專利名稱：在塑料模制件表面敷設(shè)導(dǎo)體帶的方法及得到的模制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，其中借助于有選擇性的磨蝕加工工藝在塑料表面上敷設(shè)導(dǎo)電的導(dǎo)體帶。
背景技術(shù)：
集成有導(dǎo)電層或?qū)w帶的、由塑料制成的模制件例如在電氣和電子工業(yè)中是已知的。
目前經(jīng)常使用復(fù)雜的線纜束來向負(fù)擔(dān)著電氣機(jī)組的元件供電，這些元件例如應(yīng)用在機(jī)動車輛領(lǐng)域或家用電器中。
此外還可以通過熱沖壓方法將導(dǎo)體帶敷設(shè)到塑料表面上。在這種方法中，使用加熱過的沖壓版將例如由銅、金或鎳構(gòu)成的、厚度通常為18至150微米的金屬薄膜印制到塑料基底上。
另外一組方法中，使用了可以金屬化的塑料，在多步驟的方法中這樣來設(shè)置這些塑料通過局部的金屬化得到導(dǎo)體帶。
目前已知的由集成有導(dǎo)體帶的塑料制造模制件的方法成本非常高，而且需要復(fù)雜的設(shè)備來實現(xiàn)，因此希望找到替代的方案。
眾所周知，通過添加導(dǎo)電微?？梢允顾芰暇哂袑?dǎo)電性。通過填充劑的種類及其大小、形狀、分布和數(shù)量可以影響這種導(dǎo)電性的程度。
還已知塑料的導(dǎo)電性與所使用的微粒的數(shù)量有關(guān)，這種相關(guān)性的曲線形狀為所謂的“滲濾曲線(percolation curve)”。因此，在填充劑含量很低的情況下塑料表現(xiàn)為電絕緣體。填充劑到達(dá)一定的量之后，導(dǎo)電性急劇增加，因為在模制件內(nèi)形成了導(dǎo)電材料的連接橋。
同樣，生產(chǎn)帶有起泡的內(nèi)芯和密致外皮的發(fā)泡塑料也是已知的。這種類型的發(fā)泡塑料被稱為整體泡沫材料或結(jié)構(gòu)泡沫材料(參照Rmpp，Lexikon Chemie，Stichwort“Schaumkunststoffe”[Rmpp，化學(xué)百科全書，關(guān)鍵詞“發(fā)泡塑料”]，第3952頁，G.Thieme出版社，斯圖加特，紐約，1997年)。這類發(fā)泡塑料的特征是結(jié)構(gòu)中的屬性(如密度)分布非常不一致(參照J(rèn).L.Throne in Journal of CellularPlastics，July/August 1972，第208至210頁，以及Encyclopedia ofPolymer Science and Engineering，第15卷，“Structural Foams”，第771至773頁，John Wiley & Sons，1985)。
發(fā)明內(nèi)容
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明提供了一種可以在塑料表面上敷設(shè)導(dǎo)電的導(dǎo)體帶的方法，它可以通過簡單的方式非常廉價地實現(xiàn)。
本發(fā)明是基于這樣的發(fā)現(xiàn)具有電絕緣內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料的導(dǎo)電表面能夠以可控制的方式加以改變，使得在這些區(qū)域內(nèi)生成表面不導(dǎo)電的部分，從而可以形成導(dǎo)體帶。
本發(fā)明涉及一種在塑料模制件的表面上敷設(shè)導(dǎo)體帶的方法，包括以下步驟a)提供具有至少一個塑料表面的模制件作為初始材料，其中該模制件由具有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料構(gòu)成，還包含有導(dǎo)電微粒，導(dǎo)電微粒的數(shù)量使得內(nèi)芯電絕緣，而使外皮導(dǎo)電，并且b)借助于有選擇性的磨蝕加工工藝，磨蝕掉塑料表面上那些不希望敷設(shè)導(dǎo)體帶的部分，使得在塑料表面上處理過的區(qū)域內(nèi)形成不導(dǎo)電部分的預(yù)定圖樣，從而在表面上未經(jīng)處理的區(qū)域內(nèi)生成導(dǎo)體帶。
對于本發(fā)明所述的方法，可以使用任意有選擇性的磨蝕加工工藝，例如機(jī)械、化學(xué)或熱處理工藝，利用這些方法可以去除模制件表面的預(yù)定部位，以使位于其下面的不導(dǎo)電的泡沫材料暴露出來。有選擇性的磨蝕加工工藝?yán)鐬闄C(jī)械磨蝕工藝，如銑削、刨削、沖壓或噴射工藝，如噴水工藝或噴沙工藝，機(jī)電磨蝕加工工藝，如電火花腐蝕，或者特別地通過由表面所吸收的電磁射線對表面進(jìn)行處理。
電磁射線例如為X射線，或者最好是紅外線、可見光或紫外線。
特別具有優(yōu)點的是采用激光射線，因為激光可以具有很高的能量密度。所用的激光器例如為激發(fā)物激光器、YAG激光器或CO2激光器。
在本說明書的范圍內(nèi)“電絕緣”是指單位體積電阻大于106歐姆*厘米，和/或單位表面電阻大于107歐姆。
在本說明書的范圍內(nèi)“導(dǎo)電”是指單位體積電阻小于106歐姆*厘米，和/或單位表面電阻小于107歐姆。
根據(jù)本發(fā)明所使用的結(jié)構(gòu)泡沫材料具有密致外皮和多孔的內(nèi)芯，這兩者都包含有導(dǎo)電微粒。這里這樣來選擇導(dǎo)電微粒的數(shù)量，使得內(nèi)芯是電絕緣的，而外皮是導(dǎo)電的。在塑料的基礎(chǔ)上，在內(nèi)芯和外皮中包含的導(dǎo)電微粒的數(shù)量通常沒有差別，或者沒有很大的差別。模制件的這兩個部分的導(dǎo)電性差異主要是由內(nèi)芯的多孔構(gòu)造和外皮的密致構(gòu)造而導(dǎo)致的。密致外皮的典型厚度為50至1000微米，最好為100至400微米，多孔內(nèi)芯的厚度為200至10000微米，最好為1000至4000微米。
根據(jù)本發(fā)明所使用的帶有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料可以以任意的方式來制造。例如，可以利用化學(xué)起泡工藝來制造，即通過一種發(fā)泡劑的分解釋放出氣體，釋放出的氣體使塑料產(chǎn)生泡沫，或者利用物理起泡方法，即在高壓下將一種惰性氣體作為發(fā)泡劑注入到已經(jīng)熔化的、將要起泡的塑料中。
結(jié)構(gòu)泡沫材料最好通過泡沫壓鑄方法來制造。
根據(jù)本發(fā)明的多孔內(nèi)芯所使用的結(jié)構(gòu)泡沫材料可以具有任意的類型、大小和孔的數(shù)目。例如這種泡沫材料可以具有開放孔(＝彼此互連的孔)或閉合孔(＝在孔之間沒有彼此互連)。當(dāng)然，泡沫材料還可以具有混合類型的孔，即泡沫材料帶有開放和閉合的孔。
在根據(jù)本發(fā)明的外皮中所使用的結(jié)構(gòu)泡沫材料至少在孔的數(shù)目上明顯比多孔內(nèi)芯少。這里孔的數(shù)目不能超過一個特定的數(shù)量級，以使得外皮在所考慮的應(yīng)用中具有足夠高的導(dǎo)電性。
根據(jù)本發(fā)明所使用的結(jié)構(gòu)泡沫材料中孔的大小在0.1至500微米之間的范圍內(nèi)變化。
在根據(jù)本發(fā)明的多孔內(nèi)芯中所使用的結(jié)構(gòu)泡沫材料中，每cm3的孔的數(shù)目在105至1012之間的范圍內(nèi)變化。這只是典型的值，個別情況下的取值可以比上述值更低或更高。
根據(jù)本發(fā)明的多孔內(nèi)芯中所使用的結(jié)構(gòu)泡沫材料的典型內(nèi)表面積(根據(jù)B.E.T.方法測量得到)在0.1至400m2/g的范圍內(nèi)變化。
最好采用多孔內(nèi)芯為微孔泡沫的結(jié)構(gòu)泡沫材料。其中泡沫材料的孔的大小在1至20微米的范圍內(nèi)變化，最好為1至10微米。特別地，最好采用閉合孔的微孔泡沫，具有無孔或幾乎無孔的邊緣區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明所使用的導(dǎo)電微?？梢詮娜我獾牟牧现羞x出。例如金屬或金屬合金、碳黑、石墨和/或?qū)щ娝芰?。最好使用具有良好?dǎo)電性的金屬。
所使用的微粒可以具有不同的形狀和材料組合。舉例來說，所使用的材料具有粉末或纖維的形狀，并且這里的微?？梢杂脤?dǎo)電材料來涂層。
優(yōu)選使用的微粒例如為導(dǎo)電碳黑、石墨粉末、用金屬涂層的石墨粉末、例如用鎳涂層的石墨粉末、碳纖維、金屬纖維、例如不銹鋼纖維、用金屬涂層的碳纖維、以及金屬粉末。
選擇適當(dāng)?shù)奈⒘ｎ愋秃蛿?shù)量不僅在導(dǎo)電性方面、而且在其他屬性方面也可產(chǎn)生有利的效果，如收縮性能(各向同性或各向異性)、強(qiáng)度、斷裂延展性、彈性系數(shù)、磁特性、以及對電磁輻射的屏蔽性。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在塑料表面上生成外形完全不同的導(dǎo)體帶圖樣。表面的絕緣部分在有選擇性地磨蝕過的區(qū)域處形成，而導(dǎo)體帶在沒有磨蝕過的區(qū)域處形成。
本發(fā)明還涉及按照上述方法獲得的模制件。
模制件具有至少一個塑料表面，其中該模制件由具有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料構(gòu)成，還包含有導(dǎo)電微粒，導(dǎo)電微粒的數(shù)量使得內(nèi)芯電絕緣而外皮導(dǎo)電，其中外皮的預(yù)定部位具有導(dǎo)體帶圖樣的形狀，塑料表面的外皮的其他部位以這樣的方式被磨蝕使得在這些部位處形成塑料表面不導(dǎo)電部分的預(yù)定圖樣。
舉例來說，承載著導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的模制件可以是應(yīng)用在電氣和電子工業(yè)中的元件，或者也可以是在特定區(qū)域內(nèi)具有導(dǎo)電單元的、或大或小的任何其他塑料元件。
根據(jù)本發(fā)明加工出的模制件也可以是與其他材料相連接的連接體的組成部分，和/或可以包括在表面上的組件。
由于導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或承載導(dǎo)體的組件被敷設(shè)到塑料模制件的表面上，通過本發(fā)明所述的方法，可以在許多元件中省去復(fù)雜的線纜束以及與插頭連接器之間的連接。同樣，用本方法也可以節(jié)省對導(dǎo)體帶進(jìn)行熱沖壓或者通過金屬化生成導(dǎo)體帶而產(chǎn)生的高額成本，包括高額的設(shè)備開銷。
要敷設(shè)導(dǎo)體帶的模制件可以由任何塑料來制造。
原理上，任何可以起泡的塑料都可以用于本發(fā)明所述的方法。
如果表面處理過程是通過電磁輻射來進(jìn)行的，則已經(jīng)起泡的塑料必須能夠足夠吸收用于構(gòu)造表面而施加的電磁射線。這可以通過加入添加劑來實現(xiàn)。
這里的塑料例如為聚苯乙烯和苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯，如液晶聚酯(LCP)、或者聚丁烯對苯二甲酸鹽(PBT)、或者聚縮醛均聚合物或聚縮醛共聚合物(POM)、聚苯硫化物、聚烯烴、聚氨酯、聚異氰脲酸酯、聚碳化二亞胺、聚甲基丙酸烯胺、聚酰胺、丙烯氰-丁二烯-苯乙烯塊狀共聚物(ABS)、酚醛樹脂、以及脲醛樹脂。
最好采用液晶聚酯、聚丁烯對苯二甲酸鹽、聚縮醛均聚合物或聚縮醛共聚合物，或者采用聚苯硫化物。
這些塑料也可以包含常規(guī)的輔助劑、添加劑、填充劑以及加固劑，只要它們的使用不會對構(gòu)造表面所需的整體特性產(chǎn)生負(fù)面的影響。
也可以采用均質(zhì)或非均質(zhì)的塑料混合物。如果使用電磁輻射來構(gòu)造表面，則射線的波長和密度要與所使用的塑料類型相匹配。所需的照射時間以及可達(dá)到的處理速率尤其取決于這些因素。透明的塑料或者吸收劑組份含量不多的塑料可以含有添加劑，如碳黑、填充劑或色素，當(dāng)導(dǎo)電微粒的存在本身沒有為射線提供足夠的吸收率時，這些添加劑可以為射線提供足夠的吸收率。
透明的塑料例如為乙烯-降冰片烯共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、以及其他的丙烯酸基塑料。
可使用的輻射源是用于電磁輻射的常規(guī)輻射源。例如激光類型的輻射源，如二氧化碳激光器、YAG(釔鋁石榴石)激光器或激發(fā)物激光器。
本發(fā)明所述的方法可以應(yīng)用在多種工業(yè)領(lǐng)域中。例如應(yīng)用在汽車工業(yè)中，用以生產(chǎn)組裝部件，如儀表組、門鎖、或者引擎控制器；或者應(yīng)用在電子工業(yè)中，以生產(chǎn)印刷電路板，例如生產(chǎn)電信設(shè)備、計算機(jī)或Hi-Fi設(shè)備。
本發(fā)明還涉及包含有導(dǎo)電微粒的結(jié)構(gòu)泡沫材料的應(yīng)用，用于生產(chǎn)在表面的預(yù)定部位上形成導(dǎo)體帶的元件。
權(quán)利要求
1.用于在塑料模制件表面敷設(shè)導(dǎo)體帶的方法，包括以下步驟a)提供具有至少一個塑料表面的模制件作為初始材料，其中該模制件由具有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料構(gòu)成，還包含有導(dǎo)電微粒，導(dǎo)電微粒的數(shù)量使得內(nèi)芯電絕緣，而使外皮導(dǎo)電，并且b)借助于有選擇性的磨蝕加工工藝，磨蝕掉塑料表面上那些不希望敷設(shè)導(dǎo)體帶的部分，使得在塑料表面上處理過的區(qū)域內(nèi)形成不導(dǎo)電部分的預(yù)定圖樣，從而在表面上未經(jīng)處理的區(qū)域內(nèi)生成導(dǎo)體帶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，有選擇性的磨蝕加工工藝從機(jī)械磨蝕工藝、噴射工藝、機(jī)電磨蝕工藝、或者用由表面吸收的電磁射線來處理表面的方法構(gòu)成的組中選出。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，電磁射線從X射線、紅外線、可見光或紫外線構(gòu)成的組中選出。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，電磁射線為激光射線。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料作為模制件，其密致外皮的厚度為50至1000微米，其多孔內(nèi)芯的厚度為200至10000微米。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料作為模制件，其多孔內(nèi)芯為孔的大小在1至20微米范圍內(nèi)的微孔泡沫。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，內(nèi)芯的單位體積電阻大于107歐姆*厘米，而外皮的單位體積電阻小于106歐姆*厘米。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電微粒為導(dǎo)電碳黑、石墨粉末、由金屬涂層的石墨粉末、碳纖維、金屬纖維、由金屬涂層的碳纖維、金屬粉末，或者由這些成分中的一種或多種組合而成。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，塑料從液晶聚酯、聚丁烯對苯二甲酸鹽、聚縮醛均聚合物或聚縮醛共聚合物、聚苯硫化物構(gòu)成的組中選出，或者是這些成分中的一種或多種的混合物。
10.通過權(quán)利要求1所述方法獲得的具有至少一個塑料表面的模制件，其中該模制件由具有密致外皮和多孔內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)泡沫材料構(gòu)成，還包含有導(dǎo)電微粒，導(dǎo)電微粒的數(shù)量使得內(nèi)芯電絕緣，而使外皮導(dǎo)電，其中外皮的預(yù)定部位具有導(dǎo)體帶圖樣的形狀，塑料表面的外皮的其他部位以這樣的方式被磨蝕使得在這些部位處形成塑料表面不導(dǎo)電部分的預(yù)定圖樣。
11.包含有導(dǎo)電微粒的結(jié)構(gòu)泡沫材料的應(yīng)用，用于生產(chǎn)在表面的預(yù)定部位上形成導(dǎo)體帶的元件。
全文摘要
描述了一種方法，其中借助于有選擇性的磨蝕加工工藝在發(fā)泡塑料的表面上敷設(shè)導(dǎo)電的導(dǎo)體帶。該方法可以以低成本由在表面上集成有導(dǎo)體帶的塑料來生產(chǎn)模制件。該方法的產(chǎn)品例如可以應(yīng)用在電氣和電子工業(yè)。
文檔編號H05K3/04GK1531388SQ20041000284
公開日2004年9月22日 申請日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者弗蘭克·瑞爾, 斯蒂芬·戴爾, 戴爾, 弗蘭克 瑞爾 申請人:提克納有限公司