专利名称：带有金属丝网的塑料金属复合材料的制作方法
带有金属丝网的塑料金属复合材料
本发明涉及塑料金属复合材料，尤其是透明塑料金属复合材料，它们基于带有由非常细的金属丝制备的金属丝网的热塑性聚合物，所述塑料金属复合材料尤其用来电磁屏蔽或为了具有高光学性能构件的机械增强。
在日常生活的许多领域中，采用 一 方面提供机械保护另 一方 面确保光学透明性的部件是很重要的。例子包括用于汽车或建筑物的防 弹或防碎玻璃，用于高保护要求的护目镜或自动取款机以及其中货物必 须可见以及同时必须防止盗窃和故意破坏的自动售货机。
因此透明玻璃板(例如安全玻璃板)带有粗的金属丝织物以 赋予它更大的断裂强度并防止它碎裂成很大锋利边缘的玻璃片在原则 上是已知的，目的是如果玻璃板破裂最小化损伤危险。这种安全玻璃板 的缺点是由于布线而导致干扰视野(Durchsicht)以及重的重量。
迄今可获得的别的解决方案由厚复合玻璃(具有夹在中间的 透明塑料膜的玻璃板的结果)组成，因此它们原则上很重，以及由于材 料的厚度光学畸变几乎不可避免。尽管这些明显的缺点，如果交通工具 倾向于用于危险领域，仍然将这些板应用于汽车构造中。
在这种应当提供了自由的以及尽可能清晰视野的安全玻璃 片中，发生事故时通过嵌入的膜把破碎的玻璃保持到一起。典型的应用 是汽车玻璃、火车窗玻璃以及银行中的安全玻璃。为了降低重量，有时 也使用塑料安全板，特别是在诸如安全盔甲尤其是警察和军人的防护板 的情况下，在达到适当安全作用时相对重，因此需要具有改进保护效果 的较轻防护板。通过使用本发明的最新进展应当使得它们更薄，同时具 有改善的保护效果，由此使得它们更轻和更安全。
然而，通常认为安全盔甲的机械稳定性仍旧不够，因此需要 寻找结合了机械稳定性、光学透明性和较低的重量的解决方案。
在电磁屏蔽或反射领域，由于塑料构件的低电导性，迄今不 能使用它们。用导电材料(例如用导电炭黑)掺杂的塑料具有太低的电 导率(低几个数量级)因而不能确保有效的电磁屏蔽。它们用来防止静 电放电。目前，电磁屏蔽或反射的目标是通过采用具有光学干扰性质的(换句话说它们仅仅部分透明或者完全不透明)金属栅、金属片或金属 漆取得的。在微波炉领域，当前大量采用其中嵌入了穿孔金属片的玻璃 或者在其上施加或烧结导电性浆料条带或别的图案的玻璃。
目前，电》兹辐射干涉(例如由于邻近的强交互电场)反应壽丈 感的电气设备的外壳不得不用金属制备或用电导漆涂覆，这导致在设 计、重量和价格以及可能的在环境保护方面的相应的缺陷。迄今同样不 能用塑料获得电磁辐射的反射(例如微波炉的视场)。也能带来技术优 势的(弯曲前窗以把辐射聚集到转盘上等)设计变化是不可能的或者仅 在困难情况下才能实现。
用来例如在微波范围传播和接收无线电和电^L的抛物线天 线(包括家用的)当前几乎仅采用已经弯曲或压成合适形状的金属片。 使用金属片本身带来光学缺陷安装的圆盘式卫星电视天线严重损坏它 们附于其上的建筑物的可视外观。通过所用的塑料使得可以把非常高的 透明性和突出的功能性(微波的反射)与高耐冲击性和良好的耐候性结 合起来。以这种方式应当能够降低抛物线反射器的视觉损害影响。
为了使塑料表面具有导电性(为了防止静电放电，这在防爆 领域是必须的)，迄今总是把电导性材料(例如电导性碳黑)加到塑料 中。以这种方式可以获得低电导性，这对消散电表面电荷是足够的。然 而，由于填充导电碳黑，所用的塑料通常是不透明的以及经常是黑色的。
因此本发明的目的是提供一种复合材料，尤其是用于反射体 或机械增强视窗或者用于光学透明部件的电磁屏蔽，它可以通过简单方 式制备并且把良好的机械性能与低重量和尤其是光学透明性结合起来。
通过带有视觉上几乎注意不到的由非常细的金属丝制备的 金属丝网的常规塑料材料，尤其是透明塑料膜、塑料膜塑体或膜层压体 达到了该目的。
本发明的主题是塑料金属复合材料，它基于带有由非常细的 金属丝制备的金属丝网的热塑性聚合物，该复合材料至少部分光学透 明。
金属丝网可以是由非常细的金属丝制备的编织物或针织物 或者是包含至少两层位置相互平行的非常细的金属丝的交叉网眼，这些 层在金属丝交叉的点彼此粘合、焊接或烧结到一起。
通过使用例如聚碳酸酯代替玻璃解决了重量问题。为了机械增强，采用了例如由金属或金属合金制备的细的、薄的织物。网眼宽度(Maschenweite )例如大约为100pm,以及金属丝厚度例如大约为20pm。 这获得了密网筛金属丝网，它几乎不能通过人眼辨别并且它仅仅减少了 通过的光，而没有使得金属丝的个体结构被视觉分辨出。
例如，可以通过用胶或漆料固定或者通过采用能够部分溶解 聚碳酸酯的溶剂软化下面的PC膜来把金属丝网施加到聚碳酸酯膜上。
塑料金属复合材料优选包含至少一层塑料膜。
在塑料金属复合材料的一个优选变体中，将金属丝网嵌入到 聚合物中或者将其粘合到聚合物表面，尤其是塑料膜上。
也可以通过在升高温度下层叠于例如两层PC膜之间来固定 金属丝网。在金属丝固定后，还可以对这样得到的膜以一定范围进行机 械变形(例如通过深冲)。
特别优选的塑料金属复合材料的特征在于塑料金属复合材 料具有带有至少两层塑料膜的多层结构，并且金属丝网嵌入(尤其是层叠)在两层塑料膜之间。
塑料金属复合材料的另一个变体特征在于通过一层或更多 层塑料膜来形成塑料金属复合材料，并且塑料金属复合材料整体上可深 沖(tiefziehbar)。
以这种方式获得的膜可以通过背面注塑过程进行进一 步的 处理，优选在背离塑料膜的一边。在合适的机器中，背面注塑过程甚至 可以在金属丝网没有直接附着到膜上的情况下实施。
可选的，还可以借助挤出工艺把片或型材与金属丝网层叠到 一起。
通过采用由金属或金属合金制备的细金属丝网并把它结合 到塑料(例如聚碳酸酯或别的，优选光学透明的塑料)中，可以机械增 强塑料。取决于网眼宽度和金属丝厚度，效果不同程度地清楚显现。
因此，在另一些优选实施方案中，塑料金属复合材料另外具 有至少一种由注塑塑料制备的部分。
塑料金属复合材料的另一个优选实施方案具有由透明和不 透明塑料制备的注塑部分。
作为用于塑料膜和/或注塑塑料的热塑性聚合物，优选使用 选自包含下列的系列的聚合物聚碳酸酯、聚丙烯酸酯，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃，尤其是聚 丙烯。
优选采用铁丝，尤其是钢丝，或者鵠丝作为针对非常细的金 属丝的材料。
非常细的金属丝优选具有至多100nm,再优选5-50pm，特 别优选10-30iim的直径。
金属丝网的网眼宽度优选为50 pm - 20 mm，特别优选80 pm -5 mm， 最特另ll优选80 pm-l mm。
通过上述选择获得了几乎不能通过人眼辨别的金属丝网，其 仅仅减少了通过的光，而没有使得金属丝的单个结构可视觉辨别。
优选金属丝网在结合到聚合物上之前被烧结。
至于金属丝网的结构形式，所有已知的结构形式都适用，尤 其是已知的编织类型，优选平紋组织、单平织(Tresse)、反平荷兰织 (Panzertresse)、斜紋织和荷兰斜紋织。
为了最小化金属丝网的有光泽金属表面上的光反射，要结合 的金属丝首先要经无光处理。这可以通过许多方法获得，例如通过在实 际结合进塑料或背面注塑过程之前的蚀刻过程，或通过在空气中热处理 金属丝网，这样在金属丝上形成了漫射的和无方向地散射入射光的金属 氧化物薄层。
特别合适的优选排列是金属丝网中金属丝的波形的，尤其是 规则波形的或方波形排列。采用特殊程序化的金属丝嵌入机器可以获得 这种排列。
发明的主题还在于本发明塑料金属复合材料作为车窗、安全 帽和防护物的机械增强安全窗或者作为机械增强的嵌片，尤其是用于防 护服的装备的用途。
通过使用例如由金属或金属合金组成的细电导性金属丝网， 并结合到塑料中，塑料金属复合材料也可以用来屏蔽或反射电磁辐射。 取决于网眼宽度，可以反射不同的波长。为了确保尽可能有效地反射电 磁辐射，网眼宽度应当与预期的波长处于同一数量级或在其之下。优选 使用由金属或金属合金，优选不锈钢或钨组成的细的、薄的织物作为电 磁辐射屏蔽。
本发明的另 一主题是本发明塑料金属复合材料作为光学透明的电磁屏蔽或作为电磁反射体，尤其是用于家庭用具，例如微波炉， 以及用于抛物线天线的用途。实施例实施例1
将具有20 pm的金属丝厚度和100 pm的网眼宽度的不锈钢 丝网(不锈钢类型1.4306 )插入两层375nm厚的聚碳酸酯膜(Makrofol 类型，Bayer MaterialScience AG制造)之间，在300 N/cm2的压力下在 185。C层压IO分钟。用聚碳酸酯背面注塑这样获得的膜复合物以制备2 mm厚的片。
与未改性的同样密度的PC片材相比，这种片显示出在耐击 穿性上的改善。 实施例2
将钨丝(具有20pm的直径)以互相垂直的两层平行排列在 375pm厚的聚碳酸酯膜(Makrofol )上。通过首先将小滴二氧戊环 (dioxalane )施加到各金属丝交叉点，把位于膜上的金属丝固定到膜上。 二氧戊环先部分溶解膜表面上的聚碳酸酯，然后又被蒸发，这样聚碳酸 酯的薄层保留在金属丝上，确保了与膜的充分稳定的结合。
UV固化聚氨酯基漆被用来把金属丝固定到膜上，同时用来 对金属丝提供机械保护。金属丝展现出对表面的良好粘附，这对把膜引 入背面注塑工件中以及用聚碳酸酯来背面注塑来说是足够的。以这种方 式将金属丝完全包封在聚碳酸酯中，工件在视野中几乎没有表现出背景 畸变。背面注塑也可以在没有先前的涂漆的情况下进行。
如上所述的，可以直接在被金属丝占据的面上或在背离金属 丝的面上对膜进行背面注塑，或者用各种油漆体系对膜进行处理。
在另一个试验中，金属丝并不是以直线方式设置在一层中， 而是以波浪形方式排列，因为这产生了另外的光学优势通过这种排列 金属丝很难被观察到并且几乎不能被人眼看到。在波浪形排列的情况 下，当透过其观察时，甚至由于使用细金属丝导致的非常轻微的千扰性 的光学影响也几乎完全消失。实施例3
测试了如实施例1中所述的带有金属丝网的两层膜的复合 体的性能并与不含金属丝的膜且带有更大网眼金属丝网的复合体进行了比较。把膜结合到波导段，并测定微波辐射的依赖于材料的阻尼。
在考虑中的频率范围中(频率2.2-2.7GHz的微波)，通过 膜的透射不依赖于频率(在测量精确性为+/-5%的范围)。
纯PC膜获得平均95%的透射。由在两层膜之间带有具有由鴒丝(20 pm)制备的粗网眼(网 眼宽度5mm )的金属丝网的两层膜组成的膜层压体展示出平均25%的透 射率。带有具有由鴒丝(20 pm)制备的细网眼(网眼宽度100 pm ) 的金属丝网的用聚碳酸酯(5 mm)背面注塑的膜展示出0% (+噪音) 的透射率。
实施例4在相应接近于商业卫星的发射频率的升高的微波频率下检 验了根据实施例1制备的和然后再背面注塑的样品以及根据实施例2制 备的和然后再背面注塑的两个样品的反射性能。当传感器和样品之间的 距离变化时，记录微波检测器的信号。 ^4寺4企测样品的信号曲线与在金属上和在对照样品 (Nullprobe )上的反射进行了比较。用吸收材料密封样品和对照样品的 后部以获得光学测量条件。所用频率是12.5 GHz和15 GHz。在15 GHz检测了所有样品的再现性。为了这个目的，比较了 IO个不同的，随机选择的测量位置。 在这个过程中，测量定位和樣i波的才及化方向是不同的。对于所有样品都发现了非常好的再现性。带有具有200 pm的网眼宽度和20 pm的金属丝厚度的嵌入 的金属丝织物的第 一个样品展示出在所用的波长范围可以与在金属片 上的反射直接比较的反射。根据上述的工艺同样检验了第二个和第三个样品(每一个都 根据实施例2制备并且具有1 mm的网眼宽度和19 pm的金属丝厚度)。 所用的金属丝由不锈钢片制得。两个样品都展示出非常好的反射性能， 这暗示了作为用于透明的圆盘式卫星电视天线的起始材料的适宜性。
权利要求
1. 塑料金属复合材料，其基于带有由非常细的金属丝组成的金属丝网的热塑性聚合物，其中该复合材料至少部分光学透明。
2. 权利要求1的塑料金属复合材料，其特征在于，塑料金属复合材 料包括至少一种塑料膜。
3. 权利要求1或2之一的塑料金属复合材料，其特征在于，将金属 丝网嵌入到聚合物中或者粘合到聚合物表面上，尤其是塑料膜上。
4. 权利要求l-3之一的塑料金属复合材料，其特征在于，所述塑 料金属复合材料具有多层结构并且金属丝网被包封在，尤其是层压在两 层塑料膜之间。
5. 权利要求1-4之一的塑料金属复合材料，其特征在于，所迷塑 料金属复合材料由 一种或多种塑料膜形成并且可以是可深沖的。
6. 权利要求1-5之一的塑料金属复合材料，其特征在于，所述塑料金属复合材料另外具有至少 一种由注塑塑料组成的部分。
7. 权利要求1-6之一的塑料金属复合材料，其特征在于，所迷塑料金属复合材料具有由透明的和不透明的塑料组成的注塑部分。
8. 权利要求1-7之一的塑料金属复合材料，其特征在于，作为用 于塑料膜和/或注塑塑料的热塑性聚合物，使用选自包含下列的系列的聚 合物聚碳酸酯、聚丙烯酸酯，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯；聚酯，尤其 是聚对苯二曱酸乙二醇酯；聚烯烃，尤其是聚丙烯。
9. 权利要求l-8之一的塑料金属复合材料，其特征在于，使用铁 丝、尤其是钢丝，或者钨丝，作为非常细的金属丝的材料。
10. 权利要求1-9之一的塑料金属复合材料，其特征在于，非常 细的金属丝的直径为至多100pm,优选5-50pm,特别优选10-30pm。
11. 权利要求1-IO之一的塑料金属复合材料，其特征在于，金属 丝网的网眼宽度为50 pm - 20 mm,优选80 pm - 5 mm,特别优选80 pm曙l mm。
12. 根据权利要求1-11之一的塑料金属复合材料作为光学透明 的电磁屏蔽或者作为电磁反射体，尤其是家庭用具和抛物线天线的用途。
13. 根据权利要求1-11之一的塑料金属复合材料作为机械增强 视窗，尤其是车窗、安全头盔和防护板的用途。
14.根据权利要求1-11之一的塑料金属复合材料作为机械增强 嵌片，尤其是用于防护服的用途。
全文摘要
本发明描述了塑料金属复合材料，尤其是透明的塑料金属复合材料，其基于带有超细金属丝制成的金属丝网的热塑性聚合物，该塑料金属复合材料尤其用于电磁屏蔽或用于机械增强视窗。
文档编号B32B15/08GK101287600SQ200680038133
公开日2008年10月15日 申请日期2006年10月4日 优先权日2005年10月15日
发明者C·法鲁曼德, G·特佐瓦拉斯, M·博尔 申请人:拜尔材料科学股份公司