FI118127B - Sähköä johtava termoplastinen elastomeeri ja siitä valmistettu tuote - Google Patents

Description

: 1 118127 Sähköä johtava termoplastinen elastomeeri ja siitä valmistettu tuote

Keksinnön kohteena on sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, 5 joka käsittää oleellisesti sähköä johtamattoman matriisimateriaalin ja täytema-teriaaliosan, jonka elastomeerin molekyylitason rakenne ja/tai lisäaineistus on sellainen, että elastomeeri on ruiskupuristettavissa ja/tai ekstrudoitavissa, joka täytemateriaali sisältää metallia, jonka metallin osuus on niin suuri, että sähköä johtavan termoplastisen elastomeerin ominaisvastus on korkeintaan 1 10 Q.cm.

Edelleen keksinnön kohteena on tiiviste- ja/tai EMI-suojaustuote. Elektronisten laitteiden jatkuva lisääntyminen on tuonut muassaan tarpeen yhtäältä niiden suojaamiseen muiden elektronisten laitteiden aiheuttamilta elektromagneettisilta häiriöiltä ja toisaalta niiden ulkopuolelleen aiheut-15 tamien häiriöiden vähentämiseen. Erityisen tärkeää on suojata laitteet, joiden toimintahäiriöt voivat aiheuttaa henkilövahinkoja, kuten esimerkiksi lääketieteelliset laitteet sekä lentokoneiden ohjaus- ja suunnistusjärjestelmät. Laitteiden elektromagneettisesta suojaamisesta käytetään yleisesti termiä EMI-suojaus (electromagnetic interference). Kyseessä olevien sähkömagneettisten 20 häiriöiden taajuusalueen suuruusluokka on tyypillisesti alueella 100 MHz - 10 GHz.

• · \*\: EMI-suojaus voidaan toteuttaa varustamalla laite sähköä johtavasta j’*.. materiaalista valmistetulla kotelolla. Materiaalin ominaisvastuksen tulee olla noin 1 Ω.αη tai vähemmän. EMI-suojaavien koteloiden toteuttamiseksi on ke- ·:··· 25 hitetty lukuisia sähköä johtavia muovikomposiittiratkaisuja, jotka yleensä käsit- tävät termoplastisen muovin tai muoviseoksen, johon on seostettu yhtä tai .·*:·, useampaa johtavaa täytemateriaalia, kuten metallijauhetta, metallikuitua tai * * * hiilimustaa. Kotelokomposiittien EMI-suojaustaso on useimmiten riittävä, mutta .. ongelmaksi muodostuvat kotelon osien liitos- ja saumakohdat. Kotelomateriaa- • · 30 Iin hyvä suojauskyky ei takaa hyvää suojaustehokkuutta, jos tiivisteet tai adhe- siivit eivät muodosta sähköä johtavaa siltaa kotelon eri osien välille. Tiivisteon- :*·*: gelman ratkaisemiseksi onkin kehitetty sähköä johtavia silloitettavia ja kerta- • * muovattavia elastomeerejä, joissa matriisimateriaalina toimivaan, oleellisesti • * · sähköä johtamattomaan polymeeriin on seostettu johtavana täytemateriaalina * * · : ·] 35 toimivia metalli- tai metalloituja partikkeleja, hiiltä tai grafiittia tai niiden yhdis- telmiä. Mainittakoon, että termillä elastomeeri tarkoitetaan makromolekyyleistä 118127 2 muodostunutta materiaalia, jolle on ominaista venyvyys ja nopea palautuminen alkuperäiseen muotoonsa jännityksen lauettua. Tiivistesovellutuksissa elastomeerin kovuuden tulee olla mielellään alle 65 Shore A tiivisteen helpon asentamisen ja tarkoituksenmukaisen toiminnan varmistamiseksi. Kyseisten 5 tunnetun tekniikan mukaisten sähköä johtavien elastomeerien ominaisvastukset ovat metallitäytteisinä tyypillisesti alueella 10'3 -10'1 Q.cm ja hiilitäytteisinä noin 0,5 Q.cm tai enemmän. Kuten edellä on jo mainittu, perustuvat tunnetun tekniikan mukaiset sähköä johtavat elastomeerit silloitettaviin, kuten esimerkiksi silikonipohjaisiin, matriisimateriaaleihin, jotka on silloitettava elastisten 10 ominaisuuksien saavuttamiseksi ja tuotteen käsiteltävyyden mahdollistamiseksi. Silloittaminen vaatii paljon energiaa ja aikaa, sekä erityiset silloitusvälineet, jolloin tuotteiden valmistus on hidasta ja valmistuskustannukset korkeat.

Tunnettua tekniikkaa ovat myös sähköä johtavat termoplastiset elastomeerit, joihin on seostettu sähköä johtavaksi täytemateriaaliksi hiilimus-15 taa. Näiden materiaalien ominaisvastus on kuitenkin huomattavasti korkeampi kuin ristisilloitettaviin elastomeereihin pohjautuvien materiaalien. Huomautettakoon, että tässä hakemuksessa käytetään sähköä johtavista termoplastisista elastomeereistä lyhennettä TPE. Esimerkiksi julkaisussa US 4 321 162 on esitetty TPE, joka käsittää eteeni-kopolymeeri-propeenipolymeeri -seoksen, johon 20 on seostettu hiilimustaa. Materiaalille ilmoitettu ominaisvastus on alimmillaan 104 Q.cm, joka ei ole riittävän alhainen EMI-sovellutuksiin. Ominaisvastusta • * \*·: voidaan kyllä jonkin verran alentaa nostamalla hiilimustan osuutta materiaalis- • · • *·· ta, mutta tällöin materiaalin työstö- ja loppukäyttöominaisuudet oleellisesti huononevat.

• · ·:··· 25 Julkaisussa US 5 736 603 on esitetty sähköä johtava komposiitti- materiaali, jossa termoplastiseen elastomeeriin on impregnoitu sähköä johta-via kuituja. Materiaalille ilmoitettu tilavuuden ominaisvastus on alimmillaan * * * luokkaa 106 Q.cm, joka ei riitä EMI-suojaukseen. Kuitujen pituus on alueella .. 10 mm, joten materiaalista ei voida valmistaa pienikokoisia tuotteita niin, että • · 30 tuotteen sähköiset ominaisuudet olisivat oleellisesti samanlaiset tuotteen eri * · *·;·* suunnissa. Lisäksi materiaalin valmistusprosessi käsittää lukuisia eri vaiheita, :*·*· jolloin valmistuskustannukset nousevat suuriksi.

* * Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan termoplastinen sähköä johtava elastomeeri ja tiiviste- ja/tai EMI-suojaustuote, joissa edellä * * * : ·| 35 mainittuja epäkohtia ei esiinny.

• · 118127 3

Keksinnön mukaiselle termoplastiselle sähköä johtavalle elasto-meerille on tunnusomaista, että metallia sisältävä sähköä johtava täytemateriaali käsittää metallilla pinnoitettuja partikkeleita, ja että elastomeerin molekyy-litason rakenne ja täytemateriaalin pitoisuus, koko ja muoto on sellainen, että 5 elastomeerin kovuus on alle 65 Shore A.

Keksinnön mukaiselle tiiviste- ja/tai EMI-suojaustuotteelle on tunnusomaista, että tuote on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-18 mukaisesta sähköä johtavasta termoplastisesta elastomeeristä.

Keksinnön olennainen ajatus on, että TPE on täytetty metallia sisäl- 10 tävällä sähköä johtavalla täytemateriaalilla niin, että sähköä johtavan termoplastisen elastomeerin ominaisvastus on korkeintaan 1 Q.cm, edullisesti korkeintaan 0,1 Q.cm. Edelleen erään edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että sähköä johtava TPE on työstettävissä ruiskuvalu- ja ekstruusiomenetel-min. Edelleen erään toisen edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että 15 TPE.n matriisimateriaalin viskositeetti on alle viskositeettikäyrän η = 43625,7· γ °'152374'1f edullisesti alle η = 22197,62· γ 0120327·^ jotka yhtälöt perustuvat yleiseen viskositeettikäyrän esittämismuotoon η = Kyn-1 20 missä η - viskositeetti [Pas], γ = materiaalin leikkausnopeus [s'1], ja K, n = ma- • · :.*·· teriaalikohtaisia vakioita. Edelleen erään kolmannen edullisen sovellutusmuo- don ajatuksena on, että TPE käsittää styreenieteenibuteenistyreeni- :*·*: kopolymeeri- eli SEBS -pohjaisen matriisimateriaalin, johon täytemateriaalin * · 25 sekoittaminen on erityisen helppoa alhaisen viskositeetin ansiosta. Edelleen erään neljännen edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että TPE käsittää styreenieteenipropeenistyreeni-kopolymeeri-eli SEPS-pohjaisen matriisimate- • · riaalin, johon täytemateriaalin sekoittaminen on myös erityisen helppoa alhai- .. sen viskositeetin ansiosta. Edelleen erään viidennen edullisen sovellutusmuo- • · 30 don ajatuksena on, että täytemateriaalin pitoisuus on vähintään 5 tilavuuspro- *··* senttiä koko TPE:n tilavuudesta. Edelleen erään kuudennen edullisen sovellu- :*·*: tusmuodon ajatuksena on, että metallia sisältävän täytemateriaalin täyttöaste • * .*·. on vähintään 30 tilavuusprosenttia koko materiaalin tilavuudesta, jolloin on mahdollista saavuttaa vieläkin alhaisempia ominaisvastuksen arvoja. Vielä • · · : ·* 35 erään seitsemännen edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että TPE on täytetty ainakin kahdella eri partikkelimuotoa olevalla ja metallia sisältävällä 4 118127 I '7 sähköäjohtavalla täytemateriaalilla, jolloin alhainen TPE:n ominaisvastusarvo on saavutettavissa pienemmällä täytemateriaalipitoisuudella.

Keksinnön etuna on, että materiaalilla saavutetaan erinomainen EMI-suojaustehokkuus valmiissa, esimerkiksi ruiskuvaletussa tuotteessa säi-5 lyttäen TPE:n alhainen kovuus ja muut mekaaniset ominaisuudet riittävällä tasolla, jotta materiaalia voidaan käyttää tiivistesovelluksissa. Materiaalin valmistaminen ei vaadi mitään erityislaitteistoja tai -menetelmiä vaan ainoastaan tavanomaiset sekoitusvälineet, esimerkiksi 2-ruuviekstruuderi tai valssisekoitin, joissa materiaalin komponentit sekoitetaan sopivassa suhteessa toisiinsa. Ma-10 teriaali on työstettävissä monipuolisesti muoviteollisuudessa yleisesti käytettävissä olevilla laitteilla ja menetelmillä, kuten esimerkiksi ruiskuvalamalla, ekst-ruusiolla, lämpömuovaamalla tai jollakin muulla sopivalla menetelmällä. Materiaalin sulaviskositeetti on riittävän alhainen, jolloin siitä voidaan valmistaa korkealaatuisia ja muodoltaan vaativia tuotteita.

15 Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti erään keksinnön mukaisen sähköä johtavan TPE:n eräiden sovellutusmuotojen ominaisvastusta täytemateriaalipi-toisuuden funktiona, kuvio 2 esittää kaavamaisesti kuvion 1 mukaisten sähköä johtavien 20 TPE:en sovellutusmuotojen ominaisvastusta kovuuden funktiona, kuvio 3 esittää kaavamaisesti eräiden toisten keksinnön mukaisten • · sähköä johtavien TPE:en sovellutusmuotojen ominaisvastusta, kuvio 4 esittää kaavamaisesti eräiden kolmansien keksinnön mu- • :***; kaisten sähköä johtavien TPE:en sovellutusmuotojen ominaisvastusta täyte- 25 materiaalipitoisuuden funktiona, ja kuvio 5 esittää kaavamaisesti ja voimakkaasti yksinkertaistettuna • # · ··. erästä keksinnön mukaista tiivistetuotteen sovellutusmuotoa.

• · · • · * ’ Kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty eräiden keksinnön mukaisten .. sähköä johtavien TPE:n sovellutusmuotojen ominaisvastus eri täytemateriaali- • φ **..!* 30 en pitoisuuden funktiona. Täsmällisemmin sanoen kuviossa on esitetty käyrien perkolaatiokynnyksen osa-alue, joka kynnys esiintyy täytemateriaalipitoisuu- ·*·*: della, jolla materiaali muuttuu eristävästä materiaalista sähköä johtavaksi ma- • · .*··. teriaaliksi. Termillä täytemateriaali tarkoitetaan tässä hakemuksessa yhdestä "·[ tai useammasta aineesta, kuten esimerkiksi metallipartikkeleista, metalliseos- * * · *· ·* 35 partikkeleista, metallilla päällystetyistä orgaanisista tai epäorgaanisista partik- keleistä tai johtavalla polymeerillä päällystetyistä metallipartikkeleista koostu- 118127 ' 5: vaa täyteainetta. Pitoisuuden yksikkö on tilavuusprosentti, joka on laskettu koko TPE:n tilavuudesta. Huomautettakoon tässä yhteydessä, että ellei toisin ole mainittu, myöhemmin tässä hakemuksessa esitetyt prosenttiluvut ovat juuri ti-lavuusosuuksia, jotka on laskettu koko TPE:n tilavuudesta. TPE:n matriisima-5 teriaali on SEPS -pohjainen ja täytemateriaali joko hopealla päällystetty alu-miinipartikkeli, hopealla päällystetty lasipallo, hopealla päällystetty kuparihiuta-le, hopealla päällystetty lasikuitu tai nikkelillä päällystetty grafiitti. Täytemateriaalin pitoisuudet ovat 10 - 50 %. TPE muodostettiin ja ominaisvastus mitattiin seuraavasti: 10

Esimerkki 1:

Sulatettiin SEPS -pohjainen matriisimateriaali (kauppanimi Kraiburg TP1 AAA) Brabender Plasticorder -sekoittimessa kierrosnopeudella 70 min'1 noin 160 °C lämpötilassa sulaksi. Käytetyllä kierrosnopeu-15 della suurin laskennallinen leikkausnopeus on noin 120 s'1. Mat- riisimateriaalin viskositeetin käyttäytyminen voidaan esittää muodossa _ _ λ a—7 7 jap 0,671878· 1 η = 147,7405 γ 20

Mainittakoon, että kaikki tässä hakemuksessa ilmoitetut viskositeet- tiarvot ovat näennäisviskositeettiarvoja (apparent viscosity), jotka on mitattu kapillaarireometrillä 160 °C lämpötilassa ja näennäisleik- :*·*· kausnopeusalueella (apparent shear rate) 20 - 6000 s'1. Sulaan • · 25 matriisimateriaaliin lisättiin vähitellen täytemateriaali. Kaiken täyte- materiaalin tultua lisättyä matriisimateriaalin joukkoon annettiin se- koittimen vääntömomenttikäyrän tasaantua, minkä jälkeen sekoitus-* · · ’* * ta jatkettiin 4-6 minuuttia. Sekoitetusta TPE -massasta valmistettiin „ ahtopuristamalla koekappaleet kooltaan 3 x 6 cm ja paksuudeltaan * · : ” 30 2 mm ominaisvastuksen ja kovuuden määrittämistä varten, ·** 4 • · • * • · · *

Koekappaleista mitattiin kuviossa 1 esitetty ominaisvastus asetta- • · .*··. maila koekappale kahden sähköelektrodin väliin ja asettamalla sys-

teemi 5000 g:n painon alle. Materiaalikohtainen ominaisvastus las-: 35 kettiin elektrodeihin kytketyn mittalaitteen antamasta vastuksen R

arvosta seuraavasti: 118127 6 σ = (Α· R)/z missä σ = ominaisvastus [Q.cm], A = elektrodin ja koekappaleen yh-5 teinen pinta-ala [cm2], z = koekappaleen paksuus [cm], ja R = kap paleen aiheuttama vastus [Ω],

Kuviosta 1 nähdään, että hopeoiduilla täytemateriaaleilla voidaan alentaa esimerkkinä käytetyn TPE:n ominaisvastustusta niin, että se täyttää 10 EMI-suojausmateriaalille asetetun vaatimuksen ominaisvastuksesta enintään noin 1 Q.cm. Täytemateriaalin ollessa hopealla päällystetty kuparihiutale, alittuu kyseinen raja täytemateriaalipitoisuuden ollessa noin 12 %, joka vastaa noin 59 paino-%; hopealla päällystetylle lasikuidulle raja on alle 20 %, joka vastaa noin 57 paino-%, hopealla päällystetylle alumiinipartikkelille noin 28 %, 15 joka vastaa noin 59 paino-%, ja hopealla päällystetylle lasipallolle alle 35 %, joka vastaa noin 63 paino-%. Sen sijaan käyttämällä täytemateriaalina nikkeli-päällysteistä grafiittia ei päästä ominaisvastusarvon 1 Q.cm alle edes 50 %:n täyttöasteella, joka vastaa noin 84 paino-%, mutta silläkin voidaan pudottaa TPE:n ominaisvastusta EMI-suojausmateriaalille asetettuun vähimmäisarvon 20 tuntumaan. Alimmillaan ominaisvastuksen arvo on noin 0,05 Q.cm, joka arvo saavutetaan hopealla päällystetyllä alumiinipartikkelilla täytemateriaalipitoi-suudella noin 40 %. Puristuspainetta lisäämällä saavutetaan ominaisvastuk-sen arvoksi vielä tästäkin noin dekadin alhaisempia arvoja eli noin 0,005 Q.cm.

·*·*; Pienentämällä sähköä johtavan täytemateriaalin partikkelikokoa nanopartikke- • · 25 litasolle voidaan alle 1 Q.cm ominaisvastusarvoja saavuttaa alle 10 % täyte- materiaalipitoisuudella, tai vastaavasti nanopartikkeleita käyttämällä on mah- t!..t dollista pudottaa TPE:n ominaisvastusarvo jopa alueelle 10 Q.cm. Esimerkin • * · * mukaisten TPE:n tuottaminen voidaan vaivattomasti suorittaa tavanomaisilla ja „ sinänsä tunnetuilla välineillä, kuten esimerkiksi suljetulla sekoitinlaitteistolla tai • * : ** 30 2-ruuviekstruuderilla. TPE:n jalostaminen tuotteeksi on myös suoritettavissa • · · sinänsä tunnetuin menetelmin ja välinein esimerkiksi ruiskuvalamalla ilman, et-tä tarvittaisiin mitään erikoislaitteistoja tai ylimääräisiä työvaiheita.

* m .···. Kuviossa 2 on kaavamaisesti esitetty eräiden kuviossa 1 esitettyjen m[·' keksinnön mukaisten sähköä johtavien TPE:n sovellutusmuotojen ominaisvas- l *.* 35 tus kovuuden funktiona. Sähköä johtavana täytemateriaalina on joko hopealla • · 118127 7 päällystetty alumiinipartikkeli, hopealla päällystetty kuparihiutale tai hopealla päällystetty lasikuitu. TPE:n ominaisuudet määritettiin seuraavasti:

Esimerkki 2: 5 Muodostettiin TPE matriisimateriaalista ja täytemateriaalista, sekä valmistettiin koekappaleet esimerkin 1 yhteydessä kuvatulla tavalla. Määritettiin TPE:n ominaisvastus esimerkissä 1 esitetyllä tavalla. Määritettiin kuviossa 2 esitetty materiaalin kovuus standardien ASTM D2240 ja DIN 53505 mukaisesti durometrityypillä A.

10

Kuten kuviosta 2 nähdään, on keksinnön mukaisen TPE:n kovuus kaikilla esimerkissä mitatuilla täytemateriaaleilla ja täytemateriaalipitoisuuksilla alueella 10-25 Shore A, joka tekee mahdolliseksi TPE:n lisätäyttämisen esimerkiksi palonestoaineilla tai muilla sovellutuskohtaisilla täyteaineilla niin, että 15 materiaalin kovuus pysyy tiivistemateriaalille edellytetyllä tasolla. Mainittakoon, että eräällä keksinnön mukaisella tiivisteeksi ruiskupuristetulla TPE:llä on saavutettu noin 40 dB vaimennus taajuusalueella 20 - 700 MHz. Vastaavalla TPE -materiaalilla mitattu ominaisvastusarvo on noin 0,1 Ω.αη. Toisin sanoen keksinnön mukainen TPE on hyvin pehmeää ja soveltuu sellaisena erittäin hyvin 20 sovellettavaksi tiivistemateriaaliksi tai muihin vastaaviin sovellutuskohteisiin.

Kuviossa 3 on esitetty kaavamaisesti eräiden toisten keksinnön mukaisten sähköä johtavien TPE:en sovellutusmuotojen ominaisvastus. TPE:n ·*·„ matriisimateriaali on edelleen SEPS -pohjainen ja täytemateriaali käsittää kah- * ta tai useampaa partikkelimuotoa. Partikkelimuodolla tarkoitetaan tässä yhtey-25 dessä partikkelin perusmuotoa, joka käsite on alan ammattimiehelle sinänsä • · .·... selvä ja joka perusmuoto voi olla oleellisesti pallo, kuutio, lohkare, hiutale tai • · * J.. kuitu. Täytemateriaalin kokonaistäyttöaste on 35 %. TPE muodostettiin ja omi naisvastus määritettiin seuraavasti: ·· i ** 30 Esimerkki 3: • · ·

Sulatettiin SEPS -pohjainen matriisimateriaali (kauppanimi Kraiburg TP1 AAA) sekoittimessa korotetussa lämpötilassa sulaksi samoissa .···. olosuhteissa kuin esimerkissä 1. Sulaan matriisimateriaaliin lisättiin vuorotellen ja mahdollisimman nopeasti täytemateriaalit, jotka oli-: 35 vat: * · 118127 8 sovellutusmuoto 1: 20 % hopealla päällystetty alumiinipartikkeli ja 15 % hopealla päällystetty kuparihiutale, sovellutusmuoto 2: 15 % hopealla päällystetty alumiinipartikkeli, 15 % hopealla päällystetty lasikuitu ja 5 % hopealla päällystetty kupari- 5 hiutale, sovellutusmuoto 3: 30 % hopealla päällystetty lasikuitu ja 5 % hopealla päällystetty alumiinipartikkeli, sekä sovellutusmuoto 4: 30 % hopealla päällystetty lasikuitu ja 5 % ho-pealla päällystetty kuparihiutale.

10

Kaiken täytemateriaalin tultua lisättyä matriisimateriaalin joukkoon annettiin sekoittimen vääntömomenttikäyrän tasaantua, minkä jälkeen sekoitusta jatkettiin 4-6 minuuttia. Sekoitetusta TPE -massasta valmistettiin ahtopuristamalla koekappaleet ominaisvas-15 tuksen määrittämistä varten, joka määrittäminen suoritettiin esimer kissä 1 kuvatulla tavalla. Määritetyt ominaisvastusarvot on esitetty kuviossa 3.

Jokaisen esimerkissä 3 valmistetun keksinnön mukaisen TPE:n so-20 vellutusmuodon ominaisvastus on EMI-suojauksen edellyttämällä tasolla eli alle 1 Q.cm. Sähköä johtavan täytemateriaalin pitoisuutta voidaan vaivattomasti • · kasvattaa esimerkin mukaisesta 35 %:sta, jolloin on saavutettavissa vieläkin : *.. alhaisempia ominaisvastuksen arvoja, kuten esimerkiksi kuviosta 1 voidaan havaita.

• * ·...: 25 Kuviossa 4 on esitetty kaavamaisesti eräiden kolmansien keksinnön mukaisten sähköä johtavien TPE:en sovellutusmuotojen ominaisvastusta täy- ti* y temateriaalipitoisuuden funktiona. TPE:n matriisimateriaali on SEPS- tai SEBS ’ -pohjainen ja sähköä johtava täytemateriaali joko hopealla päällystetty lasikui tu, pitoisuudet 25, 30, 35, 37 tai 43 %, tai hopealla päällystetty alumiinipartik-·* ’** 30 keli, pitoisuudet 37 tai 40 %. TPE muodostettiin seuraavasti:

• * · L

* · • * ·

Esimerkki 4: .···, Kompaundoitiin matriisimateriaali (SEPS -pohjainen Kraiburg ’·* TP1AAA tai SEBS-pohjainen Elastoteknik 500120) ja täyteaine 2- i 35 ruuviekstruuderilla ruuvinopeudella noin 108 min'1 ja ekstruuderin vyöhykkeiden asetuslämpötilojen ollessa TP1AAA:lla ekstruuderin 118127 ' 9' vyöhykkeessä 1: 60 °C, vyöhykkeessä 2: 150 °C ja vyöhykkeissä 3-10: 160 “C; ja 500120:11a samat lukuun ottamatta vyöhykkeitä 3 -10, joiden lämpötilat olivat 180 °C. TP1AAA -matriisimateriaalin vis-! kositeetin käyttäytyminen voidaan esittää muodossa 5 η = 147,7405 ·γ 0671878’1 ja 500120-materiaalin muodossa 10 η = 3173,134 ·γ0·380459*1.

Kompaundoiduista materiaaleista valmistettiin ahtopuristamalla koekappaleet ja mitattiin ominaisvastusarvot esimerkissä 1 esitetyllä tavalla.

15

Kuviosta 4 on nähtävissä, että jokaisella esimerkissä 4 kompaun-doidulla keksinnön mukaisella TPE:llä alitetaan ominaisvastusarvo 1 Ω.οιτι.

Alin ominaisvastusarvo noin 0,03 Q.cm saavutetaan 500120 -matriisilla ja hopealla päällystetyllä alumiinipartikkelilla, jonka pitoisuus on 40 %.

20 Keksinnön mukaisen TPE:n matriisimateriaali voi käsittää SEPS:n tai SEBS:n lisäksi yhtä tai useampaa polymeerikomponenttia, jotka muodosta- • · V·: vat erillisiä faaseja sisältävän seoksen eli IPN-rakenteen (Interpenetrating Po- lymer Networks), jossa sähköä johtava täyteaine on edullisesti hakeutunut yh-den komponentin muodostamaan jatkuvaan faasiin. Eräs keksinnön mukainen • * 25 IPN-materiaali muodostettiin seuraavasti: • * • · • t · • · ··. Esimerkki 5: • · * * Sulatettiin ja sekoitettiin matriisimateriaaliksi SEPS -pohjainen ma- teriaali (Kraiburg TP1AAA) ja kopolyamidi (TRL Thermelt 830), suh- • * Λ • " 30 teessä 65:35 sekoittimessa 70 min' kierrosnopeudella lämpötilassa 160 °C sekoitusajan ollessa 10 -15 min. Lisättiin matriisimateriaalin joukkoon sähköä johtavaksi täytemateriaaliksi hopeaa käsittäviä • · .*··. nanopartikkeleja niin, että täytemateriaalipitoisuudeksi tuli 26 %.

Jatkettiin matriisimateriaalin ja täyteaineen muodostaman seoksen • ·* 35 sekoittamista 15-20 min. Materiaaleista valmistettiin ahtopurista- • · 118127 10 maila koekappaleet ja mitattiin ominaisvastusarvot esimerkissä 1 esitetyllä tavalla.

Ominaisvastuksen mittauksissa saavutettiin jopa luokkaa 1 θ'4 Ω.αη 5 olevia arvoja, eli arvoja, jotka täyttävät erinomaisesti EMI-suojausmateriaaleille asetetut ominaisvastusarvot.

Kuviossa 5 on esitetty kaavamaisesti ja voimakkaasti yksinkertaistettuna eräs keksinnön mukainen tiivistetuotteen sovellutusmuoto. Tiiviste 1, jonka materiaali on jotain edellä esitettyä TPE.ä, muodostuu poikkileikkaukselle) taan esimerkiksi pyöreästä tai jonkin muun muotoisesta sovellutuskohteen mukaan muotoillusta nauhasta, joka muodostaa oleellisesti suorakulmaisen tiivisteen 1. Tiivistettä voidaan soveltaa esimerkiksi näyttöpäätteiden tai muiden vastaavien koteloiden tiivistämiseen ja EMI-suojaukseen. Tiivisteeseen on sovitettu kiinnityselin 2, jonka avulla tiiviste voidaan kiinnittää sovellutuskoh-15 teeseensa. Kiinnityselin 2 voi olla metallia, polymeeripohjaista materiaalia tai jotakin muuta sopivaa materiaalia. Luonnollisesti tiivisteeseen voidaan sovittaa tai integroida muitakin rakenteita tai elimiä kunkin sovellutuskohteen asettamien vaatimusten mukaisesti. Keksinnön mukaiset tuotteet voivat luonnollisesti olla muodoltaan ja rakenteeltaan mitä erilaisimpia.

20 Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollis tamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patentti- • · \**i vaatimusten puitteissa. Niinpä TPE:n matriisimateriaali voi olla seos, joka kä- sittää kahta tai useampaa eri polymeeriä. TPE voi sisältää muitakin sähköä :*·*: johtavia täytemateriaaleja kuin edellä on mainittu ja muitakin alan ammattimie- • · ·:··· 25 hen sinänsä tuntemia täyte-, apu- ja lisäaineita, sekä lujitteita. TPE voidaan tarvittaessa ristisilloittaa esimerkiksi säteilyttämällä, jolloin materiaalin korkein-ta sallittua käyttölämpötilaa voidaan nostaa. Keksinnön mukaisesta TPE:stä # * · voidaan valmistaa muitakin tuotteita kuin tiivisteitä, kuten esimerkiksi adhesii- .. veja, pinnoitteita ja sähköisiä antureita.

• · • · * 30 .

• · · * * · * • · · • · • * ·*· • * • · ···.

♦ · · ··· • * • * * **··· • ·

Claims (19)

118127

1. Sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, joka käsittää oleellisesti sähköä johtamattoman matriisimateriaalin ja täytemateriaaliosan, jonka elastomeerin molekyylitason rakenne ja/tai lisäaineistus on sellainen, että elas- 5 tomeeri on ruiskupuristettavissa ja/tai ekstrudoitavissa, joka täytemateriaali sisältää metallia, jonka metallin osuus on niin suuri, että sähköä johtavan termoplastisen elastomeerin ominaisvastus on korkeintaan 1 Ω.αη, tunnettu siitä, että metallia sisältävä sähköä johtava täytemateriaali käsittää metallilla pinnoitettuja partikkeleita, ja että elastomeerin molekyylitason rakenne ja täy- 10 temateriaalin pitoisuus, koko ja muoto on sellainen, että elastomeerin kovuus on alle 65 Shore A.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että metallin osuus on niin suuri, että elastomeerin ominaisvastus on korkeintaan 0,1 Q.cm.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sähköäjohtava termoplas tinen elastomeeri, tunnettu siitä, että täytemateriaalin ominaisvastus on korkeintaan 0,01 Ω.cm.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaalin mole- 20 kyylitason rakenne ja/tai lisäaineistus on sellainen, että matriisimateriaalin vis-kositeetti on alle viskositeettikäyrän η = 43625,7- γ °·152374-1( missä η = näen-näisviskositeetti [Pas] ja γ = näennäisleikkausnopeus [s'1]. •

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johtava * ♦* termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaalin mole- • · .·... 25 kyylitason rakenne ja/tai lisäaineistus on sellainen, että matriisimateriaalin vis- kositeetti on alle viskositeettikäyrän η = 22197,62- γ °·120327'1.

* · · '·* * 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, t u n n e 11 u siitä, että matriisimateriaali käsittää : ’·· styreenieteenibuteenistyreeni-kopolymeeriä. • · ·

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaali käsittää pääosin sty- *.·^ reenieteenibuteenistyreeni-kopolymeeriä. • #

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen sähköä johtava termoplas- : *.; tinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaali käsittää sty- *"*: 35 reenieteenibuteenistyreeni-kopolymeerin kanssa oleellisesti sekoittumatonta polymeeriä. 12 118127

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköäjohtava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaali käsittää styreenieteenipropeenistyreeni-kopolymeeriä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sähköä johtava termoplastinen 5 elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaali käsittää pääosin sty- reenieteenipropeenistyreeni-kopolymeeriä.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaali käsittää sty-reenieteenipropeenistyreeni-kopolymeerin kanssa oleellisesti sekoittumatonta 10 polymeeriä.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, t u n n e tt u siitä, että täytemateriaalin täyttöaste on ainakin 5 % koko elastomeerin tilavuudesta.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johta- 15 va termoplastinen elastomeeri, t u n n e tt u siitä, että elastomeerin molekyyli-tason rakenne ja täytemateriaalin pitoisuus, koko ja muoto on sellainen, että elastomeerin kovuus on alle 50 Shore A.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että matriisimateriaali on aina- 20 kin osittain silloitettu.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköä johtava termoplastinen elastomeeri, t u n n e 11 u siitä, että metallia sisältävän täyte-materiaalin täyttöaste on ainakin 30 % koko elastomeerin tilavuudesta.

16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköäjohtava • · 25 termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että pinnoitusmetalli käsittää hopeaa.

17. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköäjoh- * tava termoplastinen elastomeeri, tunnettu siitä, että sähköä johtava täy- > temateriaali käsittää nikkeliä. ; • · ·’ " 30

18. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sähköä joh- ·, * · * tava termoplastinen elastomeeri, t u n n e 11 u siitä, että sähköä johtava täy-temateriaali käsittää ainakin kahta eri partikkelimuotoa.

.···. 19. Tiiviste- ja/tai EMI-suojaustuote, tunnettu siitä, että tuote (1) on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-18 mukaisesta sähköä johtavasta : 35 termoplastisesta elastomeeristä. ; ·**··' • « 118127