ES2332106T3 - Cargas conductoras y su utilizacion. - Google Patents
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Abstract
Una carga conductora particulada para aplicaciones de protección EMI compuesta por partículas recubiertas para usar con una matriz polimérica para formar composiciones poliméricas conductoras en las que cada partícula recubierta comprende un núcleo central basado en carbono seleccionado entre el grupo que consiste en grafito natural, grafito sintético, negro de humo y mezclas de los mismos y un recubrimiento de metal conductor o recubrimiento de metal compuesto sobre dicho núcleo central basado en carbono, caracterizada por que el núcleo basado en carbono tiene un tamaño medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros, en particular de 400 a 800 micrómetros.
Description
Cargas conductoras y su utilización.
La presente invención se refiere a una carga
conductora particulada para aplicaciones de protección EMI de
acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y a una composición
de polímero conductor que comprende dicha carga conductora. La
invención se refiere adicionalmente a un método para proporcionar
protección EMI de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
9.
Los productos de protección convencionales se
usan en aplicaciones electrónicas que varían desde componentes
aeroespaciales hasta teléfonos móviles para proporcionar protección
de la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia por
radiofrecuencia (RFI). Típicamente, dichos productos de protección
se formaron mediante la introducción de una carga conductora en una
matriz polimérica basándose en la premisa de que una resistencia en
volumen reducida (resistencia DC) se traduce en un aumento en la
eficacia de protección. El artículo de la revista especializada
Interference Technology Engineers' Master ITEM 1999
"Correlating DR Resistance to the Shielding Effectiveness of an
EMI Gasket", Thomas Clupper pág. 59 produce modelos teóricos que
relacionan la eficacia de protección con la resistencia. La
eficacia de protección EMI de dos materiales de junta y la
resistencia DC a través de cada junta se midieron mientras que cada
junta se montaba en una fijación. Se midió una resistencia de 1 ohm
a través de la fijación para la junta A y se midieron 0,01 ohm para
la junta B. La eficacia de protección EMI de las juntas A y B se
midió a 65 dB y 42 dB, respectivamente, a 100 MHz, mostrando un
aumento en la eficacia de protección con una resistividad de volumen
reducida.
Inicialmente, las cargas conductoras estaban
compuestas de partículas de metal noble sólidas. Sin embargo,
dichas cargas son extremadamente costosas y se hicieron intentos
para desarrollar cargas conductoras más económicas sin perder
protección y propiedades conductoras. Los materiales alternativos
menos costosos consistían en metales nobles revestidos sobre
materiales de núcleo comparativamente baratos tales como vidrio,
aluminio o cobre. El uso de metales nobles se considera demasiado
costoso para algunas aplicaciones. Posteriormente, se usaron polvos
de cobre y níquel para este propósito, seguido del uso de grafito
revestido con níquel o partículas de núcleo de carbono.
En la Patente de Estados Unidos 5.284.888, se
describe una composición de protección MEI/RFI que comprende una
resina de poliuretano formada por dos polímeros que tienen una carga
conductora estabilizada en su interior y un azol. La carga
preferida es un polvo de cobre estabilizado con plata.
Kalinoski et al. Patente de Estados
Unidos 6.096.413 describe una junta conductora producida mediante un
proceso de formación en el sitio que implican silicona, uretano y/o
copolímeros de bloque termoplásticos que tienen una carga
conductora asociada con los mismos. Las cargas conductoras usadas
para cargar los elastómeros pueden seleccionarse entre plata pura,
metales no nobles metalizados con metal noble tales como cobre,
níquel o aluminio metalizados con plata. También son adecuados los
materiales basados en metal no noble incluyendo metales no nobles
metalizados con metales no nobles, siendo ejemplos de los cuales
partículas de hierro recubiertas con cobre. Además, pueden usarse
materiales no metálicos tales como negro de humo y grafito y
combinaciones de los mismos.
Una junta protectora de EMI que usa una carga
conductora de partículas de grafito recubiertas con níquel que
tiene un tamaño de 75 micrómetros, con una eficacia de protección
EMI de al menos 80 dB entre 10 MHz y 10 GHz, se describe por
Kalinoski en la Patente de Estados Unidos 5.910.524 titulada
"Corrosion-resistant
form-in-place EMI shielding
gasket". Se informa que la resistividad en volumen de este
material es de aproximadamente 500 a
1000 miliohmios-cm.
1000 miliohmios-cm.
Los documentos WO 94/1185 A, US 6.132.645 y US
5.498.372 describen composiciones de polímero eléctricamente
conductores incluyendo partículas de carbono recubiertas con
polímero conductoras embebidas en una matriz polimérica.
El documento US 5.958.302 describe la
preparación de pequeños materiales compuestos poliméricos
conductores submicrométricos constituidos por una matriz polimérica
y un polímero de carga conductor distribuido uniformemente en la
matriz polimérica del material compuesto.
El documento US 2002/160 193 A1 describe una
carga conductora particulada compuesta por un recubrimiento
metalizado con un metal noble sobre un recubrimiento metalizado con
un metal no noble intermedio sobre el núcleo basado en carbono. Los
núcleos basados en carbono tienen un tamaño medio de aproximadamente
1 a 300 micrómetros.
La invención proporciona una carga conductora
particulada para aplicaciones de protección EMI que tiene las
características de la reivindicación 1 y una composición de polímero
conductor que comprende la carga conductora particulada que tiene
las características de la reivindicación 5. La invención proporciona
adicionalmente un método para proporcionar protección EMI que tiene
las características de la reivindicación 9. Las realizaciones
preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes.
Un objeto principal de la presente invención es
proporcionar una carga conductora particulada compuesta por un
recubrimiento de metal conductor sobre un núcleo de carbono con un
tamaño de partícula bruto de 350 a 1000 \mum.
La carga conductora particulada se combina con una matriz polimérica para producir materiales compuestos conductores con propiedades físicas y eléctricas potenciadas a partir de los cuales pueden fabricarse los componentes
deseados.
La carga conductora particulada se combina con una matriz polimérica para producir materiales compuestos conductores con propiedades físicas y eléctricas potenciadas a partir de los cuales pueden fabricarse los componentes
deseados.
La característica esencial de esta invención es,
por lo tanto, recubrir níquel u otro material metálico conductor
sobre partículas de carbono tales como grafito que tienen un tamaño
medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros. El grafito
recubierto con metal se incorpora entonces a una matriz
elastomérica, tal como silicona, haciéndola conductora. El
elastómero cargado se forma en diversos tipos de juntas protectoras
de EMI para aplicaciones tales como sellado de puertas y paneles.
Se obtienen potenciaciones sorprendentes en la utilidad como
resultado del uso de las partículas de carbono recubiertas con
metal que son de un tamaño significativamente mayor que las usadas
en la técnica anterior. Las ventajas de la invención de usar grandes
partículas de carbono recubiertas con metal como una carga incluye
una reología del proceso mejorada, una mayor flexibilidad al cargar
la carga, una conductividad eléctrica mejorada y una estabilidad
eléctrica mejorada y una menor densidad comparada con las cargas de
corriente de composición similar que tienen un tamaño de partícula
más pequeño.
En su aspecto más amplio, se proporciona una
carga conductora particulada compuesta por partículas recubiertas
para usar con una matriz polimérica para formar composiciones
poliméricas conductoras en las que cada particular cubierta
comprende un núcleo central basado en carbono que tiene un tamaño
medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros y un recubrimiento
de metal conductor sobre dicho núcleo central basado en carbono. El
núcleo central basado en carbono se selecciona entre el grupo que
consiste en grafito natural, grafito sintético negro de humo y
mezclas de los mismos y tiene un tamaño medio en el intervalo de
aproximadamente 350 a 1000 micrómetros, preferiblemente de 400 a
800 micrómetros y más preferiblemente aproximadamente 600
micrómetros. El metal conductor es uno o más metales seleccionados
entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño,
cobalto, cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio, indio y
sus aleaciones y comprende aproximadamente del 20 al 90% en peso de
las partículas recubiertas, preferiblemente aproximadamente del 40
al 90% en peso. Los metales nobles oro, plata, platino, paladio,
rodio, iridio y sus aleaciones pueden usarse solos o pueden
recubrir uno o más de los metales no nobles níquel, cobre, aluminio,
estaño, cobalto, cinc, indio y sus aleaciones. La carga conductora
particulada preferiblemente es un núcleo central basado en carbono
de grafito natural o grafito sintético con un recubrimiento de
metal conductor de níquel, comprendiendo el níquel aproximadamente
un 40 a 80% en peso de las partículas recubiertas y encapsular el
núcleo basado en carbono. Oro o plata que comprende aproximadamente
del 1 al 40% en peso de la partícula recubierta puede encapsular el
níquel.
La invención se extiende también a un material
compuesto que comprende un matriz polimérica que tiene dispersada
uniformemente en su interior la carga de partículas formadas sobre
el núcleo de carbono que tienen un recubrimiento de metal conductor
en su interior, teniendo típicamente la carga particulada una
capacidad para cargar carga de aproximadamente el 25 al 35% en
volumen. La matriz polimérica puede seleccionarse a partir de
cualquier goma natural sencilla o combinación de gomas naturales y
elastómeros sintéticos incluyendo gomas de hidrocarburo (EPM, EPDM,
butilo y similares), nitrilos, policloroprenos, acrílicos,
polietileno, fluoro- y clorosulfonados, poliuretanos, poliéteres,
polisulfuros, nitrosogomas, siliconas y fluorosiliconas.
Preferiblemente, dicha matriz polimérica de elastómero es un
elastómero de silicona y dicha carga particulada es polvo de grafito
recubierto con níquel. Más preferiblemente, el polvo de grafito
tiene un tamaño medio de aproximadamente 600 micrómetros, el níquel
comprende hasta aproximadamente el 60% en peso de las partículas
recubiertas y las partículas recubiertas comprenden aproximadamente
un 30% en volumen del material compuesto.
En otra realización, la composición de polímero
conductor adicionalmente comprende aproximadamente del 1 al 30% en
peso de cargas conductoras particuladas tipificadas por esferas de
vidrio recubiertas con plata que tienen un tamaño en el intervalo
de 20 a 200 micrómetros.
En otra realización más, un metal noble
tipificado por oro o plata en la cantidad de aproximadamente el 1
al 40% en peso de la partícula recubierta puede recubrir un metal no
noble tal como níquel.
El método de la invención para proporcionar
protección EMI para aplicación a un sustrato comprende las etapas
de formar un material compuesto de una matriz polimérica y de una
carga conductora particulada dispersada uniformemente en la matriz
polimérica, comprendiendo dicha carga particulada un núcleo central
basado en carbono que tiene un tamaño promedio en el intervalo de
aproximadamente 350 a 1000 micrómetros, preferiblemente
aproximadamente de 400 a 800 micrómetros seleccionado entre el
grupo que consiste en grafito natural, grafito sintético, negro de
humo y mezclas de los mismos y un recubrimiento de metal conductor
de uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en
níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro, plata, platino,
paladio, rodio, iridio, indio y sus aleaciones, encapsulando dicho
núcleo central basado en carbono. En el metal conductor, los
metales compuestos o alecciones de los mismos comprenden de
aproximadamente el 20 al 90% en peso de las partículas recubiertas,
preferiblemente aproximadamente del 40 al 90% en peso de las
partículas recubiertas.
El metal conductor preferiblemente es níquel y
el núcleo central basado en carbono preferiblemente es grafito
natural o grafito sintético que tiene un tamaño de partícula
promedio de aproximadamente 600 micrómetros, comprendiendo dicho
níquel aproximadamente del 40 al 80% en peso, preferiblemente
aproximadamente el 60% en peso de las partículas recubiertas. Un
metal noble tal como oro o plata que forma un recubrimiento sobre un
metal no noble tal como níquel que encapsula el núcleo central
basado en carbono puede comprender del 1 al 40% en peso de la
partícula recubierta.
La carga particulada puede comprender
adicionalmente aproximadamente del 1 al 30% en peso de cargas
conductoras particuladas tipificadas por esferas de vidrio
recubiertas con plata que tienen un tamaño en el intervalo de 20 a
200 micrómetros
Ventajosamente, como resultado de la realización
práctica de esta invención, tal como proporcionando un recubrimiento
de metal o de metal compuesto sobre un núcleo de grafito de tamaño
de partícula medio de 350-1000 micrómetros, se
proporciona:
- \bullet
- Una carga conductora que tiene una reología de procesamiento mejorada.
- \bullet
- Una carga conductora que tiene un intervalo más ancho de los niveles de carga para obtener un rendimiento eléctrico y mecánico.
- \bullet
- Una carga conductora que usa menos metal.
- \bullet
- Una carga conductora que tiene menor densidad.
- \bullet
- Una carga conductora que es de menor coste.
- \bullet
- Un elastómero conductor que tiene conductividad eléctrica mejorada.
- \bullet
- Un elastómero conductor que tiene estabilidad eléctrica mejorada.
- \bullet
- Un elastómero conductor que puede fabricarse por métodos bien conocidos en la técnica.
La carga compuesta particulada, la composición
de polímero conductor y el método para proporcionar protección EMI
de la invención se entenderá mejor a partir de la siguiente
descripción tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es una vista en sección transversal
de las partículas de grafito recubiertas con níquel de la técnica
anterior cargadas en una matriz polimérica; y
La Figura 2 es una vista en sección transversal
de una realización de partículas de carga conductoras de la
presente invención cargadas en una matriz polimérica.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, se
muestra en la Figura 1 un ejemplo de partículas de grafito 10
recubiertas con níquel de la técnica anterior usadas como la carga
en una matriz polimérica 12. Las partículas conductoras comprenden
un núcleo de grafito interno 14 con un recubrimiento metálico de
níquel 16 sobre las mismas.
La Figura 2 representa las partículas de carga
conductora 20 de la presente invención en una matriz polimérica 22
en las que el núcleo basado en grafito 24 tiene un recubrimiento de
metal 26. Las partículas representadas en la Figura 2, que ilustran
un ejemplo de partículas con un tamaño de 600 micrómetros de la
invención tienen un volumen doscientas dieciséis veces mayor que
las partículas con un tamaño de 100 micrómetros de la técnica
anterior representadas en las Figura 1.
En la realización ilustrada en la Figura 2, el
núcleo interno es grafito. El recubrimiento de níquel 26 se aplica
al núcleo 24 usando técnicas convencionales bien conocidas en la
técnica tales como metalizado no electrolítico, un proceso con
carbonilo o hidrometalurgia, preferiblemente para proporcionar
encapsulación continua del núcleo. El recubrimiento metálico tal
como níquel o plata es funcional para proporcionar conductividad
volumétrica de partícula a partícula. Aunque se prefiere encapsular
completamente el núcleo con el metal, se entenderá que la
conductividad deseada o eficacia de protección EMI puede obtenerse
con el revestimiento parcial del núcleo con el metal.
El núcleo interno 24 puede formarse de cualquier
grafito natural o sintético que tenga el tamaño medio en el
intervalo de aproximadamente 350 a 1000 micrómetros, preferiblemente
de aproximadamente 400 a 800 micrómetros y más preferiblemente
aproximadamente un tamaño de 600 micrómetros.
El recubrimiento de metal 26 puede seleccionarse
entre níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro, plata,
platino, paladio, rodio, iridio, indio o sus aleaciones y encapsular
el núcleo en una cantidad que es necesaria para proporcionar
conductividad en la composición. Un recubrimiento de metal o un
recubrimiento de metal compuesto en la cantidad de aproximadamente
el 20 al 90% en peso de la partícula recubierta, preferiblemente
aproximadamente del 40 al 90% en peso se ha encontrado adecuado para
proporcionar la conductividad deseada. El recubrimiento puede ser
un recubrimiento sencillo de un metal no noble o noble o puede ser
un recubrimiento compuesto, preferiblemente de un metal noble o
sobre un metal no noble tal como oro o plata o níquel. La matriz
polimérica incluye elastómeros naturales y sintéticos en concreto
goma natural y elastómeros sintéticos incluyendo gomas de
hidrocarburo (EPM, EPDM, butilo y similares), nitrilos,
policloroprenos, acrílicos, polietilenos, fluoro- y
clorosulfonados, poliuretanos, poliéteres, polisulfuros,
nitrosogomas, siliconas y fluorosiliconas y acrílicos y mezclas de
los mismos.
La carga conductora particulada de la invención
está presente en una cantidad de hasta el 80% en peso,
preferiblemente aproximadamente del 50 al 70% en peso del material
compuesto dependiendo de la densidad de la partícula de carga
conductora y la densidad de la matriz polimérica. Por ejemplo,
partículas que contienen un 20% de níquel en peso comprenderían
hasta aproximadamente el 35%-45% en peso de los materiales
compuestos y las partículas que contienen un 80% de níquel en peso
comprenderían hasta aproximadamente el 70-80% en
peso de los materiales compuestos (suponiendo una densidad del
polímero de \sim 1 g/cm^{3}).
El material conductor particulado puede
mezclarse con otras cargas conductoras particuladas en la cantidad
del 1 al 30% en peso tal como se tipifica por esferas de vidrio
recubiertas con plata en un intervalo de tamaño de 20 a
200 micrómetros para conferir características de flujo mejoradas en la matriz polimérica.
200 micrómetros para conferir características de flujo mejoradas en la matriz polimérica.
Las cargas conductoras convencionales para
protección EMI y otras aplicaciones conductoras usan partículas que
son menores de 250 micrómetros. Algunas aplicaciones (tales como
aquellas producidas por el proceso de formación en el sitio)
requieren que las cargas conductoras tengan pequeños tamaños de
partícula porque la junta es muy fina (menor de 1 mm) o tienen un
área de sección transversal pequeña. Dichas juntas requieren que la
carga tenga un tamaño de partícula menor de 100 micrómetros de
tamaño. Las aplicaciones, tales como sellados de puerta y paneles
en recintos no tienen dicha limitación inherente sobre el tamaño de
partícula. Dichas aplicaciones de juntas relativamente gruesas no
necesitan limitarse al uso de cargas conductoras de la técnica
anterior, que normalmente son menores de 150 micrómetros de
tamaño.
El proceso mecánico de cargar polímeros con
cargas conductoras requiere conseguir niveles de carga suficientes
para producir un rendimiento de conductividad especificado. Los
niveles de carga son típicamente del o mayores del umbral de
percolación eléctrico, típicamente en el intervalo del
25-35% en volumen para cargar carga. Los niveles de
carga altos a menudo provocan dificultades en el procesamiento
mecánico tal como combinación, moldeo y extrusión donde demasiada
carga no permite que el material fluya suficientemente. Dichos
problemas reológicos a menudo se resuelven usando menos carga, a
costa de reducir la conductividad. Una vez fabricada, la junta
conductora polimérica tiene propiedades mecánicas
pre-especificadas de dureza y resistencia. Se desea
que las juntas producidas a partir de elastómeros poliméricos sean
blandas y fuertes para formar sellados herméticos y duraderos que
sean también suficientemente conductores. El desafío habitual es
usar una carga suficiente para proporcionar las propiedades
eléctricas necesarias sin comprometer demasiado las propiedades
mecánicas conferidas por el elastómero. Las partículas gruesas
cargadas en las resinas poliméricas tienen áreas superficiales de
partícula totales menores a humedecer por el polímero comparadas con
las partículas pequeñas de la misma composición. De esta manera,
las partículas más gruesas proporcionan una fluidez o reología
mejorada durante el procesamiento comparadas con las partículas más
finas. La fluidez mejorada conferida por las partículas gruesas
produce una flexibilidad mejorada al ajustar el cargar la carga para
optimizar las propiedades eléctricas y mecánicas del material de
junta curado. Hay una ventaja inherente adicional en que las
partículas gruesas que tienen un área superficial más pequeña por
volumen unitario comparadas con las partículas más finas. Una masa
total más pequeña de recubrimiento metálico produce el mismo espesor
de recubrimiento metálico sobre las partículas gruesas debido a la
menor área superficial. La pequeña cantidad de metal se traduce en
las ventajas de una menor densidad del material y ahorros
potenciales de coste en la carga usando menos metal. La propiedad
de disminuir la cantidad de metal no reduce el rendimiento porque el
espesor de recubrimiento con metal no ha cambiado.
Las partículas gruesas proporcionan también una
conductividad potenciada a una carga en volumen igual en el
elastómero comparadas con las partículas más finas de la misma
composición. Menos partículas gruesas ocupan el mismo volumen que
las partículas más finas (a un volumen de carga igual) dentro del
elastómero, dando como resultado menos puntos de contacto
eléctricos de superficie a superficie. La conductividad del polímero
cargado con partículas se determina en gran medida por la
resistencia de contacto de partícula a partícula y un menor número
de partículas por volumen unitario producirá menores puntos de
contacto eléctrico a través de una distancia fijada en el
elastómero. El polvo bruto tendrá menos puntos de resistencia en un
circuito en serie comparado con un polvo más fino al mismo nivel de
carga y daría como resultado una conductividad mejorada a través de
la junta. La resistencia eléctrica mejorada al envejecimiento
térmico era una potenciación inesperada observada para silicona
cargada con una carga de grafito recubierta con níquel grueso
comparado con una carga de grafito de níquel más fino al mismo
nivel de carga en volumen. Esta sorprendente observación no se
entiende claramente pero puede relacionarse con que un polvo más
grueso
tiene un menor número de puntos de contacto eléctricos a degradar por los efectos del envejecimiento térmico.
tiene un menor número de puntos de contacto eléctricos a degradar por los efectos del envejecimiento térmico.
La carga conductora particulada y el material
compuesto de la invención se describirán ahora con referencia a los
siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplo
1
El polvo de grafito con tamaño de partícula
medio de 611 micrómetros se revistió por hidrometalurgia con níquel
para producir un polvo conductor del 53% en peso de níquel y el 47%
en peso de grafito (densidad de partícula verdadera 3,7
g/cm^{3}). Como comparación, un polvo de grafito recubierto con
níquel convencional (Ni/grafito) de composición 63,5% en peso de Ni
y 36,5% en peso de grafito (densidad de partícula verdadera 4,2
g/cm^{3}) con un tamaño de partícula medio de 120 micrómetros se
usó como carga en polvo conductora inicial. Las láminas de goma de
silicona conductora se prepararon de la siguiente manera. Cada
muestra en polvo se combinó con una resina de silicona curable por
calor en un molino de dos rodillos al 60% en peso de carga de polvo
para el polvo de 611 micrómetros y el 63,5% en peso para el polvo
de 120 micrómetros. La diferente carga en peso usada para los dos
polvos era para corregir las diferencias en la densidad de partícula
verdadera para separar las muestras con un volumen de carga igual a
la carga de aproximadamente el 31%.
El polvo de grafito de níquel de 120 micrómetros
requería 35 minutos para incorporar totalmente la carga en la
resina para formar una composición uniforme y bien mezclada. En
contraste, el polvo de grafito de níquel de 611 micrómetros sólo
requería 15 minutos para conseguir la misma uniformidad y
composición bien mezclada con el mismo operario y procedimiento de
combinación. Además de observar un tiempo de combinación más rápido
para la carga más gruesa, el material compuesto producido tenía una
mayor afinidad para aceptar la carga adicional.
Ejemplo
2
Los materiales de compuesto de resina de
silicona que contenía partículas de 120 micrómetros y partículas de
611 micrómetros como se preparó en el Ejemplo 1 se curaron y
moldearon en una prensa caliente para formar láminas de goma de
silicona conductoras cuadradas de 15 cm de anchura y 1,8 ml de
espesor. Las resistividades en volumen de las láminas cuadradas
conductoras se midieron en discos de 1 cm de diámetro cortados a
partir de láminas a través de dos electrodos conectados a una sonda
de resistencia de cuatro puntos (microóhmetro Keithely^{TM}
modelo 580). El cálculo de la resistividad en volumen dio el volumen
de la goma entre los dos electrodos que se prensaron en los
extremos opuestos de cada disco de goma de silicona conductora.
La resistividad en volumen medida por este
método era de 25 m\Omega\cdotcm y 17 m\Omega\cdotcm para
los polvos de grafito con níquel de 120 micrómetros y 611
micrómetros, respectivamente. Esto representa una disminución del
32% en volumen de la resistividad para el polvo grueso comparado con
el polvo fino tal cual se carga en la goma de silicona. Se midió
que la dureza Shore A como se ha descrito de los discos era de 79 y
77 para los polvos de grafito con níquel de 120 micrómetros y 611
micrómetros, respectivamente.
Ejemplo
3
Los discos preparados en el Ejemplo 2 se
pusieron en un horno de circulación de aire ajustado a 150ºC durante
48 horas. Los discos se volvieron a medir entonces para una
resistividad en volumen como se presenta en la Tabla 1:
\vskip1.000000\baselineskip
La muestra con el polvo de 120 micrómetros
aumentó su resistividad en volumen en un factor de 2,3 (o aumento
del 124%), mientras que la muestra con la muestra más gruesa sólo
aumentó en un factor de 1,6 (o aumento del 64%).
Claims (10)
1. Una carga conductora particulada para
aplicaciones de protección EMI compuesta por partículas recubiertas
para usar con una matriz polimérica para formar composiciones
poliméricas conductoras en las que cada partícula recubierta
comprende un núcleo central basado en carbono seleccionado entre el
grupo que consiste en grafito natural, grafito sintético, negro de
humo y mezclas de los mismos y un recubrimiento de metal conductor o
recubrimiento de metal compuesto sobre dicho núcleo central basado
en carbono, caracterizada por que
el núcleo basado en carbono tiene un tamaño
medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros, en particular de
400 a 800 micrómetros.
2. La carga particulada de acuerdo con la
reivindicación 1 en la que dicho recubrimiento de metal conductor
está compuesto por uno o más metales seleccionados entre el grupo
que consiste en níquel, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro,
plata, platino, paladio, rodio, indio, iridio y sus aleaciones y el
recubrimiento de metal compuesto está compuesto por un
recubrimiento de metal no noble seleccionado entre el grupo que
consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, indio y cinc
que recubre el núcleo basado en carbono y un metal noble
seleccionado entre el grupo que consiste en oro, plata, platino,
paladio, rodio e iridio que encapsula el recubrimiento de metal no
noble y/o el metal conductor o aleación del mismo comprende del 20
al 90% en peso de las partículas recubiertas en particular
aproximadamente del 40 al 90% en peso.
3. La carga conductora particulada de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, en la que dicho recubrimiento de metal
conductor es níquel y dicho núcleo central basado en carbono es
grafito natural o grafito sintético, preferiblemente, el níquel es
del 40 al 80% en peso de las partículas recubiertas y encapsula el
núcleo basado en carbono.
4. La carga conductora particulada de acuerdo
con una de las reivindicaciones anteriores en la que dicho
recubrimiento de metal compuesto comprende recubrir con níquel el
núcleo basado en carbono y encapsular con oro o plata el
recubrimiento de níquel.
5. Una composición de polímero conductor que
comprende una matriz polimérica y una carga conductora particulada
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 en su interior,
caracterizada por que la carga conductora particulada
comprende del 25 al 35% en volumen de la composición de polímero
conductor.
6. La composición de polímero conductor de
acuerdo con la reivindicación 5 en la que la matriz polimérica se
selecciona entre el grupo que consiste en gomas de hidrocarburo
(EPM, EPDM, butilo y similares), nitrilos, policloroprenos,
acrílicos, polietilenos, fluoro- y clorosulfonados, poliuretanos,
poliéteres, polisulfuros, nitrosogomas, siliconas y fluorosiliconas
y/o dicho metal conductor es uno o más metales seleccionados entre
el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto,
cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio, indio y sus
aleaciones y/o el metal conductor o aleación del mismo,
preferiblemente comprende del 20 al 90% en peso de las partículas
recubiertas en particular del 40 al 90% en peso.
7. La composición de polímero conductor de
acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en la que el recubrimiento de
metal conductor es níquel y dicho núcleo central basado en carbono
es polvo de grafito natural o sintético, siendo dicho recubrimiento
de níquel que encapsula el grafito natural o sintético y/o dicha
matriz polimérica preferiblemente un polímero de silicona y/o,
preferiblemente, el níquel comprende del 40 al 80% en peso de las
partículas recubiertas y encapsula el núcleo basado en carbono,
comprendiendo dicha carga particulada aproximadamente el 30% en
volumen de la composición de polímero conductor.
8. La composición de polímero conductor de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en la que
el recubrimiento de metal compuesto está compuesto por un
recubrimiento de metal no noble seleccionado entre el grupo que
consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, iridio y cinc
que recubre el núcleo basado en carbono y un metal noble
seleccionado entre el grupo que consiste en oro, plata, platino,
paladio, rodio e iridio que encapsula el recubrimiento de metal no
noble y/o el polvo de grafito, preferiblemente tiene un tamaño
medio de aproximadamente 600 micrómetros y el níquel comprende
aproximadamente un 60% en peso de las partículas recubiertas y/o
adicionalmente preferiblemente comprende del 1 al 30% en peso de
cargas conductoras particuladas tipificadas por esferas de vidrio
recubiertas con plata que tienen un tamaño en el intervalo de 20 a
200 micrómetros.
9. Un método para proporcionar protección EMI
para aplicación a un sustrato que comprende las etapas de formar un
material compuesto de una matriz polimérica y una carga conductora
particulada dispersada uniformemente en la matriz polimérica,
comprendiendo dicha carga particulada un núcleo central basado en
carbono seleccionado entre el grupo que consiste en grafito
natural, grafito sintético, negro de humo y mezclas de los mismos y
un recubrimiento de metal conductor o recubrimiento de metal
compuesto que encapsula dicho núcleo central basado en carbono,
caracterizado por que
el material compuesto comprende del 25 al 35% en
volumen de la carga conductora particulada, seleccionándose dicha
matriz polimérica entre el grupo que consiste en gomas de
hidrocarburo (EPM, EPDM, butilo y similares), nitrilos,
policloroprenos, acrílico, polietilenos, fluoro- y clorosulfonados,
poliuretanos, poliéteres, polisulfuros, nitrosogomas, siliconas y
fluorosiliconas comprendiendo dicho recubrimiento de metal conductor
o recubrimiento de metal compuesto uno o más metales seleccionados
entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño,
cobalto, cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio, indio y
sus aleaciones y el núcleo basado en carbono tiene un tamaño medio
en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros, en particular de 400 a
800 micrómetros.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9
en el que el recubrimiento de metal, el recubrimiento de metal
compuesto o aleación del mismo comprende del 20 al 90% en peso de
las partículas recubiertas, preferiblemente aproximadamente del 40
al 90% en peso de las partículas recubiertas y/o preferiblemente el
metal conductor es níquel y el núcleo central basado en carbono es
grafito natural o grafito sintético que tiene un tamaño de
partícula medio de aproximadamente 600 micrómetros, consistiendo
dicho níquel en aproximadamente un 60% en peso de las partículas
recubiertas y la carga conductora comprende aproximadamente un 30%
en volumen del material compuesto y/o preferiblemente el
recubrimiento de metal compuesto comprende un metal no noble
seleccionado entre el grupo que consiste en níquel, cobre,
aluminio, estaño, cobalto, indio y cinc, preferiblemente níquel,
recubriendo el núcleo basado en carbono y un metal noble
seleccionado entre el grupo que consiste en oro, plata, platino,
paladio, rodio, iridio y sus aleaciones, preferiblemente oro o plata
encapsulando el recubrimiento de metal no noble y/o preferiblemente
el polímero es silicona, y el recubrimiento de metal compuesto
comprende recubrir con níquel el núcleo basado en carbono y oro o
plata para encapsular el recubrimiento de níquel y/o
preferiblemente la carga particulada adicionalmente comprende del 1
al 30% en peso de cargas conductoras particuladas tipificadas por
esferas de vidrio recubiertas con plata que tienen un tamaño en el
intervalo de 20 a 200 micrómetros.
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