RU2724650C1

RU2724650C1 - Электропроводящие материалы, диспергированные в непроводящем органическом материале

Info

Publication number: RU2724650C1
Application number: RU2020102329A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Дубок; Дмитрий Александрович Янчук
Original assignee: ООО "РТ-технологии"
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Изобретение относится к области токопроводящих, экранирующих и герметизирующих эластомерных материалов и применяется в различных радиотехнических ВЧ и СВЧ устройствах гражданского, военного и космического назначения в качестве токопроводящих уплотнителей, элементов экранировки и защиты от электромагнитных помех (ЭМП).Токопроводящий эластомер состоит из связующего компонента на основе силикона, или фторсиликона, или этиленпропиленового сополимера, содержит в качестве электропроводящего наполнителя мелкодисперсные частицы сферической формы с размерами от 50 до 100 мкм алюминия, или графита, или меди, покрытые серебром. В состав внесены мелкодисперсные частицы сферической формы с размерами от 10 до 40 мкм алюминия, или графита, или меди, покрытые серебром. Изобретение позволяет повысить объемную долю токопроводящего наполнителя в материале при сохранении других основных физических характеристик, а также увеличить удельное количество точек контакта на единицу сечения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области токопроводящих, экранирующих и герметизирующих эластомерных материалов, и применяется в различных радиотехнических ВЧ и СВЧ устройствах гражданского, военного и космического назначения в качестве токопроводящих уплотнителей, элементов экранировки и защиты от электромагнитных помех (ЭМП).

Из уровня техники известна серия материалов ECE фирмы «Laird Technologies» (https://www.laird.com/sites/default/files/2019-09/EMI-CAT-ECE%20080615%20EletroSeal.pdf), материалов CHO-SEAL фирмы «Parker Hannifin Corporation» (https://www.parker.com/Literature/Chomerics/Parker%20Chomerics%20Sheet%20Stock%20and%20Fabricated%20Parts.pdf), материалов серии 5750 фирмы Holland Shielding Systems BV (https://hollandshielding.com/content/Filemanager/5750-S%20-%20Conductive%20rubber%20sheets%20Technical%20datasheet.pdf_November-6-2019-827am.pdf), материалы серии 1210, 1211 фирмы Kemtron (https://kemtron.co.uk/wp-content/uploads/pdfs/en/emc/kt-en-conductive-elastomers-01-2020.pdf), имеющих объемное сопротивление менее 0,01 Ом⋅см (по методу MIL-DTL 83528), выполненных на основе силикона, или фторсиликона, или этиленпропиленового сополимера с применением в качестве проводящего наполнителя мелкодисперсных частиц стекла, алюминия, или графита, или меди, покрытых серебром или никелем.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по наибольшему числу существенных признаков является серия материалов CHO-SEAL фирмы «Parker Hannifin Corporation» (https://www.parker.com/Literature/Chomerics/Parker%20Chomerics%20Sheet%20Stock%20and%20Fabricated%20Parts.pdf), имеющих диапазон температур эксплуатации от -65 до +160°С, объемное сопротивление менее 0,01 Ом⋅см (по методу MIL-DTL 83528), выполненных на основе силикона или фторсиликона с применением в качестве проводящего наполнителя мелкодисперсных частиц алюминия или меди, покрытых серебром.

Недостатком вышеописанных технических решений является низкая электрическая стабильность материалов, а именно значительное ухудшение объемного сопротивления вследствие воздействия нагревания и растягивания, а также низкий параметр экранировки в диапазоне ВЧ и СВЧ.

Основная задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании материала, обладающего повышенной стабильностью объемного сопротивления при воздействии нагревания, растягивания и увеличенному параметру экранировки в диапазоне ВЧ и СВЧ.

Поставленная задача решается тем, что в токопроводящий эластомер, состоящий из связующего компонента на основе силикона, или фторсиликона, или этиленпропиленового сополимера, содержащего в качестве электропроводящего наполнителя мелкодисперсные частицы сферической формы с размерами от 50 до 100 мкм алюминия, или графита, или меди, покрытые серебром, согласно предложенному решению , внесены мелкодисперсные частицы сферической формы с размерами от 10 до 40 мкм алюминия, или графита, или меди, покрытые серебром.

Дополнительно в состав материала могут быть внесены мелкодисперсные частицы дендритной формы алюминия или меди, покрытые серебром.

Заявленное изобретение поясняется рисунками, где на фиг. 1, А показана упрощенная структура материала прототипа, на фиг. 1, Б - упрощенная структура предлагаемого материала с мелкодисперсными частицами сферической формы, на фиг. 1, В - упрощенная структура предлагаемого материала с мелкодисперсными частицами дендритной формы.

Во всех вариантах, представленных на рисунках, основную массу токопроводящего наполнителя составляют сравнительно крупные частицы 1 сферической формы с размерами от 50 до 100 мкм, имеющие ряд преимуществ по сравнению с частицами меньшего размера и более сложной формы:

- их производство несет меньшие материальные затраты;

- обеспечивается необходимая твердость и эластичность материала;

- большая площадь контакта между соседними частицами обеспечивает высокую электрическую проводимость.

При этом количество точек контакта 2 на единицу сечения материала сравнительно небольшое, поэтому механическое растягивание и нагревание материала приводит к значительной нестабильности объемного сопротивления материала. Кроме того, высокая объемная доля связующего компонента 3 , являющегося диэлектриком, обусловленная значительным объемом пустот между частицами наполнителя, заполняющихся связующим компонентом, ухудшает параметр экранировки материала на СВЧ.

Для сведения этих недостатков к минимуму необходимо увеличить объемную долю токопроводящего наполнителя в материале. С этой целью в материал, как показано на фиг. 1, Б, добавляются частицы меньшего размера 4 сферической формы, заполняющие пустоты между частицами большего размера и увеличивающие количество точек контакта 2 на единицу сечения материала.

Еще более выраженный эффект достигается при добавлении частиц дендритной формы 5 , которые деформируются при прессовании изделий, принимая форму пустот между крупными сферическими частицами 1 , и создают большое количество точек контакта (фиг. 1, В).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение объемной доли токопроводящего наполнителя в материале при сохранении других основных физических характеристик, а также увеличение удельного количества точек контакта 2 на единицу сечения. Параметром, однозначно характеризующим объемную долю токопроводящего наполнителя в материале, является плотность материала (поскольку плотность металла в несколько раз выше плотности связующего компонента). Так, у прототипа плотность материала схожего состава составляет около 3,5 г/см³, а плотность заявленного материала превышает 5,0 г/см³.

Проведенные сравнительные испытания образцов заявленного материала и прототипа, выполненных с применением фторсиликона и частиц меди и алюминия, покрытых серебром, показали результаты, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 Результат сравнительного испытания образцов материалов

Исследуемый параметр	Изобретение	Прототип CHO-SEAL 1215
Средняя величина объемного сопротивления по методу MIL-DTL 83528, Ом⋅см	0,004	0,004
Ухудшение объемного сопротивления после растягивания по методу MIL-DTL 83528, Ом*см макс.	0,006	0,008
Ухудшение объемного сопротивления после нагрева по методу MIL-DTL-83528, Ом*см макс.	0,008	0,01
Величина экранировки материала по методу MIL-DTL 83528, на частоте 10 ГГц дБ	130	120
Величина экранировки материала по методу MIL-DTL 83528, на частоте 40 ГГц дБ	110	90

Claims

1. Токопроводящий эластомер , состоящий из связующего компонента на основе силикона, или фторсиликона, или этиленпропиленового сополимера, содержащий в качестве электропроводящего наполнителя мелкодисперсные частицы сферической формы с размерами от 50 до 100 мкм алюминия, или графита, или меди, покрытые серебром, отличающийся тем, что в состав внесены мелкодисперсные частицы сферической формы с размерами от 10 до 40 мкм алюминия, или графита, или меди, покрытые серебром.

2. Токопроводящий эластомер по п. 1, отличающийся тем, что в состав внесены мелкодисперсные частицы дендритной формы алюминия или меди, покрытые серебром.