NO174998B - Fremgangsmåte for fremstilling av gjenstander - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for innkapsling av gjenstander. Fremgangsmåten har spesiell anvendelse for fremstilling av lette komposittmaterialer. Materialene som fremstilles ifølge oppfinnelsen viser forbedrede anvendelsesegenskaper så som redusert vekt og termisk utvidelseskoeffisient.

I det følgende beskrives produktet av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen både som belagt gjenstand og som fyllstofforsterket kompositt.

Vellykket anvendelse av fyllstofforsterkede kompositter i romfart, som f.eks. antennefremstilling, stiller flere viktige krav til den fyllstofforsterkede kompositten. Et krav av primær betydning er at kompositten har styrke og dimensjonsmessig stabilitet (dvs. en lav lineær termisk utvidelseskoeffisient) beregnet på å tåle de store tempera-tursvingningene i omgivelsene.

I tillegg, for komplekse strukturer som antenner, foretrekkes strukturer støpt av epoksyharpiks-baserte kompositter fremfor metallstrukturer siden komposittene kan støpes direkte, derved unngås dyre maskineringsoperasjoner. Glass- og grafitt-fiberforsterkede epoksybaserte kompositter benyttes i økende grad innen romfart på grunn av det høye styrke-til-vektforholdet. Disse komposittmaterialene finner bred anvendelse i strukturelle komponenter som f.eks. antenner som benyttes i rommet på grunn av den relativt lave termiske utvidelseskoeffisienten (a). Slike materialer er f.eks. beskrevet av H. S. Katz og J. V. Milewski, i boken med tittelen "Handbook of Fillers and Reinforcements for Plastics", kapittel 19, "Hollow Spherical Fillers", Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1978, side 326 til 330.

I rommet hvor én side av strukturelementet er utsatt for konstant sollys, mens den motsatte overflaten av elementet befinner seg i mørket, vil den siden som eksponeres mot sollys oppvarmes betydelig mer enn den motstående overflaten. Slik ikke-uniform oppvarming forårsaker ujevn ekspansjon av strukturelementet som utgjør antennen med resulterende forvridning av antennen fra den ønskede formen. Følgelig krever anvendelse i rommet at en kritisk strukturkomponent for antenne viser en dimensjonsmessig stabilitet i løpet av en 10 års levetid i driftsområdet på 12 til 46°C og har tettheter lik eller mindre enn 0,9 g/cm<3>. Når struktur-komponentene elektrobelegges med et metallag for å muliggjøre anvendelse f.eks. som en elektromagnetisk interferens (EMI) avskjerming, eller en ledende vei i antennebølgelederstruk-turer, må metallbeleggingslaget også tåle termiske sving-ninger i de ekstreme forholdene i rommet uten tap av adhesj on.

Videre, innen et annet felt som er av interesse, vet man at høyspenningskraftforsyninger og pulsdannende nettverk for anvendelse i rommet må oppfylle høye krav til virkning og pålitelighet i lange tidsrom under ekstreme miljøbetingelser. For å sikre problemfri bruk av komponentene i sammensetningen, må komponentene, som f.eks. magnetiske spoler, kondensatorer, dioderekker, transformatorer, statorgenera-torer og resistornettverk, vanligvis innkapsles med synte-tiske harpiksmaterialer for å tilveiebringe elektrisk isolasjon av komponentene. Slike innkapslingsmidler " for elektriske og elektroniske komponenter er beskrevet f.eks. i boken av Katz et al, omtalt ovenfor, på side 327.

På grunn av deres utmerkede adhesjon, gode mekaniske, fuktighets- og kjemiske egenskaper, benyttes epoksyharpikser i stor grad både som innkapslingsmaterialer for elektroniske komponenter og sammen med glass- og grafittfibrer og mikrosfærer ved fremstillingen av de ovenfor omtalte forsterkede komposittstrukturene med god ytelse, som f.eks. antenner. Den innkapslede gjenstanden eller fylte epoksyharpiks-kompositten støpes ved å anvende konvensjonelle støpetek-nikker, som f.eks. press-støping eller transpressforming, hvor de påkrevede materialene innbefattet harpiksen plasseres i en sylinder, og herding av harpiksen bevirkes under forøket trykk, ved å benytte henholdsvis hydrostatisk gasstrykk og hydraulisk trykk. Problemer som oppstår ved støpingen av epoksysystemene og spesielt de fylte epoksyharpikssystemene har begrenset anvendelsen av disse harpiksene som innkapslingsmaterialer. Ved støping av fyllstofforsterkede kompositter forsterkes problemene på grunn av de store fyllstoffmengdene, f.eks. 40 til 60 vekt-#, som er påkrevet i de epoksyharpiksbaserte komposittstrukturene for å oppnå den påkrevde lave a-verdien og den tilsvarende gode dimensjonsmessige stabiliteten. Når man følgelig anvender transpressforming eller porsjonsvis innkapslingsteknikk, hindrer anvendelsen av høye fyllstoffinnhold i epoksysystemene den påkrevde harpiksstrømmen inn i formen på grunn av den høye viskositeten av et slikt harpikssystem. Dette resulterer i sin tur i varierende fyllstofforienteringer og fordeling innenfor de geometriske områdene i de komplekse strukturene som formes, med et resulterende tap i termisk utvidelseskoeffisient og den endelige dimensjonsmessige stabiliteten, såvel som sviktende vedheng mellom metallagene som belegges på overflatene av strukturen. Dette problemet forsterkes ytterligere når hule partikkelmaterialer som f.eks. glass-eller grafittmikrosfærer benyttes som fylstoffmaterialer fordi den fylte epoksyharpiksen med høy viskositet kan ha uventede tettheter på grunn av brudd av mikrosfaerer og hulrom i fyllstoff/harpiksblandingen. Videre er harpikser med høy viskositet ute av stand til å trenge gjennom og impregnere fyllstoffet for å tilveiebringe homogene systemer.

I tillegg, når det gjelder innkapslingsmaterialer for elektriske komponenter, har varmeherdbare epoksyharpiks-systemer ifølge teknikkens stand som benyttes som innkaps-lingsharpikser, den ulempen at viskositeten av harpiksen ved arbeidstemperaturene, f.eks. 100°C, er relativt høye, f.eks. 500 centipoise (eps), og slike harpikser trenger ikke fullstendig inn i åpningene som er tilstede i den elektriske komponenten. Følgelig er isolasjonen ofte ufullstendig og defekt.

Det er et hovedformål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for støping av fylte termoherdende harpikser i form av epoksyharpikser, for å tilveiebringe harpiksbaserte fyllstofforsterkede komposittstruk-turkomponenter som har en lav termisk utvidelseskoeffisient som gjør kompositten relativt ufølsom for temperaturvaria-sjoner i omgivelsene, samtidig som den gir de ønskede egenskapene som lav tetthet, høy styrke og kompatibilitet med beleggingen med vedhengende metallfilmer og belegg.

Det er et videre formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for innkapsling av elektriske komponenter eller innretninger for å tilveiebringe komponenter eller innretninger med forbedret pålitelighet og forbedrede elektriske egenskaper.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for innkapsling av gjenstander, innbefattende trinnene med

(a) tilveiebringelse av en stiv form som har et hulrom og en åpning i en overflate av formen som står i forbindelse med nevnte hulrom; (b) tilveiebringelse av et kammer for å holde nevnte form og for å tilføre varme og varierende trykk på hulrommet i formen; (c) oppvarming av kammeret til en på forhånd bestemt temperatur og opprettholdelse av temperaturen i kammeret; (d) fylling av gjenstandene i hulrommet av formen; (e) anbringelse av formen inneholdende gjenstandene i det oppvarmede kammeret; (f) fylling av formhulrommet med en varmeherdbar, epoksyharpiks med lav viskositet som herder ved den forhåndsbestemte temperaturen; (g) evakuering av formhulrommet til et trykk under atmosfæretrykk, for å pålegge et vakuum på formen for derved å impregnere gjenstandene med harpiksen og avgasse forminnholdet; (h) avlastning av vakuumet til atmosfæretrykk for å bryte eventuelle gassbobler som finnes igjen i forminnholdet; (i) pålegging av et trykk over atmosfæretrykk på formen for å bringe den varmeherdbare epoksyharpiksen til å innkapsle gjenstandene som er plassert iformen, hvor temperaturen og trykket over atmosfæretrykk opprettholdes i et tidsrom som er tilstrekkelig til delvis å herde harpiksen og danneen enhetlig struktur;

(j ) fjernelse av strukturen fra formhulrommet; og (k) den uttatte strukturen underkastes en ytterligere oppvarmingssyklus for fullstendig å herde harpiksen. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at trykket under atmosfæretrykk ligger i området fra 1 - 200 mm kvikksølv (133-26.600 pascal) og pålegges i 1 til 5 minutter; og trykket over atmosfæretrykk er i området fra 3,45 x IO<5> til 6,9 x 10^ pascal og opprettholdes i 30 minutter til 3 timer.

Ved de betingelsene som anvendes ved foreliggende oppfinnelse oppnås det gjenstander som har betydelig forbedrede egenskaper sammenlignet med produktene som oppnås ved fremgangsmåter ifølge teknikkens stand.

Foretrukne varmeherdbare harpikser er epoksyharpikser med lav viskositet som har 1, 2 epoksygrupper eller blandinger av slike harpikser, og innbefatter cykloalifatiske epoksyharpikser, som f.eks. glysidyleterne av polyfenoler, epoksyharpikser, flytende bisfenol-A diglysidyleter-epoksyharpikser (som f.eks. markedsført som "EPON 815" av Shell Chemical Company).

Epoksyharpikser som er foretrukket ved utførelsen av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er polyglysidyl aromatiske aminer, f.eks. N-glysidylaminoforbindelser som konvensjonelt fremstilles ved å omsette et halogenhydrin som f.eks. epiklorhydrin med et amin. Eksempler på disse foretrukne polyglysidyl aromatiske aminene innbefatter diglysidylanilin, diglysidylortotoluidin og tetraglysidyl-metaxylendiamin.

Epoksyharpiksene blandes med polyfunksjonelle herdemidler for å tilveiebringe varmeherdbare epoksyharpikser som kan kryssbindes ved moderate temperaturer, f.eks. ca. 100°C, for fremstilling av termoherdende gjenstander. Egnede polyfunksjonelle herdemidler innbefatter polykarboksylsyre-anhy-drider, som eksempler kan nevnes nadinsyremetylanhydrid (dvs. et maleinsyreanhydrid-addisjonsprodukt av metylcyklopenta-dien), metyltetrahydroftalsyreanhydrid og metylheksahydro-ftalsyreanhydrid. Polykarboksylsyreanhydridforbindelser er foretrukne herdemidler for polyglysidylaromatisk aminbaserte epoksyharpikser. Ved fremstilling av varmeherdbare, termoherdende epoksyharpikssammensetninger blandes epoksyharpiksene med herdemiddelet i andeler på fra 0,6 til 1,0 av de støkiometriske andelene.

Herdeakseleratorer kan anvendes ved fremstilling av varmeherdbare epoksyharpikssammensetninger,,. og spesielt når man benytter polykarboksylsyreanhydrider som herdemidler innbefatter de foretrukne akseleratorne substituerte imida-zoler så som 2-etyl-4-metylimidazol og organometalliske forbindelser så som tinnoktoat, koboltoktoat, og dibutyltinn-dilaurat.

Betegnelsen "herding" slik den her anvendes betegner omvandlingen av den termoherdende harpiksen til et uopp-løselig og usmeltbart kryssbundet produkt og, som regel, samtidig formgivning til gitte formgitte gjenstander.

For å fremstille harpiksbaserte fyllstofforsterkede komposittgjenstander er det mulig videre å blande epoksyharpiksen i blanding med herdemiddelet og akseleratoren, før herding, med fyllstoffer og forsterkende midler, som f.eks. glass-fibrer, karbonfibrer , grafittfibrer , Kevlar-fibrer , glass-mikrosfærer, karbonmikrosfærer, keramiske partikler eller glasspartikler, og blandingen plasseres i formen. Imidlertid er det foretrukket ved utførelsen av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse at formen på forhånd er pakket med fyllstoffet, dvs. fyllstoffet plasseres først i formen, etterfulgt av tilsatsen av den varmeherdbare harpiksen. Dersom fyllstoffet på forhånd er blandet med harpiksen og deretter plasseres i formen dannes en herdet kompositt med varierende fyllstofforienteringer og fordelinger i de forskjellige geometriske områdene av formen. Eventuelt forbehandles komponentene i fyllstoffet, så som fibrer eller mikrosfaerer, med et titanat-glattemiddel som omtalt nedenfor og blandes mekanisk eller manuelt, slik at det oppstår en homogen blanding, denne tilsettes så til formhulrommet. Deretter kan formen eventuelt vibreres for å fremme en uniform fordeling av fyllstoffet i formen. Det er ved anvendelse av pakningsteori funnet at en forøket volumprosent faste stoffer i harpiksblandingen kan oppnås. Pakningsteori baseres på det konseptet at siden de største fyllstoff-partikkelstørrelsene i et gitt forsterkningssystem pakker seg slik at de gir det totale volumet av systemet, kan tilsatsen av stadig mindre partikler utføres på en slik måte at disse opptar hulrommene mellom de større fyllstoffpartiklene uten at det totale volumet økes. Denne teorien er diskutert av Harry S. Katz og John V. Milewski i boken med tittelen "Handbook of Fillers and Reinforcements for Plastics", kapittel 4, "Packing Concepts in Utilization of Filler and Reinforcement Combinations", Van Nostrand Reinhold, 1978. Fyllstoffene som benyttes velges på basis av partikkelstør-relse, form, og bidrag til de totale komposittegenskapene. Denne teorien vedrører anvendelse av faste partikkelmaterialer såvel som hule kuler. På grunn av den høye viskositeten av en slik sterkt belagt harpiks vil blandingen ikke kunne flyte inn i formen uten å skade mikrosfaerene. For å unngå dette problemet pakkes først det tørre fyllstoffet (dvs. en blanding av mikrosfærer og fibrer) i formen. "Ved å anvende pakningsteori som beskrevet ovenfor kan fyllstoffet pakkes med høy tetthet og slik at segregering av bestand-delene ikke finner sted. Anvendelsen av maksimal fyllstoff-mengde med en harpiks med svært lav viskositet og egnede koblingsmidler (for å oppnå god fyllstoff-matriksadhesjon) gir et materiale som, når det formes ved vakuum-væske-overføring som beskrevet nedenfor, gir homogene, porefrie strukturer.

Komposittgjenstanden fremstilt ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse betegnes her som en "fiberforsterket syntaktisk skumkompositt", som beskriver en kompositt av syntaktisk skum (dvs. et skum dannet ved inkorporering av hule sfærer i en flytende harpiks) og forsterkende fibrer dispergert gjennom det syntaktiske skummet. Komposittgjenstanden fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse betegnes her også mer generelt som en "harpiksbasert fyllstofforsterket kompositt", som betegner en kompositt av en harpiks og forsterkende fyllstoffmateriale.

Foretrukne fyllstoffmaterialer er fibrer av forbestemt lengde og hule mikrosfærer av forbestemt diameter. Fibrene kan være fremstilt av grafitt, glass, karbon eller polyamid, mens hule mikrosfærer kan være fremstilt av glass, silisiumoksyd eller karbon.

Karbonfibrer som er nyttige som forsterkningsmidler i formgivningen av foreliggende fyllstofforsterkede kompositter er fibrer med høy styrke og høy modul som i det vesentlige består av amorft karbon, men mer foretrukket av grafitt eller pyrolyttisk grafitt som generelt betegnes som grafitt-f ibrer. En type graf ittf ibrer som kan benyttes til for-sterkning av komposittene er "HM-S"-grafittfibre (tilgjengelige fra Courtaulds Company, Storbritannia) som har følgende dimensjoner og fysikalske egenskaper: Glassmikrosfærer eller hule mikrosfærer benyttet som fyllstoffer består i det vesentlige av silisiumoksyd, og typiske glassmikrosfærer som kan benyttes har følgende dimensjoner og fysikalske egenskaper:

Karbonmikrosfærer består hovedsakelig av tynnveggede karbonkuler, og typiske eksempler på karbonmikrosfærer som kan benyttes har følgende dimensjoner og fysikalske egenskaper :

Som kjent innen teknikken kan fukting av fyllstoffene, som f,eks. grafittfibrer, ved epoksyharpikser lettes ved anvendelse av titanatglattemidler som f.eks. di(dioktylpyro-fosfato)etylentitanat ("KR238M" tilgjengelig fra Kenrich Petrochemical Company of Bayonne, New Jersey), tetra(2,2-diallyloksymetyl 1-butoksy)titan di(ditridecyl)fosfitt ("KR55" tilgjengelig fra Kenrich) eller titandi(kumylfen-ylat)oksyacetat ("KR134S", tilgjengelig fra Kenrich), hvorved kompaktering og harpikspenetrering av fyllstoffet ved harpiksen forbedres ved nærværet av slike midler, og anvendelsen av slike glattemidler representerer en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse. Glattemidlene kan være oppløst i blandingen av harpiks, mikrosfærer og fibrer; eller, fortrinnsvis, tilsettes de til en blanding av mikrosfærene og fibrene i forhåndsbestemte andeler ved å neddykke denne blandingen i en oppløsning av glattemiddelet, etterfulgt av filtrering og tørking av blandingen for å tilveiebringe en forbehandlet mikrosfære/fiberblanding.

Følgende formuleringer viser området for andelene, i vektprosent og volumprosent, av komponentene som en fyll-stoffholdig varmeherdbar epoksyharpikssammensetning med fordel kan inneholde for anvendelse ved støpingen av fyllstofforsterkede komposittgjenstander ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Til fremstilling av epoksysammensetningen kan epoksyharpiksen, herdemiddelet og herdeakseleratoren som er valgt for støpingen av harpiksen blandes på en hvilken som helst konvensjonell måte. Herdemiddelet kan blandes i epoksyharpiksen ved romtemperatur. Et fast herdemiddel på pulverisert form kan også blandes i epoksyharpiksen ved romtemperatur ved kontinuerlig risting før blanding med den utvalgte epoksyharpiksen .

Anvendelsen av polyglysidylaromatiske aminer som epoksyhar-pikskomponenten i sammensetningen som skal støpes gir en oppløsningsmiddel-fri flytende epoksykomponent med lav viskositet. For eksempel har polyglysidylaromatiske aminer så som diglysidylortotoluidin sammen med herdemidler som f.eks. nadinsyremetylanhydrid viskositeter i området fra 125 til 550 centipoise (eps) målt ved 24°C. Ved å anvende slike harpikser med lav viskositet oppnås totalfuktning og fullstendig impregnering av fyllstoffet og hulrom i dette, dette resulterer i homogene, porefrie komposittstrukturer. For å innkapsle et antall innretninger samtidig kan det "benyttes en individuell form som har flere hulrom, hvor én innretning plasseres i hvert hulrom. Harpiksen innføres i den forvarmede individuelle formen og deretter plasseres den i det individuelle formen eller et antall individuelle former i den permanente formen eller kammeret av overføringspressen for påleggelse av vakuum eller trykk i overensstemmelse med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Når fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse videre anvendes for å innkapsle elektriske innretninger kan sammenpassende former benyttes for å tilvieebringe deler, eller deler som har den ønskede sluttkonfigurasjonen, på en slik måte at tilnærmet ingen sluttbehandling er påkrevet. I tillegg reduserer de korte herdetidene av de foretrukne harpiksene som her er beskrevet støpetiden betydelig sammenlignet med porsjonsvis innkapsling. Disse to sitnevnte faktorene medfører betydelige innsparinger i arbeidskostnader ved å anvende fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse isteden for kjente porsjonsvise innkapslingsprosesser.

Det bør bemerkes at andre reduserte trykk og forøkede trykk enn de som er angitt ovenfor kan være påkrevet for å oppnå impregnering og innkapsling av en spesiell innretning eller et spesielt materiale. F.eks. kan en tettspunnet spole kreve et mer ekstremt vakuum eller et høyere trykk enn en mindre tettspunnet spole. I tillegg kan viskositeten og andre fysikalske egenskaper for den spesielle harpiksen som benyttes også påvirke det trykket under atmosfæretrykk som er påkrevet for å gi impregnering av gjenstanden, eller trykket over atmosfæretrykk som er påkrevet for å gi kompaktering og innkapsling av gjenstanden.

Videre skal det bemerkes at slike prosessdetaljer som herdetemperaturen, oppholdstiden og etterherdebetingelsene bl.a. vil avhenge av sammensetningen av den spesielle harpiksen som benyttes. Videre skal det bemerkes at fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan auto-matiseres helt eller delvis for anvendelse i produksjons-linje.

I en annen alternativ fremgangsmåteutførelse av foreliggende oppfinnelse for innkapsling av en gjenstand fylles formen først med en forbestemt mengde av fyllstoffet og deretter plasseres gjenstanden som skal innkapsles, så som en elektrisk komponent, inne i fyllstoffmaterialet slik at den er omgitt av fyllstoffet. Deretter innføres harpiksen i formen og den ovenfor omtalte fremgangsmåten for innkapsling av en elektrisk komponent gjennomføres. Gjenstanden som er fremstilt på denne måten innbefatter en elektrisk komponent impregnert med harpiksen og som har et ytre belegg på noen hundredels millimeter av den harpiksbaserte fyllstofforsterkede kompositten som omgir komponenten og utgjør en del av denne. En slik innretning har forbedrede egenskaper på grunn av det ytre fyllstoffbelegget som et harpiksbelegg alene ikke kan tilveiebringe, så som forbedret resistens mot termisk sjokk og forbedret termisk utvidelseskoeffisient.

Ved utførelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse som omtalt ovenfor kan dimensjonsmessig stabile, lette, kompliserte harpiksbaserte^ fyllstofforsterkede komposittstrukturer som har homogen fyllstoffordeling lett og reproduserbart støpes. Slike kompositter er spesielt nyttige for fremstilling av strukturer, så som antenne-bølgeledere, for anvendelser i rommet.

I tillegg kan, ifølge foreliggende oppfinnelse, elektriske komponenter innkapsles med et elektrisk isolasjons- og passiveringslag for å tilveiebringe meget pålitelige komponenter.

Videre er, på grunn av den relativt lave termiske utvin-nelseskoeffisienten og høye termiske ledningsevnen, komposittstrukturer av fyllstoffholdige epoksyharpikser fremstilt ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, vist seg å være spesielt anvendelige ved metallbeleggingsprosesser hvor overflatene derav prepareres for elektroløs Delegging ved plasmabehandling. Den relativt høye adhesjonen av metallavsetninger til komposittoverflaten antas å være en funksjon av både topografien av den plasmabehandlede overflaten pluss den mekaniske integriteten av den gjen-værende overflaten. Slik metallbelegging kan, som tidligere angitt, være påkrevet for å tilveiebringe en ledende vei i en antennebølgelederstruktur.

For å bevirke plasmabehandling underkastes overflaten av den fyllstofforsterkede epoksyharpiksbaserte kompositten en plasmaprosess hvor en reaksjonsgass som inneholder en blanding av luft, nitrogen, eller argon med oksygen, vanndamp, nitrogenoksyd, eller annen harpiksoksyderende kildegass, for å fjerne polymer-"huden" og eksponere fyllstoffet, som tilveiebringer en overflate som er lett beleggbar. Normale plasmaetsingsbetingelser som er kjent innen teknikken benyttes. F.eks. for en plasmaeksiterings-energi på 2.153 Watt/m<2> for kompositt anvendes en 02/inert-gass-kilde på ca. 1.000 ml/min., et vakuumtrykk på 200 pm Hg, og en varighet på én time.

Metallbelegging av den estede epoksyharpiks-komposittoverflaten kan med fordel utføres ved elektroløs belegging av den plasmabehandlede komposittoverflaten ved standardfrem-gangsmåter så som dypping av den behandlede kompositten i beleggingsoppløsningen i et tidsrom som er tilstrekkelig til å oppnå en uniform oppbygning av metall på den behandlede overflaten. Metaller som kan belegges på de støpte, epoksyharpiksbaserte komposittene innbefatter kobber, sølv, nikkel, kobolt, nikkel/jern, nikkel/kobolt, andre nikkellegeringer og gull.

For elektroløs kobberbelegging kan f.eks. et vandig bad av "Shipley Co. #328" kobberbeleggingsoppløsning benyttes, dette inneholder kobbersulfat, natriumkaliumtartrat, og natrium-hydroksyd. Andre sammensetninger for elektroløs kobberbelegging kan også anvendes. Beleggingsbadet ristes eller omrøres før neddykking av den plasmabehandlede kompositten. Foretrukne beleggingstemperaturer ligger i området fra 15 til 95°C. Metalladhesjonen er utmerket selv etter eksponering av den belagte kompositten for cykler av svært forskjellige temperaturer, som beskrevet i eksemplene 1 og 2 nedenfor.

Etter at et elektroløst kobberlag er dannet på kompositten for å tilveiebringe en ledende overflate kan kobberbelegget bygges opp til en hvilken som helst ønsket tykkelse for å tilveiebringe en glatt overflatefinish, ved å benytte kjente elektrolyttiske beleggingsoppløsninger og fremgangsmåter; og etterfulgt av elektrolyttisk belegging av et annet metall, så som sølv, på det elektrolyttiske kobberbelegget ved å benytte kjente oppløsninger og fremgangsmåter. Et slikt sølvlag kan med fordel anvendes i antennebølgelederstrukturer.

De følgende eksemplene illustrerer foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 1

En varmeherdbar epoksyharpikssammensetning ble fremstilt og hadde følgende sammensetning:

Denne sammensetningen hadde en geleringstid på 25 minutter og en viskositet på 220 centipoise ved 24°C.

En flyllstoffblanding ble fremstilt med sammensetningen angitt nedenfor og hadde en tetthet på 0,543 g/cm<3>.

"Carbospheres" er tilgjengelige fra Versar Inc.; "HM-S" grafittfibrer er tilgjengelige fra Courtaulds Company i Storbritannia; og "KR238M" er tilgjengelige fra Kenrich Petrochemical Company.

Ved å anvende den detaljerte fremgangsmåten beskrevet ovenfor ble 10 gram av fyllstoffsammensetningen (dvs. en blanding av fibrene og mikrosfaerene forbehandlet med glattemiddelet som beskrevet ovenfor) plassert i en renset 14 cm x 1,3 cm vid blokkform av stål som på innsiden var belagt med et polyvin-ylalkoholslippmiddel og formen ble vibrert i ca. 5 minutter. Formen ble foroppvarmet til 100°C, den temperaturen hvorved herdingen av den varmeherdbare epoksyharpikssammensetningen startet. 40 g av epoksyharpikssammensetningen ble helt i formen som inneholdt fyllstoffet. Formen ble plassert i en lamineringspresse, en vakuumpose av nylon ble konstruert rundt kompresjonsverktøyet av pressen, og et vakuumtrykk på 125 mm kvikksølvtrykk ble opprettholdt på apparaturen i 2 minutter for å trekke ned harpiksen for impregnering av fyllstoffet og å avgasse harpiksmaterialene i formen. Vakuumet ble deretter frakoblet uten fjernelse av vakuumposen og apparaturen ble holdt i denne passive vakuumtilstanden i ytterligere 2 minutter. Deretter ble et konstant positivt trykk på ca. 5,5 x IO<6> pascal pålagt på harpiks/fyllstoffblandingen i formen i 75 minutter ved 100°C. Under dette trykktrinnet rant 69 vekt-# av harpiksen ut fra formen. Den støpte komposittblokken hadde tilstrekkelig grønn styrke til å kunne fjernes fra formen, hvoretter den ble etterherdet i 4 timer i ubelastet tilstand i en ovn innstilt på 149° C. Den endelige porefrie blokken inneholdt 60 vekt-# (77 volum-#) fyllstoff og ble skåret i egnede former for undersøkelse av fysikalske egenskaper. Kompositten ble funnet å ha de fysikalske egenskapene som er sammenfattet i tabell I.

En del av den støpte blokken ble overflatebelagt med kobber ved å utsette overflaten av blokken for et oksygenrikt plasma som beskrevet ovenfor, dette resulterte i et vekttap for overflaten på ca. 1,5$, innbefattet fuktighets- og harpiks-fjernelse. Den plasmabehandlede blokken ble deretter dyppet i "Shipley #328", elektroløs kobberbeleggingsoppløsning, som beskrevet ovenfor, og deretter tørket ved 120°C under et trykk på 737 mm Hg (manometertrykk).

Den belagte kompositten ble deretter vurdert med hensyn til adhesjon for det avsatte kobberlaget ved anvendelse av et ASTM D3359 tapeadhesjonsforsøk før og etter 25 cykler av termisk sjokk pålagt på den belagte overflaten ved alterna-tivt å dyppe den belagte prøven i flytende nitrogen (-196°C) i 30 sekunder og kokende vann (100°C) i 10 sekunder. Intet tap av kobber ble observert.

Eksempel 2

Fremgangsmåten i eksempel 1 ble gjentatt med det unntaket at harpiks/fyllstoffblandingen ble holdt ved 100°C i støpepres-sen i 2 timer ved å benytte forskjellige hapriks/fyllstofforhold. Komponentene i støpesammensetningene og de fysikalske egenskapene for de støpte komposittene er sammenfattet henholdsvis i tabell II og III. Definisjonene fra tabell I gjelder også tabell III.

Eksempel 3

Fremgangsmåten fra eksempel 2 ble gjentatt med det unntaket at titanatglattemiddelet som ble benyttet i fyllstoffblandingen var "KR 134S" titanat fra Kenrich. Anvendelsen av "KR 134S" titanat ble observert å gi bedre fuktning av fyllstoffblandingen med harpiksen.

Komponentene i støpesammensetningene og de fysikalske egenskapene for de støpte komposittene er sammenfattet henholdsvis i tabellene IV og V. Definisjonene for tabell II gjelder også tabell IV, mens definisjonene for tabell I gjelder tabell V.

Eksempel 4

Fremgangsmåten fra eksempel 1 ble gjentatt ved å anvende en serie harpiks/fyllstoffsammensetninger som inneholdt forskjellige fyllstoffer og fyllstofforhold. Sammensentinge-ne av fyllstofformuleringene er sammenfattet i tabell VI, mens de fysikalske egenskapene for de støpte komposittblokkene er sammenfattet i tabell VII. Definisjonene fra tabell I gjelder for tabell VII. Med hensyn til tabell VI gjelder følgende definisjoner: a. Carbospheres" er karbonmikrosfærer som har en spesifikk tetthet på 0,32 og en midlere diameter på 50 mikrometer, tilgjengelig fra Versar Corporation. b. "HM-S50" (50 pm) grafittfibrer er grafittfibrer som har en lengde på ca. 50 mikrometer og en diameter på ca. 8 mikrometer, tilgjengelig fra Courtaulds Co. i Storbritannia. c. 1/4 mm "HM-S50" grafittfibrer er grafittfibrer som har en lengde på ca. 250 mikrometer og en diameter på ca. 8 mikrometer, tilgjengelig fra Courtaulds Co. i Storbritannia. d. "C15/250" glass-mikrosfærer består av borsilikat-glass, har en diameter på 10-200 mikrometer, en tetthet på 0,15 g/cm<3> og en kompresjonsstyrke på 1,72*10^ pascal, tilgjengelig fra 3M Company of Minnesota.

Overflatene av de støpte komposittblokkene i tabell VII ble underkastet plasmabehandling under følgende betingelser: 02/inertgass-kilde på ca. 1.000 ml/min., vakuumtrykk på 200 pm Hg, og varighet 1 time. Overflatene av de plasmabehandlede blokkene ble deretter kobberbelagt i en tykkelse på 0,076-0,101 mm ved å dyppe de etsede blokkene i et vandig "Shipley #328" elektroløst kobberbeleggingsbad.

Den belagte kompositten ble deretter undersøkt vedrørende adhesjon for det avsatte kobberlaget ved å anvende ASTM D3359 tape-adhesjonsforsøket og de termiske sjokkcyklene fra eksempel 1. Adhesjonsresultatene er gjengitt i tabell VIII nedenfor.

Eksempel 5

Dette eksempelet illustrerer innkapslingen av en elektrisk komponent ved å anvende fremgangsmåten ifølge foreliggende oppf innelse.

En varmeherdbar epoksyharpikssammensetning ble fremstilt og hadde følgende sammensetning:

En standard forsøksmagnetspole som innbefattet to lag kobbervindinger separert ved 0,076 mm isolasjon og som hadde en lengde på 5,08 cm og en diameter på 2,54 cm ble plassert i en renset stålform som var 7,62 cm bred og 18,4 cm lang. Formen var foroppvarmet til, og ble holdt ved, 100° C, den temperaturen hvor herdingen av den varmeherdbare epoksyharpikssammensetningen ble initiert. Formen ble plassert i en overføringspresse og 200 g av epoksyharpikssammensetningen angitt ovenfor ble fylt inn i formen som inneholdt spolen. Et vakuum på 1-4 mm kvikksølvtrykk ble pålagt på formen og opprettholdt på sammensetningen i 2 minutter for å impregnere

spolen og utgasse harpiksmaterialene i formen. Vakuumet ble deretter frakoblet og apparaturen holdt i denne passive vakuumtil standen i ytterligere 2 minutter. Deretter ble et konstant positivt trykk på ca. 6,21'IO<5> pascal pålagt på spole/harpikssystemet i formen i 2 timer ved 100°C. Under dette trykktrinnet ble det estimert at ca. 50 vekt-# av harpiksen strømmet ut fra formen. Den innkapslede spolen som hadde et 0,051 mm tykt harpikslag ble fjernet fra formen, hvoretter den ble etterherdet i 3 timer i en ovn innstilt på 135°C.

Den innkapslede spolens resistens overfor elektriske belastninger er gjengitt i tabell IX nedenfor.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for innkapsling av gjenstander, innbefattende trinnene med (a) tilveiebringelse av en stiv form som har et hulrom og en åpning i en overflate av formen som står i forbindelse med nevnte hulrom; (b) tilveiebringelse av et kammer for å holde nevnte form og for å tilføre varme og varierende trykk på hulrommet i formen; (c) oppvarming av kammeret til en på forhånd bestemt temperatur og opprettholdelse av temperaturen i kammeret; (d) fylling av gjenstandene i hulrommet av formen; (e) anbringelse av formen inneholdende gjenstandene i det oppvarmede kammeret; (f) fylling av formhulrommet med en varmeherdbar, epoksyharpiks med lav viskositet som herder ved den forhåndsbestemte temperaturen; (g) evakuering av formhulrommet til et trykk under atmosfæretrykk, for å pålegge et vakuum på formen for derved å impregnere gjenstandene med harpiksen og avgasse forminnholdet; (h) avlastning av vakuumet til atmosfæretrykk for å bryte eventuelle gassbobler som finnes igjen i forminnholdet ; (i) pålegging av et trykk over atmosfæretrykk på formen for å bringe den varmeherdbare epoksyharpiksen til å innkapsle gjenstandene som er plassert iformen, hvor temperaturen og trykket over atmosfæretrykk opprettholdes i et tidsrom som er tilstrekkelig til delvis å herde harpiksen og danneen enhetlig struktur; (j) fjernelse av strukturen fra formhulrommet; og (k) den uttatte strukturen underkastes en ytterligere oppvarmingssyklus for fullstendig å herde harpiksen, karakterisert ved at trykket under atmosfæretrykk ligger i området fra 1 - 200 mm kvikksølv (133 - 26.600 pascal) og pålegges i 1 til 5 minutter; og trykket over atmosfæretrykk er i området fra 3,45 x IO<5> til 6,9 x IO<6> pascal og opprettholdes i 30 minutter til 3 timer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for fremstilling av en harpiksbasert, fyllstoffarmert komposittgjenstand, karakterisert ved at det i trinn (i) pålegges et trykk over atmosfæretrykk i området 6,90 x IO<5> til 6,90 x IO<6 >pascal i 1 til 2 timer for å bringe den varme, herdbare harpiksen til å kompaktere og omslutte partiklene av et fyllstoff anbragt i formen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for innkapsling av en elektrisk komponent, karakterisert ved at formen i trinn (g) evakueres til et trykk under atmosfæretrykk i området fra 1 til 4 mm kvikksølv (133 til 534 pascal) i 1 til 5 minutter, for å pålegge et vakuum på formen for derved å impregnere komponenten med harpiksen og avgasse forminnholdet .