SE452280C - Elektriskt ledande plastartikel samt foerfarande och medel foer framstaellning daerav - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 452 280 2 kåpor för att få ett skydd mot utstrålning av elektromagnetisk strålning. Men en nackdel med sådana beläggningar är att de ej är varaktiga. I de flesta fallen kräver dessa beläggningar dessutom speciella och dyrbara behandlings- och påläggningsför- faranden.

Försök att inge elektrisk ledningsförmåga till själva plasten (så att den skyddar mot elektromagnetiska vågor) har ävenledes företagits genom införande oü1finfördelande av rela- tivt stora kvantiteter ledande fyllmaterial. Dylika ledande fyllmaterial inbegriper kolsvart, aluminiumspån, trådändar, metallbelagda glasfibrer, tràdnät och koltråd. Emellertid före- ligger vissa nackdelar i samband med dessa ledande fyllmate~ rial. Vissa fyllmaterial tillåter ej tillräcklig finfördel- ning i plastmatrisen och klumpar sig eller nedbrytes allt- för mycket till mycket små partiklar så att deras skyddseffekt starkt reduceras. Denna nedbrytning gör det nödvändigt att tillsätta en större mängd ledande partiklar, som gör en jämn finfördelning ännu svårare med en negativ inverkan på ß materialets mekaniska egenskaper.

Slutligen är det känt att för erhållande av effektivt skydd mot elektromagnetisk strålning så måste de ledande partiklarna i plastmatrisen inbegripa ett avsevärt dimen- sionsförhållande, dvs. längd/diameterförhållande (L/D).

Dessa partiklar måste bilda i så hög grad som möjligt en kon- tinuerligt ledande krets i matrisen för att öka lednings- förmågan utan att emellertid i någon väsentlig grad ändra de fysiska och mekaniska förhållandena hos plastmatrisen.

Redogörelse för uppfinningen Ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är att göra plastartiklar med mindre än ungefär 0,5 volymsprocent fina elektriskt ledande fibrer, vilka är slumpartat och i huvudsak jämt fördelade. så att de fördelade fibrerna ger en lagom ledningsförmåga i varje riktning i artiklarna för att exempelvis användas som elektriskt interferensskydd (EMI).

Fibrerna kan vara jämt fördelade genom hela artikelns kropp, exempelvis i en platta eller skiva, eller på annat sätt just inom förutbestämda områden av densamma, exempelvis närmast lO 15 20 25 30 35 452 280 3 den ena eller båda eller delar av dess yttre eller plana ytor. De fina fibrerna har företrädesvis en ekvivalent dia- meter av mindre än ungefär 0.015 mm och större än ungefär 0.002 mm.

Ett annat ändamål äratt åstadkomma organ och me- toder för att tillverka platt- eller skivlika plastartiklar med effektivt skydd mot elektromagnetisk strålning av minst 24 dB inom ett berett frekvensområde (exempelvis mellan 0.1 och 10 GHz och speciellt vid l GHz) under bibehållande Platt- och skivlika artiklar innebär då lister, olikformiga tvärsnittsprofiler, folier, av sina normala egenskaper. tunna filmer, rör, kåpor, påsar, dukar och andra behållare.

För detta ändamål finfördelas elektriskt ledande fibrer i plastartiklar med ett längd- och "ekvivalent" diameterförhållande (D/L) som varierar från ungefär 0,0005 till ungefär 0,008 för en stor del av fibrerna. Dessa fibrer kan exempelvis vara metallfibrer med en medellängd L och mellan 0,5 och 5 mm. Termen “ekvivalent" diameter D avser kvadratroten ur kvoten av fibertvärsnittets yta dividerad med W. Medellängden L avser den totala summan av längderna för ingående fibrer dividerad med antalet fibrer. Vid en medellängd av L = 0.5 mm föreligger säkert fibrer med kortare längd än 0.5 mm. Emellertid har en majoritet av fibrerna en längd som är ungefärligen medellängd. Enligt uppfinningen tillgodoser dessa dimensionsgränser för fibrerna ovan angivna skyddskrav vid den exceptionellt låg volymkoncentraåign c (%) av ledande fyllmaterial, nämligen vid mellan ca. 0.05 volymprocent och ungefär 0.5 volymprocent. När dessutom platt- eller skivtjockleken är mindre än 3 mm blir C2 1,4 D/L -0,90052 och för plattjocklekar mellan 3 och 6 mm blir CE. D/L-0,0013_ Dessa låga koncentrationer utövar nästan ej någon som helst påverkan på plastartiklarnas storleksförhållanden. Det har vidare upptäckts att man kan producera antistatiska plastar- tiklar genom inblandning av elektriskt ledande fibrer i plasten vid låga koncentrationer (mindre än ungefär 0.5 volymsprocent) och vari koncentrationen C med avseende på fiberdimensionerna i den antistatiska plasten även tillgodoser förhållandet C2D/L-0,0013_ Fibrerna bör då förekomma åtmins-tone närmast artikelns ytteryta. 452 280 lO 15 20 25 30 35 4 Det är sålunda möjligt att enligt uppfinningen tillverka sammansatta plastartiklar med sådant litet innehåll av ledande fibrer och att slumpmässigt och jämt fördela fibrerna i plasten så att artikeln har en förutbestämd led- ningsnivå. Koncentrationen av ledande fibrer kan därvid variera mellan ungefär 0,03 volymprocent och ungefär 0,5 volymprocent.

Dessutom kan optimalaIüllbegränsningar uppnås genom tillföring av fibrer under den industriella tillverkningen av L-, D/L-gränser tillfredsställer även följande ekvation: c§3,34 D/L - 'o,ooo41. i Eftersom kontakten mellan fibrerna måste vara så god plastartiklar inom ovan nämnda D- och C-gränser. Dessa som möjligt i plastmatrisen för att stimulera ledningsför- mågan så har det visat sig vara viktigt att uppvisa en rela- tivt slät yta. Detta innebär att skrovligheter på fiber- ytan ej bör skjuta upp över eller sträcka sig ned under medelnivån för fiberytan mer än ungefär l m. På så sätt är det statistiskt sett mest sannolikt att det föreligger ett optimalt antal kontaktytor mellan varandra närliggande fib- rer, vilka kontaktytor dessutom har optimala dimensioner.

Rostfria stålfibrer, som tillverkats enligt ett för- farande med buntdragning beskrivet i exempelvis amerikanska patenten 2 050 298 och 3 379 000, har visat speciellt lämp- liga inre ledningsförhållanden för denna användning. Möj- ligen kan detta hänföras till det faktum att de är mindre utsatta för att bilda ett mer eller mindre isolerande oxid- skikt på sina ytor i motsats till exempelvis aluminium- eller kopparfibrer. Detta innebär att kontaktmotståndet vid fiber- kontaktpunkterna förblir lågt. Vanligen är de även mer inerta än Al och Cu mot de flesta plasterna. Andra fibrer, såsom HASTELLOY-X (varum,), INCONEL (varum.) Ti och Ni, ledes användbara. En lämplig specifik ledningsförmåga är lika- för fibrerna är minst 0,5 % av kopparens normala.

I princip är uppfinningen applicerbar på de flesta plasterna, företrädesvis av termoplasttyp, med användning av vanlig formningsteknik såsom gjutning, dragning, sprut- gjutning, tryckpressning och skumformning. 10 15 20 25 30 35 452 280 5 Artiklarna kan följaktligen ha en flexibel, stel eller elastisk natur. Uppfinningen är emellertid mycket lätt applicerbar på termoplasthartser och påderas konven- tionella formningsteknik, såsom dragning och sprutgjutning genom användning av plastpellets som utgàngsmaterial.

I praktiken rekommenderas därför tillförsel av ledande fib- rer på ett eller annat sätt till använda plastpellets eller inblandning av sådana i dessa pellets, så att deras kompa- tibilitet med plasten ej påverkas och en optimalt enhetlig fördelning av de ledande fibrerna i plasten uppnås under konventionella formningsprocesser.

Enligt en viktig aspekt på uppfinningen uppnås den enhetliga fördelningen genom användning av plastgranuler som en mellanprodukt för fabrikation av artiklarna, varvid granuleran är minst ungefär 0,4 cm långa och laddade med ledande fibrer. Medellängden på fibrerna i granulerna kommer att något överstiga den för fibrerna i de slutliga artik- larna eftersom det alltid under gjutningsprocessen förekommer en brytning av ett antal fibrer. Vidare i beskrivningen kommer dock åtgärder enligt uppfinningen att anges för motverkan av denna benägenhet till brytning.

Vidare kommer volymkoncentrationen av ledande fibrer i granulerna alltid att vara större än erforderlig slut- koncentration i de gjutna artiklarna. Om exempelvis det är önskvärt att tillverka en artikel innehållande 100 % av ovan beskrivna granuler med en slutkoncentration på 0.3 volym- procent metallfibrer i artikeln så måste medelvärdet på metallfibrernas volymkoncentration i granulerna vara minst 0.33 %. en artikel med samma slutkoncentration metallfibrer (0.3 Om emellertid det är önskvärt att tillverka volymprocent) på grundval av en blandning av 67 volymsprocent rena plastpellets och 33 volymprocent plastgranuler laddade med metallfibrer så nåstemedelvärdet på koncentrations- volymen av metallfibrer i dessa granuler företrädesvis vara minst 0.99 %.

Generellt innefattar förfarandena för tillverkning av plastartiklar med förutbestämda ledande delar enligt 452 280 lO 15 20 25 30 35 6 uppfinningen följande steg: En fiber/plastblandning utformas som har ett innehåll av ledande fibrer i storleksomràdet 20-Ä70 volymsprocent och tillförsel av ett i huvudsak paral- lellt fiberarrangemang. Denna blandning uppblandas med en förutbestämd mängd av huvudsakligen rent plastmaterial ochblandningen inmatas i exempelvis magasinet till en dragningsblandare. I en sådan apparat upphettas plastmate- rialet till mjukgöring och bearbetas (knådas) för jämn för- delning av fibrerna i detsamma. Små skjuvningskrafter införs däfivid för undvikande av större fiberbrott. Skjuvnings- krafterna måste emellertid förbli av tillräcklig storlek för erhållande av en jämn fördelning av fibrerna inuti plasten. För att forma artikeln kan den så bearbetade viskösa massan vidarematas medelst en matningsskruv via lämpliga rör, kanaler eller slitsar för gjutning eller kan direkt och kontinuerligt dras till stänger, rör, ark, film eller plattor eller bli sprutgjuten.

När en blandning av rena plastpellets och samman- satta granuler, som innefattar fibrer på ovan beskrivet sätt, användes väljes cylindriska granuler med en diameter som är åtminstone lika med medelvärdet på tjockleken för rena pellets. Detta mått reducerar vanligen risken för att de in- bäddade ledande fibrerna skall brytas under värmebehand- lingen och knådningen av granul/pelletblandningen före den egnetliga gjutningen. Längden påblandningsgranulerna skall företrädesvis ligga mellan 0,4 och 1,2 cm.

För praktiskt bruk är det lämpligt att använda plastgranuler av standardstorlek och standardkoncentra- tion och som lätt kan blandas och behandlas med konven- tionella plastpellets i önskad proportion för erhållande av en förutbestämd volymskoncentration av ledande fibrer i slutprodukten. Uppenbarligen är huvudråmaterialet i dessa granuler företrädesvis samma harts som materialet i de ar- tiklar som skall formas. Blandningsgranulernas tvärsnitts- yta kommer dessutom att vara minst lika stor som den för de rena hartspelletsen. Exempelvis har en volymsprocent metall- fibrer i blandningsgranulerna uppgående till l % visat sig lO 15 20 25 30 35 452 280 7 vara lämplig. Metallfiberinnehållet i granulerna kan väljas mellan ungefär 0,5 och 2 volymsprocent.

Emellertid kan blandningsgranulerna även innehålla annat plastmaterial än sådant som artiklarna skall utföras av. Mjukgörings- och smältpunkten för hartsen i blandnings- granulerna måste emellertid vara lägre än vad som gäller för den plast varav artikeln skall tillverkas för att bland- ningsgranulerna skall spridas lätt och blandas med huvud- råmaterialet för artikeln under tillverkningen av denna vid höga temperaturer för att därigenom möjlggöra en fördelning av de ledande fibrerna däri under minimala skjuvningskrafter.

Huvudråmaterialet måste även av andra skäl vara kompatibelt med blandningsgranulhartsen. Exempelvis får denna harts ej sönderdela eller reagera med huvudrâmaterialet när det sistnämnda upphettas till sin behandlings- och gjut- temperatur.

Den lämpligaste grundprodukten för de ledande fibrer som skall införas är ett trådknippe även om andra fiber- buntar, såsom fiberstrimlor och cellullsgarn, kan användas.

Fiberstrimlorna skall då ha tillräckligt trådantal eller täthet (titer) och fiberlängderna skall vara tillräckligt långa för att bilda riktigt homogena buntar med tillräck- lig dragstyrka för behandling och bearbetning. Fibermedel- värdeslängder av 7 cm och ungefär 2000 fibrer per strimmel- tvärsnitt är lämpligt. Vanligen är fiberbuntarna inbäddade i en plastmatris så att fiberinnehållet däri ligger mellan 20 och 70 volymprocent. Den impregnerade fiberbunten medges att stelna (exempelvis genom avkylning) för att alstra en så kallad tråd med en tvärsnittsyta som företrädesvis ej är mindre än och ungefär lika med tvärsnittsstorleken på de plastpellets som ingår i huvudråmaterialet.

Träden kanxara rund eller ha olika tvärsnittsformer, exempelvis ovala, utplattade eller rektangulära former, för att underlätta upplindningen och kapning till bitar.

Tråden kan omfatta 35-000 närliggande deltrådar (eller fibrer) över sitt tvärsnitt, men ett mindre antal (åtminstone ungefär 1000 deltràdar) är rekommenderbart. 10 15 20 25 30 35 452 280 8 Det rekommenderas ofta att innesluta den impregnerade bunten med ett hölje av antingen samma plast som huvudrä- materialet eller samma eller annan plast varmed bunten blev impregnerad. Detta stimulerar den gradvisa upplösningen av den kapade bunten och den enhetliga fiberfördelningen i plastmatrisen under blandning vid höga temperaturer. Tråden kapas i förutbestämda längder, härefter angivna som granuler, med sådan längdstorlek som ligger mellan ungefär 0,4 och 1,5 cm.

Det är uppenbart att de plastmaterial var med fiber- bunten impregnerades och inneslöts måste vara kompatibla med huvudråmaterialet för den artikel som skall formas.Där exempelvis detta råmaterial är ett termoplastmaterial utgör impregneringsmaterialet företrädesvis en termoplastpoly- mer med låg molekylvikt, såsom polyetylen, polypropylen, polyester, polyakrylat, polymetakrylat, polystyren, PVC och PVC-sampolymer.

Termoplastgranulerna med de däri fördelade ledande 3 fibferna är preparerade genom tillverkning av en torr bland- ning av rena plastpellets (huvudråmaterialet) och ett antal granuler vari en lagom mängd parallella fibrer är inbäddade, vilka fibrer uppvisar ungefärligen och i huvudsak samma längd som granulerna. Denna blandning knådas därefter i en drag- ningsblandare under förhöjd temperatur och under påläggning av en liten skjuvningskraft för att finfördela de ledande fibrerna i plastmaterialet. Därefter dras den nquka massan till en eller flera trådar med lämpligt tvärsnitt och kyls ned. Slutligen kapas trådarna till granuler med minst 0,4 cm längd.

Föredraqna utförinqsformer Uppfinningen kommer nu att beskrivas ytterligare i samband med ett antal utföringsformer visade på bifogade ritningar, där fig. l visar i perspektiv formnings- och slutstegen av en tråd utformad från en impregnerad och innesluten bunt av ledande fibrer samt en granul avkapslad från denna tråd, 10 l5 20 25 30 35 452 280 § 9 fig. 1A visar i perspektiv en tråd i likhet med É fig. l men med platt tvärsnitt, fig. 2 visar en plastgranul innehållande fördelade ledande fibrer, f fig. 3 visar grafiskt relationen mellan vågfrekvensen E (f) för elektromagnetisk strålning och skyddseffekten (SE) av en 3 mm tjock plastskiva innehållande ledande fyll- material och fig. 4 visar grafiskt det optimala arbetsområdet för uppfinningen genom relationen fiberkoncentration i förhål- lande till D/L~värdet.

Exempel 1 I fig. l visas en huvudsakligen rund, icke vriden bunt med 20 400 rostfria ståltrådar AISI 3l6L (saluförd av sökanden under varumärket BEKINOX) med en ekvivalent tråd- diameter av 0.008 mm. Denna fick passera genom ett bad som innehåller en lösning av 20 viktsprocent linjär polyester med relativt låg molekylvikt (ungefär 14000) av typ Dynapol 5 L850 (Dynamite Nobel) i trikloretylen. Efter att ha lämnat badet drogs bunten genom en runddragningskanal uppvisande en diameter av ü,8 mm och torkades. Den torra bunten omfattar således 6,2 viktprocent harts (vilket är lika med 70 volym- procent metallfibrer). En dylik impregnerad bunt inneslöts i en tråddragningsanordning (typ Maillefer med fast centrering) med samma polyester Dynapol L850. Det runda dragningsmun- stycket hade en diameter av 2 mm. Efter det att den sålunda dragna tråden 2 hade kylts ned kapades den till cylindriska granuler 3 med en längd av l cm. Granulerna utgjordes ungefär av 13 viktprocent harts, som är lika med ungefär 52 volym- procent metallfibrer. När bunten kapades drogs nästan ingen fiberände ut ur bunten och hakformning och tillplattning av fiberändarna undveks. Detta var viktigt för att säkerställa en korrekt dosering och flytande spridning. Därefter torr- blandades granulerna genom tumlingsblandteknik med de vanliga termoplastpellets av olika hartsslag i proportionen 9.75 viktprocent granuler och 90,25 procent rena plastpellets och drogs till en huvudsakligen rund tråd med en diameter av 1,. .__._ 10 15 20 25 30 35 452 280 10 4 mm och ett metallfiberinnehåll av ungefär B viktprocent.

Efter kylning kapades denna dragna åter till granuler 4 (fig. 2) med en längd av l cm. I dessa granuler befanns metall- fibrerna vara jämt fördelade med ett volyminnehâll av ungefär l,l procent. Skjuvningskrafterna som verkade under drag- ningen hölls tillräckligt låga så att ytterligare fiber- brott undveks. En av de åtgärder som vidtogs för att hålla skjuvningskrafterna nere på minimal nivå inbegrep borttag- ning av filterplattorna i munstycksingången. Temperaturen i munstycket hos enkelskruvsdraganordningen var 260°C när NORYL-SE90 (en modifierad polyfenylenoxid från General användes. När Cycolac AM l000AS (en ABS-harts från Borg Warner) användes var dragningstemperaturen hos mun- stycket 22000. När Lexan Ll3848-l4lR-lll (ett polykarbonat från General Electric) användes var den 225°C. Draganord- Electric) ningen var av typ Samafor 45 med ett längd/diameterförhál- lande på skruven lika med 25. Matningskanalen i huvudet näramst dragningskanalen var ett ringliknande utrymme mellan en avsmalnande ytteryta på en kärna och den koncentriskt an- ordnade koniska innerytan på munstyckshuvudet. Kanalen var därmed inriktad mot dragningskanalen och skjuvningen ökades därvid något vilket resulterade i bättre fiberdispersion, varvid fibrerna mer eller mindre orienterades i dragnings- riktningen.

De sålunda erhållna blandningsgranulerna torrblandades med en lika stor viktsprocent rena plastpellets och matades till en sprutgjutmaskin av typ Ankerwerk V24/20 med en skruv, till vilken en form var ansluten för gjutning av skivor med en tjocklek av 2,3 mm, längd 30 cm och bredd 25 cm. Tempe- var 25o°c, 21o°c resp. 29o°c för Noryl-, Cycolac- och Lexan-hartserna och temperaturen för formen inställdes på 80°C, 50°C resp. 90°C. Skruven roterade raturen i skruvkammaren med 44 varv/minut. Munstycksöppningen hade en diameter av ungefär 1 cm. Noryl-, Cycolac- och Lexan-plattorna hade släta ytor och fiberfördelningen eller distributionen var jämn genom hela plattorna. Metallfiberkoncentrationen uppgick till 4 vikt- procent eller 0.5 volymprocent. Rostfria stàlfibrer av 10 l5 20 25 30 35 452 280 ll Bekinox-fabrikat har en specifik ledningsförmåga av ungefär 2 % av kopparstandard.

Exempel 2 Under liknande förhållanden som i exempel l tillverkades sprutgjutna plattor av de termoplasthartser som nämnts ovan.

Emellertid användes en platt bunt om 20 400 Bekinox-trådar, som låg tätt samman och hade en diameter av 0,008 mm, så- som framgâr av fig. lA. Liksom i exempel l impregnerades den platta bunten med en lösning av Dynapol L850 och genommata- des en rektangulär 5 x 0.5 mm skalningskanal. Den torkade bunten omfattade 6.4 viktsprocent harts i en dragnings- öppning vid l60°C. Dimensionerna på det rektangulära drag- ningsmunstycket var 5x0,6 mm och erhållen avkyld sträng om- fattade 23 viktsprocent harts, vilket ungefär är lika med 32 volymprocent metallfibrer. Den platta tråden kapades i l cm längder, varvid hakformning och utplattning av fiber- ändarna var absolut borta. Fastsättning av fibrerna i en platt bunt i hartsmatrisen i och för korrekt kapning av granuler visade sig vara mycket effektiv. Erhållna platta granuler torrblandades därefter utan svårighet med rena plastpellets i förhållanden mellan lO,66 och 89,33 vikt- procent och drogs till en huvudsakligen rund tråd med en dia- meter av 4 mm (se exempel 1). Metallfiberinnehâllet uppgick till ungefär 8 viktprocent, som motsvarar ungefär l,l volyms- procent. Sammansatta granuler med en längd av l cm till- kapaes av denna tråd. Efter torrblandning av dessa samman- satta granuler med lika stor vikt av rena plastpellets och sprutgjutning av blandningen, såsom beskrivits ovan, kunde en jämn dispersion konstateras. Medelvärdet på fiber- längden uppskattades till ungefär 1,5 mm och slutkoncentra- tionen uppgick åter till 0,5 volymsprocent. Se område A i fig. 4.

Skyddsförmàgan mot elektromagnetisk strålning hos de sprutgjutna plattorna testades. Såsom är känt kan skydds- förmågan hos ett plastmaterial med ledande fyllmaterial be- stämmas i proportion till plattjockleken genom jämförelse av reflexionen R (5) uppmätt vid en strålningsfrekvens (exem- 10 15 20 25 30 452 280 12 pelvis l0 GHz) med reflexionen (100 %) för ett referens0 material såsom en metallplatta. Om de elektriska egenskaperna för materialet är tillräckligt homogena och det ledande fyll- materialet i plasten bildar ett nät med tillräcklig fin- maskighet (exempelvis av storleksordningen mindre än våg- längden för den strålning som skall avskärmas), så kan skydds- frekvensomrâdet. Dessutom är det känt att för ett stort an- eller skärmningsuppförandet extrapoleras för hela tal användningsområden för elektriskt ledande plaster upp- fylles skärmningskraven när en skyddseffektivitet (SE) av 25 dB uppnås vid en frekvens av l GHz. Det har även befunnits att SE-värdet för elektriska fält och för material med en specifik resistans mellan 0.01 - 100 cm alltid är minimalt i närheten av 0.4-5 GHz för plattjocklekar mellan l och 6 mm och med ett avstånd av ungefär l - l0 cm mellan vágkällan och plastplattan. Förhållandet mellan skyddseffektiviteten SE och vågfrekvensen f visas i fig. 3 för en plattjocklek av 3 mm och ett avstånd mellan källan och plattan av l cm. Kur- van l hänför sig till förhållandet för reflexionsvärdet R = 99 % uppmätt vid 10 GHz medan kurvan 2 avser förhållandet för R = 70 % uppmätt vid 10 GHz. Om exempelvis reflexionen R uppmäts till att vara 80 % vid l0 GHz (källa/plattavstàndet är l cm) för en ledande plastplatta med 3 mm tjocklek, sà 3 erhålla att SE-värdet kommer att vara 70 % och l GHz kan man ur fig. minst 35 dB vid alla frekvenser, när R = blir SE 5 38 dB.

Analogt härmed erhålles följande värden för andra plattjocklekar vid mätningar på 1 cm avstånd mellan källa och platta.

Tjocklek 10 GHz l GHz (mm) R (z) sr (de) R (x) sE (dB) 4 70 35 70 41 85 35 70 34 1 95 35 70 27 Ur skärmningsteorin (Schultz) kan vidare erhållas att den specifika resistansen f(1cm), för homogena ledande plast- 10 15 20 25 30 35 452 280 13 plattor och oberoende av plattans tjocklek, har följande värden motsvarande följande reflexionsvärden (R - %): R (%) ?(ßcm) 99 0,11 ss 0,53 90 1,1 80 2,2 7o 3,3 Följaktligen kan det ur data erhållas att en tjockare platta kan uppvisa en lägre specifik ledningsförmåga (l/Q) och ett lägre reflexionsvärde för uppnående av samma skärm- ningseffektivitet (SE) vid engiven frekvens (exempelvis vid l GHz). D/L-värdet för fibrerna kan sålunda vid samma fiber- koncentration vara större i en tjockare platta än i en tun- nare platta eller med andra ord kan fiberkoncentrationen i en tjockare platta vara mindre än i en tunnare platta när D/L är lika i de båda plattorna. Överförings-, reflexions- och: esisticitetsmätningarna utförees på sprutpressade plattor. Överförings- och reflexions- mätningarna gjordes vid 10 GHz. För dessa mätningar place- rades plattorna mellan en vågsändare (en oscillator), till vilken en första hornantenn var ansluten via en cirkulator och en andra hornantenn som var ansluten till en andra de- tektor. Den energi som genererades av oscillatorn sändes till plattan via den första antennen och den utsända energin registrerades via den andra antennen av den andra, därtill anslutna detektorn. Den reflekterade energin returnerades därtill ansluten detektor. Mängden reflekterad energi uttryckes till den fösta antennen och registreas av en första, i procent (R-värde) av den energimängd (100 %) som reflek- teras av en metallplatta under samma förhållanden. När mäng- den utsänd energi är lika med noll så sker, i ändamål för att mäta och registrera reflexionen, en förflyttning av plat- tan med konstant hastighet mellan och nära den första anten- nen till den andra antennen pàeït avstånd av 22 cm. Denna rörelse startar på minst 14,5 cm avstånd från cirkulatorn.

Denna dynamiska metod möjliggör ett undvikande av mätning ngn. 10 15 20 25 30 35 452 280 14 av fel som skulle kunna uppträda vid statiska mätningar när läget för olika plattor i relation till cirkulatorn icke är exakt densamma under efter varandra följande mätningar.

Den mätta reflexionssignalen är verkligen alltid resultatet av efter varandra följande reflexioner och reflexionerna mellan plattproven och metallen (cirkulator, antenn). Detta ger ett stående vâgmönster som en funktion av avståndet mellan prov och sändare. Vid den dynamiska metoden bestämmes medelvärdet för det genererade stående vågmönstet av en mikrodator.

För mätning av den specifika resistansen (resistivi- teten) inkopplas plattorna eller skivorna nära sina motstå- ende kanter mellan klämmor i en elektrisk krets. För att erhålla god ledning mellan dessa klämmor och de ledande fibrerna i de fastklämda plattkanterna är de sistnämnda avfettade och belagda med silverfärg.

Mätresultaten blev följande (medelvärden): Reflexion Utstrålning Resistivitet (%) (%) (flflm) Noryl 65 0 2 Lexan 71 0 3 Cycolac 65,5 0 4 Detta visar att de strängpressade plattorna med en tjocklek av 2,3 mm låg på gränsen mellan otillräcklig och tillräcklig skärmningseffektivitet (35 dB) för vissa använd- ningsområden. Se område A i fig. 4.

Exempel 3 En liknande hartsimpregnerad platt trâdbunt (tråd) som i exempel 2 kapades i granuler med l cm längd och liksom i exempel 2 blandade med rena hartspellets (Cycolac) i önskad proportion. Dessa hartspellets hade de vanliga dimen- sionerna (ungefär 0.5 cm långa, 0.5 cm breda och 0.2 cm tjocka). Blandningen drogs till enrund tråd och kapades till att bilda sammansatta granuler med ungefär l,l Volymaprocent metallfibrer (se exempel 2). De sammansatta granulerna torr- blandades med rena plastpellets i en 50/50-proportion och in- matades i en sprutpressningsmaskin av typ Maurer, vars mun- 10 l5 20 25 30 35 452 zsn É .._,,.- ..._.~.. 15 styckskanal har en diameter av 0,75 cm. Samma temperaturer användes som i exempel 2. Om skärmningskarakteristiken även skall vara tillräcklig i omedelbar närhet av munstycket så skall sprutningen företrädesvis äga rum med långsamt fart och/eller med ett pålagt eftertryck vid slutet av sprutför- farandet som hålles så lågt som möjligt. De sprutgjutna plattorna var 5 mm tjocka. Fibrernas medellängd L bestämdes genom utskärning av tunna skivor ur dessa plattor varefter hartsen upplöstes från dessa skivor och en analys företogs av återstående fibernät under mikroskop. Område B i fig. 4 motsvarar den sålunda bestämda fiberlängdfördelningen.

Skärmnings-och ledningsförmàgemätningæïm företogs på Ovan beskrivet sätt. Resultaten ges i sammandrag i följande tabell.

Reflexion Utstrålning Resistivitet (%) (%) (flcm) Cycolac 68 0 4 Exempel 4 Platta granuler med 20 400 parallella rostfria stål- N fibrer med en diameter av 8/um och en längd av 3 mm, som inbäddats i 8 viktsprocent akrylatharts K 70 (fràn firma Kontakt Chemie) tillfördes under noggrann omröring direkt till en 45%-ig lösning av termohärdande polyesterharts Derakene 411 i styren. Granulernas fibrer fördelades jämt och slumpvis i hartsen och den vanliga acceleratotrn till- fördes liksom en katalysator. Den relativt vätskelika massan göts till 30x30xO,3 cm plattor samt luftades. Formen var sluten ochroterade under kallhärdningsprocessen för förhind- rande av att metallfibrerna skulle sjunka till botten av götet. Den härtade plattan innehöll 0,5 volymprocent metall- fibrer. I fig. 4 motsvarar denna blandningskomposition punkt G. Uppmätt reflexion uppgick till 92 % vid en resis- tivitet av 0.43J\cm och en utstrålning av 0 %.

Liknande plattor (samma dimensioner) tillverkades med sammansättningar enligt nedan. Reflexion, utstrålning och resistivitet uppmättes. 452 280 ä 10 15 20 25 30 35 16 D L C R Resistivit, Utstràln, Punkt i fig. 4 l _ (mm) (mm) (2) (24) (ß-cm) (%) 0,000 3 0,25 70 1,44 o c 0,004 3 0,25 87 1,68 0 n § 0,004 3 0,50 84 3,11 0 E 0,004 3 0,12 70 15,1 0 F Ur dessa exempel och resultat erhölls gränser för fibrernas (c %) volymskoncentration som en funktion av fib- rernas D/L-förhållande . Den räta linjen 1 i fig. 4 mot- svarar C Z 1,4 D/L-^QJw082medan den räta linjen 2 repre- sneterar ekvationen CIÉ 3,34 D/L -0,00041.Enligt uppfin- ningen bestämmer omràdet mellan de båda räta linjerna l och 2 de optimala förhållandena för C, D och L för att ge till- räcklig skärmningseffektivitet hos plattor med mindre tjock- lek än 3 mm. För platt- eller skivlika artiklar med en tjock- lek mellan 3 och 6 mm utgör den räta linjen 3 i fig. 4 den nedre gränsen för erhållande av tillräcklig skärning. Denna räta linje motsvarar ekvationen Q¿D/L-070013_ Exempel 5 En i huvudsak rund, oskruvad bunt med ungefär 10 000 Bekinox rostfria stàltrådar AISI 3l6L med en ekviva- lent tråddiameter av 0,004 mm impregnerades och inneslöts med exempelvis en Dynapol L850 lösning såsom förklarades i exempel l för att bilda en sträng. Granuler med 0,5 cm längd kapades ur denna sträng och torrblandades i lagom pro- portion med Cyclac-KJB-pellets för att bilda granuler. Granu- lerna tillverkades åter genom dragning i en Samafor 45 drag- anordning (exempel l) och omfattande ungefär 0,5 volym- procent fibrer. Deras längd valdes till l cm. Efter att åter torrblanda dessa granuler med en lika stor viktsmängd Cycolac-KJB-pellets matades blandningen till den sprut- pressningsmaskin som användes i exempel l för att pressa en platta med 2,3 mm tjocklek. En jämn dispersion med ungefär 0,23 volymprocent fibrer förverkligades i plattan och fiberns medellängd uppskattades till ungefär 0,7 mm. Detta resultat indikeras av linje H i fig. 4. Den antistatiska egenskapen hos denna platta uppskattades genom gnidning av plattan 10 15 20 25 30 35 452 280 17 med en textildyna för generering av en elektrisk laddning på dess yta.

Plattan fördes därefter i närheten av en viss mängd fin cigarettaska som låg pá ett bord. Det förelåg ej någon speciell tendens till att askan skulle lyftas från 5 bordet och belägga plattans undersida. När samma antista- tiska dammtest upprepades med en ren Cycolac-DJB-harts- platta utan några metallfibrer attraherades emellertid askan omedelbart av plattan.

Exempel 6 Ungefär l0 000 Bekinox rostfria stàlfibrer i strimmel- form med en ekvivalent fiberdiameter av 0,0074 mm impregnera: des med och försågs med hölje av en Dynapol L850 harts så- som förklarades i samband med exemple l. Strängen hade ett metallfiberinnehåll av ungefär 25 volymprocent. Granulater med 0,6 resp. 0,3 cm längd tillkapades av denna sträng och torrtrummelblandas med plastpellets av typ Cycolac-KJB (grå) för erhållande av en sammansättning av 0,5 volymprocent me- tallfibrer och balanserande harts. Blandningen inmatades di- 3 rekt i magasinet till en sprutpressningsmaskin av typ Stubbe S150/235 (arbetstryck l30 kg/cmz, spruttryck 30 kg/cm2, eftertryck. 30 kg/cmz). Temperaturen i sprutkanalen var 205°C och spruttiden 4 sekunder för en sprutad platta 30x30 cm och med en tjocklek av 3 mm. Metallfibrerna fördelades i huvudsak jämnt i plasten. De elektriska egenskaperna fram- går av nedan given tabell (medelvärden).

Fiberlängd Reflexion Utstrålning Resisitivtet i granul (flmü (%) (%) Laem) 3 70 0 7 6 67 O ll Reflexionsvärdet vid ett metallfiberinnebåll av 0,5 % i plasten resulterar alltjämt i en skärmningseffektivitet av mer än 25 dB.

Enligt erfarenhet kan man förvänta sig en tillräcklig skärmningsförmåga (25 dB) med mindre rostfria stålfibrer uppvisande ungefär 0,0065 mm i diameter (D) och med en direktmatning på sprutpressmaskinen av en blandning innehàl~ lande granuler av ungefär 3-5 mm längd och ett metallfiber- ..-fi- i. 10 15 20 25 30 35 452 280 18 innehåll i granulerna uppgående till ungefär 65 volyms- procent, exempelvis vid ungefär 10 000 fibrer per granul.

Detta experiment bevisar sålunda att goda skärmningsresultat kan erhållas med en direktinmatning av granuler på sprut- pressningsstadiet och alltså undanröjes mellanstadiet med tillverkning av korn.

För att tillverka artiklar av termoplastskummaterial i formar kan man använda, såsom beskrivits ovan, en förut- bestämd blandning av rena plastpellets innehållande en lagom mängd jäsmedel. Det är även möjligt att blanda jäsmedlet i pulverform med rena plastpellets och med en lagom mängd sam- mansatta korn.

Exempelvis kan nämnda pellets fuktas så att pulvret, som fäster på dem, kan spridas tillräckligt jämt över dem.

Efteråt kan blandningen inmatas i sprutpressningsmaskinen på vanligt sätt.

För preparering av termoplastiska elastomerartiklar (exempelvis omfattande av elastomer polyester Hytrel) kan elastomera pellets blandade med en lämplig proportion av sammasatta korn eller granuler användas, vilka granuler preparerats på samma elastomera bas. Skjuvningskrafterna måste emllertid vara särskilt små under knådningsioch press- ningsprocesserna.

För arkpressning av preimpregnerade fiberark (pre- pregs) är det möjligt att dispergera de ledande fibrerna preliminärt i flytande harts i en lagom koncentration.

För att masspressa viskösa blandningar av hartser och fibrer kan de ledande fibrerna dispergeras i massan på liknande sätt.

Närmare bestämt är det möjligt att blanda de ledande fibrerna preliminärt med andra fibrer, exempelvis med för- stärkningsfibrer såsom glas-, kol-, polyaramidfibrer, och att fördela denna fiberblandning på samma sätt i hartsen.

För behandling i termoplasthartser är det möjligt att ersätta den förut beskrivna tråden av ledande fibrer inbäd- dade i plast med en tråd som omfattar en blandning av glas- fibrer och ledande fibrer i önskad proportion. Det är även 10 15 20 25 30 35 452 280 19 möjligt att impregnera glasfiberbuntar i ett läge sida mot sida med buntar av ledande fibrer för att bilda tråden. Slut- ligen kan det vara att föredra att blanda trådar som om- fattar förstärkningsfibrer och kapa dem till granuler med trådar som omfattar ledande fibrer och kapade i granuler i lagom viktsproportion samt att mata dem till sprutpressnings- maskinen medan man, om så önskas, tillför en lämplig kvanti- tet rena plastpellets (huvudråmaterial).

Ett fördelaktigt förfarande för att i plast distribu- era en mycket liten del av ledande fibrer, såsom metall- fibrer, utgörs av att man utgår från en strimmelblandning omfattande termoplastiska textilfibrer med relativt låg smältpunkt uppblandade med önskad del av sådana metallfibrer.

Strimmelblandningen impregneras därefter eller impregneras och överdras med exempelvis en polymer med relativt låg molekylvikt för erhållande av en tråd som efter stelning än en gång kapas till granuler. När granulerna tillförs plastpelletsen och blandningen värmebehandlas mjuknar,de;ter- moplastiska textilfibrerna i granulerna och försvinner i plastmatrisen. Steget med förinblandning av metallfibrer bland textilfibrerna medger en bättre separering av metall- fibrerna i platen och undanröjer varje uppträdande av metall- fiberklumar under värmeknådningsprocessen före sprutpress- ningen.

Vissa andra tillsatser i plasten kan ge fördelar även med avseende på skärmningsegenskaperna antingen genom att förbättra plastens elektriska ledningsförmåga på grund av dess lämpliga elektriska egenskaper eller genom underlättande av fördelningen av de ledande fibrerna under processen eller genom bàdadera. Vissa flamdämpande tillsatser som tillförts under blandningen av det råa plastmaterialet har förbättrat skärmningsegenskaperna i kombination med tillsättningen av rostfria stålfibrer i plast såsom beskrivits ovan.

Uppfinningen har speciellt beskrivits under hänvis- ning till dess applikation pà avskärmning av radio- och högfrekventa vågor. I fall med ett avsevärt p/D-fönhàl- lande för de tunna ledande fibrerna i plastmatrisen kan 452 280 l0 15 20 25 30^ 35 20 elektromagnetiska vågor inom radarfrekvensomràdet absorberas i stor utsträckning. Fibrernas volymkoncentration kan i detta fallwrara mycket liten eftersom någon god lednings- förmàga ej krävs för kamoflage mot radarvàgor. Här kommer ytresistiviteten för de med finfördelade ledande fibrer för- sedda plastplattorna att företrädesvis vara större än lO0JL/sq. men vanligen kommer det att vara ungefär 40-50 %. Förhål- Ett reflexionsvärde på 10 % är tillräckligt, landet mellan fiberkoncentrationen och D/L kommer i fler- talet fall att motsvara en punkt i området till vänster om den räta linjen 2 i fig. 4 vid koncentrationer som är lägre än 0,25 volymsprocent.

Rorstfria stálfibrer användes i exemplen. Andra elektriskt ledande fibrer är i princip likaledes använd- bara,exempelvis glasfibrer med metallbeläggning såvida fördelningsprocessen i plastmatrisen kan ske under tillräck- ligt små skjuvningskrafter för attxnotverka fibrernas ten- dens till att brytas. Möjligen är detäven nödvändigt att anpassa sprutpressningsförhàllandena: plasternas reologi under sprutpressning och spruthastigheten. Diametern på dragningskanalen kommer att bli minst två gånger tjock- leken på den platta som skall formas.

Förutom beskrivna polymerer i exemplen kan flera andra hartser komma till användning vid tillverkning av slutprodukten som inbegriper ledande fibrer. Dessa omfattar, men är dock ej begränsade till polykarbonater, polyacetater, polyarylater, polyvinylklorid, fluorpolymerer såsom polyvinylidenfluorid, polyolefiner, polyacetaler, poly- styren osv. Även om uppfinningen har beskrivits i samband med vad som för närvarande anses vara de mest praktiska och föredragna utföringsformerna, så skall det förstås att upp- finningen ej är begränsad till de angivna utföringsformerna utan tvärt om är avsedd att täcka olika modifikationer och ekvivalenta anordningar som inbegripes i den av patent- kraven definierade uppfinningsidén.

Claims (1)

1. 452 280 21 PATFNIKRAV _________

   1. Plastarlikel som ar elektriskt ledande i valfri rikt- ning, åtminstone inom vissa förutbestämda delar, och innefattar ett plastmaterial med elektriskt ledande fibrer, k ä n n e- t e c k n a d av att fibrerna uppvisar en specifik lednings- förmåga av åtminstone 0,5 % av kopparstandarden och att de är slumpvis men i huvudsak jamnt fördelade inom nämnda delar, vilka fibrer uppvisar en längd L och en ekvivalent diameter D som varierar mellan ungefär 0,002 och ungefär 0,015 mm, så at förhållandet D/t varierar från ungefär 0,000§ till ungefär 0,008 för huvuddelen av fibrerna samt av att fibrernas volym- koncentration (C %) inom nämnda delar varierar mellan ungefar 0,05 'Ji- ntli Lingefšii' Û,b 9.3.

   2. Artikel enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att den är utformad som en platta eller skiva.

   3. Artikel enligt patentkrav 2, k a n n e t e c k n a d av att när plattan eller skivans tjocklek understiger ungefär 3 mm uppfyller volymkoncentratinnen C för de ledande fibrerna i plattan eller skivan förhållandet C21,& D/L-0,ÜOÛ82 0Cn när plattans eller skivans tjocklek ligger mellan 3 och unge- fär 6 mm uppfyller volymkoncentrationen (C) förhållandet C 2 D/L-0,Ü0l}. Q. Artikel enligt patentkrnv 5. k ä n n e t e c k n a d av att C i }.3fi D/t-0,000ü1.

   5. Artikel enligt patentkrnv 1. k ä n n e t e c k n a d av att de ledande fibrerna har relativt släta ytor.

   6. All ikel eiiligt iiatetfl krav 1 ellivr S, k ä ti n ri t ti c k- n a d av att de ledande fihrnrnu ar av rnstfritt stål.

   7. Artikel enligt putentkrnv 1, k à n n e t e C k n n d av ntt plnuten utgörs av en termnhdrdande hnrts_ tl. Artikel enligt fiatenlkiwiv 1, k ä n n e t P c k n :i d :iv :ill iila-.itteri ar nn teruiiiplzist i:;k ttnrts.

   9. Artikel enligt pzitentkrzix ti, k ii n n n t e c k n a tl av att den ür tillverkad genom nprulpressning. lll. Artikel enligt nnti-iilkrzivi 7 eller Il, k ä n u e. t e e k- ii zi d :iv :itt den titgtiif: av skiimplzifzt. . ...- ...__-nn 10 20 SU 452 280 22

   11. Artikel enligt patnntkrav 7 eller 8, k ä n n e t c c k- n a d av att hartsen ären elastomcr.

   12. Artikel enligt pntcntkrav 10, k ä n n e t e C k n a d av att skumplasten är en elastomer.

   13. Artikel enligt patentkruv b, k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar även andra fibrer. 1&. Artikel enligt pntentkrav 12, de andra k ä n n e t e C k n u d av att åtminstone en del av fibrerna är förstärk- ningsfibrer.

   15. Artikel k ä n n e t e c k n a d enligt något av föregående patentkrav, av en skärmningseffektivitet mot elektromagnetisk strålning på minst ungefär 25 dB inom ett frekvensområde av ungefär 0,1 till ungefär 10 GHz.

   16. Plastgrandl uppvisande en genomsnittslängd av mellan 0,4 och 1,2 cm innefattande plastmaterial och elektriskt led- ande fibrer som är fördelade i plastmaterialet, k ä n n e- t e c k n a d av att innehållet av ledande fibrer är i medeltal större än slutknncentrationen av fibrer i artikeln och av att fibrerna i medeltal är längre i granulen än i ar- tikeln.

   17. Plastgranul enligt pntentkrav 16, k ä n n e t e c k n u d av att fibrernas volvmkoncentration ligger mellan ungefär 0,5 % och ungefär 2 %.

   18. Plastgranul enligt patentkrav 16 eller 17, k ä n n e- t e c k n a d av att den dessutom innefattar andra fibrer.

   19. lråd omfattande en bunt ledande fibrer inbäddade i plast, k ä n n e t e c k n a d av att fiberinnehållet är mellan 20 och 70 volymsproccnt samt av att fjbrernas medeldiameter är högst 0,015 mm.

   20. Tråd enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k n n d av att den har vn tillplattnd tvärsnitlsytn.

   21. lråd enligt untentkrnv 19 eller 20, k a n n U t e c k- n a d av :att filiurtitinttfn (iver sitt tvåirmiitt irineliåller meilan ungefär 1ÛUÜ och 55 ÜÜÜ varandra närliggande fibrer.

   22. Tråd enligt pntvntkrav 21, k Ä n n e l P C k n u d av att den plast vuri bunten ar inbäddad nmfaltur en tcrmu- plnstisk pnlymer med relativt låg mnlekylvikt, u: 10 20 50 452 280 23

   23. förfarande för att forma plastartiklar uppvisande åt- minstone förutbestämda ledande delar, k ä n n 0 t e c k n a t av stegen a) åstadkommande av en fiber/plastblandning med ett innehåll av ledande fibrer av ungefär 20 till ungefär 70 volymsprocent och vari fibrerna ligger i huvudsak parallella, bl inblandning av denna fiber/plastblandning i en förutbe- stämd volym plastmaterial och C) upphettning av denna blandning och bearbetning av den upp- hettade blandningen under bibehållande av små skjuvningsför- hållanden för undvikande av fiberbrott, men med tillräcklig skjuvning för erhållande av jämn distribution av fibrerna i plnfflriiattvrialirt . 2A. förfarande enligt patentkrav 25. k 5 n n e t e c k- n a t av att plastmaterialet enligt steg b) utgörs av plast- pellets.

   25. förfarande enligt patentkrav 23. k a n n e t e c k- n a t av ett ytterligare steg för formning av artikeln genom “ dragning av den bearbetade blandningen genom en matris.

   26. förfarande enligt patentkrav 23, k ä n n e t e c k- n a t av att det ytterligare steget för fnrmning av artikeln sker genom sprutpressning av den bearbetade blandningen.

   27. förfarande enligt patentkrav 25, k ä n n e t e c k- n a t av att volymen rent plastmaterial regleras så att en dragen tråd erhålles med ett ledande tiberinnehåll av mellan ungefär 0,5 och ungefär 2 volymsprocent.

   20. förfarande enligt patentkrav 27, k a n n e t e C k- n a t av ännu ett steg där den dragna tråden kapas till granuler med en längd av ungefär 0,b till nngetar 1,2 cm.

   29. förfarande enligt patentkrav 28. k u n n e t e C k- n u t av det vidare steget att inblandu granulerna med en tnrutbestämd mängd plastmaterial fnr att nlstra en blandning vari ungefär 0,05 till ungefär 0,5 vnlymsprnrent fibrer är i huvudsak Jamnt fördelade, vilken blandning formas till en plaatartikel vari D/I-förhållandet varierar från ungefär tl,tltltl'> till 0,000 för huvuddelen :iv filirvriin. 452 280 24

   30. Fórfarande enligt patentkrav 29, k ä n n e t e c k- n n t av att plasten i granulcrnn hur en mjukgnrings- Orh smältpunkt som icke övcrstigur vad som gäller Für det plast- material vari de inblandats. 5 31. förfarande enligt patentkrav 29, k ä n n c t n c k- n a t av att artikeln formas gcuom dragning genom en matris.

   32. förfarande enligt patcntkruv 29, k ä n n e t u c k- n n t av att artikeln formas genom sprutpressning.