CN1178569C - 导电密封材料与密封型材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导电的密封材料(13/a)，尤其是用于现场生产密封型材的导电密封材料，它含有可交联的硅酮和金属和/或无机填料，并带有多于1%质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷。
Description
本发明涉及一种具有高导电性和/或高导热性的密封材料以及用这种材料制造的密封型材。
在硅酮基上加导电填料制成导电密封材料，用于当场(“mold-in-place”)生产带有电磁屏蔽效果的机壳密封件是早已为人所知的。随着数以百万计移动电话的应用，它已成为大宗产品。
这类材料以前多用于屏蔽机壳的单个机壳件间的粘接密封，或在机壳装配过程中用来粘着预制好的屏蔽密封件，其特性方面也被作了相应调整。生产这类密封件的方式和方法以及相应的产品可参阅早先美国Tecknit公司的产品介绍8565/0“Conductive Materials and Products”(1970)或数据资料CS-723“Conductive Caulking Systems”(1972)，美国Comerics公司的技术公告46“CHO-BOND 1038”(1987)以及专利文献DE-A-39 36 534和GB-A-2 115084。
在装配过程中粘接屏蔽机壳，除了在加工技术和物流方面有诸多不便外，还在应用价值方面有重大缺点，即机壳在装配完毕后，只有在损坏密(封和屏蔽)件的情况下才能重新打开。
由DE-A-39 34 845可知一种多组件屏蔽密封件，它由一个弹性支撑件和一个高导电覆盖层组成。用它既可以在装配之前在预制机壳上加密封件，也允许机壳在第一次关闭后再反复打开。但是这种密封件的生产非常费工。
因此，在大规模生产中EP-B-0 629 114提出的方法得以实施。这种方法是将导电材料在软膏样初始状态下借助加压通过针管或喷嘴直接涂覆在机壳件上并使其有弹性地粘固在机壳件表面。这样就制成了既导电又有弹性的屏蔽型材。型材的构型是通过适当地选择针管或喷嘴的横截面形状、大小，送料速度和通过调整材料的特性，如粘度、触变性和硬化以及交联速度来确定的。这种屏蔽型材既便在机壳多次开启和关闭时也具有良好的承受力。
在大规模推广应用和价位不断降低的发展趋势下，那些需要高效屏蔽的电子设置在生产成本上遇到很大压力。这主要体现在要采用较低成本的机壳材料和希望机壳件可以有更大的加工公差。在这种情况下就对机械性能更好的、特别是相对柔软又具有高可变形性的屏蔽密封件产生了强烈的需求。用已知的密封材料尚无法满足这种需求。
对于改良了机械性能的导热密封材料，虽然在数量上没有那么大，也有类似的实际需求。
因此，本发明的目的在于提供一种高导电和/或高导热的密封材料，用于生产“现场浇注”(“mold-in-place”)类型的密封热材，使其在更宽的范围内具有易于调整的机械性能，特别是有非常好的粘着力和可供选择的小硬度以及高可变形性。
本发明有关密封材料方面的目的是通过提供一种具有高导电性和/或高导热性的密封材料来实现的，其用于现场成型密封型材，其含有可交联的硅酮和金属，其特征在于带有多于1％质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷。有关密封型材方面的目的则通过提供一种通过在待密封的面上自由涂敷高导电和/或高导热的密封材料，然后使其硬化所形成的密封型材来实现，其特征在于肖氏A硬度小于90，其中所述密封材料含有可交联的硅酮和金属，并带有多于1％质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷；或者通过提供一种通过在密封的面上自由涂敷高导电和/或高导热的密封材料，然后使其硬化所形成的密封型材来实现，其特征在于相对于由纯材料做成的、不受力的U状密封型材的高度，它的可变形度大于30％，其中所述密封材料含有可交联的硅酮和金属，并带有多于1％质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷。
从材料的角度出发，本发明所遵循的基本思想是，将高浓度地填充了金属的、通过交联正在硬化的硅橡胶在膏状及至液状的形态下与一种长链的、非交联的硅氧烷相混合。由这种混合物制成的导电和/或导热的密封型材具有对支撑件的高粘着性，并具有微量可调的肖氏A硬度和高可变形性。
长链非交联的或最多是弱交联的硅氧烷(硅油)在整个混合物(包括金属和/或无机充填物)中所占的比例应至少为1％质量含量。比例更小时其机械特性与纯硅橡胶基相比变化不明显。
当不交联硅氧烷的成分大于3％质量含量时，这种膏状材料逐渐呈凝胶状稠浓物。用它可以高效优质地通过针管或喷嘴挤涂，不用模具直接在待密封的表面上制成密封型材。相对软而又有足够机械强度的电磁屏蔽型材(EM1-Abschirmprofile)，可通过挤涂高含量(大于50％质量含量)的金属填充物来形成。它除了15％-20％质量含量的可交联硅酮(市场常见的单组份或双组份混合物)，还加入了约5％质量含量的、起双重作用的非交联硅氧烷，例如粘度在10到103mPa.S范围内的以甲基或羟基为端基的(聚)二甲基硅氧烷。
渗入这些非交联更长链的硅氧烷，可使材料中可交联的硅酮组份在(通过空气湿度、热或照射)硬化后产生一种有一定塑性的疏网状的交联结构。它的可塑程度可以通过混合比例预先确定。对于那些为特殊应用而制成的高可塑性密封件，在抗变形方面的要求不高时，可以将其非交联的成份含量相对于可交联成份含量成倍地增高。
视情况还可另外再加入一些有机溶剂，用来优化材料的加工特性和改变制成型材的使用特性。该有机溶剂在一定程度上起到使基本材料“浸胀”的作用，从而使原料易于混合并有利于交联。为此，加入5％到20％质量含量的汽油和/或甲苯可以收到好的效果。
对于一些特殊的应用，如通过喷涂或浸涂在机壳边棱上生成现成浇注“mold-in-place”类型密封件时，溶剂所占的比例成份要高出很多，可以占至基料及基本混合物的数倍。
在一个对特定类型的应用有益的深化范例中，还可在密封材料中加入硅树脂成份，可优选采用硅树脂质量含量在3％以上的，市场常见的通过加热或照射硬化的树脂溶液。
用于生产电磁屏蔽件的高导电性密封材料中尤其添加了高比例成份的银粉或其它金属(如镍、铜等)的镀银粉。典型的金属含量高于25％质量含量。在移动电话等应用中，为了低成本而达到高效率屏蔽，其金属的质量含量相对于硅酮-硅油-金属混合物的质量含量，甚至远超过50％。
用于高导热密封件的材料，除了金属粉外，特别是当该密封件不必要导电时，还可加入粉状氧化铝，氮化硼或其它类似的高导热无机填料。在这两类材料中还可再加入附加填料，如高扩散性的二氧化硅或硅酸盐，用来小范围地调整材料的加工特性和机械特性。
用肖氏(Shore)方法，即通过弹簧测量笔来确定弹性压入深度(肖氏A硬度)来测量硬化后密封型材的硬度，其肖氏硬度值应低90，最好低于50。
用完整材料制成的U状密封型材，其可变形度(相对于不受力时型材高度)应为30％或更高。对特定的应用，最好能高于50％。通过对型材横截面的特殊构型，例如选取同时可压缩和弯曲的唇状型材，可以有目的地对密封型材的有效变形度和回弹力施加影响。
通过以上所述的在材料方面以及适时在附加的几何形状方向的措施，可以对顺长方向宽度极不一致的条缝实现可靠的屏蔽封闭以及充分导热的密封。这样，对于那些要用高效电磁屏蔽来确保正常工作的电子设备，可以低成本地以较大容差来生产所用的机壳。
本发明有利的进一步改进除了由各从属权利要求给出外，还在下面结合附图所示本发明的优选实施例加以描述。附图中：
图1a至图1c所示是按照一种实施形式制造具有导电密封型材的机壳件的步骤；
图2a至图2c所示是按照另一实施形式在机壳件上制成导电密封型材的步骤；
图3a至图3b是作为另一实施例的密封型材的横截面示图。
本发明第一个实施例由下表给出。作为混合材料1的导电密封材料，它属于加热硬化的单组份系统。在硬化后，屏蔽密封型材具有约50个肖氏A硬度。这种硬化后有弹性的而又相对软的材料，适应于在具有适度加工容差的、可重复开启关闭的电磁屏蔽机壳的机壳件边棱上生产密封型材。
混合配料1 比例(质量％)
组份I：GE公司的“TSE3220”硅酮 13.6
II：以甲基或羟基为端基的聚二甲基 4.5
硅氧烷(动力粘度20...500mPa.S)
III：硅树脂溶剂GE“PSA529” 8.2
IV：甲苯 6.8
V：汽油 8.9
VI：银粉 58.0
在下面的第二实施例中给出了作为混合配料2的导电密封材料。它属于在室温下硬化的双组份系统。在硬化后，屏蔽密封型材具有约20个肖氏A硬度。用这种材料制成的屏蔽型材有高的可变形度并表现出明显的可塑性，特别适用于对电磁屏蔽机壳上有很大制造公差边缝的密封。
混合配料2 比例(质量％)
组份I/A：硅酮GE“SLE5300A” 14.44
I/B：硅酮GE“SLE5300B” 1.44
II：以甲基为端基的聚二甲基 5.6
硅氧烷(粘度约50mPa-S)
III：甲苯 5.62
IV：镀银镍粉 72.9
图1a至图1c示出生产带有导电密封型材13的由两个机壳件11和12组成的屏蔽机壳10的各步骤。
如图1a所示，第一步是将填充了金属的浓稠膏状密封泥料13/a(例如上述的混合配料1或混合配料2)，通过涂料针14挤压在内壁有覆盖至边棱的金属化层11a的机壳件11上。为此，涂料针14通过一个(图中未示出的)由坐标控制的操作设备相对于机壳件11垂直于绘图来移动的。
由图1b可以看出，由此就生成粘着在金属化层11a上的、近似地呈U形的密封型材13/b。当它被涂于机壳件表面后，根据具体的不同配方，分别在空气湿度和/或热(红外照射)和/或紫外线或咖玛射线的影响下，开始疏网状的交联。
如图1c所示，在交联完毕而形成完整的密封型材13(或者在交连后至少形成了一个足够厚的表面层)之后，将带有不阻碍密封型材13的边棱构型的第二机壳件12垂直地从上方置放上并(通过此处没有示出的措施)使其与第一机壳件相11连接。在此过程中，密封型材13被挤压至原有高度的一半左右并由于其小的硬度和较小的回缩力作用而紧贴于机壳件11、12的金属化层11a及12a上，且又不会发生粘固。这样就一方面确保了高效的边棱密封和屏蔽(即便是在机壳件10的使用过程中沿机壳件边长方向的接缝有很大变化)。另一方面也允许当要维护或修理时，可以在不损坏密封和屏蔽件13的情况下，开启和重新关闭机壳。
图2a至图2c示出用浸涂的方法在机壳件20上生成导电密封型材的各步骤。
在容器22中盛有用有机溶剂23加以大幅度稀释了的硅酮-硅油基上添加金属粉的密封材料21/a。如图2a所示，此时将边棱呈V状的带有封闭的金属化表面20a的机壳件20浸入该容器中。
将机壳件从容器23中取出并待溶剂成份挥发后，其上就附着有一个密封材料层21/b。它此时呈如图2b所示的浓稠膏状并通过可交联的硅成份的交联从表面开始硬化。
由图2b和2c很容易看出，由于形状受重力G影响，密封型材21的最终成型可以通过在硬化之前给定的时刻转动机壳件20给定的角度来加以控制。在转到如图2c所示的位置状态时，如果是在材料部分硬化后来做，则比早翻转机壳件20会在“V”型的尖端(按照图2b是向下的端)凝聚更多的密封材料。
显而易见的是类似的效果也会出现在其它边棱构型上。例如越早地翻转正在交联的机壳件，就会有越多的密封材料在表面开有U型或V型槽的槽底部分成型。
这种通过改变底座相对于重力方向的定位来达到的效果，不仅适用于浸涂工艺，而且也可以按类似的方式在密封材料的挤涂或喷涂工艺中加以利用。
通过在将机壳件从溶液中取出后转动一个不等于180°的角度，可以有目的地生产斜角的以及唇状的型材，它们易于弯曲形变。
图3a给出的一个置于平面机壳部份30上的屏蔽型材31的横剖面示意图，这种型材在可变形度和形状保持性方面提供了进一步的优化自由度。
图3b给出了本发明的另一个改进结构。在机壳部位40上先生成第一个部分型材41，它有很好的粘着力、较小的硬度和一定的可塑性(例如出自类似于上述混合配料2的硅酮混合物)。然后再用与第一部分型材41相容的材料(如带有少量成份非交联硅氧烷的混合物或完全不带这些成份的混合物)制成覆盖于第一部分型材41之上的有较高弹性和硬度的第二部分型材42。
这两个型材件(41，42)合在一起就形成了一个既相对软且高度可变形又有耐抗力的屏蔽密封型材。它特别适用于经常需要开启和重新关闭的屏蔽机壳。
本发明在其实现形式上并不局限于上面给出的那些优选实施例。事实上，参照本发明所提出的解决办法，在本发明的权利要求的范围内还可以导出其它类型应用的许多变化方案。
Claims (19)
1.一种具有高导电性和/或高导热性的密封材料(13/a；21/a)，用于现场成型肖氏A硬度小于90的密封型材(13；21；31；41，42)，其含有可交联的硅酮和金属，其特征在于带有多于1％质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷。
2.按照权利要求1所述的密封材料，其特征在于在具有高导热性的情况下，密封材料还带有无机填料。
3.按照权利要求1或2所述的密封材料，其特征在于所带非交联或弱交联的硅氧烷成份多于3％质量含量。
4.按照权利要求1或2所述的密封材料，其特征在于带有5％至20％质量含量的有机溶剂。
5.按照权利要求1或2所述的密封材料，其特征在于带有多于3％质量含量的硅树脂溶液。
6.按照权利要求1或2所述的密封材料，其特征在于所带非交联的硅氧烷和/或有机溶剂的成份含量超过可交联的硅酮成份含量，并且该密封材料呈液状。
7.按照权利要求1或2所述的密封材料，其特征在于带有多于25％质量含量的高导电性的粉状金属填充物，包括银、镀银的铜或镍。
8.一种密封型材(13，21；31；41，42)，其通过在待密封的面上自由涂敷高导电和/或高导热的密封材料，然后使其硬化而形成，其特征在于肖氏A硬度小于90，其中所述密封材料含有可交联的硅酮和金属，并带有多于1％质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷。
9.按照权利要求8所述的密封型材，其特征在于肖氏A硬度小于50。
10.按照权利要求8或9所述的密封型料，其特征在于通过挤涂而不需要另外的成形模具就可生成。
11.按照权利要求8或9所述的密封型料，其特征在于通过将待密封的面在液态的密封材料(23，21/a)中浸蘸，然后再按预定的相对于重力(G)方向的夹角进行成型硬化来生成。
12.按照权利要求8或9所述的密封型料，其特征在于横截面形状是斜角或唇状(31)。
13.按照权利要求8或9所述的密封型料，其特征在于它由具有较小肖氏A硬度与较高的可变形性的第一导电型材件(41)和与第一型材件相粘固且具有较大肖氏A硬度与较小可变形性的第二导电型材件(42)构成的。
14.一种密封型材(13；21；31；41，42)，其通过在密封的面上自由涂敷高导电和/或高导热的密封材料，然后使其硬化而形成，其特征在于相对于由纯材料做成的、不受力的U状密封型材的高度，它的可变形度大于30％，其中所述密封材料含有可交联的硅酮和金属，并带有多于1％质量含量的长链非交联或弱交联的硅氧烷。
15.按照权利要求14所述的密封材料，其特征在于其可变形度大于50％。
16.按照权利要求14或15所述的密封型料，其特征在于通过挤涂而不需要另外的成形模具就可生成。
17.按照权利要求14或15所述的密封型料，其特征在于通过将待密封的面在液态的密封材料(23，21/a)中浸蘸，然后再按预定的相对于重力(G)方向的夹角进行成型硬化来生成。
18.按照权利要求14或15所述的密封型料，其特征在于横截面形状是斜角或唇状(31)。
19.按照权利要求14或15所述的密封型料，其特征在于它由具有较小肖氏A硬度与较高的可变形性的第一导电型材件(41)和与第一型材件相粘固且具有较大肖氏A硬度与较小可变形性的第二导电型材件(42)构成的。
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