DE69900366T2 - Flammfeste emv-gerechte dichtungsmaterialen und deren herststellungsverfahren - Google Patents

Description

• Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe allgemein die Schaffung elektrisch leitender, flammwidriger Materialien zur Anwendung in Abschirmungen gegen elektromagnetische Störungen (EMB-Abschirmungen) und ein Verfahren zur Herstellung derselben sowie insbesondere ein elektrisch leitendes Gewebe zugrunde, dessen eine Oberfläche mit einer Schicht eines flammwidrigen Überzugs als Abschirmung innerhalb einer EMB- Abschirmdichtung versehen ist.
• Der Betrieb elektronischer Vorrichtungen wie Fernsehgeräten, Rundfunkgeräten, Computern, medizinischen Instrumenten, Büromaschinen, Kommunikationseinrichtungen und dergleichen geht mit der Erzeugung elektromagnetischer Strahlen innerhalb der elektronischen Schaltung der Geräte einher. Solche Strahlung entsteht häufig als Feld oder als Einschwingvorgänge innerhalb des Hochfrequenzbands des elektromagnetischen Spektrums, d. h. zwischen etwa 10 kHz und 10 GHz, und wird, da sie bekanntermaßen den Betrieb anderer, in der Nähe befindlicher elektronischer Vorrichtungen stört, mit dem Begriff "elektromagnetische Störung" oder "elektromagnetische Beeinflussung (EMB)" bezeichnet.
• Zur Dämpfung der EMB-Wirkungen kann eine Abschirmung mit der Fähigkeit, EMB-Energie zu absorbieren und/oder zu reflektieren, sowohl verwendet werden, um die EMB-Energie innerhalb einer Quellenvorrichtung zu begrenzen, als auch diese Vorrichtung oder andere "Zielvorrichtungen" gegenüber anderen Quellenvorrichtungen zu isolieren. Eine solche Abschirmung dient als Sperre, die zwischen der Quelle und den anderen Vorrichtungen eingesetzt wird, und ist im typischen Fall als elektrisch leitendes und geerdetes Gehäuse, welches die Vorrichtung umschließt, konfiguriert. Da die Schaltung der Vorrichtung im allgemeinen für Wartungszwecke oder ähnliches zugänglich bleiben muß, sind die meisten Gehäuse mit zu öffnenden oder zu entfernenden Zugängen wie Türen, Luken, Platten oder Abdeckungen versehen. Jedoch können sogar zwischen den flachsten dieser Zugänge und deren entsprechender Paß- oder Gegenfläche Spalte vorhanden sein, die die Wirksamkeit der Abschirmung verringern, indem sie Öffnungen darstellen, durch die Strahlungsenergie austreten oder auf andere Weise in die Vorrichtung hinein oder aus dieser heraus gelangen kann. Außerdem bilden solche Spalte Unterbrechungen in der Oberfläche und Erdungsleitfähigkeit des Gehäuses oder der sonstigen Abschirmung und können sogar eine Sekundärquelle der EMB-Strahlung darstellen, indem sie als eine Art Schlitzstrahlantenne wirken. Diesbezüglich erzeugen innerhalb des Gehäuses induzierte Volumen- oder Oberflächenströme Spannungsgefälle an beliebigen Spaltzwischenräumen in der Abschirmung, wobei diese Spalte als Antennen wirken, die EMB- Rauschstörungen abstrahlen. Im allgemeinen ist die Amplitude der Rauschstörung proportional zur Länge des Spalts, während die Spaltbreite eine weniger wahrnehmbare Wirkung hat.
• Um Spalte zwischen den Paßflächen von Gehäusen und anderen EMB-Abschirmkonstruktionen auszufüllen, wurden Flach- und andere Dichtungen vorgeschlagen, sowohl um den elektrischen Durchgang durch eine Konstruktion aufrechtzuerhalten, als auch, um solche Verunreinigungen wie Feuchtigkeit und Staub vom Inneren der Vorrichtung fernzuhalten. Solche Dichtungen sind mit einer der Paßflächen verklebt oder mechanisch verbunden oder mittels Preßsitz in diese eingesetzt und dienen dazu, Spaltzwischenräume zu verschließen und einen leitenden Durchgang durch diese herzustellen, indem sie sich unter Anwendung eines Drucks den Unregelmäßigkeiten zwischen den Flächen anpassen. Dementsprechend müssen für EMB- Abschirmungszwecke vorgesehene Dichtungen eine Konstruktion aufweisen, die nicht nur selbst unter Druckeinwirkung die elektrische Leitfähigkeit einer Oberfläche sicherstellt, sondern bei der sich die Dichtungen aufgrund ihrer Elastizität der Spaltgröße anpassen können. Darüber hinaus müssen die Dichtungen verschleißfest, kostengünstig herzustellen und in der Lage sein, wiederholte Druck- und Entspannungszyklen auszuhalten. Bezüglich weiterer Informationen über Spezifikationen für EMB-Abschirmdichtungen wird auf Severinsen, J., "Gaskets That Block EMI" (EMB-blockierende Dichtungen), Machine Design, Bd. 47, Nr. 19, S. 74-77 (7. August 1975) verwiesen.
• Die an typische EMB-Abschirmanwendungen gestellten Anforderungen setzen häufig eine Flachprofilvorrichtung geringer Impedanz voraus, die unter normalen Schließkraftbelastungen durchbiegbar ist. Zu den weiteren Anforderungen gehören niedrige Kosten und eine Bauweise, die eine wirksame EMB- Abschirmung sowohl für die einwandfreie Funktionsweise der Vorrichtung als auch, in den Vereinigten Staaten, die Einhaltung der gewerblichen EMV-Vorschriften der Federal Communication Commission (FCC) gewährleistet.
• Eine besonders wirtschaftliche Dichtungskonstruktion, die auch sehr geringe Schließkräfte erfordert, nämlich weniger als etwa 0,175 N/mm (1 lb/inch), wird von der Chomerics Division der Parker-Hannifin Corp., Woburn, MA unter dem Handelsnamen "Soft-Shield® 5000 Series" vertrieben. Eine derartige Konstruktion besteht aus einer elektrisch leitenden Ummantelung oder einer Umhüllung, die in Längsrichtung über einen Kern aus Polyurethan oder einem anderen Schaumstoff geschoben wird. Wie außerdem in US-Patent Nr. 4.871.477 beschrieben, werden Polyurethanschäume im allgemeinen durch die Reaktion zwischen Polyisocyanat und einem hydroxylfunktionalen Polyol in Anwesenheit eines Blasmittels hergestellt. Das Blasmittel bewirkt die Ausdehnung der Polymerstruktur zu einer Mehrzahl von offenen oder geschlossenen Zellen.
• Die Ummantelung ist ein gut leitendes, d. h. etwa 1 Ω², Rip- Stop-Nylongewebe mit nickelplattiertem Silber, welches beim Durchschneiden selbstschließend ist. Die Ummantelung kann vorteilhafterweise mit dem Kern durch einen kontinuierlichen Formprozeß verbunden werden, bei dem Schaum innerhalb der Ummantelung aufgeblasen oder expandiert wird, während der Mantel um den expandierenden Schaum gewickelt wird, und bei dem Schaum und Ummantelung durch eine Form hindurch in ein sich bewegendes Preßteil eingesetzt werden. Ähnliche Dichtungskonstruktionen sind in dem gemeinsam erteilten US-Patent Nr. 5.028.739 und in den US-Patenten Nr. 4.857.668; 5.045.635; 5.105.056 und 5.202.536 dargestellt.
• Viele elektronische Geräte, darunter PCs und Kommunikationseinrichtungen, müssen nicht nur bestimmte FCC-Vorschriften erfüllen, sondern unterliegen auch einer Zulassungspflicht nach bestimmten Underwriters Laboratories (UL)-Standards im Hinblick Flammwidrigkeit. Diesbezüglich erfordert das Gerät selbst keine separate Zulassung, wenn jede der einzelnen Komponenten eines elektronischen Geräts über eine UL- Zulassung verfügt. Die Gewährleistung einer UL-Zulassung jeder einzelnen Komponente reduziert somit für den Hersteller die Genehmigungskosten und kann letztendlich für den Verbraucher zu kostengünstigeren Waren führen. Für EMB- Abschirmdichtungen müssen solche Dichtungen jedoch flammwidrig gemacht werden, d. h. müssen eine Bewertung von V-0 gemäß UL-Std.-Nr. 94, "Prüfung der Entzündbarkeit von Kunststoffen für Teile in Vorrichtungen und Geräten" (1991) erreichen, ohne die zur Erfüllung der EMB-Abschirmerfordernisse benötigte elektrische Leitfähigkeit zu beeinträchtigen.
• In dieser Hinsicht und insbesondere im Hinblick auf EMB- Abschirmdichtungen der oben beschriebenen Gewebe-auf-Schaum- Variante ist seit langem anerkannt, daß geschäumte Polymermaterialien entzündbar sind und unter bestimmten Bedingungen eine Brandgefahr darstellen. Aufgrund der zellförmigen Struktur, des hohen Gehalts an organischen Substanzen und der Oberfläche unterliegen die meisten Schaummaterialien einer relativ schnellen Zersetzung, wenn sie der Einwirkung von Feuer oder hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
• Ein Verfahren, Gewebe-auf-Schaum-Dichtungen mit Flammwidrigkeit zu versehen, bestand in der Verwendung der Umhüllung als flammwidrige Schutzschicht für den Schaum. Tatsächlich wurde die Einhaltung der V-0-Bewertung angeblich dadurch erreicht, daß der Schaum mit einem elektrisch leitenden Ni/Cu- plattierten Gewebe umhüllt wurde, mit dem eine thermoplastische Folie heißverpreßt oder auf andere Weise mit dessen Unterseite verschmolzen wurde. Solche Gewebe, die in einem oder mehreren der US-Patente Nr. 4.489.126; 4.531.994; 4.608.104 und/oder 4.621.013 im einzelnen beschrieben sind, wurden von der Monsanto Co., St. Louis, unter der Handelsbezeichnung IlFlectron® Ni/Cu Polyester Taffeta V0" vertrieben.
• Weitere Gewebe-auf-Schaum-Dichtungen, wie sie im US-Patent Nr. 4.857.668 im einzelnen beschrieben sind, weisen einen auf der Innenfläche der Umhüllung aufgebrachten zusätzlichen Überzug oder eine zusätzliche Schicht auf. Ein derartiger Überzug kann eine flammwidrige Urethanformulierung sein, die auch das Anhaften der Umhüllung am Schaum fördert. Zusätzlich kann der Überzug das Durchschlagen des Schaums durch das Gewebe reduzieren, wodurch sonst die elektrische Leitfähigkeit der Umhüllung beeinträchtigt werden könnte.
• Es ist daher zu verstehen, daß weitere Verbesserungen in der Auslegung von flammwidrigen, Gewebe-auf-Schaum-EMB- Abschirmdichtungen sowie von entsprechenden Umhüllungsmaterialien von der Elektronikindustrie begrüßt würden. Besonders erwünscht wäre eine flammwidrige Dichtungskonstruktion, die eine UL94-Bewertung von V-0 erreicht.
• Der Erfindung liegt als Aufgabe ein elektrisch leitendes, flammwidriges Material für der Einsatz in Gewebe-auf-Schaum- EMB-Abschirmdichtungen und ein Verfahren zur Herstellung desselben zugrunde. Indem eine Schicht eines flammwidrigen Überzugs auf eine Seite eines elektrisch leitenden, im allgemeinen porösen Gewebes aufgebracht wird, bietet das erfindungsgemäße Material, wenn es als Ummantelung in einer Gewebe-auf-Schaum-Dichtungskonstruktion verwendet wird, Schutz nach UL94 V-0. Da die flammwidrige Schicht ohne merkliches Durchschlagen naß auf das Gewebe aufgebracht werden kann, kann vorteilhafterweise eine relativ dünne, d. h. 0,05-0,10 mm (2-4 Mil) dicke Überzugsschicht auf eine Gewebeseite aufgebracht werden, ohne die elektrische Oberflächenleitfähigkeit der anderen Seite zu beeinträchtigen. Eine derartige dünne Überzugsschicht reicht zwar für den Schutz gemäß UL94 V-0 aus, erhält jedoch nichtsdestoweniger das Fallvermögen des Gewebes und erleichtert dadurch die Konstruktion von Dichtungen gemäß UL94 V-0 mit komplizierten Profilen oder geringen Querschnitten abwärts bis etwa 1 mm.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße elektrisch leitende, flammwidrige EMB-Abschirmmaterial ein nickel- oder silberplattiertes Nylon-, Polyester- oder ähnliches Gewebe auf, auf dessen eine Seite eine Schicht einer flammwidrigen Acryl-Latex-Emulsion oder eine andere fließfähige Harzzusammensetzung naß aufgebracht wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Viskosität und hydrodynamischer Druck der Emulsion so gesteuert, daß der Überzug nicht durch die unbeschichtete Seite des Gewebes hindurchdringt oder auf andere Weise "durchschlägt". Die Oberflächenleitfähigkeit der gegenüberliegenden Gewebeseite wird daher bei EMB-Abschirmanwendungen nicht beeinträchtigt.
• Das erfindungsgemäße Material kann als Ummantelung in Gewebe- auf-Schaum-EMB-Abschirmdichtungskonstruktionen verwendet werden und eignet sich besonders für den Einsatz beim kontinuierlichen Formverfahren für solche Dichtungen. Bei Verwendung im Rahmen dieses Verfahrens kann das Gewebe mantelartig um den Schaum gewickelt werden, wobei seine beschichtete Seite als Innenfläche an den Schaum angrenzt und die unbeschichtete Seite als elektrisch leitende Außenfläche dient. Der Überzug auf der Innenfläche der Ummantelung versperrt vorteilhafterweise die Poren des Gewebes, so daß der Schaum darin verbleibt und nicht zur Außenfläche durchdringt oder durchschlägt. Da die beschichtete Innenfläche der Ummantelung als Acrylmaterial ausgeformt ist, kann sie außerdem, je nach Zusammensetzung des Schaums, als kompatibilisierende oder "verbindende" Zwischenschicht fungieren, durch die die Bindung zwischen Schaum und Gewebe verstärkt wird.
• Dementsprechend beinhaltet die Erfindung ein Material und ein Verfahren, die die Konstruktion, Kombination von Elementen und Anordnung von Teilen und Schritten aufweisen, welche in der nachstehenden detaillierten Beschreibung als Beispiel dargestellt sind. Zu den Vorteilen der Erfindung zählt ein flammwidriges und dennoch mit Fallvermögen ausgestattetes EMB-Abschirmgewebe. Weitere Vorteile sind eine wirtschaftliche, flammwidrige EMB-Abschirmgewebekonstruktion, bei der eine relativ dünne Schicht eines flammwidrigen Überzugs naß auf eine Seite eines elektrisch leitenden, gewebten oder sonstigen allgemein porösen EMB-Abschirmstoffs aufgebracht werden kann, ohne die Leitfähigkeit der anderen Gewebeseite zu beeinträchtigen.
• Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen EMB-Abschirmmaterials, welches ein allgemein ebenes Gewebeelement aufweist, dessen eine Seite mit einer Schicht einer flammwidrigen Zusammensetzung versehen ist, wobei in der Ansicht Teile herausgebrochen sind, um die Struktur des Materials deutlicher zu zeigen;
• Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des EMB- Abschirmmaterials nach Fig. 1 durch die von der Linie 2-2 in Fig. 1 bezeichnete Ebene;
• Fig. 3 eine Draufsicht des Materials nach Fig. 1, die vergrößert ist, um die Struktur des entsprechenden Gewebeelements deutlicher zu zeigen;
• Fig. 4 eine perspektivische Querschnittsansicht einer Länge einer repräsentativen EMB-Abschirmdichtungskonstruktion gemäß der Erfindung mit einer Ummantelung, die aus dem EMB- Abschirmmaterial nach Fig. 1 ausgeformt ist;
• Fig. 5 eine Seitenansicht der Dichtung nach Fig. 4, die vergrößert ist, um die Struktur derselben zu zeigen und
• Fig. 6 eine schematische, teilweise Querschnittsansicht einer der Veranschaulichung dienenden schwerkraftgespeisten Walzenrakelstreichmaschine in ihrer adaptierten Form für den Einsatz bei der Herstellung des EMB-Abschirmmaterials nach Fig. 1.
• Die Zeichnungen werden in Verbindung mit der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung näher beschrieben.
• Im Rahmen der Beschreibung kann eine bestimmte Terminologie verwendet werden, weniger zum Zweck der Einschränkung als der Einfachheit halber. So bezeichnen beispielsweise die Begriffe "obere" und "untere" Richtungen in den Zeichnungen, auf welche Bezug genommen wird, während sich die Begriffe "innere" oder "innen" bzw. "äußere" oder "außen" auf Richtungen zur Mitte des bezeichneten Elements und von dessen Mitte weg beziehen und sich die Begriffe "radial" bzw. "axial" auf Richtungen beziehen, die lotrecht und parallel zur Längsmittelachse des bezeichneten Elements verlaufen. Andere, ähnlich wichtige Begriffe wie die oben ausdrücklich genannten Wörter sind ebenfalls nicht als einschränkend anzusehen, sondern werden der Einfachheit halber verwendet.
• Zur Veranschaulichung der nachstehenden Beschreibung wird das davon betroffene Abschirmmaterial gegen elektromagnetische Störungen (EMB-Abschirmmaterial) in Verbindung mit seiner Anwendung als flammwidrige, elektrisch leitende Ummantelung für eine EMB-Abschirmdichtung mit Schaumkern beschrieben, die in einen Zwischenraum, zum Beispiel zwischen eine Tür, Platte, Luke, Abdeckung oder einer anderen Trennfuge einer EMB- Abschirmkonstruktion eingesetzt werden kann. Die EMB- Abschirmkonstruktion kann das leitende Gehäuse eines Computers, von Kommunikationseinrichtungen oder anderen elektronischen Vorrichtungen oder Einrichtungen sein, die EMB- Strahlung verursachen oder deren Wirkungen ausgesetzt sind. Die Dichtung kann mit einem Paar Paßflächen, die die Grenzfläche innerhalb des Gehäuses bilden, verbunden oder daran befestigt oder mittels Preßsitz darin eingesetzt sein und fungiert zwischen den Paßflächen als Abdichtung von Spalten zwischen den Flächen oder anderen Unregelmäßigkeiten. Unter Anwendung eines Drucks paßt sich daher die Dichtung derartigen Unregelmäßigkeiten elastisch an, sowohl um einen ununterbrochenen Strompfad durch die Grenzfläche herzustellen, als auch, um das Gehäuseinnere gegen von außen eindringenden Staub, Feuchtigkeit oder sonstige Verunreinigungen abzudichten. Man wird jedoch verstehen, daß Aspekte der Erfindung auch in anderen EMB-Abschirmanwendungen genutzt werden können. Die Nutzung im Rahmen solcher anderen Anwendungen ist deshalb ausdrücklich als innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung anzusehen.
• Unter Verweis auf die Figuren, in denen entsprechende Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Elemente in den verschiedenen Ansichten verwendet werden, ist in Fig. 1 bei 10 ein erfindungsgemäßes flammwidriges EMB-Abschirmmaterial allgemein dargestellt, wie es gewöhnlich als Ummantelung innerhalb einer Dichtungskonstruktion mit Schaumkern verwendet wird. Zum Zweck der Veranschaulichung ist die Materialfolie 10 ohne feste Abmessungen dargestellt, so daß sie entsprechend dem jeweils vorgesehenen Verwendungszweck zugeschnitten werden kann. Bei der Grundkonstruktion weist das Material 10 ein oberes, allgemein ebenes und poröses Gewebeelement 12 und ein unteres, flammwidriges Überzugselement 14 auf.
• Ein Gewebeelement besitzt wenigstens eine elektrisch leitende erste Seite 16 und eine leitende oder nichtleitende zweite Seite 18, die eine in der Querschnittsansicht von Fig. 2 mit "t&sub1;" bezeichnete Dickenabmessung definiert, die von 0,05-0,10 mm (2-4 Mil) betragen kann. "Elektrisch leitend" bedeutet, daß das Gewebe leitend gemacht werden kann, und zwar für einen spezifischen Oberflächenwiderstand von etwa 0,1 Ω² oder weniger, weil es aus elektrisch leitendem Draht, Einzelfäden, Garnen oder anderen Fasern aufgebaut ist oder aber einer Behandlung wie einer Plattierung oder einem Aufstäubverfahren an nichtleitenden Fasern unterzogen wurde, wodurch diese mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen wurden. Zu den bevorzugten elektrisch leitenden Fasern gehören Monel- Nickel-Kupfer-Legierung, silberplattiertes Kupfer, nickelplattiertes Kupfer, Ferrex®-verzinnter, kupferplattierter Stahl, Aluminium, zinnplattiertes Kupfer, Phosphorbronze, Kohlenstoff, Graphit sowie leitfähige Polymere. Zu den bevorzugten nichtleitenden Fasern gehören Baumwolle, Wolle, Seide, Zellulose, Polyester, Polyamid, Nylon und Polyimid- Einzelfäden oder Garne, die mittels einer Metallplattierung aus Kupfer, Nickel, Silber, nickelplattiertem Silber, Aluminium, Zinn oder einer Legierung aus diesen elektrisch leitend gemacht werden. Bekannterweise kann die Metallplattierung auf einzelne Faserstränge oder auf die Oberflächen des Gewebes nach dem Weben, Wirken oder nach sonstigen Fertigungsvorgängen aufgebracht werden.
• Obgleich auch solche Gewebe wie Drahtgeflechte, Gewirke und Faservliesware Anwendung finden können, besteht eine bevorzugte Gewebekonstruktion für Element 12 aus einem glatten Nylon- oder Polyesterstoff, der mit einer Menge zwischen etwa 20-40 Gew.-% vom Gesamtgewebegewicht, d. h. 0,01-0,10 g/in², einer Silber-, Nickel-Silber- oder Silber-Nickel-auf-Kupfer- Plattierung elektrisch leitend gemacht wird. Wie in der vergrößerten Ansicht nach Fig. 1, die in Fig. 3 mit 20 bezeichnet ist, zu erkennen, ist ein solcher Stoff durchlässig, weil er ein glattes, im allgemeinen quadratisches Bindungsmuster mit Poren oder Öffnungen aufweist, von denen eine mit 22 bezeichnet ist und die zwischen den schematisch bei 24 dargestellten Fasern definiert sind. Die Fasern 24 können Garne, Einzelfäden oder bevorzugt Bündel von etwa 10-20 Einzelfäden oder Fäden sein, die jeweils einen Durchmesser zwischen etwa 10 und 50 um haben. Mit Fasern 24 zum Beispiel, die jeweils ein Bündel solcher Fäden mit einer Fadendichte zwischen etwa 1000 und 3000 je Zoll und einer Webdichte zwischen etwa 1000 und 1500 je Zoll bilden, werden 1000-2000 Öffnungen je Zoll bei einer durchschnittlichen Porengröße zwischen etwa 12,5 und 50 um (0,5-2 Mil) definiert.
• Obgleich ein glattes, quadratisches Bindungsmuster wie Taffetbindung, Leinwandbindung oder Rip-Stop-Bindung als bevorzugte Bindungen gelten, sollten für den Anwendungsbereich dieser Erfindung auch andere Bindungsmuster wie Atlasbindungen, Köperbindungen und dergleichen berücksichtigt werden. Ein besonders bevorzugter Stoff für Gewebeelement 12 ist ein 0,10 mm (4 Mil) dickes, silberplattiertes Nylongewebe mit einem Gewicht von 1,8 oz/yd², welches im Handel von der Swift Textile Metalizing Corp., Bloomfield, CT, vertrieben wird. Je nach den Anforderungen der speziellen Abschirmanwendung kann jedoch ein Gewebe Verwendung finden, welches aus einer Kombination oder Mischung voneinander abwechselnden leitenden und nichtleitenden Fasern besteht. Beispiele von Geweben, die aus elektrisch leitenden Fasern oder aus Mischungen elektrisch leitender und nichtleitender Fasern gewebt, geflochten oder kettengewirkt werden, sind in Gladfelter, US-Patent Nr. 4.684.762, und in Buonanno, US-Patent Nr. 4.857.668, beschrieben.
• Wiederum bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 ist das Überzugselement 14 aus einer aushärtbaren Schicht eines fließfähigen, flammwidrigen Harzes oder einer Zusammensetzung ausgeformt, die auf die zweite Seite 18 des Gewebeelements 12 naß aufgebracht wird. Wie nachstehend im einzelnen beschrieben, werden die Viskosität und der hydrodynamische Druck der Harzzusammensetzung entsprechend dieser Erfindung so geregelt, daß das Eindringen der Harzschicht auf eine in Fig. 2 mit "d" bezeichnete Tiefe begrenzt bleibt, die kleiner ist als die Dickenabmessung t&sub1; des Gewebeelements 12. Wenn die Schicht zur Bildung des flammwidrigen Oberflächenüberzugselements 14 auf der zweiten Seite 18 des Gewebeelements 12 ausgehärtet wird, bleibt die erste Seite 16 desselben elektrisch leitend. Bei einer bevorzugten Konstruktion wird die Schicht auf eine Naßdicke von etwa 0,25 mm (10 Mil) beschichtet und anschließend auf eine in Fig. 2 mit t&sub2; bezeichnete Trockenüberzugs- oder Filmdicke zwischen etwa 0,05 und 0,10 mm (2-4 Mil) in einer Tiefe d von etwa 0,025-0,05 mm (1-2 Mil) ausgehärtet. Schließlich werden eine mit "T" bezeichnete Gesamtmaterialdicke zwischen etwa 0,15 und 0,20 mm (6-7 Mil) und Trockengewichtaufnahme zwischen etwa 100 und 150 g/yd² beobachtet. Unter "ausgehärtet" ist zu verstehen, daß das Harz polymerisiert, vernetzt, weiter vernetzt oder polymerisiert, vulkanisiert, gehärtet, getrocknet, verflüchtigt oder auf andere Weise chemisch oder physikalisch aus einer flüssigen oder sonstigen fließfähigen Form in eine feste polymere oder elastomere Phase umgewandelt wird.
• Die flammwidrige Zusammensetzung wird vorzugsweise als wäßrige Emulsion einer Acryl-Latex-Emulsion formuliert, die auf einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 60% und eine Brookfield-Viskosität (Spindel Nr. 5, Geschwindigkeit 4) zwischen etwa 40.000 und 60.000 cps bei einer Dichte von etwa 1,8 g/cm³ (10 lbs/Gallone) eingestellt wird. Die Flammwidrigkeit kann dadurch erzielt werden, daß man die Emulsion mit etwa 30-50 Gew.-% eines oder mehrerer herkömmlicher flammwidriger Zusätze wie Tonerdehydrat, Antimontrioxid, Phosphatestern oder halogenhaltigen Verbindungen wie polybromierten Di-phenyloxiden versieht. Eine bevorzugte Formulierung ist eine Mischung aus etwa 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Emulsion, Decambromodiphenyloxid und etwa 15 Gew.-% einer oder mehrerer Antimonverbindungen. Sollte die Acrylträgerphase während des Betriebs entzündet werden, wird der Flamme die zur Unterhaltung der Verbrennung ausreichende Sauerstoffmenge durch die Zersetzung der halogenhaltigen und Metalloxidverbindungen entzogen. Die Zersetzung der Acrylphase kann außerdem zur Entstehung einer schützenden, d. h. wärmeisolierenden oder feuerfesten, äußeren Holzkohleschicht führen.
• Eine bevorzugte flammwidrige Acryl-Latex-Emulsion wird im Handel von der Heveatex Corp., Fall River, MA, unter der Bezeichnung "4129FR" vertrieben. Die Viskosität der Emulsion kann mit Hilfe eines wäßrigen Acryloidgels oder eines anderen Acrylverdickungsmittels auf etwa 40.000-60.000 cps eingestellt werden. Diesbezüglich trägt die erhöhte Viskosität der Emulsion zu einer Begrenzung des Eindringens der Überzugsschicht in das Gewebeelement bei. Da diese relativ hohe Viskosität jedoch zu unerwünschter Porosität im Trockenfilm führen kann, kann die Emulsion zusätzlich so modifiziert werden, daß Lufteinschlüsse und, Blasenbildung in der Überzugsschicht mit bis zu etwa 1 Gew.-% eines oder mehrerer handelsüblicher Tenside wie "Bubble Breaker" der Witco Chemical Corp. (Chicago, IL) und "Foam Master Antifoam" der Diamond Shamrock, Inc. (San Antonio, TX) reduziert werden.
• Wie erwähnt, ist das erfindungsgemäße EMB-Abschirmmaterial 10 besonders auf den Gebrauch als flammwidrige, elektrisch leitende Ummantelung, die über einem Schaumkern in einer EMB- Abschirmdichtungskonstruktion wie der Dichtung 50 nach Fig. 4 angebracht ist, abgestimmt. Bei einer repräsentativen Ausführungsform weist die Dichtung 50 ein längliches, elastisches Schaumkernelement 52 auf, welches von unbestimmter Länge sein kann. Das Kernelement 52 besitzt eine äußere Umfangsfläche 54, die das Querschnittsprofil der Dichtung 50 begrenzt, welches zum Zweck der Veranschaulichung eine allgemein polygonale, d. h. quadratische oder rechteckige, geometrische Form hat. Andere ebene Profile wie kreisförmige, halbkreisförmige, elliptische oder komplexe Profile, können jedoch je nach der geometrischen Beschaffenheit der zu versiegelnden Grenzfläche an deren Stelle treten. Das Kernelement 12 kann eine beliebige radiale oder Durchmesserausdehnung aufweisen, wird jedoch bei den meisten Anwendungen eine Durchmesserausdehnung oder Breite von etwa 0,64 cm (0,25 Zoll) bis 2,54 cm (1 Zoll) haben.
• Für Spaltfüllfunktionen ist es vorzuziehen, daß das Kernelement 52 für einen breiten Temperaturbereich geeignet ist und selbst nach wiederholten Belastungszyklen oder langen Druckbeanspruchungen eine gute Druck-Entspannungs-Hysterese aufweist. Das Kernelement 52 kann deshalb aus einem geschäumten elastomeren Thermoplast wie Polyethylen, Polypropylen, Polypropylen-EPDM-Mischung, Butadien, Styrol-Butadien, Nitril, Chlorsulfonat oder einem geschäumten Neopren, Urethan oder Silikon ausgeformt sein. Zu den bevorzugten Baumaterialien gehören offen- oder geschlossenzellige Urethane oder solche Mischungen wie eine Polyolefinharz/Monoolefin-Copolymer- Mischung oder ein Neopren-, Silikon- oder Nitrilschaumgummi.
• Das Kernelement 52 kann als extrudiertes oder gepreßtes Schaumprofil ausgeführt sein, über welches Abschirmmaterial 10 als Umhüllung gewickelt ist, wobei die Kanten der Umhüllung wie bei 56 einander überlappen. Bei einer bevorzugten Konstruktion wird Abschirmmaterial 10 mittels eines kontinuierlichen Formprozesses, bei dem der Schaum in das Innere des Abschirmmaterials geblasen oder darin zur Ausdehnung gebracht wird, mit dem Kernelement 52 verbunden. Wie am besten in der vergrößerten Ansicht aus Fig. 4, in Fig. 5 mit 60 bezeichnet, zu sehen ist, grenzt das Überzugselement 14 bei einer solchen Konstruktion an das Kernelement 52 als Innenfläche 62 des Abschirmelements 10 an, während die unbeschichtete Seite 16 des Gewebeelements 12 als elektrisch leitende Außenfläche 64 der Dichtung 50 gegenüber angeordnet ist. Man wird verstehen, daß die beschichtete Innenfläche 62 die Poren 22 (Fig. 3) des Gewebeelements 12 des Gewebes so versperrt, daß der eingeblasene Schaum darin festgehalten wird, ohne zur äußeren Dichtungsfläche 64 vorzudringen oder durchzuschlagen. Je nach der entsprechenden Zusammensetzung des Schaums und des Überzugs kann die Innenfläche 62 außerdem als Kompatibilisierungs- oder "Verbindungs-" Zwischenschicht fungieren, wodurch die Bindung zwischen Schaum und Gewebe gefördert wird. Die Dichtungskonstruktion 50 weist vorteilhaft eine Struktur auf, die in Anwendungen mit sehr geringer Schließkraft, d. h. weniger als etwa 0,175 N/mm (1 lb/inch), verwendet werden kann.
• Wiederum bezugnehmend auf Fig. 4, kann entlang der Längenausdehnung der Dichtung 50 bis zur Unterseite der Außenfläche 64 zur Befestigung der Dichtung an einem Substrat eine Klebschicht 70 aufgebracht werden. Eine solche Schicht 70 wird vorzugsweise als selbstklebende Ausführung formuliert. Wie im US-Patent Nr. 4,988,550 beschrieben, zählen zu den geeigneten Selbstklebeschichten für EMB-Abschirmanwendungen Formulierungen auf der Basis von Silikonen, Neopren, Styrol-Butadien- Copolymere, Acrylharz-Derivate, Acrylate, Polyvinyläther, Polyvinylacetat-Copolymere, Polyisobutylene und Mischungen, Gemische und Copolymere aus denselben. Formulierungen auf Acrylbasis gelten jedoch allgemein als für die EMB- Anwendungen der hier erörterten Art als vorzuziehen. Obgleich selbstklebende Schichten für die Klebschicht 70 vorzuziehen sind, können diese auch durch andere Klebstoffe wie Epoxidharze und Urethane ersetzt werden und sind daher als in den Anwendungsbereich der Erfindung fallend zu betrachten. Heißschmelzkleber wie Hotmelts und thermoplastische Filme können zusätzlich Anwendung finden.
• Insoweit die Masseleitfähigkeit der Dichtung 50 im wesentlichen durch deren Oberflächenkontakt mit dem Substrat bestimmt wird, kann zur Sicherstellung einer optimalen EMB- Abschirmwirkung eine elektrisch leitende selbstklebende Schicht vorzuziehen sein. Solche Kleber werden herkömmlicherweise so formuliert, daß sie etwa 1-25 Gew.-% eines leitenden Füllstoffs enthalten, der einen spezifischen Widerstand von 0,01-0,001?-cm ergibt. Der Füllstoff kann in Form von Teilchen, Fasern, Flocken, Mikrokügelchen oder Mikroballons eingearbeitet werden und kann in einem Größenbereich von etwa 1- 100 Mikron liegen. Zu den Füllstoffen gehören typischerweise von Natur aus leitende Materialien wie Metalle, Kohlenstoff und Graphit sowie nichtleitende Materialien wie Kunststoff oder Glas mit einer Plattierung aus leitfähigem Material, zum Beispiel einem Edelmetall oder dergleichen. Diesbezüglich wird das Mittel, mit dem der Kleber elektrisch leitend gemacht wird, nicht als ausschlaggebendes Merkmal der Erfindung betrachtet, so daß alle Mittel als geeignet anzusehen sind, die die gewünschte Leitfähigkeit und Haftung bewirken.
• Zum Schutz des äußeren Teils der Haftschicht 70, die an der Außenfläche der Dichtung freiliegt, kann eine bei 72 dargestellte Trennschicht abziehbar auf der freiliegenden Kleberschicht aufgebracht werden. Wie bei Klebern üblich, kann die Trennschicht 72 als Streifen eines gewachsten, silikonisierten oder anderen beschichteten Papiers oder einer Kunststoffolie oder dergleichen vorgesehen werden, der eine relativ geringe Oberflächenenergie hat und sich daher abziehen läßt, ohne den Kleber merklich von der Außenfläche 64 abzuheben.
• Bei der Herstellung handelsüblicher Mengen des erfindungsgemäßen EMB-Abschirmmaterials 10 kann die in der Viskosität eingestellte und anderweitig modifizierte Acryl-Latex- Emulsion oder sonstige Harzzusammensetzung auf einer Seite des Gewebeelements 12 mittels eines Direkt-Naßverfahrens wie des Walzenrakelstreichverfahrens oder einer Schlitzform als Überzug aufgebracht und ausgehärtet werden. Gleich welches Verfahren angewandt wird, wird der hydrodynamische Druck der Harzzusammensetzung gemäß dieser Erfindung so gesteuert, daß das Eindringen der Harzschicht auf eine Tiefe begrenzt wird, die geringer ist als die Dickenabmessung des Gewebeelements. Unter Verweis auf Fig. 6, in der der Kopf einer repräsentativen Walzenrakelstreichmaschine mit Schwerkraftzuführung bei 100 eher schematisch dargestellt ist, wird zum Beispiel ein poröses, d. h. durchlässiges, Gewebeelement 12 von einer Zuführwalze oder dergleichen (nicht dargestellt) über eine Preßrolle 102, die in der durch den Pfeil 104 bezeichneten Richtung rotiert, befördert. Während die erste Seite 16 des Gewebeelements 12 auf der Rolle 102 aufliegt, läuft die zweite Gewebeseite 18 unter der mit 106 bezeichneten Öffnung einer Beschichtungsmulde 108 hindurch. Die Mulde 108 wird durch eine Frontplatte 110, eine rückwärtige Platte 112 und zwei Seitenplatten (nicht dargestellt) begrenzt.
• Die Emulsion oder sonstige fließfähige Harzzusammensetzung, die mit 114 bezeichnet ist, wird in die Mulde 101, die bis zu einem mit h bezeichneten Flüssigkeitsniveau gefüllt ist, gepumpt oder auf andere Weise befördert. Für eine bestimmte Flüssigkeitsdichte wird dieses Niveau h so gesteuert, daß der hydrodynamische Druck an der Grenzfläche Gewebe/Flüssigkeit innerhalb voreingestellter Grenzen bleibt. Bei einer Flüssigkeitsdichte von etwa 1,8 g/cm³ (10 Pounds/Gallone) und einem Gewebe mit einer Porosität von etwa 1000-2000 Öffnungen je Zoll bei einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 12,5- 50 um (0,5-2 Mil) wird das Flüssigkeitsniveau H zum Beispiel an der Grenzfläche Gewebe/Flüssigkeit auf etwa 10 cm (4 Zoll) einreguliert, um einen hydrodynamischen Druck von 0,35 kPa (0,05 psi) zu erzielen. Bei anderen Beschichtungsverfahren kann der hydrodynamische Flüssigkeitsdruck beispielsweise durch Pumpendruck oder dergleichen geregelt werden.
• Bei dem als Veranschaulichung benutzten Walzenrakelstreichverfahren begrenzt die Unterkante 120 der Frontplatte 110 eine Rakelfläche, die durch Unterlegscheiben oder auf andere Weise in einem bestimmten Abstand von der zweiten Seite 18 des Gewebeelements 12 gehalten wird. Dadurch entsteht ein mit "g" bezeichneter Abstand oder Spalt, der typischerweise ca. 0,25 mm (10 Mil) beträgt, der jedoch zur Regulierung der Dicke der flüssigen Überzugsschicht 122, die auf das Gewebeelement aufgebracht wird, verstellbar ist. Von der Rolle 104 aus kann das beschichtete Gewebeelement 12 über eine (nicht dargestellte) Aufwickelrollenanordnung durch einen Inline- Ofen oder dergleichen befördert werden, um das Wasser oder das sonstige Verdünnungsmittel in der flüssigen Überzugsschicht 122 zu trocknen oder schnell zu verdampfen oder die flüssige Überzugsschicht 122 auf andere Weise auszuhärten, während auf der einen Seite 18 des Gewebeelements 12 ein anhaftender, nicht-klebriger Film oder eine sonstige Schicht des Überzugselements 14 (Fig. 1) gebildet wird.
• Das nachstehende Beispiel, in dem alle Prozentsätze und Verhältnisse auf das Gewicht bezogen sind, soweit nichts anderes ausdrücklich angegeben ist, dient der Veranschaulichung der praktischen Anwendung dieser Erfindung, sollte jedoch in keiner Weise als einschränkend interpretiert werden.
BEISPIEL
• Zur Charakterisierung wurden repräsentative EBM-Abschirmmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung gebaut. Dazu wurde eine Vormischung einer flammwidrigen Überzugszusammensetzung mittels einer Acryl-Latex-Emulsion gemischt (Heveatex "4129FR"). Die Viskosität der Emulsion wurde auf eine Brookfield-Viskosität (Spindel Nr. 4, Geschwindigkeit 40) von etwa 60.000 cps mit etwa 5 Gew.-% eines Acryloid- Verdickungsmittels (AcrysolTM GS, Monsanto Co., St. Louis, MO) eingestellt. Die modifizierte Emulsion hatte einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 60 Gew.-%, eine Dichte von etwa 1,8 g/cm³ (10 Pounds/Gallone) und einen pH-Wert zwischen etwa 7,5 und 9,5.
• Die Emulsion wurde mittels einer Walzenrakelstreichmaschine (JETZONE Modell 7319, Wolverine Corp., Merrimac, MA) auf eine Seite eines silberplattierten Nylongewebes (Swift "31EN RIPSTOP") mit einer Dicke von etwa 0,1 mm (4 Mil) aufgebracht. Bei einem Flüssigkeitsniveau in der Beschichtungsmulde der Streichmaschine, welches auf etwa 10 cm (4 Zoll) gehalten wurde, wurde die Emulsion unter einem hydrodynamischen Druck von ca. 0,35 kPa (0,05 psi) der Oberfläche des Stoffs zugeführt. Die Beschichtungsrakel wurde mittels Unterlegscheiben auf einen Spalt von 0,25 mm (10 Mil) über dem Gewebe eingestellt, um eine Absenk-Naßbeschichtungsdicke von etwa 10 Mil zu erzielen. Nach Aushärtung im Ofen bei 100-125ºC während 5 Minuten wurde eine getrocknete Überzugs- oder Filmdicke von etwa 0,635 mm (2,5 Mil) bei einer Gewichtsaufnahme von etwa 130-14S g/yd² und einer Gesamtmaterialdicke zwischen etwa 0,15 und 0,18 mm (6-7 Mil) erzielt. Eine Kontrolle des beschichteten Gewebes ergab eine Überzugseindringtiefe von etwa 0,02 und 0,05 mm (1-2 Mil), unter der Voraussetzung einer akzeptablen mechanischen Rückhaltung und/oder Haftung des Überzugs auf der Gewebeoberfläche. Es wurde jedoch beobachtet, daß die gegenüberliegende Seite des Gewebes im wesentlichen überzugsfrei war und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von ca. 0,1 Ω² für unbeeinträchtigte EMB- Abschirmwirkung aufwies.
• Gewebeproben, die auf ähnliche Weise wie beschrieben beschichtet wurden, wurden einer internen Vertikal-Flammprobe unterzögen. Bei einer Trockenfilmdicke von 0,05, 0,08 oder 0,10 mm (2, 3 oder 4 Mil) wurde kein Brennvorgang beobachtet. Dementsprechend wurde für Produktionsdurchläufe ein angemessenes Filmdicken-Betriebsfenster vorgeschlagen.
• Es wurden auch Proben der Ummantelung eines Polyurethan- Schaumkerns in einer EMB-Abschirmdichtungskonstruktion für Flammproben durch Underwriters Laboratories, Inc., Melville, New York, hergestellt. Es wurde eine Flammklassenbewertung von V-0 gemäß UL94 bei einer Mindestdicke von 1,0 mm erteilt. Daher wurde festgestellt, daß die Dichtungskonstruktion den anwendbaren UL-Anforderungen entsprach und wurde für die Anbringung des "UL"-Prüfzeichens zugelassen.
• Die obigen Resultate bestätigen, daß das erfindungsgemäße EMB-Abschirmmaterial einen Schutz nach UL94 V-0 bietet, wenn es als Ummantelung in einer Gewebe-auf-Schaum-Dichtungskonstruktion verwendet wird. Unerwarteterweise wurde festgestellt, daß ein relativ poröses oder durchlässiges Gewebe auf einer Seite naß mit einer relativ dünnen, d. h. 0,05-0,10 mm (2-4 Mil) dicken, Überzugsschicht einer flammwidrigen Zusammensetzung aufgebracht werden kann, ohne die elektrische Oberflächenleitfähigkeit der anderen Seite zu beeinträchtigen. Eine solche dünne Überzugsschicht reicht zwar aus, um einer herkömmlichen Gewebe-auf-Schaum-Dichtungskonstruktion Schutz nach UL94 V-0 zu verleihen, erhält jedoch das Fallvermögen des Gewebes und erleichtert damit die Herstellung von Dichtungen nach UL94 V-0, die komplexe Profile oder geringe Querschnitte abwärts bis etwa 1 mm aufweisen.
• Da erwartet wird, daß an der Erfindung bestimmte Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, sind alle in der obigen Beschreibung enthaltenen Angaben lediglich als veranschaulichend und nicht einschränkend zu interpretieren. Alle hier zitierten Verweise sind durch die Bezugnahme ausdrücklich in diese Beschreibung aufgenommen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines flammwidrigen, elektrisch leitenden EMB-Abschirmmaterials (10), dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist:

(a) Herstellung eines allgemein ebenen, porösen Gewebematerials mit wenigstens einer elektrisch leitenden ersten Seite (16) und einer zweiten Seite (18), die dazwischen eine Dickenabmessung definiert,

(b) Aufbringung einer aushärtbaren Schicht einer fließfähigen, flammwidrigen Zusammensetzung (14) unter einem bestimmten hydrodynamischen Druck und mit einer bestimmten Viskosität auf wenigstens einem Teil der zweiten Seite des genannten Gewebeelements,

(c) Regelung des hydrodynamischen Drucks und der Viskosität der genannten Zusammensetzung in der Weise, daß das Eindringen der genannten Schicht in das genannte Gewebeelement auf eine Tiefe begrenzt bleibt, die geringer ist als die Dickenabmessung des genannten Gewebeelements, und

(d) Aushärtung der genannten Schicht zur Bildung eines flammwidrigen Überzugselements auf der zweiten Seite des genannten Gewebeelements, wodurch die erste Seite des genannten Gewebeelements elektrisch leitend bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte flammwidrige Zusammensetzung gemäß Schritt (b) eine flammwidrige Acryl-Latex-Emulsion aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der genannten Zusammensetzung in Schritt (c) auf einen Wert zwischen etwa 40.000 und 60.000 Centipoise einreguliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Druck der genannten Zusammensetzung in Schritt (c) auf etwa 0,35 kPa (0,05 psi) einreguliert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Schicht in Schritt (d) auf eine Überzugsdicke zwischen etwa 0,05 und 0,10 mm (2 und 4 Mil) ausgehärtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenabmessung des genannten Gewebeelements nach Schritt (a) zwischen etwa 0,05 und 0,10 mm (2 und 4 Mil) beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gewebeelement in Schritt (a) als plattierter Webstoff mit einer durchschnittlichen Porengröße zwischen etwa 12, 5 und 50 um (0,5 und 2 Mil) hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Webstoff aus Fasern gewebt ist, die aus der Gruppe Baumwolle, Wolle, Seide, Zellulose, Polyester, Polyamid, Nylon und Kombinationen davon ausgewählt wurden, und mit einem Metall plattiert ist, welches aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Silber, vernickeltes Silber, Aluminium, Zinn und Kombinationen davon ausgewählt wurde.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Fasern einen Durchmesser zwischen etwa 10 und 50 um aufweisen.