DE69834000T2

DE69834000T2 - Elektrisch leitender Verbundgegenstand

Info

Publication number: DE69834000T2
Application number: DE1998634000
Authority: DE
Inventors: James R. Newark Hanrahan
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: EP0860834A2; DE69834000D1; KR19980071409A; JPH10237255A; US6210789B1; EP0860834A3; EP0860834B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen verbesserten, elektrisch leitfähigen Polytetrafluorethylen-Gegenstand.
Elektromagnetische Interferenz (EMI) wurde als unerwünschte, durch Leitung oder Strahlung übertragene elektrische Störungen von einem elektrischen oder elektronischen Gerät, einschließlich Einschaltstößen, die den Betrieb anderer elektrischer oder elektronischer Geräte stören können, definiert. Derartige Störungen können überall in dem elektromagnetischen Spektrum auftreten. Radiofrequenz-Interferenz (RFI) wird oft austauschbar mit elektromagnetischer Interferenz verwendet, obwohl sie richtiger auf den Radiofrequenz-Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der üblicherweise als zwischen 10 Kiloherz (kHz) und 100 Gigaherz (GHz) definiert wird, beschränkt ist.
Eine Abschirmung wird als eine metallische oder in sonstiger Weise elektrisch leitfähige Struktur definiert, die zwischen eine EMI/RFI-Quelle und einen gewünschten Schutzbereich eingefügt wird. Eine solche Abschirmung kann vorgesehen werden, um elektromagnetische Energie davon abzuhalten, von einer Quelle abzustrahlen. Zusätzlich kann eine solche Abschirmung elektromagnetische Energie davon abhalten, in ein abgeschirmtes System einzutreten. Praktischerweise haben derartige Abschirmungen normalerweise die Gestalt eines elektrisch leitfähigen Gehäuses, das elektrisch geerdet ist. Die Energie der EMI/RFI wird dadurch ungefährlich in den Boden abgeleitet.
Notwendigerweise sind die meisten Gehäuse für elektrische Ausrüstungsgegenstände mit Zugangsplatten, Luken, Türen oder entfernbaren Abdeckungen ausgestattet. Spalte, die sich zwischen den Platten, Luken, Türen oder entfernbaren Abdeckungen bilden, schaffen für elektromagnetische Energie eine unerwünschte Gelegenheit, in das abgeschirmte System hineinzulecken. Derartige Spalte wechselwirken auch mit elektrischem Strom, der entlang den Oberflächen eines Gehäuses fließt. Beispielsweise ist, wenn ein Spalt angetroffen wird, die Impedanz des Spalts so, dass elektromagnetische Energie von einer gegenüberliegenden Seite des Spalts abstrahlen kann, ganz wie eine Schlitzantenne.
Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Dichtungs-Gestaltungen entwickelt, um die Spalte derartiger Abschirmungen zu schließen und die geringstmögliche Störung der Erdleitungsströme zu bewirken. Jede trachtet danach, so kontinuierlich wie möglich elektrisch leitfähige Wege über den Spalt (die Spalte) einzurichten. Es gibt jedoch unvermeidliche Kompromisse zwischen: der Fähigkeit der Dichtung, glatt und sorgfältig einzugreifen in und sich anzupassen an die Oberfläche des Gehäuses, die den Spalten benachbart ist; dem Leitungs-Leistungsvermögen der Dichtung; der Einfachheit der Befestigung der Dichtung; und den Kosten der Herstellung und des Einbaus der Dichtung.
Gegenwärtig werden viele elektronische Vorrichtungen, wie Taschen-Funkempfänger, Mobiltelefone, Laptop-Computer und drahtlose Lokalbereich-Netzwerke (LANs, local area networks), aber nicht darauf beschränkt, unter Verwendung metallisierter spritzgegossener Kunststoffgehäuse, die nicht mit genauen Abmessungstoleranzen hergestellt werden, aufgebaut. Daher bilden sich an den Nahtstellen eines individuellen Gehäuses Spalte. Typischerweise beinhalten in derartigen Vorrichtungen verbundene Gehäuseteile ein Schnappverschlußverfahren, oder in anderen Fällen wird eine begrenzte Anzahl leichter Gewindeschrauben verwendet, um für einen Gehäuseverschluß zu sorgen. Dementsprechend erfordern die meisten elektronischen Vorrichtungen mit metallisierten spritzgegossenen Kunststoffgehäusen keine wesentliche Verschlußkraft, um ein entsprechendes Gehäuse zusammen zu setzen. Jede abgeschirmte Dichtung, die in derartige elektronische Vorrichtungen eingebaut wird, muß unter einer geringen Druckkraft verformbar oder extrem leitfähig sein.
Konventionell wurden mit leitfähigen Partikeln gefüllte Silikon-Elastomere als leitfähige Dichtungen verwendet, um EMI und RFI zu verringern. Derartige Materialien neigen jedoch dazu, relativ hart zu sein (z. B. Shore A-Härte von etwa 60 oder größer). Wegen ihrer Härte sind mit leitfähigen Partikeln gefüllte Silikon-Elastomere nicht gut geeignet zur Verwendung als eine Dichtung in einer Vorrichtung mit einem Gehäuse, das mit einer ziemlich geringen Druckkraft zusammengesetzt wird. Zusätzlich sind mit leitfähigen Partikeln gefüllte Silikon-Elastomere schwierig zu handhaben, wenn sie zu einer dünnen Dichtung ausgestanzt sind.
Andere EMI/RFI abschirmende Dichtungen wurden vorgeschlagen, die ein leitfähiges Gewebe oder Gitter beinhalten, die ein weiches, anpassungsfähiges Schaummaterial umgibt. Beispiele für derartige Dichtungen sind offenbart in den US-Patenten 5 028 739; 5 115 104; 4 857 668; 5 045 635; 5 105 056; 5 202 526 und 5 294 270. Obwohl die in den vorstehenden US-Patenten offenbarten Dichtungen unter einer geringen Druckkraft verformbar sein mögen, haben diese Dichtungen nicht überall in dem Material eine kontinuierliche Leitfähigkeit. Daher können diese Dichtungsmaterialien nicht in beliebige Formen gestanzt werden, um als eine EMI/RFI-Dichtung zu wirken.
Was dem Stand der Technik anscheinend fehlt, ist ein verbessertes elektrisch leitfähiges Material, das unter einer geringen Druckbelastung extrem leitfähig ist, und das anpassungsfähig und überall in dem Gefüge des Materials kontinuierlich leitfähig ist, so dass das Material, bei einer Anwendung, wirksam ist, eine EMI-Abschirmung in einem Frequenzbereich von etwa 10 MHz bis etwa 20 GHz bereitzustellen, wenn es als eine Dichtung zwischen leitfähigen Nahtstellen verwendet wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten, kontinuierlich elektrisch leitfähigen Polytetrafluorethylen-Gegenstand zur Verwendung bei einer Vielfalt von Anwendungen, die ein flexibles und überall in dem gesamten Gefüge des Gegenstands kontinuierlich elektrisch leitfähiges Material erfordern, bereitzustellen.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes elektrisch leitfähiges Material zur Verwendung als eine EMI abschirmende Dichtung bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch leitfähiger Verbundgegenstand bereitgestellt, der im wesentlichen besteht aus:
Einem Hauptkörper mit Polytetrafluorethylen-Material und einer Mehrzahl elektrisch leitfähiger Partikel; und
einem Elastomermaterial, das in dem Körper verteilt ist, wobei der elektrisch leitfähige Verbundgegenstand eine Abschirmwirksamkeit von mindestens 70 dB in einem Frequenzbereich von 0,01 GHz bis 3 GHz bei einem Druck von 1.724 kPa (250 psi) hat; und wobei der Gegenstand überall in seinem ganzen Gefüge kontinuierlich elektrisch leitfähig ist.
Der elektrisch leitfähige Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung ist überall in seinem ganzen Gefüge dauerhaft und kontinuierlich elektrisch leitfähig.
Die elektrisch leitfähigen Partikel können ausgewählt sein aus: Metallpulver, Metallkügelchen, Metallfasern, Metallplättchen, metallbeschichteten Fasern, metallbeschichteten Metallen, metallbeschichteten Keramiken, metallbeschichteten Glasblasen, metallbeschichteten Glaskügelchen oder metallbeschichteten Glimmerplättchen.
Geeignete Elastomermaterialien umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein: Silicon-Elastomere, Silicon-Kautschuke, Fluorsilicon-Elastomere, Fluorkohlenstoff-Elastomere, Perfluor-Elastomere, Fluor-Elastomere, Polyurethan oder Ethylen/Propylen (EPDM).
Nun werden beispielhaft Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme ist, die eine Querschnittsansicht des elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme ist, die eine Draufsicht auf eine Oberfläche des elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine graphische Darstellung der Abschirmwirksamkeit (dB) gegen die Frequenz (Hz) für eine Ausführungsform des elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands der vorliegenden Erfindung ist, bei der die elektrisch leitfähigen Partikel nickelbeschichtete Graphitpartikel sind;
4 eine graphische Darstellung der Abschirmwirksamkeit (dB) gegen die Frequenz (Hz) für eine Ausführungsform des elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands der vorliegenden Erfindung ist, bei der die elektrisch leitfähigen Partikel ein Gemisch von Silberplättchen und silberbeschichteten Glaskügelchen sind; und
5 eine graphische Darstellung der Abschirmwirksamkeit (dB) gegen die Frequenz (Hz) für ein Vergleichsbeispiel eines elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands ist, bei dem die elektrisch leitfähigen Partikel Kohlenstoff sind.
Wie am besten durch Bezugnahme auf 1 ersichtlich ist, hat ein elektrisch leitfähiger Verbundgegenstand 10 einen Hauptkörper 12, der so bemessen werden kann, dass er irgendeine vorbestimmte Gestalt bildet. Der Hauptkörper 12 wird durch ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Material 14 und eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger Partikel 16 definiert. In dem Hauptkörper 12 verteilt ist ein Elastomermaterial 18.
Der Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung ist überall in seinem ganzen Gefüge dauerhaft und kontinuierlich elektrisch leitfähig (d. h. wegen des geringen spezifischen Widerstands des Gegenstands fließt elektrischer Strom frei durch den Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung). Der elektrisch leitfähige Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung kann bei einer Vielzahl nützlicher Anwendungen wirkungsvoll eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Erdungs- und Abschirmmaterial, Batterie- und Brennstoffzellen-Anwendungen, als ein katalytisches Material, als eine Durchflußelektrode in Elektrolytsystemen, Geräteausrüstungs-Anwendungen, Elektrofiltrations-Anwendungen, Mikrowellen-Anwendungen, Antennensysteme oder Bandleitungen.
Bei einer Anwendung, bei der der Gegenstand der vorliegenden Erfindung als eine elektrisch leitfähige Abschirmung eingesetzt wird, wird der Gegenstand 10 zwischen eine EMI/RFI-Quelle und einen gewünschten Schutzbereich eingefügt. Eine derartige Abschirmung kann vorgesehen werden, um elektromagnetische Energie daran zu hindern, von einer Quelle abzustrahlen. Zusätzlich kann eine derartige Abschirmung elektromagnetische Energie daran hindern, in das abgeschirmte System einzutreten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Hauptkörper 12 durch eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger Partikel und PTFE in Gestalt einer Paste, einer Dispersion oder eines Pulvers definiert. Die elektrisch leitfähigen Partikel und PTFE werden in Anteilen gemischt, um ein Gemisch zu erzielen, das 50 bis 90 Vol.% elektrisch leitfähige Partikel enthält. Das Mischen kann durch irgendein geeignetes Mittel stattfinden, wozu beispielsweise das Trockenmischen von Pulver, Feuchtmischen, Co-Koagulierung von wässerigen Dispersionen und Aufschlämmungs-Füllstoff oder Mischen mit hoher Scherbeanspruchung gehören.
Der Begriff "Volumenprozent", wie er hierin verwendet wird, soll einen Prozentsatz des Gesamtvolumens eines Materials oder eines Gemisches bedeuten.
Elektrisch leitfähige Partikel, die in dem sich ergebenden Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung eingemischt sind, sind ein bedeutender Bestandteil davon. Die elektrisch leitfähigen Partikel können umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, Metallpulver, Metallkügelchen, Metallfasern oder Metallplättchen, oder die Partikel können durch ein metallbeschichtetes Teilchen, wie metallbeschichtete Metalle, metallbeschichtete Keramiken, metallbeschichtete Glasblasen, metallbeschichtete Glaskügelchen oder metallbeschichtete Glimmerplättchen, definiert werden. Bevorzugte leitfähige Materialien in Teilchenform umfassen beispielsweise, aber ohne darauf beschränkt zu sein, Silber, Nickel, Aluminium, Kupfer, rostfreien Stahl, Graphit, Kohlenstoff, Gold oder Platin. Bevorzugte Metallbeschichtungen umfassen Silber, Nickel, Kupfer oder Gold. Zusätzlich kann eine Kombination oder ein Gemisch von zwei oder mehreren der vorstehenden Materialien eingesetzt werden. Die durchschnittliche Größe der leitfähigen Plättchen kann von 1 μm bis 200 μm, bevorzugt von 1 μm bis 100 μm, und am meisten bevorzugt von 20 μm bis 40 μm, betragen. Die durchschnittliche Größe für leitfähige Pulver kann von 0,5 μm bis 200 μm, und am meisten bevorzugt von 2 μm bis 100 μm, betragen.
Die wässerige PTFE-Dispersion, die bei der Herstellung des elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann eine milchig-weiße wässerige Suspension von PTFE-Partikeln sein. Typischerweise ent hält die wässerige PTFE-Dispersion 20 Gew.% bis 70 Gew.% Feststoffe, wobei der Hauptteil derartiger Feststoffe PTFE-Partikel mit einer Partikelgröße in dem Bereich von 0,05 μm bis 5,0 μm sind. Derartige wässerige PTFE-Dispersionen sind gegenwärtig beispielsweise von der E. I. DuPont de Nemours Company im Handel erhältlich unter dem Handelsnamen TEFLON^® 3636, das 18–24 Gew.% Feststoffe hat, die größtenteils PTFE-Partikel von 0,05 μm bis 5,0 μm sind.
Ein Elastomermaterial, wie ein Silicon-Elastomermaterial (z. B. Dimethyl-siloxan), wird in ungleichmäßiger Weise in dem Hauptkörper 12 verteilt. Dies wird erzielt durch Vermischen eines gefüllten feinpulvrigen Koagulats aus PTFE und elektrisch leitfähigen Partikeln mit dem Elastomermaterial. Ein geeignetes Dimethyl-siloxan ist Sylgard^® Typ 1-4105 oder Q1-4010, die von Dow Corning erhalten werden können (es kann auch geeignet sein, ein mit Siliciumdioxid verstärktes Siliconmaterial wie Q3-661 zu verwenden, das auch von Dow Corning erhalten werden kann.).
Das Elastomermaterial, wie das Dimethyl-siloxan, wird auf einer Basis von Gewicht pro Gewicht zugegeben und kann mit einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Lösungsbenzin, verdünnt werden. Allgemein kann das Elastomermaterial in Mengen im Bereich von 1 bis 75 Gew.%, bevorzugt von 5 bis 20 Gew.%, und am meisten bevorzugt von 10 bis 15 Gew.%, des Gemisches von Elastomer und Lösungsmittel zugegeben werden. Andere geeignete Elastomermaterialien umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein: Silicon-Kautschuke, Fluorsilicon-Elastomere, Fluorkohlenstoff-Elastomere, Perfluor-Elastomere, Fluor-Elastomere, Polyurethan oder Ethylen/Propylen (EPDM).
Auf die Zugabe des Elastomermaterials folgend wird der Verbundgegenstand in einem Bereich von 130° C bis 190° C erwärmt, um das Elastomermaterial in einen ausgehärteten Zustand zu katalysieren. Der sich ergebende Verbundgegenstand ist ein kontinuierlich elektrisch leitfähiger Verbundgegenstand mit einem Hauptkörper, der in irgendeine geeignete Gestalt oder Dicke dimensioniert werden kann.
Der Zusatz des Elastomermaterials ergibt einen kontinuierlich elektrisch leitfähigen Verbundgegenstand mit einer erhöhten Z-Festigkeit und Zugfestigkeit. Das Elastomer sorgt auch für einen gewissen Grad an elastischer Rückverformung.
Diese gewünschten Eigenschaften werden erreicht ohne elektrische Leitfähigkeit zu opfern.
Es wurden die folgenden Vorgehensweisen verwendet, um die Eigenschaften der gemäß den folgenden Beispielen erzeugten Materialien zu bestimmen.
Spezifischer Volumenwiderstand
Der spezifische Volumenwiderstand wurde mit runden Silbersonden mit einer Fläche von 1 Quadrat-Inch gemessen. Um eine Messung für den spezifischen Volumenwiderstand im unkomprimierten Zustand zu erhalten, wurde ein Gewicht von ein Pound an den Sonden angebracht, um den Widerstand der Probe bei einem Pound pro Quadrat-Inch (psi) zu ergeben. Schwerere Gewichte wurden verwendet, um den Widerstand des Verbundgegenstands der vorliegenden Erfindung bei verschiedenen Kompressionsgraden zu messen. Die Umrechnung von Widerstand zu Volumenwiderstand ist wie folgt:
worin:

δ: = spezifischer Volumenwiderstand
R: = Widerstand in Ohm;
A: = Fläche der Probe (cm²); und
L: = Dicke der Probe (cm).

Dichte
Die Dichte wurde unter Verwendung einer 1'' × 6'' Schablone erhalten, um eine Probe von genau 1'' × 6'' zu schneiden. Die Probe wurde dann auf 0,01 Gramm genau ausgewogen, und die Dichte wurde wie folgt berechnet: D (g/cc) = M:/V worin:

M: = Masse der Probe auf 0,01 Gramm genau; und
V: = Volumen (Länge × Breite × Dicke).

Abschirmwirksamkeit
Die Abschirmwirksamkeit wurde durch das folgende Verfahren berechnet: Abschirmwirksamkeit = 20 log (τ);worin:

τ: = Größe des Durchlässigkeitsfaktors;

τ = Vaus/Vin;

V_aus: = Spannung am Ausgang; und
V_in: = Spannung am Eingang.

Der Durchlässigkeitsfaktor wurde unter Verwendung eines Hewlett-Packard Netzwerk-Analysators Typ 8752A gemessen. Die Test-Befestigungseinrichtung basierte auf der in dem Testverfahren ARP-1705 beschriebenen Test-Befestigungseinrichtung, jedoch wurde die verwendete Test-Befestigungseirnichtung modifiziert, um mit dem Netzwerk-Analysator zu funktionieren. Genauer wurde, da der Durchlässigkeitsfaktor durch den Netzwerk-Analysator unmittelbar gemessen wurde, kein Bezugswiderstand in Verbindung mit der Befestigungseinrichtung verwendet. Auch wurden, um die Abschirmwirksamkeit der zu testenden Dichtung ohne irgendeinen Beitrag aufgrund der Befestigungseinrichtung zu liefern, die physikalischen Abmessungen der Befestigungseinrichtung für maximale Durchlässigkeit, wenn sich keine Dichtung an Ort und Stelle befand, optimiert, und es wurde ein Normierungsverfahren verwendet, um die Wirkung der Befestigungseinrichtung weiter zu beseitigen.
Ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken zu wollen, kann der elektrisch leitfähige Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser verstanden werden:
Beispiel 1
11.060 g nickelbeschichteter Graphit (Typ 2224 von Westaim Corp.) wurden in 65,5 Litern deionisiertem Wasser aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde dann mit 7.654 g PTFE-Dispersion mit 26,0% Feststoffen koaguliert (Typ TE-3636 von E. I. DuPont de Nemours and Company). Das sich ergebende Koagulat wurde dann bei 90°C 24 Stunden lang getrocknet. Das Koagulat wurde dann bei –10°C für ein Minimum von 13 Stunden gefroren und durch ein 1/4'' Mesh-Metallsieb in eine Pulverform gesiebt. Das Pulver wurde dann mit einem Gemisch, das 75 Gew.% Polysiloxan (Sylgard^® Typ 4105, erhalten von Dow Corning, Inc.) und 25 Gew.% Lösungsbenzine enthielt, geschmiert. Der Schmierungsgrad betrug 0,25 Pound Gleitmittel pro Pound Koagulat. Dieses Material wurde dann bei –10°C erneut für ein Minimum von 18 Stunden gefroren und durch ein 1/4'' Mesh-Sieb handgesiebt, um irgendwelche großen Klumpen von geschmiertem Koagulat zu entfernen. Das sich ergebende geschmierte Pulver ließ man dann bei Umgebungsraumbedingungen für ein Minimum von 24 Stunden ruhen. Das Material wurde dann zu einem Pellet von 4'' Durchmesser vorgeformt und zu einer Bandform von näherungsweise 140 mil Dicke extrudiert. Das Extrudat wurde dann zu 24 mil Dicke und 400 Fuß Länge kalandriert. Das Band wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 5 Fuß pro Minute kontinuierlich auf 190°C erhitzt. Das Material wurde dann vermessen, um die folgenden Eigenschaften zu bestimmen:
Spezifischer Volumenwiderstand (1 psi) = 46,3 Ω cm
(50 psi) = 0,087 Ω cm
(250 psi) = 0,20 Ω cm
Dichte = 1,95 g/cc
Eine Probe dieses Materials wurde dann zu einem kreisförmigen Ring mit den folgenden Abmessungen gestanzt:
Innendurchmesser = 1,92''
Außendurchmesser = 2,00''
Die Abschirmwirksamkeit (S.E. shielding effectiveness) des kreisförmigen Rings wurde dann gemessen. Die Ergebnisse wurden bestimmt und sind in 3 graphisch veranschaulicht.
3 stellt die Abschirmwirksamkeit gegen die Frequenz in einem Bereich von 1 × 10⁷ bis 3 × 10⁹ Hz dar. Die S. E. wurde für drei verschiedene Drucke berechnet. Linie A stellt die S. E. bei 1 psi dar. Linie B stellt die S. E. bei 50 psi dar. Linie C stellt die S. E. bei 250 psi dar. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse folgt:
Bei 1 psi behielt die S. E., die in 3 zu sehen ist und durch Linie A dargestellt wird, eine relativ konstante S. E. in dem gesamten getesteten Frequenzspektrum. Die S. E. lag in dem Bereich von unter –30 bis etwa –40 dB, außer für bei sehr hohen Frequenzniveaus, wo die S. E. auf unter –40 dB fiel.
Bei 50 psi verhielt sich die S. E., dargestellt durch Linie B, ähnlich wie Linie A, wobei eine relativ konstante S. E. beibehalten wurde. Die S. E. lag in dem gesamten Spektrum auf einem Niveau von etwa –60 dB.
Bei 250 psi lag die S. E., dargestellt durch Linie C, in dem gesamten Spektrum im Mittel in einem Bereich unter –90 dB.
Beispiel 2
3.200 g silberbeschichtete Glaskügelchen (Metalite SF-20, erhalten von PQ Industries) und 6.955 g Silberplättchen (Typ 450, erhalten von Technic, Inc.) wurden in 12.395 g IPA und 49.583 g deionisiertem Wasser aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde dann mit 12.202 g PTFE Dispersion mit 22,8% Feststoffen (Typ TE-3636 von E.I. DuPont de Nemours and Company) koaguliert. Das sich ergebende Koagulat wurde dann bei –10°C für ein Minimum von 18 Stunden gefroren und durch ein 1/4'' Mesh-Metallsieb in Pulverform gesiebt. Das Pulver wurde dann mit einem Gemisch, das 50 Gew.% Polysiloxan (Sylgard^® Typ 4105, erhalten von Dow Corning, Inc.) und 50 Gew.% Lösungsbenzine enthielt, geschmiert. Der Schmierungsgrad betrug 0,20 Pound Gleitmittel pro Pound Koagulat. Dieses Material wurde dann erneut bei –10°C für ein Minimum von 18 Stunden gefroren und wieder durch ein 1/4'' Mesh-Metallsieb handgesiebt. Das sich ergebende geschmierte Pulver ließ man dann bei Umgebungsraumbedingungen für ein Minimum von 24 Stunden ruhen. Das Material wurde dann zu einem Pellet von 2,5'' Durchmesser vorgeformt und in Bandform von näherungsweise 50 mil Dicke und 4'' Breite extrudiert. Das Band wurde dann zu einer Dicke von 10 mil kalandriert. Danach wurde das Band zwei Minuten lang auf 150° C erhitzt, und die folgenden Eigenschaften wurden gemessen:
Spezifischer Volumenwiderstand (1 psi) = 0,34 Ω cm
(50 psi) = 0,044 Ω cm
(250 psi) = 0,017 Ω cm
Dichte = 1,50 g/cc
Eine Probe dieses Materials wurde dann zu einem kreisförmigen Ring mit den folgenden Abmessungen gestanzt:
Innendurchmesser = 1,92''
Außendurchmesser = 2,00''
Die Abschirmwirksamkeit (S. E.) des kreisförmigen Rings wurde dann gemessen. Die Ergebnisse wurden bestimmt und sind in 4 graphisch veranschaulicht.
4 stellt die Abschirmwirksamkeit gegen die Frequenz in einem Bereich von 1 × 10⁷ bis 3 × 10⁹ Hz dar. Die S. E. wurde für drei verschiedene Drucke berechnet. Linie D stellt die S. E. bei 1 psi dar. Linie E stellt die S. E. bei 50 psi dar. Linie F stellt die S. E. bei 250 psi dar. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse folgt:
Bei 1 psi behielt die S. E., die in 4 zu sehen ist und durch Linie D dargestellt wird, ein durchschnittliches Niveau von unter –40 dB bei.
Bei 50 psi behielt die S. E., dargestellt durch Linie E, in dem gesamten Spektrum eine relativ konstante S. E., bei etwa –70 dB bei, mit Ausnahme einer dB-Erhöhung von etwa 1,51 × 10⁹ bis etwa 2,01 × 10⁹ Hz, wo die S. E. zu sinken begann und schließlich, bei etwa 2,51 × 10⁹ Hz, unter –70 dB fiel.
Bei 250 psi lag die S. E., dargestellt durch Linie F, in dem gesamten Spektrum im Mittel in einem Bereich unter –80 dB.
Vergleichsbeispiel 3
3,81 Pound Ketjenblack E300J (erhalten von Akzo Chemical) wurden in 22.406 Gramm deionisiertem Wasser aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde dann mit 16,0 Pound PTFE-Dispersion (Typ TE-3636, erhalten von E.I. DuPont de Nemours and Company) mit 23,8% Feststoffen koaguliert. Das Koagulat wurde dann bei 165°C etwa 24 Stunden lang getrocknet. Die gefrorenen Kuchen wurden durch ein 1/4'' Mesh-Metallsieb gezwungen, um sie zu Pulver zu machen. Ein Gleitmittel aus Lösungsbenzinen wurde zugegeben. Das geschmierte Pulver wurde dann erneut für näherungsweise 24 Stunden gefroren und erneut gesiebt. Das sich ergebende geschmierte Pulver ließ man dann bei Umgebungsraumbedingungen für ein Minimum von 24 Stunden ruhen und formte es vor zu einem Pellet von 4'' Durchmesser. Das Pellet wurde auf 49°C erhitzt und zu einer Bandform von 6'' Breite und näherungsweise 45 mil Dicke extrudiert. Das Band wurde dann auf 16 mil Dicke kalandriert und in kontinuierlicher Weise mit einer Geschwindigkeit von 15 fpm oberhalb 180°C getrocknet. Das Band wurde dann getestet, um die folgenden Eigenschaften zu bestimmen:
Spezifischer Volumenwiderstand (1 psi) = 12,2 Ω cm
(50 psi) = 2,0 Ω cm
(250 psi) = 0,22 Ω cm
Eine Probe dieses Materials wurde dann zu einem kreisförmigen Ring mit der folgenden Abmessung gestanzt:
Innendurchmesser = 1,92''
Außendurchmesser = 2,00''
Die Abschirmwirksamkeit (S. E.) des kreisförmigen Rings wurde dann gemessen. Die Ergebnisse wurden bestimmt und sind in 5 graphisch veranschaulicht.
5 stellt die Abschirmwirksamkeit gegen die Frequenz in einem Bereich von 1 × 10⁷ bis 3 × 10⁹ Hz dar. Die S. E. wurde für drei verschiedene Drucke berechnet. Linie G stellt die S. E. bei 1 psi dar. Linie H stellt die S. E. bei 50 psi dar. Linie I stellt die S. E. bei 250 psi dar. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse folgt.
Bei 1 psi behielt die S. E., die in 5 zu sehen ist und durch Linie G dargestellt wird, überall in dem getesteten Frequenzspektrum im Mittel ein Niveau von etwa –45 dB bei.
Bei 50 psi behielt die S. E., dargestellt durch Linie H, im Mittel ein Niveau von etwa –55 dB bei.
Bei 250 psi behielt die S. E., dargestellt durch Linie I, im Mittel ein Niveau von etwa –65 dB bei.

Claims

Elektrisch leitfähiger Verbundgegenstand bestehend aus: einem Hauptkörper mit Polytetrafluorethylen-Material und einer Mehrzahl elektrisch leitfähiger Partikel; und einem Elastomermaterial, das in dem Körper in ungleichmäßiger Weise verteilt ist, wobei der elektrisch leitfähige Verbundgegenstand eine Abschirmwirksamkeit von mindestens 70 dB in einem Frequenzbereich von 0,01 GHz bis 3 GHz bei einem Druck von 1724 kPa (250 psi) hat; und wobei der Gegenstand überall in seinem ganzen Gefüge kontinuierlich elektrisch leitfähig ist.
Gegenstand wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem die elektrisch leitfähigen Partikel ausgewählt sind aus: Metallpulver, Metallkügelchen, Metallfaser, Metallplättchen, metallbeschichteter Faser, metallbeschichteten Metallen, metallbeschichteten Keramiken, metallbeschichteten Glasblasen, metallbeschichteten Glaskügelchen oder metallbeschichteten Glimmerplättchen.
Gegenstand wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem die elektrisch leitfähigen Partikel ausgewählt sind aus: Partikeln aus Silber, Nickel, Aluminium, Kupfer, rostfreiem Stahl, Graphit, Kohlenstoff, Gold oder Platin.
Gegenstand wie in Anspruch 2 oder 3 beansprucht, bei dem die elektrisch leitfähigen Partikel ein Gemisch von mindestens zwei der ausgewählten elektrisch leitfähigen Partikel definieren.
Gegenstand wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, bei dem sich die elektrisch leitfähigen Partikel in der Form von Metallplättchen mit einer durchschnittlichen Größe in einem Bereich von 1 bis 200 μm befinden.
Gegenstand wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, bei dem sich die Partikel in der Form eines Metallpulvers mit einer Partikelgröße in einem Bereich von 0,5 bis 200 μm befinden.
Gegenstand wie in irgendeinem vorangehenden Anspruch beansprucht, bei dem das Elastomermaterial ausgewählt ist aus: Silikon-Elastomeren, Silikon-Kautschuken, Fluorsilikon-Elastomeren, Fluorkohlenstoff-Elastomeren, Perfluor-Elastomeren, Fluorelastomeren, Polyurethan oder Ethylen/Propylen (EPDM).
Gegenstand wie in Anspruch 7 beansprucht, bei dem das Elastomermaterial Dimethyl-siloxan ist.
Gegenstand wie in Anspruch 7 beansprucht, bei dem das Elastomermaterial mit Siliciumdioxid verstärkt ist.
Verwendung eines Gegenstands nach irgendeinem vorangehenden Anspruch bei irgendeiner der folgenden Anwendungen: ein elektrisch leitfähiges Erdungs- und Abschirmmaterial; Batterie- und Brennstoffzellen-Anwendungen; katalytische Materialien; Durchflußelektroden in Elektrolytsystemen; Geräteausrüstungs-Anwendungen; Elektrofiltrations-Anwendungen; Mikrowellen-Anwendungen; Antennensysteme; und Bandleitungen.
Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, elektrisch leitfähigen Verbundgegenstands, folgende Schritte aufweisend: a. Mischen von elektrisch leitfähigen Partikeln und Polytetrafluorethylen, um ein Gemisch zu bilden, das 50–90 Vol.% elektrisch leitfähige Partikel enthält; und danach b. Mischen von Elastomermaterial mit dem Gemisch von elektrisch leitfähigen Partikeln und Polytetrafluorethylen, wobei das Elastomermaterial in ungleichmäßiger Weise in dem Gegenstand verteilt wird; und c. Durchführen eines Erhitzungsschritts, um das Elastomermaterial in einen gehärteten Zustand zu katalysieren; wobei der hergestellte elektrisch leitfähige Verbundgegenstand eine Abschirmwirksamkeit von mindestens 70 dB in einem Frequenzbereich von 0,01 GHz bis 3 GHz bei einem Druck von 1724 kPa (250 psi) hat; und wobei der Gegenstand überall in seinem gesamten Gefüge kontinuierlich elektrisch leitfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Elastomermaterial in einem Lösungsmittel verdünnt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Elastomermaterial in einem Bereich von 10 bis 15 Gew.% des Gemisches von Elastomer und Lösungsmittel zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Erhitzungsschritt zur Katalyse des Elastomermaterials in einen gehärteten Zustand bei 130°C bis 190°C stattfindet.