DE1494994B2 - Elektromagnetische Energie abschir mendes Material - Google Patents

Elektromagnetische Energie abschir mendes Material

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Description

lieh ist, eine Dichtung auf der Grundlage eines groben Füllstoffes verwendet werden. Auch wenn die Partikeln durch Biegen oder Entspannen des plastischen Bindemittels sich etwas getrennt haben, bringt die Ausübung selbst einer kleinen Druckkraft auf den gefüllten Kunststoff die Metallpartikeln in Richtung quer zu den Oberflächen in gegenseitigen elektrischen Kontakt, so daß ein elektrischer Stromfluß zwischen den Partikeln entsteht. Sehr grobe Partikeln dringen dabei ziemlich weit in die Oberfläche ein, so daß eine gute elektrische Verbindung erhalten wird. Beispielsweise wurde das Harz nach Beispiel I mit 52,5 Volumprozent eines zerstäubten Kupferpulvers mit einer mittleren Partikelgröße von 0,35 mm 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 bei geringem Biegen rasch verloren. Durch Aufbringen eines leichten Druckes auf die flache Oberfläche konnte die Leitfähigkeit wieder hergestellt werden.
Der Ausdruck »Kunststoff« soll Harze und elasto- j mere 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 Dichtung. Asphalte, Polyurethane, Polyamide und natürlicher Gummi sind zusätzliche Beispiele für derartige Gefüge.
Der Ausdruck »Gefüge« (Matrix) bedeutet ein Zusammenhalten oder die Möglichkeit, einen anderen Gegenstand, dem Gestalt oder Form verliehen wird, eingebettet zu halten.
Der Ausdruck »stromleitendes Metallpulver« bedeutet ein besonderes Pulver mit einer äußeren Oberfläche aus Silber mit einer solchen Stromleitfähigkeit, daß — wenn seine Partikeln in loser Form in gegenseitigem Kontakt gehalten werden — 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.
In vorliegender Erfindung sind Metallpulver, die eine äußere Oberfläche aus unedlem 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, Blei,' 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 Flansch leitend. Der Druck auf die gefüllte Kunststoffmasse überwindet die isolierenden Oxydschichten auf den Partikeln und des Kunststoffes zwischen den Partikeln, insbesondere, wenn grobe Partikeln verwendet werden, und es lassen sich hohe Punktkontaktdrücke erhalten. Damit kann der Strom zwischen den Partikeln fließen.
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 200° C in Luft unterzogen wird. Wenn noch 50°/o der anfänglichen Leitfähigkeit in freier Form nach dieser Temperaturbehandlung vorhanden sind, besteht kaum Gefahr, daß die Stromleitfähigkeit herabgesetzt wird, wenn das Pulver in ein Kunststoffbindemittel eingebaut wird.
ίο Die Metallpulver, die praktisch in vorliegender Erfindung verwendet werden, haben ausgewählte Partikelgröße, Oberflächeninhalt und Form. Grobe Partikeln mit kleinem Flächeninhalt weisen eine geringe Anzahl von Berührstellen 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 Partikeln überwinden 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 Partikeln von Vorteil. Flache oder plättchenförmige 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 Punktkontakt mit dem Nachbarpartikel auf und damit lassen sich sehr hohe Kontaktdrücke pro Flächeneinheit erzielen.
Die Zeichnung (Fig. 1, 2), in Verbindung mit der die nachstehenden Beispiele erläutert werden, zeigt verschiedene Ausführungsformen der stromleitenden Kuntstoffdichtungen gemäß der Erfindung.
Beispiel I
Eine gut elektrisch leitende Dichtung (F i g. 1) zum Abdichten eines Mikrowellenflansches wurde auf folgende Weise hergestellt. Grobes Kupferpulver wurde zuerst mit Azetylsäure gereinigt und dann mit Silber aus einer Silber-Zyanid-Lösung überzogen, die einen sehr hohen Gehalt an Zyanidionen aufwies. 9 Gewichtsprozent Silber wurden in der oben beschriebenen Weise aufgebracht und ergaben einen elektrisch haftenden Überzug. Die Partikeln wiesen einen Durchmesser von 0,05 bis 0,075 mm auf und waren etwa kugelförmig.
Über 89 Gewichtsprozent des mit Silber überzogenen Kupferpulvers wurden in ein Polyvinylchlorid-Plastisol eingebracht, das eine Härtungstemperatur von 166° C und eine Viskosität bei Raumtemperatur im ungehärteten Zustand von 160 000cps aufwies. Die schwere Paste, die dadurch erhalten wurde, wurde auf einen Schirm von 30 Maschen je 0,25 mm Aluminiumdraht 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 auf. Sie hatte ein Gewicht von 0,475 g/cm2. Etwa 17 Gewichtsprozent der Schicht bestanden aus Drahtgitter und 83 Gewichtsprozent aus dem leitenden mit Metall gefüllten Kunststoff.
In Hinblick auf die Dichte der Partikeln und die
5 6
Harzmatrix beträgt der Volumprozentsatz der Par- Abschnitte werden aus diesem Blech ausgeschnitten
tikeln in der Matrix etwa 50 °/o. und in den Deckel eines abgeschirmten Behälters
Die gehärtete Schicht wurde in einem Walzwerk in eingesetzt, der verschiedene innere Kammern auf-
zwei Durchläufen gewalzt, von denen einer üblicher- weist, die gegeneinander elektrisch abgedichtet wer-
weise zum Walzen von Stahlblech bei einem mittle- 5 den sollen.
ren Walzdruck von 150 kg/cm Breite verwendet In Hinblick auf die Dichte der Partikeln und die
wurde. Die erzielte Minderung betrug 30%, d.h. die Harzmatrix beträgt der Volumprozentsatz der Par-
endgültige Dicke der Schicht betrug 0,4 mm. Dieser tikeln in der Matrix etwa 48%.
Walzvorgang preßte den Schirm etwas in die Schicht, Die Verwendung von groben, leitenden Füllstoffen
so daß der Draht des Schirmes nicht auf die Ober- io mit kleinem Flächeninhalt gemäß der Erfindung ist
fläche der Schicht zu liegen kam. Bei diesen Verfah- insbesondere vorteilhaft bei Silikonharzen. Die übli-
ren der Herstellung wird vorgezogen, die Dicke des chen feinverteilten Silberplättchen und-pulver wei-
Schirmes durch Walzen um wenigstens 5 % zu ver- sen sehr große Flächeninhalte pro Raumeinheit auf,
ringern. und die Katalysatoren, die zum Härten des Silikon-
Eine Dichtung für einen 8,6 kMH (X-Band) 15 harzes verwendet werden, werden rasch durch den RG 51AJ Wellenleiterflansch wurde aus dem Blech in Füllstoff vergiftet, so daß eine Härtung nicht oder einem Winkel von 45° zur Krümmung des Schirmes nur mit sehr schlechten Ergebnissen erreicht wird, gestanzt. Bei der Prüfung bei einem Innenluftdruck Die groben Füllstoffe gemäß der Erfindung jedoch von 1,75 kg/cm2 bei 2,5 MW Spitzenbelastung und stellen für den Katalysator einen wesentlich geringeeiner mittleren Belastung von 2,5 kW betrug der Ein- 20 ren Pegel der Metalloberfläche dar, so daß das Maß führverlust für die Dichtung 2,25 Dezibel. Dies war der Vergiftung wesentlich geringer wird, und die Bewesentlich günsiger als die Ausführung, die bei einer standteile entweder bei erhöhten Temperaturen oder in üblicher Weise bearbeiteten und mit Metall ver- bei Raumtemperatur miteinander gemischt und in gepreßten, mit einem O-Ring zusammengesetzten Ab- eigneter Weise gehärtet werden können, je nachdem, dichtung erhalten wurde, die in der gleichen Einrich- 25 welches Silikonharzsystem verwendet wird,
tung geprüft wurde. In diesem Falle betrug die Spit- .
zenenergie, die erhalten werden konnte, etwa Beispiel IH
1,6 MW. Eine Abdichtung wurde unter Verwendung des
Die durch die Dichtung erzielbare Isolation lag gleichen Harzes und stromleitenden Pulvers wie in
über 85 Dezibel. 30 Beispiel I, jedoch nicht mit dem Verstärkungsgitter
Bei zusätzlichen Versuchen konnte eine Dichtung hergestellt. Eine 1,5 mm starke Schicht aus Harz, die
der gleichen Art eine Dauerbelastung von 6 kW ohne mit 86 Gewichtsprozent Pulver gefüllt war, wurde
Lichtbogenbildung in einem Prüfgerät für kontinuier- mit Hilfe einer beheizten Walzenpresse hergestellt,
liches X-B and aushalten. Eine Dichtung, deren Außenabmessungen
Die Verwendung des Polyvinylchlorid-Plastisol- 35 10 X 10 cm und deren Innenabmessungen Bindemittels zu diesem Beispiel stellt ein bevorzugtes 7,5 X 7,5 cm betrugen, wurde aus der Schicht ausge-Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dar. Es gibt schnitten. Die Leitfähigkeit dieser Dichtung gegennur einige Bindemittel, die vor dem Härten flüssig über dem Abdichtdruck wurde dadurch geprüft, daß sind und die einen direkten Einschluß des gleitenden sie zwischen zwei Metallplatten in einer Presse einge-Metallfüllstoffes durch einfaches Mischen ermögli- 40 setzt und der Widerstand gemessen wurde. Der spezichen. Bei anderen Arten von Bindemitteln kann der fische Widerstand bei 0,02 kg/cm2 Druck betrug etwa Metallfüllstoff durch Walzen oder mit Hilfe von Lö- 0,01 Ohm-cm und fiel bis unter 0,00002 Ohm-cm sungsmitteln eingebracht werden. Silikone und Ure- bei einem Abdichtungsdruck von 50 kg/cm2,
thane sind zusätzliche Beispiele von Kunststoffen, „ . . . _v
die flüssig sind, bevor sie erhärten; beide verwenden 45 e 1 s ρ 1 e
jedoch zum Härten einen Katalysator, der durch die Eine Dichtungskomponente gegen HF-Einflüsse, Metallpartikeln beeinflußt wird. Ein PVC-Plastisol wie sie zum Abdichten des Randes von abgeschirmist jedoch ein Einkomponenten-System von unbe- ten Behältern, z. B. abgeschirmten Räumen und grenzter Gebrauchsdauer und wird durch das Vor- elektronischen Einrichtungen (von denen eine Kante handensein von Metallpartikeln nicht beeinflußt. 50 in F i g. 2 gezeigt ist), verwendet wird, wurde durch . . Mischen von 288 Teilen des silberplattierten Pulvers Beispiel 11 nach Beispiel I mit einer Lösung, die aus 34 Teilen
9,6 Gewichtsteile eines Silikonharzes (Dow Cor- Toluol, 34 Teilen Ethanol und 32 Teilen Polyamidning 601) werden mit 90 Gewichtsteilen von silber- harz bestand, bereitet. Diese Mischung ist eine plattierten Partikeln nach Beispiel I gefüllt. Das ge- 55 schwere, sich nicht absetzende Paste körniger Natur, füllte Harz härtet in 7 Minuten bei 1500C, wenn Sie setzt sich oder trocknet zu einem gegen Schwin-0,4 Gewichtsteile eines Katalysators (Dow Corning gungen widerstandsfähigen Kleber mit mäßig guter 601 Katalysator) hinzugefügt werden. Der Katalysa- Haftung. Der spezifische Widerstand des getrocktor wird dem mit Silber gefüllten Harz beigegeben, neten Klebers ist kleiner als 0,01 Ohm·cm. In Hin- und das Gemisch wird in ein nicht verstärktes 60 blick auf die Dichte der Partikeln und die Harz-2,25 mm dickes Blech gegossen, wobei eine beheizte matrix beträgt der Volumprozentsatz der Partikeln Walzenpresse verwendet wird. 12,5 X 15 cm große in der Matrix etwa 47 %>.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 flansche mangels besserer Abdichtungen weitgehende Patentansprüche: Anwendung gefunden hat. Um Kunststoff zu füllen und stromleitend zu ma-
1. Elektromagnetische Energie abschirmendes chen, wurden ziemlich feine Edelmetallpigmente verMaterial in Form einer Dichtungskomponente, 5 wendet, die eine glatte geschmeidige Masse oder Pagekennzeichnet durch ein kompressibles ste ergeben. Das hohe Verhältnis von Flächeninhalt Kunststoffgefüge, das zwischen 45 und 80 Volum- zu Volumen begrenzt jedoch den Füllgrad mit Festprozent mit Silber überzogene Partikeln auf- stoffen, wenn noch ein zu bearbeitendes Kunststoffweist, wobei der Oberflächeninhalt der Partikeln gemisch erhalten werden soll. Der Füllgrad mit Festetwa zwischen 15 und 6600cm2/cm3 und die io körpern betrug etwa 50 bis 70 Gewichtsprozent, mittlere Partikelgröße etwa 0,01 bis 1,0 mm Durch derart niedrige Füllgrade werden jedoch beträgt. Zuverlässigkeit und Stromleitfähigkeit erheblich her-
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekenn- abgesetzt. Wegen des großen Flächeninhalts der Pigzeichnet, daß die mit Silber überzogenen Partikeln mente ist die Viskosität des Grundharzes für die Stakugelförmig ausgebildet sind. 15 bilität des Systems von Bedeutung. Diese Viskosität
3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ändert sich mit der Temperatur, und ein bei Raumgekennzeichnet, daß das Kunststoffgefüge als temperatur stabiles System kann sich durch Wärmeformstabile Dichtung ausgebildet ist. härtung in einen festen Körper verändern, d. h. unge-
4. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, nügend gefüllt werden, und es wird ein Isolierbelag dadurch gekennzeichnet, daß die mit Silber über- 20 aus Harz auf den Oberflächen der Masse oder zwizogenen Partikeln durchgehend aus Metall be- sehen den benachbarten Partikeln ausgebildet,
stehen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Material zu
5. Material nach Anspruch 4, dadurch gekenn- schaffen, aus welchem Dichtungen hergestellt werden zeichnet, daß die mit Silber überzogenen Partikeln können, mit denen das Problem der Unterdrückung Kupferpartikeln mit Silberüberzug sind. 25 bzw. Verminderung fehlerhafter oder unerwünschter
elektrischer magnetischer Strahlungsenergie gelöst
werden kann.
Gemäß der Erfindung wird ein Material vorge-
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagneti- schlagen, das gekennzeichnet ist durch ein kompressche Energie abschirmendes Material in Form einer 30 sibles Kunststoffgefüge, das zwischen 45 und 80 Vo-Dichtungskomponente, z.B. als Abdichtscheibe, lumprozent mit Silber überzogene Partikeln aufDichtung oder Dichtungsbestandteil für Wellenleiter- weist, wobei der Oberflächeninhalt der Partikeln etwa anordnungen, witterungsbeständige Hochfrequenzge- zwischen 15 und 6600 cm2/cm3 und die mittlere Parhäuse u. dgl. tikelgröße etwa 0,01 bis etwa 1,0 mm beträgt.
Es sind elektrisch leitende Kunststoffe auf der Ba- 35 Dabei sind die mit Silber überzogenen Partikeln kusis von Thermoplasten und härtbaren Kunstharzen gelförmig ausgebildet; der spezifische Widerstand der bekannt, die Metallpulver enthalten (USA.-Patent- Zusammensetzung ist vorzugsweise kleiner als schrift 2 761 854). Hierbei werden Isolierfilme zwi- 0,001 Ohm · cm.
sehen den Metallpartikeln in der Kunststoffmasse Die gemäß der Erfindung erforderliche hohe
ausgebildet, wodurch ein maschenförmiger Aufbau 4° Stromleitfähigkeit wird somit durch Verwendung stromleitender Pfade entsteht. Ein derartiger ma- einer hochvolumigen Füllung aus festen Metallpartischenförmiger Aufbau kann nur in einem starren kein erreicht, die eine kontinuierliche äußere Ober-Preßteil erzielt werden, da eine Deformierung einer fläche aus Silber aufweisen; die Partikeln selbst sind derartigen Masse den maschenförmigen Aufbau zer- verhältnismäßig grob und besitzen eine relativ gestören würde. Als Abdichtungsmaterialien lassen sich 45 ringe Oberfläche,
somit derartige Kunststoffmassen nicht verwenden. Der Oberflächeneinfluß der groben Festkörper ist
Elektrisch leitende Dichtungskomponenten bisher nach der Erfindung vernachlässigbar und die Viskobekannter Art weisen für zahlreiche Anwendungs- sität des Harzes beeinflußt die Stabilität des Systems fälle wesentliche Nachteile auf. So lassen sich Lötver- nicht wahrnehmbar. Der Grad der Füllung mit festen bindungen nicht einfach unterbrechen, wenn Repara- 50 Körpern kann so hoch gewählt werden, daß kein Abturen oder Änderungen vorgenommen werden sollen. setzen der Festkörper eintritt, auch wenn das System Gewobene Drahtdichtungen ergeben, wenn sie in ge- auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt wird. Somit eigneter Weise in einen Flansch eingesetzt werden, ist kein überschüssiges Harz vorhanden, damit eine eine gute elektrische Verbindung, sie sind jedoch un- isolierende Schicht auf der Metalloberfläche, die der ter anderem nicht witterungsbeständig, neigen bei 55 Kunststoff berührt, oder zwischen benachbarten Parhohen Frequenzen zum Schwinden u. dgl. Des weite- tikeln benetzt und ausgebildet wird,
ren sind in der Technik Wellenleiterdichtungen mit Verwendet man ein sehr grobes Pulver als Füll-
Metallrand bekannt, die eine Kordelung auf den Me- stoff in einem flexiblen oder elastomeren Bindemittalloberflächen aufweisen und elektrischen Kontakt tel, kann die Leitfähigkeit in Richtung der Längsmit den Flanschflächen ergeben. Solche Dichtungen 60 achse der Form durch Biegen oder Strecken verlokönnen in Form eines O-Ringes ausgebildet sein, der rengehen. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die Form in eine spezielle Vertiefung des Metallrandes einge- nicht für bestimmte Zwecke geeignet wäre. So kann preßt wird, damit eine druckfeste Abdichtung ent- z. B. bei einer HF-Abschirmung, bei der eine eleksteht. Eine derartige Dichtung ist jedoch sperrig und trische Verbindung zwischen zwei stromleitenden kann nur ein einziges Mal zuverlässig verwendet wer- 65 Flächen hergestellt werden soll, z. B. zwischen zwei den; insbesondere bei Anwendungsfällen für hohe Metallflanschflächen, und bei denen die Stromleit-Leistung ist ihre Arbeitsweise auch nicht sehr zuver- fähigkeit in Richtung der Achse des durch die lässig, obwohl sie als Abdichtung für Mikrowellen- beiden Flächen gebildeten Raumes nicht erforder-
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