Уплотнение, содержащая его система и способ изготовления уплотнения - RU2504933C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится в целом к прокладкам, снижающим электромагнитные помехи/радиочастотные помехи (EMI/RFI). В частности, оно относится к модульному полимерному уплотнению и экрану, снижающим EMI/RFI.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электронный шум (EMI) и радиочастотные помехи (RFI) представляют собой нежелательную электромагнитную энергию, присутствующую в электронной системе. EMI могут появиться в результате нефункциональной электромагнитной энергии, возникающей в электронной системе и вокруг нее. Например, электропровода могут вырабатывать электронный шум с частотой приблизительно 60 Гц. Другие источники неумышленной электромагнитной энергии могут включать тепловые помехи, грозовые и статические разряды. Более того, EMI могут появиться в результате функциональной электромагнитной энергии, например, радиосигналов, используемых в радио- и телевещании, беспроводных систем связи, таких как мобильные телефоны, и беспроводных компьютерных сетей.

В конструкции электронных систем важным является устранение EMI. Размещение компонентов в системе, а также использование экранирования и фильтрации, позволяет контролировать и снижать EMI, мешающие работе электронной системы, а также EMI, вырабатываемые электронной системой, которые могут создавать помехи для других систем. Эффективность экранирования и фильтрации зависит от способов, посредством которых соединяют экранирующие материалы. Любые нарушения электрической непрерывности в таких оболочках, как соединения, стыки и разрывы, влияют на частоту и количество EMI, которые могут пробить экранирование.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретения уплотнение может содержать корпус уплотнения, имеющий кольцевую полость, а также кольцевую пружину, находящуюся в кольцевой полости. Корпус уплотнения может включать композиционный материал, содержащий термопластичный материал и наполнитель. Композиционный материал может иметь модуль упругости Юнга по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, объемное удельное сопротивление не более чем приблизительно 200 Ом·см, относительное удлинение по меньшей мере приблизительно 20%, поверхностное удельное сопротивление не более чем приблизительно 10⁴ Ом/квадрат или любую их комбинацию.

В другом аспекте система может содержать статичный компонент и вращающийся компонент. При этом вращающийся компонент может вращаться относительно статичного компонента. Дополнительно, по меньшей мере, часть статичного компонента может находиться внутри части вращающегося компонента или, по меньшей мере, часть вращающегося компонента может находиться внутри части статичного компонента. Система также может содержать уплотнение между статичным компонентом и вращающимся компонентом. Уплотнение может содержать пружину и кожух, окружающий пружину. Кожух может содержать композиционный материал, содержащий термопластичный материал и наполнитель. Композиционный материал может иметь модуль упругости Юнга по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, объемное удельное сопротивление не более чем приблизительно 200 Ом·см, относительное удлинение по меньшей мере приблизительно 20%, поверхностное удельное сопротивление не более чем приблизительно 10⁴ Ом/квадрат или любую их комбинацию.

В еще одном аспекте изобретения способ изготовления уплотнения может включать формирование кожуха из композиционного материала. Композиционный материал может содержать термопластичный материал и наполнитель. Композиционный материал может иметь модуль упругости Юнга по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, объемное удельное сопротивление не более чем приблизительно 200 Ом·см, относительное удлинение по меньшей мере приблизительно 20%, поверхностное удельное сопротивление не более чем приблизительно 10⁴ Ом/квадрат или любую их комбинацию. Способ также может включать механическую обработку кожуха для образования в нем желоба, а также вставку пружины в желоб.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящее раскрытие будет более понятно, а его многочисленные признаки и преимущества станут очевидными специалистам в данной области техники, посредством обращения к прилагаемым графическим материалам.

На фиг.1 представлено изображение примерного уплотнения согласно одному аспекту.

На фиг.2 представлено поперечное сечение примерного уплотнения, представленного на фиг.1.

На фиг.3-6 представлены изображения примерных пружин.

На фиг.7 представлена примерная система согласно одному аспекту.

Использование одинаковых ссылочных обозначений в графических материалах обозначает подобные или идентичные предметы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В частном варианте осуществления изобретения уплотнение может содержать корпус уплотнения, содержащий кольцевую полость и кольцевую пружину внутри кольцевой полости. Корпус уплотнения может включать композиционный материал, содержащий термопластичный материал и наполнитель.

На фиг.1 изображено примерное уплотнение, в целом обозначенное позицией 100. Уплотнение 100 содержит корпус 102 уплотнения, содержащий кольцевую полость 104. Кольцевая полость 104 может быть выполнена в корпусе 102 уплотнения при формировании корпуса уплотнения или посредством механической обработки. Кольцевая пружина 106 может быть расположена в кольцевой полости 104.

На фиг.2 изображено поперечное сечение уплотнения 100, выполненное по линии 2-2, представленной на фиг.1. Как изображено на фиг.2, корпус 102 уплотнения может содержать боковые стенки 108 и 110, а также нижнюю стенку 112, присоединенную к каждой из боковых стенок 108 и 110. Боковые стенки 108 и 110, а также нижняя стенка 112 определяют кольцевую полость 104, имеющую отверстие 114 напротив нижней стенки 112. Пружина 106 может быть расположена внутри кольцевой полости 104. В целом пружина 106 может соприкасаться с каждой из боковых стенок 108 и 110, а также нижней стенкой 112.

В одном из вариантов осуществления корпус уплотнения может включать композиционный материал. Композиционный материал может включать термопластичный материал, например, инженерный или высококачественный термопластичный полимер. Например, термопластичный материал может включать такой полимер, как поликетон, полиарамид, термопластичный полиимид, полиэфиримид, полифениленсульфид, полиэфирсульфон, полисульфон, полифениленсульфон, полиамидимид, полиэтилен со сверхвысокой молекулярной массой, термопластичный фторполимер, полиамид, полибензимидазол, жидко кристаллический полимер или любую их комбинацию. В одном примере термопластичный материал включает поликетон, полиарамид, полиимид, полиэфиримид, полиамидимид, полифениленсульфид, полифениленсульфон, фторполимер, полибензимидазол, а также их производную или их комбинацию. В отдельном примере термопластичный материал включает такой полимер, как поликетон, термопластичный полиимид, полиэфиримид, полифениленсульфид, полиэфирсульфон, полисульфон, полиамидимид, а также их производную или их комбинацию. В еще одном примере термопластичный материал включает такой поликетон, как полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэфиркетон, полиэфиркетонкетон, полиэфиркетонэфиркетонкетон, а также их производную или их комбинацию. Примерный термопластичный фторполимер включает фторированный этилен-пропилен (FEP), политетрафторэтилен (PTFE), поливинилидинфторид (PVDF), перфторалкокси (PFA), терполимер тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида (THV), полихлортрифторэтилен (PCTFE), сополимер этилена с тетрафторэтиленом (ETFE), сополимер этилена с хлортрифторэтиленом (ECTFE) или любую их комбинацию. Примерный жидкокристаллический полимер включает такие полимеры-ароматические эфиры, как выпускаемые под торговыми марками XYDAR® (Amoco), VECTRA® (Hoechst Celanese), SUMIKOSUPER™ или EKONOL™ (Sumitomo Chemical), DuPont HX™ или DuPont ZENITE™ (El DuPont de Nemours), RODRUN™ (Unitika), GRANLAR™ (Grandmont) или любую их комбинацию. В дополнительном примере термопластичный полимер может представлять собой полиэтилен со сверхвысокой молекулярной массой.

В одном варианте осуществления композиционный материал для улучшения проводимости может дополнительно включать электропроводящие наполнители, такие как металлы и сплавы металлов, электропроводящие углеродистые материалы, керамические материалы, например, бориды и карбиды или любую их комбинацию. В одном примере металлы и сплавы металлов могут включать бронзу, алюминий, золото, никель, серебро, их сплавы или любую их комбинацию. Примеры электропроводящих углеродистых материалов включают углеродные волокна, углеродные волокна, сортированные по размеру, PAN углеродные волокна, углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, углеродную сажу, графит, экструдированный графит и подобное. Дополнительно электропроводящие углеродистые материалы могут включать углеродные волокна и полимерные волокна, покрытые металлами, нанесенными на поверхность химическим осаждением из паровой фазы, например, серебро, никель и подобное. Примеры керамических материалов могут включать бориды и карбиды. Дополнительно керамические материалы могут быть покрытыми или допированными керамическими материалами. В отдельном варианте осуществления электропроводящий наполнитель может быть тонкодиспергирован в композиционном материале. Электропроводящие наполнители могут применяться для увеличения проводимости композиционного материала. По существу, электропроводящий наполнитель может иметь удельное сопротивление не более чем приблизительно 0,1 Ом·см, например, не более чем приблизительно 0,01 Ом·см, и даже не более чем приблизительно 0,001 Ом·см.

В примерном варианте осуществления композиционный материал включает по меньшей мере приблизительно 40,0 вес.% электропроводящего наполнителя. Например, композиционный материал может включать по меньшей мере приблизительно 50,0 вес.% электропроводящего наполнителя, например, по меньшей мере приблизительно 60,0 вес.% электропроводящего наполнителя, по меньшей мере приблизительно 65,0 вес.%, по меньшей мере приблизительно 70,0 вес.% или даже по меньшей мере приблизительно 75,0 вес.% электропроводящего наполнителя. Однако, слишком большое содержание модификатора удельного сопротивления может неблагоприятно повлиять на физические или механические свойства. В связи с этим, композиционный материал может включать не более чем приблизительно 95,0 вес.% электропроводящего наполнителя, например, не более чем приблизительно 90,0 вес.% или не более чем приблизительно 85,0 вес.% электропроводящего наполнителя. В другом примере композиционный материал может включать не более чем приблизительно 75,0 вес.% электропроводящего наполнителя. В отдельном примере композиционный материал включает электропроводящий наполнитель в диапазоне между приблизительно 40,0 вес.% и приблизительно 75,0 вес.%, например, в диапазоне между 50,0 вес.% и 75,0 вес.% или даже между приблизительно 60,0 вес.% и приблизительно 75,0 вес.%.

Электропроводящие наполнители могут увеличить способность тока проходить через композиционный материал и могут увеличивать электропроводимость уплотнения. В отдельном варианте осуществления композиционный материал может иметь объемное удельное сопротивление не более чем приблизительно 200 Ом·см, например не более чем приблизительно 100 Ом·см, и даже не более чем приблизительно 10 Ом·см. Кроме того, композиционный материал может иметь поверхностное удельное сопротивление не более чем приблизительно 10⁴ Ом/квадрат, например, не более чем приблизительно 10³ Ом/квадрат, например, не более чем приблизительно 10²Ом/квадрат, и даже не более чем приблизительно 10 Ом/квадрат.

В одном варианте осуществления композиционный материал может представлять собой эластичный материал. Модуль упругости Юнга может быть мерой жесткости композиционного материала и может быть определен по углу наклона кривой напряжение-удлинение во время испытания на растяжение образца материала. Композиционный материал может иметь модуль упругости Юнга по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, например, по меньшей мере приблизительно 1,0 ГПа, например, по меньшей мере приблизительно 3,0 ГПа и даже по меньшей мере приблизительно 5,0 ГПа.

В одном варианте осуществления композиционный материал может иметь относительно низкий коэффициент трения. Например, коэффициент трения композиционного материала может быть не более чем приблизительно 0,4, например, не более чем приблизительно 0,2 и даже не более чем приблизительно 0,15.

В другом варианте осуществления композиционный материал может иметь относительно высокое относительное удлинение. Например, композиционный материал может иметь относительное удлинение по меньшей мере приблизительно 20%, например, по меньшей мере приблизительно 40% и даже по меньшей мере приблизительно 50%.

В одном варианте осуществления пружина может иметь любую из множества различных конструкций пружины. Например, пружина может представлять собой скошенную витую пружину, U-образную пружину, спиральную пружину, спиральную пружину с перекрывающимися витками или подобное. Дополнительно концы пружины могут соединяться вместе, например, при помощи сварки для формирования кольцевой пружины. На фиг.3 изображена скошенная витая пружина 300. Скошенная витая пружина содержит проволоку 302, которая намотана таким образом, чтобы сформировать скошенную витую пружину 300. На фиг.4 изображена U-образная пружина 400. U-образная пружина 400 содержит металлическую ленту 402, сформированную в U-образную пружину 400. На фиг.5 и 6 изображены спиральная пружина 500 и спиральная пружина 600 с перекрывающимися витками соответственно. И в спиральной пружине 500, и спиральной пружине 600 с перекрывающимися витками, ленты 502 и 602 могут быть сформированы в форме спирали. Лента может иметь плоское прямоугольное или почти прямоугольное поперечное сечение. В то время как лента 502 может быть сформирована в форме спирали с промежутками 504 между соседними витками спиральной пружины 500, лента 602 может быть сформирована в форме спирали, при этом каждый виток перекрывает предыдущий виток спиральной пружины 600 с перекрывающимися витками. Перекрытия между соседними витками пружины с перекрывающимися витками могут быть между приблизительно 20% и приблизительно 40% ширины ленты.

В одном варианте осуществления, пружина может включать электропроводящий материал, например металл или сплав металла. Сплав металла может представлять собой нержавеющую сталь, сплав меди, например, бериллиевую медь и сплав медь-хром-цинк, сплав никеля, например, Hastelloy, Ni220 и Phynox, или подобное. Дополнительно пружина может быть гальванизирована металлом для гальванизации, например, золотом, оловом, никелем, серебром или любой их комбинацией. В альтернативном варианте осуществления пружина может быть сформирована из полимера покрытого металлом для гальванизации.

В другом варианте осуществления уплотнение может использоваться как прокладка или уплотнение в электронных системах для уменьшения EMI/RFI и для обеспечения экологичного химически устойчивого уплотнения. В отдельном варианте осуществления уплотнение может быть размещено между двумя частями оболочки электронного оборудования, например, между корпусом и крышкой. В другом варианте осуществления уплотнение имеет низкий коэффициент трения и может находиться между статичным компонентом и вращающимся компонентом. Предпочтительно, чтобы концы пружины были сварены вместе для предотвращения формирования промежутка в экранировании EMI/RFI. В качестве альтернативы, для минимизации промежутков концы пружины можно не сваривать, а разместить близко друг к другу.

На фиг.7 изображена примерная система 700. Система 700 может включать статичный компонент 702 и вращающийся компонент 704. Вращающийся компонент 704 может вращаться относительно статичного компонента 702. Система 700 может дополнительно содержать уплотнение 706, расположенное между статичным компонентом 702 и вращающимся компонентом 704. Уплотнение 706 может быть таким же, как уплотнение 100. В одном варианте осуществления уплотнение 706 может служить для предотвращения загрязнения окружающей среды, например, от попадания в или выхода из системы пыли, воды, химикатов, газов или подобного, через промежутки между статичным компонентом 702 и вращающимся компонентом 704. Дополнительно, уплотнение 706 может служить для уменьшения EMI/RFI, воздействующих на систему или излучаемых системой.

Уплотнение может значительно уменьшить способность электромагнитной энергии проходить через пространство между двумя частями оболочки. Например, уплотнение может уменьшить проходящую через это пространство электромагнитную энергию на по меньшей мере -70 дБ, например по меньшей мере -80 дБ. Дополнительно уплотнение может обеспечивать практически постоянное ослабление в диапазоне частот, например, между приблизительно 1 МГц и приблизительно 600 МГц.

Рассмотрим способ изготовления уплотнения для создания композиционного материала, термопластичный материал и наполнитель могут быть компаундированы или экструдированы, например, в экструдере с двойным шнеком. Компаундирование может включать двойное компаундирование или перемешивание с высокими напряжениями сдвига. В качестве альтернативы, для формирования композиционного материала, термопластичный материал и наполнитель могут быть смешаны, например, в смесителе Брабендер или могут быть измельчены, например, посредством сухого измельчения или мокрого измельчения. Композиционному материалу может быть сформован. Например, композиционный материал может быть экструдирован. В качестве альтернативы композиционный материал может быть спрессован в пресс-форме и спечен. Дополнительно для формирования корпуса уплотнения, после формования композиционный материал может быть подвергнут машинной обработке. Пружина может быть вставлена в желоб корпуса уплотнения. В одном варианте осуществления, перед вставкой в желоб, концы пружины могут быть спаяны вместе.

ПРИМЕРЫ

Для определения объемного удельного сопротивления образцы тестируют по Mil DTL 83528-С. Результаты приведены в таблице.

Образец 1 приготовили посредством смешивания PTFE и 4 вес.% углеродного наполнителя. Заготовку сформировали посредством горячего прессования.

Образец 2 приготовили, как и образец 1, за исключением добавления 12 вес.% углеродного наполнителя.

Образец 3 приготовили, как и образец 2, за исключением добавления 20 вес.% углеродного наполнителя.

Образец 4 приготовили посредством смешения PTFE и 40 вес.% никелевого порошка. Заготовку сформировали посредством холодного прессования с последующим спеканием.

Образец 5 приготовили, как и образец 4, за исключением добавления 50 вес.% никелевого порошка.

Образец 6 приготовили, как и образец 4, за исключением добавления 55 вес.% никелевого порошка.

Образец 7 приготовили посредством смешения PTFE и графитового порошка. Заготовку сформировали посредством холодного прессования с последующим спеканием.

Образец 8 представляет собой ETFE с углеродным наполнителем.

Следует отметить, что не все действия, описанные выше в общем описании или примерах являются обязательными, что часть отдельных действий может быть необязательной, и что одно или более дополнительных действий могут осуществляться в дополнение к уже описанным действиям. Более того, порядок, в котором перечислены действия, необязательно является порядком, в котором они осуществляются.

В предыдущем описании были рассмотрены концепции со ссылкой на отдельные варианты осуществления. Однако среднему специалисту в данной области техники станет понятно, что, как указано в нижеследующей формуле изобретения, различные модификации и изменения могут быть выполнены без выхода за пределы объема изобретения. Соответственно описание и фигуры необходимо рассматривать не как ограничивающие, а как иллюстративные, и все подобные модификации следует включать в объем изобретения.

Реферат

Уплотнение, преимущественно для снижения помех электронного шума и радиочастотных помех (EMI/RFI), содержит корпус уплотнения, имеющий кольцевую полость, а также кольцевую пружину, находящуюся в кольцевой полости. Корпус уплотнения включает композиционный материал, содержащий термопластичный материал и наполнитель. Композиционный материал может иметь модуль упругости Юнга по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, объемное удельное сопротивление не более чем приблизительно 200 Ом·см, относительное удлинение по меньшей мере приблизительно 20%, поверхностное удельное сопротивление не более чем приблизительно 10Ом/квадрат или любую их комбинацию. Повышение надежности работы электронных систем за счет возможности контроля и снижения EMI, мешающих работе электронной системы, является техническим результатом заявленного изобретения. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Формула