CZ306509B6

CZ306509B6 - Způsob výroby kompaktních součástí typu plast-plast nebo plast-neplastový materiál

Info

Publication number: CZ306509B6
Application number: CZ2009-62A
Authority: CZ
Inventors: Jindřich Veverka
Original assignee: Indet Safety Systems A.S.
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2017-02-22
Also published as: CZ200962A3

Abstract

Při způsobu výroby kompaktních součástí se z termoplastu s bodem tání 30 až 250 .degree.C vyrobí těsnicí element (1), který se zevnitř a/nebo zvenčí umístí na obvod a/nebo plochu zatěsňované součásti (2) a na přilehlou část jejího obalu (3). Tento těsnicí element (1) se spolu s přilehlou plochou zatěsňované součásti (2) a jejího obalu (3) ve formě zastříkne taveninou fixační hmoty (4) o teplotě o 10 až 400 .degree.C vyšší než je teplota tání těsnicího elementu (1) při působení tlaku 5 až 100 bar. Těsnicí element (1) je z materiálu ze skupiny zahrnující polyetylén, polyetyléntereftalát, polybutylen, polybutylentereftalát, polypropylen, polyamid, polyftalamid. Kontaktní povrch zatěsňované součásti (2) a/nebo jejího obalu (3) může být tvořen kovem/slitinou kovů ze skupiny zahrnující Fe, Ni, Al, Mg, Mo, Cu, Au, Ag, Zn. Pokud je tento povrch tvořen nekovovým materiálem, pak je nejčastěji ze skupiny plastů, ale může jít i o keramické materiály, sklo nebo elastomery. Pomocí těsnicího elementu (1) a na jeho bázi vytvořené mikrovrstvy se dosáhne kompaktního spojení jednotlivých součástí výrobku, vyžadovaného zejména v elektrotechnice vzhledem k nutnosti ochrany před vlhkostí a ostatními vnějšími vlivy.

Description

Způsob výroby kompaktních součástí typu plast-plast nebo plast-neplastový materiál

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby kompaktních součástí, jejichž jednotlivé díly jsou zhotoveny odděleně z plastu nebo je jeden z dílů z plastu a druhý je například z kovu, ale také z nekovu - keramiky, skla apod. V praxi se pak vynález týká především výrobků, jako jsou obaly, kryty a nosné součásti látek a komponent citlivých na vlhkost, používaných v automobilovém, elektrotechnickém a důlním průmyslu. Typickou aplikační oblastí vynálezu je ochrana elektrotechnických nebo elektropyrotechnických komponent před účinky vysoké vlhkosti a agresivního prostředí.

Dosavadní stav techniky

V současnosti je velmi problematické zajistit hermeticky těsné spojení mezi kovovými nekovovými materiály, zejména plasty, keramikou, sklem apod. Vnější povrch mnohých dílů či komponent u elektrotechnických a elektropyrotechnických aplikací je velmi často tvořen právě kombinací plastu a kovu, ale využívají se i keramické či skleněné látky. Elektrotechnické a elektropyrotechnické aplikace jsou téměř vždy založeny na bázi látek a komponent citlivých na vlhkost, a proto vyžadují obal či jiné vnější zajištění vysoké odolnosti ve vlhkém prostředí, čímž je podmíněna i jejich delší životnost. Dokonalá adheze a těsnost jednotlivých komponent obalu je z tohoto hlediska rozhodující pro odolnost a kvalitu výrobku. Dosažená těsnost může být problematická i u vzájemného spojení dvou součástí z plastu. Pokud je pro tyto součásti použito materiálové kombinace plast-kov či plast-nekov, výsledkem je velmi často nízká úroveň ochrany látky nebo komponenty citlivé na vlhkost proti působení zvýšené vlhkosti.

Problém je způsoben tím, že zejména kovy s nekovy mají obecně zcela rozdílné hodnoty tepelné roztažnosti a špatnou vzájemnou adhezi povrchů. Tato nízká přilnavost se ještě dále snižuje při aplikaci povrchové ochrany kovů zlacením, stříbřením, poměděním, niklováním apod. Existující řešení daného problému jsou založena většinou na principu aktivace povrchu kovů před obalováním v plastu, např. žíravými lázněmi nebo mechanicky (otryskávání aj.).

Přes všechna uvedená opatření se často nedosahuje dostatečné přilnavosti různých materiálů navzájem a tím je snížena těsnost a narušena funkce výrobku, ve kterém je použita látka citlivá na vlhkost. Například v případě iniciátorů použitých v bezpečnostních systémech vozidel může pak dojít i k ohrožení bezpečnosti osob ve vozidle.

Některé z dosavadních způsobů výroby kompaktních součástí spojováním dílů z heterogenních materiálů pro elektropyrotechnické aplikace se při řešení ochrany citlivých částí těchto výrobků zaměřují na použití měkkých těsnicích plastů ve snaze dosáhnout vyššího těsnicího účinku. Na druhé straně u těchto materiálů není často zaručena požadovaná odolnost proti ostatním vlivům - UV záření, chemická odolnost, pevnost, rázová houževnatost, odolnost proti oděru aj.

Pro některé aplikace, zejména v elektronice, je využívána možnost zatěsnění citlivých komponent v předem připravených otvorech zalévací hmotou (na bázi jedno- i dvousložkového silikonu, epoxidu aj.). Takovéto řešení má však nevýhodu v tom, že vyžaduje technologické prodlevy na doby vytvrzování, případně vyschnutí zalévací hmoty před následným plastovým zástřikem. Některé ze zalévacích hmot jsou po vytvrzení/vyschnutí velmi tvrdé a neplní tak úlohu amortizéru („podušky“) při zástřiku plastem.

- 1 CZ 306509 B6

Podstata vynálezu

Výše zmiňované nedostatky a nevýhody dosud známých způsobů spojení a zatěsnění materiálově homogenních i heterogenních součástí výrobků z dané aplikační oblasti do značné míry odstraňuje způsob výroby kompaktních součástí typu plast-plast nebo plast-neplastový materiál podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že z termoplastu s bodem tání 30 až 250 °C se vyrobí těsnicí element, který se zevnitř a/nebo zvenčí umístí na obvod a/nebo plochu zatěsňované součásti a na přilehlou část jejího obalu, tento těsnicí element se spolu s přilehlou plochou zatěsňované součásti a jejího obalu ve formě zastříkne taveninou fixační hmoty o teplotě o 10 až 400 °C vyšší než je teplota tání těsnicího elementu při působení tlaku 5 až 100 bar (tj. 0,5 až 10 MPa). Těsnicí element je s výhodou z materiálu ze skupiny obsahující polyetylén, polyetylén- tereftalát, polybutylen, polybutylentereftalát, polypropylen, polyamid, polyftalamid.

Vzhledem k vysoké účinnosti takto utěsněného spoje jsou hlavní oblastí využití vynálezu elektrické iniciátory pro bezpečnostní prvky ochrany v automobilech, pyrotechnické iniciátory, elektrické a elektronické komponenty v průmyslovém využití. Způsobu výroby kompaktních součástí podle vynálezu však lze využít všude tam, kde je třeba spojením kovových a nekovových prvků uzavřít látky citlivé na vlhkost a tím zvýšit jejich trvanlivost.

Výhodou tohoto způsobu zatěsnění je skutečnost, že u takto připravených výrobků se kombinují požadované vlastnosti použitých prvků. Zástřik fixační hmoty např. může být tvořen plastem s vysokou mechanickou odolností, požadovanou elektrickou vodivostí, otěruvzdomostí apod., přičemž u takovýchto materiálů běžně nedochází k přilnutí k ostatním povrchům a tedy nejsou těsné. Těsnost je zaručena vložením těsnicího elementu z termoplastu s nižším bodem tání, který je zástřikem fixační hmoty o vyšší teplotě naměknut/roztaven a tím přitisknut dokonale k okolním plochám. Další výhodou použití vloženého těsnicího elementu z termoplastu je i skutečnost, že může plnit úlohu amortizéru, tedy chránit citlivý díl před tepelnými i mechanickými účinky zástřiku fixační hmoty.

Další výhodou tohoto vynálezu oproti řešení využívajícímu zalévací hmoty je skutečnost, že termoplast použitý pro těsnicí element může být chemicky podobnou látkou s materiálem fixační hmoty a při zástřiku taveninou fixační hmoty dojde pak nejen k mechanickému přilnutí - již tak lepšímu než u zalévacích hmot, ale též k chemickému navázání obou materiálů. Odpadá současně i nutnost technologické prodlevy na zatečení a vytvrzení či vyschnutí, která je nevýhodou u postupů využívajících zalévacích hmot.

Objasnění výkresů

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží příklady konkrétního provedení způsobu výroby kompaktních součástí typu plast-plast nebo plast-neplastový materiál, znázorněné na přiložených výkresech, kde značí:

- obr. 1 - způsob zatěsnění těla iniciátoru pro automobilový průmysl,

- obr. 2 - způsob zatěsnění elektronického dílu ve vaničce na nosné desce,

- obr. 3 - způsob zatěsnění mechanických zámků kalíšků,

- obr. 4 - způsob zatěsnění elektronického dílu v trubičce s průchozím vodičem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Z přiložených výkresů je zřejmý způsob vytvoření těsného spojení u jednotlivých typů kompaktních součástí, jejichž způsob výroby je dále popsán v jednotlivých příkladech.

-2CZ 306509 B6

Příklad 1

Na obr. 1 je znázorněn způsob zatěsnění podle vynálezu, aplikovaný na typickou kompaktní součást - pyrotechnický iniciátor používaný v automobilovém průmyslu. Tyto součásti je potřeba velmi dobře chránit jak proti mechanickým vlivům, tak proti vlhkosti. Z termoplastu (zde PA) se vyrobí těsnicí element 1 ve tvaru kotoučku a umístí se na vnější plochu zatěsňované součásti 2 kolem vodičů až k vnitřním okrajům obalu 3, zde tvořeného kalíškem z kovu (AI), do kterého jsou umístěny citlivé díly zatěsňované součásti 2 (pyrotechnické slože, odporové drátky aj. - zde blíže neznázoměno). Tento těsnicí element 1 se spolu s přilehlou plochou zatěsňované součásti 2 (vodiče) a jejího obalu 3 ve formě zastříkne taveninou fixační hmoty 4 na bázi PPA o teplotě 300 °C a tlaku 50 barů (tj. 5 MPa). Tím dojde k natavení těsnicího elementu 1 a vzniku kompaktní součásti díky vytvoření kvalitního a těsného spoje těsnicí element 1 - obal 3 i spoje těsnicí element 1 - zatěsňovaná součást 2 (vodiče).

Příklad 2

Na obr. 2 je znázorněn způsob zatěsnění podle vynálezu, aplikovaný na jinou běžnou technologii používanou v elektrotechnice - zalévání citlivých součástí (sestav i celých tištěných desek) do krycích vaniček. Zde jde o drobnou část elektronické sestavy na tištěné desce opatřené přívodními vodiči. Z termoplastu PA se vyrobí těsnicí element 1 a umístí se na vnější plochu zatěsňované součásti 2 kolem vodičů až k vnitřním okrajům obalu 3, zde tvořeného vaničkou z plastu (PPS) do které jsou umístěny díly zatěsňované součásti 2. Tento těsnicí element 1 se spolu s přilehlou plochou zatěsňované součásti 2 (vodiče) a jejího obalu 3 ve formě zastříkne taveninou fixační hmoty 4 na bázi PPS o teplotě 320 °C a tlaku 30 bar (tj. 3 MPa). Tím dojde k natavení těsnicího elementu 1 a vzniku kompaktní součásti díky vytvoření kvalitního a těsného spoje těsnicí element 1 - obal 3 i spoje těsnicí element 1 - zatěsňovaná součást 2 (vodiče). Zároveň je uvedená část elektronické sestavy chráněna proti účinkům teploty a tlaku roztavené fixační hmoty 4 při zástřiku.

Příklad 3

Obr. 3 se týká způsobu zatěsnění mechanických zámků. Z termoplastu PBT se vyrobí těsnicí element 1 ve tvaru prstence a umístí se do kruhové drážky v zatěsňované součásti 2, na niž navazuje okraj obalu 3, chránící citlivé prvky a mechanicky přichycený k zatěsňované součásti 2. Obal 3 má vrchní krycí kalíšek z AI, zatěsňovaná součást 2 je z PBT s vyšší teplotou tavení. Mechanický zámek obou uvedených dílů je sám o sobě netěsný. Těsnost se v tomto případě dosáhne umístěním těsnicího elementu f ve tvaru prstence na sestavený celek zatěsňované součásti 2 a obalu 3, kdy se těsnicí element 1 se spolu s přilehlou plochou zatěsňované součásti 2 a jejího obalu 3 ve formě zastříkne taveninou fixační hmoty 4 na bázi PBT o teplotě 250 °C a tlaku 32 bar (tj. 3,2 MPa). Tím dojde k natavení těsnicího elementu f a vzniku kompaktní součásti díky vytvoření kvalitního a těsného spoje těsnicí element 1 - obal 3 i spoje těsnicí element 1 - zatěsňovaná součást 2. Tak je uvedený celek - mechanický zámek - zatěsněn.

Příklad 4

Obr. 4 představuje způsob krytí citlivé elektronické součástky. Tato je jako zatěsňovaný díl 2 vložena do obalu 3 — zde v podobě krycí trubice ze skla — a z obou stran osazena těsnicím elementem 1 z termoplastu PPA. Každý z obou těsnicích elementů 1 je opatřen otvorem pro protažení přívodního vodiče. Těsnicí elementy ]_ se spolu s přilehlou plochou obalu 3 zatěsňované součásti 2 zastříkne taveninou fixační hmoty 4 na bázi PC - o teplotě 280 °C - a tlaku 25 bar (tj.

-3 CZ 306509 B6

2,5 MPa). Tím dojde k natavení těsnicích elementů 1 a vzniku kompaktní součásti díky vytvoření kvalitního a těsného spoje těsnicí elementy 1 - obal 3, i spoje těsnicí elementy 1 - přívodní vodiče. Tak je uvedený celek - zde umístěný v trubici - zatěsněn. Při zastřikování takovéto sestavy taveninou fixační hmoty 4 je zatěsňovaná součást 2 těsnicími elementy 1 chráněna proti účinkům teploty a tlaku roztavené fixační hmoty 4 při zástřiku a plní tak úlohu amortizéru.

Průmyslová využitelnost

Způsob výroby kompaktních součástí podle vynálezu má hlavní oblast využití při výrobě elektrických iniciátorů pro bezpečnostní prvky ochrany v automobilech, při výrobě pyrotechnických iniciátorů pro průmyslové aplikace a dále v elektrotechnice při ochraně citlivých dílů. Vynález však lze využít všude tam, kde je třeba zejména při spojení dílů z plastů a jiných materiálů odlišné povahy, jejichž adheze je problematická, těsně uzavřít látky a komponenty citlivé na vlhkost a tím zvýšit trvanlivost a spolehlivost získaných výrobků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby kompaktních součástí typu plast-plast nebo plast-neplastový materiál, s ochranou vnitřních dílů proti vlhkosti a vnějším vlivům, vyznačující se tím, že z termoplastu s bodem tání 30 až 250 °C se vyrobí těsnicí element (1), který se zevnitř a/nebo zvenčí umístí na obvod a/nebo plochu zatěsňované součásti (2) a na přilehlou část jejího obalu (3), tento těsnicí element (1) se spolu s přilehlou plochou zatěsňované součásti (2) a jejího obalu (3) ve formě zastříkne taveninou fixační hmoty (4) o teplotě o 10 až 400 °C vyšší než je teplota tání těsnicího elementu (1) při působení tlaku 5 až 100 bar (tj. 0,5 až 10 MPa).
2. Způsob výroby kompaktních součástí podle nároku 1, vyznačující se tím, že těsnicí element (1) je z materiálu ze skupiny obsahující polyetylén, polyetylén- tereftalát, polybutylen, polybutylentereftalát, polypropylen, polyamid, polyftalamid.
3. Způsob výroby kompaktních součástí podle nároku 1, vyznačující se tím, že fixační hmota (4) je z materiálu ze skupiny obsahující PE, PET, PB, PBT, PP, PA, PPA, PPS, PC, PI, PEEK, FEP, POM, ETFE, HTN, PCT.
4. Způsob výroby kompaktních součástí podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontaktní plocha zatěsňované součásti (2) a/nebo jejího obalu (3) je z materiálu na bázi kovu/slitiny kovů ze skupiny zahrnující Fe, Ni, AI, Mg, Mo, Cu, Au, Ag, Zn.
5. Způsob výroby kompaktních součástí podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontaktní plocha zatěsňované součásti (2) a/nebo jejího obalu (3) je z materiálu ze skupiny plněných i neplněných plastů nebo elastomerů.
6. Způsob výroby kompaktních součástí podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontaktní plocha zatěsňované součásti (2) a/nebo jejího obalu (3) je z materiálu ze skupiny keramických směsí nebo skla.