DE1494994A1 - Metallgefuellter,elektrisch leitender Kunststoff - Google Patents

Metallgefuellter,elektrisch leitender Kunststoff

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Description

CHOMERIGS INC., 341 Vassar Street, Cambridge, Massachusetts,USA
Metallgefüllter, elektrisch leitender Kunststoff.
Die Erfindung bezieht sich auf mit IVi etal^/gefüllte, elektrisch leitende Kunststoffe in Form von Abdichtscheiben, Dichtungsbestandteilen und Dichtungen, wie sie für Wellenleiteranordnungen, witterungsbeständige Hochfreauenzgehäuse u.dgl. verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung elektrisch leitende Abdichtungen auf der Basis von kompressiblen Kunststoffen, die mit einem groben Metallpulver ausgewählter Größe, Form und ausgewählten Flächeninhalt gefüllt sind. Der so gefüllte Kunststoff dient zur Ausbildung einer Verbinduni oder Abschlußdichtung, die sowohl elektrisch als auch hermetisch dicht ist.
Vorliegende Erfindung nimmt bezug auf die deutsche Patentanmeldung C 28431 VIb/48b der gleichen Anmelderin.
Es bestand bisher ein Bedarf an Abdichtmeterial auf der Grund-
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tentanwalt Dipl.-lng. Hans Begrich - Regensburg, Lessingstraße 10 Blatt χ zum Schreiben vom 50· 9 »63/1 an:
lage eines kunststoffartigen Materials, das in hohem Maße elektrisch leitend i?t. Bisherige Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen weisen verschieäene Nachteile auf.
Z.B. sind Lötverbindungen nicht einfach zu unterbrechen, wenn Reparaturen oder Änderungen vorgenommen werden sollen. Gewobene Drahtdichtungen ergeben, wenn sie in geeigneter Weise in einen Plansch eingesetzt werden, eine gute elektrische Verbindung, die Drahtdichtungen sind jedoch nicht witterungsbeständig, wenn kein Gummi besonderer Zusammensetzung verwendet wird. Gewobene Drahtdichtungen neigen bei hohen Frequenzen wegen der Häume zwischen den einzelnen Drähten auch zum Schwinden. Es gibt eine Ausführung von Wellenleiterdichtungen 44e mit Metallrand, die eine Kordelung auf den Metalloberflächen aufweisen, die eine Aushöhlung bewirkt und elektrischen Kontakt mit den Flanschflächen ergibt. Diese Dichtung kann einen O-Ring aufweisen, der in einen speziellen Kanal in dem Metallrand eingepreßt ist, damit eine druckfeste Abdichtung entsteht. Diese zusammengesetzte Dichtung ist sperrig und kann nur ein einziges Mal zuverlässig verwendet werden. In Hochleistungsfällen arbeitet sie nicht besonders zuverlässig, obwohl sie bis jetzt die beste Abdichtung für Mikrowellenflansche dargestellt hat.
Nunmehr hat man festgestellt, daß ungewöhnlich leistungsfähige Dichtungen für elektrische Abschlüsse aus einem zusammendrückbaren oder elastisch nachgiebigen Kunststoff hergestellt werden können, der mit Metallpartikeln gefüllt ist. Die Metallpartikel werden in gegenseitiger elektrischer Berührung fr -
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Patentanwalt Dipl.-Ing. Hans Begrlch - Regentburg, Lesiingitraße 10
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zum Schreiben vom 30 . 9 · 6 35/ I en:
durch das Kunststoffbindemittel oder -gefüge gehalten. Somit kann Strom durch das Kunststoffgefüge über die Metallpartikel fließen. Die spezifischen Widerstände liegen unter 10 Ohm.cm und können bis zu 0,001 0hm.cm und noch weniger betragen.
Die Abdichtungen ;:;emäß der Erfindung können eine Vielzahl von Formen aufweiten, damit sie dem abzudichtenden Abschluß angepaßt werden können. Z.B. können die stromleitenden Kunststoffdichtungen die Form von gepreßten O-Ringabdiehtungen, Gehäusestreifen zum Abdichten von Behälteröffnungen, Abdichtungen, die aus Metallblech in einer Walzenpresse gestanzt sind, oder kittartige Diohtungsbestandteile aufweisen.
Es war bekannt, Epoxyd-Kleber mit Silberpulver zu füllen und plastische-Lötmittel auszubilden. Diese Lötmittel sind für Zwecke verwendet worden, wie zum Befestigen von Leitungen und Anschlüssen, z.B. an elektrolumineszierenden Tafeln, oder zur Ausbesserung von Rissen und Spalten in Wellenleitern. Es ist jedoch bis heute nicht vorgeschlagen worden, außerordentlich leistungsfähige stromleitende Abdichtungen aus einem elastomeren Material oder anderen Arten von zur-ammendrückbaren Kunststoffen, die mit einem groben Metallpulver geringen Flächeninhaltes gefüllt sind, herzustellen.
Bis zum Tage der Anmeldung vorliegender Erfindung hat man ziemli
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'tttntanwalt Dlpl.-lng. Ham Bagrlch - Rvgantburg, Lstslngttrafi· 10 . BMl V 2umlcht.lb.nvom 30.9.63/1 ·"= " T ^
feine Edelmetallpigmente verwendet, um den Kunststoff zu · füllen und ihn stromleitend zu machen. Während fein verteilte Pigmente eine glatte, geschmeidige Masse oder Paste ergeben, haben sie vershiedene Nachteile. Das große Verhältnis von Flächeninhalt zu Volumen schränkt die festen Füllungen ein, die verwendet werden können, damit noch ein bearbeitbares Kunststoffgemisch erhalten wird. Die festen Füllungen, die bisher verwendet wurden, betrugen etwa 50 bis 70 Gewichtsprozent. Derartige geringe Füllungen beeinflussen die Zuverlässigkeit und den Pegel der Stromleitfähigkeit. Wegen des großen Flächeninhaltes der Pigmente ist die Viskosität des Grundharzes wichtig für die Stabilität des Systems. Diese Viskosität ändert sich mit der Temperatur und ein bei Raumtemperatur stabiles System •kann durch Wärmehärtung sich zu einem festen Körper verändern, d.h. ungenügend gefüllt werden, und wird damit einem Isolierbelag aus Harz auf den oberen Flächen der Masse oder zwischen den benachbarten Partikeln ausbilden.
Die Oberflächeneinflüsse der groben Festkörper gemäß der Erfindung sind vernachlässigbar und die Viskosität des Harzes beeinflußt die Stabilität des Systems nicht bemerkenswert. Die Füllung mit festen Körpern kann so hoch gewählt werden,· daß kein Absetzen der Festkörper eintritt, auch wenn das System auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt wird. Somit ist kein überschüssiges Harz vorhanden, um eine isolierende Schicht auf der Metalloberfläche, die der Kunststoff berührt, oder zwischen
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>at*ntanwalt Dipl.-lng. Han· Begrlch - Regentburg, Leulngttrato 10 1 / O / η η /
ium Schreiben vom JQ # CJ # g 3/1 ·η:
benachbarten Partikeln zu benetzen und auszubilden.
Die stromleitende Kunststoffdichtung gemäß der Erfindung weist alle Vorteile des Kunststoffes auf. Sie kann weich, flexibel und elastisch nachgiebig sein und paßt sich den Flanschoberflächen an, ohne daß sie sie abschreckt. In geeigneter Weise ausgebildete gepreßte Formen der Abdichtung können verhältnismäßig widerstandsfähig gegen falsche Behandlung sein. Man erhält somit den Vorteil einer Kunststoffdichtung, die auch die Eigenschaften einer elektrischen Abdichtung aufweist, wie sie üblicherweise aus starrem Metall hergestellt ist.
Um eine wirksame elektrische Abdichtung mit einem mit Metall gefüllten Kunststoff zu erzielen, muß der Widerstand überwunden werden, der durch drei Arten vonScWchten ausgebildet wird»
1. Jede isolierende Schicht, wie Oxydey auf den Metallpartikeln selbst,
2. isolierende Schichten des Kunststoffgefüges, die zwischen den Partikeln selbst oder zwischen den Partikeln und der Metalloberfläche, die die Kunststoffmasse berührt, vorhanden sind,
3. jede isolierende Schicht auf den Metalloberflächen, die die Kunststoffmasse berührt.
Die Stromleitfähigkeit einer Kunststoffmasse, die mit einem
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nwalt Dipl.-Ing. Ham Begrlch - Regemburg, LewlngitroB· 10 itt
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stromleitenden Metallpulver gefüllt ist, hängt von der gegenseitigen Berührung zwischen den Metallpartikeln ab. Der elektrische Strom muß von Partikel zu Partikel mit einem möglichst geringen Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln fließen können. Früher sind die Edelmetalle als stromleitende Metallpulver in Kunststoffen verwendet worden, weil sich auf den Partikeln keine isolierenden Oxydüberzüge ausbilden,wie dies bei anderen Metallpartikeln, z.B. Kupfer und Aluminium, der Pail ist. Bei den unedlen Metallen weist der Oxydüberzug, der sich auf den Partikeln ausbildet, eine sehr geringe Dicke von nur einigen Atomen auf und besitzt einen verhältnismäßig hohen Widerstand, so daß ein Stromdurchfluß zwischen benachbarten Partikeln unterbunden werden kann.
In vorliegender Erfindung sind Metallpulver, die eine äußere Oberfläche aus unedlen*Metall aufweisen und keine eigentlich stromleitenden Metallpulver sind, dazu verwendet worden,die Kunststoffe zu füllen und sie elektrisch leitend zu machen. Beispiele für derartige Metalle sind nickel, -^lei, Zink, Cadmium und Kupfer. Geeignete Legierungen können natürlich ebenfalls verwendet werden, z.B. Zinn-Blei-Lötmittel oder Messing. Im allgemeinen sind die unedlen Metalle elektrisch nur in der geeigneten Drucklage in einem Plansch leitend. Der Druck auf die gefüllte Kunststoffmasse überwindet die isolierenden Oxydschichten auf den Partikeln und des. Kunststoffes zwischen
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Partikeln, insbesondere, wenn grobe Partikel verwendet werden, und es lassen sich hohe Punktkontaktdrücke erhalten. Damit kann der Strom zwischen den Partikeln fließen.
Wegen der Schwierigkeiten in bezug auf den Oxydüberzug werden bevorzugt Partikel verwendet, die wenigstens eine äußere Oberfläche aus einem Edelmetall aufweisen und an sich stromleitend sind, wenn eine Berührung zwischen den Partikeln vorhanden ist. Die Partikel können feste Edelmetallpartikel oder unedle Metallpartikel sein, die mit einem -ßdelmetallschutzüberzug, z.B. aus Silber oder Gold, überzogen sind. Im vorliegenden Falle wird die Verwendung von mit einem Überzug verselmen Pulvern vorgezogen, da diese billiger sind.
Eine Prüfung auf Stromleitfähigkeit von Metallpulvern besteht darin, sie^in freier Form und ungemischt mit irgendwelchen Kunststoffgefügen zu prüfen. Wenn ein Volt-Ohm-Meßgerät anzeigt, daß das stromleitende metallische Pulver in freier Form den Strom ausreichend leitet,- wird dieses Pulver einem beliebigen Kunststoff, in den es eingebettet ist, eine ausreichende Stromleitfähigkeit geben. Die Stabilität des Metallpulvers kann dadurch geprüft werden, daß es einer Wärmebehandlung über wenigstens 24 Stunden bei 2000C in Luft unterzogen wird. Wenn noch
der anfänglichen Leitfähigkeit in freier Form nach dieser Temperaturbehandlung vorhanden sind, besteht kaum Gefahr, daß die Stromleitfähigkeit herabgesetzt wird, wenn das Pulver in
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tentanwalt Dlpl.-lng. Hans Begrlch - Regensburg, Lessingstraß· 10 1 / Q / Q Q / '
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ein Kunststoffbindemittel eingebaut wird.
Die Aufbereitung der beiden Arten von bevorzugten unedlen Metallpulvern, die mit einem Edelmetall überzogen sind, ist in der oben erwähnten deutschen Patentanmeldung C 28 431 erläutert.
Die Metallpulver, die praktisch in vorliegender Erfindung verwendet werden, haben ausgewählte Partikelgröße, Oberflächeninhalt und Form. Grobe Partikel mit kleinem Flächeninhalt weisen eine geringe Anzahl von Berührsteilen zwischen den Partikeln auf. Die Wirkung eines von außen auf den Kunststoff aufgebrachten Druckes wird somit wesentlich verstärkt, d.h. der Kontaktdruck zwischen zwei beliebigen Partikeln ist um ein Vielfaches höher als der Druck, der bei feinverteilten Partikeln mit großen Flächeninhalten erhalten wird. Grobe Partikel beheben "auf einfache Weise die Isolieroxyd- und Kunststoffschichten zwischen den Partikeln und selbst sehr kleine von außen aufgebrachte Drücke ergeben einen guten elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Partikeln. In Verbindung mit der Erfindung sind 'auch kugelförmige oder annähernd kugelförmige Partikel von Vorteil, i'lache oder £iechenförmige Ausbildungen des Pulvers richten sich selbst in der Kunststoffmasse aus und sie können nur sehr schwer wegen der dazwischenliegenden Schichten des Kunststoffgefüges von Partikel zu Partikel in Kontakt gebracht werden. Ein kugelförmiges Partikel jedoch weist im wesentlichen einen
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atentanwelt Dlpl.-lng. Hans Begrlch - Regeniburg, Leisingstraß· 10
Blatt J^ zum Schreiben vom 3O.9.63/l ·η: ^
Punktkontakt mit dem llachbarpartikel auf und damit lassen sich sehr hohe Kontaktdrücke pro Flächeneinheit erzielen.
Das Verhältnis von Flächeninhalt zu Volumen der verwendeten Füllstoffe liegt in der Größenordnung von etwa 15 bis 6600cm /cm (450 bis 200 000 Quadratfuß/Kubikfuß). Die maximale Partikelgröße beträgt etwa 2,54 mm (100 mil) und vorzugsweise übersteigt sie nicht 1mm (40 mil). Bei Pulver, das eine Edelmetalloberfläche aufweist, beträgt die kleinste Partikelgröße, die verwendet wird, 0,0125mm. Bei anderen Arten von Pulvern, bei denen der Widerstand eine Oxydschicht auf den Partikeln überwunden werden muß, ist die kleinste verwendete Partikelgröße etwa 0,125mm (5mil), so daß hohe Kontaktdrücke je Flächeneinheit zwischen den Partikeln erhalten werden. In diesem Zusammenhang wird vorteilhafterweise mit "weichen" Metallen oder Metallen gearbeitet, die deformierbar sind, wenn diese Partikel eine unedle Metalloberfläche aufweisen, da die Deformati on der Partikel bei Zuführung eines Druckes von außen bewirkt, daß die Isolieroxydschichten unterbrochen werden und ein besserer elektrischer Kontakt von Partikel zu Partikel erhalten wird. Die Brinellhärte des festen Metallgehaltes derartiger Partikel ist vorzugsweise 100 oder kleiner.
Das Kunststoffgefüge soll bis zu einem ziemlich hohen Anteil gefüllt sein, damit gewährleistet ist, daß kein überschüssiger Kunststoff vorhanden ist, der die Metallpartikel einkapselt und
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itanwalt Dlpl.-Ing. Hont Begrldi - Regeniburg, Leitingttraße 10 1/Q/on/
Blatt ^tV zum Sdirelb«n vom 30.9.63/I ·η:
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isoliert. Die Füllung mit einem groben, kugelförmigen Füllstoff, die ein Kunststoff aufnimmt und dabei noch verformbar bleibt, ist wesentlich höher als der Füllpegel, der mit feinverteilten* füllstoffen großen Flächeninhaltes möglich ist. Die verwendete Füllung wird normalerweise im Bereich von 45 bis 80 Volumenprozent liegen.
Die Metalloberflächen, mit denen der leitende Kunststoff eine elektrische Abdichtung bildet, soll natürlich frei von isolierendem Lack oder Ölfilmen und sauber sein. Einige Oxydschichten, z.B. Aluminiumoxyd, sind schwierig zu durchdringen. Die grobe Art des Metallpulvers, die gemäß der Erfindung verwendet wird, weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß die Kunststoffmasse eine körnige Beschaffenheit erhält. Die körnigen'Partikel durchbrechen ^ede Isolierschicht auf der Metalloberfläche,' mit der sie in Berührung stehen, wesentlich einfacher als ein Partikel in Plättchenform, uiü. dadurch ist ein guter elektrischer Kont-akt gewährleistet.
Das Kunststoffgefüge, das verwendet wird, soll zusammenpreßbar sein oder auf von außen aufgebrachte Drücke absprechen, so daß die Metallpartikel die Wirkungen eines solchen Druckes aufnehmen. Bei elastomeren Materialien oder anderen formbeständigen elastischen Bindemitteln soll die Eindrucktiefe des Kunststoffes (nicht gefüllt) weniger als 99 Shore A (ASTN D 695) betragen und der Verdichtungsmodul bei 68 Atmosphären (1000 psi) soll vorzugsweise
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itentanwaltDipI.-lng.HansBegrich-RegeMburg.LeisingitraßeiO Blatt ^ »en Schreiben vom 3O.9.63/I an:
eine Auslenkung von wenigstens 10 9& ergeben. Bei Dichtungsbestandteilen soll das Kunststoffgefüge nicht bo viskos ein, daß es unter den Anwendunrsbedingungen keinem plastischen i'luß unterliegt. Starre Bindemittel, wie z.-ß. ein Diallyl-PhiJklat ermöglichen es nicht, daß die Wirkungen der von außen aufgebrachten Drücke von den Metallpartikeln aufgenommen werden. .üine weitere bevorzugte Eigenschaft des Kunststoffgefüges besteht darin, daß gute Adhäsionsbindungen mit dem Füllstoff erhalten werden, so daß ein Ablösen des Pulvers weitgehend verhindert wird.
Das verwendete Kunststoffgefüge ist vorzugsweise ein solches G-efüge, das während des Härtens oder Trocknens etwas schrumpft (dieses Merkmal ist jedoch nicht unbedingt erforderlich).. Auf diese Weise wird der Kunststoff unter Zug gesetzt, wodurch sichergestellt wird, daß ein guter Kontakt von Partikel zu Partikel erhalten wird. Wird ein weiches Material einer Spannung ausgesetzt, so können sich die Metallpartikel unter Herabsetzung der leitfähigkeit trennen. Es ist deshalb erwünscht, Druckkräfte in der Abdichtanwendung vorzusehen, wenn diese Art von stromleitenden Kunststoffen verwendet wird.
Die Zeichnungen, in Verbindung mit denen die nachstehenden Beispiele erläutert werden, zeigen verschiedene Ausführungsforme der stromleitenden Kunststoffdichtungen gemäß der Erfindung.
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Beiepiel I
Eine gut elektrisch leitende Dichtung (Fig. 1) zum Abdichten eines Mikrowellenflansches wurde auf folgende Weise hergestellt. Mit Silber überzogenes Kupferpulver wurde nach dem Beispiel der oben erwähnten Patentanmeldung 0 28 431 hergestellt. Grobes Kupferpulver (Metals Disintegrating M. D. 105 A) wurde zuerst mit Azetylsäure gereinigt und dann mit Silber aus einer Silber-Zyanid-Lösung plattiert, die einen sehr hohen Gehalt an Zyanidionen aufwies. Neun Gewichtsprozent Silber wurden in der oben beschriebenen Weise aufgebracht· und ergaben einen elektrisch
κ haftenden Überzug. Die Partikel wiesen einen Durchmesser von
„0,05 bis 0,075mm (2-3 mil) auf und waren etwa kugelförmig.
Über 89 Gewichtsprozent des mit Silber überzogenen Kupferpulyers wurden in ein Polyvinylchloridi-Plastisol- eingebracht, das eine Härtungstemperatur von 1660C und eine Viskosität bei Raumtermperatur im ungehärteten Zustand von 160 000 cps (Dewey and Almy Chemical Division, W. R. Grace & Company, Daxene A-60) aufwies. Die schwere Paste, die dadurch erhalten wurde, wurde auf einen Schirm von 30 Maschen je 0,25 mm (10 mil) Alumintimdraht gesprüht. Der gefüllte Schirm wurde in einem Ofen bei' 166 C acht Minuten lang gehärtet. Die dabei erhaltene verstärkte Schicht wies eine Dicke von etwa 0,55 mm (22mil) auf. Sie hatte ein Gewicht von 0,475g/cm (1,18 g/ineh). Etwa 17
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Gewichtsprozent der Schicht bestanden aus Drahtgitter und 83 Gewichtsprozent aus dem leitenden, mit Metall gefüllten Kunststoff.
Die gehärtete Schicht wurde in einem Walzwerk gewalzt (zwei Durchläufe), von denen einer üblicherweise zum Walzen von Stahlblech bei einem mittleren Walzdruck von 150 kg/cm Breite (8501bs/inch) verwendet wurde. Die erzielte Minderung betrug 30%, d.h. die endgültige Dicke der Schicht betrug 0,4- mm (17 mil). Dieser Walzvorgang preßte den Schirm etwas in die Schicht, so daß der Draht des Schirmes nicht aufdie Oberfläche der Schicht zu liegen kam. Bei diesen Verfahren der Herstellung wird vorgezogen, die Dicke des Schirmes durch Walzen um wenigstens 5$ zu verringern.
Dichtung für einen 8,6 kMH (X-Band) RG 51A Wellenleiterflansch wurde aus dem Blech in einem Winkel von 45° zur Krümmung des Schirmes gestanzt. Bei der Prüfung bei einem Innenluftdruck von 1,75 kg/cm (25 pound a/s qiare inch) bei 2,5 MW Spitzenbelastung und einer mittleren Belastung von 2,5kW betrug der Einführverlust für die Dichtung 2,25 g (0,005 pounds). Dies war wesentlich günstiger als die Ausführung, die bei einer in üblicher Weise bearbeiteten und mit Metall verpreßten, mit einem O-Ring zusammengesetzten Abdichtung erhalten wurde, die in der gleichen Einrichtung geprüft wurde. In diesem Falle betrug die Spitzenenergie, die
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erhalten werden konnte, etwa 1,6 MW.
Die durch die Dichtung mögliche Isolation lag über 85 Dezibel.
Bei zusätzlichen Versuchen konnte eine Dichtung der gleichen Art eine Dauerbelastung von 6 kW ohne Lichtbogenbildung in einem Prüfgerät für kontinuierliches X-Band aushalten.
Beispiel II
Ein mit Silber und Kupfer überzogenes Eisenpulver wird in der in der deutschen Patentanmeldung C 28 431 beschriebenen Weise aufbereitet. Das Ausgangseisenpulver weist einen Flächeninhalt von 14 m /kg (70 sqiare feet/pound) und einen mattieren Partikeldurchmesser von 0,075 mm (3 mil) auf. Es wird zuerst ersatzweise mit 18 Molprozent Kupfersulphatlösung waä überzogen und dann werden 12 Molprozent Kupfer durch Silber aus einer Silberzyanidlösung ersetzt. Das mit Silber überzogene Pulver in loser Form weist einen spezifischen Widerstand unter 0,5 Ohm/cm auf, wie er durch Proben von einem Volt-Ohm-Meßgerät gemessen wurde.
Das Plastisol nach Beispiel I wird mit 80 Gewichtsprozent 'des mit Überzug versehenen Pulvers gefüllt und in einen Ring mit einem äußeren Durchmesser von 5»6 cm, einem inneren Durchmesser von 5,0 cm und einer Dicke von 0,47 cm gegossen, (verglei-
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ehe Pig. 2). Es v/eist einen spezifischen Widerstand von etwa. 0,05 Ohm οcm und eine Permeabilität von 5 bis 10 auf. Es wird zur Abdichtung der Basis eines Klystrons (JAN 2K-25) verwendet.
Die Verwendung des Polyvinylchiorid-Plastisol-Bindemittels nach den Beispielen I und II stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dar. Es gibt nur einige Bindemittel die vor dem Härten flüssig sind und die einen direkten Einschluß des gleitenden Metallfüllstoffes durch einfaches Mischen ermöglichen. Bei anderen Arten von Bindemittel kann der Metallfüllstoff durch Walzen oder mit Hilfe von Lösungsmitteln eingebracht werden. Silikone und Urethane sind zusätzliche Beispiele von Kunststoffen, die flüssig sind, bevor sie erhärten; beide verwenden Jedoch zum Härten einen Katalysator, -der durch die Metallpartikel beeinflußt wird. Ein PVC-Plastisol ist jedoch ein Einkomponenten-Sjrstem von unbegrenzter Gebrauohsdauer und wird durch das Vorhandensein von Metallpartikeln nicht beeinflußt <
Beispiel III
9,6 G-ewichtsteile eines Silikonharzes 4» (Dow Gornig 601) wird mit 90 Gewichtsteilen von silberplattierten Partikeln nach Beispiel I gefüllt. Das gefüllte Harz härtet in 7 Minuten bei 1500C, wenn 0,4 Gewichtsteile eines Katalysators (Dow Corning 601 Katalysator) hinzugefügt werden. Der Katalysator wird
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dem mit Silber gefüllten Harz beigegeben und das Gemisch wird in ein nicht verstärktes 2,25 mm (90 Mil) dickes Blech gegossen, wobei eine beheizte Walzenpresse verwendet wird. 12,5 x 15 cm große Abschnitte werden aus diesem Blech ausgeschnitten und in den Deckel eines abgeschirmten Behälters . eingesetzt, der verschiedene innere Kammern aufweist, die gegeneinander elektrisch abgedichtet werden sollen.
Die Verwendung von groben, leitenden Füllstoffen mit kleinem Flächeninhalt gemäß der Erfindung ist insbesondere vorteilhaft bei Silikonharzen. Die üblichen fein verteilten Silberplättchen und -pulver weisen sehr große Flächeninhalte pro'Raumeinheit auf und die Katalysatoren, die zum Härten des Silikonharzes verwendet werden, werden rasch durch den Füllstoff vergiftet, so daß eine Härtung nicht oder nur mit sehr schlechten Ergebnissen erreicht wird. Die gaben Füllstoffe gemäß der Erfindung jedoch stellen für den Katalysator einen wesentlich geringeren Pegel der Metalloberflähe dar, so daß das Maß der Vergiftungwesentlich geringer wird, und die Bestandteile etweder bei erhöhten Temperaturen oder bei Raumtemperatur mit einander ge-· mischt und in geeigneter Weise gehärtet werden können, je nachdem, welches Silikonharzsystem verwendet wird.
Beispiel IV
Eine verstärkte Mikrowellenflanschdichtung wurde nach dem Beispiel I hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß das
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MD. 103 A Pulver an sich verwendet wurde, d.h., daß es nicht ersatzweise aufgebracht wurde. Die Kunststoffschicht war sofort stromleitend, wenn sie mit dem Volt-Ohm-Meßgerät gemessen wurde. Bei der Prüfung auf Einführverluste in der gleichen Ausführung war die Leistungsfähigkeit etwa genau so groß wie die der verstärkten Dichtung nach Beispiel I.
Beispiel V
Eine verstärkte Mikrowellenflanschdichtung wurde wie in Beispiel I hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß ein kugelförmiges Nickel pulver (Foote Mineral Nickel C) als Füllstoff verwendet v/urde. Diese Dichtung ergab bei der Prüfung in der X-Band-lSinrichtung eine zufriedenstellende Arbeitsweise.
Beispiel VI
Eine Abdichtung wurde unter Verwendung des gleichen Harzes
wie
und stromleitenden Pulvers/in Beispiel Ί, jedoch nicht mit dem Verstärkungsgitter hergestellt. Eine 1,5 mm (60 Mil) starke Schicht aus Harz, die mit 86 Gewichtsprozent Pulver gefüllt war, wurde mit Hilfe einer beheizten Walzenpresse hergestellt. Eine Dichtung, deren Außenabmessungen 10 χ 10 cm und deren Innenabmessungen 7,5 x 7,5 cm betrugen, wurde aus der Schicht ausgeschnitten. Die Leitfähigkeit dieser Dichtung gegenüber dem Abdichtlruck wurde dadurch geprüft, daß sie zwischen zwei
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Metallpiatten in einer Presse eingesetzt und der Widerstand gemessen wurde. Die spezifische Leitfähigkeit bei 0,02 kg/cm (0,3 pounds/square inch) Druck betrug etwa 0,01 0hm.cm und fiel bis unter 0,00002 0hm.cm bei einem Abdichtungsdruck von 50 kg/cm (700 pounds/inch ).
Beispiel VII
Eine 0-Ring- Ab dichtung für einen UG-40B/U Sperrflansch wurde aus dem im Beispiel I beschriebenen Polyvinylchlorid-Plastisol, das mit 87 Gewichtsprozent gefüllt war, geformt. Der O-Ririg wies einen Innendurchmesser von 3,35 cm auf und der Rand einen Durchmesser von 0,23 cm im Querschnitt.
Beispiel VIII
Die Streifenabdichtung nach Pig. 3 war so ausgelegt, daß sie die gewobenen Drahtabdichtungen, die üblicherweise bei der Herstellung von abgeschirmten Behältern und Umhüllungen verwendet wurden, ersetzte. Das Metallpulver, das dabeiVerwendung fand, waren grobe Kupfergranalien mit einer mittleren Partikel-größe von 0,35 mm (H Mil) (Metals Disintegrating M.D. 46 HP). Das Kunststoffgefüge wurde in Verbindung mit dem Plastisol nach Beispiel I verwendet. Die Streifenabdichtung war unter Verwendung eines Hohlraumes geformt, der die Form nach Fig. 3a aufwies und in der dort gezeigten Weise angeordnet war. Das
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Plastisol war absichtlich zu wenig gefüllt (40 Gewichtsprozent Füllung), so daß während des Wärmeflusses des Plastisols die schwereE MetallOartikel sich in der gezeigten Stellung absetzten. Die Dichtung wies eine Dicke von 0,5 cm und eine maximale Breite von 1,25 cm auf. Die abgeflachte Kante ergab einen Winkel von 45 gegenüber der längsten Seite.
Diese Anordnung wurde gewählt, weil eine hohe Füllung eines Kunststoffes mit dem Betrag an groben Metallpartikeln, die für eine gute elektrische Leitfähigkeit erforderlich sind, die Zusammenpressbarkeit der Kunststoffmasse beänträchtigt. Das Unterschneiden der stromleitenden Kunststoffschicht mit dem nicht gefüllten Kunststoff macht die Streifenabdichtung wesentlich nachgiebiger, wenn die beiden Abdichtflächen in einen Flansch oder Abschluß eingesetzt sind, wie es durch die Pfeile in Fig. 3b dargestellt ist. Der leitende Belag kann einen guten elektrischen Kontakt mit den beiden Flanschflächen ergeben, während der nicht gefüllte Teil der Streifenabdichtung eine gute Druckdichtung und witterungsbeständige Dichtung ergibt.
Beispiel IX
Eine Dichtungskomponente gegen HF-Einflüsse, wie sie zum Abdichten des Landes von abgeschirmten Behältern, z«B. abgeschirm-
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ten Räumen und elektronischen Einrichtungen (von denen eine Kante in Fig. 4 gezeigt ist) verwendet wird, wurde durch Mischen von 288 Teilen des silberplattierten Pulvers nach Beispiel I mit einer Lösung, die aus 34 Teilen Toluol, 34 . Teilen Ethanol und 32 Teilen Polyamidharz (Side Seam Cement' 8304, Dewey and Almy Chemical Division, W. Ji. Grace and Company) bestand, bereitet.· Diese Mischung ist eine schwere, sich nicht absetzende Paste körniger Natur. Sie setzt sich oder trocknet zu einem gegen Schwingungen widerstandsfähigen Kleber mit mäßig guter Haftung. Der spezifische Widerstand des getrockneten Klebers ist kleiner als 0,01 Ohm.cm. Nach einer anderen Möglichkeit können die 288 Teile des silberplattierten Pulvers durch 288 Teile grober Kupfergranalien ersetzt werden, wie sie in Beispiel VIII beschrieben'waren, um eine weniger kostpielige Komponente herzustellen.
Vorwendet man ein sehr grobes Pulver als Füllstoff in einem flexiblen oder elastomeren Bindemittel, kann die Leitfähigkeit in Richtung der Längsachse der Form durch Biegen oder Strecken einfach verlorengehen. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die Form für bestimmte Zwecke ungeeignet wäre. So kann z.B. bei einer HF-Abschirmung, bei der eine elektrische Verbindung zwischen zwei stromleitenden Flächen hergestellt werden soll, z.B. zwischen zwei Metallflanschflächen, und bei denen die Stromleitfähigkeit in Richtung der Achse des durch die beiden Flächen gebildeten Raumes nicht erforderlich ist, eine Dichtung
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auf der Grundlage eines groben Füllstoffes verwendet werden. Auch wenn die Partikel durch Abbiegen oder Entspannen des plastischen Bindemittels sich etwas * getrennt haben, bringt die Ausübung sogar einer kleinen Druckkraft auf den gefüllten Kunststoff die Metallpartikel in Richtung quer zu den Oberflächen in gegenseitigen elektrischen Kontakt, so daß ein elektrischer Stromfluß zwischen den Partikeln entsteht. Sehr grobe Partikel dringen dabei ziemlich weit in die Oberfläche ein, so daß eine gute elektrische Verbindung erhalten wird. Beispielsweise wurde das aiarz nach Beispiel I mit 90 Gewichtsprozent eines zerstäubten Kupferpulvers mit einer mittleren Partikelgröße von 0,35 mm (14 Mil) gefüllt und als Schicht von 0,3 cm Stärke ausgebildet. Die Schicht war zu Anfang in ihrer größeren Achse sehr stark stromleitend, diese Stromleitfähigkeit ging jedoch mit abnehmender Füllung rasch verloren. Durch Aufbringen eines leichten Druckes auf die flache Oberfläche konnte die Leitfähigkeit wieder hergestellt werden.
Der Ausdruck "Kunststoff" soll Harze und elastomere Materialien (Gummi) und andere übliche Kunststoffe, die zusammenpreßbar sind, umfassen. Das Kunststoffgefüge, das verwendet wird, kann wärmehärtend oder thermoplastisch sein, je nach der Verwendung, der die Dichtung zugeführt werden soll. Asphalte, Polyurethane, Polyamide und natürlicher Gummi sind zusätzliche Beispiele derartiger Gefüge.
Der Ausdruck "Gefüge (Matrix)" bedeutet eine Halterung oder
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eine Möglichkeit zu einer Halterung, wobei im Inneren ein weiterer Gegenstand eingebettet ist, dem sie die Gestalt oder Form verleiht (matrix: The Winston Dictionary! College Edition, The John C. Winston Company, Philadelphia, Penn. 194-6).
Der Ausdruck "stromleitendes Metallpulver" bedeutet ein besonderes Pulver mit einer äußeren Oberfläche eines edlen Metalles, z.B. festes Goldpulver oder silberüberzogenes Pulver nach Beispiel I, das so stromleitend ist, wenn seine Partikel in loser Form in gegenseitigem Kontakt gehalten werden, dass ein spezifischer Widerstand von weniger als 10 Ohm.cm erhalten* wird, wobei dieser Wert durch ein Volt-Ohm-Meßgerät gemessen wird, insbesondere nachdem es in einem Ofen auf 205 C über eine Dauer von 24 Stunden bei zirkulierender luftatmosphäre gehalten wurde.
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Stromleitender Kunststoff, gekennzeichnet durch ein zusammendrückbares Kunst st off gefüge, das im Bereich von 45 bis 80 Volumenprozent feste Metallpartikel mit einem Flächeninhalt in der Größenordnung von 15 bis 6600 cm2/am^ (450 bis 200 square foot/cubic foot) und einer mittleren Partikelgröße zwischen 0,0125 und 2,5 mm (0,5 bis 100 Mil) im Fall von Metallpartikeln mit einer Edelmetalloberfläche und einer mittleren Größe zwischen 0,125 und 2,5 mm (5 bis 100 Mil) im Fall von anderen MetallpartikeTn.in gegenseitigem elektrischem Kontakt hält.
2. Stromleitender Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel kugelförmig ausgebildet und aus einem Metall mit einer Brinellhärte/zusammengesetzt sind.
von weniger als 100
3. Stromleitendor Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgefüge ein elastomeres Material ist und dander stromleitende Kunststoff die Gestalt einer formbeständigen Dichtung einnimmt.
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4.0J, Stromleitender Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
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ro zeichnet, daß das Kunststoffgefüge im wesentlichen aus einem
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^** thermoplastischem Harz besteht und daß der stromleitende Kunst-Q stoff die Form eines kittartigen festen Stoffes aufweist.
5. Elektrisch stromleitende Abdichtung, die aus einem stromleitenden Kunststoff nach Anspruch 1 oder einem der folgenden besteht, und unter Druck zwischen Metallischen angeordnet ist.
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