DE60120215T2

DE60120215T2 - In situ gebildete dichtung für elektronische anwendungen

Info

Publication number: DE60120215T2
Application number: DE2001620215
Authority: DE
Inventors: Mitchell Saint Paul HUANG; B. William Saint Paul STOCKTON
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: EP1342025A1; WO2002048584A1; JP2004515643A; US6346330B1; AU2001251054A1; DE60120215D1; ATE328226T1; EP1342025B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Dichtungsmaterialien, die zum Anbringen und Versiegeln von Abdeckungen auf Umhüllungen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung in situ gebildete Dichtungen, die auf Oberflächen von Behältern für empfindliche elektronische Komponenten aufgebracht werden. Dichtungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Wesentlichen frei von schädlichen Wirkungen der Ausgasung und Ionenkontamination.
Diskussion des Stands der Technik
Herkömmliche Verfahren für die Dichtungsherstellung umfassen im Wesentlichen entweder das Ausstanzen der Dichtung aus einem elastomeren Lagenmaterial oder das Formen der Dichtung durch Spritzguss eines elastomeren Gemischs oder dergleichen. Beide dieser Verfahren erfordern teure Werkzeuge wie Stanzen und Gussformen, die dem endgültigen Produkt zusätzliche Kosten auferlegen. Neuere Herstellungsverfahren scheiden eine Perle oder einen Faden aus einem Fluidelastomer von einer Düse auf eine im Wesentlichen ebenflächige Oberfläche ab. Das durch den Fluidelastomerfaden angenommene Muster kann unter Verwendung einer automatischen Apparatur gesteuert werden, die gemäß ausgewählten Koordinaten zum Bereitstellen einer Dichtung mit einer gewünschten Form programmiert ist. Nach dem Formen zu einem gewünschten Dichtungsmuster kann der Fluidelastomerfaden entweder bei Umgebungstemperatur oder in einem Ofen mit oder ohne Beschleuniger oder anderen Additiven ausgehärtet werden.
Fluidelastomerzusammensetzungen, die für in situ gebildete Dichtungen geeignet sind, schließen Kondensations reaktionsaushärten von Siliconkautschuks und Additionsreaktionsaushärten von Siliconkautschuks ein. Diese Zusammensetzungen weisen Viskositäten auf, die zum Anwenden unter Verwendung von Roboterapplikatoren geeignet sind, die eine versiegelnde Materialperle auf mindestens eine Oberfläche von mindestens einem der Verbindungselemente aufbringen. Gemäß den US-Patentschriften 4,643,863 und 4,643,864 schließen Fluidelastomere, die zur gesteuerten automatisierten Abgabe von einer Düse geeignet sind, Polyurethan, Monokomponenten- oder Bikomponenten-Silicon und sogar Polyvinylchloridzusammensetzungen ein. Ein deutlicher Nachteil der vorstehend genannten durch eine Düse abgegebenen Materialien ist die Notwendigkeit der Bereitstellung eines Trägers für die extrudierte Fluidelastomerperle. Dieses Problem wurde mit der Entwicklung einer Siliconkautschukzusammensetzung bewältigt, die in der US-Patentschrift Nummer 5,684,110 beschrieben wurde. Nach Aufbringen dieser Siliconkautschukzusammensetzung auf ein Substrat zeigt sie ausgezeichnete Festigkeit gegen Verformung unter Druck, unmittelbar nach dem sie aufgebracht wurde und während des Aushärtens zu einer hochdruckfesten und stark anhaftenden Siliconkautschukdichtung. In diesem Fall härtet die Silicondichtungszusammensetzung über eine Kombination aus Kondensationsreaktionsaushärten und Additionsreaktionsaushärten aus, wobei letzteres mit einem Platinkatalysator katalysiert wird. Die Patentschrift ( US 5,684,110 ) offenbart des Weiteren, dass die Siliconkautschukzusammensetzung eine zweiteilige Formulierung ist, die erfordert, dass ein erstes siliconhaltiges Fluid unter innigem Mischen unmittelbar vor der Roboterapplikation einem zweiten ein Silicon und einen Katalysator umfassenden Fluid zugesetzt wird.
Eine andere zweiteilige Siliconformulierung, die in der US-Patentschrift 5,679,734 offenbart ist, betrifft Zusammensetzungen, die durch Hydrosilylierung bei Raumtemperatur in Gegenwart eines Metallverbindungska talysators vernetzt werden können. Die Vernetzung verläuft über eine Additionsreaktion unter Beteiligung von Wasserstoffsubstituenten und Alkylresten vom Vinyl-Typ. Die Lagerstabilität wird durch Bereitstellen eines Systems mit mindestens zwei Komponententeilen erzielt. Durch Mischen der Komponententeile bildet sich je nach Aushärtungstemperatur, die zwischen Raumtemperatur und 180°C liegen kann, innerhalb weniger Minuten bis eine Stunde 30 Minuten ein Gel.
Siliconmaterialien des vorstehend diskutierten Typs erfüllen den Bedarf einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich die Verwendung als Versiegelungsmittel, Stoßdämpferelementen, Antivibrationselementen und Dichtungen in elektrischen und elektronischen Bestandteilen. Eine spezielle und besonders Interessante Form von Dichtungen liegt in einer Dichtung zum Abschirmen von elektromagnetischen Störeinflüssen (EMI). EMI-Abschirmdichtungen leisten die zweifache Schutzfunktion des Versiegelns von Abdeckungsbaugruppen und -umhüllungen zum Verhindern des Eintritts von Kontaminanten und des gleichzeitigen Ausübens von Kontrolle über die Störeinflüsse von elektromagnetischer Energie. Schutzversiegelungsmittel, die zum Kontrollieren von EMI wirksam sind, können als Dichtungen verwendet werden, die typischerweise eine flexible elastomere kautschukartige Matrix, gefüllt mit einem leitenden Material, das in der flexiblen Matrix leicht verteilt wird, erfordern. Das leitende Material kann die Form von Teilchen, Flocken oder Fasern mit einer eigenen Leitfähigkeit oder elektrisch leitenden Oberflächenbeschichtungen annehmen. US-Patentschrift 5,641,438 offenbart leitende Versiegelungsmaterialien zum Aufbringen unter Verwendung von Bildungsverfahren in situ, die ein genaues Positionieren der Versiegelungsperle erzielen. Ähnliche Zusammensetzungen und Verfahren sind in den verwandten veröffentlichten europäischen Anmeldungen, EP 0643551 und EP 0653552 offenbart. Jeder Querverweis beschreibt EMI-Abschirmungssiegelmittelzusammensetzun gen, die aus zwei oder mehreren Komponenten bestehen, die eine Lagerung in getrennten Behältern und ein Mischen direkt vor dem Aufbringen und Aushärten der Dichtung in situ fordern.
Die vorstehende Diskussion, die primär auf Fluidelastomerzusammensetzungen auf Siliconbasis gerichtet ist, ist zur Verwendung in einer Vielfalt von Anwendungen, einschließlich in situ gebildeten Dichtungen geeignet. Ein Nachteil der Verwendung von Siliconelastomeren ist die Gegenwart von Siloxsankontaminanten mit relativ geringem Molekulargewicht in ausgehärteten Materialien. Derartige Kontaminanten neigen dazu, sich auf Oberflächen einer elektronischen Baugruppe mit der Möglichkeit zu Verursachung eines Geräteversagens abzuscheiden. Probleme der Kontamination können unter Verwendung von Fluorelastomerdichtungen vermieden werden. Da sie Gegenstand der Bildung durch Spritzguss sind, stellen Fluorelastomerdichtungen eine kostenaufwendige Vorgehensweise zur Verhinderung der Kontamination dar. Schwierigkeiten, die mit fluidfreien Dichtungen und fluidsiliconelastomeren zur Dichtungsbildung verbunden sind, legen die Notwendigkeit eines siliconfreien, verteilbaren Fluidmaterials für eine Versiegelung ohne Konterminanten und mit geringen Kosten für Behälter von elektronischen Komponenten und verbundenen Geräten bereit.
Der Gegenstand von WO 95/28431 ist eine zähe Epoxyharzzusammensetzung.
WO 00/40636 offenbart Beschleuniger, die für energiepolymerisierbare Zusammensetzungen nützlich sind.
JP 11100493 offenbart Harzzusammensetzungen zum Versiegeln von elektrischen und elektronischen Elementen.
Der Gegenstand von EP-A-0349248 sind Verfahren zum Herstellen einer gegossenen in situ gebildeten Dich tung.
FR-A-2411688 betrifft ein Verfahren zum Abscheiden einer Perle aus elastomerem oder wärmeaushärtendem Material auf einem metallischen Träger.
WO 96/22672 betrifft eine in situ gebildete, elektrisch leitende Dichtung, die aus einem fließenden polymeren Material gebildet ist.
Der Gegenstand von EP-A-0965572 sind Fasern mit einer Schutzbeschichtung und Verfahren zu deren Herstellung. Die Beschichtung schließt eine Schicht ein, die aus einem Oligomer von vernetzten Polydienepoxid gebildet ist.
US-A-5985952 offenbart eine strahlungsaushärtbare primäre Beschichtungszusammensetzung für eine optische Faser.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Vorliegende Erfindung stellt eine thixotrope siliconfreie Zusammensetzung für in situ gebildete Dichtungen gemäß Anspruch 1 und eine in situ gebildete Dichtung gemäß Anspruch 3 bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt Fluidelastomerzusammensetzungen mit reaktiver Funktionalität, vorzugsweise in Form von Epoxygruppen bereit. Abgebbare Elastomerzusammensetzungen stellen abgebbare in situ gebildete Dichtungen bereit, die für Behälter wie Umhüllungen für Festplattentreiber bestimmt sind. Für die Genauigkeit der Abmessungen, Platzierung und Endpositionierung erfordern verschiedene Muster von in situ gebildeten Dichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung die Abgabe von Elastomerzusammensetzungen unter Verwendung einer automatisierten Flüssigkeitsabgabe, gefolgt von der Aushärtung in situ zu weichen, elastischen Dichtungen, die Feuchtigkeitsfestigkeit, minimale bleibende Druckverformung und Haftung an ausgewählten Substraten zeigen. Die Elastomerzusammensetzung sollte vor dem Aushärten eine ausreichend geringe Viskosität aufweisen, um leichter Abgegeben zu werden. Aushärtbare Zusammensetzungen können als einteilige Formulierungen, die ein Aushärtungsmittel einschließen, oder als zweiteilige Formulierungen, die die Zugabe eines Aushärtungsmittels vor dem Aushärten erfordern, hergestellt werden. Ohne Berücksichtigung der in einer nicht ausgehärteten Dichtungszusammensetzung eingeschlossenen Komponenten, kann der Aushärtungsprozess durch Wärme, Photonen oder einer Kombination von Beidem und/oder im Falle von zweiteiligen Formulierungen durch einfaches kombinieren der Teile unter Umgebungsbedingungen initiiert werden. Nicht ausgehärtete Formulierungen stellen nicht abrutschende abgegebene Perlen aus Dichtungsmaterial mit guter Formbeständigkeit nach dem Aufbringen im Wesentlichen ohne Änderung der Form oder Position während und nach der Aushärtung bereit.
Für eine Sauberkeit elektronischer Qualität schließen Eigenschaften dieser Elastomerzusammensetzungen nach der Aushärtung ein geringes Ausgasen und wenige extrahierbare ionische Verbindungen ein. Diese Eigenschaften übertreffen diejenigen von im Handel erhältlichen in situ gebildeten Dichtungen auf Siliconbasis, die, wie vorstehend erörtert typischerweise Siloxane mit niedrigem Molekulargewicht enthalten, die elektronische Komponenten beschädigen können, gefolgt von Kontamination von Geräteoberflächen. Da diese Erfindung ein flexibles Material auf Epoxybasis verwendet, wird eine mögliche Beschädigung auf Grund einer Siloxankontamination vermieden.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine siliconfreie Zusammensetzung für in situ gebildete Dichtungen bereit, umfassend ein flüssiges Polyolefinoligomer, ein reaktives Verdünnungsmittel, einen thi xotropen Füllstoff und ein Aushärtungsmittel. Die siliconfreie Zusammensetzung weist nach der Aushärtung eine bleibende Druckverformung von 7% bis 20%, vorzugsweise 10% bis 15%, einen Gehalt an ausgasenden Komponenten von 10 μg/g bis 45 μg/g und eine Shore-A-Härte von 45 bis 65, vorzugsweise 50 bis 60 auf.
Siliconfreie Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung einer Vielfalt von Verfahren und Apparaturen, einschließlich einer im Handel erhältlichen Fluidabgabeapparatur abgegeben werden. Die Dichtungsabgabe und -platzierung kann eine Vielfalt von unterschiedlichen Verfahren beinhalten. Speedline Technologies Inc. bietet eine geeignete, handelsübliche Flüssigabgabeapparatur unter der Markenbezeichnung CAMALOT, z.B. CAMALOT 1414 und CAMALOT 1818.
Die vorliegende Erfindung schließt ferner eine siliconfreie in situ gebildete Dichtung ein, die unter Verwendung automatisierter Platzierung, gefolgt von aushärten eines Musters aus einer extrudierbaren, thixotropen, siliconfreien Zusammensetzung hergestellt wird. Die extrudierbare Zusammensetzung umfasst ein flüssiges Polyolefinoligomer, ein reaktives Verdünnungsmittel, einen thixotropen Füllstoff und ein Aushärtungsmittel. Die in situ gebildete Dichtung weist nach dem Aushärten eine bleibende Druckverformung von 7% bis 20%, vorzugsweise 10% bis 15%, einen Gehalt an ausgasenden Komponenten von 10 μg/g bis 45 μg/g und eine Shore-A-Härte von 45 bis 65, vorzugsweise 50 bis 60 auf.
Definitionen
Der Begriff „abgebbar" bedeutet, dass Elastomerzusammensetzungen mit niedriger Viskosität aus Röhrchen wie Nadeln die an unter Druck gesetzte Behälter angebracht sind, günstig extrudiert werden können, um Perlen mit kleinem Durchmesser (~1 mm) aus Siegelmittel nach den Konturen des erforderlichen Dichtungsmusters bereit zu stellen.
Die Kombination der Begriffe „einteilig, aushärten in situ" betrifft Fluidelastomerzusammensetzungen, die ein Aushärtungsmittel enthalten, das auf Wärme oder aktinische Strahlung anspricht, um die Vernetzung und Aushärtung der einteiligen Formulierung nach der Abgabe auf ihr Substrat unterstützt.
Der Begriff „nicht abrutschend" bedeutet die Eigenschaften einer Elastomerzusammensetzung, einschließlich Fließspannung und Viskosität, die ein Durchhängen oder Abrutschen während der Abgabe und Aushärtung abhalten. Ein nicht abrutschendes Material ist zum Beibehalten einer Querschnittsprofilstabilität einer abgegebenen Perle einer Elastomerzusammensetzung vor und während der Aushärtung wichtig.
Der Begriff „Seitenverhältnis" weist auf die Abrutschtendenz oder Dimensionsstabilität einer Dichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Messen der Höhe und Breite eines Querschnitts durch eine ausgehärtete extrudierte Perle der Zusammensetzung hin. Eine Querschnittshöhe dividiert durch die entsprechende Breite stellt einen Wert des „Seitenverhältnisses" einer ausgehärteten Dichtungsperle bereit.
Der Begriff „hydrophob" betrifft die Wasserabweisung von Elastomerzusammensetzungen, die Versiegelungsdichtungen mit Feuchtigkeitssperreingenschaften bereitstellen.
Der Begriff „Sauberkeit der Elektronikqualität" bedeutet, dass ausgehärtete Elastomerzusammensetzungen für in situ gebildete Dichtungen die Anforderungen der Elektronikindustrie wie geringe Gehalte an ausgasenden und extrahierbaren ionischen Kontaminanten erfüllt. Eine experimentelle Untersuchung durch Dynamik- Headspace-Gaschromatographie(GC)/Massenspektrometrie zeigt eine Gesamtausgasung von 10 μg/g bis 45 μg/g für ausgehärtete Elastomerzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn sie bei 85°C für eine Dauer von drei Stunden gehalten werden.
Der Begriff „Fließfähigkeit" von ungehärtetem Dichtungsmaterial bedeutet wie hier verwendet die Materialmenge, die durch eine Öffnung mit festgesetztem Durchmesser unter einem festgesetztem Druck für eine ausgewählte Zeitdauer läuft. „Fließfähigkeit" wird als Gewicht des Materials ausgedrückt, das durch die Öffnung während der Zeitdauer, in welcher der Druck angelegt wurde, verlässt.
Der Begriff „Ausgasung" betrifft die Ansammlung von flüchtigen Komponenten, die durch Evakuieren der ausgehärteten siliconfreien Dichtungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Etablierte Kriterien erfordern Mikrogram (μg) Mengen an flüchtigen Komponenten für jedes Gram (g) einer bewerteten Zusammensetzung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Abgebbare elastomere Formulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen in situ gebildete Dichtungen bereit, die für Behälter wie Umhüllungen für Festplattentreiber bestimmt sind. Geeignete elastomere Formulierungen können auf derartige Behälter unter Verwendung einer automatisierten Flüssigkeitsabgabe gefolgt von aushärten in situ zu weichen, elastischen Dichtungen, die Feuchtigkeitsfestigkeit, minimale bleibende Druckverformung und Anhaftung auf ausgewählten Substraten zeigen, aufgebracht werden. Die primäre Verwendung für elastische Dichtungen nach dem Aushärten ist es, versiegelte Grenzflächen zwischen Oberflächen der Schutzbehälter bereitzustellen. Eine wirksame Versiegelung verhindert den Zugang von Kontaminanten zu ge schützten Strukturen.
Die vorliegende Erfindung stellt epoxyfunktionelle, in situ gebildete Dichtungsformulierungen bereit, die die Nachteile, die mit im Handel erhältlichen Materialien auf Siliconbasis verbunden sind, bewältigen. Ausgehärtete, siliconhaltige Dichtungen weisen Siloxankontaminanten mit niedrigem Molekulargewicht auf, die sich auf Geräteoberflächen mit einer resultierenden Beschädigung der empfindlichen elektronischen Komponenten abscheiden können. Die ausgehärteten, flexiblen Dichtungen auf Epoxybasis der vorliegenden Erfindung sind frei von siloxanhaltigen Spezies, in dem sie aus abgebbaren Fluidformulierungen gebildet werden, die lineare Kohlenwasserstoffoligomere mit Epoxyfunktionalität zur Vernetzung unter Verwendung von Anhydridaushärtungsmittel umfassen. Die Auswahl von flüssigen Oligomeren, hier auch als Präpolymere bezeichnet, als Komponente einer Versiegelungsdichtung erfordert die eigenen Eigenschaften von Hydrophobie und niedrigem Ionengehalt. Die reaktive Funktionalität, z.B. die Epoxysubstituenten unterstützen vorzugsweise die Vernetzung von Dichtungsformulierungen durch Wärmeaktivierung.
Werden sie zum Versiegeln von Behältern von elektronischen Komponenten verwendet, werden die ausgehärteten, in situ gebildeten Dichtungen unter der zum Verschließen des Behälters aufgebrachten mechanischen Kraft komprimiert. Konstruktionskriterien kontrollieren die zulässige Verschlusskraft und Dichtungshärte zum gewährleisten des Aufsetzens von einem Teil des Behälters im Bezug auf den anderen. Die ausgehärteten Dichtungsmaterialien weisen Shore-A-Durometerwerte von 45 bis 65, vorzugsweise 50 bis 60 auf, um einen vollständigen Verschluss mit einem vernünftigen Kraftbetrag zu ermöglichen. Zum Anpassen der möglichen Verwendung von elektronischen Baugruppen in unterschiedlichen Klimaregionen behalten ausgehärtete Dichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung ihre elastomeren Eigenschaften über einen Temperaturbereich, der sich von –40°C bis 100°C erstreckt, bei. Die Möglichkeit, des Rückeintritts in den Behälter für eine erneute Arbeit erfordert, dass die ausgehärtete Dichtung eine niedrige bleibende Druckverformung aufweist. Geeignete in situ gebildete Dichtungsformulierungen liegen in einem Bereich der bleibenden Druckverformung von 7% bis 20% der ursprünglichen Abweichung, gemessen durch ASTMD395B, vor. Niedrige Werte der bleibenden Druckverformung gewährleisten die Elastizität des Dichtungsmaterials zum Beibehalten einer angemessenen Versiegelung während der Lebensdauer des Behälters und erleichtern der erneuten Verwendung, falls der Behälter zu erneuten Arbeiten an geschützten elektronischen Baugruppen erneut geöffnet wird.
Während die mechanische Kraft den Kontakt zwischen einer ausgehärteten Dichtung und Oberflächen des Behälters erhöht, verhindern die physikalischen Eigenschaften der Dichtung selbst auch den Zugang von Umweltkontaminanten wie Feuchtigkeitsdampf in den Behälter. Eine Schlüsseleigenschaft ist die Hydrophobie, die der Verwendung eines flüssigen Präpolymers zugeschrieben werden kann, das ein epoxidiertes Polyolefingerüst einschließt. Hydrophobe flüssige Präpolymere verleihen ausgehärteten Dichtungen hydrolytische Stabilität und minimale Feuchtigkeitsabsorption. Zusätzlich zum Abstoßen von äußeren Kontaminanten sollte die Dichtung selbst keine potenzielle Quelle für Kontamination darstellen. Dies erfordert, dass das hydrophobe Dichtungsmaterial eine beträchtliche Stabilität und Freiheit von flüchtigen Komponenten die über Ausgasung entweichen könnten, um sich auf elektronischen Komponenten im Behälter mit einem resultierenden Potenzial für Korrosion oder andere beschädigende Zustände abscheiden, zeigen. Eine strenge Sauberkeit ist ein Erfordernis von Herstellern von elektronischen Teilen, insbesondere in der Festplattentreiberindustrie. Deshalb sollte die ausgehärtete Dichtung minimale Mengen an Verunreinigungen und flüchtigen Komponenten enthalten. Dichtungsformulierungen erfordern typischerweise Aushärtungszeiten von etwa zwei Stunden bei 160°C. Eine zusätzliche Reduktion der Ausgasung kann über ein Nachbrennverfahren, nach dem Aushärten stattfinden.
Für eine optimale Leistungsfähigkeit in einer bestimmten Anwendung besitzen in situ gebildete Dichtungen vorzugsweise ein Gleichgewicht an Eigenschaften. Nichtausgehärtete Dichtungsformulierungen sollten mit einer geringen ausreichenden Viskosität zum leichten Abgeben flüssig sein, und dennoch nach dem Abgeben ein Nichtabrutschen beibehalten, um die Form und Ausmaße eines ausgewählten Dichtungsmusters zu bewahren. Nach dem Aushärten sind Weichheitseigenschaften, geringe bleibende Druckverformung und minimales Ausgasen erforderlich. Die Eigenschaftseinstellung in dem nicht ausgehärteten und ausgehärteten Zustand ist eine Funktion der Reaktanten, der relativen Stöchiometrie von Reaktanten, der Konzentration und des Typs des Füllstoffs und der Aushärtungsbedingungen. Geringe Füllstoffkonzentrationen ziehen Formulierungen mit geringerer Viskosität zur verbesserten Abgebbarkeit vor. Unglücklicherweise führen Formulierungen mit nicht ausreichenden Füllstoffmengen typischerweise zu Dichtungsperlen, die sich nach dem Abgeben übermäßig erweichen. Weichere Materialien können auch erhalten werden, wenn das Matrixharz weicher hergestellt wird. Jedoch führt eine Erweichung des Matrixharzmaterials gewöhnlich zu einem gewissen opfern der bleibenden Druckverformung. Jede Eigenschaft kann je nach Materialauswahl und Stöchiometrie, Füllstofftyp und -konzentration und zur Vernetzung einer Formulierung zum Erhalt der ausgehärteten Dichtung verwendeten Bedingungen variieren. Das Gleichgewicht an Eigenschaften variiert in Reaktion auf die spezifischen Anforderungen einer vorgegebenen Anwendung für in situ gebildete Dichtungen. Ein maßgeschneidertes Formulieren wird zu einer wichtigen Aufgabe zum Erfüllen der vielen Anwendungen für Dichtungsformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit des Bereitstellens von maßgeschneiderten, anwendungsspezifischen Formulierungen liegt der Brennpunkt der vorliegenden Erfindung in in situ gebildeten Dichtungen als Versiegelungen für Behälter von Festplattentreiberbaugruppen. Die Eigenschaften von Dichtungsformulierungen die zur Verwendung mit Festplattentreiberbehältern geeignet sind, schließen eine gute Absenkfestigkeit von nicht ausgehärtetem Material nach der Abgabe, eine geringe bleibende Druckverformung, eine leichte Komprimierbarkeit mit normalen Verschlusskräften, eine weitgehende Freiheit von Kontaminanten und eine gute Anhaftung an Zieloberflächen ein. Tabelle 1 zeigt typische Eigenschaften für bevorzugte Dichtungsformulierungen, die mit Festplattentreiberbehältern verwendet werden. Die Formulierungen haften gut an Aluminium und Edelstahl, während sie Feuchtigkeitsfestigkeit mit geringem Feuchtigkeitsdampftransport, wie es für eine umweltfreundliche Versiegelung erforderlich ist, zeigen.
Geeignete flüssige Oligomere schließen im Wesentlichen lineare Polyolefine wie L207, ein im Handel erhältliches epoxydiertes Kraton von Shell Chemical Company, ein. Dieses doppeltfunktionelle Polyolefin besteht aus einem Poly(ethylen/butylen)-Gerüst mit Hydroxylfunktionalität an einem Ende und einer mehrfach epoxidierten Polyisoprenfunktionalität am anderen Ende. Der flexible aliphatische Teil verleiht Temperaturflexibilität sowie Hydrophobie. Das mehrfach epoxydierte Ende gewährt eine Aushärtung vom Epoxytyp und Netzwerkbildung.
Bevorzugte Aushärtungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung sind flüssige Anhydride (erhältlich von Lonza Inc.) wie AC39-Polypropylenglycoldi(dodecenylsuccinat); Dodencenylbernsteinsäureanhydrid (DDSA); Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid (MTHPA); Methyl-5-norbornen-2,3,-dicarbonsäurehydrid (AC-Methyl); Methylhexa hydrophthalsäureanhydrid (MHHPA) und Kombinationen davon. Flüssiges Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polybutadien (erhältlich von Ricon Chemicals) kann ebenfalls als Aushärtungsmittel verwendet werden.
Die Zugabe eines reaktiven Verdünnungsmittels wie PRIPOL 2033, ein Polyolefindiol, reduziert die Viskosität der gesamten Formulierung und behält auch die Leistungsfähigkeitseigenschaften durch Reagieren zu der Netzwerkstruktur bei. Andere reaktive Verdünnungsmittel schließen hydroxylfunktionelle Verbindungen wie hydroxylterminiertes Poly(ethylen/butylen), erhältlich als L-2203 von Shell Chemical; hydroxylterminiertes Polybutadienharz, erhältlich als R-20LM von Elf Atochem; epoxyfunktionelle Verbindungen mit niedriger Viskosität wie Diglycidylether von 1,4-Butandiol erhältlich als HELOXY MODIFIER 67 von Shell Chemical; und Diglycidylether von Neopentylglycol erhältlich als HELOXY MODIDIER 68 von Shell Chemical, ein.
Vorzugsweise schließen nicht abrutschende in situ gebildete Dichtungsformulierungen Füllstoffteilchen ein, von welchen es bekannt ist, dass sie thixotropische Materialen herstellen. Nach abgeben in einem vorbestimmten Muster behalten diese gefüllten Formulierungen ihr Profil und ihre Abmessungen durch Wärmeaushärten bei. Geeignete Füllstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Tone, je nach Teilchen Größe und Oberflächenbehandlung eine Vielfalt an Formen von Siliciumdioxid und organische Füllstoffe wie Cellulose, Rizinusölwachs und polyamidhaltige Füllstoffe ein. Teilchenförmige Füllstoffe, die Thixotropy verleihen, schließen Quarzstaub, Ton und Russ ein. Geeignete Quarzstaube schließen AEROSIL R812 und AEROSIL R805 (beide erhältlich von Degussa); CAB-O-SIL TS 610 und CAB-O-SIL T5720 (beide erhältlich von Cabot Corp.) ein. Bevorzugte Tone schließen GARAMITE 1958, erhältlich von Southern Clay Products ein. Ruße wie COLOUR BLACK FW 18 (Degussa) und PRINTEX 55 verleihen ebenfalls Thi xotropy. Quarzstaube stellen im Allgemeinen die besonders bevorzugten Füllstoffe dar, obwohl dies etwas formulierungsabhängig ist.
Eine optimale rheologische Leistungsfähigkeit tritt mit einer angemessenen Füllstoffverteilung auf. Sherbedinungen während des Mischens von in situ gebildeten Dichtungsformulierungen bilden einen Zugang für einen optimalen Zustand zum Herstellen von Material von nicht ausgehärteten Dichtungen, die ihre Form nach deren abgeben beibehalten. Hochshermischen kann die Nerzwerkstruktur der thixotropen Teilchen mit einem resultierenden Verlust an Form durch ein erhöhtes Abrutschen von abgegebenen Dichtungsperlen dauerhaft stören. Ein Niedrigshermixer reduziert dieses Problem auf ein Minimum und ist zum Herstellen von Formulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Zinkkatalysatoren wurden erfolgreich verwendet, um die Anhydrid-Epoxy-Aushärtung zu katalysieren. Geeignete Zinkkatalysatoren schließen Zinkethylhexanoat (ZnHex), Zinkneodecanoat, Zinkundecylenat und Zinkstearat (ZnSt) ein.
Details über in situ gebildete Dichtungsformulierungen, die hier offenbart sind, sind nur Beispiele der Erfindung, die anderen Variationen unterzogen werden können, die auch von dem Einbringen der Eigenschaften wie verbesserte Vibrationsdämpfung, Wärmebeanspruchung, geringes Ausgasen usw. an flüssige Polymere mit einem flexiblen Gerüst und terminaler reaktiver Funktionalität abhängen.
Materialbeschreibungen
L207 – epoxyfunktionelles Olefin, erhältlich von Shell Chemical Company. Dessen Struktur schließt eine epoxifunktionelle Endgruppe, die von einer primären Hydroxylfunktionalität durch ein Poly(ethylen/butylen)- Gerüst getrennt ist. L207 weist ein Epoxyäquivalenzgewicht (EEW) von 590 und ein Hydroxyläquivalenzgewicht von 6600 auf.
PRIPOL 2033, ein Dimerdiol (Unichema), weist ein Hydroxyläquivalenzgewicht (HEW) von 278 auf.
L-2203 ist ein hydroxylfunktionelles Poly(ethylen/butylen) mit einem Hydroxyläquivalenzgewicht von 1700, wie geliefert von Shell Chemical Company.
AC-39 ist ein Polypropylenglycoldi(dodecenylsuccinat) von Lonza Inc.
DDSA(AEW 266) ist Dodecenylbernsteinsäureanhydrid (MGW – 350) erhältlich von Milliken Chemical.
BYK052 ist ein organisches Entschäumungsmittel von BYK-Chemie USA.
Zinkstearat (ZnSt) ist von Alfa Aesar erhältlich und Zink-2-ethylhexanoat ist von Strem Chamicals erhältlich.
R805 ist ein hydrophober behandelter Quarzstaub, erhältlich von Degussa-Huls.
Tabelle 1 – Typische Dichtungseigenschaften
Verbinden des in situ gebildeten Dichtungsmaterials
Rohmaterialien wurden miteinander in einem Doppelplanetenvakuummixer gemischt. Nach Beendigung des Mischens wurde das Material in Spritzen mit 30 cm³ entleert und in einem Gefrierschrank bei einer Temperatur von –40°C bis zum Bedarf aufbewahrt. Vor der Verwendung des Materials aus einer Spritze wurde das eingefrorene Material bei Raumtemperatur für eine Dauer von etwa zwei Stunden aufgetaut.
Versuchsverfahren
Beschreibung von ASTM D395B
Zylinderförmige Scheibenproben mit einer Dicke von etwa 6 mm und einem Durchmesser von 13 mm werden auf 25 ihrer ursprünglichen Dicke komprimiert und bei dieser komprimierten Dicke aneinander festgeschraubt zwischen zwei flachen Platten gehalten. Die komprimierten Proben werden dann für eine Dauer von 70 Stunden in einem Ofen bei 70°C gegeben. Nach Beendigung dieser Wärmekonditionierung werden die Proben aus der Kompressionsbaugruppe entfernt, und man lässt sie bei Raumtemperatur für eine Dauer von einer Stunde vor dem Messen der endgültigen Dicke äquilibrieren. Die bleibende Druckverformung wird als Prozentanteil der ursprünglichen Abweichung wie folgt berechnet:
Beschreibung der Shore-A-Härte
Proben mit einer Dicke von 6 mm wurden auf Härte unter Verwendung eines Shore-A-Durometertesters bei Raumtemperatur getestet.
Beschreibung von ausgasendem TM
Ausgehärtete Proben wurden unter Verwendung einer dynamischen Headspace-Ofenapparatur bei 85°C für eine Dauer von drei Stunden ausgegast. Die gesammelten flüchtigen Komponenten wurden unter Verwendung von Wärmedesorptionsgaschromatographie, gekoppelt mit einem Massenspektrometerdetektor analysiert.
Fließfähigkeitstest
Die Fließfähigkeit eines Materials misst wie hier verwendet die Menge an Materialausgabe unter einem festgesetzten Druck und Zeitintervall durch eine Öffnung mit festgesetztem Durchmesser. Die Fließfähigkeit von nicht ausgehärteten Formulierungen wurde unter Verwendung einer Abgabevorrichtung vom Typ EFD 1500 mit Zeit und Drucksteuerung bewertet. Das Material wurde von einem Behälter (Spritze) 30 cm³ durch eine Öffnung (Nadelspitze 14tt von EFD) mit einem Durchmesser von 1,6 mm (0,063 inch) abgegeben. Ein Druck von 413,4 Kpascal (60 psi) wurde an den Behälter für eine Dauer von 20 Sekunden angelegt. Das Materialgewicht, das die Öffnung unter Druck durchlief wurde aufgezeichnet.
Beschreibung des Tg-Verfahrens
Die Glasübergangstemperatur (Tg) von nicht ausgehärteten Probestücken wurde unter Verwendung eines Differenzialscanningkalorimeters (DSC) bestimmt. Der Tg wurde als Mittelpunkt in der Übergangsregion zwischen den Glas- und Kautschuktemperaturregionen beim DSC-Erwärmungsscan ausgewählt.
Beschreibung der Seitenverhältnisanalyse
Die Formbeständigkeit einer abgegebenen Dichtung wurde durch messen der Höhe und der Breite einer ausgehärteten Dichtungsperle die mit 413,4 Kpascal (60 psi) durch eine 14tt-Spritzenspitze (1,6 mm Öffnung) erhältlich von EFD, abgegeben wurde, geprüft. Die Spritzenspitze wurde 9,5 mm (0,375 inch) von einem Substrat weg gehalten, während die Spritze langsam mit 5,0 mm/Sek. (0,20 inch/Sek.) bewegt wurde, um zu ermöglichen, dass die Materialperle sanft auf das Substrat fällt. Die abgegebene Perle wurde dann bei 160°C für eine Dauer von zwei Stunden ausgehärtet. Eine kleine Länge der Perle wurde dann mit einem Rasiermesser aufgeschlitzt, um einen Querschnitt zu erhalten, der unter einem Mikroskop zum Messen der Perlenhöhe und -breite untersucht wurde. Das Seitenverhältnis wurde durch teilen der Perlenhöhe durch die Perlenbreite bestimmt.
Beschreibung der Lap-Sher-Haftung an Aluminium
Die Lap-Sher-Haftung (ASTM D1002) wurde durch Aushärten des in situ gebildeten Dichtungs(FIPG)-Materials zwischen Aluminiumprobestücken mit Dicken von 0,53 mm (0,021 inch) bewertet. Die Dicke des FIPG-Materials betrug etwa 1,14 mm (0,045 inch). Lap-Sher-Probestücke wurden auf einem Instron-Spannungstester mit einer Trenngeschwindigkeit von 1,27 mm/Min. (0,05 inch/Min.) getestet.
Tabelle 2 – Formulierungsbeispiele 1–6
Tabelle 3 – Eigenschaften der Formulierungsbeispiele 1–6
Tabelle 2 und Tabelle 3 stellen Formulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung und Eigenschaften, die für Materialien erwünscht sind, die für in situ gebildete Dichtungen geeignet sind, bereit. Die automatische Abgabeapparatur kann zum Bereitstellen von nicht abrutschenden Dichtungsperlen, die durch Anwendung von Wärme aushärtbar sind, verwendet werden.
Tabelle 4 – Vergleichsbeispiele C1–C4
Tabelle 5 – Eigenschaften der Vergleichsbeispiele C1–C4
Tabelle 6 – Vergleichsbeispiele C5–C8
Tabelle 7 – Eigenschaften der Vergleichsbeispiele C5–C8
Die Tabellen 4–7 schließen die Vergleichsbeispiele C1–C8 ein, die zeigen, wie bestimmte Eigenschaften, in dem sie außerhalb eines gewünschten Bereichs fallen, die Leistungsfähigkeit dieser Beispiele für in situ gebildete Versiegelungsdichtungen beeinträchtigen. Ein Gleichgewicht an Eigenschaften stellten Schlüssel für eine erfolgreiche Leistungsfähigkeit von Dichtungsmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung bereit. Jedoch können einzelne Eigenschaftsindikatoren für ein mögliches Versagen bereitstellen. Die Vergleichsbeispiele C3, C5, C6, C7 und C8 weisen Shore-A-Härtewerte von größer als 60 auf. Derartige Werte liegen oberhalb des bevorzugten Bereichs. Eine unerwünschte geringe Fließfähigkeit scheint ein Charakteristikum für die Vergleichsbeispiele C6, C7 und C8 zu sein, während C2, C7 und C8 geringe Werte für das Seitenverhältnis zeigen.
Ein anderer Indikator für eine schlechte Dichtungsleistungsfähigkeit ist durch die Beispiele C1 und C4 gezeigt, die erhöhte Werte der bleibenden Druckverformung zeigen.

Claims

Thixotrope siliconfreie Zusammensetzung, für in situ gebildete Dichtungen, umfassend: 50 Gew.-% bis 65 Gew.-% eines zweifunktionellen flüssigen Polyolefinoligomers; 7,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% eines reaktiven Verdünnungsmittels; 8,0 Gew.-% bis 12,0 Gew.-% eines thixotropen Füllstoffs; und ein Aushärtungsmittel.
Thixotrope siliconfreie Zusammensetzung, nach Anspruch 1, wobei das Aushärtungsmittel ein Wärmeaushärtungsmittel ist.
In situ gebildete Dichtung, hergestellt unter Verwendung automatisierter Platzierung, gefolgt durch Aushärten eines Musters der thixotropen siliconfreien Zusammensetzung, nach Anspruch 1, wobei die in situ gebildete Dichtung eine bleibende Druckverformung von 7 bis 20%, einen Gehalt an ausgasenden Komponenten von 10 bis 45 μg/g, wie gemessen unter Verwendung einer Ofenapparatur für Dynamic-Headspace-Analyse bei 85°C für eine Dauer von 3 Stunden, wobei die angesammelten flüchtigen Bestandteile unter Verwendung von mit einem Massenspektrometerdetektor gekoppelter Wärmedesorptionsgaschromatographie analysiert werden, und eine Shore-A-Härte von 45 bis 65 aufweist.
In situ gebildete Dichtung nach Anspruch 3, wobei der thixotrope Füllstoff Quarzstaub ist.
In situ gebildete Dichtung nach Anspruch 3, wobei das Aushärten Wärmeaushärten umfasst.