Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. – TITK


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Geförderte Projekte: 42


Entwicklung schichtenförmig strukturierter Polymer- Carbon-Nanotube-Hybrid-Gehäusematerialien mit verbesserter Schirmdämpfung und wärmeleitfähiger Funktion durch den Einsatz der Zweikomponenten- spritzgusstechnik


Gemesse Reflexions- (oben) und Schirmdämpfung (unten) einer A/B- und A/B-Schichtenfolge aus ABS-Stahlfaser/ABS-MWNT, wobei die unterstrichene Schicht zuerst von der elektromagnetischen Welle durchstrahlt wird
Gemesse Reflexions- (oben) und Schirmdämpfung (unten) einer A/B- und A/B-Schichtenfolge aus ABS-Stahlfaser/ABS-MWNT, wobei die unterstrichene Schicht zuerst von der elektromagnetischen Welle durchstrahlt wird

Projektidee

Mehrwandige Carbon-Nanotube (MWNT)-haltige Polymersysteme sollten in Kombination mit leitfähigen und absorbierenden Komponenten mittels Zweikomponentenspritzguss zu schirmdämpfenden AB-Schichtverbun-den und unter Verwendung des Sandwichspritzgusses zu dreischichtigen ABA- und BAB-Verbunden verarbei-tet werden, die darüber hinaus auch eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Wünschenswert sind Gehäusematerialien für empfindliche elektronische Baugruppen, die z. B. Mikrowellen an der Gehäuseaußenseite reflektieren und im Inneren mikrowellenabsorbierende Eigenschaften aufweisen, weil die elektromagnetischen Wellen selbst bei einem metallischen Werkstoff durch Lüftungsöffnungen und Kabel-durchbrüche in das Gehäuse gelangen. Es muss demnach das Absorptionsvermögen der Kunststoffmaterialien im Gehäuseinneren erhöht und dabei auch ein hinreichend hohes Niveau der Schirmdämpfung des ge-samten Gehäuses realisiert werden.

Kundennutzen

Im vorliegenden FuE-Projekt wurden Schichten mit zum Teil konträren Materialeigenschaften wie elektrisch leitfähig und isolierend oder schirmdämpfend und absorbierend/magnetisch in den Gehäusen kombiniert.
Die durch die Gehäusewand transmittierte elektromagnetische Welle wird bei einer A/B- Anordnung der Schichten im Inneren besser durch die absorbierende ABS-MWNT-Schicht im oberen Bild als durch die elektrisch leitfähige und reflektierende ABS-SF-Schicht gedämpft. Bei der Kombination von zwei hoch leitfähigen und schirmdämpfenden Schichten wird aber weder in der A/B - noch in der A/B -Anordnung ein Anstieg der Reflexionsdämpfung sichtbar. Die Messungen am zweischichtigen Gehäuse im Absorberraum im unteren Bild zeigen, dass in den beiden Einstrahlrichtungen noch ein mittleres Niveau der Schirmdämpfung vorliegt.

Spezielle schichtenförmige Hybridzusammensetzungen mit einer MWNT-Komponente erreichen bei den Wärmeleitfähigkeitsmessungen senkrecht durch die Verbundplatten λ-Werte von >1 W/mK, weshalb die Gehäusematerialien auch für die Entwärmung der Elektronik einsetzbar sind.
Vorteile der untersuchten 2- und 3-schichtigen Gehäuse sind die Reduzierung der Additivgehalte teurer Füllstoffe und die Implementierung unterschiedlichster Materialeigenschaften in den Schichten, was entweder durch Einbringen einer ungefüllten Schichtlage oder auch durch die Kombination der hochpreisigen Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer kostengünstigen Eisenverbindung in einer oder in zwei Schichten der Verbunde erreicht wird.

Ausblick

EMI/RFI-dämpfenden Komposite und thermische Interface-Materialien, die z. B. als Laminate und schichtförmige Strukturen eingesetzt bzw. auf Polymerbasis hergestellt werden, zeichnen sich allgemein durch einen hohen und insbesondere auch einen wachsenden Marktanteil aus.
Entsprechend der Resultate des FuE-Vorhabens können mittels Spritzguss in mehrschichtige Polymerverbunde nun auch MWNT-haltige Einzelschichten mit speziellen schirmdämpfenden, absorbierenden und wärmeleitenden Eigenschaften integriert werden, so dass multifunktionelle Gehäusematerialien mit hohem Neuerungs-grad verfügbar sind.

Die Ergebnisse zu den mikrowellenabsorbierenden und wärmeleitfähigen Eigenschaften der Mehrschichtverbunde sind in weiteren FuE-Vorhaben des TITK für die Entwicklung magnetisch gefüllter Polymere und auch für die Herstellung verbesserter wärmeleitfähiger Kunststoffmaterialien von Interesse.

Stand: 10.05.2013
Projektdaten aktualisiert: 05.12.2012

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