FI83712C - Kompositioner, vilka aer omformade till foerstaerkta, ledande komponenter och foeremaol foerenade med dessa. - Google Patents

Description

1 83712

Lujitettaviksi, johtaviksi komponenteiksi muutettavia koostumuksia ja niitä sisältäviä tuotteita Tämä keksintö koskee koostumuksia, jotka ovat muu-5 tettavissa lukuisin sovellutuksin käyttökelpoisiksi komponenteiksi. Tarkemmin sanoen tämä keksintö kohdistuu koostumuksiin, jotka sisältävät polymeerimateriaalia, joka on lujitettu sähköä johtavilla yhdistelmäkuiduilla, ja joita voidaan käyttää johtavien komponenttien muodostamiseen.

10 Ei-metalli- ja puolimetallikuitujen, kuten hiili, boori-, piikarbidi-, titaanidioksidi -kuitujen yms., fila-menttien, whiskereiden, mattojen ja kankaiden muodossa tiedetään olevan käyttökelpoisia orgaanisten polymeerimateriaalien lujittamisessa. Esineille, jotka koostuvat muo-15 veistä, jotka on lujitettu tällaisilla kuiduilla, löytyy laajaa käyttöä korvattaessa raskaampia komponentteja, jotka on tehty lujuudeltaan heikommista, tavanomaisista materiaaleista, kuten alumiinista, teräksestä, titaanista, vinyylipolymeereista, nyloneista, polyestereistä jne. len-20 tokoneissa, autoissa, toimistolaitteissa, urheiluvälineissä ja monilla muilla aloilla. Monissa näistä sovellutuksista on tullut yhä toivottavammaksi saada aikaan sähköä johtavia ja muuten sähköisesti toimivia sekä lämpöä johtavia lujitettuja polymeerikoostumuksia, jotka ovat käyt-25 tökelpoisia monien hyödyllisten esineiden tai niiden valmistukseen.

Aikaisemmin yritykset tehdä polymeerimateriaaleja sähköä johtaviksi ovat saavuttaneet vaihtelevaa menestystä. Hiilikuitujen lisäämistä polymeereihin on yritetty, 30 mutta hyväksyttävän sähköjohtavuuden saavuttamiseksi on lisättävä niin paljon hiilikuitua, että esiintyy tiettyjen muiden haluttujen polymeerin ominaisuuksien merkittävää huononemista. Hopea- tai muita metallihiutaleita ja metal-lipäällystettyjä lasipallosia on myös lisätty polymeerei-35 hin, mutta jälleen tarvitaan hyvin suuria lisäysmääriä 2 83712 sähkönjohtavuuden saavuttamiseksi, mikä tulee kustannusten vuoksi rajoittaviksi tekijäksi useimpiin sovellutuksiin ja niin ikään polymeerin ominaisuuksien huononemista on havaittu. Toinen ongelma metallipäällystetyillä pallosilla 5 on, että metallipallosen sidoslujuus ei ole riittävän suuri estämään metallin kuoriutumista ja suomuilemista pallosista normaalin polymeeriprosessoinnin, kuten pikasekoi-tuksen aikana, mikä johtaa lopullisen tuotteen huonontuneeseen sähkönjohtavuuteen.

10 On raportoitu lukuisista epäonnistuneista yrityk sistä saada aikaan kuituja ja filamentteja ja erityisesti hiilifilamentteja, joissa on sähköä johtava metallipääl-lyste. Aikaisemmin ohuita metallipintakerroksia seostettiin filamenteille tyhjösaostuksella (esim. US-patentti 15 4 132 828), ei-sähköisellä saostuksella ja elektrolyyt tisellä saostuksella (esim. US-patentti 3 622 283). Millään näistä menetelmistä ei onnistuttu tuottamaan yhdis-telmäkuituja, joissa metallipäällysteen ja kuidun sidos-lujuus olisi tyydyttävä, vaan kun näitä kuituja taivutet-20 tiin ja kierrettiin, kuten tapahtuu lujitteiden ja polymeerimateriaalien prosessoinnin aikana, ts. palmikoinnis-. sa, pilkottaessa, kudottaessa, voimakkaasti hiertävässä sekoituksessa, maalivalssisekoituksessa, suulakepuristuk-sessa jne. metallipäällysteet kutistuvat, taipuvat, suo-25 muilivat ja putosivat pois ydinkuidusta. Näin ollen kun näitä alan aikaisempia kuituja yhdistettiin polymeerikoos-tumuksiin, niillä ei onnistuttu aikaansaamaan jatkuvaa ja yhtenäistä sähkönjohtavuutta. Alan aikaisemmat yhdistelmä-kuidut eivät olleet tyydyttäviä pääasiassa sen vuoksi, 30 että hiilifilamenteissa olevat rajakerrokset estivät metallin tyydyttävän kiinnittymisen filamenttiin. Metallin huono tartunta ei ole vain prosessointiongelma, vaan häiritsee vakavasti lopullista käyttöä, josta esimerkkinä on näin valmistettujen esineiden johtavuuden häviäminen, kun 35 ne joutuvat alttiiksi tärinälle ja iskuille.

3 83712 Näitä rajakerroksia muodostuu erittäin lujien hiilikuitujen valmistuksen aikana. Hiilikuidut valmistetaan kuumentamalla polymeerikuituja, esim. akryylinitriilipoly-meereja tai -kopolymeereja kahdessa vaiheessa, ensimmäi-5 sessä haihtuvien aineiden poistamiseksi ja karbonoimiseksi ja toisessa amorfisen hiilen muuttamiseksi kiteiseksi hiileksi. On tunnettua, että tällaisen prosessin aikana hiili muuttuu amorfisesta kiteiksi ja orientoituu sitten fibril-leiksi. Jos kuituja venytetään grafitoinnin aikana, saa-10 daan suuria kuitulujuuksia. Tämä liittyy rajakerroksen muodostukseen, koska kiteiden kasvaessa muodostuu suuria pintaenergioita, mistä ovat esimerkkeinä epätäydelliset sidokset, jännitykset reunasta reunaan, erot morfologiassa jne. On myös tunnettua, että uudet hiilifibrillit voivat 15 tässä muodossa sitoa ilmasta happea ja jopa orgaanisista materiaaleista tuottaen ei-hiilipintakerroksia, jotka ovat lujasti ja kemiallisesti liittyneet niihin. Jotkut raja-kerrosepäpuhtauksista voidaan poistaa liuotinkäsittelyl-lä, mutta ei aina täydellisesti. Joka tapauksessa raja-20 kerrokset yleensä häiritsevät sidosten muodostumista metallin ja sisimmän fibrillin välillä.

Äskettäin on kuvattu FI-patenttihakemuksessa 830 854, joka on jätetty samanaikaisesti tämän kanssa, että uusia ja parannettuja yhdistelmäkuituja, jotka koos-25 tuvat hiilifilamenteista, joissa on yhtenäiset, jatkuvat, tarttuvat ohuet metallipäällysteet, voidaan valmistaa galvanoimalla kuituja, jos käytetään hyvin suurta ulkoista jännitettä. Jännitteen on oltava riittävän korkea aikaansaamaan tarpeeksi energiaa työntämään metalli-ionit raja-30 kerrosten läpi aikaansaamaan kosketus suoraan fibrillien kanssa. Metallien sidoslujuus ytimeen ei ole oleellisesti pienempi kuin noin 10 % metallin vetolujuudesta, joten näitä yhdistelmäkuituja voidaan taivuttaa ilman poikittaista murtumista taivutuksen puristuspuolella ja kat-35 keamista ja suomuilua taivutuksen vetopuolella, kun metal- 4 83712

Iin elastinen raja ylitetään. Nämä kuidut voidaan kutoa kankaiksi, langoiksi, matoiksi yms. ja voidaan laskostaa ja solmia ilman metallin suomuilemista pois. Niiden kuvataan olevan yhteensopivia lujitteita muoveille ja metal-5 leille.

Nyt on keksitty, että yllä mainitussa hakemuksessa kuvatut yhdistelmäkuidut voidaan liittää polymeerimateriaaliin, joka voidaan sitten muuttaa komponenteiksi, joilla on tyydyttävä sähkönjohtokyky ja laaja käyttökelpoisuus. 10 Sähkön- ja lämmönjohtokyky voidaan aikaansaada suhteellisen pienillä yhdistelmäkuitujen pitoisuuksilla ja tämän vuoksi ristiriitaisuus muiden haluttujen polymeerien ominaisuuksien kanssa on minimaalista tai sitä ei esiinny.

Keksinnön kohteena on johtava koostumus, joka kä-15 sittää (i) oleellisesti ei-johtavaa polymeerimateriaalia; ja (ii) sähköä johtavia yhdistelmäkuituja. Koostumukselle on tunnusomaista, että suurimmalla osalla mainituista yh-distelmäkuiduista on sähköä johtava ydin hiilestä, boorista tai piikarbidista ja ainakin yksi ohut, yhtenäinen, 20 lujasti kiinnittynyt, sähköä johtava kerros vähintään yh destä metallista mainitulla ytimellä, komponentin (ii) määrän mainitussa koostumuksessa ollessa vähintään tehokas tekemään mainitusta koostumuksesta valmistetun erittäin suorituskykyisen komponentin sähköä ja lämpöä johtavaksi. 25 Keksinnön mukainen koostumus voi käsittää mitä ta hansa oleellisesti ei-johtavaa polymeerimateriaalia (i). Yhdistelmäkuiduissa (ii) metallin ja ytimen väliset sidos-lujuudet eivät ole oleellisesti pienemmät kuin noin 10 % metallin vetolujuudesta ja nämä yhdistelmäkuidut voidaan 30 valmistaa suurjännitegalvanointitekniikalla. Yhdistelmä- kuidut (ii) voivat olla kudottujen, neulottujen tai kuto-mattomien kankaiden, arkkien tai mattojen muodossa tai ne voivat olla hienoksi jauhetussa muodossa. Edullisissa toteutusmuodoissa yhdistelmäkuitujen puolimetallinen ydin on 35 hiiltä, booria tai piikarbidia hiilifilamenttien ollessa 5 83712 erityisen edullisia. Sähköisesti seostettava metallikerros voi olla nikkeliä, hopeaa, sinkkiä, kuparia, lyijyä, arseenia, kadmiumia, tinaa, kobolttia, kultaa, iridiumia, rautaa, palladiumia, platinaa, telluuria, volframia ja 5 minkä tahansa näiden seosta yms.

Keksinnön mukaiset koostumukset voidaan muuttaa komponenteiksi. Konversiotapa vaihtelee kulloinkin valitun polymeerimateriaalin mukaan ja niitä voivat olla puristus muotissa ja/tai kovetus lämmöllä, valolla, katalyy-10 tiliä, kiihdyttimillä jne. Esimerkkejä keksinnön mukaisista komponenteista ovat sähköä johtavat laminaatit, johtavat päällysteet, johtavat liimat, johtavat musteet, johtavat tiivisteet ja johtavat tilkitsemis- ja tiivistys-koostumukset .

15 Tämä keksintö koskee myös uusia ja parannettuja tuotteita, jotka sisältävät keksinnön mukaisia uusia ja parannettuja, lujitettua sähköä johtavia komponentteja olennaisina rakenneosina. Esimerkkejä näistä uusista ja parannetuista tuotteista ovat: osat kuljetusvälineisiin 20 kuten lentokoneisiin, avaruusaluksiin, moottoriajoneuvoi hin, meriliikennealuksiin, urheiluvälineisiin, toimisto-laitteisiin ja elektronisiin laitteisiin; painetut piirilevyt, ukkosjohdattimet ja antennit.

Muut tämän keksinnön tarkoitukset ja edut käyvät 25 ilmi seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, tarkas teltuna yhdessä piirrosten kanssa, joissa:

Kuva 1 on suurennettu pystyleikkauskuvanto yhdestä galvanoidusta grafiittiyhdistelmäkuiduista, joka on tarkoitettu käytettäväksi tämän keksinnön yhteydessä.

30 Kuva 2 on perspektiivikuvanto yhdistelmäkuitujen kimpusta, joka on tarkoitettu käytettäväksi tämän keksinnön yhteydessä.

Kuva 3 on perspektiivikuvanto kutomattomasta matosta, joka koostuu lukuisista yhdistelmäkuiduista, jotka on 35 tarkoitettu käytettäväksi tämän keksinnön yhteydessä.

6 83712

Kuva 3 a on suurennettu yksityiskohtainen taso-kuvanto kuvan 3 kutomattomasta matosta, joka on kyllästetty polymeerimateriaalilla ja joka on tarkoitettu käytettäväksi tämän keksinnön yhteydessä.

5 Kuva 4 on suurennettu pystyleikkauskuvanto eräästä keksinnön mukaisesta uudesta ja parannetusta korkean suorituskyvyn komponentista laminaatin muodossa, jossa on sähköä johtava pintakerros.

Kuva 5 on suurennettu pystyleikkauskuvanto toises-10 ta keksinnön mukaisesta korkean suorituskyvyn komponentista laminaatin muodossa, jossa on sähköä johtavan pintakerroksen vaihtoehtoinen toteutusmuoto.

Kuva 6 on tasokuvanto toisesta uudesta ja parannetusta keksinnön mukaisesta korkean suorituskyvyn kompo-15 nentista tasomaisen levyn muodossa, joka on leikattu sähköä johtavan tiivisteen muotoon.

Kuva 7 on pystyleikkauskuvanto kantopinnasta, johon liittyy kuvassa 4 esitetty uusi ja parannettu kom-ponenttilaminaatti.

20 Kuva 8 on perspektiivikuvanto uudesta ja paranne tusta painetusta piirilevystä, johon liittyy toinen tämän keksinnön komponentti johtavan musteen muodossa.

Kuva 9 on perspektiivikuvanto, osittain leikkauksena uudesta ja parannetusta liimaliitoksesta, joka sisäl-25 tää vielä erään tämän keksinnön komponentin johtavan liiman muodossa.

Kuva 10 on perspektiivikuvanto televisiovastaanot-timesta, jonka yläpinta on leikattu osittain pois vielä erään keksinnön mukaisen komponentin paljastamiseksi säh-30 kölaitteisiin tarkoitetun rakennelaminaatin muodossa.

Kuva 11 on perspektiivikuvanto osittain leikkauksena laminoidusta komponentista, joka sulkee sisäänsä johtavan levyn, jossa on liitännät ja apuvälineet jännitys-vaurion määrittämiseksi tämän keksinnön mukaisesti.

35 Keksinnön mukaisissa koostumuksissa käytettäviä 7 83712 polymeerimateriaaleja on lukuisia ja yleisesti mikä tahansa tunnettu polymeerimateriaali voi olla käyttökelpoinen. Havainnollistamistarkoituksessa eräitä tässä keksinnön käyttökelpoisia tunnettuja polymeerimateriaaleja ovat: 5 polyesterit, polyeetterit, polykarbonaatit, epoksit, fenolit, epoksinovolakat, epoksipolyuretaanit, ureatyyppiset hartsit, fenoli-formaldehydihartsit, melamiinihartsit, melamiini-tioureahartsit, urea-aldehydihartsit, alkydi-hartsit, polysulfidihartsit, orgaaniset vinyyliesipoly-10 meerit, monifunktionaaliset vinyylieetterit, sykliset eetterit, sykliset esterit, polykarbonaattikoesterit, poly-karbonaattikosilikonit, polyeetteriesterit, polyimidit, polyamidit, polyesteri-imidit, polyamidi-imidit, polyeet-teri-imidit ja polyvinyylikloridit. Polymeerimateriaali 15 voi olla läsnä yksin tai yhdistelmänä kopolymeerien kanssa ja yhteensopivia polymeeriseoksia voidaan myös käyttää. Lyhyesti sanottuna, mikä tahansa tavanomainen polymeerimateriaali voidaan valita, ja polymeeri ei yleensä ole kriittinen keksinnössä. Polymeerimateriaalin tulee yhdis-20 tettynä yhdistelmäkuituihin (ii) olla muutettavissa lämmöllä tai valolla, yksin tai yhdistettynä katalyytteihin, kiihdyttimiin, silloitusaineisiin jne. keksinnön mukaisten komponenttien muodostamiseksi.

Tässä keksinnössä käytettäväksi tarkoitetut sähköä 25 johtavat yhdistelmäkuidut on esitetty kuvissa 1-3. Viitaten kuvaan 1 siinä esitetään yhdistelmäkuitu 10. Yhdis-telmäkuitu 10 sisältää sähköä johtavan puolimetalliytimen 12 ja vähintään yhden ohuen, yhtenäisen, lujasti tarttuvan, sähköisesti ja/tai termisesti johtavan kerroksen 14 30 vähintään yhtä sähkösaostettavaa metallia ytimen pinnalla. Puolimetallinen ydin 12 voi olla valmistettu hiilestä, boorista tai piikarbidista tai muista kuiduista, vaikka hiilifibrillit tai -filamentit ovat erityisen edullisia. Ydinmateriaalina käytettäviä kuituja on kaupallisesti saa-35 tavana useista lähteistä. Tarkemmin sanoen sopivia kuituja 8 63/ i 2 on saatavissa yhtiöiltä Hercules Company, HITCO, Creat Lakes Carbon Company, AVCO Company ja vastaavista lähteistä Yhdysvalloista ja muualta maailmasta. Jotkut hiilikuiduista on valmistettu yleensä menetelmillä, joita on ku-5 vattu US-patentissa 3 677 705. Tyypillisesti hiilikuidut valmistetaan kuumentamalla polymeerikuitua, kuten poly-(akryylinitriili) kuitua kahdessa vaiheessa, ensimmäisessä haihtuvien aineiden poistamiseksi ja kuidun karbonoimisek-si ja toisessa amorfisen hiilen muuttamiseksi kiteiseksi 10 hiileksi mukaanluettuna grafiitti ja muut kiteiset morfologiat. Tämän prosessin aikana hiili muuttuu amorfisesta kiteiseksi ja orientoituu sitten fibrilleiksi. Kuituja venytetään grafitoinnin aikana ja muodostuu erittäin luja kuitu.

15 Johtava, sähköllä seostettava metallikerros 14 voi daan muodostaa mistä tahansa metallista, joka voidaan saostaa alustalle sähköisin keinoin. Edullisissa toteutus-muodoissa päällystemetallit ovat nikkeliä, hopeaa, sinkki-ä, kuparia, lyijyä, arseenia, kadmiumia, tinaa, kobolttia, 20 kultaa, indiumia, iridiumia, rautaa palladiumia, platinaa, telluuria, wolfrämiä tai näiden seoksia.

Yhdistelmäkuidut 10 sopivat hyvin liitettäväksi polymeerimateriaaleihin sähköä johtavien komponenttien aikaansaamiseksi. Yhdistelmäkuiduilla 10 on hyvin suuri 25 sivusuhde, ts. pituuden suhde halkaisijaan, joten läheinen kosketus kuitujen välillä johtavien kulkuteiden aikaansaamiseksi polymeerimatriisin läpi saavutetaan suhteellisen pienillä kuitujen lisäysmäärillä ja tarkemmin sanoen paljon pienemmillä määrillä kuin metallipäällysteisillä pal-30 losilla ja metallihiutaleilla, joita on käytetty alan aikaisemmissa yrityksissä saada aikaan sähköä johtavia poly-meerikoostumuksia. Tämä kyky aikaansaada sähköistä ja/tai termistä johtavuutta pienillä kuitupitoisuuksilla vähentää merkittävästi kaikkea polymeerin fysikaalisten ominaisuuk-35 sien ei-toivottavaa heikkenemistä tai muuttumista.

9 83712

Yhdistelmäkuidut 10 voivat esiintyä kyseisissä koostumuksissa yksittäisinä säikeinä tai kuitukimppuina tai lankana 16, kuten kuvassa 2 esitetään. Kuidut 10 tai kimput 16 voi olla kudottu kankaiksi tai arkeiksi. Lisäk-5 si kuidut 10 tai kimput 16 voi olla hienonnettu ja disper-goitu polymeerimateriaaliin, niistä on voitu tehdä kutoma-ton matto 18, kuten kuvassa 3 on esitetty, kaikki alan ammattimiesten hyvin tunteman tekniikan mukaisesti.

Tässä keksinnössä käytettävät yhdistelmäkuidut valio mistetaan korkeajännitegalvanointitekniikalla, kuten on esitetty yllä mainitussa FI-patenttihakemuksessa 830 854. Kuten siinä esitetään, ydinkuitu 12 kuitukimpun muodossa upotetaan elektrolyysikylpyyn ja sopivien sähköliittimien kautta siihen voidaan kohdistaa vaadittu korkea ulkoinen 15 jännite. Vaikka vain 0,5 - 2,6 volttia tarvitaan disso-sioimaan elektrolyyttimetalli ioneiksi (esim. nikkeli, kulta, hopea, kupari) riippuen käytetystä suolasta, tarvitaan massiivisia määriä ulkoista jännitettä, luokkaa viisi kertaa dissosiointiarvot metalli-ionien työntämisek-20 si fibrillien pinnalla olevan rajakerroksen läpi metallin kosketuksen ja sitoutumisen aikaansaamiseksi sisimpään fibrilliin. Yleensä käytetään edullisesti 10 - 50 voltin tai jopa suurempia ulkoisia jännitteitä. Ydinkuitukatodi upotetaan galvanointikylpyyn, kunnes yhtenäinen, jatkuva, 25 lujasti tarttunut metallikerros on saostunut sen pinnalle. Tässä tekniikassa käytetyn korkean jännitteen johdosta kuidut on huolellisesti jäähdytettävä, kun ne tulevat galvanointikylpyyn ja poistuvat siitä, kuiduissa kehittyvän lämmön vähentämiseksi, esim. valelemalla kylmällä nes-30 teellä, kuten vedellä.

Näin muodostetuissa yhdistelmäkuiduissa 10 suurimmassa osassa kuituja metallin ja ytimen väliset sidoslu-juudet ovat vähintään 10 % metallisaostuman vetolujuudesta. Edelleen edullisissa yhdistelmäkuiduissa metallin ja 35 ytimen väliset sidoslujuudet ovat yleensä välillä vähin- 10 8571 2 tään 50 - 99 % metallisaostuman vetolujuudesta. Sidos-lujuus jokaisessa kuidussa on vähintään riittävä sen varmistamiseksi, että kun kuitua taivutetaan tarpeeksi jyrkästi 5 päällysteen murtamiseksi taivutuksen vetopuolella, koska sen elastinen raja ylitetään, päällyste taivutuksen puris-tuspuolella pysyy kiinni ytimessä, eikä murru kehämäises-ti. Kuitujen metallipäällyste ei yleensä irtoa tavallisen tai epätavallisen polymerointiprosessoinnin aikana.

10 Keksinnön mukaiset koostumukset voidaan muuttaa moniksi komponenteiksi. Eräässä keksinnön toteutusmuodossa koostumus valmistetaan upottamalla ja kastamalla yhdis-telmäkuitujen kutomaton matto, kuten esimerkissä 3 esitetty, polymeerihartsiliuokseen, kuten sellaiseen, joka on 15 muodostettu liuottamalla epoksihartsia tai fenolihartsia alkoholiliuottimeen. Muita muotoja, kuten yksisuuntaisia kuituja, kudottuja kankaita ja neulottuja kankaita voidaan myös käyttää. Tämä koostumus voidaan sitten muuttaa sähköä johtavaksi komponentiksi hartsilla kyllästetyn esikylläs-20 teen muotoon, joka on käyttökelpoinen sähköä johtavien laminaattien valmistukseen. Tarkemmin sanoen polymeeri-hartsiliuoksella kastettu matto voidaan kuumentaa alkoho-liliuottimen poistamiseksi. Kun liuotin on täydellisesti poistettu, muodostuu komponentti, joka koostuu kerroksesta 25 satunnaisesti orientoituja ja limittäisiä yhdistelmäkuituja tai kuitukimppuja, joissa on polymeerihartsikerros ja tässä tapauksessa epoksi- tai fenolihartsikerros, joka peittää kuidut ja täyttää mahdolliset huokoset tai raot matossa. Suurennettu yksityiskohta tästä esitetään kuvassa 30 3a. Matto 18 koostuu lukuisista pilkotuista yhdistelmäkui- tukimpuista 16, jotka on leikattu n. 3,2 - 89 mm:n pituisiksi. Matto 18 on upotettu polymeerihartsiliuokseen ja kuumennettu liuottimen poistamiseksi. Saatu hartsilla kyllästetty matto sisältää nyt polymeerimateriaalia 20, joka 35 täyttää karkeat huokoset ja eräät pilkotun yhdistelmäkui- U 83712 tukimpun 16 välisistä raoista aikaansaaden oleellisesti yhtenäisen rakenteen. Näin muodostettu kyllästetty esi-kylläste voidaan leikata standardimittoihin ja useita esi-kyllästeitä voidaan asettaa toinen toisensa päälle tavan-5 omaisen kokoonpanon muodostamiseksi. Kokoonpanoa kuumennetaan sitten paineen alaisena tavanomaisessa laminointiko-neessa, mikä saa polymeerihartsin valumaan ja sitten kovettumaan, jolloin kokoonpanon kerrokset sulautuvat yhteen muodostaen kovettuneen, yhdistyneen laminaatin. Kylläs-10 tys-, kuivaus-, kokoonpano-ja liittämisvaiheet näiden la-minaattien valmistamiseksi ovat tavanomaisia ja alalla hyvin tunnettuja. Lisäviitteitä materiaalien, käsittelyn ja prosessoinnin osalta voidaan saada teoksesta the Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Voi. 8. sivut 15 121 - 162, Interscience, New York 1969.

Tämän keksinnön mukaisesti valmistetut laminaatit voidaan leikata, puristaa muotissa tai muulla tavoin muotoilla monien käyttökelpoisten tuotteiden muodostamiseksi. Esimerkiksi laminaatista voidaan muodostaa rakenteellinen 20 pohja tai kotelo sähköosalle tai -laitteelle, kuten moottorille ja koska kotelo on sähköä johtava, se maadoittaa laitteen tehokkaasti.

Vaihtoehtoisessa toteutusmuodossa keksinnön mukainen koostumus sisältää ohuen, normaalisti johtamattoman 25 polymeerikalvon tai -levyn ja kudotun tai kutomattoman, yksisuuntaisen levyn jne., joka on muodostettu yhdistelmä-kuidusta, kuten kuvan 3 matossa 18. Polymeerikalvo tai levy voidaan muodostaa tavanomaisilla kalvonmuodostus-menetelmillä, kuten suulakepuristamalla polymeeri kalante-30 rikoneen lämmitettyjen telojen välille muodostuneeseen kosketuskohtaan tai liuottamalla polymeerimateriaali sopivaan liuottimeen, sen jälkeen päällystämällä polymeeri-liuoksella irrotuskalvo, kuten irrotusvoimapaperi esimerkiksi "telan päällisellä veitsisivelylaitteella" ja kuu-35 mentamalla liuottimen poistamiseksi. Polymeerikalvo- tai i2 83 71 2 levy lämmitetään sitten välille 38 - 93 °C ja laminoidaan yhdistelmäkuitujen kutomattomalla matolla johtamalla nämä kaksi kerrosta kalenterin lämmitetyn kosketuskohdan väliin. Saatu komponentti, joka on yhteensulautuneen poly-5 meerikalvon muodossa, jota johtava matto tukee, on käyttökelpoinen esimerkiksi laminaattien pintakerroksena.

Tarkemmin sanoen ja viitaten kuvaan 4 siinä esitetään uusi ja parannettu sähköä ja/tai lämpöä johtava lami-naatti 22. Laminaatti 22 sisältää peruslaminaatin 24 ja 10 pintakerroksen 26. Siinä esitetyssä toteutusmuodossa pe-ruslaminaatti 24 on muodostettu useista kerroksista hartsilla kyllästettyjä kuituja, kudottuja kankaita tai mattoja. Esikyllästeet on sulatettu yhteen kiinteän laminaat-tiosan muodostamiseksi. Vaikka juuri kuvattu toteutusmuoto 15 sisältää peruslaminaatin, joka on muodostettu tavanomaisista esikyllästemateriaaleista, on ymmärrettävä, että myös muut laminaattirakenteet voivat muodostaa peruslaminaatin 24 eikä alustan tarvitse olla laminaattia lainkaan, vaan voi sensijaan olla umpinainen osa, joka koostuu jos-20 takin muusta materiaalista, kuten puusta tai muovista.

Lisäksi keksintö käsittää myös rakenteita, joissa johtava kerros on tiivistetyn laminaattirakenteen sisällä. Pinta-kerros 26 käsittää polymeerikalvon 28, joka on liimalla kiinnitetty yhdistelmäkuitumattoon 18. Pintakerros 26 25 kiinnitetään peruslaminaattiin 24 yleensä kokoamis- ja painelämmitysvaiheiden aikana peruslaminaatin muodostuksessa, vaikka pintakerros voidaan kiinnittää myös myöhemmässä vaiheessa niinikään painelämmityksellä. Valmis laminaatti on varustettu yhtenäisellä sileällä pinnalla, joka 30 ei vaadi mitään lisäviimeistelyvaiheita.

Yhdistelmäpintakerros 26 ja yhdistelmälaminaatti 22 ovat erittäin käyttökelpoisia osina sellaisiin tuotteisiin kuin kuljetusvälineisiin. Tarkemmin sanoen uusi ja parannettu kantopinta 30 esitetään kuvassa 7 ja siihen liittyy 35 olennaisena rakennepiirteenä kuvan 4 laminaatti 22. Kan- 13 S3 71 2 topinta 30 on lentokoneen siiven muodossa. Kantopinta 30 sisältää rakennemateriaalia olevan sydämen 32, johon on kiinnitetty ulkokerros, joka sisältää kuvan 4 uuden ja parannetun sähköä johtavan laminaatin 22. Primäärisydänra-5 kenne 32 voi olla hunajakennorakenteista, erittäin lujaa teknistä materiaalia, kuten alumiinia. Kantopintarakenne 30 muodostaa tehokkaan salamaniskua hajottavan systeemin lentokonetta varten. Aikaisemmin jos salama iski lentokoneeseen, ei-metalliset osat olivat alttiita merkittävälle 10 vahingoittumiselle johtuen niiden johtamattomasta luonteesta. Laminaatin 22 muodostaessa kantopinnan 30 ulkopinnan salaman iskiessä koneeseen tuloksena oleva virta johtuu ja hajoaa johtavan kuitumaton ja johtavan peruslami-naatin läpi pienentäen täten kantopinnan vahingoittumisen 15 vaaraa.

Johtava pintakerros/johtava laminaatti voidaan kiinnittää rakennesydämeen millä tahansa tavanomaisella keinolla, kuten liimoilla tai lämpö-painesulatuksella.

Vielä eräässä tämän keksinnön toteutusmuodossa 20 koostumus sisältää oleellisesti ei-johtavaa polymeerimate riaalia, johon on dispergoitu pilkottuja tai hienonnettuja kuituja 10 tai kuitukimppuja 16. Pilkotut tai hienonnetut kuidut voi olla dispergoitu polymeerimateriaaliin millä tahansa sopivalla tavalla, kuten pikasekoituksella, 25 Ross'in tyhjökiertosekoituksella, suulakepuristuksella tms. Yhdistelmäkuidut ovat läsnä pieninä, korkeintaan n. 75 mm:n pituuksina ja edullisesti alle 25 mm:n pituuksina, erityisen edullisesti alle 6 mm:n pituuksina tavanomaisen käytännön mukaisesti. Kuitupituus ja lisätty yhdistelmä-30 kuidun määrä, joka riittää aikaansaamaan halutun sähkön johtavuuden, vaihtelee koostumuksen kulloisenkin loppukäytön mukaisesti.

Tämä koostumus voidaan levittää suoraan niiden rakenneosien ulkopinnalle, jotka on tarkoitettu kuljetus-35 välineisiin, kuten lentokoneisiin, avaruusaluksiin, autoi- i4 83712 hin, merenkulkualuksiin yms. ja kovettaa sitten kovetetun yhdistelmäpäällysteen muodostamiseksi. Näin käsitellyt osat voidaan galvanoida ja koristella helpommin ja perusteellisemmin kuin osat, jotka eivät sisällä tällaisia 5 päällysteitä, koska päällysteiden sähköiset ominaisuudet sallivat esimerkiksi niiden sähköisen varaamisen ja gal-vanoinnin. Tätä koostumusta voidaan myös levittää lentokoneen osien pinnalle aikaansaamaan ukkossuojauksen.

Vaihtoehtoinen toteutusmuoto johtavasta laminaatis-10 ta 34 esitetään kuvassa 5. Laminaatti 34 on samantapainen kuin kuvan 4 mukaisesti esitetty laminaatti 22, paitsi että pintakerroksen sijasta, joka koostuu polymeerikalvos-ta, jota on tuettu yhdistelmäkuitujen levyllä, polymeeri-kalvo 36 sisältää kauttaaltaan dispergoituja pilkottuja 15 tai hienonnettuja kuituja. Tämä johtava polymeerikalvo voidaan sitten kiinnittää peruslaminaattiin 24 yllä kuvatulla tavalla.

Kyseisiin koostumuksiin kuuluvat myös koostumukset, jotka sisältävät elastomeerista polymeerimateriaalia, ku-20 ten styreeni-butadieenikumikoostumus, johon on dispergoitu pilkottuja tai hienonnettuja yhdistelmäkuituja. Nämä voi olla valettu paksummiksi kalvoiksi tai levyiksi sekä muiksi muodoiksi kalanteroimalla tai suulakepuristamalla ja kovetettu. Levyt voi olla meistetty tai leikattu johta-25 vien tiivisteiden, kuten kuvassa 6 esitetyn tiivisteen 38 muodostamiseksi. Eräs näiden elastomeerikoostumusten erityisetu on, että pilkottujen kuitujen pienet pitoisuudet voivat antaa kovetetuille tuotteille johtavuutta. Aikaisemmin suuria määriä hopeahiutaleita tai muita hiukkas-30 maisia metalleja oli dispergoitava elastomeeriin sähkönjohtavuuden saavuttamiseksi, mikä johti polymeerin taipui-suuden tai elastomeeristen ominaisuuksien laskuun. Tämän keksinnön mukaisesti valmistetut tiivisteet ovat sähköä ja/tai lämpöä johtavia ja niillä on myös hyvät elasto-35 meeriset fysikaaliset ominaisuudet.

is 8371 2

Kyseessä olevia koostumuksia muodostavat myös johtavat mustekoostumukset. Polymeerimateriaali, kuten kovetettava epoksihartsikoostumus, joka sisältää liuotinta ja dispergoituja, pilkottuja tai hienonnettuja yhdistelmäkui-5 tuja, voidaan käsitellä viskositeetiltaan sopivaksi siten, että koostumus voidaan levittää alustan pinnalle siveltimen, mustekynän tai telan avulla ja sitten kovettaa lämmöllä tai valolla kovetetun johtavan kulkutien muodostamiseksi pitkin alustan pintaa. Keksinnön mukaisille johta-10 ville mustekoostumuksille löytyy erityistä käyttöä painettujen piirilevyjen valmistuksessa, jollainen esitetään kuvassa 8. Mustekoostumus voidaan levittää piirilevyn 40 alustalle tavanomaisella silkkipainotekniikalla. Yleensä musteeseen kastettu tela ajetaan mallineen yli, joka si-15 sältää positiivikuvan painettavasta piiristä. Tela ajetaan mallineen yli ja johtava muste siirretään alustan 40 pinnalle, jolloin piirin 42 positiivikuva kerrostuu sen pinnalle. Alustaa 40 ja mustetta 42 kuumennetaan sitten ja muste 42 kovettuu jättäen sähköä johtavan piirin piirile-20 vylle 40. Keksinnön mukaisilla johtavilla musteilla aikaansaadaan vaivaton kaksivaiheinen prosessi painettujen piirilevyjen muodostamiseksi, joka käsittää levitysvaiheen ja kovetusvaiheen. Tämä on selvästi edullinen menetelmä nykyisiin käytäntöihin verrattuna, joissa esimerkiksi 25 eräässä menetelmässä vaaditaan useita vaiheita, kuten alustan päällystäminen kuparifoliolla, kuparin peittäminen valopolymeroituvalla resistikalvokerroksella, fotore-sistikerroksen saattaminen kovettumista aktivoivan säteilyn alaiseksi mallineen läpi resistikalvon niiden osien 30 kovettamiseksi selektiivisesti, jotka vastaavat sille painettavaa piiriä, mitä seuraa kovettumattoman resistikalvo-kerroksen liuottaminen ja poisto ja sen jälkeen suojaamattoman ja ei-toivotun kuparikaivon poisto.

Vielä eräässä keksinnön mukaisessa toteutusmuodossa 35 koostumus käsittää puristuskoostumuksen, jossa polymeeri- 16 δ 3 71 2 materiaali on esimerkiksi polyesteri, polykarbonaatti, polystyreeni, nylon jne., hartsipuristuskoostumus, jossa on pilkottuja tai hienonnettuja kuituja tai kudottuja mattoja siihen liitettynä. Kuidut dispergoidaan hartsiin ta-5 vanomaisin keinoin ja koostumus suulakepuristetaan rakeiden muodostamiseksi. Rakeet voidaan sitten ruiskupuristaa tavallisten menettelyjen mukaisesti muotoiltujen sähköä johtavien puristettujen esineiden tuottamiseksi. Puristetuilla polyesterihartsiesineillä on hyvät fysikaaliset 10 ominaisuudet sekä johtavuus.

Vielä eräässä toteutusmuodossa keksintö käsittää yksi- tai kaksiosaisia johtavia liimakoostumuksia, jotka ovat hyödyllisiä johtimien liittämiseen tai korjaamiseen, kapselointisekoitteina sähkölaitteisiin ja tilkitsemis- ja 15 tiivistyssekoitteina. Keksinnön mukaiset yksiosaiset lii- makoostumukset sisältävät epoksi- tai polyesteri- tai vastaavaa sopivaa hartsia, katalyyttejä, kiihdyttimiä ja sil-loitusaineita ja pilkottuja tai hienonnettuja yhdistelmä-kuituja. Hartsikoostumus valmistetaan ja yhdistelmäkuidut 20 sekoitetaan koostumukseen kuitujen kastamiseksi, jolloin muodostuu tiksotrooppinen pasta kuitujen pintavaikutusten johdosta. Liimapastakoostumusta voidaan levittää kahden sähkönjohtimen väliin ja kovettaa lämmöllä kuvassa 9 esitetyn sähköä johtavan liimaliitoksen 44 muodostamiseksi. 25 Liimaliitos 44 on lujasti kiinnittynyt johtimiin 46 ja 48 ja sillä on hyvä vetolujuus ja johtokyky.

Kaksiosaiset sähköä johtavat liimapastakoostumukset koostuvat osasta A, joka sisältää epoksi- tai polyesteri-hartsia ja dispergoituja hienonnettuja tai pilkottuja yh-30 distelmäkuituja, ja osasta B, joka sisältää kovetusainet-ta, kuten polykarboksyylihappoa tai happoanhydridiä, polyamidia tms; katalyyttiä, kuten tertiääristä amiinia; ja hienonnettuja yhdistelmäkuituja. Käytössä osa A ja osa B sekoitetaan perusteellisesti keskenään ympäristön lämpöti-35 lassa kovettuvan tiksotrooppisen pastakoostumuksen muodos- i7 8371 2 tamiseksi. On edullista, että yhdistelmäkuituja on disper-goitu molempiin liimakoostumuksen osiin kuitujen optimaalisen ja tasaisen dispergoitumisen takaamiseksi pastaan ennen kuin pasta geeliytyy ja kovettuu. Yhdistelmäkuituja 5 voi olla läsnä pelkästään joko osassa A tai osassa B ja jos näin on asia, koostumus on sekoitettava perusteellisesti . Kaksiosaisesta koostumuksesta muodostettua pastaa voidaan levittää kahdelle johtimelle 46 ja 48 johtavan liitoksen 44 muodostamiseksi niiden välille kuten kuvassa 10 9. Kaksiosaista koostumusta voidaan käyttää myös kapse- lointikoostumuksena sähkölaitteen osan kiinnittämiseksi ja maadoittamiseksi kiinteästi.

Keksinnön mukaisten koostumusten avulla saadaan myös aikaan parannettu menetelmä rakenneosien, kuten len-15 tokoneen osien rakennevaurion määrittämiseksi. Tällöin vähintään yksi yhdistelmäkuitu upotetaan rakennemateriaalin tasomaiseen levyyn pitkän kuidun tai kuitukimpun muodossa tai pilkottuina tai hienonnettuina kuituina. Yhdis-telmäkuidut saavat aikaan sähköisen kulkutien polymeerisen 20 rakennelevyn läpi ja päättyvät vähintään kahteen sähkö-liittimeen. Tämä suoritusmuoto käsittää myös polymeerisen rakennelevyn, joka sisältää useiden yhdistelmäkuitujen muodostaman kudoksen tai säännöllisen matriisin ja useita sähköliittimiä. Ulkoinen sähkötestauslaite voidaan yhdis-25 tää mihin tahansa liittimeen rakennelevyn sähköisen jatkuvuuden määrittämiseksi liittimien välillä. Mahdolliset sähköiset epäjatkuvuudet osoittaisivat yhdistelmäkuitujen aikaansaaman sähköisen kulkutien katkeamista, mikä puolestaan osoittaisi kyseisen osan rakenteellista vahingoittu-30 mistä. Näin ollen keksinnön mukaiset koostumukset tekevät mahdolliseksi rakenteellisen vahingoittumisen testaamisen rakenneosissa sähköisellä analyysillä, mikä on selvä etu tähän saakka käytettyihin visuaalisiin tarkastusmenetelmiin verrattuna.

36 Apukeinona tämän suoritusmuodon ymmärtämiselle vii- is 8371 2 tataan kuvaan 11, joka esittää laminoitua rakennelevyä 50 käytössä, jossa mitataan sellaisen osan kuin lentokoneen pyrstökokoonpanon yhtenäisyyttä. Levy 50 sisältää johtavan sisäkerroksen 52, joka koostuu normaalisti johtamattomasta 5 hartsista 20, esim. katalysoidusta bisfenoli A-glysidyyli-eetterihartsista kosketuksessa metallipäällysteisten kuitujen kudottuun tai kutomattomaan levyyn tai mattoon, ja ulommat peruslaminaattikerrokset 24 ylä- ja alapuolella, jotka koostuvat grafiittikuitukudoksista, jotka on kylläs-10 tetty esimerkiksi samalla epoksipolymeerilla. Johtavan levyn 52 ulkoreunat sisältävät liittimet 54, jotka on sähköisesti liitetty vastusmittariin 56. Jos levyssä 50 esiintyy ontelo tai murtuma, se häiritsee sähköä johtavaa kulkutietä ja huonontaa johtavuutta vastusmittarilla 56 15 mitattuna. Muut variaatiot ovat ilmeisiä alan ammattimiehelle.

Kuten voidaan ymmärtää, keksinnön mukaiset koostumukset ovat käyttökelpoisia lukuisten komponenttien ja esineiden valmistukseen eikä edellä olevan selostuksen ja 20 seuraavien esimerkkien ole tarkoitettu olevan tyhjentävä luettelo niistä. Pikemminkin niiden on tarkoitettu kuvaavan eräitä keksinnön edullisista toteutusmuodoista. Esimerkiksi normaalisti ei-johtava muovi 58 televisiovas-taanottimissa jne. voidaan varustaa johtavilla levyillä 25 18, kun se kootaan kuvassa 10 esitetyllä tavalla.

Esimerkki 1 Tämä esimerkki kuvaa keksinnön mukaisen koostumuksen käyttöä sähköä johtavan pintakerroskomponentin muodostamiseen laminoituja esineitä varten.

30 Polymeerikalvo, joka koostuu seostetusta liimaepok- sihartsista (American Cyanamid Co. FM® 300) valmistetaan seuraavasti:

Yhden kg:n näyte mainittua hartsia liuotetaan ety-leenidikloridin ja metyylietyyliketonin 50/50 v/v liuok-35 seen 78-80 %:n kuiva-ainepitoisuuteen tilavuudeltaan 4,5 i9 8371 2 litran Ross-kiertosekoittimessa, joka on varustettu tyhjö-laitteistolla. Yllä mainittuja aineosia sekoitetaan, kunnes liukeneminen on saatu päätökseen. Hartsiliuoksesta poistetaan sitten kaasu sekoittamalla 22 mmHg:n alipai-5 neessa suunnilleen 15 minuuttia.

Hartsiliuos levitetään sitten silikonikäsitellylle voimapaperiarkille laboratoriomallisella "telan yläpuolisella veitsipäällystyslaitteella" suunnilleen 0,25 mm:n paksuuteen. Näin valmistettu voimapaperilla tuettu epok-10 sikalvo kuivataan kuumentamalla vähitellen uunissa huoneenlämpötilasta 88 °C:seen ja pitämällä sen jälkeen 88 °C:ssa suunnilleen 40 minuuttia.

Kutomaton matto, joka painaa suunnilleen 18,7 g/m, valmistetaan pilkotuista 1,9 cm:n nikkelillä päällyste-15 tyistä grafiittikuiduista (Celanese Corp. CELION® 6000), jotka on valmistettu FI-patenttihakemuksessa 830 854 kuvatulla tavalla.

Päällystetty grafiittikuitumatto ja voimapaperilla tuettu epoksihartsikalvo laminoidaan johtamalla ne yhtä-20 aikaisesti 2-telalaminointikoneen lämmitetyn kiillotus- telan läpi, joka on lämmitetty 88 eC:een, ja säädetty 0,25 - 0,30 mm:n erotuspaksuuteen. Saadaan jatkuva, yhtenäinen kalvotuote, jota tukee johtava kuitumatto ja joka sopii käytettäväksi pintakerroksena.

25 Laminaatti, johon on liitetty yllä oleva pintaker ros, voidaan valmistaa seuraavasti: 30,5 x 30,5 cm:n arkki yllä valmistettua pintaker-rosmateriaalia asetetaan 30,5 x 30,5 cm:n puristuslaattaa tai työkalua vasten, joka on edeltäkäsin preparoitu irro-30 tusominaisuuksia silmällä pitäen käsittelemällä polytet- rafluorieteenisuihkulla. Pintakerros tasoitetaan työkalua varten reunat yhdensuuntaisina ja voimapaperiarkki poistetaan pintakerroksen epoksikalvokerroksesta. Tavanomainen kokoonpano, jossa on kahdeksan 30,5 x 30,5 cm:n kerrosta 35 kaupallista 40 % epoksihartsia sisältävää grafiittikuitu- 20 83 71 2 esikyllästettä (American Cyanamid CYCOMR 985 GF 370 PW), valmistetaan suoraan pintakerroksen kuitumattokerroksen päälle asettamalla kaikki kahdeksan esikyllästettä toinen toisensa päälle niiden reunat tasattuna. Laminaatti pääl-5 lystetään sitten polyamidihartsilla kyllästetyllä lasikan-gaserotusmateriaalilla ja sen jälkeen lisätään kerros lasikuitukangasta "hengittäväksi” -kerrokseksi. Näin muodostettu laminaattikokoonpano asetetaan polyeteenisäkkiin, joka on varustettu tyhjöpumpulla ja säkistä poistetaan 10 huolellisesti kaikki ilma niin, että säkkiin kohdistettu ulkoinen ilmapaine painaa suoraan kokoonpanoa. Säkissä oleva kokoonpano tyhjöineen asetetaan autoklaaviin ja saatetaan lämpö/painekiertojakson alaiseksi käyttäen 345 - 690 kPa:n ilmanpainetta samalla kun lämmitetään 15 2,2 °C/min, kunnes saavutetaan 177 °C:n lämpötila. Kun autoklaavin paine saavuttaa 138 kPa, tyhjö vapautetaan kokoonpanosta ja sitä kovetetaan 177 °C:ssa 120 minuuttia 138 345 kPatssa ja jäähdytetään sen jälkeen 66 °C:een. Autoklaavista päästetään paine ja kokoonpano poistetaan. 20 Kun laminaatti on jäähtynyt huoneenlämpötilaan, johtava pintakerros testataan pintaresistiivisyyden suhteen normin ASTM D257 - 78 mukaan. Koekappale, jonka mitat ovat 50 x 75 mm, leikataan yllä valmistetusta 30,5 x 30,5 cm:n laminaatista. Kaksi halkaisijaltaan 5 mm:n reikää 25 porataan koekappaleeseen sen keskiviivalle, molemmat 25 mm:n päähän vastakkaisista pituussuuntaisista päistä ja 25 mm:n etäisyydelle toisistaan. Kaksi kartiotappielektrodia sijoitetaan näytteen porausreikiin ja näytettä vakioidaan ilmastointikammiossa 50 %:n suhteellisessa kosteudessa ja 30 23+2 °C:ssa neljä päivää.

Elektrodit kytketään sarjaan jännitelähteen ja gal-vanometrin kanssa. 500 voltin jännite syötetään piiriin 60 sekunniksi ja piirin läpi kulkeva virta galvanometrissa todetaan. Näytteen vastus elektrodien välillä lasketaan 35 kaavasta 2i 8371 2 v R = - 5

Pintaresistiivisyys 6 s lasketaan kaavasta

P

6s = - · Rs 10 g P on koekappaleen ympärysmitta

Rs on havaittu pintavastus ohmeissa 15 Pintakerroksella on hyvin pieni pintaresistiivi syys.

Esimerkki 2

Seuraava esimerkki kuvaa hienonnetulla yhdistelmä-kuidulla täytetyn epoksihartsikalvon valmistusta johtavak-20 si pintakerrokseksi laminaatteihin.

Katalysoidun, seostetun epoksihartsisysteemin (American Cyanamid FMR 300) liuos liuotettuna etyleenidiklori-din ja metyylietyyliketonin 50/50 v/v-seokseen 78 - 80 %:n kuiva-ainepitoisuuteen, valmistetaan tilavuudeltaan 25 4,5 l:n Ross-kiertosekoittimessa kuten esimerkissä 1. Gra- fiittikuitua, joka on päällystetty 30 paino-%:lla hopeaa ja valmistettu FI-patenttihakemuksessa 830 854 kuvatulla tavalla ja pilkottu 4,2 mm:n pituuksiin, lisätään sekoit-timeen ja koostumusta sekoitetaan, kunnes pilkotut kuidut 30 ovat kauttaaltaan tasaisesti dispergoituneet. Koostumuk sesta poistetaan kaasu sekoittamalla 20 mmHg:n alipaineessa 15 minuuttia.

Kuten esimerkissä 1, epoksihartsin ja pilkotun kuidun koostumus levitetään silikonilla käsitellylle voimapa-35 periarkille "telan yläpuolisella veitsilevittimellä" suunnilleen 0,3 mm:n paksuuteen. Päällystetty voimapaperi-arkki kuivataan uunissa asteittaisella lämmityksellä 22 83 71 2 n. 88 °C:seen, ja 88 “lämpötilaa ylläpidetään suunnilleen 40 minuuttia. Saadaan tämän keksinnön mukainen kuiva, täytetty polymeerikalvo.

Valmistetaan laminaatti, jonka pintakerroksena on 5 yllä valmistettu polymeerikalvo, noudattaen esimerkin 1 menettelyä. Kokoonpano sisältää 12 kerrosta kaupallista esikyllästettä (kts. esimerkki 1), joka asetetaan säkkiin ja kovetetaan autoklaavissa.

Valmiilla laminaatilla on yhtenäinen, tasainen pin-10 ta, joka soveltuu lopulliseen käyttöön ilman lisäviimeis-telytoimenpiteitä. Testattaessa normin ASTM D 257 78 mukaisesti, kuten esimerkissä 1 esitettiin, pintakerroksella on hyvin pieni pintaresistiivisyys.

Esimerkki 3 15 Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaisen koostumuk sen käyttöä yksiosaisena johtavana liimana.

Liimakoostumus valmistettiin seuraavasti:

Seuraavat komponentit panostettiin astiaan, joka oli varustettu laboratoriosekoittimellä: 20 85 g nestemäistä bisfenoli A-glysidyylieetteri-epoksihart- sia (Dow Chemical, DER 331) 15 g kiinteää bisfenoli A-glysidyylieetteri-epoksihartsia (Dow Chemical, DER 661) 4 g ilmajauhettua disyandiamidia 25 4 g (2,4-tolyleeni)bis(dimetyyliureaa)

Astian sisältöä sekoitettiin perusteellisesti ja 50 g hopeapäällysteisiä grafiittikuituja (kts. esimerkki 2) pilkottuna 0,4 mm:n pituuksiin, lisättiin ja sekoitettiin perusteellisesti kuitujen kastamiseksi täydellisesti. 30 Muodostui tiksotrooppinen pasta.

Pastaliiman ominaisvastus testattiin normin ASTM D 2739 - 72 mukaisesti seuraavalla tavalla. Pari messinkile-vyjä hiottiin krookuskankaalla n:o 452 ja pyyhittiin puhtaaksi reagenssilaatua olevalla metyylietyyliketonilla. 35 Levyt asennettiin pystysuoraan ja asetettiin 0,5 mm:n 23 83 71 2 etäisyydelle toisistaan. Yllä valmistettu liimapasta levitettiin messinkilevyjen väliseen rakoon liimaliitoksen muodostamiseksi ja kaikki ylimääräinen liimapasta poistettiin. Liimattuja messinkilevyjä lämpökäsiteltiin uunissa 5 121 °C:ssa tunnin ajan ja liiman annettiin jäähtyä huo neenlämpötilaan tukematta levyjä.

Kelvin-silta (vastus) liitettiin johdoilla messin-kielektrodeihin ja liimaliitoksen tuntematon vastus todettiin. Ominaisvastus laskettiin seuraavasta kaavasta: 10

v = R0 A/L

jossa V = ominaisvastus, ohm*cm R0 = todettu vastus 15 A = koekappaleen poikkipinta-ala, cm2 L = 1ilmakerroksen paksuus, cm Liimaliitoksen ominaisvastus oli alle 0,03 ohm»cm. Liitoksen vetolujuus oli myös 6,9 MPa huoneenlämpötilassa. Esimerkki 4 20 Tämä esimerkki kuvaa, kuinka tämä keksintö voidaan toteuttaa kaksiosaisena johtavana liimasysteeminä. Valmistetaan seuraavat koostumukset:

Osa A: 190 g nestemäistä bisfenoli A-epikloorihydriinireaktio-25 tuotetta (Shell Chemical Epon 828) 33 g kiinteää bisfenoli A-epikloorihydriinireaktiotuotetta (Shell Chemical Epon 1004) 100 g hopealla päällystettyä grafiittikuitua, pilkottuna 0,32 mm:n pituuksiin.

30 Komponentit sekoitetaan perusteellisesti keskenään ja pakataan ja varastoidaan.

Osa B: 170 g polyamidiamiinihartsia (General Mills, Versamide 115) 10 g tertiääristä amiinikatalyyttiä (Rohm & Haas, 35 DMP-30 ja 90 g hopealla päällystettyjä grafiittikuituja, 24 83 7 1 2 pilkottuna 0,32 mm:n pituuksiin. Osa B sekoitetaan perusteellisesti, pakataan ja varastoidaan.

Osaa A ja osaa B sekoitetaan, kunnes ne sekoittuvat muodostaen pastan.

5 Pasta levitetään parille messinkilevyjä 0,25 mm:n liimaliitoksen muodostamiseksi ja liitos testataan esimerkin 3 menetelmän mukaisesti sen jälkeen, kun sitä on kovetettu 7 päivää huoneenlämpötilassa. Johtavalla liimalla on hyvin pieni ominaisvastus.

10 Esimerkki 5

Seuraavassa kuvataan keksinnön koostumuksen käyttöä johtavana puristussekoitteena.

Polyesteripuristussekoite valmistetaan panostamalla seuraavat reagenssit sigmasekoittimeen: 15 10,5 osaa styreenillä käsiteltyä, kestomuovista polyeste- rihartsia (USS Chemical MR 13017) 12,3 osaa styreenillä käsiteltyä kertamuovista polyesteri-hartsia (USS Chemical MR 13018) 0,6 osaa kalsiumstearaattia 20 40,3 osaa kalsiumkarbonaattia 0,5 osaa t-butyyliperbentsoaattia 0,06 osaa inhibiittoria (35 % hydrokinonia dibutyylifta-laatissa) 15 minuutin sekoituksen jälkeen 25,7 osaa nikkelil-25 lä päällystettyjä grafiittikuituja (esimerkki A) pilkottuna 6 mm: n pituuteen sekoitetaan seokseen 10 minuutin ajan. Saatu polyesterisekoite valetaan 10 cm:n pyöreiksi laatoiksi valupuristimessa 150 °C:ssa. Laattojen pintare-sistiivisyys on 2 ohm/cm2, kun ne testataan esimerkin 1 30 mukaisesti.

Johtuen yllä kuvattujen koostumusten ja esikylläs-teiden erinomaisesta lämmönjohtavuudesta, ne ovat käyttökelpoisia muottipuristuksessa käytettävien työkalujen valmistuksessa. Tällaisten työkalujen erinomaiset ominaisuu-35 det tekevät mahdolliseksi lyhyemmät puristusajat johtuen 25 83 71 2 niiden nopeammasta lämpenemisestä ja jäähtymisestä. Sitä vastoin tavanomaisista materiaaleista tehdyt työkalut vaativat paljon pitempiä puristusaikoja.

Vaikka kyseessä olevaa keksintöä on kuvattu edul-5 listen toteutusmuotojen avulla, on selvää, että alan ammattimiehet voivat tehdä niihin muutoksia. Esimerkiksi muita kuituja voidaan liittää keksinnön mukaisiin koostumuksiin, kuten puuvillakuituja, lasikuituja, asbesti-kuituja jne. Sitäpaitsi nikkelillä ja hopealla päällys-10 tettyjen grafiittikuitujen sijasta johtavia puristuskoos-tumuksia voidaan valmistaa muilla metallipäällysteisillä kuiduilla, erityisesti kultapäällysteisillä kuiduilla. Lisäksi polymeerimateriaalit voivat sisältää mitä tahansa tunnettuja lisäaineita, kuten tulta pidättäviä aineita, 15 mineraalitäyteaineita yms. Kaikki tällaiset muunnokset kuuluvat tämän keksinnön suojapiiriin.

Claims (7)

1. 26 8371 2
2. 1. Johtava koostumus, joka käsittää: (i) oleellisesti ei-johtavaa polymeerimateriaalia; 5 ja (ii) sähköä johtavia yhdistelmäkuituja, t u n e t u siitä, että suurimmalla osalla mainituista yhdistelmäkuiduista on sähköä johtava ydin hiilestä, boorista tai piikarbidista ja ainakin yksi ohut, yhtenäinen, 10 lujasti kiinnittynyt, sähköä johtava kerros vähintään yh destä metallista mainitulla ytimellä, komponentin (ii) määrän mainitussa koostumuksessa ollessa vähintään tehokas tekemään mainitusta koostumuksesta valmistetun erittäin suorituskykyisen komponentin sähköä ja lämpöä johtavaksi. 15 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että mainittu polymeerimateriaali on valittu ryhmästä, johon kuuluvat polyesterit, polyeet-terit, polykarbonaatit, epoksit, epoksinovolakat, epoksi-polyuretaanit, ureatyyppiset hartsit, fenoli-formaldehydi-20 hartsit, tioureahartsit, melamiinihartsit, urea-aldehydi- hartsit, alkydihartsit, polysulfidihartsit, orgaaniset vinyyliesipolymeerit, moni funktionsa li set vinyylieetterit, sykliset eetterit, sykliset esterit, polykarbonaattikoes-terit, polykarbonaattikosilikonit, polyeetteriesterit, 25 polyimidit, polyamidit, polyesteri-imidit, polyamidi-imi- dit, polyeetteri-imidit ja polyvinyylikloridit.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että mainittu sähköä johtava kerros on muodostettu sähköisesti seostettavasta metallista, 30 joka on valittu ryhmästä: nikkeli, hopea, sinkki, kupari, lyijy* arseeni, kadmium, tina, koboltti, kulta, indium, iridium, rauta, palladium, platina, telluuri, volframi tai näiden seokset.
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, 35 tunnettu siitä, että sähköisesti seostettavan me- 27 83 71 2 tallikerroksen sidoslujuus mainittujen yhdistelmäkuitu-jen (ii) ytimeen on vähintään riittävä aikaansaamaan sen, että kun yhdistelmäkuitua taivutetaan jyrkästi, taivutuksen vetopuolella oleva päällyste murtuu, kun sen elastinen 5 raja ylitetään, ja päällyste taivutuksen puristuspuolella pysyy kiinnittyneenä ytimeen eikä murru kehämäisestä.
5. 5. Muotoiltu tuote, joka on muodostettu patenttivaatimuksen 1 mukaisesta koostumuksesta, tunnettu siitä, että polymeerimateriaali (i) on lujitettu kudotul- 10 la, neulotulla tai kutomattomalla kankaalla, arkilla tai matolla, joka sisältää mainittuja yhdistelmäkuituja (ii).
6. 6. Johtava koostumus, joka käsittää: (i) oleellisesti ei-johtavaa polymeerimateriaalia; ja 15 (ii) hienonnetussa muodossa olevia yhdistelmäkui tuja, tunnettu siitä, että suurimmalla osalla mainituista yhdistelmäkuiduista on sähköä johtava ydin hiilestä, boorista tai piikarbidista ja ainakin yksi ohut, yhte- 20 näinen, lujasti kiinnittynyt, sähköä johtava kerros vähintään yhdestä metallista sähköisesti saostettuna mainitulle ytimelle, komponentin (ii) määrän mainitussa koostumuksessa ollessa vähintään tehokas tekemään mainitusta koostumuksesta valmistetun erittäin suorituskykyisen komponentin 25 sähköä ja lämpöä johtavaksi.
7. 7. Yhdistelmä, tunnettu siitä, että se käsittää useita levyjä, joista vähintään yksi on patenttivaatimuksen 5 mukainen tuote. 1 28 83 71 2