Теплостойкий и огнестойкий электропроводящий лист и способ его изготовления (варианты) - RU2091879C1

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к теплостойкому и огнестойкому электропроводному листу, который пригоден для защиты от электростатических разрядов и/или электромагнитного воздействия, либо для покрытия устройства с электронным источником, в частности для использования вблизи от этого устройства, и который имеет обладающий высокой теплостойкостью и огнестойкостью самогасящийся электроизоляционный слой, а также к способу изготовления такого листа.

Недавние разработки в микроэлектронной технологии привели к появлению широкого диапазона электронных устройств, которые восприимчивы к внешним электромагнитным волнам и которые сами передают нежелательные электромагнитные волны. Кроме того, повсеместное использование пластиков в электронных устройствах приводит к тому, что последние легко заряжаются статически при контакте с электроизолятором, что легко приводит к возникновению электростатических и электромагнитных помех. Далее они сами уязвимы по отношению к электромагнитным помехам, что влечет за собой их неустойчивую работу.

Меры, принимаемые для решения проблем исключения электромагнитных помех и помех от электростатической зарядки-разрядки, заключаются в использовании разнообразных электропроводных листов. В частности, когда электропроводный лист используется для защиты от электромагнитных помех, он часто располагается в непосредственной близости от электрической цепи или находится в контакте с ней, действуя в качестве источника таких электромагнитных волн. Это делает очевидной опасность соприкосновения электропроводного листа с электропроводной цепью, что приводит к короткому замыканию. Вот почему важно, чтобы поверхность материала для защиты от электромагнитного воздействия и корпуса для такой защиты имела электроизоляцию. В случае короткого замыкания также имеется опасность возникновения пламени Кроме того, выделение тепла из электрической цепи приводит к необходимости использования весьма теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа для предотвращения возникновения пламени. Например, в японских патентах 51-47103 и 51-115702 на имя Кокая говорится о теплостойкой электропроводной бумаге на основе ароматической полимерной волокнистой массы и электропроводных волокон. Огнестойкая или негорючая структура показана, например, в известном техническом решении согласно патенту Кокая 63-209199, где говорится о листообразной электромагнитной защитной структуре, в которой металлическая фольга посредством адгезионного вещества соединена с одной стороной листообразной структуры, например, из бумаги или нетканых волокон. В патенте Кокая 49-94904 говорится о листе, получаемом обработкой теплом и давлением смеси ароматических полиамидных волокнистых гранул с короткими ароматическими полиэфирными волокнами, неорганическими волокнами и тому подобным. Теплостойкой и огнестойкой бумагой, например, согласно патенту Кокая 1-132898 может быть бумага, состоящая из теплостойкой полиэфирной имидной смолы.

Однако вышеуказанные известные листовые материалы, используемые для защиты от электростатических и электромагнитных помех, не вполне отвечают требованиям, в частности, когда они используются вблизи от электронного устройства, действующего в качестве источника электростатических или электромагнитных помех. Например, электропроводная бумага на основе ароматической полимерной волокнистой массы и электропроводных волокон имеет недостаток, заключающийся в коротком замыкании электронного устройства, поскольку электропроводные волокна имеют тенденцию к выпадению. Кроме того, композитный листовой материал, полученный соединением металлической фольги посредством адгеэионного вещества с одной стороны бумаги или нетканых волокон, несовершенен, так как имеет недостаточные изгибные характеристики и слабую теплостойкость, причем он демонстрирует пониженную теплостойкость и огнестойкость ввиду использования адгезионных веществ. Помимо этого, композитный продукт, получаемый соединением с помощью адгезионного вещества электропроводного листа с теплостойкой и огнестойкой ароматической полиамидной или полиэфирной имидной бумагой несовершенен из-за потери теплостойкости и огнестойкости вследствие наличия адгезионного вещества, которое создает помеху для образования теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа.

Технической задачей изобретения является создание теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа с электроизоляцией, который решает указанные выше известные проблемы.

Задача достигается созданием теплостойкого и огнестойкого электропроводящего листа, содержащего электропроводящий слой, сформированный из бумажной массы, в которой проводящие волокна объединены с ароматическим полимером, причем на одной или обеих сторонах электропроводящего слоя расположен электроизоляционный слой, сформированный из бумажной массы, содержащей хлопья и фибриды из полиметафениленизофталамида, а указанный проводящий слой сформирован из бумажной массы, содержащей фибриды из полиметафениленизофталамида, проводящие волокна и по выбору хлопья из полиметафениленизофталамида, при этом электропроводящий лист сформирован путем приложения давления и температуры, которая не ниже температуры стеклования хлопьев полиметафениленизофталамида, и способа изготовления теплостойкого и огнестойкого электропроводящего листа, при котором формируют влажное полотно из бумажной массы, в которой проводящие волокна объединены с ароматическим полимером, при этом используют влажное полотно, сформированное из бумажной массы, содержащей фибриды и хлопья из полиметафениленизофталамида и проводящие волокна, получают из него бумагоделательным процессом бумажное полотно, на одну или обе стороны которого накладывают бумажное полотно, полученное бумагоделательным процессом из бумажной массы, содержащей фибриды и хлопья из полиметафениленизофталамида, и полученную слоистую структуру обрабатывают теплом и давлением при температуре не ниже температуры стеклования хлопьев полиметафениленизофталамида.

На фиг. 1 4 представлены в поперечном сечении структуры теплостойких и огнестойких электропроводных листов, имеющих электроизоляционные слои согласно этому изобретению. На фиг. 1 представлен электропроводный слой (электропроводный арамидный слой), на фиг. 2 электроизоляционный слой (арамидный слой).

На фиг. 5 представлен график отношения количества электропроводных волокон к удельному сопротивлению электропроводных слоев. На фиг. 6 представлен график, показывающий взаимосвязь между поверхностным сопротивлением электропроводных слоев и эффектом защиты от электромагнитного излучения. На фиг. 7 представлен график сравнения поверхностного сопротивления электропроводных слоев и эффекта листов в отношении защиты от электромагнитного излучения. На фиг. 8 представлен график, показывающий поверхностное сопротивление электропроводного арамидного слоя и электропроводного листа, имеющего наслоенный на него с одной стороны электропроводный арамидный слой.

Один из процессов согласно этому изобретению, предназначенный для изготовления теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа, имеющего электроизоляционный слой, включает в себя укладывание влажного полотна из полиметафениленизофталамидного волокнистого бумажного сырья поверх одной или обеих сторон влажного полотна из смешанного сырья, состоящего из электропроводных волокон и полиметафениленизофталамидных волокон, проведение бумагоделательной операции для получения бумажного полотна и получения слоистой структуры при воздействии теплом и давлением при температуре или выше температуры перехода в стекло полиметафениленизофталамидного волокна.

Второй процесс согласно этому изобретению, предназначенный для изготовления теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа, имеющего электроизоляционный слой, включает в себя укладывание бумажного полотна, полученного бумагоделательным процессом из полиметафениленизофталамидного бумажного сырья, поверх одной или обеих сторон бумажного полотна, полученного бумагоделательным процессом из смешанного сырья, состоящего из электропроводных волокон и полиметафениленизофталамидных волокон, и получение слоистой структуры при воздействии теплом и давлением при температуре или выше температуры перехода в стекло полиметафениленизофталамидного волокна.

Электропроводные волокна, используемые в этом изобретении, представляют собой металлические волокна, волокна с металлическим покрытием, углеродные волокна и тому подобные, которые могут перемешиваться с полиметафениленизофталамидными волокнами и способны подвергаться бумагоделательному процессу, например, металлические волокна включают в себя волокна из нержавеющей стали (далее SUS волокна), никелевые волокна (далее Ni волокна), медные волокна (далее Cu волокна), алюминиевые волокна (далее Al волокна) и тому подобное.

Наиболее предпочтительными из этих металлических волокон являются SUS волокна, такие как Наслон^R Ниппон Сепсен К.К. в смысле их расстояния в воде, характеристик, касающихся бумагоделательного процесса, таких как стойкость к силам среза в воде, электропроводность, стойкость к окислению, легкость манипуляций с ними и тому подобных, Ni волокна несколько хуже в смысле бумагоделательных характеристик вследствие их мягкости и тенденции к запутыванию и разрушению, однако они обладают хорошей электропроводностью и стойкостью к окислению и тому подобным, что делает их предпочтительными электропроводными волокнами, например, могут использоваться Ni волокна Ниппон Сейзен К.К. Cu волокна и AI волокна с возможным уменьшением электропроводности при окислении, однако они ограничены в отношении манипуляций с ними при бумагоделательном процессе или при применении изготовленных из них листов. Некоторые Cu волокна, например, Эско Компанис Капло^R доступные в больших масштабах, имеют тенденцию к осаждению в воде, что требует внимания к этому при бумагоделательном процессе.

Покрытые металлом волокна, которые могут быть использованы, включают в себя, например, углеродные волокна с никелевым покрытием (далее сокращенно указываемые, как Ni CF волокна), углеродные волокна с медным покрытием (далее сокращенно указываемые, как Cu CF волокна), углеродные волокна с алюминиевым покрытием (далее сокращенно указываемые, как AI CF волокна) и покрытое никелем, медью и алюминием стекловолокно, и тому подобное. В смысле электропроводности наиболее предпочтительны Ni- CF волокна. Условия бумагоделательного процесса должны быть выбраны таким образом, чтобы было обращено внимание на Cu CF волокна и AI CF волокна вследствие возможности потери ими электропроводности при окислении, а также на покрытое металлом стекловолокно ввиду его возможного разрушения. Известны химически полученные никелевые волокна и полученные гальваническим способом Ni CF волокна, причем соответствующим образом могут быть использованы как те, так и другие, например, химически полученное Ni CF волокно, изготавливаемое Мицубиси Реион К.К. и полученное гальваническим способом волокно Ni- CF, изготавливаемое фирмой Тохо Реион и называемое БЕСФАЙТ^R MC.

Углеродные волокна, которые могут быть использованы, представляют собой волокна, начиная от тех, которые получаются при относительно низких температурах, не превышающих 1400^oC, и кончая волокнами графитовых типов, получаемых горением при более высоких температурах. Они могут быть получены из некоторых исходных материалов, таких как смола, вискоза, акрилонитрил и тому подобных, например. Карбон Фибер Чоп^R C-203 фирмы Куреха Кагаки К.К. и Карбоник^R фирмы Петока К.К. а также могут использоваться акрилонитриловые углеродные волокна, такие как ПИРОФИЛ Мицубиси Реион К.К. и ХИКАРБОРОН^R фирмы Асахи Кемиклс.

Полиметафениленизофталамидные волокна (далее метаарамидные волокна), используемые в этом изобретении это такие волокна, которые основаны на ароматических метаполиамидных компонентах и пригодны для процесса изготовления бумаги, например, фибриды (пульпообразные материалы; пульпообразные мелкие волокна), а также хлопья на основе тех же самых материалов (синтетические волокнистые материалы прядильные нити, нарезанные на волокна), например, продукт фирмы Е. И. дю Пон де Немурс энд Компани (далее Дю Понт), а также Номекс^R Флокс и Номекс^R Фибрид. Электропроводный слой теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа с электроизоляционным слоем согласно этому изобретению представляет собой электропроводный слой (далее называемый электропроводным арамидным слоем), полученный бумагоделательным процессом из смеси фибрида (пульпы) на основе арамидных волокон, то есть ароматического метаполиамидного компонента из смеси упомянутого фибрида (пульпы), хлопьев (синтетического волокнистого продукта) на основе того же компонента и электропроводных волокон, причем в этом листе для связи этих двух волокон друг с другом не используется связующее вещество. Приемлемый сухой вес электропроводного арамидного слоя составляет 25 200 г/м². Листы, используемые для создания препятствия помехам в виде электростатических разрядов (далее ЭСР препятствие), содержат электропроводные волокна весом 0,3 8 г/м², а листы, предназначенные для защиты от помех в виде электромагнитного излучения (и далее защита от ЭМИ), содержат электропроводные волокна весом 8 170 г/м².

Примером композиции для электропроводных арамидных слоев в случае применения для ЭСР препятствия может быть композиция, содержащая по весу 15 - 1% электропроводных волокон, 15 99% фибридов и 0 84% хлопьев. В случае применения в качестве защиты от ЭМИ композиция содержит по весу 85 15% электропроводных волокон, 15 85% фибридов и 0 70% хлопьев. Для обеспечения хорошей способности к изготовлению бумаги необходимо наличие по весу, по меньшей мере, 15% фибридов.

Метаарамидный волокнистый слой (далее арамидный слой), который должен наслаиваться на одну или обе стороны электропроводного слоя, создается бумагоделательным процессом из ароматического метаполиамидного фибрида (пульпы) или смеси упомянутого фибрида (пульпообразного продукта) и хлопьев (синтетических волокон) на основе тех же самых материалов без использования какого-либо иного связующего вещества в бумагоделательном процессе, чем сам арамид. Для композиции, состоящей по весу из 15 100% фибридов и 85 0% хлопьев, надлежащий вес составляет 25 200 г/м².

Арамидный слой описан в отношении тех его свойств, которые приведены для арамидной бумаги (Т410), изготавливаемой Дю Понт Компани'с Номекс^R
Арамидная бумага Номекс^R оценивается по методике (Андеррайтс Лебэретерис Инк. ) по ее теплостойкости при непрерывном использовании до температуры 220^oC. Что касается электроизоляционных свойств, то также имеется большое количество способов определения изоляции по методике Андеррайтс Лебэретерис Инк. при температуре 130 220^oC до электрического напряжения порядка 34,5 кB, причем это касается проводов, эмалевой изоляции, втулок, распорных деталей, лент, связующих проводов, лакирующих и герметизирующих составов, используемых с бумагой Номекс^R Упомянутая бумага имеет теплостойкость, отвечающую UL94 V-O (Андеррайтс Лебэретерис Инк.), причем она обладает прекрасными свойствами в смысле самогашения. Как будет очевидно из приведенных далее экспериментальных примеров, для высокой степени огнестойкости и надлежащей электрической изоляции требуется, чтобы базовый вес арамидного слоя, налагаемого на электропроводный арамидный слой в целом составлял 115 г/м² и более.

Поэтому арамидная бумага, когда она используется, например, в качестве электроизоляционного материала в конденсаторе, демонстрирует хорошие электроизоляционные свойства, а также высокую степень теплостойкости и огнестойкости, так что лист, полученный объединением арамидного слоя и электропроводного слоя, представляет собой электропроводный лист, который обладает как теплостойкостью и огнестойкостью, так и электроизоляцией. При этом получается теплостойкий и огнестойкий электропроводный лист, имеющий электроизоляционный слой согласно этому изобретению.

Как описано выше, применение для препятствия ЭСР требует, чтобы вес электропроводных волокон в электропроводном арамидном слое составлял 0,3 8 г/м². Как будет показано далее в примерах экспериментов, применение в качестве препятствия для ЭСР требует, чтобы поверхностное сопротивление электропроводного слоя составляло не более 10¹⁵ Ом/□, которое может быть достигнуто при наличии электропроводных волокон, имеющих вес порядка 0,3 8 г/м². Уровень, превышающий 8 г/м², несомненно допустим, но не предпочтителен в смысле стоимости электропроводных волокон. В случае применения в качестве защиты от ЭМИ требуется, чтобы вес электропроводных волокон в электропроводном арамидном слое составлял 8 170 г/м². Этот диапазон, как будет видно из приведенных далее примеров экспериментов, является оптимальным для обеспечения поверхностного сопротивления электропроводного слоя, составляющего не более 3• 10^o Ом/□, с целью получения требуемой защиты от ЭМИ электропроводным листом, составляющей, по меньшей мере, 25 децибел (дБ), а более приемлемо, по меньшей мере, 30 40 децибел (дБ) для электромагнитных волн в диапазоне 500 100 МГц. Другими словами, теплостойкий и огнестойкий электропроводный лист, имеющий электроизоляционный слой согласно этому изобретению, в случае применения в качестве препятствия для ЭСР требует, чтобы общее количество электропроводных волокон составляло 0,3 8 г/м², а поверхностное сопротивление электропроводного слоя составляло не более 10⁵ Ом/□ в то время как применение для защиты от ЭМИ требует, чтобы общее количество электропроводных волокон составляло 8 170 г/м², а поверхностное сопротивление электропроводного слоя не превышало 3• 10^o Ом/□
Дано описание электропроводного листа, полученного наложением арамидного слоя на одну или обе стороны электропроводного арамидного слоя, однако изобретение не ограничено двумя или тремя слоями и позволяет наслаивать более трех слоев для получения теплостойкого и огнестойкого электропроводного листа, имеющего электроизоляционные слои.

Теплостойкие и огнестойкие электропроводные листы, имеющие электроизоляционные слои согласно этому изобретению, подготавливаются нижеуказанными способами.

Теплостойкий и огнестойкий электропроводный лист, имеющий электроизоляционный слой согласно этому изобретению, по существу готовится путем применения бумагоделательной технологии.

При процессе 1 прежде всего для приготовления бумажного сырья готовится электропроводный арамидный слой путем перемешивания электропроводных волокон, фибридов и хлопьев в воде. Для арамидного слоя его фибриды и хлопья перемешиваются в воде. Затем используется многослойная бумагоделательная технология для укладывания арамидного слоя поверх одной или обеих сторон электропроводного арамидного слоя, чтобы создать многослойное образование на бумагоделательной машине. После этого многослойное навитое бумажное полотно подвергается непрерывной обработке на машине для тепловой обработки, непрерывно или прерывисто обрабатывается на бумагоделательной машине, непрерывно подвергается воздействию тепла и давления, по меньшей мере, при температуре, которая равна температуре перехода арамида в стекло и составляет 175^oC, и превращается в слоистый продукт согласно этому изобретению. Многослойное бумажное полотно может быть нарезано, а плоские листы подвергаются обработке теплом и давлением. Предлагаемый процесс изготовления отличается тем, что в вышеуказанной многослойной формации не используется адгезионное вещество.

При упомянутом процессе 1 изготовления многослойная формация несомненно может быть получена любым из следующих способов: цилиндрической бумагоделательной машиной, длинным экраном (эквивалентным "ФОДРИНЕР"), бумагоделательной машиной с многоножевой напорной коробкой, а также комбинацией этих способов.

Процесс 2 изготовления включает в себя изготовление бумаги из сырья, подготовленного согласно вышеуказанному процессу 1 изготовления в виде электропроводной арамидной бумаги или арамидной бумаги, что сопровождается намоткой отдельных бумажных полотен. Наслаивание полученной арамидной бумаги на одну или обе стороны электропроводной арамидной бумаги с обработкой теплом и давлением подобно процессу 1 изготовления приводит к созданию продукта согласно этому изобретению. Неприменяемость адгезионного вещества в слоистой структуре, получаемой процессом 2, также представляет собой отличительный признак настоящего изобретения.

Как описано выше, настоящее изобретение относится к теплостойкому и огнестойкому электропроводному листу, имеющему электроизоляционный слой, который обеспечивает следующие преимущества.

Во-первых, электропроводный слой, имеющий общее количество электропроводных волокон порядка 0,3 8 г/м², а также имеющий поверхностное сопротивление, не превышающее 10⁵ Ом/□ может защитить электронные устройства от помех в виде электростатических зарядов-разрядов; электрическая изоляция, по меньшей мере, с одной боковой стороны находится в контакте с электронным устройством для исключения опасности короткого замыкания, даже когда она приходит в соприкосновение с электронным устройством, обладает теплостойкостью, даже в случае опасных ситуаций, а также обладает способностью самогашения, поэтому он не поддерживает горение. Во-вторых, электропроводный слой, имеющий общее количество электропроводных волокон порядка 8 170 г/м², а также обладающий поверхностным сопротивлением, составляющим более 3• 10^o Ом/□ может защитить электронное устройство от внешних электромагнитных волн и препятствует передаче от устройства генерируемых внутри него электромагнитных волн, поэтому не создает проблем защиты от помех других электронных устройств и эффективен, как и в случае изобретения 1, для предотвращения короткого замыкания благодаря электроизоляционным свойствам, а также для предотвращения воспламенения вследствие теплостойкости и огнестойкости.

Теплостойкий и огнестойкий электропроводный лист, имеющий электроизоляционный слой согласно этому изобретению, а также процессы его изготовления будут описаны ниже посредством простых и экспериментальных примеров.

Экспериментальный пример 1
Используемым бумажным сырьем были подготовленные ароматические метаполиамидные волокна Номекс^R Флок (Дю Понт Компани, волокно со средней длиной 6,8 мм полиметафениленизофталамидного типа, далее называемое просто Флок) и Номекс^R Фибрид (Дю Понт Компани, полиметафениленизофталамидного типа, далее называемое просто Фибрид).

Используемыми электропроводными волокнами были волокна из нержавеющей стали (НАСЛОН^R Ниппон Сейсен К.К. волокна 316 из нержавеющей стали длиной 5 мм, диаметром 8 мкм, плотностью 7,9, сопротивлением 7,2•10^-5 Ом/см; ниже они называются SUS волокнами), никелевые волокна (Ниппон Сейсен К.К. со средней длиной 5 мм, диаметром 8,3 мкм, плотностью 8,9, удельным сопротивлением 7,2 •10^-6 Ом/см; ниже они называются просто Ni волокнами), полученные химическим путем углеродные волокна, покрытые никелем (Мицубиси Реион К.К. со средней длиной 4 6 мм, диаметром 7,4 мкм, плотностью 2,5, удельным сопротивлением 3,3•10^-4 Ом/см; ниже они называются просто химически полученными Ni- CF волокнами), углеродные волокна, покрытые никелем, полученные гальваническим способом (БЕСТФАЙТ^R MC), Тохо Реион, при этом средняя длина волокон составляла 6 мм, диаметр 7,5 мкм, плотность 2,7, сопротивление 7,5•10^-5 Ом/см, ниже они называются гальваническими Ni- CF волокнами), и углеродные волокна (ПИРОФИЛ^R TR 005, Мицубиси Реион К.К. ПАН тип CF, при этом длина волокон составляла 6 мм, диаметр 7 мкм, удельный вес 1,8, удельное сопротивление 1,5•10^-3 Ом/см (ниже они называются CF волокнами).

Бумажное сырье для арамидного слоя было подготовлено первым перемешиванием Фибрида в воде с концентрацией 1% в течение 5 мин с последующим добавлением Флока и дополнительным перемешиванием в течение 5 мин.

Бумажное сырье для электропроводного арамидного слоя было подготовлено посредством первого перемешивания Фибрида в воде с концентрацией 1% за 5 мин с последующим добавлением электропроводных волокон, предварительно рассеянных в воде, перемешиванием в течение 5 мин, добавлением Флока и дополнительным перемешиванием в течение 5 мин.

Арамидный слой был подготовлен бумагоделательным процессом из бумажного сырья, содержащего по весу 60% Флока и 40% Фибрида на стандартной листовой машине Таппи, с планируемым сухим весом 40 г/м², причем слой был получен в виде влажного полотна.

Электропроводный арамидный лист был подготовлен из электропроводных волокон, составляющих по объему 0 30% надлежащим образом перемешанных с 40% объема Фибрида и 60 30% объема Флока посредством бумагоделательного процесса на стандартной листовой машине Таппи с получением в виде влажного полотна с заданным базовым весом 50 г/м².

Вышеуказанный предварительный бумажный арамидный слой в виде влажного полотна и электропроводный арамидный слой в виде влажного полотна были объединены, что сопровождалось укладкой дополнительного арамидного слоя в виде влажного полотна для создания трехслойной смешанной бумажной композиции из арамидного слоя (электропроводного арамидного слоя) арамидного слоя. Трехслойная бумага была обезвожена и осушена при 105^o C.

Трехслойная бумага была обработана теплом и давлением при 300^oC и давлении порядка 30 кг/см² в течение 1 мин 30 с на машине для горячего прессования с тем, чтобы создать электропроводный арамидный лист, имеющий электроизоляционные слои по обеим сторонам.

На фиг. 5 представлена взаимосвязь между количеством различных электропроводных волокон (% объема) и удельным сопротивлением (Ом•см) электропроводных листов. Удельное сопротивление ρ (Ом•см) электропроводных слоев было измерено в соответствии с SRI 230I посредством нанесения толщины t (см) электропроводного листа. На фиг. 5 показано, что хотя плотность каждого электропроводного волокна различна, удельное сопротивление быстро изменяется при наполнении 0,8 объема и начинает проявлять насыщение при 10% объема. В табл. 1 сведены величины насыщения удельного сопротивления электропроводных слоев для этих электропроводных волокон.

В табл. 1 поверхностное сопротивление Rs (Ом/□) электропроводного слоя было вычислено как соотношение ρ/t. Эффект защиты от ЭМИ измерен на образце 15•15 см с использованием Пластикового Устройства для определения Защитного Действия ЭДВАНТЕС TR 17301 и был указан в виде электролитического защитного эффекта (дБ) при 1000 МГц.

Табл. 1 показывает, что величины насыщения удельного сопротивления для электропроводных слоев изменяются, хотя они взаимосвязаны с величинами удельного сопротивления электропроводных волокон.

Вышеуказанный способ был использован для подготовки бумаги с тремя соединенными слоями, состоящей из электропроводного арамидного слоя, в котором электропроводные волокна по весу составляют 20 50% Фибрид составляет 40% и Флок 10 40% с получением сухого веса порядка 50 г/м² или 100 г/м² посредством обработки теплом и давлением, чтобы получить электропроводные арамидные листы, имеющие электроизоляционные слои по обеим сторонам, причем на них были выполнены измерения, которые также приведены в Табл.1.

Как показано на фиг. 6, поверхностное сопротивление электропроводного слоя ( Ом/□ ) взаимосвязано с защитным действием (дБ) от ЭМИ. Из фиг.6 можно заключить, что защитное действие порядка 20 дБ от ЭМИ требует, чтобы величина сопротивления составляла 5x10^oC (10^oC.7) Ом/□ для 25 дБ 3x10^oC (10^0,5) Ом/□ и для 40 дБ 1x10 (10^o) Ом/□
Табл. 1 была использована для вычисления общего количества электропроводных волокон, необходимых для защиты от ЭМИ, по меньшей мере, составляющей 25 дБ (3x10^o Ом/□ ), в качестве практического материала для защиты от ЭМИ, эти величины составили, по меньшей мере, 35 г/м² для CF волокон, по меньшей мере 11 н/м² для Ni- CF волокон (полученных химически), по меньшей мере, 8 г/м² для Ni- CF волокон (полученных гальванически), по меньшей мере, 15 г/м² для волокон из нержавеющей стали и, по меньшей мере, 16 г/м² для Ni волокон. Следовательно, применение в качестве защиты от ЭМИ требует, чтобы общее количество электропроводных волокон составляло, по меньшей мере, 8 г/м², причем подходящий состав смеси для электропроводного арамидного слоя включает в себя по весу 85 15% электропроводных волокон, 15 80% Фибрида и 0 70% Флока. В смысле бумагоделательного процесса приемлемый сухой вес составляет, по меньшей мере, 25 г/м².

Табл.2 показывает веса каждого электропроводного волокна и общее количество электропроводных волокон при объемном наполнении порядка 0,8% при котором быстро изменяется сопротивление. объема это та концентрация, при которой электропроводные волокна проходят в соприкосновение друг с другом, причем она считается самым нижним пределом, выше которого эти электропроводные волокна должны входить в состав смеси для препятствия электростатическим разрядам. Поэтому приемное общее количество электропроводных волокон составляет, по меньшей мере, 0,3 г/м², при котором электропроводный арамидный слой, например, содержит по весу 15 1% электропроводных волокон, 15 -99% Фибрида и 0 84% Флока, с сухим весом, в целях облегчения бумажного производства составляющим, по меньшей мере, 25 г/м².

Верхний предел общего количества электропроводных волокон отсутствует. Если исходить из экономических соображений, то он должен был бы составлять до 8 г/м².

Экспериментальный пример 2
В табл. 3 приведены пробойное электрическое напряжение (кВ/мм), огнестойкость и теплостойкость арамидного листа Номекс^R, который отвечает требованиям UL 94 VO. Табл.3 показывает, что Номекс^R отвечает требованиям UL 94 VO по огнестойкости, при этом электропроводный арамидный лист, который содержит весьма термопроводные и электропроводные волокна в электропроводном слое, с одной или с обеих своих сторон предпочтительно должен иметь более толстые электроизоляционные слои. Ниже приведен пример.

Бумажное сырье было подготовлено путем дисперсии Фибрида с 1% концентрацией в течение 20 мин в разрывателе целлюлозы с последующим добавлением предварительно диспергированных волокон из нержавеющей стали, перемешиванием в течение 20 мин, добавлением Флока и дополнительным перемешиванием в течение 10 мин. Затем полученное бумажное сырье было подвергнуто бумагоделательному процессу с использованием цилиндрической бумагоделательной машины для получения электропроводной арамидной бумаги с запланированным сухим весом порядка 50 и 100 г/м².

Упомянутая электропроводная арамидная бумага состояла по весу из 50% волокон из нержавеющей стали, 40% Фибрида и 10% Флока.

На одну сторону полученной электропроводной арамидной бумаги была уложена арамидная бумага Номекс^R T411 толщиной 7 МИЛ, либо арамидная бумага Номекс^R T411 толщиной 6 МИЛ была уложена по обеим сторонам полученной арамидной бумаги, это сопровождалось воздействием на каждую из них горячего каландирования соответственно при температуре 320^oC и под линейным давлением порядка 125 кг/см², чтобы получить электропроводный арамидный лист, имеющий электроизоляционный слой с одной стороны или с обеих сторон.

В табл.4 сведены свойства полученных листов с электроизоляционным слоем с одной стороны, при этом электропроводный арамидный слой имел пробойное электрическое напряжение порядка 12,4 кВ/мм при сухом весе электроизоляционного слоя (арамидного слоя) порядка 68,5 г/м², и пробойное электрическое напряжение порядка 9,3 кВ/мм при сухом весе 67,8 г/м². Эти значения составляли лишь половину пробойного напряжения порядка 24 кВ/мм согласно табл.3, но тем не менее эти листы демонстрировали достаточные электроизоляционные свойства. Хотя они и не отвечают требованиям UL 94 VO, тем не менее они обеспечивали самогашение и могли использоваться для непрерывной работы при 220^oC.

Электропроводные арамидные листы, имеющие электроизоляционные слои по обеим сторонам, с сухим весом каждого электроизоляционного слоя (арамидного слоя) порядка 58, 0 г/м² (полный сухой вес порядка 115 г/м²) имели пробойное электрическое напряжение соответственно 13,11 и 8,8 кВ/мм, то есть около половины пробойного напряжения 22 кВ/мм согласно табл.3. Однако они имели достаточные изоляционные свойства и огнестойкость (самотушение), эквивалентные UL 94 VO, и могли быть использованы для непрерывной работы при 220^oC. Причина того, что электропроводный лист, имеющий электроизолирующий слой только на одной стороне, хуже в отношении огнестойкости, чем лист, имеющий электроизоляционные слои по обеим сторонам, возможно объясняется различием полного объемного веса изолирующих слоев в арамидном листе. Эти экспериментальные примеры указывают на то, что электроизоляционный слой электропроводного арамидного листа, имеющего электроизоляционные слои с одной или с двух сторон, предпочтительно должен иметь полный сухой вес, по меньшей мере, порядка 115 г/м² для обеспечения высокой степени огнестойкости.

Предпочтительная композиция волоконной смеси для бумагоделательного процесса содержала по весу 15-100% Фибрида и 85 0% Флока.

Экспериментальный пример 3.

Была подготовлена электропроводная арамидная бумага в соответствии с экспериментальным примером 1 за исключением того, что электропроводный арамидный слой содержал волокна из нержавеющей стали или CF волокна по весу в количестве порядка 50% и Фибрида по весу в количестве 50% с планируемым сухим весом соответственно порядка 50 г/м² и 100 г/м².

На одну или на обе стороны электропроводной арамидной бумаги была нанесена арамидная бумага Номекс^R 5T411 (толщина 5 МИЛ, единичный вес 402 г/м²) с обработкой теплом и давлением на горячем прессе при температуре 300^oC и давлении 30 кг/см² в течение 1 мин и 30 с для получения арамидного листа, имеющего электроизоляционный слой с одной стороны, а также электропроводного арамидного листа, имеющего электроизоляционные слои с обеих сторон.

На фиг.7 представлены поверхностное сопротивление Ом/□ электропроводного слоя полученного листа и эффект (дБ) защиты от ЭМИ.

На фиг.7, например "SUS 50/100", относится к слою электропроводного арамидного листа, содержащему по весу 50% волокон из нержавеющей стали и имеющему сухой вес порядка 100 г/м².

На фиг. 7 показано, что в случае листов, в состав которых входят волокна из нержавеющей стали, листы, имеющие арамидные слои с одной или с обеих сторон, обладает более высокой электропроводностью и лучшими эксплуатационными свойствами в смысле защиты от ЭМИ, чем у одиночного электропроводного арамидного бумажного листа.

Приведенные данные также показывают, что электропроводность и защита от ЭМИ улучшены посредством укладки или наслаивания арамидных слоев с обработкой теплом и давлением.

То есть, в одиночном электропроводном арамидном бумажном листе обеспечивается препятствование самоплавлению арамидных волокон до такой степени, как у введенных в него электропроводных волокон, делая затруднительным сохранение хорошего контакта среди электропроводных волокон, а это препятствует эффективному обеспечению электропроводности электропроводными волокнами.

Обработка налагаемых арамидных слоев теплом и давлением действует так, чтобы прочно крепить электропроводные волокна на поверхности данного электропроводного арамидного слоя с целью улучшения взаимных контактов электропроводных волокон, тем самым осуществляется эффективная функция электропроводности электропроводных волокон.

Поскольку поверхность одиночной электропроводной арамидной бумаги не фиксирует электропроводные волокна достаточно жестко, некоторые электропроводные волокна могут выпадать и создавать опасность короткого замыкания. Напротив, в случае, по меньшей мере, одной боковой стороны, обращенной к цепи и представляющей собой арамидный поверхностный слой (в этом изобретении), отсутствует возможность создания короткого замыкания электропроводными волокнами.

Листы, в состав которых входит CF волокно, не демонстрируют улучшения в смысле электропроводности или защиты от ЭМИ, однако они, по крайней мере, были эффективны для предотвращения выпадения электропроводных волокон.

Как описано выше, электропроводные арамидные листы, имеющие электроизоляционные слои с одной или с обеих сторон, эффективно препятствуют выпадению электропроводных волокон, а, кроме того, обеспечивают улучшение в отношении электропроводности или защитного действия от ЭМИ.

Затем электропроводная арамидная бумага была получена бумагоделательным процессом согласно способу, подобному используемому в примере 1, за исключением использования сырья, в этом случае состоящего по весу из 5% волокон из нержавеющей стали, 35% Флока и 60% Фибрида для планируемого сухого веса порядка 50 г/м². На фиг.8 приведены величины поверхностного сопротивления ( Ом/□ ) самой арамидной бумаги и электропроводного слоя листа, полученного наслоением на упомянутую арамидную бумагу арамидной бумаги Номекс^R 5T411 (толщиной 5 МИЛ, сухим весом 40 г/м², с обработкой теплом и давлением).

На фиг. 8 показано, что одиночный электропроводный арамидный бумажный лист имел сопротивление порядка, по меньшей мере, 10⁵ Ом/□ а электропроводный арамидный лист, имеющий электроизоляционный слой с одной стороны, имел сопротивление порядка 10⁴ Ом/□ Данные показывают, что электропроводность повышается даже в случае, когда количество введенных электропроводных волокон мало, если происходит наслаивание на арамидный лист.

Пример 1.

Были использованы электропроводные арамидные слои, содержащие по весу 50% волокон из нержавеющей стали и 50% Фибрида, подготовленные для получения сухого веса порядка 50 г/м² и 100 г/м². Листы согласно этому изобретению были получены иным приготовлением сырья, бумагоделательным процессом, способом получения слоистой структуры и способом конструирования листа. Условия, обеспечиваемые для приготовления листа, были идентичны тем, которые указаны для экспериментальных примеров 1 и 2.

В табл. 5 приведены сводные данные свойств листов согласно этому изобретению.

Лист, имеющий конструкцию с односторонней электроизоляцией в виде электропроводного слоя (арамидного слоя) обеспечивал эффект защиты от ЭМИ, составлявший порядка 24 дБ, не достигал заданных 25 дБ. Увеличение сухого веса электропроводного слоя позволяло достичь эффект защиты от ЭМИ, составлявший порядка 25 дБ. Все другие листы демонстрировали хорошую защиту от ЭМИ, делая их пригодными в качестве листов для цепей электронных устройств, обеспечивающих защиту от ЭМИ.

Пример 2.

Электропроводная арамидная бумага была подготовлена способом, подобным способу в примере 2 для электропроводного арамидного слоя, за исключением того, что она содержала по весу 50% волокон из нержавеющей стали, 400 Фибрида и 10% Флока для предполагаемого сухого веса порядка 50 г/м² или 100 г/м², что сопровождалось бумагоделательным процессом на бумагоделательной машине с циркулярной сеткой.

На две или на одну сторону полученной электропроводной арамидной бумаги была уложена арамидная бумага Номекс^R 6T411 или 7T411, что сопровождалось горячим каландированием при температуре 320^oC и линейном давлении порядка 125 кг/см для подготовки листов согласно этому изобретению.

В табл.6 сведены конструкции и эксплуатационные свойства листов.

Каждый лист обеспечивал хорошую защиту от ЭМИ. Эти листы демонстрировали достаточно высокие электроизоляционные свойства, хотя и не такие высокие как пробойное напряжение в 21,2 кВ/мм арамидного листа с сухим весом порядка 66,8 г/м², толщиной 72 микрона и плотностью порядка 0,93 г/см³, что почти эквивалентно свойствам электроизоляционных слоев этих листов. Эти листы были самогасящимися в смысле их огнестойкости, в частности, листы с электроизоляцией по обеим сторонам имели высокую огнестойкость, эквивалентную UL -94 VO. Они также имели достаточную теплостойкость, чтобы была обеспечена возможность их работы при 220^oC. Все эти листы были пригодны для применения в качестве защиты от ЭМИ цепей электронных устройств.

Пример 3.

Электропроводная арамидная бумага была подготовлена способом, подобным способу согласно примеру 1, из бумажного сырья, содержащего по весу 5% волокон из нержавеющей стали в качестве электропроводных волокон, 35% Флока и 60% Фибрида для обеспечения запланированного сухого веса порядка 50 г/м².

На упомянутую электропроводную бумагу наслаивалась арамидная бумага Номекс^R 5T411 с обработкой теплом и давлением соответственно 300^oC и 30 мк/см² в течение 1 мин и 30 с для получения электропроводного листа, имеющего электроизоляционный слой с одной стороны. Для контроля сама одиночная электропроводная арамидная бумага подобным же образом была обработана теплом и давлением.

Электропроводный лист с электроизоляционным слоем с одной стороны имел сухой вес порядка 134 г/м², толщину порядка 131 микрона, плотность 1,03 г/м³ и сопротивление электропроводной поверхности 9,23•10³ Ом/□ при этом он со всей очевидностью демонстрировал улучшение эксплуатационных характеристик по сравнению с одиночным контрольным электропроводным арамидным листом с поверхностным сопротивлением порядка 2,53•10⁵Ом/□
Лист согласно этому изобретению препятствовал электростатическому притягиванию пыли и обладал огнестойкостью, представляя собой пригодный материал для стен чистых комнат и для предохранения от вспышки.

Как описано выше, настоящее изобретение содержит ароматический метаполиамидный Фибрид, Флок и электропроводные волокна, в нем не используется иной органический материал, кроме арамида, отсутствует какое-либо связующее вещество для обеспечения конструкции, тем самым полностью сохраняются высокие электроизоляционные свойства арамида, а также такие свойства, как теплостойкость и огнестойкость.

Создание электроизоляционного слоя с одной или с обеих сторон электропроводного слоя улучшает свойства по сравнению с однослойным электропроводным арамидным листом. Исключительные свойства в отношении защиты от ЭМИ, достигаемые меньшим количеством электропроводных волокон, делают листы согласно этому изобретению экономичными.

Кроме того, настоящее изобретение превосходно в смысле гибкости и производственных возможностей, например, резки, по сравнению с изделиями, полученными соединением с металлической фольгой и тому подобными.

Эти результаты делают настоящее изобретение полезным для использования в качестве защитного материала от электростатических разрядов и ЭМИ.

Реферат

Использование: изобретение относится к теплостойкому и огнестойкому электропроводящему листу, который пригоден для защиты от электростатических разрядов или электромагнитного воздействия, либо для покрытия устройства с электронным источником. Сущность изобретения: теплостойкий и огнестойкий электропроводящий лист содержит электропроводящий слой, сформированный из бумажной массы, в которой проводящие волокна объединены с ароматическим полимером. При этом на одной или обеих сторонах электропроводящего слоя расположен электроизоляционный слой, сформированный из бумажной массы, содержащей хлопья и фибриды из полиметафениленизофталамида, а указанный проводящий слой сформирован из бумажной массы, содержащей фибриды из полиметафениленизофталамида, проводящие волокна и хлопья из полиметафениленизофталамида. Один из способов изготовления электропроводящего листа предусматривает следующие операции: на влажное полотно, сформированное из бумажной массы (на одну или обе его стороны), накладывают влажное полотно, сформированное из бумажной массы, содержащей хлопья и фибриды из полиметафениленизофталамида. Полученную слоистую структуру подвергают бумагоделательному процессу и обрабатывают теплом и давлением при температуре не ниже температуры стеклования хлопьев полиметафениленизофталамида. Второй способ содержит операции: из влажного полотна, сформированного из бумажной массы, содержащей фибриды и хлопья из полиметафениленизофталамида и проводящие волокна, получают бумагоделательным процессом бумажное полотно, на одну или обе стороны которого накладывают бумажное полотно, полученное бумагоделательным процессом из бумажной массы, содержащей фибриды и хлопья из полиметафениленизофталамида, и полученную слоистую структуру обрабатывают теплом и давлением при температуре не ниже температуры стеклования хлопьев полиметафениленизофталамида. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 6 табл.

Формула