DE60003376T2

DE60003376T2 - Verbindungselement aus Gummi

Info

Publication number: DE60003376T2
Application number: DE60003376T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Matsumoto-shi Imai
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2020-09-23
Also published as: US6358615B1; ATE243374T1; DK1094555T3; NO20005220D0; CN1295356A; NO20005220L; DE60003376D1; EP1094555A3; CN1218437C; KR100701840B1; HK1036885A1; EP1094555B1; KR20010040151A; EP1094555A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement aus Gummi, das zum elektrischen Verbinden eines Flüssigkristall-Anzeigefelds und einer dafür vorgesehenen Leiterplatte oder zwischen zwei Leiterplatten verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere ein elektrisches Verbindungselement, das zwischen einer Anordnung von Elektrodenanschlüssen auf einer ersten elektronischen Platteneinheit, beispielsweise einem Flüssigkristall-Anzeigefeld und einer Leiterplatte, und einer Anordnung von Elektrodenanschlüssen auf einer zweiten elektronischen Platteneinheit angeordnet ist, um dazwischen eine elektrische Verbindung herzustellen. Ein Verbindungselement aus Gummi gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der US 4 408 814 offenbart.
Als Ersatz für U-förmige Metalldraht-Verbindungselemente gibt es schon seit langem Verbindungselemente aus einem gummiartigen Elastomer, das zum Erzeugen einer elektrischen Leitfähigkeit mit feinen Metallteilchen oder insbesondere mit Silberteilchen imprägniert ist. Das Verbindungselement aus Gummi der typischsten Art, das nachstehend als "Zebra"-Verbindungselement bezeichnet wird, ist ein wechselweise geschichteter Körper, der aus mehreren Schichten eines elektrisch leitfähigen Gummis und mehreren Schichten eines nichtleitenden Gummis besteht, so daß er ein streifenförmiges Aussehen aufweist, das an den Körper eines Zebras erinnert. Die Zebra-Verbindungselemente werden hinsichtlich der Stabilität und der Zuverlässigkeit elektrischer Verbindungen mit nur geringem Auftreten von Verbindungsfehlern im allgemeinen gegenüber den U-förmigen Metalldraht-Verbindungselementen bevorzugt.
Eines der Probleme bei der Verwendung von Silberteilchen als ein elektrisch leitfähiges Pulver, um Gummi eine Leitfähigkeit zu verleihen, besteht darin, daß Silberteilchen während des Lagerns dazu neigen, Klumpen zu bilden, so daß bei der Herstellung einer elektrisch leitfähigen Gummiverbindung durch Mischen mit Silberteilchen nach einer längeren Lagerung manchmal Probleme auftreten. Verklumpte Silberteilchen können kaum mit einer völligen Gleichmäßigkeit in der Gummimatrix dispergiert werden, woraus sich eine verringerte Stabilität und Zuverlässigkeit der unter Verwendung des Verbindungselements aus Gummi herzustellenden elektrischen Verbindung ergibt.
Wenngleich Zebra-Verbindungselemente gewöhnlich durch Zerteilen eines wechselweise geschichteten Blocks leitfähiger und nichtleitender Gummischichten in einer Ebene senkrecht zu den übereinandergelegten Schichten hergestellt werden, können zusätzlich Schwierigkeiten beim Formen und Härten des geschichteten Gummiblocks auftreten, wenn die leitfähige Gummiverbindung mit verklumpten Silberteilchen hergestellt wird, die darin bestehen, daß eine Trennung der Schichten an der Grenzfläche zwischen den leitfähigen Gummischichten und den nichtleitenden Gummischichten oder innerhalb einer leitfähigen Gummischicht auftritt, so daß die Zebra-Verbindungselemente kaum stabil in einer Massenproduktion mit einer guten Qualität herge stellt werden können. Eine elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung für ein Zebra-Verbindungselement ist aus der US 5 229 037 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, ein Zebra-Verbindungselement bereitzustellen, das mit einer hohen Produktivität und kostengünstig in großen Stückzahlen unter Verwendung von Silberteilchen hergestellt werden kann, ohne daß die voranstehend beschriebenen verschiedenen Probleme und Nachteile auftreten, die mit den Verbindungselementen aus Gummi aus dem Stand der Technik verbunden sind und das dazu verwendet werden kann, eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen zwei elektronischen Platteneinheiten herzustellen, die jeweils eine Anordnung von Elektrodenanschlüssen aufweisen, wobei eine Stabilität des elektrischen Widerstands erzielt wird.
Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung ein Verbindungselement aus Gummi vor, das die in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist. Das Verbindungselement aus Gummi gemäß der Erfindung ist ein wechselweise geschichteter integraler Körper, der aus einer Mehrzahl von Schichten aus einem gehärteten elektrisch leitfähigen Gummi und einer Mehrzahl von Schichten aus einem gehärteten elektrisch nichtleitenden Gummi besteht, wobei der gehärtete elektrisch leitende Gummi durch Härten einer elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung gebildet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß diese eine einheitliche bzw. gleichmäßige Mischung aufweist, mit:

(A) 100 Gewichtsteilen eines Organopolysiloxans, das durch die Mitteleinheitsformel R_nSiO_(4–n)/2 (I)wiedergegeben ist, bei der R eine nichtsubstituierte oder substituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppe ist und der Index n eine positive Zahl in dem Bereich von 1,98 bis 2,02 ist, wobei zumindest zwei der mit R bezeichneten Gruppen in einem Molekül aliphatisch ungesättete Gruppen sind,
(B) 90 bis 800 Gewichtsteilen von elektrisch leitfähigen Teilen, wobei jedes Teilchen aus einem Kernteilchen aus einem nichtmetallischen Material und einer Belags- bzw. Schutzschicht aus einem metallischen Material in der Art von Gold auf den Kernteilchen besteht, und
(C) einem Härtungsmittel in einer Menge, die ausreichend ist, um ein Härten des Organopolysiloxans zu bewirken.

Die Belagsschicht aus einem Metall ist eine zweischichtige Belagsschicht, die aus einer Unterlagsschicht aus Nickel und einer Deckbelagsschicht aus Gold besteht.
Vorzugsweise ist das nichtmetallische Material der die elektrisch leitfähigen Teilchen (B) bildenden Kernteilchen Silikamaterial (Siliziumdioxid bzw. Silizium(IV)Oxid).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie voranstehend beschrieben, ist das Verbindungselement aus Gummi gemäß der vorliegenden Erfindung ein sogenanntes Zebra-Verbindungselement, und sein charakteristischstes Merkmal besteht in der einzigartigen Formulierung der elektrisch leitfähigen Gummiverbindung, die die elektrisch leitfähigen Gummischichten bildet, die mit Schichten eines nichtleitenden Gummis zu schichten sind.
Die elektrisch leitfähige Gummiverbindung, aus der die leitenden Gummischichten des erfindungsgemäßen Verbindungselements aus Gummi durch Härten gebildet werden, ist eine Silikongummiverbindung, und sie weist als wesentliche Bestandteile die voranstehend definierten Komponenten (A), (B) und (C) auf.
Die Komponente (A) in der Silikongummiverbindung als der erste wesentliche Bestandteil ist ein durch die voranstehend angegebene Mitteleinheitsformel (I) wiedergegebenes Organopolysiloxan, wobei die mit R bezeichnete Gruppe eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 oder bevorzugt 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist und der Index n eine positive Zahl im Bereich von 1,98 bis 2,02 ist. Es ist wesentlich, daß die mit R bezeichneten Gruppen in einem Molekül des Organopolysiloxans wenigstens zwei aliphatisch ungesättigte Gruppen in der Art von Vinylgruppen aufweisen.
Beispiele der in der Mitteleinheitsformel (I) mit R bezeichneten monovalenten Kohlenwasserstoffgruppen sind Alkylgruppen, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Hexyl- und Oktylgruppe, Zykloalkylgruppen, wie die Zyklohexylgruppe, Alkenylgruppen, wie Vinyl-, Allyl-, Isopropenyl-, Butenyl- und Hexenylgruppen, Arylgruppen, wie Phenyl- und Tolylgruppen, und Aralkylgruppen, wie Benzyl- und Phenylethylgruppen, sowie jene substituierten Kohlenwasserstoffgruppen, die durch Ersetzen eines Teils oder aller Wasserstoffatome in den voranstehend erwähnten Gruppen durch Substituenten, wie Halogenatome, erhalten werden, und Cyanogruppen, beispielsweise Chloromethyl-, 3,3,3-Trifluoropropyl- und 2-Cyanoethylgruppen, von denen Methyl-, Vinyl-, Phenyl- und 3,3,3-Trifluoropropylgruppen bevorzugt sind.
Wenngleich das Organopolysiloxan als die Komponente (A) wenigstens zwei aliphatisch ungesättigte Gruppen je Molekül enthält, sollte der Inhalt dieser aliphatisch ungesättigten Gruppen im Bereich von 0,001 bis 20 Molprozent, vorzugsweise von 0,025 bis 5 Molprozent der in der Mitteleinheitsformel (I) mit R bezeichneten Gesamtgruppen liegen. Der Index n in der Mitteleinheitsformel (I) ist eine positive Zahl im Bereich von 1,98 bis 2,02. Dies bedeutet, daß das Organopolysiloxan als die Komponente (A) eine im wesentlichen gerade, lineare Molekularstruktur aufweist.
Die Moleküle des Organopolysiloxans als die Komponente (A) können vollständig aus einer einzigen Art von Diorganosiloxaneinheiten bestehen, sie können jedoch auch aus zwei oder mehr Arten verschiedener Diorganosiloxaneinheiten bestehen. Es ist weiterhin optional, daß die Komponente (A) eine Kombination von zwei oder mehr Arten verschiedener Organopolysiloxantypen ist, vorausgesetzt, daß jeder von ihnen in die durch die Mitteleinheitsformel (I) gegebene Definition fällt.
Das Organopolysiloxan als die Komponente (A) hat einen mittleren Polymerisationsgrad im Bereich von 100 bis 20000 oder vorzugsweise von 3000 bis 10000.
Die Komponente (B) als der zweite wesentliche Bestandteil der Silikongummiverbindung ist ein elektrisch leitfähiges Teilchenmaterial, das aus elektrisch leitfähigen Teilchen besteht, die jeweils aus einem nichtmetallischen Kernteilchen und einer sich darauf befindenden metallischen Belagsschicht zusammengesetzt sind. Das die Kernteilchen bildende nichtmetallische Material umfaßt anorganische Materialien und organische Harzmaterialien. Das für die Kernteilchen geeignete anorganische Pulver umfaßt verschiedene Arten anorganischer Füllstoffe, wie Silika, Titandioxid, Aluminiumoxid, Glimmer, Bariumsulfat und Rußschwarze, von denen Silika und Aluminiumoxid mit einer, falls verfügbar, kugelförmigen Teilchenkonfiguration besonders bevorzugt sind.
Silikamaterialteilchen, d. h. Siliciumdioxidteilchen, sind hinsichtlich ihrer hohen Wärmebeständigkeit bevorzugt. Ihre Teilchenkonfiguration ist nicht besonders beschränkt, sie sollte jedoch vorzugsweise kugelförmig sein, weil kugelförmige Teilchen beim gleichen Volumen die kleinste spezifische Oberfläche aufweisen, so daß an der Belagsmenge von Nickel, Gold und dergleichen gespart wird. Verschiedene Grade kommerzieller Produkte sind für Silikapulver verfügbar, die für die Kernteilchen des elektrisch leitfähigen Teilchenmaterials als die Komponente (B) verwendbar sind.
Wenn das elektrisch leitfähige Teilchenmaterial als die Komponente (B) aus organischen Harzteilchen, wie Kernteilchen, besteht, kann das organische Harzmaterial aus Polyolefinen, wie Polyethylenen und Polypropylenen, Polystyrenen, Polyvinylchloriden, Styren/Acrylnitril-Copolymerharzen, Acrylharzen, wie Polymethylmethacrylatharzen, Aminoharzen, Fluorkohlenstoffharzen und Harzen auf Nitrilbasis, von denen Polymethylmethacrylatharze bevorzugt sind, ausgewählt werden. Diese organischen Harzteilchen sollten vorzugsweise auch eine kugelförmige Teilchenkonfiguration aufweisen.
Die nichtmetallischen Kernteilchen der elektrisch leitfähigen Teilchen sollten einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,01 bis 1000 um oder vorzugsweise von 0,01 bis 10 um aufweisen. Wenn die Kernteilchen zu fein sind, woraus sich eine erhöhte spezifische Oberfläche ergibt, nimmt die Menge der Belagsmetalle entsprechend zu, was dazu führt, daß die leitfähigen Teilchen als die Komponente (B) kostspielig werden. Wenn die Kernteilchen zu grob sind, ergeben sich andererseits Schwierigkeiten hinsichtlich der Bearbeitbarkeit beim Mischen und gleichmäßigen Verteilen der leitfähigen Teilchen in der Matrix des Organopolysiloxans als die Komponente (A). Die Kernteilchen sollten vorzugsweise eine spezifische Oberfläche im Bereich von 0,1 bis 1,0 m²/g aufweisen.
Das metallische Material zum Bilden einer Belagsschicht auf der Oberfläche der voranstehend beschriebenen Kernteilchen ist beispielsweise durch Gold, Silber, Nickel, Palladium und Kupfer sowie auf diesen Metallen beruhende Legierungen gegeben, wenngleich es nicht besonders darauf beschränkt ist. Die Belagsschicht kann eine Monoschicht aus beliebigen dieser Metalle sein, oder sie kann eine Mehrfachschicht aus zwei oder mehr Arten dieser Metalle und Legierungen sein. Es ist besonders bevorzugt, daß die Belagsschicht eine Doppelschicht ist, die aus einer Unterlagsschicht aus Nickel an der Oberfläche der Kernteilchen und einer Deckbelagsschicht aus Gold auf der Unterlagsschicht besteht.
Wenn eine Verbesserung der Klebeverbindung zwischen der Oberfläche der Kernteilchen und der metallischen Belagsschicht erwünscht ist, ist es ratsam, daß der metallischen Abscheidung eine Beschichtung der Oberfläche der Kernteilchen mit einer organischen Siliciumverbindung vorangeht, um zwischen der Oberfläche der Kernteilchen und der metallischen Belagsschicht eine nachstehend als Grundierungsschicht bezeichnete Schicht einer organischen Siliciumverbindung einzufügen. Selbst wenn zwischen der Oberfläche der Kernteilchen und der metallischen Belagsschicht eine Grundierungsschicht eingefügt ist, ist die Belagsschicht auch vorzugsweise ein mehrschichtiger Belag. Ein besonders bevorzugter Modus eines solchen mehrschichtigen Belags besteht aus zwei zweischichtigen Belagsschichten, die jeweils aus einer Unterlagsschicht aus Nickel und einer Deckbelagsschicht aus Gold bestehen, wobei zwischen der Oberfläche der Kernteilchen und der ersten zweischichtigen Belagsschicht eine erste Grundierungsschicht eingefügt ist und zwischen der ersten und der zweiten zweischichtigen Belagsschicht eine zweite Grundierungsschicht eingefügt ist.
Die organische Siliciumverbindung zur Bildung der Grundierungsschicht ist eine organische Siliciumverbindung mit einer reduzierenden Reaktivität und kann eine funktionale organische Silanverbindung, wie 3-Aminopropyltri ethoxysilan und 3-Aminopropyltrimethoxysilan, sein, die herkömmlicherweise als ein Silankopplungsmittel für ein Haftförderungsmittel verwendet wird. Abgesehen davon kann die organische Siliciumverbindung eine Polyorganosilanverbindung, eine Polycarbosilanverbindung, eine Organopolysiloxanverbindung und eine Organopolysilazanverbindung sein. Vorzugsweise wird die organische Siliciumverbindung aus der Gruppe ausgewählt, die aus den voranstehend erwähnten funktionalen organischen Silanverbindungen und Polysilanverbindungen sowie Organopolysiloxanverbindungen mit Wasserstoffatomen, die direkt mit den Siliciumatomen in den Molekülen verbunden sind, so daß sich ein Organohydrogenpolysiloxan ergibt, besteht.
Die voranstehend erwähnte Polysilanverbindung ist ein organisches Siliciumpolymer, dessen Hauptkettenstruktur aus Si-Si-Bindungen besteht, welches durch die folgende chemische Formel ausgedrückt wird: (R² _mR³ _kX_pSi)_q, (II)wobei R² und R³ jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine nichtsubstituierte oder substituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppe einschließlich aliphatischer, alizyklischer und aromatischer Gruppen ist, X gleich R² oder ein Halogenatom, ein Sauerstoffatom, ein Stickstoffatom oder eine Alkoxygruppe ist, der Index m eine positive Zahl im Bereich von 0,1 bis 1 oder vorzugsweise von 0,5 bis 1 ist, der Index k eine positive Zahl im Bereich von 0,1 bis 1 oder vorzugsweise von 0,5 bis 1 ist, der Index p 0 oder eine positive Zahl nicht größer als 0,5 oder vorzugsweise nicht größer als 0,2 ist und der Index q eine positive Zahl im Bereich von 2 bis 100000 oder vorzugsweise von 10 bis 10000 mit der Bedingung ist, daß m + k + p im Bereich von 1 bis 2,5 oder vorzugsweise von 1,5 bis 2,0 liegt.
Die mit R² oder R³ bezeichnete nichtsubstituierte aliphatische oder alizyklische monovalente Kohlenwasserstoffgruppe hat bis zu 10 oder vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatome und ist beispielhaft durch Alkylgruppen, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl- und Hexylgruppen und Zykloalkylgruppen, wie die Zyklohexylgruppe, gegeben.
Die mit R² oder R³ bezeichnete nichtsubstituierte aromatische monovalente Kohlenwasserstoffgruppe hat 6 bis 14 oder vorzugsweise 6 bis 10 Kohlenstoffatome und ist beispielhaft durch Phenyl-, Tolyl-, Xylyl-, Naphthyl- und Benzylgruppen gegeben.
Die mit R² oder R³ bezeichnete substituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppe wird durch Ersetzen eines Teils oder aller Wasserstoffatome in den voranstehend erwähnten Kohlenwasserstoffgruppen durch Halogenatome, Alkoxygruppen, Aminogruppen, Aminoalkylgruppen und dergleichen erhalten, wie beispielsweise durch Monofluoromethyl-, Trifluoromethyl- und 3-Dimethylaminophenylgruppen.
Die Alkoxygruppe, die das X in der Formel (II) bildet, hat vorzugsweise bis zu 4 Kohlenstoffatome und ist beispielhaft durch Methoxy-, Ethoxy- und Isopropoxygruppen gegeben. Das Halogenatom als das X in der Formel (II) kann ein Fluor-, Chlor- oder Bromatom sein.
Das Organohydrogenpolysiloxan als eine Klasse der organischen Siliciumverbindung zur Bildung der Grundierungsschicht ist ein organisches Siliciumpolymer mit einer Hauptkette, die aus Siloxanbindungen Si-O-Si besteht, wobei Wasserstoffatome direkt mit den Siliciumatomen verbunden sind, wie durch die Formel (R⁴ _aR⁵ _bH_cSiO_d)_e (III)wiedergegeben ist, wobei R⁴ und R⁵ jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine nichtsubstituierte oder substituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppe einschließlich aliphatischer, alizyklischer und aromatischer Kohlenwasserstoffgruppen, eine Alkoxygruppe oder ein Halogenatom sind, der Index a eine positive Zahl im Bereich von 0,1 bis 1 oder vorzugsweise von 0,5 bis 1 ist, der Index b eine positive Zahl im Bereich von 0,1 bis 1 oder vorzugsweise von 0,5 bis 1 ist, der Index c 0 oder eine positive Zahl im Bereich von 0,01 bis 1 oder vorzugsweise von 0,1 bis 1 ist, der Index d eine positive Zahl im Bereich von 1 bis 1,5 ist und der Index e eine positive Zahl im Bereich von 2 bis 100000 oder vorzugsweise von 10 bis 10000 mit der Bedingung ist, daß a + b + c im Bereich von 1 bis 2,5 oder vorzugsweise von 1 bis 2,2 liegt.
Die voranstehend erwähnten aliphatischen und alizyklischen monovalenten Kohlenwasserstoffgruppen, wie R⁴ und R⁵, haben 1 bis 12 Kohlenstoffatome oder vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome einschließlich Alkylgruppen, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl- und Hexylgruppen, und Zykloalkylgruppen, wie der Zyklohexylgruppe. Die aromatische monovalente Kohlenwasserstoffgruppe hat 6 bis 14 Kohlenstoffatome oder vorzugsweise 6 bis 10 Kohlenstoffatome einschließlich Aryl- und Aralkylgruppen, wie Phenyl-, Tolyl-, Xylyl-, Naphthyl- und Benzylgruppen. Ein Teil oder alle der Wasserstoffatome in diesen Kohlenwasserstoffgruppen können durch Halogenatome, Alkoxygruppen, Aminogruppen und Aminoalkylgruppen, beispielsweise durch Monofluoromethyl-, Trifluoromethyl- und 3-Dimethylaminophenylgruppen, ersetzt werden.
Die Alkoxygruppe weist 1 bis 4 Kohlenstoffatome auf und ist beispielsweise durch Methoxy-, Ethoxy- und Isopropoxygruppen gegeben, von denen Methoxy- und Ethoxygruppen bevorzugt sind. Das Halogenatom kann ein Fluor-, Chlor- oder Bromatom sein.
Eine Grundierungsschicht aus der voranstehend beschriebenen organischen Siliciumverbindung an der Oberfläche von Kernteilchen kann durch Eintauchen der Kernteilchen in eine Lösung der in einem Lösungsmittel gelösten organischen Siliciumverbindung, gefolgt von einer Verdampfung des Lösungsmittels, gebildet werden. Das hierbei verwendete Lösungsmittel besteht beispielsweise aus Wasser, Alkoholen, wie Methyl- und Ethylalkoholen, und aprotischen Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und Hexamethylphosphortriamid, von denen Wasser bevorzugt ist, falls die organische Siliciumverbindung wasserlöslich ist.
Die Dicke der Grundierungsschicht der organischen Siliciumverbindung auf den Kernteilchen liegt im Bereich von 0,001 bis 1 um oder vorzugsweise von 0,01 bis 0,1 um. Wenn die Dicke zu gering ist, kann die Bedeckung der Kernteilchenoberfläche mit der organischen Siliciumverbindung unvollständig sein, woraus sich eine ungleichmäßige Haftung der metallischen Belagsschicht an den Oberflächen der Kernteilchen ergibt, während mit Ausnahme einer Kostenerhöhung keine besonderen Nachteile auftreten, wenn die Dicke zu groß ist.
Wenn auf der Oberfläche der Kernteilchen eine Grundierungsschicht der organischen Siliciumverbindung gebildet wird, geschieht es manchmal, daß die Kernteilchen hydrophob oder wasserabstoßend werden, woraus sich eine Verringerung der Affinität der Teilchen mit dem Lösungsmittel zum Lösen des Metallsalzes für die Metallabscheidungsbehandlung der Teilchen ergibt. Es kann eine gute Dispergierbarkeit der so oberflächenbehandelten Kernteilchen in der Metallsalzlösung gewährleistet werden, um ein Verringern der Wirksamkeit der Metallsalz-Reduktionsreaktion durch Hinzufügen eines oberflächenaktiven Mittels zur Lösung zum Verringern der Oberflächenspannung der Lösung zu verhindern, wenngleich eine verstärkte Schaumbildung der Lösung unerwünscht ist. Das oberflächenaktive Mittel kann ein kationisches, anionisches, nichtionisches oder amphoterisches oberflächenaktives Mittel sein.
Das voranstehend erwähnte anionische oberflächenaktive Mittel, das hier verwendet wird, kann ein beliebiges der anionischen oberflächenaktiven Mittel auf Sulfonatesterbasis, Sulfatesterbasis, Carboxylatesterbasis und Phosphatesterbasis sein. Das kationische oberflächenaktive Mittel kann ein beliebiges der kationischen oberflächenaktiven Mittel auf Ammoniumsalzbasis, Alkylaminbasis und Pyridinbasis sein. Die amphoterischen oberflächenaktiven Mittel können beliebige der amphoterischen oberflächenaktiven Mittel auf Betainbasis, Aminocarboxylatesterbasis und Aminoxidbasis sein. Das nichtionische oberflächenaktive Mittel kann ein beliebiges der nichtionischen oberflächen aktiven Mittel auf Etherbasis, Esterbasis und Silikonbasis sein. Mehrere kommerzielle Produkte nichtionischer oberflächenaktiver Mittel, die in diesem Fall verwendbar sind, umfassen beispielsweise jene, die unter den Handelsnamen Surfinols 104, 420 und 504 (jeweils ein Produkt von Nisshin Chemical Industry Co.) verkauft werden.
Der Anteil des oberflächenaktiven Mittels in der Metallsalzlösung liegt, wenn es hinzugefügt ist, im Bereich von 0,0001 bis 10 Gewichtsteilen oder vorzugsweise von 0,001 bis 1 Gewichtsteilen oder bevorzugter von 0,01 bis 0,5 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen der Lösung.
Die an der Oberfläche mit einer Schicht der organischen Siliciumverbindung versehenen Kernteilchen werden einer Behandlung mit der Metallsalzlösung unterzogen, um ein metallisches Kolloid des Metalls auf der Schicht der organischen Siliciumverbindung abzuscheiden. Die Behandlung wird ausgeführt, indem die Oberfläche der Kernteilchen nach der Behandlung mit der organischen Siliciumverbindung in Kontakt mit einer das Metallsalz enthaltenden Lösung gebracht wird. Die Behandlung wird bei einer Temperatur im Bereich von der Zimmertemperatur bis 70°C über 0,1 bis 120 Minuten oder vorzugsweise über 1 bis 15 Minuten ausgeführt. Bei dieser Behandlung wird das Metallsalz durch die reduzierende Reaktivität der organischen Siliciumverbindung reduziert und in ein metallisches Kolloid an der Oberfläche der Schicht der organischen Siliciumverbindung umgewandelt, um darauf in Form eines Überzugsfilms abgeschieden zu werden.
Die metallischen Elemente, die durch diese Behandlung in ein metallisches Kolloid umgewandelt werden können, umfassen Palladium, Gold und Silber.
Das Lösungsmittel zum Lösen des Metallsalzes kann aus Wasser, Ketonen wie Aceton- und Methylethylketon, Alkoholen wie Methyl- und Ethylalkohol, und aprotischen polaren Lösungsmitteln wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und Hexamethylphosphortriamid ausgewählt werden.
Die Konzentration des Metallsalzes in der Metallsalzlösung sollte wenigstens 0,01 Gewichtsprozent betragen und bis zur Löslichkeitsgrenze des Salzes in dem Lösungsmittel, abhängig von den Lösungsmitteln, reichen oder vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 20 Gewichtsprozent oder bevorzugter im Bereich von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent liegen. Wenn die Konzentration des Salzes zu gering ist, kann das Abscheiden des metallischen Kolloids an der Teilchenoberfläche schließlich unvollständig sein.
Wenn die Teilchen mit einer darauf abgeschiedenen Schicht des Metallkolloids versehen sind, können die Teilchen einer stromlosen Nickelabscheidung unter Verwendung der katalytischen Aktivität des Metallkolloids unterzogen werden. Die Lösung zur stromlosen Nickelabscheidung, die ein im Handel erhältliches Produkt sein kann, enthält gewöhnlich ein wasserlösliches Nickelsalz, wie Nickelsulfat und Nickelchlorid, ein reduzierendes Mittel, wie Natriumhypophosphit, Hydrazin und Natriumborohydrid sowie ein Komplexbildungsmittel, wie Natriumacetat, Phenylendiamin und Natriumkaliumtartrat.
Die stromlose Nickelabscheidungsbehandlung von Teilchen kann durch einen Stapelprozeß, bei dem das Pulver unter Rühren der stromlosen Abscheidungslösung hinzugefügt wird, oder durch den Lösungshinzufügungsprozeß, bei dem die Abscheidungslösung tropfenweise in eine wäßrige Dispersion der Teilchen in Wasser hinzugefügt wird, ausgeführt werden. Die so gebildete Nickelbelagsschicht sollte eine Dicke im Bereich von vorzugsweise 0,01 bis 10 um oder bevorzugter von 0,1 bis 2 um aufweisen. Wenn die Dicke der Nickelbelagsschicht zu gering ist, ist die Bedeckung der Teilchenoberfläche mit der Nickelbelagsschicht unvollständig. Wenn die Dicke zu groß ist, wird das Gewicht der Teilchen andererseits infolge der erhöhten Beschichtungsmenge übermäßig vergrößert, woraus sich schließlich ein Problem beim Mischen mit einem Gummi ergibt.
Vorzugsweise folgt der voranstehend beschriebenen stromlosen Nickelabscheidungsbehandlung eine Abscheidungsbehandlung mit Gold, um eine zweischichtige Belagsschicht zu bilden, die aus einer Unterlagsschicht aus Nickel und einer Deckbelagsschicht aus Gold besteht. Die Goldabscheidungsbehandlung kann nach einer bekannten Prozedur entweder als eine Elektrolytabscheidungsbehandlung oder als eine stromlose Abscheidungsbehandlung ausgeführt werden, wobei die stromlose Abscheidung bevorzugt ist. Die Gold-Abscheidungslösung kann nach der bekannten Formulierung hergestellt werden, oder sie kann als ein im Handel verfügbares Produkt erhalten werden.
Die Gold-Belagsschicht sollte eine Dicke im Bereich von vorzugsweise 0,001 bis 1 um oder bevorzugter von 0,01 bis 0,1 um aufweisen. Wenn die Dicke der Gold-Belagsschicht zu gering ist, kann der spezifische Volumenwider stand der mit den Teilchen vermischten leitfähigen Gummiverbindung nicht niedrig genug sein, während infolge der Kostspieligkeit von Gold eine übermäßige Erhöhung der Kosten hervorgerufen wird, wenn die Dicke zu groß ist.
Die mit einer elektrischen Leitfähigkeit versehenen Teilchen sollten einen 0,1 Ohm cm oder bevorzugt 0,01 Ohm cm oder bevorzugter 0,005 Ohm cm nicht übersteigenden spezifischen Volumenwiderstand aufweisen.
Die mit einer elektrischen Leitfähigkeit versehenen Teilchen werden mit einer Gummimischung vermischt, um eine leitfähige Gummiverbindung in einem Volumenanteil im Bereich von 25 bis 75% oder vorzugsweise von 30 bis 60% zu bilden. Wenn ihr Volumenanteil zu niedrig ist, kann der spezifische Volumenwiderstand der mit den leitfähigen Teilchen vermischten Gummiverbindung nicht niedrig genug sein, während Schwierigkeiten beim Vermischen der leitfähigen Teilchen mit der Gummimischung auftreten, wenn der Volumenanteil zu hoch ist.
Der Vermischungsanteil der leitfähigen Teilchen mit der Gummiverbindung kann auch in bezug auf den Gewichtsanteil definiert werden. Insbesondere sollte der Vermischungsanteil der leitfähigen Teilchen im Bereich von 90 bis 800 Gewichtsteilen oder vorzugsweise von 100 bis 500 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans als der Hauptbestandteil in der Silikongummimischung liegen.
Der dritte wesentliche Bestandteil, nämlich die Komponente (C), in der Silikongummiverbindung ist ein Härtungsmittel, das eine Katalysatorkombination eines Organohydrogenpolysiloxans und eines Platinkatalysators oder ein organisches Peroxid sein kann. Der Platinkatalysator für die Hydrolisationsreaktion kann durch Platin in elementarer Form, Chloroplatinsäure, Zusatzprodukte von Chloroplatinsäure mit einem Alkohol und Komplexverbindungen von Chloroplatinsäure mit einer Aldehyd-, Ether- oder Olefinverbindung gegeben sein. Der Anteil der Platinverbindung als Platinelement liegt, bezogen auf den Anteil des Organopolysiloxans als die Komponente (A), im Gewichtsbereich von 1 bis 2000 ppm.
Das Organohydrogenpolysiloxan als das Gegenstück zur Bildung der Katalysatorkombination weist mindestens zwei Wasserstoffatome auf, die direkt mit den Siliciumatomen in einem Molekül verbunden sind. Wenngleich die molekulare Struktur nicht ausdrücklich auf gerade lineare, verzweigte und zyklische Strukturen beschränkt ist, hat das Organohydrogenpolysiloxan vorzugsweise einen 300 nicht übersteigenden Polymerisationsgrad und sollte durch die Mitteleinheitsformel R⁶ _fH_gSiO_{(4–g–g)/2} (IV)wiedergegeben werden, wobei R⁶ eine nichtsubstituierte oder substituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppe ist, die beispielhaft durch die als Beispiele der Gruppe R¹ angegebenen Gruppen gegeben ist, welche vorzugsweise keine aliphatisch ungesättigten Verbindungen aufweist, wobei die Indizes f und g jeweils 0 oder eine positive Zahl kleiner als 3 sind, wobei die Bedingung gilt, daß f + g eine positive Zahl kleiner als 3 ist.
Spezielle Beispiele des Organohydrogenpolysiloxans umfassen Copolymere von Dimethylsiloxaneinheiten und Methylhydrogensiloxaneinheiten, die an jedem Ende der molekularen Kette mit einer Dimethylhydrogensilylgruppe abgeschlossen sind, Copolymere von Dimethylsiloxaneinheiten und Methylhydrogensiloxaneinheiten, die an jedem Ende der molekularen Kette mit einer Trimethylsilylgruppe abgeschlossen sind, ein Fluid niedriger Viskosität, das aus den (CH₃)₂HSiO_0,5-Einheiten und SiO₂-Einheiten besteht, 1,3,5,7-Tetramethylzyklotetrasiloxan, 1-Propyl-1,3,5,7-tetramethylzyklotetrasiloxan und 1,5-Dihexyl-1,3,5,7-tetramethylzyklotetrasiloxan.
Der Anteil des Organohydrogenpolysiloxans als Teil des Härtungsmittels in der Silikongummiverbindung sollte ausreichend sein, um die mit Silicium verbundenen Wasserstoffatome in einem molaren Anteil von 50 bis 500%, bezogen auf den molaren Anteil der Alkenylgruppen in dem Organopolysiloxan als die Komponente (A), bereitzustellen.
Beispiele der organischen Peroxide als eine alternative Klasse des Härtungsmittels sind Benzoylperoxid, 2,4-Dichlorobenzoylperoxid, 4-Methylbenzoylperoxid, 2-Methylbenzoylperoxid, 2,4-Dicumylperoxid, 2,5-Dimethylbis(2,5-tert-butylperoxy)hexan, Di-tert-butylperoxid und tert-Butylperbenzoat.
Diese organischen Peroxide werden in einem Anteil im Bereich von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans als die Komponente (A) in die Silikongummiverbindung gemischt.
Zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften des gehärteten Silikongummis kann die Silikongummiverbindung wahlweise mit einem verstärkenden Silikafüllstoff vermischt werden, der eine spezifische Oberfläche von wenigstens 50 m²/g oder bevorzugt im Bereich von 100 bis 300 m²/g aufweist. Der verstärkende Silikafüllstoff kann ein Rauchquarzfüllstoff oder ein ausgefällter Silikafüllstoff sein, wobei die Silikateilchen wahlweise zuvor einer Oberflächenbehandlung mit einer Chlorosilanverbindung oder Hexamethyldisilazan unterzogen werden, um die Oberfläche hydrophob zu machen.
Der Anteil des verstärkenden Silikafüllstoffs in der Silikongummiverbindung liegt im Bereich von 3 bis 70 Gewichtsteilen oder bevorzugt von 10 bis 50 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans als die Komponente (A). Wenn der Anteil des verstärkenden Silikafüllstoffs zu gering ist, kann die gewünschte Wirkung der Verstärkung auf die mechanischen Eigenschaften des gehärteten Silikongummis natürlich schwer erreicht werden, während sich beim Einmischen des Füllstoffs mit einem zu großen Anteil eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit der Verbindung zusammen mit einer Verringerung der mechanischen Fertigkeiten des gehärteten Silikongummis ergibt.
Zusätzlich zu den voranstehend beschriebenen spezifischen elektrisch leitfähigen Pulvern und den verstärkenden Silikafüllstoffen ist es wahlweise vorgesehen, daß die Silikongummiverbindung mit anderen elektrisch leitfähigen und nicht leitfähigen Pulvern einschließlich elektrisch leitfähiger Rußschwarze, elektrisch leitfähigen Zinkoxids, elektrisch leitfähigen Titandioxids, Silikongummipulvern, Eisenoxiden, gemahlenen Quarzpulvern und Kalziumcarbonat vermischt wird.
Es ist natürlich wahlweise möglich, daß die Silikongummiverbindung mit einer Vielzahl bekannter Zusatzstoffe, wie Färbemitteln, Wärmestabilitäts-Verbesserungsmitteln, Reaktionsmoderatoren, Formlösemitteln, Dispersionsmitteln für den Füllstoff usw., wobei diese jeweils in einem begrenzten Anteil vorliegen, vermischt wird. Beispiele des voranstehend erwähnten Dispersionsmittels für Füllstoffe umfassen Diphenylsilandiol und verschiedene Arten von Alkoxysilanverbindungen, sogenannte funktionale Kohlenstoff-Silanverbindungen und eine Silanolgruppe enthaltende Organopolysiloxane mit einem niedrigen Molekulargewicht.
Wenn die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Silikongummiverbindung mit einer Feuerfestigkeit oder einer Flammhemmung versehen werden soll, kann diese Wirkung durch Hinzufügen eines bekannten Zusatzstoffs, wie Platinverbindungen, Kombinationen einer Platinverbindung und Titandioxid, Mangancarbonat oder γ-Eisenoxid, Ferrite, Glimmerflocken, Glasfasern und Glasflocken, erreicht werden.
Wenn der gehärtete Silikongummi gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine zellulare oder poröse Struktur aufweisen soll, kann die Silikongummiverbindung mit einem anorganischen oder organischen Treibmittel vermischt werden. Beispiele für das organische Treibmittel sind Azobisisobutyronitril, Dinitropentamethylentetramin, Benzensulfonhydrazid und Azodicarbonamid. Der Anteil dieser Treibmittel in der Silikongummiverbindung liegt im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans als die Komponente (A), wobei dies vom gewünschten Porositätsgrad abhängt.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Silikongummiverbindung kann durch gleichmäßiges Vermengen der voranstehend beschriebenen wesentlichen und wahlweise vorgesehenen Bestandteile unter Verwendung einer geeigneten Gummiverarbeitungsmaschine in der Art von Zweiwalzenmühlen, Banbury-Mischern, Knetmaschinen und dergleichen, hergestellt werden. Bei einer angemessenen Formulierung kann der spezifische Volumenwiderstand der so erhaltenen Silikongummiverbindung 1 Ohm cm oder insbesondere 0,1 Ohm cm nicht übersteigen.
Die Silikongummiverbindung kann, abhängig von der vorgesehenen Anwendung der Verbindungselemente aus Gummi durch ein bekanntes Formungsverfahren, wie Metallform-Kompressionsformen, Extrusionsformen und Kalandrieren, zu einer beliebigen gewünschten Form geformt und gehärtet werden. Die allgemeinen Bedingungen für das Härten der Silikongummiverbindung umfassen eine Temperatur von 80 bis 400 °C und eine Zeitdauer von 10 Sekunden bis 30 Tagen, wobei dies von verschiedenen Parametern einschließlich der Wanddicke des geformten Körpers abhängt.
Das Gummipolymer zur Bildung der nichtleitenden Gummischichten bei den erfindungsgemäßen Verbindungselementen aus Gummi ist nicht auf eine Silikongummiverbindung beschränkt, sofern der Gummi nach dem Härten ohne eine spontane Verformung formstabil ist und von einer plastischen Verformung frei ist. Beispiele geeigneter Gummipolymere umfassen Naturgummis sowie Kunstgummis, wie Styren/Butadien-Copolymergummis, Acrylnitril/Butadien-Copolymergummis, Acrylnitril/Butadien/Styren-Copolymergummis, Ethylen/Propylen-Copolymergummis, Ethylen/Propylen/Dien-Ternär-Copoly mergummis, Polychloroprengummis, Silikongummis, Butadiengummis, Isoprengummis, chlorosulfonierte Polyethylengummis, Polysulfidgummis, Butylgummis, Fluorkohlenstoffgummis, Urethangummis und Polyisobutylgummis, thermoplastische Elastomere, wie Polyesterelastomere, weichgemachte Polyvinylchloridharze, Harze auf Vinylacetatbasis und Copolymere von Vinylchlorid und Vinylacetat, von denen Silikongummis bevorzugt sind, weil sie ausgezeichnete Alterungseigenschaften, elektrische Eigenschaften, eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, eine ausgezeichnete permanente Druckverformbarkeit und eine ausgezeichnete Formungsbearbeitbarkeit aufweisen.
Das Organopolysiloxan als der Hauptbestandteil in der Silikongummiverbindung kann Dimethylpolysiloxan, Methylphenylpolysiloxan oder Methylvinylpolysiloxan sowie ein halogeniertes Organopolysiloxan sein, das durch Vermengen mit einem Füllstoff, wie Silikafüllstoffen, mit einer geeigneten rheologischen Eigenschaft versehen wurde.
Die Prozedur zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbindungselements aus Gummi unter Verwendung der voranstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen und elektrisch nichtleitenden Silikongummiverbindungen ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Insbesondere werden die Gummiverbindungen jeweils zu dünnen Lagen mit einer geeigneten Dicke geformt, und die Lagen werden wechselweise zu einem Block aufeinandergestapelt, woraufhin der Block unter Erwärmen komprimiert wird, um einen gehärteten Gummiblock mit einer geschichteten Struktur zu erhalten, der in einer Ebene senkrecht zu den Schichten der gestapelten Gummilagen zu streifenförmigen Lagen zerlegt wird, welche als das Verbindungselement aus Gummi verwendet werden können. Das Laminieren der Lagen der jeweiligen Gummiverbindungen kann durch beliebige bekannte Formungsverfahren, wie das Druckverfahren und das Kalandrierverfahren, ausgeführt werden, wobei das Kalandrierverfahren hinsichtlich der guten Produktivität und Stabilität des Prozesses bevorzugt ist.
Beispielsweise wird eine Schicht des nichtleitenden Gummis auf dem Polyethylenterephthalatfilm durch das Kalandrierverfahren gebildet, woraufhin erwärmt wird, um die Gummiverbindung zu härten, und es wird dann ebenfalls durch das Kalandrierverfahren eine Schicht der leitfähigen Gummiverbindung auf der so gehärteten nichtleitenden Gummischicht gebildet. Die so erhaltene zweischichtige Gummilage wird von dem Polyethylenterephthalatfilm getrennt, und es wird eine große Anzahl dieser zweischichtigen Gummilagen Vorderseite an Rückseite übereinandergestapelt, um einen geschichteten Block zu erhalten, der dann durch Erwärmen unter Kompression gehärtet wird und zu streifenförmigen Lagen zerlegt wird.
Vorzugweise weist das auf diese Weise hergestellte erfindungsgemäße Verbindungselement aus Gummi eine Gummihärte im Bereich von 50 bis 80°H oder bevorzugter von 60 bis 80°H auf, um eine gute und gleichmäßige elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen einer elektronischen Leiterplatte und den leitfähigen Gummischichten des Verbindungselements selbst dann stabil zu gewährleisten, wenn die Druckverformung des Verbindungselements aus Gummi sehr klein ist und nur 2 bis 10% beträgt, und daß es fast frei vom Problem des Verziehens ist. Diese Bedingung ist wichtig, um die Belastung der unter Verwendung des Verbindungselements aus Gummi hergestellten Instrumente zu verringern, um eine kompakte und leichtgewichtige Konstruk tion der elektronischen Instrumente zu ermöglichen. Die voranstehend erwähnte Gummihärte kann nach der in JIS K 6253 oder ISO 7619 spezifizierten Testprozedur bestimmt werden.
Nachstehend wird das Verbindungselement aus Gummi gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen detaillierter beschrieben.
Beispiel 1.
Eine nichtleitende Silikongummimischung (KE 971U, ein Produkt von Shin-Etsu Chemical Co.), die mit einem Härtungsmittel (C-19A/B, ein Produkt der gerade erwähnten Firma) vermischt wurde, wurde durch Kalandrieren mit einer Dicke von 0,3 mm schichtförmig auf einen Polyethylenterephthalatfilm (PET-Film) mit einer Dicke von 0,5 mm aufgebracht, woraufhin in einem Ofen bei 200°C erwärmt wurde, um eine gehärtete Schicht des nichtleitenden Silikongummis zu erhalten.
Getrennt wurde eine Portion von 100 g kugelförmiger Silikateilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 10 um (US-10, ein Produkt von Mitsubishi Rayon Co.) zu einer durch Lösen von 5 g Phenylhydrogenpolysilan (PPHS) in 65 g Toluen hergestellten Lösung hinzugefügt und unter Rühren 1 Stunde lang darin gehalten, woraufhin das Toluen durch Verdampfen unter einem verringerten Druck von 45 mmHg bei 80°C entfernt wurde, um getrocknete PPHS-behandelte kugelförmige Silikateilchen zu erhalten, die hydrophob waren und auf der Wasseroberfläche treiben konnten. Eine Portion von 100 g der PPHS-behandelten kugelförmigen Silikateilchen wurde zu 50 g einer 0,5 Gewichtsprozent aufwei senden wäßrigen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels (Surfinol 504, voranstehend erwähnt) hinzugefügt und darin unter Rühren dispergiert. Die Teilchen wurden dann einer Palladiumbehandlung unterzogen, indem zur voranstehend erhaltenen wäßrigen Dispersion der Teilchen 70 g einer 1 Gewichtsprozent aufweisenden wäßrigen Lösung von Palladiumchlorid PdCl₂ hinzugefügt wurden, woraufhin 30 Minuten lang gerührt wurde und dann filtriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet wurde, um kugelförmige Silikateilchen zu erhalten, die auf die Oberfläche aufgebrachtes Palladiumkolloid aufwiesen.
Die so erhaltenen palladiumbehandelten Silikateilchen wurden in 100 g eines reduzierenden Nickelabscheidungsbads, das Natriumhypophosphit, Natriumacetat und Glycin in Anteilen von 2,0 Mol, 1,0 Mol bzw. 0,5 Mol zusammen mit einem kleinen Anteil eines Entschäumungsmittels auf Silikonbasis (KS 538, ein Produkt von Shin-Etsu Chemical Co.) enthielt, dispergiert, woraufhin eine wäßrige Lösung von 2,0 Mol von Luft mitgeführten Natriumhydroxids und dann eine wäßrige Lösung von 1,0 Mol von Stickstoffgas mitgeführten Nickelsulfats unter Rühren tröpfchenweise hinzugefügt wurde, um eine Belagsschicht aus Nickel auf die Teilchenoberfläche aufzubringen. Die Dicke der so aufgebrachten Nickel-Belagsschicht konnte als 0,25 um geschätzt werden.
Die in der voranstehend beschriebenen Weise erhaltenen mit Nickel überzogenen Silikateilchen wurden in 100 g einer im Handel erhältlichen Goldabscheidungslösung (K-24N, ein Produkt von High-Purity Chemistry Laboratory) dispergiert, um eine Gold-Belagsschicht mit einer Dicke von 0,03 um aufzubringen. Die auf diese Weise mit Gold überzogenen Silikateilchen hatten eine spezifische Oberfläche von 0,4 m²/g und eine Dichte von 2,39 g/cm³.
Eine elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung wurde durch gleichmäßiges Vermischen von 300 Gewichtsteilen der wie voranstehend erwähnt hergestellten mit Gold überzogenen kugelförmigen Silikateilchen mit 100 Gewichtsteilen eines Organopolysiloxangummis mit einem mittleren Polymerisationsgrad von etwa 8000 aus 99,85 Molprozent Dimethylsiloxaneinheiten und 0,15 Molprozent Methylvinylsiloxaneinheiten hergestellt, um eine Basismischung zu erhalten, der weiter 0,4 Gewichtsprozent Dicumylperoxid als ein Härtungsmittel (C-8, ein Produkt von Shin-Etsu Chemical Co.) beigemischt wurde. Der Volumenanteil der mit Gold überzogenen Silikateilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung betrug 56%. Die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 2 × 10^–2 Ohm cm.
Diese elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung wurde durch Kalandrieren mit einer Dicke von 0,03 mm auf die von dem PET-Film getragene nichtleitende Silikongummischicht aufgebracht, woraufhin das zweischichtige Silikongummilaminat von dem tragenden PET-Film abgezogen wurde. Eine große Anzahl zweischichtiger Silikongummilaminate wurde Vorderseite an Rückseite aufeinandergestapelt, um einen Block mit einer Schichtstruktur zu erhalten, der unter Druck bei 165°C 10 Stunden lang einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, um ein Primärhärten auszuführen, woraufhin der Block in einer Ebene senkrecht zur Silikongummischicht zu streifenförmigen Lagen zerlegt wurde. Die primär gehärteten Silikongummilagen wurden in einem Ofen bei 120°C 1 Stunde lang einer sekundären Härtungsbehandlung unterzogen, um vollständig gehärtete Silikongummilagen mit einer Gummihärte von 60°H nach der in JIS K 6253 spezifizierten Testprozedur zu erhalten, welche zu den Abmessungen einzelner Verbindungselemente aus Gummi zerlegt wurden.
Beispiel 2.
Verbindungselemente aus Gummi wurden im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung durch Verringern des Anteils der mit Gold überzogenen leitfähigen Teilchen auf Silikabasis von 300 Gewichtsteilen auf 250 Gewichtsteile hergestellt wurde. Der Volumenanteil der mit Gold überzogenen Silikateilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung betrug 47%. Die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 5 × 10^–2 Ohm cm.
Beispiel 3.
Verbindungselemente aus Gummi wurden im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung durch Ersetzen der mit Nickel bzw. Gold überzogenen leitfähigen Teilchen auf Silikabasis durch den gleichen Anteil aus einem im Handel erhältlichen Aluminiumoxidprodukt hergestellter kugelförmiger mit Nickel bzw. Gold überzogener Aluminiumoxidteilchen hergestellt wurde, wobei die Primärteilchen des Aluminiumoxidprodukts einen durchschnitt lichen Teilchendurchmesser von 20 nm und eine spezifische Oberfläche von 100 m²/g (Oxide C, ein Produkt von Nippon Aerosil Co.) aufwiesen: Der Volumenanteil der mit Gold überzogenen Aluminiumoxidteilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung betrug 48%. Die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 3 × 10^–2 Ohm cm.
Beispiel 4.
Verbindungselemente aus Gummi wurden im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung durch Ersetzen von 300 Gewichtsteilen der mit Nickel bzw. Gold überzogenen leitfähigen Teilchen auf Silikabasis durch 250 Gewichtsteile aus einem im Handel erhältlichen Produkt aus Polymethylmethacrylat-Harzteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 um hergestellter kugelförmiger leitfähiger Teilchen auf Harzbasis hergestellt wurde. Der Volumenanteil der mit Gold überzogenen Harzteilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung betrug 52%. Die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10^–2 Ohm cm.
Vergleichsbeispiel 1.
Die Prozedur für das Herstellen von Verbindungselementen aus Gummi wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt, wobei die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung jedoch hergestellt wurde, indem der Anteil der mit Nickel bzw. Gold überzogenen leit fähigen Teilchen auf Silikabasis von 300 Gewichtsteilen auf 70 Gewichtsteile verringert wurde. Der Volumenanteil der mit Nickel bzw. Gold überzogenen Silikateilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung betrug 23%. Die so hergestellte Silikongummiverbindung wies keine elektrische Leitfähigkeit auf, sondern sie war nichtleitend, so daß keine verwendbaren Verbindungselemente aus Gummi erhalten werden konnten.
Vergleichsbeispiel 2.
Verbindungselemente aus Gummi wurden im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung jedoch hergestellt wurde, indem 300 Gewichtsteile der leitfähigen Teilchen auf Silikabasis durch 450 Gewichtsteile eines Silberpulvers ersetzt wurden. Die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 5 × 10^–4 Ohm cm. Die Verbindungselemente aus Gummi waren jedoch infolge eines schließlichen Ablösens von Schichten an den Grenzflächen zwischen den nichtleitenden Gummischichten und elektrisch leitfähigen Gummischichten zusätzlich zu den Problemen in bezug auf ihre schlechte Bearbeitbarkeit bei der Herstellung einer mit Silberpulver beschickten Silikongummiverbindung durch Dispergieren der Silberteilchen in dem Organopolysiloxan für praktische Anwendungen nicht geeignet.
Vergleichsbeispiel 3.
Verbindungselemente aus Gummi wurden im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung durch Ersetzen von 300 Gewichtsteilen der leitfähigen Teilchen auf Silikabasis durch die gleiche Menge eines im Handel erhältlichen Produkts aus mit Silber überzogenen Glaskügelchen (S-5000S-3, ein Produkt von Toshiba Palotini Co.) hergestellt wurde. Die elektrisch leitfähige Silikongummiverbindung hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10^–4 Ohm cm. Die Verbindungselemente aus Gummi waren jedoch aus den gleichen Gründen wie im Vergleichsbeispiel 2 für praktische Anwendungen nicht geeignet.

Claims

Verbindungselement aus Gummi, das ein wechselweise geschichteter integraler Körper ist, der aus einer Mehrzahl von Schichten aus einem gehärteten elektrisch leitfähigen Gummi und einer Mehrzahl von Schichten aus einem gehärteten elektrisch nichtleitenden Gummi besteht, wobei der gehärtete elektrisch leitende Gummi durch Härten einer elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung gebildet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß diese eine einheitliche bzw. gleichmäßige Mischung aufweist, mit: (A) 100 Gewichtsteilen eines Organopolysiloxans, das durch die Mitteleinheitsformel R_nSiO_(4–n)/2 wiedergegeben ist, bei der R eine nichtsubstituierte oder substituierte monovalente Kohlenwasserstoffgruppe ist und der Index n eine positive Zahl in dem Bereich von 1,98 bis 2,02 ist, wobei zumindest zwei der mit R bezeichneten Gruppen in einem Molekül aliphatisch ungesättete Gruppen sind, (B) 90 bis 800 Gewichtsteilen von elektrisch leitfähigen Teilen, wobei jedes Teilchen aus einem Kernteilchen aus einem nichtmetallischen Material und einer Belags- bzw. Schutzschicht aus einem metallischen Material auf den Kernteilchen besteht, wobei die Belagsschicht eine Doppelschichtstruktur hat, die aus einer Unterlagsschicht aus Nickel und einer Deckbelagsschicht aus Gold besteht, und (C) einem Härtungsmittel in einer Menge, die ausreichend ist, um ein Härten des Organopolysiloxans als die Komponente (A) zu bewirken.
Verbindungsselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem die Belagsschicht aus einem Metall in den elektrisch leitfähigen Teilchen mit der Oberfläche des Kernteilchens mit Eingriff bzw. Intervention einer Schicht aus einer organischen Siliciumverbindung verbunden sind.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem die Kernteilchen der elektrisch leitfähigen Teilchen eine spezifische Oberfläche in dem Bereich von 0,1 bis 1,0 m²/g haben.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem der Volumenanteil der elektrisch leitfähigen Teilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung in dem Bereich von 25 bis 75% liegt.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 4, bei dem der Volumenanteil der elektrisch leitfähigen Teilchen in der elektrisch leitfähigen Silikongummiverbindung in dem Bereich von 30 bis 60% liegt.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem das Kernteilchen der elektrisch leitfähigen Teilchen ein Teilchen aus Silikamaterial oder Aluminiumoxid (Korund) ist.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem die Kernteilchen der elektrisch leitfähigen Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser haben, der in dem Bereich von 0,01 bis 1000 um liegt.
Verbindungselement nach Anspruch 1, bei dem die Unterlagsschicht aus Nickel eine Dicke hat, die in dem Bereich von 0,01 bis 10 um liegt.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem die Deckbelagsschicht aus Gold eine Dicke aufweist, die in dem Bereich von 0,001 bis 1 um liegt.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem das Härtungsmittel ein organisches Peroxid oder eine Kombination aus einem organischen Hydrogenpolysiloxan und einer Platinverbindung ist.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 2, bei dem die organische Siliciumverbindung eine Phenylhydrogenpolysilanverbindung ist.
Verbindungselement nach Anspruch 2, bei dem die Schicht aus einer organischen Siliciumverbindung eine Dicke hat, die in dem Bereich von 0,001 bis 1 um liegt.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem der Betrag des Härtungsmittels derart ist, daß die vulkanisierte gehärtete Silikongummiverbindung eine Gummihärte hat, die in dem Bereich von 50 bis 80°H liegt.
Verbindungselement aus Gummi nach Anspruch 1, bei dem der elektrisch nichtleitende Gummi ein elektrisch isolierender Silikongummi ist.