DE10026633A1 - Elektrisch leitfähige Paste - Google Patents

Abstract

Leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie auf der Basis wenigstens eines Elastomers (10) und einer Beimengung leitender Partikel in Form von Fasern (20), bei dem die Fasern (20) flexibel sind sowie in regelloser Orientierung und unter Bildung einer Vielzahl von Berührungspunkten im Elastomer (10) eingebettet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie dessen Verwendung.

Derartige Materialien sind weit verbreitet und werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Eine besondere Bedeutung hat es beispielsweise im Zusammenhang mit der Abdichtung elek­ tromagnetisch abgeschirmter Gehäuse bei elektronischen Geräten erlangt, die elektromagnetische Strahlung aussenden oder durch von außen eindringende elektromagnetische Strahlung gestört werden können. Um die EMI (Electromagentic Interference) - bzw. RFI (Radio Frequency Interference)-Abschirmung zu bewirken und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu verbessern, werden die Gehäuse aus einem elektrisch leitenden oder elek­ trisch leitend beschichteten Material hergestellt. Um auch im Bereich der Trennfugen, an welchen die Teile des Gehäuses zusammengefügt werden, eine Abschirmung zu bewirken, ist es bekannt, Dichtungen aus einem elektrisch leitfähigen elasti­ schen Material zu verwenden.

Ein solches Material ist z. B. aus der US 4,011,360 bekannt. Dieses bekannte Material basiert auf einem Elastomer, nämlich einem Silikongummimaterial, dem elektrisch leitende Partikel beigemengt sind. Dieses Material polymerisiert unter Einwir­ kung der Luftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur.

Aus der DE 43 19 965 C2 ist die Anwendung eines solchen Mate­ rials zur Herstellung der eingangs beschriebenen Gehäuse be­ kannt. Das Ausgangsmaterial wird in pastösem Zustand als Strang unmittelbar im Bereich der Trennfuge auf eines der Gehäuseteile extrudiert und dort zur Bildung der Dichtung polymerisiert. Dieses Verfahren ist auch als Formed-In-Place- Gasket-Verfahren in der Fachwelt bekannt.

Weiterhin werden derartige Materialien mit elektrisch leiten­ den Partikeln dazu verwendet, Kontaktierungspunkte oder -flä­ chen, sogenannte Kontaktierungspads, zu bilden. Sie übernehmen damit die Funktion von Kontaktelementen.

Die elektrisch leitfähigen Partikel können unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Häufig anzutreffen sind Parti­ kel in Form von Flocken, Kugeln, unregelmäßig geformten Kör­ pern oder Fasern. Im einfachsten Fall sind die Partikel un­ mittelbar aus leitendem Material gefertigt. Darüber hinaus ist es möglich, Partikel aus nicht leitenden Materialien herzu­ stellen und anschließend mit leitfähigem Material zu ummanteln oder zu beschichten. Diesen Partikeln ist gemeinsam, dass sie eine vorgegebene Geometrie aufweisen und demzufolge die Elas­ tizität des ausgehärteten Endprodukts vermindern. Die Elasti­ zität wird hierbei alleine durch den Elastomeranteil vorgege­ ben, in den die Partikel eingebettet sind.

Zur Erzielung einer guten Leitfähigkeit ist es erforderlich, im Allgemeinen mehr als 50% Volumenanteile an leitfähigen Partikeln vorzusehen, um den erforderlichen Kontakt der Parti­ kel untereinander zu gewährleisten. Der damit verbundene ver­ gleichsweise geringe Anteil an Elastomer führt zu einem harten Endprodukt mit ungünstigen mechanischen Eigenschaften. Darüber hinaus sind diese Materialien aufgrund des hohen Preises der Partikel sehr kostenintensiv.

Der verliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Material der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die geschilderten Probleme nicht mehr auftreten. Es sollte ein Material zur Verfügung gestellt werden, das verbesserte me­ chanische Eigenschaften aufweist und darüber hinaus kosten­ günstig ist, um unter anderem auch solche Anwendungsgebiete zu erschließen, bei denen bislang groß dimensionierte Elastomer­ dichtungen aus ökononischen Gründen nicht zum Einsatz kamen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Material mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Varianten des Materials sowie dessen Verwendung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung basiert auf der Idee, leitfähige Partikel in Form von Fasern einzusetzen, die flexibel sind. Diese werden dem Elastomer in regelloser Orientierung derart beigemengt, dass eine Vielzahl von Berührungspunkten entstehen. Die Fasern sind somit nach Art einer unregelmäßigen räumlichen Matrix im Elastomer eingebettet. Die Berührungspunkte sorgen dafür, dass eine optimale und statistisch gleichmäßige Verteilung der Leitfähigkeit innerhalb des Materials erreicht wird.

Je nach Art der verwendeten Fasern gelingt es gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante, den Anteil an Fasern, bezogen auf das Gesamtvolumen des Materials, kleiner als 50% zu wäh­ len. Bevorzugt ist es möglich, den Faseranteil auf weniger als 25% Volumenanteil zu reduzieren. Gegenüber den bisherigen Materialien ergibt sich damit eine wesentliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Elastizität des polymerisierten Endprodukts, das darüber hinaus sehr ko­ stengünstig ist.

Bevorzugt werden Fasern eingesetzt, die ein Durch­ messer/Längenverhältnis von größer als zwei besitzen. Optimale Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn das Durch­ messer/Längenverhältnis größer als zehn beträgt. Derartige Fasern sind aufgrund ihrer Geometrie hochgradig flexibel und führen demnach zu einem optimalen Ergebnis hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Endprodukts.

Eine im vorstehenden Sinne weiterhin optimierte Variante sieht vor, Fasern mit einem Durchmesser von kleiner als 0,1 mm zu verwenden. Diese extrem dünnen Fasern lassen sich optimal in das Elastomer einbetten, so dass dessen Elastizität durch die eingelagerten Fasern kaum nachteilig beeinflusst wird.

Ebenso ist es möglich, das Material in an sich bekannter Weise als Zwei- oder Mehrkomponentenmaterial zu konzipieren. Die beiden Komponenten werden erst unmittelbar vor der Verarbei­ tung gemischt, wodurch sich ein sehr preisgünstiges und ein­ fach zu verarbeitendes Material aufbauen lässt.

Je nach Anwendungszweck kann hierbei ein Material gewählt werden, das bei Raumtemperatur polymerisiert. Andererseits ist es auch möglich, ein unter Wärmeeinwirkung polymerisierendes Material vorzusehen, um den Polymerisationsvorgang gezielt zu beeinflussen. Dies ist im Hinblick auf eine automatisierte Großserienfertigung von besonderer Bedeutung.

Bevorzugt wird das Material so eingestellt, dass es eine nied­ rige Viskosität aufweist. Es ist damit besonders zur Ausbil­ dung einer elektrisch abschirmenden Gehäusedichtung geeignet, bei der das Material unmittelbar im Bereich einer Trennfuge eines Gehäuses in Form eines Strangs aufgebracht wird. Typi­ sche Anwendungsfälle für ein solches Material ist die Aus­ bildung einer Gehäusedichtung an Mobiltelefonen und dgl.

Auch ist es möglich, ein Material mit hoher Viskosität zu konzipieren, um beispielsweise Dichtungselemente in Form von Dichtungsstreifen, -scheiben, -röhren oder O-Ringen im Spritz­ gieß- oder Extrusionsverfahren herzustellen.

Gemäß einer konkreten, beispielhaften Anwendung ist vorgese­ hen, das leitfähige pastöse Material zur Herstellung einer elastischen Dichtung für ein elektromagnetisch abgeschirmtes Gehäuse zu verwenden. Eine Paste des Materials wird mittels einer bahngesteuerten Düse unmittelbar auf ein Gehäuseteil in dem Bereich aufgebracht, in welchem sich eine abzudichtende Trennfuge des Gehäuses befindet. Beim Ausbringen des Kunst­ stoffmaterials wird die Düse mittels einer computergesteuerten Dosiereinrichtung über das Gehäuseteil bewegt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung von Düse und Gehäuseteil ist durch die Viskosität des pastösen Materials, die Durchtrittsmenge und -geschwindigkeit des Materials aus der Düse, den Durchtrittsquerschnitt der Düse, dem gewünschten Profil­ querschnitt der zu erzeugenden Dichtung und die Zusammenset­ zung des Materials bestimmt.

Der auf diese Weise dispensierte Strang des Materials polyme­ risiert unter Umgebungsbedingungen bei Raumtemperatur. Dieser Vorgang dauert relativ lange, kann aber durch gezielte Wär­ meeinwirkung beschleunigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend mehr anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Abschnitt eines Strangs des Materials im Quer schnitt,

Fig. 2 Strang gemäß Fig. 1 im deformierten Zustand,

Fig. 3 Strang aus dem Stand der Technik analog Fig. 1,

Fig. 4 Strang aus dem Stand der Technik analog Fig. 2.

Der Stand der Technik ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Fig. 3 zeigt einen Abschnitt eines Strangs 1', der aus einem Elastomer 10' und einer Beimengung leitender Partikel 20' besteht. Die leitfähigen Partikel 20' sind dicht gepackt im Elastomer 10' angeordnet, um die erforderliche gute elektri­ sche Leitfähigkeit durch eine Vielzahl von Kontaktpunkten sicherzustellen. Der Volumenanteil der Partikel 20' bezogen auf das Gesamtvolumen liegt bei etwa 80%.

In Fig. 4 ist der Strang 1' der Einwirkung einer Kraft F aus­ gesetzt, wie sie in der Praxis beispielsweise an einer Gehäusetrennfuge auftritt. Die schematisch dargestellt Deformation ist nur dann möglich, wenn die Partikel 20' jeweils zur Seite hin ausweichen können. Anderenfalls ist die Deformation nur in ganz geringem Umfang möglich, nämlich in dem Maße, bis zu dem die Partikel 20' maximal dicht gepackt aufeinander liegen.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Strang 1 gemäß der Erfindung dar­ gestellt. Im Elastomermaterial 10 ist eine Vielzahl dünner, langer, flexibler Fasern 20 eingebettet. Sie weisen eine re­ gellose Orientierung auf, wobei die Fasern 20 an einer Viel­ zahl von Berührungspunkten untereinander Kontakt haben. Dies stellt die elektrische Leitfähigkeit auch im nicht deformier­ ten Zustand sicher, wie er in Fig. 1 angedeutet ist.

Aus der Darstellung in Fig. 2 ergibt sich unmittelbar, dass im Falle einer Einwirkung einer Kraft F eine Deformation problem­ los möglich ist. Die Elastizität des Strangs 1 wird in diesem Falle fast ausschließlich von der Elastizität des Elastomers geprägt, da der Volumenanteil der Fasern 20 unter 10% liegt. Die Fasern 20 behindern die Deformation des Strangs 1 nur ge­ ringfügig.

Hinsichtlich der Wahl der Fasern 20 besteht weitgehend Freizü­ gigkeit. Bevorzugt werden äußerst dünne Fasern mit einem Quer­ schnitt von weniger als 0,1 mm verwendet, die relativ lang sind. Die Länge beträgt zumindest das Doppelte des Durchmes­ sers, wobei der erzielbare Vorteil erst bei sehr viel längeren Fasern voll zum Tragen kommt. Die vorstehende Durchmesser­ angabe soll nicht einschränkend dahingehend verstanden werden, dass lediglich Fasern mit angenähert kreisförmigem Querschnitt zur Anwendung kommen können. Vielmehr sind auch andere, an sich beliebige Querschnittsformen möglich.

Die Fasern 20 können aus den für solche Partikel geläufigen Materialien aufgebaut sein, also auch beispielsweise aus na­ türlichen Materialien. Soweit das Ausgangsmaterial für die Fasern nicht leitend ist, werden die Fasern mit leitfähigem Material beschichtet oder ummantelt.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Strang 1 ist somit von einer Art dreidimensionalen Matrix an Fasern 20 durchzogen, wobei die Verteilung der Fasern 20 und deren Berührungspunkte untereinander statistisch gemittelt über dem Querschnitt zu­ mindest annähernd konstant ist.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass sich ein leitfähiges pastöses Material mit optimalen mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufbauen lässt, das zudem kostengünstig ist. Die gewünschten Verarbeitungseigenschaften lassen sich hierbei an sich freizügig durch insbesondere die geeignete Wahl des Ela­ stomers, auch in Form eines Zwei- oder Mehrkomponentenmate­ rials, einstellen.

Claims (9)

1. Leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie auf der Basis wenigstens eines Elastomers und einer Beimengung leitender Partikel in Form von Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (20) flexibel sind sowie in regelloser Orientierung und unter Bildung einer Vielzahl von Berührungspunkten im Elastomer (10) eingebettet sind.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Fasern (20) bezogen auf das Gesamtvolumen des Materials kleiner als 50, vorzugsweise kleiner als 25 Vol. % beträgt.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (20) ein Durchmesser/Längenverhältnis von größer als zwei, vorzugsweise von größer als 10 aufweisen.

4. Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (20) einen Durchmesser von kleiner als 0,1 mm aufweisen.

5. Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei oder mehr Komponenten besteht, die dazu bestimmt sind, unmittelbar vor der Verarbeitung gemischt zu werden.

6. Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Raumtemperatur polymerisiert.

7. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Wärmeeinwirkung polymerisiert.

8. Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine niedrige Viskosität aufweist und zur Ausbildung einer elek­ trisch abschirmenden Gehäusedichtung unmittelbar im Bereich einer Trennfuge in Form eines Strangs (1) aufbringbar ist.

9. Material nach einem der Ansprüch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine hohe Viskosität aufweist und mittels eines Spritzgieß- oder Extrusionsverfahrens zu einem Dichtungselement formbar ist.