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Versuche mit der Laborstreichmaschine und Charakterisierung der Muster anhand von

Feldversuche Für die Feldversuche wurden anstatt eines Wohnraums die alternative Variante in Form einer Abschirmkammer mit den Abmessungen (lybyh= 3,20 my3,20 my3,0 m) und einer Messfläche von 4 m² ausgewählt. Hier bestand die Mög-lichkeit, mit Papier beschichtete Wandelemente von 2m x 2m anzubringen. Sol-che Abschirmkammern haben gegenüber Freifeldmessungen den Vorteil, dass Störeinflüsse aus der Umgebung, wie z. B. Rundfunksender) vermieden wer-den. Ebenso spielt der Einfluss von Fenster- und Türanordnungen keine Rolle.

Trotzdem ist die Nachbildung realer Verhältnisse gegeben.

Die Abschirmkammer wird zurzeit auch vom Bundesamt für die Sicherheit der Informationstechnik (BSI) zur Bewertung von Baustoffen genutzt.

Mit dieser Anordnung reduzierte sich die notwendige Menge an BHF-Pulver er-heblich. Damit war es möglich, an der Forschungsstelle 2 die „geringere erfor-derliche“ Menge am BHF-Pulver P13b (2,5 kg) im Labormaßstab herzustellen.

Herstellung der Beschichtungs-masse mit P11

Um die erforderlichen Mengen an Papier mit der kleintechnischen Streichanlage herstellen zu können, waren somit auch größere Mengen an Beschichtungs-massen erforderlich. Mit der Laborrührwerkskugelmühle konnte pro Ansatz eine Streichmasse aus BHF-Pulver und kationischer Stärke von maximal 300 ml her-gestellt werden. Um die Menge in Kilogramm-Chargen herstellen zu können,

Technikums-Rührwerkskugelmühlen der Firma Netzsch Feinmahltechnik GmbH, Selb verwendet.

Um auch bei den Feldversuchen das an der Forschungsstelle 2 entwickelte BHF-Pulver P13b mit einem Referenzpulver vergleichen zu können, wurden zusätzlich das auf dem Markt erhältliche Carbonyleisenpulver (P11) als Refe-renzmuster verwendet.

Unter Einsatz der Rührwerkskugelmühle LMZ 10 der Fa. Netzsch Feinmahl-technik GmbH wurden im ersten Schritt 7 kg des Pulvers P11 mit der kationi-schen Stärke dispergiert.

Die hergestellte Slurry aus dem Pulver P11 und der kationischen Stärke (15 Teile, 9,0 % Feststoffgehalt) hatte einen pH-Wert von 8,8 und einen Feststoff-gehalt von 25,6 %. Anschließend wurde in diese Slurry ein Styrol-Acrylat-Binder (Tg=5°C) mit 10 Teilen zugegeben. Die fertige Streichmasse hatte am Ende ei-nen pH-Wert von 8,8 und eiei-nen Feststoffgehalt von 26,8.

Herstellung der Beschichtungs-masse mit P13b

Wie bereits erwähnt, standen „nur“ 2,5 kg des BHF-Pulver P13b zur Verfügung, weshalb die Dispergierversuche in der Fa. Netzsch Feinmahltechnik GmbH bei dieser Menge an einer nächst kleineren Rührwerkskugelmühle mit der Be-zeichnung Labstar LS1-LMZ stattfanden.

Die hergestellte Slurry aus dem Pulver P13b und der kationischen Stärke (15 Teile, 10,8 % Feststoffgehalt) hatte einen pH-Wert von 8,4 und einen Feststoff-gehalt von 28,3 %. Anschließend wurde in diese Slurry ein Styrol-Acrylat-Binder (Tg=5°C) mit 10 Teilen zugegeben. Die fertige Streichmasse hatte am Ende ei-nen pH-Wert von 8,4 und eiei-nen Feststoffgehalt von 30,4.

Streichversuche mit P11-Streich-masse

An der kleintechnischen Streichmaschine wurde mittels Blade-Auftragswerk das Tapeten-Rohpapier Nr.2 gestrichen. Die erforderlichen Papierrollen mit einer Breite von 30 cm und einem Rollendurchmesser von 50 cm wurden von einem Tapetenhersteller in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt.

Es wurde ein Strichauftragsgewicht von 32,5 ± 3,1 g/m² und eine Strichschicht-dicke von 21,1 ± 6,7 µm erreicht.

Um die Wandelemente (2m x 2m) der bereits genannten Abschirmkammer für die elektromagnetischen Schirmdämpfungsmessungen (Feldversuche) mit bis zu 10 Lagen belegen zu können, wurden mehrere hundert Meter der Papier-bahn gestrichen.

Streichversuche mit P13b-Streich-masse

Analog zur Vorgehensweise der Streichversuche mit der P11-Streichmasse wurde unter Verwendung der P13b-Streichmasse das Tapeten-Rohpapier Nr.2 – ebenfalls an der kleintechnischen Streichmaschine – gestrichen.

Bei diesem Streichversuch wurde ein Strichauftragsgewicht von 24,2 ± 1,8 g/m² und eine Strichschichtdicke von 17,2 ± 4,5 µm erreicht.

Auch hier wurde die Papierbahn - für die Realisierung der Feldversuche an der Abschirmkammer - in ausreichender Länge gestrichen.

Abschirmtests an der

Abschirm-kammer Die Messmethode ist analog dem Abschirmtest an den kleineren Papiermus-tern, die Probenpräparation erfolgte allerdings durch stoßüberlappendes Auf-kleben (10 Lagen) der zuvor auf 2,50 m zugeschnittenen Papierbahnen mit handelsüblichen Tapetenkleber auf der an den Metallrahmen der Abschirm-kammer befestigten, zuvor mit Tapetenwechselgrund behandelten und von hin-ten mit trockenen Kanthölzern stabilisierhin-ten Gipskartonwand.

Die Trocknung der präparierten Messfläche wurde mit Dämpfungsmessungen kontrolliert. Erst als sich keine nennenswerten Änderungen der Schirmdämp-fung ergaben, wurden die eigentlichen Messkurven aufgenommen. Die Trock-nung dauerte in der Regel mindestens 14 Tage.

Zeitnahe Referenzmessungen nach dem trockenen Entfernen der Musterbah-nen gewährleistete, die Einflüsse von eventuellen äußeren Fremdfeldern, der Gipskartonwand und des Tapetenrohpapiers sowie des gesamten Messaufbaus zu berücksichtigen.

Die verwendeten Antennen und der Netzwerkanalysator erlaubte eine Ermitt-lung der Schirmdämpfungen im Frequenzbereich 1 bis 7 GHz.

Die Ergebnisse der Schirmdämpfungsmessungen an den Papiermustern 3c und 5d mit diesem Messaufbau sind in Abb. 15 und Abb. 16 dargestellt.

Ergebnisse und Fazit

Abb. 15: Schirmdämpfung in Abhängigkeit der Frequenz von Papier 3c, 10-lagig stoßüberlappend auf das Messfenster geklebt, bei horizontaler Wellenausbreitung

Abb. 16: Schirmdämpfung in Abhängigkeit der Frequenz von Papier 5d, 10-lagig stoßüberlappend auf das Messfenster geklebt, bei horizontaler und vertikaler Wel-lenausbreitung

Es wird ersichtlich (s. auch Anhang 1, Fehler! Verweisquelle konnte nicht ge-funden werden.), dass

• beide Papiermuster selektiv signifikante Schirmdämpfungen von > 1 dB auf-weisen:

+ Papier 3c: 2,5 dB bei 1,8 GHz und 3,6 dB bei 6,5 GHz, + Papier 5d: 4,8 d bei 1,8 GHz 11,4 dB bei 6,5 GHz,

• die Schirmdämpfungswerte des Papiers 5d mit dem entwickelten Ti-dotierten BHF-Pulver P13b deutlich höher liegen, obwohl das Strichauf-tragsgewicht der 10 Lagen nur 172 g/m2 bei 172 µm Gesamtschichtdicke gegenüber 325 g/m2 bei 210 µm bei Papier 3c beträgt,

• es eine Abhängigkeit von der Wellenausbreitungsrichtung gibt.

Leider war die Bewertung der vertikalen Wellenausbreitungsrichtung bei Pa-pier 3c nicht mehr möglich, da die Messfläche der Abschirmkammer zuerst mit diesem Muster präpariert worden war und für die Bewertung von Muster 5d entfernt werden musste.

Der Einfluss der Wellenausbreitungsrichtung auf die Schirmdämpfung entsteht vermutlich durch die Probenpräparation und die örtlichen Messbedingungen.

Die magnetische Anisotropie der Pulver kann solche Effekte nicht hervorrufen, da durch die Dispergierung ein magnetisch isotroper Slurry entsteht. Aller-dings ist durch den Blade-Auftrag eine Texturierung wieder möglich. Dabei spielt aber neben der Höhe der Scherkräfte vor allem das Verhältnis Schicht-dicke/ Partikelgröße eine entscheidende Rolle.

Die Effekte im Frequenzbereich 5 bis 7 GHz machen Anwendungen im C- und X- Band (Satellitenkommunikation, Radar) möglich.

Auf Basis dieser Ergebnisse wird empfohlen zukünftig

• den Frequenzbereich nach oben zu erweitern,

• den Einfluss der Wellenausbreitungsrichtung/Texturierung der Materialien systematisch zu untersuchen.

Als unabdingbar erscheint es auch,

• die Ti-Dotierung von Bariumhexaferriten weiter zu optimieren und

• Auftragstechniken, die höhere Auftragsgewichte zulassen, in die FuE-Arbeiten einzubeziehen.

Die elektromagnetische Absorption ist ein Volumeneffekt !

Dirk Fiedler Dr. Bernd Halbedel

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Papiertechnische Stiftung PTS TU Ilmenau, Institut für Werkstofftechnik Fachbereich Glas- und Keramiktechnologie Pirnaer Straße 37 Gustav-Kirchhoff-Straße 6

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