專利名稱：塑料材料及導(dǎo)電塑料制品的制作方法
發(fā)明描述本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1之上位概念的塑料材料以及由該材料制成的導(dǎo)電塑料制品、特別是密封和屏蔽型材(profile)。
用于制造具有電磁屏蔽作用的外殼密封件或墊片(現(xiàn)場(chǎng)模壓成形的墊片=MIPG或現(xiàn)場(chǎng)成形的墊片=FIPG)的硅橡膠基導(dǎo)電性密封材料已為人所熟知，其中該密封材料含有導(dǎo)電性填料。
直至九十年代初，這些材料就特別用于粘合封接屏蔽外殼的各部件或在外殼組裝中用于粘接預(yù)制的屏蔽密封件或墊片，而且其性能還可作相應(yīng)調(diào)整。關(guān)于相應(yīng)的產(chǎn)品可參考Tecknit公司(USA)的數(shù)據(jù)表CS-723“導(dǎo)電性填縫料系統(tǒng)”(1972)、Comerics公司(USA)的技術(shù)公告46“CHO-BOND 1038(1987)”、以及DE-A-39 36 534。
DE-A-39 34 845公開了一種多部件的屏蔽密封件或墊片，其包含彈性載體和高度導(dǎo)電的覆蓋層，并允許在組裝前制造具有密封件或墊片的外殼部件，以及在外殼首次關(guān)閉后將其重新打開。這種結(jié)構(gòu)是特別設(shè)計(jì)的，用于防止承擔(dān)材料導(dǎo)電作用的高密度金屬顆料造成的不均勻問題。不管怎樣多部件密封件或墊片的生產(chǎn)總是昂貴的。
因此，EP-B-0 629 114中所描述的方法在大規(guī)模生產(chǎn)方面已深入人心，其中將處于最初粘稠狀態(tài)的導(dǎo)電材料在壓力的作用下通過針頭或噴嘴直接涂于殼體部分上并在此處固化成彈性體，粘附在其表面上，這樣就使得屏蔽型材同時(shí)具有了導(dǎo)電性和彈性(省略了成形步驟)。通過選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤詈统叽缫约搬橆^或噴嘴的通過速度可預(yù)先確定屏蔽型材的形狀，同時(shí)，也可通過材料性能如粘度、觸變性和固化或交聯(lián)速率進(jìn)行調(diào)整。
在已知的高導(dǎo)電性密封材料中，所采用的填料主要是大量貴金屬顆粒，如銀；具有一便宜核的貴金屬涂膜的顆粒，如銀或鉑涂膜的銅或鎳顆粒；和賤金屬復(fù)合物，如鎳涂膜的銅顆粒；或貴金屬涂膜的玻璃或陶瓷顆粒。已知的以碳為基料的填料的導(dǎo)電性能不能滿足當(dāng)今的要求。
隨著僅在高效屏蔽時(shí)方能可靠工作的電子設(shè)備的大規(guī)模使用的不斷增加和價(jià)格的不斷下降，屏蔽外殼的生產(chǎn)承受著巨大的成本壓力，迫使人們開發(fā)廉價(jià)的密封材料，該材料應(yīng)易于生產(chǎn)，可調(diào)整其性能并賦予屏蔽型材可靠的屏蔽效能。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改良的塑料材料和導(dǎo)電塑料制品。
采用具有權(quán)利要求1所述特征的塑料材料和具有權(quán)利要求15所述特征的導(dǎo)電塑料制品可以達(dá)到該目的。
本發(fā)明包括了對(duì)制造導(dǎo)電塑料制品的起始材料的原理性描述，該材料為一個(gè)合成樹脂基材，其中含有提供彈性形變性能的微小中空體，使得低密度下可提供高度的彈性。具體而言，該材料包含導(dǎo)電填料；但在另一實(shí)施方案中，已制成的熱塑性或熱固性塑料制品的導(dǎo)電性可由一種至少部分覆蓋的導(dǎo)電性膜提供或增強(qiáng)。
微小中空體的壁優(yōu)選包含塑料并且基本為氣密性的，使填料體具有所需的高彈性，尤其是彈性壓縮性能。此外，中空體可基本由金屬制成，在這一情況下由于氣體填充以及金屬壁的特性也可以獲得一定程度的彈性。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，至少一部分金屬填料為涂于微小中空體上的金屬殼或膜，使得整個(gè)材料(基材加填料)的導(dǎo)電性至少有相當(dāng)大的部分是由于中空體導(dǎo)電性壁的接觸而產(chǎn)生的。
如果金屬填料基本上全部為微小中空體表面殼的形式，該結(jié)構(gòu)要求中空體的充填量相對(duì)較高，使得通過壁間接觸在密封件或墊片截面上獲得足夠大的電流密度。從這一角度考慮，充填量越高則導(dǎo)電性涂層表面越平滑。
但是，如果金屬涂層具有一粗糙表面，特別是具有基本上徑向的微晶生長(zhǎng)方向時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)在于有可能采用中等的充填量，而且還可在基材和填料體間建立起特別穩(wěn)定的連接。
如果對(duì)本發(fā)明的描述作另一推廣，金屬填料可按通常方法以金屬粉的形式分散于整個(gè)基材中，此時(shí)微小中空體(此時(shí)不具有導(dǎo)電性，構(gòu)成絕緣區(qū)域)的充填量也不應(yīng)太高。
微小中空體的直徑優(yōu)選在5μm至100μm之間，特別優(yōu)選為15μm至50μm。
在一技術(shù)上簡(jiǎn)單易行、用于制造電學(xué)和力學(xué)各向同性塑料的本發(fā)明方法的變體中，至少一部分微小中空體為中空球形。如果至少一部分微小中空體為近橢球形、圓柱形或棱柱形(也包括塊狀或片狀)，則可以實(shí)現(xiàn)材料的具體性能，如觸變性以及電學(xué)和力學(xué)的各向異性，其中橢球形的最長(zhǎng)主軸的長(zhǎng)度至少是其次長(zhǎng)主軸的1．5倍，圓柱形的高度至少是其半徑的1．5倍，棱柱形的高度至少是其底面最大邊的1．5倍。具體而言，當(dāng)這些材料從一針頭或噴頭中釋放，或者通過刮刀或刮板施用時(shí)，由于動(dòng)態(tài)界面的取向作用，可以發(fā)生長(zhǎng)形微小中空體整齊排列的現(xiàn)象，隨后的基材固化則使這一種取向作用得以保持。
微小中空體的內(nèi)部也可用中間壁進(jìn)行分隔或由多個(gè)單獨(dú)空腔組成。
金屬殼體優(yōu)選包圍微小中空體的整個(gè)表面，并因而長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證了氣密性以及具有高回彈力的彈性壓縮性能的穩(wěn)定。其平均厚度在0．1μm至5μm之間，這一尺寸是與微小中空體的尺寸相匹配的，使得已涂膜的微小中空體的有效密度不明顯大于塑料基材的密度。
按照上述方式，固體金屬粉末充填的塑料的兩個(gè)主要缺點(diǎn)--沉降趨勢(shì)高和壓縮形變有限，可被十分有效地克服，并能獲得優(yōu)良的貯存性能，而且易于機(jī)械加工。
因此，相應(yīng)的塑料制品，更具體而言為屏蔽型材，其合成樹脂基材中具有理想的、近乎均勻分布的微小中空體，同時(shí)還具有均勻的高彈性及形狀穩(wěn)定性，其中通過在屏蔽外殼部分的表面涂這種密封材料，構(gòu)成自我支撐的屏蔽型材。
微小中空體的金屬殼表面優(yōu)選為粗糙或多孔的，直至微晶狀的、基本為徑向擴(kuò)張的致密涂層，這確保了與基材間的緊密接觸，同時(shí)由于基材中相鄰中空體有序地互鎖，使得即使在相對(duì)較低的充填度下也能維持高的單位體積導(dǎo)電率。
特別地，金屬殼含至少兩層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案可以大大節(jié)省原料成本，其中僅外層為貴金屬層。
采用現(xiàn)今已知的非電極(“非電”)或電方法或真空方法，特別是采用蒸汽沉積或?yàn)R射法在微小中空體上制造具有上述優(yōu)選特征的導(dǎo)電殼。
為構(gòu)成具有一定彈性且相對(duì)較軟的屏蔽型材，優(yōu)選使用含大于3wt％的硅氧烷的硅橡膠作基材，其中硅氧烷為非交聯(lián)的或輕微交聯(lián)的。
添加非交聯(lián)的長(zhǎng)鏈硅氧烷使得基材在可交聯(lián)硅橡膠成份固化(由于空氣中的水、熱和輻射)后構(gòu)成具有一定彈性的寬網(wǎng)格交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其彈性大小可通過調(diào)整混合物中成分之比例預(yù)先確定。為構(gòu)成具有特定用途所要求的高塑性、但同時(shí)又具有由于添加可彈性形變的中空球所賦予的足量彈性的密封件，非交聯(lián)成份的比例可增至為可交聯(lián)成份的數(shù)倍。
此外可任選添加有機(jī)溶劑，一方面用于優(yōu)化材料的加工性能，另一方面可對(duì)最終型材的性能有益。它造成所謂的基材“漂浮”，從而特別有助于組分的混合并改善了潤(rùn)濕效果。采用5至20wt％的苯和/或甲苯可獲得好的結(jié)果。
以固態(tài)未負(fù)載的U形密封件的大小計(jì)，相應(yīng)的屏蔽型材可輕易達(dá)30％以上的變形率，特別是可高于50％。
也可采用二元環(huán)氧樹脂或聚氨酯混合物或其它交聯(lián)或熱塑性材料構(gòu)成基材。
外殼寬度反向上的縫隙與縱向上的明顯不同，也可被可靠地屏蔽密封，這是由于上述材料工藝以及可能的結(jié)構(gòu)工藝-特別是賦予型材適當(dāng)彈性或可壓縮截面形狀的緣故。這樣就使得在外殼制造中可采用廉價(jià)的較大的公差配合。
在所附權(quán)利要求中指征了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，并參考附圖在以下優(yōu)選實(shí)施方案描述中更詳細(xì)地進(jìn)行描述，在圖中

圖1為第一實(shí)施方案屏蔽型材的截面圖，圖2為另一實(shí)施方案屏蔽型材的截面圖，圖3為又一實(shí)施方案屏蔽型材的截面圖。
對(duì)于本發(fā)明第一實(shí)施方案，下表列出的混合物1是一種熱固性一元體系，用于制造作為基材的導(dǎo)電性材料。該材料在固化后具有彈性但相對(duì)較軟，適于制造中等公差配合的可再關(guān)閉的EMI外殼邊緣上的屏蔽型材。
從圖1中可見，屏蔽密封件或墊片3的基材5的制造材料充填有平均直徑約20μm的PVDC(聚氯乙烯)中空球7，其中屏蔽密封件或墊片3處于外殼部分1之上，而中空球7具有致密晶體結(jié)構(gòu)的銀涂層7a，其平均厚度約1μm，以體積比計(jì)充填率為1∶1?；旌衔?比例(wt％)組分ⅠGE公司的硅橡膠“TSE3220” 32．4Ⅱ具有端甲基或羥基的聚二甲基硅氧烷 10．7(動(dòng)態(tài)粘度20-500mPa·S)Ⅲ硅橡膠樹脂溶液GE“PSA529” 19．5Ⅳ甲苯 16．3Ⅴ苯 21．1對(duì)于第二個(gè)實(shí)施方案，混合物2是一種導(dǎo)電塑料，其基材為室溫下固化的二元體系。由該材料構(gòu)成的屏蔽型材具有高度的變形性，顯示可觀的塑性，并特別適用于密封公差配合大的EMI-屏蔽外殼間的縫隙。混合物2成份Ⅰ/A硅橡膠GE“SLE5300A”53．3Ⅰ/B硅橡膠GE“SLE5300B”5．3Ⅱ具有端甲基的聚二甲基硅氧烷 20．7(粘度約50mPa·S)Ⅲ甲苯20．7如圖2所示，外殼部分1上的屏蔽密封件13的基材15充填有近立方形的ACN(丙烯腈)中空體17，中空體17的涂層包括鎳層17a以及在鎳層17a之上的多孔銀層17b，總厚度約為2μm，以體積比計(jì)基材與填料體之比為1∶2，由于填料體的各向異性使得整個(gè)混合物在力學(xué)及電學(xué)性能上為各向異性。
對(duì)于第三個(gè)實(shí)施方案，混合物3為一種與第一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的熱固性一元體系，其中導(dǎo)電成份以粉末形式包含于基材中，該粉末為具有相對(duì)較大表面積的微晶狀、星形或片狀顆粒或這些形狀顆粒的混合物。混合物3 比例(wt％)組分ⅠGE公司的硅橡膠“TSE3220” 13．6Ⅱ具有端甲基或羥基的聚二甲基硅氧烷 4．5(動(dòng)態(tài)粘度20-500mPa·S)Ⅲ硅橡膠樹脂溶液GE“PSA529”8．2Ⅳ甲苯 6．8Ⅴ苯8．9Ⅵ銀粉 58．0圖3顯示在含有銀顆粒25a的基材25中充填有球形和橢球形熱塑性中空體27，基材25用于制造外殼部分21上的屏蔽密封件23，為降低型材的平均密度并改善彈性，特別是所謂的“彈性形變”，以體積比計(jì)基材25與填料體的比例為2∶1。采用此種充填度時(shí)，銀顆粒在整個(gè)體積中有足夠的密度分布，因此(顆粒間相互緊密連接)確保提供連續(xù)的電路。
在第四實(shí)施方案中，中空體基本由鎳或鎳/銀金屬殼組成，壁厚在4至5μm之間，該中空體是如下制備在適當(dāng)粒徑塑料顆粒上涂金屬層，然后熱解，將塑料內(nèi)核除去。
利用塑料制造屏蔽型材優(yōu)選采用如EP-B-0 629 114中描述的己知方法進(jìn)行，但依其物理-化學(xué)性質(zhì)，也可通過槍涂、噴涂、或壓涂等方法涂在要屏蔽的外殼部分上。
本發(fā)明并不僅局限于上述優(yōu)選實(shí)施方案。相反可設(shè)想出多種利用所附權(quán)利要求所述原理設(shè)計(jì)的本發(fā)明變體，甚至包括不同種類的變體。
特別地，依據(jù)具體應(yīng)用上的要求，對(duì)于完全以微小中空體上涂膜的形式將金屬引入至材料中和完全以粉末形式同時(shí)輔以非導(dǎo)電微小中空體將金屬引入至材料中這兩種情況，可按不同混合比聯(lián)合使用。為降低金屬的使用量，除銀以外還可能采用金、鉑或鉑合金作為金屬填料。
在所制造的塑料制品表面添加導(dǎo)電性、特別是純金屬涂膜時(shí)，可進(jìn)一步優(yōu)化制品性能。
除硅橡膠以外，可能作為基材的材料有聚氨酯、環(huán)氧樹脂、MDK或其它以單組分或多組分混合物形式按本發(fā)明相應(yīng)方式制造和加工的處于實(shí)驗(yàn)階段的塑料。
由本發(fā)明材料制成的導(dǎo)電塑料制品不僅可作為“現(xiàn)場(chǎng)成型”或“現(xiàn)場(chǎng)模壓成型”的屏蔽密封件或墊片，也可用于預(yù)制密封件或墊片或電機(jī)工程和電子學(xué)的其它用途中。
權(quán)利要求
1.一種用于制造導(dǎo)電塑料制品、特別是現(xiàn)場(chǎng)制造在屏蔽外殼部分(1，11，21)之上的屏蔽型材(3，13，23)的塑料材料，其具有液態(tài)或粘稠狀、可交聯(lián)或高粘性合成樹脂基材(5，15，25)，該塑料材料的特征在于在合成樹脂基材中分散有氣體充填的、具有壓縮彈性、特別是可壓縮性的微小中空體(7，17，27)。
2.如權(quán)利要求1所述的塑料材料，其特征在于含有高導(dǎo)電性金屬填料(7a，17a，17b，25a)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的塑料材料，其特征在于微小中空體(7，17，27)的平均密度不明顯大于合成樹脂基材(5，15，25)的密度。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于微小中空體(7，17，27)的壁含有塑料并且基本為氣密性的。
5.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于至少部分金屬填料(7a，17a，17b)的形式為微小中空體(7，17)上的金屬殼。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于微小中空體(7，17，27)的直徑在5μm至100μm之間，特別為15μm至50μm之間。
7.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于至少部分微小中空體(7，27)為近中空球形。
8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于至少部分微小中空體(17，27)采取各向異性的形式，特別是近橢球形、圓柱形或棱柱形，其中橢球形的長(zhǎng)主軸至少是其次長(zhǎng)主軸的1．5倍，或者圓柱形的高度至少是其半徑的1．5倍，或者棱柱形的高度至少是其底面最大邊的1．5倍，由此使塑料材料具有各向異性的力學(xué)和/或電學(xué)或觸變性質(zhì)。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的塑料材料，其特征在于金屬殼(7a，17a，17b)基本覆蓋微小中空體(7，17)的整個(gè)表面。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的塑料材料，其特征在于微小中空體上的金屬殼包含至少兩個(gè)層(17a，17b)。
11.如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的塑料材料，其特征在于微小中空體上的金屬殼(7a，17b)具有粗糙表面，特別是具有基本為徑向取向的微晶結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的塑料材料，其特征在于金屬殼(7a，17a，17b)的平均厚度在0．1μm至5μm之間，其中該平均厚度是與微小中空體的尺寸相匹配的，使得微小中空體的有效密度不明顯大于塑料基材的密度。
13.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于以硅橡膠為基料的合成樹脂基材(5，15，25)含有大于3wt％的硅氧烷，該硅氧烷為非交聯(lián)的或輕微交聯(lián)的。
14.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的塑料材料，其特征在于合成樹脂基材的起始原料中含有大于3wt％的有機(jī)溶劑。
15.一種包含如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的塑料材料的導(dǎo)電塑料制品，特別是在屏蔽外殼部分的表面(1，11，21)上涂有這種塑料材料構(gòu)成自我支撐關(guān)系的屏蔽型材(3，13，23)，其特征在于微小中空體(7，17，27)在合成樹脂基材(5，15，25)中均勻分布，造成均勻的彈性、特別是彈性壓縮性。
16.如權(quán)利要求15所述的塑料制品，其特征在于以固態(tài)未負(fù)載的U形密封件的大小計(jì)，其可逆變形率達(dá)30％以上，特別是50％以上。
17.如權(quán)利要求15或16所述的塑料制品，其特征在于含有至少部分導(dǎo)電涂層，特別是與非導(dǎo)電性填料聯(lián)合使用。
18.如權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的塑料制品，其特征在于由于充填有各向異性并按一優(yōu)勢(shì)方向取向的微小中空體，使其具有各向異性的力學(xué)和/或電學(xué)性質(zhì)。
全文摘要
一種用于制造導(dǎo)電塑料制品,特別是現(xiàn)場(chǎng)制造在屏蔽外殼部分(1)之上的屏蔽型材(3),其具有液態(tài)或粘稠狀、可交聯(lián)或高粘性合成樹脂基材(5)的塑料材料,以及在合成樹脂基材中分散的氣體充填的、具有壓縮彈性、特別是可壓縮性的微小中空體(7)。
文檔編號(hào)C08K3/00GK1283214SQ98812783
公開日2001年2月7日 申請(qǐng)日期1998年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月3日
發(fā)明者赫爾穆特·卡爾, 伯恩德·蒂布爾齊烏斯, 卡爾·吉爾尼克 申請(qǐng)人:赫爾穆特·卡爾, 伯恩德·蒂布爾齊烏斯, 卡爾·吉爾尼克