DE60215324T2

DE60215324T2 - Geschäumte polymer-dichtung und -abdichtung

Info

Publication number: DE60215324T2
Application number: DE60215324T
Authority: DE
Inventors: Alexander Toronto Botrie
Original assignee: Chemque Inc
Current assignee: Chemque Inc
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: US6646199B2; DE60215324D1; JP2004527087A; ATE342570T1; EP1382045A1; CA2444527C; US20020010223A1; JP4293793B2; WO2002089151A1; CA2444527A1; EP1382045B1

Description

Diese Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der US-Anmeldung mit der laufenden Nr. 09/421,559, eingereicht am 20. Oktober 1999.
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft elektrisch leitfähige, flexible niedrigdichte Polyurethanschäume, die sich für leitfähige Dichtungen und Abdichtungen eignen.
Hintergrund der Erfindung
Es besteht ein Bedarf an Dichtungen, Abdichtungen und anderen Produkten, die Gehäusekästen und andere Elektrik- und Elektronikgehäuse abdichten können, damit die Übertragung von elektromagnetischen und Radiofrequenzgeräuschen in und aus den eingeschlossenen Bereichen, die sie abdichten, verhindert wird. Sie müssen auch Schutz vor Feuchtigkeit und Teilchen, wie Staub, schaffen. Solche Dichtungen werden in Deckeln, und zwischen Rahmen, Feldern und Türen von Elektronikausrüstung, Kästen und Gehäusen, untergebracht. Diese Dichtungen müssen weich sein und niedrige Stauchhärtewerte aufweisen. Niedrigere Stauchhärtewerte erzeugen niedrigere Schließkräfte. Dadurch lassen sich die Kästen und Gehäuse aus dünneren, weniger starren Materialien herstellen. Sie müssen bei mindestens 50% über lange Zeit komprimiert werden können, ohne dass ein Druckverformungsrest übernommen werden muss. Sie müssen auch ihre leitenden und Stauchungsrückstelleigenschaften nach vielen Stauchungs-Entspannungszyklen beibehalten.
Es wurde eine Reihe von Produkten entwickelt, um den Bedarf an leitfähigen Dichtungen anzugehen. Ein Verfahren nutzt einen Zweischichtenansatz. Die Außenschicht enthält ein leitfähiges Metall. Der innere Kern oder die innere Schicht soll die gewünschten Eigenschaften bereitstellen, die eine wirksame Dichtung haben sollte. Ein solches Produkt ist in der US- Parallelanmeldung 09/421,559 beschrieben, die hiermit vollinhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Ein weiteres Produkt ist eine Hochfrequenz-EMI/RFI-Abschirmdichtung, die durch Einwickeln eines Streifens eines Strickmaschenmaterials oder Drahtmaschen außen um einen elastischen Kern hergestellt wird. Ein solcher maschenummantelter Kern ist in US-Patent 4,652,695 beschrieben. Der Kern kann aus einem stark pressbaren Material hergestellt werden, ist aber gewöhnlich ein flexibler nicht-leitfähiger Polyurethan- oder Polyethylenschaum. In US-Patent 4,857,668 wird ein gewebeartiger Hüllmantel verwendet. Dieser Mantel ist hart und verleiht gute Schnitt- und Abriebbeständigkeit. Das Verfahren zum Aufbringen des Mantels auf den Kern ist sehr effizient und billiger als andere verfügbare Technologie. Es werden gute Abschirmwerte erhalten; der Mantel ist jedoch steif, und verursacht hohe Stauchhärtewerte. Der steife Mantel erschwert auch die Biegung der Dichtung, und somit wird die Dichtung gewöhnlich in geraden Abschnitten angewendet, wodurch Teile aneinander stoßen, so dass eine durchgehende Dichtung erhalten wird. Die Herstellung einer wasserdichten Abdichtung ist ebenfalls sehr schwierig, da sich an solchen Stellen Lecks bilden können, an denen die Dichtungsabschnitte miteinander verbunden sind. Ist eine wasserdichte Abdichtung erforderlich, muss eine zweite herkömmliche Dichtung verwendet werden. Darüber hinaus hat der Mantel ein schlechtes Gedächtnis, obgleich der Polyurethanschaum eine gute Stauchungsrückstellung haben kann. Dies ergibt eine Dichtung mit schlechter Stauchungsrückstellung. Der Mantel enthält gewöhnlich große Mengen Nickel oder Silber. Dies verteuert den Mantel sehr. Zudem können diese Dichtungen nicht vor Ort gebildet werden, sondern müssen vorgefertigt werden. Der Einbau dieser Dichtungen ist sehr arbeitsintensiv, was hohe Installationskosten und somit hohe Endkosten für die Dichtung ergibt.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung leitfähiger Dichtungen ist das Einkapseln von leitfähigen Füllstoffen im Inneren einer Kunststoffmatrix. Flexible Elastomere, wie Silikon und Neopren, werden allgemein verwendet. Das US-Patent 4,011,360 ist ein Beispiel für viele solcher Patente auf diesem Gebiet. Flexible Elastomere sind aufgrund ihrer guten Leistungseigenschaften und der Einfachheit ihrer Herstellung besonders wünschenswert für Dichtungsmaterialien. Solche Elastomere haben eine niedrige Wasserabsorption und gute Schnittfestigkeit. Aufgrund ihrer hohen Konzentrationen an leitfähigen Metallen sind diese Dichtungen teuer, insbesondere, wenn ein leitfähiges Metall, wie Silber verwendet wird. Die meisten leitfähigen Füllstoffe sind hart, und weil diese Füllstoffe in hohen Konzentrationen verwendet werden müssen, werden die Elastomere im Vergleich zu Elastomeren, die keine leitfähigen Füllstoffe enthalten, hart, steif und spröde. Derzeit verfügbare leitfähige elastomere Dichtungen sind viel härter als nicht-leitfähige Dichtungen, und sie lassen sich sehr schwer, wenn überhaupt, flexibel machen. Diese Dichtungen haben auch sehr hohe Stauchhärtewerte und eine schlechte Stauchungsrückstellung.
Versuche zur Erzeugung leitfähiger Schäume hatten eingeschränkten Erfolg. Das US-Patent 4,378,322 beschreibt die Imprägnierung eines vorgefertigten Schaums mit leitfähigen Materialien. Das US-Patent 4,931,479 beschreibt die Produktion eines hochdichten, harten, leitfähigen Polyurethanschaums für Lückenfüllanwendungen. Keiner dieser Ansätze eignet sich für Dichtungsanwendungen (die an Ort und Stelle aufgeschäumt werden).
Es besteht ein Bedarf an Dichtungen, die an Ort und Stelle aufgeschäumt werden, ohne die Nachteile des Standes der Technik.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft elektrisch leitfähige, flexible Polyurethanschäume, die sich zur Verwendung als Dichtungen und Abdichtungen eignen. Die Dichtungen und Abdichtungen können zwischen zwei leitfähigen Oberflächen verwendet werden, damit eine EMI/RFI-Abschirmung bereitgestellt wird. Die Dichtungen und Abdichtungen können bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen an Ort und Stelle aufgeschäumt, vorgefertigt oder geformt werden. Diese Schäume sind weich, flexibel und haben eine niedrige Stauchhärte. Die Schäume haben darüber hinaus gute Stauchungsrückstellung, sind schnittfest und haben niedrige Wasserabsorption.
Die Erfindung betrifft einen elektrisch leitfähigen, flexiblen Polyurethanschaum, umfassend ein Polyurethan und mindestens einen darin dispergierten leitfähigen Füllstoff in einer Menge, die EMI/RFI-Abschirmung bewirkt, wobei das Polyurethan eine Isocyanatkomponente und eine aktive Wasserstoffkomponente in einem Verhältnis von höchstens etwa 0,20:1 enthält und der Schaum einen Stauchhärtewert bei 50% Druckverformung von höchstens 172 kPa (25 psi) aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrisch leitfähigen, flexiblen Polyurethanschaum, umfassend ein Polyurethan und mindestens einen darin dispergierten leitfähigen Füllstoff in einer Menge, die EMI/RFI-Abschirmung bewirkt, wobei das Polyurethan eine Isocyanatkomponente und eine aktive Wasserstoffkomponente in einem Verhältnis von höchstens etwa 0,20:1 enthält, und die Schaumdichte höchstens etwa 0,95 g/cm³ beträgt.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrisch leitfähigen, flexiblen Polyurethanschaum, umfassend ein Polyurethan und mindestens einen darin dispergierten leitfähigen Füllstoff in einer Menge, die EMI/RFI-Abschirmung bewirkt, wobei das Polyurethan eine Isocyanatkomponente und eine aktive Wasserstoffkomponente in einem Verhältnis von höchstens etwa 0,20:1 enthält und wobei der Schaum eine Lärmabschirmungseffizienz bei einer Frequenz von etwa 20 bis etwa 1000 MHz von mindestens etwa 10 dB besitzt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Dichtung oder Abdichtung, umfassend einen elektrisch leitfähigen, flexiblen Polyurethanschaum, umfassend ein Polyurethan und mindestens einen darin dispergierten leitfähigen Füllstoff in einer Menge, die EMI/RFI-Abschirmung bewirkt, wobei das Polyurethan eine Isocyanatkomponente und eine aktive Wasserstoffkomponente in einem Verhältnis von höchstens etwa 0,20:1 enthält, wobei der Schaum eine Dichte von höchstens etwa 3 g/cm³ hat, der Schaum eine Lärmabschirmungseffizienz bei etwa 20 bis etwa 1000 MHz von mindestens etwa 10 dB besitzt und einen Stauchhärtewert bei 50% Druckverformung von höchstens 172 kPa (25 psi) aufweist; und wobei die Konzentration des leitfähigen Füllstoffs etwa 140 phr bis etwa 900 phr beträgt.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft flexible, leitfähige Polyurethanschaumdichtungen und -abdichtungen, die sich zur EMI/RFI-Abschirmung eignen. Die Schäume sind leicht auftragbar, unabhängig davon, ob sie vorgefertigt oder an Ort und Stelle aufgeschäumt werden und bei Raumtemperatur und/oder erhöhten Temperaturen gehärtet werden. Die Schäume sind weich, flexibel, und haben niedrige Stauchhärtewerte. Sie sind nachgiebig, haben einen niedrigen Druckverformungsrest, haben niedrige Wasserabsorption und haben eine gute Schnittfestigkeit. Sie halten zudem ihre Leitfähigkeit nach vielen Stauchungs-Entspannungszyklen.
Die Chemie der Polyurethanschäume ist dem Fachmann bekannt. Für mehrere Jahre wurden hervorragende nicht-leitfähige flexible Schaumdichtungen aus Polyurethanharzen hergestellt. Sie sind in erster Linie wärmehärtende Systeme. Die Schäume werden mechanisch oder chemisch geblasen oder eine Kombination aus beidem. Sie werden vorgefertigt oder an Ort und Stelle geformt.
Flexible Schäume bieten mehrere Vorteile gegenüber nicht geschäumten Elastomeren in Dichtungs- und Abdichtungsanwendungen. Schaumdichtungen sind viel weicher und flexibler als elastomere Dichtungen, während hervorragende physikalische Eigenschaften behalten werden. Weichere Materialien machen bessere Dichtungen und Abdichtungen, weil sie eine bessere Abdichtung gegen die passende Oberfläche bilden. Nicht-leitfähige Elastomere wurden als weich produziert, wie mit einer Härte von etwa Shore A 20, aber Elastomere unter dieser Härte haben sehr schlechte physikalische Eigenschaften, und eignen sich für die meisten Anwendungen nicht. Es sind viel weichere, nichtleitende flexible Polyurethanschäume möglich, die kleinere Härten als Shore OO 0 haben. Selbst bei diesen niedrigen Härtewerten haben sie viele wünschenswerte physikalische Eigenschaften. Darüber hinaus können Schäume mit viel niedrigeren Stauchhärtewerten und besserer Stauchungsrückstellung als Elastomere hergestellt werden. Schaumdichtungen mit hervorragender Wasserundurchlässigkeit sind ebenfalls möglich.
Schäume mit sehr niedriger Dichte können hergestellt werden, so dass die Stauchungsrückstellung verbessert und die Härte und die Stauchhärte wesentlich gesenkt werden. Darüber hinaus hat eine niedrigdichte Schaumdichtung ein geringeres Gewicht pro Volumen als eine nicht-geschäumte Dichtung, so dass sich niedrigere Produktionskosten ergeben. Eine Senkung der Dichte des Schaums um 50% kann die Dichtungskosten um 50% senken. Die Dichte wird vorzugsweise soweit wie möglich gesenkt, ohne dass die anderen gewünschten Eigenschaften darunter leiden.
Leitfähige Schäume können hergestellt werden, die die gleichen Vorteile haben wie die nicht-leitfähigen Schäume. Darüber hinaus können niedrigdichte leitfähige Schäume mit einer sehr hohen Beladung an leitfähigen Füllstoffen hergestellt werden. Bis zu 90 Gew.-% der Gesamtformulierung können leitfähige Füllstoffe sein. Die leitfähigen Schäume können Schaumdichten von nur 0,1 g/cm³ haben, und sie können Härten von nur Shore OO 10, beispielsweise Shore OO 10 bis Shore A 5, aufweisen. Niedrigdichte leitfähige Schäume benötigen keinen höheren Prozentsatz an leitfähigen Füllstoffen in der Zusammensetzung als hochdichte leitfähige Schäume und Elastomere.
Ein erfindungsgemäßer elektrisch leitfähiger, flexibler Polyurethanschaum wird aus einer Zusammensetzung hergestellt, umfassend etwa 10 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% Polyurethanpolymer (Bindemittel) bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorzugsweise etwa 15 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% Polyurethan-Polymer. Die Menge an verwendetem Polyurethan hängt von den gewünschten Endeigenschaften der Zusammensetzung ab. Der Fachmann auf dem Gebiet der Polyurethanschaumformulierung weiß, wie man die Inhaltsstoffe kombiniert, damit die Eigenschaften maximiert werden, wie der Druckverformungsrest, Stauchhärte, Dichte, Zugfestigkeit, Dehnung, Schnittfestigkeit und Wasserfestigkeit, damit die gewünschten Eigenschaften erhalten werden.
Das Mischverhältnis von Isocyanatkomponente zu aktiver Wasserstoffkomponente ist höchstens etwa 0,2:1, vorzugsweise höchstens etwa 0,15:1, stärker bevorzugt höchstens etwa 0,1:1.
Die kombinierte Viskosität von Isocyanat, Wasserstoffdonator, und irgendwelchen anderen vorhandenen Flüssigkeiten sollte kleiner als 1000 Pas (100 000 cps) sein, vorzugsweise kleiner als 500 Pas (50 000 cps). Niederviskose Polymere erzeugen niederdichte Schäume, und somit haben die flüssigen Komponenten vorzugsweise eine niedrige Dichte.
Niedrigdichte Schäume sind mit hochviskosen Polymeren schwierig herzustellen. Wärme kann zugeführt werden, um die Viskosität zu reduzieren und um die Schaumdichte zu senken. Viskositätsreduktionsadditive können ebenfalls zum Senken der Viskosität verwendet werden.
Bei leitfähigen niedrigdichten Zweikomponenten-Polyurethanschäumen, werden vorzugsweise monomere oder polymere Diisocyanate anstelle eines Polyols mit Isocyanatende verwendet. Polyole mit Isocyanatende haben höhere Viskositäten als monomere oder polymere Isocyanate, aus denen sie hergestellt werden.
Die Zusammensetzung umfasst zudem mindestens einen leitfähigen Füllstoff in einer Menge von etwa 30 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise etwa 40 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Mindestens ein leitfähiger Füllstoff ist über das Polymer in einer Menge dispergiert, mit der die EMI/RFI-Abschirmung erzielt wird.
Der leitfähige Füllstoff hat eine Konzentration von etwa 140 bis etwa 900 Teile pro 100 Teile Harz (Polyol und Isocyanat kombiniert) ("phr"), vorzugsweise etwa 140 bis etwa 700 phr, stärker bevorzugt etwa 140 phr bis etwa 400 phr.
Leitfähige Füllstoffe können ausgewählt werden aus Edelmetallen, Basismetallen, mit Edelmetall beschichteten Nichtedelmetallen, mit Edelmetall beschichtetem Glas, mit Edelmetall beschichteten Kunststoffen, mit Edelmetall beschichteten Keramiken und Ruß. Geeignete leitfähige Füllstoffe umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, Silber, Nickel, Aluminium, Kupfer, Stahl und Beschichtungen von diesen auf Metall- und Nichtmetallsubstraten.
Der leitfähige Füllstoff kann eine beliebige Form oder Gestalt haben, wie Teilchen, Kugeln, Pulver, Flocken usw. Werden leitfähige Teilchen verwendet, ist die Größe der Teilchen gewöhnlich zwischen etwa 1 Mikron und etwa 80 Mikron, vorzugsweise zwischen etwa 10 Mikron und etwa 30 Mikron, am stärksten bevorzugt etwa 20 Mikron.
Es werden vorzugsweise andere leitfähige Füllstoffe als Teilchen verwendet. Leitfähige Schäume verlieren ihre Leitfähigkeit bei wiederholten Biege- oder Stauchungs-Entspannungszyklen. Somit werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform leitfähige Füllstoffe mit hohen Seitenverhältnissen verwendet, die ein Biegen des Schaums ohne Leitfähigkeitsverlust ermöglichen. Beispiele für solche Füllstoffe mit hohen Seitenverhältnissen sind Flocken, Fasern, Filamente, Nadeln, Späne oder flexible Hohlmikrosphären. Füllstoffe mit hohen Seitenverhältnissen stellen einen besseren Teilchen-Teilchen-Kontakt bei niedrigeren Beladungsmengen bereit. Dies stellt eine bessere Leitfähigkeit bei niedrigeren Beladungsmengen bereit, wenn Füllstoffe mit niedrigen Seitenverhältnissen verwendet werden. Die Verwendung von Füllstoffen mit hohem Seitenverhältnis ermöglicht eine höhere Harz-(Bindemittel-)-Konzentration. Daher sind höhere physikalische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, und Stauchungsrückstellung mit diesen Füllstoffen Dehnung erhältlich.
Der Durchmesser der Füllstoffe mit hohem Seitenverhältnis sollte zwischen etwa 0,1 Mikron und etwa 100 Mikron liegen, vorzugsweise zwischen etwa 15 und etwa 30 Mikron. Das Seitenverhältnis (L/D) liegt vorzugsweise zwischen etwa 10/1 und etwa 3000/1, stärker bevorzugt zwischen etwa 20/1 und etwa 100/1.
Flexible hohle Mikrosphären zeigen auch eine gute Retention der Leitfähigkeitseigenschaften nach den Stauchungs-Entspannungszyklen. Kugelförmige Füllstoffe mit einer gewissen Pressbarkeit ergeben bessere Eigenschaften als starre Füllstoffe. Kugelförmige Füllstoffe erzeugen Dichtungen und Abdichtungen mit geringeren physikalischen Eigenschaften als andere Füllstoffe mit hohem Seitenverhältnis.
Niederdichte leitfähige Füllstoffe produzieren niederdichte Schäume. Höherdichte Füllstoffe verhindern dagegen, dass der Schaum hochsteigt, was die Dichte des Schaums vergrößert. Obschon die Reaktion des Isocyanates mit dem Wasserstoffdonator exotherm ist, sind die Dichtungen gewöhnlich klein und haben einen kleineren Durchmesser als etwa 1,9 cm (3/4'') und sind etwa 1,25 cm (1/2'') hoch, und die Reaktion erzeugt nicht viel Wärme. Daher erleichtern niedrigdichte Füllstoffe das Höhersteigen des Schaums, so dass die Dichte des Schaums kleiner wird. Durch Einbringen von externer Wärme kann ebenfalls die Schaumdichte gesenkt werden.
Weichere Füllstoffe sind gegenüber härteren Füllstoffen bevorzugt. Weichere Füllstoffe erzeugen weichere Schäume mit niedrigeren Stauchhärtewerten. Weichere Füllstoffe erzeugen weniger Dehnung auf die Polyurethanmatrix, und binden diese in dem Schaum. Weichere Füllstoffe unterstützen, dass der Schaum wiederholten Stauchungs-Entspannungszyklen standhalten kann, denen die Dichtung ausgesetzt ist. Neben den Kosten ist es vorteilhaft weichere, nichtleitende Füllstoffe zu verwenden und sie mit einer dünnen Schicht aus einem leitfähigen Metallfüllstoff zu beschichten. Die resultierenden Schäume haben eine bessere Anheftung an dem Substrat und eine bessere Flexibilität. Darüber hinaus verschleißen weiche und nicht-abrasive Füllstoffe die Kontaktteile der Abgabeausrüstung nicht so stark, wie die härteren Füllstoffe.
Die Füllstoffe sind vorzugsweise weich und haben eine Mohs-Härte von etwa 5 oder weniger. Mohs ist ein Standard-Test, der zur Bestimmung der Härte fester Teilchen verwendet wird. Auf dieser Skala haben Diamanten (die die härtesten Teilchen sind) eine Härte von 15. Talk, das am weichsten ist, hat eine Härte von 1. Sämtliche anderen Teilchen liegen zwischen 1 und 15.
Die erfindungsgemäßen leitfähigen Schäume haben Dichten von höchstens etwa 3 g/cm³, vorzugsweise höchstens etwa 1,5 g/cm³, stärker bevorzugt höchstens etwa 0,95 g/cm³, am stärksten bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 0,95 g/cm³. Solche Schäume liefern eine Ausdehnungsrate von etwa dem 3- bis etwa 30-fachen Volumen der anfänglichen Komponenten.
Die erfindungsgemäßen niedrigdichten leitfähigen Polyurethanschäume erzeugen Dichtungen, die zumindest eine angemessene elektromagnetische Abschirmung liefern. Die Schäume sind leitfähig, haben einen Volumenwiderstand von etwa 0,0017 Ohm·cm bis etwa 9,5 Ohm·cm und einen Oberflächenwiderstand von etwa 0,07 Ohm/cm² bis etwa 6,5 Ohm/cm². Sobald die Dichtung auf das Gehäuse oder die Einfassung aufgebracht wurde, kommt es zu einer Reduktion des Lärmpegels, d.h. es kann eine Lärmabschirmeffizienz von mindestens etwa 10 db, vorzugsweise mindestens etwa 30 db, stärker bevorzugt mindestens etwa 50 db, im Frequenzbereich von etwa 20 bis etwa 1000 MHz, erzielt werden.
Die erfindungsgemäßen niedrigdichten leitfähigen Polyurethanschäume erzeugen Dichtungen, die Stauchhärtewerte, gemessen gemäß ASTM D3574C, von höchstens etwa 172 kPa (25 psi), gemessen bei 50% Druckverformung, im Allgemeinen von etwa 6,9 kPa (1 psi) bis etwa 172 kPa (25 psi), vorzugsweise höchstens etwa 103 kPa (15 psi), stärker bevorzugt höchstens etwa 34 kPa (5 psi) haben. Bei 50% Druckverformung reicht der Druckverformungsrest, gemessen nach ASTM D 1056, von etwa 0% bis etwa 30%, vorzugsweise von etwa 0% bis etwa 10%.
Die Härte, gemessen nach ASTM D2240, ist vorzugsweise im Bereich von etwa Shore OO 0 bis etwa Shore A 30.
In einer Schaumanwendung misst die Shore-A-Härte die Härte der dünnen Haut oben auf dem Schaum. Die Stauchhärte misst die Kraft, die zur Druckverformung der gesamten Schaum-Probe um einen bestimmten Prozentsatz ihrer Dicke benötigt wird. D.h. die Stauchhärte misst die Stärke des Polyurethan-Elastomers, das die Wände des Schaums ausmacht, und wie viel Kraft aufgebracht werden muss, damit die Zellwände zusammenfallen. Die Stauchhärte und die Shore-A-Härte hängen nicht voneinander ab. Zwei Schäume mit der gleichen Shore-A-Härte können beispielsweise sehr verschiedene Stauchhärtewerte haben.
Dichtungen und Abdichtungen sollten verhindern, dass Wasser in die Einfassung gelangt, in der sich die Elektronikausrüstung befindet. Somit ist niedrige Wasserabsorption und hohe Wasserbeständigkeit wichtig. Die Wasserbeständigkeit kann beispielsweise durch Wiegen einer Dichtung, Eintauchen der Dichtung unter Wasser für einen bestimmten Zeitraum bei einer spezifischen Temperatur, Entfernen der Dichtung und erneutes Wiegen gemessen werden. Die Wasserabsorption wird dann als prozentuales Gewicht der Dichtung gemessen. Ist das Anfangs-Dichtungsgewicht 100 g und das von der Dichtung absorbierte Wasser 1 g, beträgt die Wasserabsorption 1%.
Die passende Oberfläche zur Dichtung in einem Elektrikgehäuse ist gewöhnlich ein dünner Metall- oder Kunststoffstreifen. Somit sollten Dichtungen und Abdichtungen eine hohe Schnittfestigkeit haben. Die Schnittfestigkeit kann beispielsweise durch Druckverformung der Mitte der Dichtung um 50% in Längsrichtung mit einem Metall- oder Kunststoffstreifen gemessen werden. Der Durchmesser des Metallstreifens kann nur 10% des Durchmessers der Dichtung betragen. Die Dichtung und der Steifen werden dann erwärmt. Nach dem Erwärmen wird der Streifen entfernt und die Dichtung auf Schnitte untersucht. Schnitte sind nicht zulässig.
Leitfähige Polyurethanschäume sind stark gefüllte Systeme. Sie enthalten nur eine kleine Menge Polymer, damit die Füllstoffe an Ort und Stelle gehalten werden und die notwendigen physikalischen und chemischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Es ist wichtig, dass die Schäume diese Eigenschaften unter tatsächlichen Einsatzbedingungen beibehalten.
Der Schaum kann nach wiederholten Druckverformungszyklen keine Haarlinienrisse entwickeln. Wenn sich Haarlinienrisse entwickeln, verliert die Dichtung ihre elektrische Leitfähigkeit und ihre Fähigkeit, eine angemessene Abschirmung zu schaffen. Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Retention der Leitfähigkeit ist die Messung der elektrischen Leitfähigkeit nach wiederholten "Druckverformungsrest"- Zyklen. Je nach der beabsichtigten Anwendung der Dichtung können diese Tests bei Umgebungs- oder erhöhten Temperaturen durchgeführt werden. Die Anzahl der Zyklen variiert ebenfalls.
Beispiele
Beispiel 1
Ein leitfähiger Polyurethan-Schaum wurde aus den folgenden Bestandteilen (gemessen in Gewichtsprozent) hergestellt:
Chem-Cast 901 Polyol ist ein Polyetherpolyol mit einer Viskosität von 1,0 Pas (100 cps). Isocyanat 608 ist ein polymeres Diphenylmethandiisocyanat mit einer Viskosität von 0,5 Pas (50 cps). Der Schaum enthielt 200 Teile leitfähige Füllstoffe pro 100 Teile Polyurethanharz oder 66,7% der Gesamtformulierung.
Sämtliche leitfähigen Materialien werden in der Polyolkomponente dispergiert. Die resultierende Viskosität betrug 400 Pas (40 000 cps). Die Polyol- und Isocyanat-Komponenten wurden in einem Meter-Mix-Dispenser untergebracht, wobei die Dispenserdüse an einem Roboterarm befestigt war. Die Schaumdichtung wurde auf eine flache Oberfläche in der Form einer 1,25 cm (1/2'') breiten und 0,625 cm (1/4'') hohen Dichtung abgegeben.
Der Schaum hatte eine Dichte von 0,5 g/cm³. Die Stauchhärtekraft bei 50% Druckverformung betrug 2,9 psi. Die Härte war Shore OO 40. Der Druckverformungsrest betrug 20% bei 50%'' Druckverformung. Die Wasserabsorption war kleiner als 1%. Die Abschwächung der elektromagnetischen Strahlung unterschiedlicher Frequenzen wurde gemessen. Die Lärmreduktion lag zwischen 60 dB und 80 dB bei Frequenzen zwischen 1 und 900 MHz. Der Volumenwiderstand betrug 0,03 Ohm·cm. Der Oberflächenwiderstand betrug 0,5 Ohm·cm².
Beispiel 2
Ein leitfähiger Polyurethanschaum wurde aus den folgenden Komponenten (gemessen in Gewichtsprozent) hergestellt:
Der resultierende Schaum war leitfähig mit einem Oberflächenwiderstand von 0,2 Ohm/cm².
Beispiel 3
Ein leitfähiger Polyurethanschaum wurde aus den folgenden Komponenten (gemessen in Gewichtsprozent) hergestellt:
Der resultierende Schaum war nicht leitfähig.
Beispiel 4
Ein leitfähiger Polyurethanschaum wurde aus den folgenden Komponenten (gemessen in Gewichtsprozent) hergestellt:
Isocyanat 2005 ist ein Isocyanat-Präpolymer mit einer Viskosität von 20 Pas (2000 cps) (40-mal dicker als Isocyanat 608).
Die Dichte des leitfähigen Schaums betrug 1,1 g/cm³. Somit war die Schaumdichte mit dem höherviskosen Isocyanat 2005 mehr als zweimal so groß wie bei dem niederviskoseren Isocyanat 608.
Beispiel 5
Vier Proben wurden mit Schaumdichten unter 1 g/cm³ und einer Härte über und unter Shore A8 hergestellt.
A, B, C und D sind jeweils leitfähige Polyurethanschäume der gleichen Formulierung. Härte und Stauchhärte sinken mit sinkender Schaumdichte.

Claims

Elektrisch leitfähiger, flexibler Polyurethanschaum, umfassend ein Polyurethan und mindestens einen darin dispergierten leitfähigen Füllstoff in einer Menge, die EMI/RFI-Abschirmung bewirkt, wobei das Polyurethan eine Isocyanatkomponente und eine aktive Wasserstoffkomponente in einem Verhältnis von höchstens 0,20:1 enthält und der Schaum einen Stauchhärtewert bei 50% Druckverformung von höchstens 172 kPa (25 psi) aufweist.
Schaum nach Anspruch 1, wobei das Polyurethan eine Isocyanatkomponente und eine aktive Wasserstoffkomponente in einem Verhältnis von höchstens 0,15:1 enthält.
Schaum nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schaum eine Lärmabschirmungseffizienz bei einer Frequenz von etwa 20 bis 1000 MHz von mindestens 10 dB besitzt.
Schaum nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichte des Schaums höchstens 3 g/cm³ beträgt.
Schaum nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Konzentration des leitfähigen Füllstoffs 140 phr bis 900 phr beträgt.
Schaum nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schaum einen Stauchhärtewert bei 50% Druckverformung von höchstens 103 kPa (15 psi) aufweist.
Schaum nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der leitfähige Füllstoff Flocken, Fasern, Filamente, Nadeln, Späne oder Hohlmikrosphären umfasst.
Schaum nach Anspruch 7, wobei der leitfähige Füllstoff einen Durchmesser zwischen 0,1 Mikron und 100 Mikron und ein Seitenverhältnis (L/D) zwischen 10/1 und 3000/1 besitzt.
Schaum nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schaumdichte höchstens 3,0 g/cm³ beträgt und der Schaum eine Lärmabschirmungseffizienz bei einer Frequenz von 20 bis 1000 MHz von mindestens 10 dB besitzt.
Dichtung oder Abdichtung, umfassend einen elektrisch leitfähigen, flexiblen Polyurethanschaum nach einem vorhergehenden Anspruch.