Электропроводящий наполнитель

 

Изобретение относится к электропроводящему наполнителю для проводящего синтетического материала для использования в качестве экранирующего уплотнения. Наполнитель состоит из газонаполненных полых микротел с проводящей металлической оболочкой. Полые микротела выполнены упругими при сжатии и газоплотными. Электропроводящие наполнители для синтетических материалов согласно изобретению экономичны, легки в переработке, варьируемые по своим свойствам. 8 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электропроводящему наполнителю для проводящего синтетического материала, для использования в качестве экранирующего уплотнения.

Известны электропроводящие уплотнительные материалы на силиконовой основе с проводящим наполнителем для изготовления уплотнений корпусов с электромагнитным экранирующим действием на месте ("mold-in-place gaskets" = MIPG и "form-in-place gaskets" = FIPG).

До начала 90-х годов их использовали, в частности, для герметизации отдельных деталей экранирующих корпусов путем склеивания или для наклеивания предварительно изготовленных экранирующих уплотнений при сборке корпусов и соответственно устанавливали их свойства. В отношении соответствующих изделий следует сослаться на публикации: технический паспорт CS-723 "Conductive Caulking Systems" (1972) фирмы "Текнит", США, Technical Bulletin 46 "CHO-BOND 1038" (1987) фирмы "Комерикс" и заявка ФРГ 3936534.

Из заявки ФРГ 3934845 известно составное экранирующее уплотнение, которое состоит из эластичной основы и высокопроводящего покрывающего слоя и обеспечивает как предварительное изготовление деталей корпуса с уплотнением, так и повторное открывание корпуса после первого закрывания. С помощью этой конструкции должны быть, в особенности, устранены проблемы неоднородности, которые возникают из-за высокой удельной массы металлических частиц, обеспечивающих проводимость материала. Изготовление многокомпонентного уплотнения, однако, является сложным делом.

Поэтому в массовом производстве зарекомендовал себя описанный в европейском патенте 0629114 способ, при котором проводящий материал в пастообразном исходном состоянии таким образом посредством давления наносится из иглы или сопла непосредственно на деталь корпуса и эластично затвердевает там, прилипая к его поверхности, что образуется одновременно проводящий и эластичный экранирующий профиль. Его форму задают посредством подходящего выбора формы и размера сечения и скорости контактирования иглы или сопла, а также путем установления свойств материала, таких как вязкость, тиксотропия и скорость отверждения или сшивания.

В качестве наполнителей в известных высокопроводящих уплотнительных массах используют, в частности, массивные частицы благородных металлов, например серебра, покрытые благородным металлом частицы с неблагородным ядром, например покрытые серебром или платиной частицы меди или никеля, композиты из неблагородных металлов, например покрытые никелем частицы меди, или же покрытые благородным металлом частицы стекла или керамики. Также известные наполнители на углеродной основе по своей проводимости современным требованиям не отвечают.

Из-за все возрастающего массового использования и падения цен на электронные приборы, которые надежно функционируют только с высокоэффективным экранированием, изготовление экранирующих корпусов связано с высокими издержками, вынуждающими, помимо прочего, искать экономичные наполнители, которые легки в переработке и позволяют получать варьируемые по своим свойствам уплотнительные материалы.

Задача изобретения - создание улучшенного электропроводящего наполнителя для синтетических материалов и способа его изготовления.

Основная идея изобретения заключается в выполнении наполнителя из газонаполненных, имеющих упруго деформируемую металлическую оболочку, полых микротел небольшой плотности.

Стенка полых микротел выполнена, предпочтительно, двухслойной, состоящей из, в основном, газоплотной внутренней оболочки из полимера. Это придает нужную степень упругости, в частности упругой сжимаемости, наполнителям. В качестве альтернативы конструкции с полимерной внутренней оболочкой стенка может состоять также исключительно, в основном, из слоя металла.

Термо- или реактопласт с таким сыпучим наполнителем, особенно проводящая уплотнительная масса, или проводящий, заполняющий щели клей, или проводящая шпатлевочная масса, имеет при отвечающей всем требованиям объемной проводимости относительно небольшое содержание металла, низкую плотность, а также высокую упругость и силу упругой отдачи и прекрасно подходит, поэтому, для решения многих задач в области электромагнитных экранов и в других областях.

Полые микротела имеют, предпочтительно, диаметр в пределах 5-100 мкм, в частности 15-50 мкм, и в простейшем случае они заполнены воздухом, приблизительно, при нормальном или атмосферном давлении. Однако в зависимости от способа изготовления может присутствовать другой газ-заполнитель, например азот или диоксид углерода. Внутреннее давление в качестве существенным образом воздействующего на упругость параметра может быть также отличным от нормального давления, в частности умеренное избыточное давление.

Наиболее простыми в изготовлении являются, с современной точки зрения, полые тела приблизительно в форме полых шариков. Примешивание наполнителя в виде этих полых тел (после покрытия металлом) к материалу матрицы дает уплотнительный материал с изотропными механическими и электрическими свойствами.

Напротив, наполнитель, у которого по меньшей мере часть полых микротел имеет приблизительно эллипсоидную, цилиндрическую или призматическую форму (в том числе и брикетообразную или хлопьевидную форму), причем длина наибольшей главной оси эллипсоида составляет по меньшей мере 1,5-кратную величину следующей по величине главной оси, или высота цилиндра составляет по меньшей мере 1,5-кратную величину радиуса, или высота призмы составляет по меньшей мере 1,5-кратную величину длины наибольшей стороны ее основания, обеспечивает изготовление механически и электрически анизотропного уплотнительно-экранирующего материала. Особенно при выдавливании такого материала из иглы или сопла, или же при нанесении раклей, может за счет динамических эффектов ориентирования граничных поверхностей произойти ориентирование вытянутых полых микротел, а последующее упрочнение на подложке сохраняет это ориентирование.

Металлическая оболочка (металлический слой) охватывает предпочтительно всю поверхность полых микротел. Она обеспечивает, таким образом, их газоплотность и делает их в значительной степени несжимаемыми, существенно не ухудшая формоупругость. Оболочка имеет среднюю толщину, в пределах 0,1-5,0 мкм, которая согласована с размерами полых микротел так, что эффективная плотность покрытых полых микротел соответствует порядку плотности полимерной матрицы, в которой должен применяться проводящий наполнитель, и лежит в пределах 0,3-3,0 г/см³. Выбор величины полых микротел и выбор средней толщины оболочки, согласованные между собой, таким образом, для реализации нужной средней плотности осуществляют, в целом, с приоритетной целью достижения заданного уровня объемной проводимости. При этом следует обратить внимание на то, что в остальном на проводимость наполнителя в матрице существенное влияние оказывает также структура покрытия (см. ниже).

Особенно большая экономия материальных затрат возможна у выполнения, у которого металлическая оболочка состоит из по меньшей мере двух слоев, причем только внешний слой является слоем благородного металла.

Поверхность металлического покрытия является предпочтительно шероховатой или пористой до сильно структурированных покрытий с кристаллитообразными, или дендритными, или звездообразными, в значительной степени радиально ориентированными, продолжениями из материала покрытия, которые гарантируют прочное соединение с матрицей в уплотнительной массе и - посредством надлежащего взаимного сцепления соседних друг с другом в матрице полых тел - высокую объемную проводимость даже при относительно низкой степени наполнения.

Выполнение подобной выраженной поверхностной структуры удается предпочтительным образом покрытием в вакууме, например напылением в вакууме или распылением.

Проводящее покрытие получают экономичным образом, предпочтительно бестоковым и/или электролитическим методом металлизации из жидкой фазы или методом гальванизации. Получение проводящего покрытия включает, в частности, первый этап образования на полых микротелах из полимера первого металлизированного слоя посредством бестоковой металлизации и второй этап образования второго металлизированного слоя посредством электролитической металлизации.

В качестве альтернативы покрытию в металлизирующей ванне проводящее покрытие получают посредством газофазной металлизации, в частности напыления в вакууме или реактивного распыления.

Прежде всего, для варианта с жидкой фазой, предпочтительно, до и/или после получения проводящего покрытия осуществляют по меньшей мере один этап протравливания или травления поверхности полых микротел с тем, чтобы придать ей шероховатость или пористость. Такая обработка перед металлизацией улучшает адгезию слоя металла или достаточную адгезию определенных термопластов.

Предпочтительные усовершенствования изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения и более подробно поясняются ниже в рамках описания предпочтительных вариантов изобретения.

Наполнитель может состоять из полимерных полых шариков (например, из ПВДХ = поливинилиденхлорида, ПТФЭ = политетрафторэтилена, акрилнитрила или полипропилена) средним диаметром около 20 мкм с сильно структурированным кристаллообразно серебряным покрытием средней толщины (определяемой по массе или плотности) между 300 нм и 1 мкм, которое осаждали из газовой фазы на полые шарики, размещенные в специальном прободержателе для сыпучих материалов. Выраженную поверхностную структуру получают путем подходящей настройки параметров способа, например высокочастотного напряжения, температуры прободержателя, состава материала и транспортного газа и скоростей их течения при применении метода распыления, без необходимости для этого особой предварительной или окончательной обработки.

Кроме того, можно путем протравливания исходных полых шариков в травильной ванне с хромовой смесью или гидроксидом щелочного металла получить первичную структуру на поверхности полимера, на которую затем предпочтительно накладывается возникающая за счет подходящего управления процессом на этапе нанесения покрытия вторичная структура слоя серебра. Так по отношению к среднему диаметру частиц достигаются большие расстояния от вершины к вершине. Подобный наполнитель придает уплотнительному материалу на основе синтетической смолы даже при относительно небольшой концентрации достаточно высокую проводимость и обладает к тому же особенно низкой склонностью к седиментации.

Наполнитель может состоять из термопластичных полых тел приблизительно в форме прямоугольного параллелепипеда (например, из одного из вышеназванных полимеров или полиимида) с длиной "граней" в пределах 10-40 мкм и металлизацией из слоя никеля и вышележащего пористого слоя серебра общей толщиной около 2 мкм. Нанесение слоя никеля осуществляют бестоковым путем после травления исходных полых тел в ванне с хромовой смесью, очистки в очищающей ванне и активирования благородного металла в содержащей палладий активирующей ванне, тогда как последующее осаждение слоя серебра осуществляют электролитическим путем. Засыпка из полых тел размещена при этом в погружном барабане с соответственно мелкоячеистой стенкой.

Полые тела также могут состоять исключительно из никелевой или никелево-серебряной металлической оболочки с толщиной стенки 4-5 мкм, образованной за счет нанесения слоя металла на частицы полимера подходящего диаметра и последующего удаления полимерного ядра пиролизом.

Изобретение не ограничено в своей реализации вышеописанными примерами. Напротив, возможно множество вариантов, использующих представленное решение в рамках настоящей формулы изобретения также в выполнениях иного рода.

Формула изобретения

1. Электропроводящий наполнитель для проводящего синтетического материала для использования в качестве экранирующего уплотнения, состоящий из газонаполненных полых микротел с проводящей металлической оболочкой, отличающийся тем, что полые микротела выполнены упругосжимаемыми и газоплотными.

2. Наполнитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что полые микротела имеют внутреннюю оболочку из полимера.

3. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что полые микротела имеют диаметр в пределах 5-100 мкм, в частности 15-50 мкм.

4. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере часть полых микротел имеет приблизительно форму полых шариков.

5. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере часть полых микротел имеет приблизительно эллипсоидную, цилиндрическую или призматическую форму, причем длина наибольшей главной оси эллипсоида составляет по меньшей мере 1,5-кратную величину следующей по величине главной оси или высота цилиндра составляет по меньшей мере 1,5-кратную величину радиуса, или высота призмы составляет по меньшей мере 1,5-кратную величину длины наибольшей стороны ее основания.

6. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что металлическая оболочка покрывает всю поверхность полых микротел и охватывает ее, в частности, газоплотно.

7. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что металлическая оболочка состоит из по меньшей мере двух слоев.

8. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что металлическая оболочка имеет шероховатую поверхность, в частности, с ориентированной, в основном радиально-кристаллитной структурой.

9. Наполнитель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что металлическая оболочка имеет среднюю толщину в пределах 0,1-5 мкм, причем средняя толщина согласована с размерами полых микротел так, что эффективная плотность полых микротел лежит в пределах 0,3-3,0 г/см³.