nur eine geringfügige bis mittelmäßige Verringerung der Materialzähigkeit, während die Volumenleitfähigkeiten der Composites oberhalb 1S/cm angesiedelt sind. Ein Anstieg der Schirmdämpfung wurde auch nach Einarbeitung der Barium-Strontiumtitanat gefüllten Polypropylenfolien in elektrisch leitfähige PP-Acrylfaser-Laminatstrukturen nachgewiesen. Ferroelektrischen Hystereseverluste der PA11-Matrix in leitfähigen PA11-Acrylvlies-Verbunden verursachen ebenfalls eine Erhöhung der Schirmdämpfung sowohl gegenüber identisch aufgebauten PA12- als auch PP-Acrylvlies-Composites. Anwendung und wirtschaftliche Bedeutung Die keramikgefüllten und stahlfaserhaltigen Polymermaterialien können in abschirmenden Gehäusen eingesetzt werden. Im vorliegenden Fall soll ein Gehäuse aus Aluminiumdruckguß für elektronische Komponenten des Mobilfunks im Motorraum durch ein spritzgegossenes, elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial ersetzt werden, wofür vorzugsweise eine gefüllte ABS- bzw. Polycarbonatmatrix zum Einsatz kommt. Dadurch entfallen die aufwendige Nachbearbeitungsschritte für das Aluminiumgehäuse, wie Entgraten, Entölen und Abstrahlen. Bei der Applikation von 10% Stahlfasern und 10% einer ferroelektrischen Keramik verteuern sich die Composites gegenüber einem keramikfreien Polymer/Stahlfasersystem aber nur unwesentlich, während das allgemein niedrige Schirmdämpfungsniveau der stahlfasergefüllten Kunststoffmaterialien aber bereits spürbar verbessert werden kann. Ergebnistransfers in kleine und mittlere Unternehmen Erfolgt über Veröffentlichungen, Vorträge und Hausmitteilungen sowie über direkte Kontakte zu Unternehmen, die am Einsatz neuer Composites für EMV-Applikationen interessiert sind. Veröffentlichung Geplant ist eine abschließende Publikation in der Fachpresse. Vorgesehen ist auch eine Präsentation zum 9. Rudolstädter Kunststofftag im Thüringischen Institut für Textil und Kunststoff-Forschung. Datei-Upload durch TIB