Композиция для получения электропроводящего покрытия

 

Сущность изобретения: композиция для получения электропроводящего покрытия, включающая, мас. % : полистирол 8-10; порошок никеля карбонильного, модифицированного олеиновой кислотой, 46-48; диоксид кремния 0,5-1,0; смесь толуола с бензиловым спиртом в соотношении 6:1 - остальное. Композицию готовят путем механического смещения компонентов. Никель карбонильный предварительно модифицируют олеиновой кислотой на магнитной мешалке. Условная вязкость композиции 15-20 с. Наносят состав без дополнительной обработки на подложки из вторичного ударопрочного полистирола пневматическим распылением, кистью или окунанием и поливом. Сушку покрытия осуществляют при комнатной температуре в течение 15-30 мин. 2 табл.

Изобретение относится к химии и металлургии, в частности к созданию электропроводных покрытий, экранирующих электромагнитное излучение, и может быть использовано в радиотехнической, электротехнической и электронной промышленности.

Известен состав, содержащий в качестве пленкообразующего полистирол, токопроводящего наполнителя порошкообразный никель карбонильный, в качестве органического растворителя четыреххлористый углерод и метилметакрилат при следующем соотношении компонентов, мас. Полистирол 6,0-9,8 Метилметакрилат 16,9-28,9 Порошкообраз- ный карбониль- ный никель 25,4-35,4 Четыреххлорис- тый углерод 25,9-51,7 Покрытие из данного состава направлено на повышение качества защиты электронной техники от действия статического электричества (табл. пр.20).

Проведены исследования по установлению эффективности экранирующего действия известного состава от электромагнитного излучения с последующей гальванической металлизацией по электропроводящему покрытию.

Эффективность экранирования от действия электромагнитного излучения зависит главным образом от удельного объемного электрического сопротивления материала, чем оно меньше, тем эффективнее экранирование.

При использовании известного состава, содержащего мас. полистирол 9,8; порошок никеля карбонильного 35,4; метилметакрилат 28,9; четыреххлористый углерод 25,9, и нанесенного на подложки из вторичного полистирола толщиной 40 и 100-150 мкм, получены результаты, представленные в табл.2 (пр.21 и 22).

Как следует из приведенных данных, эффективность экранирования от действия электромагнитных волн на покрытии из известного состава, нанесенного на подложки из вторичного полистирола, недостаточна, так как она меньше 30 дБ, достаточными для обеспечения надежного и эффективного экранирования.

Как показали исследования, на электропроводном покрытии из известного состава толщиной как 40 км, так и 150 мкм, нанесенном на вторичный полистирол, трудно осуществить и качественную гальваническую металлизацию, так как из-за неравномерности покрытия на местах стыков образуются трещины и металл отслаивается.

Недостатками известной композиции является низкие эффективность и надежность экранирования от действия электромагнитного излучения на изделиях из вторичного полистирола.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности экранирования от электромагнитного излучения изделий из ударопрочного полистирола.

Для достижения поставленной цели предложена композиция, содержащая полистирол, порошок никеля карбонильного, модифицированного олеиновой кислотой в количестве 0,025-0,075 мас. от массы порошка, диоксида кремния и в качестве растворителя смесь толуола и бензилового спирта в соотношении 6:1 при следующем соотношении компонентов, мас. Полистирол 8-10 Порошок никеля карбонильного, модифицирован- ного олеиновой кислотой 46-48 Диоксид кремния 0,5-1,0 Смесь толуола
с бензиловым
спиртом в соотно- шении 6:1 Остальное
Отличительными признаками предложенной композиции является использование карбонильного никеля, модифицированного олеиновой кислотой, при определенном количестве модификатора, дополнительное введение диоксида кремния и использование растворителя новой природы.

В качестве модификатора выбрана непредельная органическая кислота олеиновая, так как она благодаря наличию двойной связи и растворимости в толуоле за счет адсорбционного взаимодействия с поверхностью частиц никеля карбонильного защищает последние от поверхностного окисления.

Другие жирные кислоты невозможно использовать с целью модификации никеля карбонильного, так как они не взаимодействуют с поверхностью металлических частиц.

Использование двух растворителей легколетучего и труднолетучего предусматривает более равномерное и медленное испарение растворителя, не увеличивая общий процесс сушки (15 мин) и обеспечивая качественное покрытие с высокой экранирующей способностью.

Присутствие диоксида кремния является необходимым для улучшения качества композиции благодаря ее структурирующим и тиксотропным качествам, вязкость композиции повышается, и она не очень быстро оседает в процессе нанесения и сушки.

При нанесении композиции на подложки из ударопрочного полистирола происходит набухание и подрастворение поверхностного слоя подложки и благодаря хорошей совместимости связующего и подложки за счет взаимного проникновения их поверхностей происходит равномерное растекание композиции по поверхности полистирола, образуя при этом качественное (без пор и включений) покрытие, обеспечивающее высокую электропроводность, прочное сцепление, надежное и эффективное экранирование и способность к гальванической металлизации по токопроводящему слою. Это особенно важно при использовании изделий из вторичного ударопрочного полистирола.

Для получения композиции используют промышленный порошок никеля карбонильного марки ПНК-УТЗ (ГОСТ 9722-79), порошок с размером частиц не ≥10 мкм модифицируют олеиновой кислотой обработкой на магнитной мешалке в течение 3-4 ч, присутствие олеиновой кислоты на частицах порошка определяют ИК-спектроскопией; полистирол ударопрочной марки УПМ-0508 (ТУ 6-05-1604-72); толуол, ГОСТ 5789-69, "чда"; бензиловый спирт, ГОСТ 8751-58, "чда"; диоксид кремния (аэросил А-380, ТУ 18-160-78).

В качестве подложки используют вторичный ударопрочный полистирол, который получают из отходов и вторичного сырья сначала дроблением, затем прессованием в заготовки и механической обработкой.

Композицию готовят путем механического смешения и тщательного перемешивания диоксида кремния и никеля карбонильного, предварительно модифицированного олеиновой кислотой, в растворе полимерного связующего в смеси органических растворителей определенного соотношения до образования суспензии и доведением ее до условной вязкости 15-20 с добавлением растворителей.

Композицию наносят без дополнительной обработки на подложки из вторичного ударопрочного полистирола пневматическим распылением или с помощью кисти, или окунанием, или поливом (в зависимости от профиля детали). Сушку осуществляют при комнатной температуре (20±2)^оС в течение 15-30 мин. После высыхания получают однородное, ровное, сплошное электропроводящее покрытие черного цвета, прочно прилегающее к поверхности вторичного полистирола, обладающее экранирующей способностью от электромагнитных помех.

Эффективность экранирования при определенной частоте определяется произведением коэффициента, равного 20 на десятичный логарифм отношения измеренной напряженности электрического поля без экрана к напряженности поля с экраном. Единицей эффективности экранирования (затухания экрана) является дБ. 40 дБ соответствуют уменьшению напряженности поля помех в 100 раз.

Гальваническую металлизацию, например нанесение сплава олово-висмут, по токопроводящему слою из композиции проводят из электролита следующего состава, г/л: сернокислое олово 45-60; серная кислота 100-130; смачиватель ОП-7 5-8 мездровой клеи 0,5-5; азотнокислый висмут 0,3-11,5; хлористый натрий 0,2-0,5.

Режим электроосаждения сплава: температура электролита 18-25^оС; плотность тока D_к=0,5 А/дм²; толщина покрытия 3-12 мкм.

Использование заявленной композиции позволяет сеткографией или другими методами формировать заданную технологию, в том числе для последующего гальванического наращивания.

Установлено, что заявляемый интервал содержания ингредиентов, входящих в состав композиции, выбран из условий, обеспечивающих надежное экранирование изделий из вторичного полистирола от электромагнитного излучения, которое достигается путем создания требуемой электропроводности покрытий и гальванической металлизацией по токопроводящему слою (табл. 1, пр.1-10).

При содержании модифицирующей добавки олеиновой кислоты на поверхности частиц никеля карбонильного выше заявляемого предела, например 0,085 мас. (табл. 1, пр.18), величина электрического сопротивления покрытий увеличивается, что сказывается на электропроводности покрытий и их экранирующей способности. Содержание олеиновой кислоты ниже заявляемого предела (0,01 мас.) (табл. 1, пр.17) не обеспечивает защиту порошка от возможного окисления, что влечет ухудшение электропроводности покрытий.

При содержании модифицированного карбонильного никеля ниже заявляемого предела, например 45 мас. (табл.1, пр.11), значение электрического сопротивления повышается, а экранирующие свойства ухудшаются. Использование никеля карбонильного выше заявляемого предела, например 49 мас. (пр.12) ухудшает качество композиции она плохо наносится, покрытие неравномерное, что также сказывается на электрофизических параметрах.

Применение полимерного связующего полистирола при запредельных значениях концентраций, например 7 и 11 мас. при сохранении заявляемых содержаний никеля карбонильного ухудшает реологические свойства композиции при ее нанесении, не обеспечивает требуемую электропроводность покрытий, а поэтому ослабляет экранирующий эффект (пр.13 и 14).

Равномерность и тиксотропность композиции достигается использованием добавки структурирующего компонента диоксида кремния. Запредельное повышение содержания диоксида кремния (пр.16) повышает значение условной вязкости композиции, что оказывается на технологии нанесения последней и на качестве покрытий ввиду появления трещин и рыхлости. Содержание диоксида кремния ниже заявляемого предела, например 0,4 мас. недостаточно для загущения до нужной условной вязкости (15-20 с) композиции, происходит ее расслаивание в процессе нанесения, ухудшаются экранирующие свойства покрытий (пр.15).

П р и м е р. Для приготовления 100 г композиции берут 48 г никеля карбонильного, модифицированного олеиновой кислотой (0,05 г), 0,5 г диоксида кремния и вводят в предварительно растворенный полистирол (8 г полистирола, 37,30 г толуола и 6,2 г бензилового спирта). Все ингредиенты тщательно перемешивают сначала агатовым пестиком, а затем на магнитной мешалке, после чего получают композицию при следующем содержании компонентов, мас. Полистирол 8 Никель карбонильный 48 Диоксид кремния 0,5
Толуол и бензиловый спирт 43,5
Условную вязкость композиции определяют по вискозиметру ВЗ-4, она составляет 10 с. Композицию наносят на корпус из вторичного полистирола распылением из краскораспылителя (давление распылителя 4 атм) без предварительной подготовки поверхности подложки. Сушат при комнатной температуре (20±2)^оС течение 15 мин, наносят два слоя, толщина покрытия 40 мкм, адгезия покрытия к корпусу из вторичного покрытия 3˙10^-3 Ом˙см, экранирование достигает 52,6-60,8 дБ при частоте 50-500 МГц (табл.1, пр.1).

Гальваническую металлизацию (нанесение сплава висмут олово) осуществляли по методике, описанной выше. Толщина покрытия 10 мкм. Адгезия покрытия из сплава к токопроводящему слою 1 балл.

Предлагаемая композиция позволяет получать покрытие, обеспечивающее высокую электропроводность ( ρ_v=3˙10^-3--5˙10^-3 Ом˙см) и надежное экраниро- вание изделий из вторичного ударопрочного полистирола (45-60 дБ при частоте 50-500 МГц). Кроме того, предлагаемая композиция обеспечивает локальную гальваническую металлизацию по токопроводящему слою.

Формула изобретения

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ, включающая полистирол, карбонильный никель и растворитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности экранирования от действия электромагнитного излучения, она содержит в качестве карбонильного никеля - порошок карбонильного никеля, модифицированный олеиновой кислотой в количестве 0,025 0,075% от массы порошка, в качестве растворителя смесь толуола и бензилового спирта в соотношении 6 1 и дополнительно содержит диоксид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.

Полистирол 8 10
Порошок карбонильного никеля, модифицированного олеиновой кислотой 46 48
Диоксид кремния 0,5 1,0
Смесь толуола с бензиловым спиртом в соотношении 6 1 Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4