Стекловолоконные пряди, покрытые теплопроводными неорганическими частицами, и содержащие их изделия - RU2196746C2

Чертежи

Показать все 37 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится в целом к покрытым стекловолоконным прядям для усиления композиционных материалов и, в частности, к стекловолоконным прядям, покрытым теплопроводными неорганическими твердыми частицами, пригодным для изготовления тканей для усиления слоистых печатных плат.

Обычно печатные платы выполняют из ламинированных слоев ткани, состоящей из усилительных волокон, таких как стекловолокно KEVLAR^®, которые обеспечивают устойчивость размеров платы для поддержания целостности электронных контуров, расположенных на ней. Отверстия выполняют посредством сверления слоев многослойного материала или основы для соединения контуров, расположенных в различных плоскостях. Тепло, возникающее во время операций сверления, может приводить к повышению температуры материала основы, смежного с отверстиями, выше температуры фазового перехода стекла матричного материала, что вызывает растекание и размазывание матричного материала и создает дефекты на стенках просверливаемых отверстий. Избыточное тепло, создаваемое во время операций сверления, отрицательно сказывается на сроке службы сверлильного инструмента.

Деформация или коробление платы вследствие различного теплового расширения во время изготовления платы, а также во время монтажа и обслуживания электронных компонентов может отрицательно сказываться на надежности и рабочих характеристиках платы. К такому короблению особенно чувствительны паяные соединения и внутренние контуры.

На слоистый материал или основу могут воздействовать также большие тепловые потоки, возникающие во время монтажа электронных компонентов на плате. Для предотвращения разрушения электронных компонентов максимальная рабочая температура компонентов предпочтительно не превышает 100^oС. Для рассеивания тепла, создаваемого работающими компонентами, предусматривается непосредственный отвод тепла в окружающий воздух или на материал основы, т.е. теплоотводы. Часто некоторая часть тепла направляется через слоистый материал или основу к теплоотводу.

Для предотвращения деформации матричного материала в матричную смолу слоистого материала включают теплопроводные материалы, такие как оксид цинка и нитрид бора, для отвода тепловой энергии, возникающей во время операций сверления или во время работы, к теплоотводам или к краю платы. Однако такие теплопроводные материалы часто трудно распределять равномерно в матричной смоле и они могут накапливаться и загрязнять баки для подачи смолы.

Например, для рассеяния тепловой энергии в патенте США 4869954 раскрыт листообразный теплопроводный материал, изготовленный из уретанового связующего вещества, отвердителя и теплопроводных наполнителей, таких как оксид алюминия, нитрид алюминия, нитрид бора, оксид магния и оксид цинка и различных металлов (смотри столбец 2, строки 62-65 и столбец 4, строки 3-10). В теплопроводный материал могут быть включены один или несколько слоев несущего материала, такого как стекловолоконная ткань.

Для усиления, уменьшения или изменения фрикционный характеристик композиционного материала в патенте США 5217778 раскрыто наружное покрытие сухого сцепления, включающее в себя композиционную пряжу из стекловолокна, металлической проволоки и полиакрилонитрильного волокна, которое пропитано и покрыто отвердевающим под действием тепла клеем или связующим материалом. Связующий материал может включать фрикционные частицы, такие как угольная сажа, графит, оксиды металлов, сульфат бария, алюмосиликат, частицы измельченного каучука, измельченные органические смолы, полимеризованное масло из орехов кешью, глина, диоксид кремния или криолит (смотри столбец 2, строки 55-66).

Для улучшения проникновения смолы между усиливающими стеклянными волокнами во время изготовления композиционного материала в патенте США 3312569 раскрыто приклеивание частиц оксида алюминия к поверхности стекловолокна, а в заявке на патент Японии 9-208268 раскрыта ткань, имеющая пряжу, образованную из стекловолокна, покрытую непосредственно после скручивания крахмалом или синтетической смолой, и 0,001-20,0 мас. % неорганических твердых частиц, таких как коллоидный диоксид кремния, карбонат кальция, каолин и тальк. Однако величина твердости по шкале Мооса оксида алюминия и диоксида кремния больше 9, соответственно 7¹ (¹ R. Weast (Ed.), Справочник по химии и физике, издательство CRC Press (1975), страница F-22, и H. Katz (Ed. ) и др. Справочник по наполнителям и пластмассам (1987), страница 28, содержание которых включается в данное описание), что может приводить к абразивному истиранию более мягкого стекловолокна.

В SU 859400 раскрыта пропиточная композиция для изготовления слоистых тканей из стекловолокна, причем композиция содержит спиртовой раствор фенолформальдегидной смолы, графита, дисульфида молибдена, поливинилбутирала и поверхностно-активного вещества. Однако летучие спиртовые растворы не желательны для применения при изготовлении стекловолокна.

В патенте США 5541238 раскрыто волокно для усиления термопластичных или термореактивных композиционных материалов, которое покрыто посредством осаждения из паровой фазы или плазменной обработки единственным слоем сверхтонкого материала, такого как неорганические оксиды, нитриды, карбиды, бориды, металлы и их комбинации, имеющее средний диаметр 0,005-1,0 мкм. Ограниченное пространство и соображения защиты окружающей среды делают применение осаждения из паровой фазы или плазменную обработку при изготовлении стекловолокна не практичным.

Имеется необходимость в стекловолокне, которое совместимо с разнообразными полимерными матричными материалами и которое обеспечивает более эффективный механизм рассеяния тепла при использовании в качестве усиления, например, монтажных печатных плат.

Данное изобретение обеспечивает создание покрытой волоконной пряди, содержащей по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющей первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, при этом водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К.

Другим аспектом данного изобретения является покрытая волоконная прядь, содержащая по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющая первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, при этом водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 5 Вт/(м• К) при 300 К, и величину твердости, которая не превосходит величину твердости по меньшей мере одного стеклянного волокна.

Другим аспектом данного изобретения является покрытая волоконная прядь, содержащая по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющая первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, и вторичный слой второго водного покрывного состава, содержащего неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К, нанесенного по меньшей мере на часть первичного слоя.

Еще одним аспектом данного изобретения является покрытая волоконная прядь, содержащая по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющая первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, и вторичный слой второго порошкового покрывного состава, содержащего неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К, нанесенного по меньшей мере на часть первичного слоя.

Другим аспектом данного изобретения является покрытая волоконная прядь, содержащая по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющая первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, вторичный слой второго покрывного состава, содержащего полимерный материал, нанесенный по меньшей мере на часть первичного слоя, и третий слой порошкового третьего покрывного состава, содержащего неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К, нанесенного по меньшей мере на часть вторичного слоя.

Другим аспектом данного изобретения является усиленный полимерный композиционный материал, содержащий: (а) покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, при этом водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м• К) при температуре 300 К, и (b) полимерный матричный материал.

Другим аспектом данного изобретения является ткань, содержащая покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, при этом водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К.

Еще одним аспектом данного изобретения является основа для электронных схем, содержащая: (а) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую первичный слой сухого остатка водного покрывного состава, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, причем водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К; и (b) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани.

Другим аспектом данного изобретения является монтажная печатная плата, содержащая: (а) основу для электронных схем, содержащую: (i) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую первичный слой сухого остатка водного покрывного состава, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, причем водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при температуре 300 К, и (ii) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани; и (b) электрически проводящий слой, расположенный смежно с выбранными частями выбранных сторон основы для электронных схем.

Еще одним аспектом данного изобретения является основа для электронных схем, содержащая: (а) первый композиционный слой, содержащий: (i) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую первичный слой сухого остатка водного покрывного состава, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, причем водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К, и (ii) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани; и (b) второй композиционный слой, отличный от первого композиционного слоя.

Еще одним аспектом данного изобретения является монтажная печатная плата, содержащая: (а) основу для электронных схем, содержащую: (i) первый композиционный слой, содержащий: (1) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую первичный слой сухого остатка водного покрывного состава, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна, причем водный шлихтовальный состав содержит неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К, и (2) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани; и (ii) второй композиционный слой, отличный от первого композиционного слоя; и (b) электрически проводящий слой, расположенный смежно с выбранными частями выбранных сторон первого и/или второго композиционного слоя.

Другим аспектом данного изобретения является способ создания отверстия через слой ткани основы для электронных схем монтажной печатной платы посредством (1) расположения основы для электронных схем, содержащей часть слоя ткани, в которой необходимо выполнить отверстие, на одной линии с устройством для образования отверстия и (2) выполнения отверстия в части слоя ткани, в котором ткань содержит покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую слой, содержащий неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при 300 К, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна.

Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приводится подробное описание вариантов выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - покрытая волоконная прядь, имеющая первичный слой из сухого остатка водного шлихтовального состава, согласно данному изобретению в изометрической проекции;
фиг. 2 - покрытая волоконная прядь, имеющая первичный слой из сухого остатка шлихтовального состава и на нем вторичный слой водного второго покрывного состава, согласно данному изобретению в изометрической проекции;
фиг. 3 - покрытая волоконная прядь, имеющая первичный слой из сухого остатка шлихтовального состава, вторичный слой водного второго покрывного состава и на нем третий слой, согласно данному изобретению в изометрической проекции;
фиг. 4 - композиционный материал согласно данному изобретению, вид сверху;
фиг.5 - ткань согласно данному изобретению, вид сверху;
фиг.6 - разрез основы для электронных схем согласно данному изобретению;
фиг.7 и 8 - разрезы альтернативных вариантов выполнения основы для электронных схем согласно данному изобретению;
фиг.9 - иллюстрация способа выполнения отверстия в слое ткани основы для электронных схем.

Пряди стекловолокна, согласно данному изобретению, имеют уникальное покрытие, которое усиливает теплопроводность вдоль покрытой поверхности волокон. При использовании в качестве непрерывного усиления монтажных печатных плат покрытые стеклянные волокна, согласно данному изобретению, обеспечивают механизм поддержки рассеяния тепла источника тепла (такого как интегральная схема или контур) вдоль усиления для отвода тепла от электронных компонентов и предотвращения тем самым вызванного нагревом ухудшения характеристик и/или разрушения компонентов контуров, стекловолокна и полимерного матричного материала. Покрытое стекловолокно, согласно данному изобретению, обеспечивает более высокую теплопроводность, чем матричный материал, т.е. предпочтительный путь рассеяния тепла, тем самым уменьшая разностное тепловое расширение и коробление монтажной печатной платы и повышая надежность паяных соединений.

Покрытые стекловолоконные пряди, согласно данному изобретению, уменьшают или исключают потребность во включении теплопроводных материалов в матричную смолу, что упрощает операции изготовления слоистых материалов и уменьшает затраты на очистку и обслуживание бака для подачи дорогого матричного материала.

Другие преимущества покрытых волокон, согласно данному изобретению, включают высокую прочность слоистого материала, хорошую термическую устойчивость, хорошую гидролитическую устойчивость, низкую коррозию и низкую химическую активность в присутствии высокой влажности, реактивных кислот и щелочей и совместимость с множеством полимерных матричных материалов, что устраняет необходимость горячей очистки стекловолокна перед проклеиванием.

Другим значительным преимуществом покрытых прядей стекловолокна, согласно данному изобретению, является их хорошая обрабатываемость при изготовлении ткани или трикотажного полотна. Низкие пыльность и рассеяние, низкое количество разрушенных волокон, низкая напряженность пряди, высокая летучесть и малое время вставления - вот те характеристики, которые обеспечиваются покрытыми прядями стекловолокна согласно данному изобретению, которые упрощают процессы изготовления ткани и трикотажного полотна и обеспечивают получение ткани с небольшим количеством дефектов поверхности для применения в монтажных печатных платах.

На фиг.1 показана покрытая стекловолоконная прядь 10, содержащая по меньшей мере одно стеклянное волокно 12, согласно данному изобретению. Прядь 10 предпочтительно содержит множество стеклянных волокон 12. В данном случае понятие "прядь" обозначает одно или несколько отдельных волокон. Понятие "волокно" обозначает отдельную элементарную нить.

Стекловолокно 12 может быть образовано из любого типа стеклянного состава, способного создавать волокна, которые известны специалистам в данной области техники, включая составы, изготовленные из способных образовывать волокна стеклянных составов, таких как стекло Е, стекло А, стекло С, стекло D, стекло R, стекло S, а также производные стекла Е. В данном случае понятие "производные стекла Е" обозначает стеклянные составы, которые включают в себя незначительные количества фтора и/или бора и предпочтительно не содержат фтора и/или бора. Кроме того, используемое понятие "незначительное" обозначает меньше 1 мас.% фтора и меньше 5 мас.% бора. Базальтовое и минеральное волокна являются примерами других стеклянных волокон, которые можно использовать в данном изобретении. Предпочтительные стеклянные волокна образованы из стекла Е или производных стекла Е. Специалистам в данной области техники хорошо известны такие составы и способы изготовления элементарных стеклянных волокон из них, поэтому они не нуждаются в подробном пояснении в этом описании. Если все же необходима дополнительная информация, то такие стеклянные составы и способы изготовления волокон описаны в книге К. Loewenstein, "Технология изготовления стекловолокна" (3-е издание 1993), страницы 30-44, 47-60, 115-122 и 126-135, а также в патентах США 4542106 и 5789329, содержание которых включается в данное описание.

Покрытая волоконная прядь 10 может дополнительно содержать волокна, образованные из других способных образовывать волокна естественных или искусственных материалов, таких как не стеклянные неорганические материалы, природные материалы, органические полимерные материалы и их комбинации. В данном случае понятие "способные создавать волокна" означает материал, из которого можно получать обычно непрерывное элементарное волокно, волокно, прядь или пряжу.

Подходящие не стеклянные неорганические волокна включают керамические волокна, образованные из карбида кремния, угля, графита, муллита, оксида алюминия и пьезоэлектрических керамических материалов. Не ограничивающими изобретение примерами подходящих природных волокон животного или растительного происхождения являются хлопок, целлюлоза, натуральный каучук, лен, рами, пенька, сизаль и шерсть. Подходящие искусственные волокна включают волокна, образованные из полиамидов (таких как нейлон и арамиды), термопластичные сложные полиэфиры (такие как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат), акрилы (такие как полиакрилнитрилы), полиолефины, полиуретаны и виниловые полимеры (такие как поливиниловый спирт). Не стеклянные волокна, которые можно использовать в данном изобретении, а также способы получения и обработки таких волокон подробно описаны в Encyclopedia of Polymer Science and Technology, том 6 (1967), страницы 505-712, содержание которых включается в данное описание. Понятно, что при желании в данном изобретении можно использовать смеси или сополимеры любых указанных материалов, а также комбинации любых волокон, образованных из указанных материалов.

Ниже приводится описание данного изобретения в основном применительно к прядям из стекловолокна, хотя для специалистов в данной области техники понятно, что прядь 10 может дополнительно содержать одно или более не стеклянных волокон, указанных выше.

Как показано на фиг.1, в предпочтительном варианте выполнения волокна 12 волоконной пряди 10, согласно данному изобретению, покрыты первичным слоем 14 из сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть 17 поверхности 16 волокон 12 для защиты поверхности 16 волокон от абразивного истирания во время обработки и предотвращения разрушения волокон 12. Сухой остаток водного шлихтовального состава предпочтительно наносят на всю наружную поверхность 16 или периферию волокон 12 пряди 10 для образования покрытой стекловолоконной пряди 10.

В данном случае в предпочтительном варианте выполнения понятие "шлихтовальный" обозначает покрывной состав, нанесенный на волокна непосредственно после образования волокон. В альтернативном варианте выполнения понятие "шлихтовальный" дополнительно относится к покрывным составам (известным также как "окончательная шлихта"), нанесенным на волокна после удаления обычного первичного покрытия с помощью нагрева или химической обработки, т. е. окончательная шлихта наносится на голое стеклянное волокно, включаемое в ткань.

Водный шлихтовальный состав содержит одну или несколько, предпочтительно множество теплопроводных неорганических твердых частиц 18, имеющих теплопроводность, равную или больше 5 Вт/(м•К) при 300 К. В предпочтительном варианте выполнения теплопроводность твердых частиц 18 более около 30 Вт/(м•К), предпочтительно более 100 Вт/(м•К) и более предпочтительно 100-2000 Вт/(м•К). В данном случае понятие "теплопроводность" обозначает свойство неорганической твердой частицы 18 проводить через себя тепло. Смотри R. Lewis, Sr. , Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12-е издание 1993), страница 305, содержание которой включается в данное описание. Дополнительно к этому, используемое понятие "твердый" обозначает вещество, которое не течет заметно при умеренных нагрузках, имеет определенную способность сопротивления силам, стремящимся деформировать его, и которое при обычных условиях сохраняет заданные размеры и форму. Смотри Webster' s Third New International Dictionary of English Language - Unabridged (1971), страница 2169. Кроме того, понятие "твердый" включает как кристаллические, так и не кристаллические материалы.

Теплопроводность твердого материала можно определить с помощью различных способов, хорошо известных для специалистов в данной области техники. Например, если теплопроводность испытуемого материала составляет 0,001-100,000 Вт/(м• К), то теплопроводность материала можно определить с использованием предпочтительного способа экранированной горячей пластины, согласно способу С-177-85 ASTM (содержание которого включается в данное описание), при 300 К. Если теплопроводность испытуемого материала составляет 20-1200 Вт/(м•К), то теплопроводность материала можно определить с использованием способа экранированного датчика горячего потока, согласно способу С-518-91 ASTM (содержание которого включается в данное описание).

В способе экранированной горячей пластины устройство с экранированной горячей пластиной, содержащее экранированный источник тепла, две вспомогательные нагревательные пластины, два охлаждающих блока, второй экран с регулируемой температурой и систему считывания показаний температурного датчика, используют для испытания двух по существу идентичных образцов. Образцы помещают по обе стороны экранированного нагревательного блока при нахождении противоположных поверхностей образцов в контакте с дополнительными нагревательными блоками. Затем устройство нагревают до заданной температуры испытания и выдерживают в течение времени, необходимом для достижения теплового стабильного состояния. После достижения стабильного теплового состояния измеряют тепловой поток (Q), который проходит через образцы, и разницу температур (Δ T) на обеих сторонах образцов. Затем вычисляют среднюю теплопроводность (К) образцов с использованием формулы
К=Q•L/A•ΔT, (I)
где L обозначает среднюю толщину образцов, а А - среднюю комбинированную площадь образцов.

Для минимизации абразивного износа и разрушения стекловолоконных прядей теплопроводные неорганические твердые частицы 18, нанесенные на волокна в виде шлихтовального состава, имеют величину твердости, которая не превосходит, т.е. равна или меньше, величины твердости стекловолокна. Величины твердости теплопроводных неорганических твердых частиц и стекловолокна можно определить с помощью обычного метода измерения твердости, такого как метод Виккерса или Бринеля, однако более предпочтительно определять твердость по шкале Мооса, которая указывает относительную склерометрическую стойкость (твердость царапанья) поверхности материала. Величина твердости стекловолокна по шкале Мооса обычно находится в диапазоне 4, 5-6,5 и предпочтительно составляет 6, смотри R. Weast (редактор). Справочник по химии и физике, издательство CRC Press (1975), страница F-22, содержание которой включается в данное описание. Величина твердости по шкале Мооса теплопроводных неорганических твердых частиц находится предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 6.

Величины теплопроводности и твердости по шкале Мооса нескольких не имеющих ограничительного характера теплопроводных неорганических твердых частиц, подходящих для использования в качестве частиц 18 в шлихтовальном составе, для образования покрытых стекловолоконных прядей, согласно данному изобретению, приведены в таблицах А и В. Для специалистов в данной области техники понятно, что частицы одного из теплопроводных неорганических твердых материалов, приведенных в таблицах А и В, или их смесей можно использовать в шлихтовальном составе для образования покрытых стекловолоконных прядей, согласно данному изобретению.

Другие возможные для использования теплопроводные неорганические твердые материалы включают дисульфид молибдена и оксид магния. В данном изобретении можно использовать также смеси частиц из любых указанных выше теплопроводных неорганических твердых материалов.

Как указывалось выше, твердость по шкале Мооса относится к стойкости материала к царапанью. Поэтому в данном изобретении рассматриваются частицы, которые имеют на своей поверхности твердость, которая отличается от твердости во внутренних частях частиц под их поверхностью. В частности, поверхность частиц может быть модифицирована любым способом, хорошо известным из уровня техники, включая, но не ограничиваясь этим, покрытие, платирование или инкапсулирование частиц, или же химическое изменение характеристик поверхности с использованием технологий, известных из уровня техники, так чтобы твердость поверхности частицы не превышала твердости стекловолокна, в то время как твердость частицы под поверхностью была больше, чем твердость стекловолокна. В качестве примера, но без ограничения изобретения, неорганические частицы, такие как карбид кремния и нитрид алюминия, можно снабдить покрытием из диоксида кремния, карбоната или наноглины. Дополнительно к этому, кремнийорганический аппрет с боковыми цепочками алкила может реагировать с поверхностью многих оксидных частиц для обеспечения "более мягкой" поверхности.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения теплопроводные неорганические твердые частицы имеют чешуйчатую структуру для уменьшения износа инструмента во время сверления. Частицы, имеющие чешуйчатую или гексагональную кристаллическую структуру, состоят из слоев или пластин атомов в гексагональной решетке с сильными связями внутри слоя и слабыми вандерваальсовыми связями между слоями, что обеспечивает низкую прочность сдвига между слоями. Смотри К. Ludema, Friction, Wear, Lubrication (1996), страница 125, F. Clauss, Solid Lubricants and Self-Lubricating Solids (1972), страницы 19-22, 42-54, 75-77, 80-81, 82, 90-102, 113-120 и 128, и W. Campbell "Solid Lubricants", Boundary Lubrication; An Appraisal of World Literature, ASME Research Committee on Lubrication (1969), страницы 202-203, содержание которых включается в данное описание. Негидратируемые неорганические твердые частицы, имеющие чешуйчатую желобковую (шаровую) структуру, можно также использовать в данном изобретении.

Не ограничивающими изобретение примерами теплопроводных неорганических твердых частиц, имеющих чешуйчатую структуру, являются нитрид бора и графит. Частицы нитрида бора, имеющего гексагональную кристаллическую структуру, являются наиболее предпочтительными для использования в водном шлихтовальном составе. Не ограничивающими изобретение примерами частиц нитрида бора, подходящими для использования в данном изобретении, являются частицы порошка нитрида бора PolarTherm^® 100 Series (РТ 120, РТ 140, РТ 160 и РТ 180), 300 Series (РТ 350) и 600 Series (РТ 620, РТ 630, РТ 640 и РТ 670), которые поставляет фирма Advanced Ceramics Corporation of Lakewood, Огайо. Смотри "PolarTherm^® Thermally Conductive Fillers for Polymeric Materials", a technical bulletin of Advanced Ceramics Corporation of Lakewood, Огайо (1996), содержание которого включается в данное описание. Эти частицы имеют теплопроводность 250-300 Вт/(м•К) при 25^oС, диэлектрическую постоянную 3,9 и объемное сопротивление 10¹⁵ Ом/см. Порошок сотой серии имеет средний размер частиц в диапазоне 5-14 мкм, порошок трехсотой серии имеет средний размер частиц в диапазоне 100-150 мкм, а шестисотой серии - средний размер частиц в диапазоне 16-более 200 мкм.

Обычно теплопроводные неорганические твердые частицы 18 имеют минимальный средний размер 19 (эквивалентный диаметру шара)-меньше 1000 мкм, предпочтительно 0,001-100,000 мкм и более предпочтительно 0, 1-25,0 мкм. Конфигурация или форма твердых частиц 18 может быть по желанию в основном сферической (такой как шарики или микрошарики), кубической, плоской или игольчатой (продолговатой или волокнистой). Более подробную информацию о характеристиках подходящих частиц смотри H. Katz и др. Справочник по наполнителям и пластмассам (1987), страницы 9-10, содержание которых включается в данное описание.

Теплопроводные неорганические твердые частицы 18 могут находится в виде дисперсии, суспензии или эмульсии в воде. При желании в шлихтовальный состав могут быть включены другие растворители, такие как минеральное масло или спирт (предпочтительно меньше 5 мас.%). Количество теплопроводных неорганических твердых частиц 18 в водном шлихтовальном составе может составлять 0,001-99,000 мас.% относительно всего веса, предпочтительно 1-75 мас.% и более предпочтительно 25-50 мас. %. Не ограничивающим изобретение примером предпочтительной дисперсии 25 мас. % частиц нитрида бора в воде является OPRAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC фирмы ZYP Coatings, Inc. of Oak Ridge, Tennessee. Смотри OPRAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC, a technical bulletin of ZYP Coatings, Inc. , содержание которого включается в данное описание. Согласно данным производителя, частицы нитрида бора в этом продукте имеют средний размер меньше 3 мкм. Эта дисперсия имеет 1 мас.% алюмосиликата магния, который, согласно данным производителя, связывает частицы нитрида бора с подложкой, на которую наносится дисперсия. Другие возможные для использования изделия, поставляемые фирмой ZYP Coatings, включают краску BORON NITRIDE LUBRICOAT^® и изделия BRAZE STOP и WELD RELEASE.

В предпочтительном варианте выполнения теплопроводные неорганические твердые частицы 18 являются электрически изолирующими или имеют высокое электрическое сопротивление, т. е. имеют электрическое сопротивление более 1000 мкOм•см, как, например, нитрид бора. Использование теплопроводных неорганических твердых частиц, имеющих высокое электрическое сопротивление, является предпочтительным для обычных монтажных печатных плат для предотвращения потерь электрических сигналов вследствие электрической проводимости электронов через усиление. Для специальных случаев применения, например для печатных плат для микроволнового диапазона, радиочастотной интерференции и электромагнитной интерференции, нет необходимости в частицах, имеющих высокое электрическое сопротивление.

Обычно теплопроводные неорганические твердые частицы 18 составляют 0,001-99,000 мас.% шлихтовального состава относительно всей твердой основы, предпочтительно 50-99 мас.% и более предпочтительно 75-99 мас.%.

В другом предпочтительном варианте выполнения водный шлихтовальный состав может дополнительно к теплопроводным неорганическим твердым частицам 18 содержать один или несколько полимерных материалов, таких как термореактивные материалы, термопластичные материалы, крахмалы и их смеси. Полимерные материалы предпочтительно образуют непрерывную пленку при нанесении на поверхность 16 стекловолокна. Обычно количество полимерного материала может составлять 1-99 мас.% водного шлихтовального состава относительно всей твердой основы, предпочтительно 1-50 мас.% и более предпочтительно 1-25 мас.%.

Термореактивные полимерные материалы являются предпочтительными полимерными материалами для использования в водных шлихтовальных составах для покрытия прядей стекловолокна, согласно данному изобретению. Такие материалы являются совместимыми с термореактивными матричными материалами, используемыми в качестве слоистых материалов для печатных плат, такими как эпоксидные смолы FR-4, которые являются полифункциональными эпоксидными смолами и в частном варианте выполнения являются дифункциональными бромированными эпоксидными смолами. Смотри Electronic Materials Handbook^TM, ASM International (1989), страницы 534-537, содержание которых включается в данное описание.

Используемые термореактивные материалы включают термореактивные сложные полиэфиры, эпоксидные материалы, фенолы, аминопласты, термореактивные полиуретаны и их смеси. Подходящие термореактивные сложные полиэфиры включают сложные полиэфиры STYPOL, которые предлагаются фирмой Cook Composites and Polymers of Port Washington, Висконсин, и сложные полиэфиры NEOXIL, предлагаемые фирмой DSM B.V. of Como, Италия. Используемые эпоксидные материалы содержат по меньшей мере одну эпоксильную или оксирановую группу в молекуле, такие как полиглицидиловые эфиры многоатомных спиртов или тиолов. Примеры подходящих эпоксидных пленкообразующих полимеров включают эпоксидные смолы EPON^® 826 и EPON^® 880, предлагаемые фирмой Shell Chemical Company of Houston, Техас.

Используемые термопластичные полимерные материалы включают виниловые полимеры, термопластичные сложные полиэфиры, полиолефины, полиамиды (например, алифатические полиамиды или ароматические полиамиды, такие как арамид), термопластичные полиуретаны, акриловые полимеры и их смеси. Предпочтительные виниловые полимеры, используемые в данном изобретении, включают поливинилпирролидоны, такие как PVP К-15, PVP К-30, PVP К-60 и PVP К-90, которые предлагаются фирмой ISP Chemicals of Wayne, Нью-Джерси. Другие подходящие виниловые полимеры включают эмульсии сополимеров винилацетата Resyn 2828 и Resyn 1037, которые предлагаются фирмой National Starch, а также другие поливинилацетаты, которые предлагаются фирмой Н.В. Fuller and Air Products and Chemicals Co. of Allentown, Пенсильвания.

Термопластичные сложные полиэфиры, используемые в данном изобретении, включают DESMOPHEN 2000 и DESMOPHEN 2001KS, которые предлагаются фирмой Bayer of Pittsburg, Пенсильвания. Предпочтительным сложным полиэфиром является полиэфирная смола RD-847A, которая предлагаются фирмой Borden Chemicals of Columbus, Огайо. Используемые полиамиды включают изделия VERSAMID, которые предлагаются фирмой General Mills Chemicals, Inc. Используемые термопластичные полиуретаны включают WITCOBOND^® W-290H, который предлагается фирмой Witco Chemical Corp. of Chicago, Иллинойс, и полиуретановый латекс RUCOTHANE^® 2011L, который предлагается фирмой Ruco Polymer Corp. of Hicksville, Нью-Йорк.

Водный шлихтовальный состав может содержать смесь из одного или более термореактивных полимерных материалов с одним или более термопластичными полимерными материалами. В предпочтительном варианте выполнения слоистых материалов (ламинатов) для печатных плат полимерные материалы водного шлихтовального состава содержат смесь полиэфирной смолы RD-847A, поливинилпирролидона PVP К-30, сложного полиэфира DESMOPHEN 2000 и полиамида VERSAMID. В альтернативном предпочтительном варианте выполнения, подходящем для слоистых материалов (ламинатов) для печатных плат, полимерные материалы водного шлихтовального состава содержат смесь эпоксидной смолы EPON 826 и поливинилпирролидона PVP К-30.

Используемые крахмалы включают крахмалы, полученные из картофеля, кукурузы, пшеницы, кукурузы восковой спелости, саго, риса, мило или их смесей. Не ограничивающим изобретение примером используемого крахмала является Kollotex 1250 (имеющий малую вязкость, низкоамилозный крахмал на основе картофеля, эфиризованный этиленоксидом), который предлагается фирмой AVEBE, Нидерланды.

Полимерные материалы могут быть растворимыми в воде, способными создавать эмульсии, дисперсии и/или отверждаемыми. В данном случае понятие "растворимые в воде" означает, что полимерные материалы способны по существу равномерно смешиваться с водой и/или диспергироваться молекулярно или ионно в воде с образованием настоящего раствора. Смотри Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12-е издание 1993), страница 1075, содержание которой включается в данное описание. Понятие "способные создавать эмульсии" означает, что полимерные материалы способны образовывать по существу устойчивую смесь или суспендироваться в воде в присутствии эмульгатора. Смотри Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12-е издание 1993), страница 461, содержание которой включается в данное описание. Не ограничивающие изобретение примеры подходящих эмульгаторов приведены ниже. Понятие "способные создавать дисперсии" означает, что любой из компонентов полимерных материалов способен распределяться в воде в виде отдельных мелких частиц, как, например, латекс. Смотри Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12-е издание 1993), страница 435, содержание которой включается в данное описание. Равномерность дисперсии может быть увеличена посредством добавления смачивающих агентов, диспергаторов или эмульгаторов (поверхностно-активных веществ), которые приведены ниже. Понятие "отверждаемые" означает, что полимерные материалы и другие компоненты шлихтовального состава способны коалесцировать в пленку или сшиваться друг с другом для изменения физических свойств полимерных материалов. Смотри Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12-е издание 1993), страница 331, содержание которой включается в данное описание.

Дополнительно или вместо полимерных материалов, указанных выше, водный шлихтовальный состав предпочтительно содержит одно или более связующих веществ, таких как органосилановые связующие вещества, связующие вещества с переходными металлами, фосфонатные связующие вещества, алюминиевые связующие вещества, аминосодержащие связующие вещества Вернера и их смеси. Эти связующие вещества обычно выполняют несколько функций. Каждый атом металла или кремния соединен с одной или более группами, которые могут вступать в реакцию или совмещаться с поверхностью волокна и/или с компонентами водного шлихтовального состава. Понятие "совмещаться" означает, что группы химически прикреплены, но не связаны с поверхностью волокна и/или компонентами шлихтовального состава, например, с помощью полярных, смачивающих или растворяющих сил.

Примеры гидролизуемых групп включают

Функциональные органосилановые связующие вещества являются предпочтительными для использования в данном изобретении. Примеры используемых функциональных органосилановых связующих веществ включают гамма-аминопропилтриалкоксисиланы, гамма-изоцианатопропилтриэтоксисиланы, винилтриалкоксисиланы, глицидоксипропилтриалкоксисиланы и уреидопропилтриалкоксисиланы. Предпочтительные функциональные органосилановые связующие вещества включают гамма-глицидоксипропилтриметоксисилан А-187, гамма-метакрилоксипропилтриметоксисилан А-174, силановые связующие вещества гамма-аминопропилтриэтоксисилана
А-1100, аминосилановое связующее вещество А-1108 и гамма-уреидопропилтриэтоксисилан А-1160, которые все предлагаются фирмой Osi Specialities, Inc. of Tarrytown, Нью-Йорк. Органосилановое связующее вещество может быть по меньшей мере частично гидролизовано водой перед нанесением на волокна предпочтительно в стехиометрическом соотношении 1:1 или при желании его можно наносить в негидрализованном виде.

Подходящие связующие вещества с переходными металлами включают связующие вещества с титаном, цирконием, иттрием и хромом. Подходящие титанатные связующие вещества и цирконатные связующие вещества предлагаются фирмой Kenrich Petrochemical Company. Подходящие комплексные соединения хрома предлагает фирма E. I. du Font de Nemours of Wilmington, Делавэр. Аминосодержащие связующие вещества типа Вернера являются комплексными соединениями, в которых трехвалентное ядро атома, например, хрома координировано органической кислотой, имеющей аминную функциональность. Другие хелаты металлов и связующие вещества координированного типа, известные специалистам в данной области техники, также можно использовать в данном изобретении.

Количество связующего вещества может составлять 1-99 мас.% водного шлихтовального состава относительно всей твердой основы и предпочтительно 1-10 мас.%.

Водный шлихтовальный состав может дополнительно содержать одно или более органических смазочных материалов, которые химически отличаются от полимерных материалов, указанных выше. Хотя водный шлихтовальный состав может содержать вплоть до 60 мас.% органических смазочных материалов, однако предпочтительно шлихтовальный состав по существу не содержит органических смазочных материалов, т.е. содержит меньше, чем 20 мас.% органических смазочных материалов, и более предпочтительно не содержит органических смазочных материалов. Такие органические смазочные материалы включают катионные, неионные и анионные смазочные материалы, такие как соли амина жирных кислот, производные алкилимидазолина, такие как CATION X, которые предлагаются фирмой Rhone Poulenc of Princeton, Нью-Джерси, кислые растворимые амиды жирных кислот, конденсаты жирной кислоты и полиэтиленимина и замещенные амидом полиэтиленимины, такие как частично амидированный полиэтиленимин EMERY^® 6717, который предлагается фирмой Henkel Corporation of Kankakee, Иллинойс.

Водный шлихтовальный состав по существу не содержит гидратируемые неорганические смазочные твердые частицы или абразивные частицы диоксида кремния или карбоната кальция, т.е. содержит меньше 20 мас.% гидратируемых (т. е. способных к гидратации) неорганических смазочных частиц, абразивных частиц диоксида кремния или карбоната кальция относительно всей твердой основы, более предпочтительно меньше, чем 5 мас.% и наиболее предпочтительно меньше, чем 0,001 мас.%.

Водный шлихтовальный состав может включать один или несколько эмульгаторов для эмульгирования или диспергирования компонентов водного шлихтовального состава, таких как неорганические частицы. Не ограничивающие изобретение примеры эмульгаторов или поверхностно-активных веществ включают блок-сополимеры полиоксиалкилена (такой как сополимер полиоксипропилена и полиоксиэтилена PLURONIC^TM F-108, который предлагается фирмой BASF Corporation of Parsippany, Нью-Джерси), этоксилированные алкилфенолы (такой как этоксилированный октилфеноксиэтанол IGEPAL СА-630, который предлагается фирмой GAF Corporation of Wayne, Нью-Джерси), эфиры полиоксиэтиленоктифенилгликоля, этиленоксидные производные от эфиров сорбитола, полиоксиэтилированные растительные масла (такое как ALKAMULS EL-719, которое предлагается фирмой Rhone-Poulenc) и нонилфеноловые поверхностно-активные вещества (такое как MACOL NP-6, которое предлагается фирмой BASF of Parsippany, Нью-Джерси). Обычно количество эмульгатора составляет 1-30 мас.% водного шлихтовального состава относительно всей твердой основы.

Водный шлихтовальный состав может включать один или более водорастворимых, эмульгируемых или диспергируемых восковых материалов, таких как растительный, животный, минеральный, синтетический или нефтяной воски. Предпочтительными восками являются нефтяные воски, такие как микрокристаллический воск MICHEM^® LUBE 296, микрокристаллический воск POLYMEKON^® SPP-W и микрокристаллический воск PETROLITE 75, которые предлагаются фирмами MICHELMAN Inc. of Cincinnati, Огайо, и Petrolite Corporation of Tulsa, Оклахома, соответственно. Обычно количество воска может составлять 1-10 мас.% водного шлихтовального состава относительно всей твердой основы.

Сшивающие материалы, такие как меламинформальдегид, и пластификаторы, такие как фталаты, тримеллитаты и адипаты, могут быть также включены в водный шлихтовальный состав. Количество сшивающего вещества или пластификатора может составлять 1-5 мас.% водного шлихтовального состава относительно всей твердой основы.

В водный шлихтовальный состав могут быть включены другие добавки, такие как силиконы, фунгициды, бактерициды и противопенные материалы (пеногасители), обычно в количестве меньше 5 мас.%. Органические и/или неорганические кислоты или основания в количестве, достаточном для придания водному шлихтовальному составу рН 2-10, могут быть также включены в водный шлихтовальный состав. Не ограничивающим изобретение примером подходящей силиконовой эмульсии является эпоксидированная силиконовая эмульсия LE-9300, которая предлагается фирмой Osi Specialities, Inc. of Danbury, Коннектикут. Примером подходящего бактерицида является противомикробное соединение Biomet 66, которое предлагается фирмой М&Т Chemicals of Rahway, Нью-Джерси. Подходящими противопенными материалами (пеногасителями) являются материалы SAG, который предлагается фирмой Osi Specialities, Inc. of Danbury, Коннектикут, и MAZU DF-136, который предлагается фирмой BASF Company of Parsippany, Нью-Джерси. Гидроксид аммония может быть добавлен в водный шлихтовальный состав для стабилизации шлихты, если это желательно. Вода (предпочтительно деионизитрованная) включена в водный шлихтовальный состав в количестве, достаточном для легкого нанесения в целом равномерного покрытия на прядь. Количество твердых веществ в водном шлихтовальном составе обычно составляет 1-75 мас.%.

Водный шлихтовальный состав предпочтительно по существу не содержит стеклянных материалов. В данном случае понятие "по существу не содержит стеклянных материалов" означает, что шлихтовальный состав содержит меньше 20 об. % стеклянных матричных материалов для образования стеклянных композиционных материалов, предпочтительно меньше 5 об.% и более предпочтительно не содержит стеклянных материалов. Примеры таких стеклянных матричных материалов включают черные стеклянные керамические матричные материалы или алюминосиликатные матричные материалы, хорошо известные специалистам в данной области техники.

В предпочтительном варианте выполнения тканого материала для слоистых печатных плат на стекловолокно покрытых волоконных прядей, согласно изобретению, нанесен первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, содержащего порошок нитрида бора PolarTherm^® 160 и/или дисперсию BORON NITRIDE RELEASECOAT, эпоксидный пленкообразующий материал EPON 826, поливинилпирролидон PVP К-30, эпоксильно-функциональное органосилановое связующее вещество А-187, полиоксиэтилированнное растительное масло ALKAMULS EL-719, этоксилированный октилфеноксиэтанол IGEPAL CF-630, сложный эфир полиэтиленгликольмонолаурата KESSCO PEG 600, который предлагается фирмой Stepan Company of Chicago, Иллинойс, и частично амидированный полиэтиленимин EMERY^® 6717.

В более предпочтительном варианте выполнения тканого материала для слоистых печатных плат на стекловолокно покрытых волоконных прядей, согласно изобретению, наносят первичный слой сухого остатка водного шлихтовального состава, содержащего порошок нитрида бора PolarTherm^® 160 и/или дисперсию BORON NITRIDE RELEASECOAT, сложный полиэфир RD-847А, поливинилпирролидон PVP К-30, сложный полиэфир DESMOPHEN 2000, акрильно-функциональное органосилановое связующее вещество А-174, эпоксильно-функциональное органосилановое связующее вещество А-187, сополимер полиоксипропилена и полиоксиэтилена PLURONIC F-108, нонифенольное поверхностно-активное вещество MACOL NP-6, эпоксидированные иликоновые эмульсии VERSAMID 140 и LE-9300.

Водные шлихтовальные составы, согласно данному изобретению, могут быть приготовлены любым подходящим способом, например обычным смешиванием, хорошо известным для специалистов в данной области техники. Предпочтительно указанные выше компоненты разбавляют водой до получения желаемой весовой концентрации твердых веществ и смешивают вместе. Порошковые теплопроводные твердые частицы могут быть предварительно смешаны с водой или добавлены в полимерный материал перед смешиванием с другими компонентами шлихтовального состава.

Первичный слой водного шлихтовального состава может наноситься различными способами, например путем контактирования с валковым или ленточным наносящим устройством, путем распыления или с помощью других средств. Шлихтованные волокна предпочтительно сушат при комнатной температуре или при повышенной температуре. Сушильное устройство удаляет избыточную влагу с волокна и отверждает отверждаемые компоненты шлихтовального состава, если они имеются. Температура и время сушки стекловолокна зависят от таких переменных, как концентрация твердых веществ в шлихтовальном составе, компонентов шлихтовального состава и типа стекловолокна. Обычно шлихтовальный состав присутствует на волокнах после сушки в виде сухого остатка в количестве 0,1-25,0 мас.%.

Волокна собирают в пряди, имеющие 1-4000 волокон в пряди и предпочтительно 100-1600 волокон. Средний диаметр элементарных волокон составляет 3 - 30 мкм.

Второй слой второго покрывного состава может быть нанесен на первый слой в количестве, достаточном для покрытия или пропитывания части пряди, например, путем погружения пряди в ванну, содержащую состав, путем распыления состава на прядь или путем контактирования пряди с наносящим устройством, указанным выше. Покрытую прядь можно пропускать через матрицу для удаления лишнего покрывающего состава с пряди и/или сушить, как указано выше, в течение времени, достаточном по меньшей мере для частичной сушки или отвердевания покрывного состава. Способ и устройство для нанесения второго покрывного состава на прядь зависят частично от конфигурации материала пряди. Прядь предпочтительно сушат после нанесения второго покрывного состава способом, хорошо известным для специалистов в данной области техники.

Подходящие вторые покрывные составы могут включать один или несколько пленкообразующих материалов, смазочных материалов и других добавок, таких как указаны выше. Второе покрытие отличается от шлихтовального состава, т.е. оно содержит по меньшей мере один компонент, который химически отличается от компонентов шлихтовального состава; или оно содержит по меньшей мере один компонент в количестве, которое отличается от количества того же компонента, содержащегося в шлихтовальном составе. Не ограничивающие изобретение примеры подходящих вторых покрывных составов, включающих полиуретаны, раскрыты в патентах США 4762750 и 4762751, содержание которых включается в данное описание.

Как показано на фиг.2, в альтернативном предпочтительном варианте выполнения данного изобретения стеклянные волокна 212 покрытой волоконной пряди 210 могут иметь нанесенный на них первый слой 212 из сухого остатка шлихтовального состава, который может включать любые шлихтовальные компоненты в указанных выше количествах. Примеры подходящих шлихтовальных составов приведены в книге К. Loewenstein, "Технология изготовления стекловолокна" (3-е издание 1993), страницы 237-291, а также в патентах США 4390647 и 4795678, содержание которых включается в данное описание. Второй или главный слой 215 водного второго покрывного состава наносят по меньшей мере на часть и предпочтительно на всю наружную поверхность первого слоя 214. Водный второй покрывной состав содержит один или более типов теплопроводных неорганических твердых частиц 216, таких как указаны в таблицах С, D и Е.

Другие возможные для использования во втором и третьем покрытиях, согласно данному изобретению, теплопроводные неорганические твердые частицы включают дисульфид молибдена и оксид магния. Для специалистов в данной области техники очевидно, что в данном изобретении можно использовать также смеси частиц из любых указанных выше теплопроводных неорганических твердых частиц.

Количество теплопроводных неорганических твердых частиц 216 во втором покрывном составе может составлять 1-99 мас.% относительно всей твердой основы и предпочтительно 20-90 мас.%. Обычно концентрация твердых веществ в водном втором покрывном составе составляет 5-75 мас.%.

В альтернативном варианте выполнения, показанном на фиг. 3, третий слой 320 третьего покрывного состава может быть нанесен по меньшей мере на часть поверхности и предпочтительно на всю поверхность второго слоя 315, т.е. такая волоконная прядь 312 имеет первый слой 314 из шлихты, второй слой 315 из второго покрывного состава и третий, наружный слой 320 третьего покрытия. Третье покрытие отличается от шлихтовального состава и от второго покрывного состава, т. е. третий покрывной состав содержит по меньшей мере один компонент, который химически отличается от компонентов шлихтовального состава и второго покрывного состава; или содержит по меньшей мере один компонент в количестве, которое отличается от количества того же компонента в шлихтовальном составе или во втором покрывном составе.

В этом варианте выполнения второй покрывной состав содержит один или несколько полимерных материалов, указанных выше, таких как полиуретан, а третий порошковый покрывной состав содержит порошковые теплопроводные неорганические частицы, такие как частицы указанного выше нитрида бора PolarTherm^®. Порошковое покрытие предпочтительно наносят посредством пропускания пряди, имеющей жидкий второй покрывной состав, нанесенный на него, через псевдоожиженный слой или через распылительное устройство с целью прилипания порошковых частиц к клейкому второму покрывному составу. В качестве альтернативного решения, пряди могут быть собраны в ткань 810 перед нанесением слоя 812 третьего покрытия, как показано на фиг. 8. Количество порошковых теплопроводных неорганических твердых частиц, прилипших к покрытому пучку 310 волокон, составляет 0,1-75,0 мас.% относительно всей массы сухой пряди.

Третье порошковое покрытие может также включать один или несколько полимерных материалов, указанных выше, таких как алкиловые полимеры, эпоксиды или полиолефины, обычные стабилизаторы или другие модификаторы, известные для специалистов по покрытиям, предпочтительно в виде сухого порошка.

Указанные покрытые волоконные пряди 10, 210, 310 можно использовать как непрерывные пряди или в виде прошедших дополнительную обработку изделий, таких как рубленые пряди, крученые пряди, ровница и/или ткань, такая как тканая, нетканая, трикотажное полотно и маты.

Покрытые волоконные пряди 10, 210, 310 и изготовленные из них изделия можно использовать для самых различных целей, однако их предпочтительно используют в качестве усиления 410 для усиления полимерных матричных материалов 412 с целью образования композитного материала 414, такого как показан на фиг. 4, что будет подробней описано ниже. Случаи применения включают, не ограничиваясь этим, слоистые материалы (ламинаты) для печатных плат, усиление телекоммуникационных кабелей и различные другие композитные материалы.

В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг.5, покрытые волоконные пряди 510, изготовленные согласно данному изобретению, можно использовать в качестве основных и/или уточных прядей 514, 516 в усилении трикотажного полотна или ткани 512 предпочтительно с целью получения слоистого материала для печатных плат (показаны на фиг.6-8). Основные пряди 514 могут быть скручены перед вторичным покрытием с помощью известной технологии скручивания, известной для специалистов в данной области техники, например с использованием крутильных рам для придания кручения пряди с 0,5 до 3 поворотов на один дюйм. Усиливающая ткань 512 может включать 5-50 основных прядей 514 и предпочтительно имеет 3-25 уточных прокидок на 1 см (1-15 уточных прокидок на 1 дюйм) уточной пряди 516. Подходящую усиливающую ткань 512 можно изготавливать с использованием любого обычного ткацкого станка, хорошо известного для специалистов в данной области техники, такого как челночный ткацкий станок, пневматический бесчелночный ткацкий станок или рапирный ткацкий станок. Предпочтительным ткацким станком является ткацкий станок Tsudakoma, который предлагается фирмой Tsudakoma, Япония. Вид переплетения может быть обычным полотняным переплетением или сеткой (показана на фиг. 5), хотя можно использовать также другие переплетения, хорошо известные для специалистов в данной области техники, такие как саржевое переплетение или сатиновое переплетение.

Как показано на фиг. 6, ткань 612 можно использовать для изготовления композиционного или слоистого материала 614 путем покрытия и/или пропитывания полимерным термопластичным или термореактивным матричным материалом 616. Композитный или слоистый материал 614 пригоден для использования в качестве основы для электронных схем. В данном случае понятие "основа для электронных схем" обозначает структуру, которая является механической основой и/или электрически соединяет между собой элементы, включая, но не ограничиваясь этим, активные электронные компоненты, пассивные электронные компоненты, печатные схемы, интегральные схемы, полупроводниковые устройства и другие составляющие, связанные с такими элементами, включая, но не ограничиваясь этим, соединительные контакты, гнезда, зажимы и теплоотводные устройства.

Матричные материалы, используемые в данном изобретении, включают термореактивные материалы, такие как термореактивные сложные полиэфиры, виниловые сложные эфиры, эпоксиды (содержащие в молекуле по меньшей мере одну эпоксильную или оксирановую группу, такие как полиглицидиловые эфиры многоатомных спиртов или тиолов), фенолы, аминопласты, термореактивные полиуретаны, их производные и смеси. Предпочтительными матричными материалами для образования слоистых материалов для печатных плат являются эпоксидные смолы FR-4, полиамиды и жидкие кристаллические полимеры, составы которых хорошо известны для специалистов в данной области техники. Если необходима дополнительная информация по их составам, то смотри Electronic Materials Handbook^TM, ASM International (1989), страницы 534-537.

Не ограничивающие изобретение примеры подходящих термопластичных полимерных матричных материалов включают полиолефины, полиамиды, термопластичные полиуретаны и термопластичные сложные полиэфиры, виниловые полимеры и их смеси. Другие примеры возможных для использования термопластичных материалов включают полиимиды, полиэфиросульфоны, полифенилсульфоны, полиэфирокетоны, полифениленоксиды, полифениленсульфиды, полиацетаты, поливинилхлориды и поликарбонаты.

Другими компонентами, которые могут быть включены вместе с полимерным матричным материалом и с усиливающим материалом в композиционный материал, включают красители или пигменты, смазочные материалы или технологические добавки, стабилизаторы относительно ультрафиолетового облучения, противоокислительные средства, другие наполнители и растворители.

Ткань 612 можно покрывать и пропитывать путем погружения ткани 612 в ванну полимерного матричного материала 616, например, как указано в R. Tummala (Ed. ), Microelectronics Packaging Handbook (1989), страницы 895-896, содержание которых включается в данное описание. Более общим образом, усиливающий материал из разрубленных или непрерывных прядей волокна можно распределять в матричном материале вручную или с помощью любого подходящего автоматического подающего или смесительного устройства, которое обычно распределяет усиливающий материал равномерно в полимерном матричном материале. Например, усиливающий материал можно распределять в полимерном матричном материале путем подмешивания в сухом виде всех компонентов одновременно или последовательно.

Полимерный матричный материал 616 и прядь можно вводить в композиционный материал или слоистый материал 614 с помощью различных способов, которые зависят от таких факторов, как тип используемого полимерного матричного материала. Например, при термореактивном матричном материале композитный материал можно изготавливать путем прессования или литья под давлением, пултрузии, намотки элементарных волокон, укладки вручную, напыления или с помощью листового или объемного формования с последующим прессованием или литьем под давлением. Термореактивные полимерные матричные материалы можно подвергать отверждению, например, посредством включения сшивателей в матричный материал и/или путем воздействия нагревом. Подходящие сшивающие вещества для сшивания полимерного матричного материала указывались выше. Температура и время отверждения термореактивного полимерного матричного материала зависят от таких факторов, как, например, тип используемого полимерного матричного материала, другие добавки в матричную систему, толщина композиционного материала и др.

Для термопластичного полимерного матричного материала подходящие способы образования композиционного материала включают непосредственное формовочное или экструзивное компаундирование с последующим литьем под давлением. Способы и устройства формования композиционных материалов приведены в I. Rubin, Handbook of Plastic Materials and Technology (1990), страницы 955-1062, 1179-1215 и 1225-1271, содержание которых включается в данное описание.

В частном варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.7, композитный или слоистый материал 710 включает ткань 712, пропитанную совместимым матричным материалом 714. Затем пропитанная ткань может быть пропущена между комплектом калибровочных валков для оставления заданного количества матричного материала и высушена для образования основы для электронных схем в виде полуотвердевшей подложки или препрега. Вдоль части стороны 722 препрега может быть нанесен электрически проводящий слой 720 указанным ниже способом, и затем препрег отверждают с образованием основы 718 для электронных схем с электрически проводящим слоем. В другом варианте выполнения изобретения, который является более типичным для электронной промышленности, два или более препрега комбинируют с электрически проводящим слоем, склеивают и отверждают хорошо известным для специалистов в данной области техники способом с образованием многослойной основы для электронных схем. Например, но без ограничения изобретения, комплект препрега можно склеивать путем прессования комплекта, например, между полированными стальными пластинами при повышенной температуре и давлении в течение заданного времени, необходимого для отвердевания полимерной матрицы и образования слоистого материала желаемой толщины. Часть одного или нескольких препрегов может быть снабжена электрически проводящим слоем перед или после склеивания и отвердевания, так что получаемая основа для электронных схем является слоистым материалом, имеющим по меньшей мере один электрически проводящий слой на части открытой поверхности (называемый в последующем "покрытый слоистый материал").

Затем могут быть образованы контуры из электрически проводящего слоя (слоев) имеющей единственный слой или многослойной основы для электронных схем с использованием технологий, хорошо известных для специалистов в данной области техники, с целью образования основы для электронных схем в виде платы с печатными контурами или печатными проводниками (называемые в последующем в целом "монтажные печатные платы"). При желании в основе для электронных схем могут быть выполнены прорези или отверстия (называемые также проходами) для обеспечения соединения между контурами и/или компонентами, расположенными на противоположных поверхностях основы для электронных схем, обычным образом, известным для специалистов в данной области техники, включая, но не ограничиваясь этим, механическое сверление или сверление с помощью лазера. В частности, после образования отверстий на стенки отверстия наносят слой электрически проводящего материала или заполняют электрически проводящим материалом для образования необходимых электрических соединений и/или отвода тепла.

Электрически проводящий слой 720 может быть образован любым способом, которые хорошо известны для специалистов в данной области техники. Например, но без ограничения данного изобретения, электрически проводящий слой может быть образован путем наклеивания тонкого слоя или фольги из металла по меньшей мере на часть стороны полуотвердевшего или отвердевшего препрега или слоистого материала. В качестве альтернативного решения, электрически проводящий слой может быть образован путем отложения слоя металла по меньшей мере на часть стороны полуотвердевшего или отвердевшего препрега или слоистого материала с использованием хорошо известных технологий, например, но без ограничения изобретения, путем нанесения электролитического покрытия, нанесения покрытия методом химического восстановления или напыления. Металлические материалы, пригодные для использования в качестве электрически проводящего слоя, включают, но не ограничиваются этим, медь (которая является предпочтительной), серебро, алюминий, золото, олово, сплавы олова со свинцом, палладий и их комбинации.

В другом варианте выполнения данного изобретения основа для электронных схем может быть выполнена в виде многослойной монтажной печатной платы, образованной путем склеивания одной или нескольких монтажных печатных плат (указанных выше) с одним или более покрытыми слоистыми материалами (указанными выше) и/или с одним или более препрегами (указанными выше). При желании в основу для электронных схем могут быть введены дополнительные электрически проводящие слои, например, на части открытой стороны многослойной монтажной печатной платы. Кроме того, при желании из электрически проводящих слоев могут быть образованы дополнительные контуры указанным выше образом. Следует отметить, что в зависимости от относительного положения слоев многослойной печатной платы плата может иметь как внутренние, так и наружные контуры. Как указывалось выше, могут быть выполнены дополнительные отверстия, проходящие частично или полностью через плату для обеспечения электрических соединений между слоями в заданных местах. Следует отметить, что окончательная структура может иметь некоторые отверстия, которые проходят полностью через структуру, некоторые отверстия, которые проходят частично через структуру, а также некоторые отверстия, которые находятся полностью внутри структуры.

Кроме того, данное изобретение относится к изготовлению многослойных слоистых материалов и монтажных печатных плат, которые включают по меньшей мере один слой композиционного материала, изготовленного отлично от слоя композиционного материала, согласно данному изобретению, т.е. изготовленного с использованием обычной технологии изготовления стекловолоконных композиционных материалов. В частности и как хорошо известно специалистам в данной области техники, обычно элементарные волокна в непрерывных прядях стекловолокна, используемых в ткани, обрабатывают шлихтой из крахмала/масла, которая включает частично или полностью превращенный в декстрин крахмал или амилозу, гидрогенизированное растительное масло, катионное смачивающее вещество, эмульгатор и воду, включая, но не ограничиваясь этим, описанные в книге К. Loewenstein, "Технология изготовления стекловолокна" (3-е издание 1993), страницы 237-244, содержание которых включается в данное описание. Основную пряжу, изготовленную из этих прядей, затем перед прядением обрабатывают раствором для защиты прядей от абразивного истирания во время ткацкого процесса, например, поли(виниловым) спиртом, как раскрыто в патенте США 4530876, столбец 3, строка 67 - столбец 4, строка 11, содержание которых включается в данное описание. Эту операцию обычно называют обрызгиванием.

Поли(виниловый) спирт, а также шлихта из крахмала/масла обычно не совместимы с полимерным матричным материалом, используемым производителями композиционных материалов, и поэтому ткань необходимо очищать для удаления по существу всего органического материала с поверхности стекловолокна перед пропиткой ткани. Это можно осуществлять многими путями, например путем очистки скребком или, более часто, путем тепловой обработки известным для специалистов в данной области техники образом. В результате такой операции очистки нет подходящей поверхности взаимодействия между полимерным матричным материалом, используемым для пропитки ткани, и очищенной поверхностью стекловолокна, так что необходимо наносить связующее вещество на поверхность стекловолокна. Эту операцию специалисты в данной области техники иногда называют отделкой. Связующие вещества, наиболее часто используемые в операциях отделки, являются силанами, включающими, но не ограничиваясь этим, силаны, раскрытые в книге Е.Р. Plueddemann, Silane Coupling Agents (1982), страницы 146-147, содержание которых включается в данное описание. Смотри также К. Loewenstein, "Технология изготовления стекловолокна" (3-е издание 1993), страницы 249-256. После обработки силаном ткань пропитывают совместимым полимерным матричным материалом, пропускают между комплектом калибровочных валков и сушат с образованием полуотвердевшего препрега, как указывалось выше.

Следует отметить, что в зависимости от состава шлихты, операции очистки и/или матричной смолы, используемой в композиционном материале, можно отказаться от обрызгивания и/или отделки. Один или несколько препрегов, изготовленных с помощью обычной технологии изготовления стекловолоконных композиционных материалов, можно затем комбинировать с одним или несколькими препрегами, изготовленными согласно данному изобретению, для образования основы для электронных схем, указанной выше, и, в частности, многослойных слоистых материалов или монтажных печатных плат. Дополнительная информация по изготовлению монтажных печатных плат содержится в Electronic Materials Handbook^TM, ASM International (1989), страницы 113-115, R. Tummala (Ed.), Microelectronics Packaging Handbook (1989), страницы 858-861 и 895-909, M.W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook (1997), страницы 9.1-9.42 и С.F. Coombs, Jr. (Ed.), Printed Circuits Handbook (3d Ed. 1988), страницы 6.1-6.7, содержание которых включается в данное описание.

Композитные и слоистые материалы, образующие основу для электронных схем, согласно данному изобретению, можно использовать для сборки, используемой в электронной промышленности, и в частности для сборки первого, второго и/или третьего уровня, как описано, например, в R. Tummala (Ed.), Microelectronics Packaging Handbook (1989), страницы 25-43, содержание которых включается в данное описание. Дополнительно к этому, данное изобретение можно использовать также для других уровней сборки.

Данное изобретение включает также способ усиления полимерного матричного материала для образования композиционного материала. Этот способ содержит нанесение на усиливающий материал в виде стекловолоконной пряди указанного выше шлихтовального (первого покрывного) состава, второго покрывного состава и/или третьего покрывного состава, включающих теплопроводные неорганические твердые частицы; высушивание покрытия для образования по существу равномерного покрытия на усиливающем материале; комбинирование усиливающего материала с полимерным матричным материалом и по меньшей мере частичное отверждение полимерного матричного материала для создания усиленного полимерного композитного материала указанным выше образом.

Как показано на фиг. 9, данное изобретение содержит также способ выполнения отверстия 950 через по меньшей мере один слой 911 ткани 912 основы 918 для электронных схем, согласно данному изобретению. Основу для электронных схем, содержащую часть 952 слоя 911 ткани 912, в которой необходимо выполнить отверстие 950, располагают на одной линии с устройством для выполнения отверстий, например со сверлом 954 или с лазерным наконечником. Отверстие 950 выполняют в части 952 по меньшей мере одного слоя 911 ткани 912 путем сверления с использованием сверла 954 или лазера. Ткань 912 содержит покрытую волоконную прядь, содержащую по меньшей мере одно стеклянное волокно, имеющую слой, содержащий неорганические твердые частицы, имеющие теплопроводность, равную или больше 25 Вт/(м•К) при температуре 300 К, нанесенные по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одного стеклянного волокна для улучшения отвода тепла от отверстия 950.

Ниже данное изобретение иллюстрируется конкретными примерами, не имеющими ограничительного характера.

Пример 1
Пять слоев игольчатого мата из рубленного стекловолокна ADFLO-C^TM, который предлагается фирмой PPG Industries, Inc., были уложены стопкой для образования мата, имеющего поверхностную массу около 4614 г/м² (15 унций на квадратный фут). Толщина каждого образца составляла 25 мм (1 дюйм). 4 образца размером 8 на 8 дюймов (200 • 200 мм) нагревали до 649^oС (1200^oФ) для удаления по существу всех шлихтовальных компонентов из образцов.

Два непокрытых образца использовали в качестве сравнительных образцов. Два других образца окунали и пропитывали в ванне из водного шлихтовального состава, содержащего 1150 мл OPRAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC (25 мас.% частиц нитрида бора в водной дисперсии) и 150 мл 5 % гамма-глицидоксипропилтриметоксисилана А-187. Общее содержание твердого вещества в водном шлихтовальном составе составило 18,5 мас.%. Количество частиц нитрида бора, нанесенного на каждый образец мата, составило 120 г. Образцы покрытых матов были высушены на воздухе в течение ночи при 25^oС и нагревались в печи при 150^oС в течение 3 ч.

Каждый комплект образцов испытывали на теплопроводность и термостойкость на воздухе при 300 К (70^oФ) согласно методу С-177 ASTM, содержание которого включается в данное описание. Значения теплопроводности и термостойкости для каждого образца приведены в таблице 1.

Как следует из таблицы 1, теплопроводность при 300 К испытуемого образца, покрытого частицами нитрида бора, согласно изобретению, больше, чем теплопроводность сравнительного образца, не имеющего покрытия из частиц нитрида бора.

Пример 2
Из образцов пряжи G-75, покрытой шлихтой G согласно приведенному ниже примеру 4, и стекловолоконной пряжи 1062, которая предлагается фирмой PPG Industries, Inc., были приготовлены волоконные витые цилиндрические композиционные материалы. Цилиндры были изготовлены путем сматывания восьми концов пряжи с катушек подачи пряжи, покрытия пряжи матричными материалами, указанными ниже, и скручивания волокон в цилиндрическую форму с использованием обычного устройства скручивания волокон. Каждый цилиндр имеет высоту 12,7 см (5 дюймов), внутренний диаметр 14,6 см (5,75 дюйма) и толщину стенки 0,635 см (0,25 дюйма).

Матричные материалы являются смесью 100 частей эпоксидной смолы EPON 880 (которая предлагается фирмой Shell Chemicals), 80 частей метилтетрагидрофталиевого ангидрида АС-220J (который предлагается фирмой Anhydrides and Chemicals, Inc. of Newark, Нью-Джерси) и 1 части бензилдиметиламинного ускорителя ARALDITE^® DY 062 (который предлагается фирмой Ciba-Geigy). Волоконные скрученные цилиндры отверждали в течение 2 ч при 100^oС и затем в течение 3 ч при 150^oС.

Каждый образец испытывали на радиальную температуропроводность (теплопроводность/(теплоемкость • плотность)) на воздухе посредством воздействия на одну сторону стенки цилиндра образца лампой-вспышкой с энергией 6,4 кДж и измерения изменения температуры на противоположной стороне стенки с использованием инфракрасной камеры с решеткой из приборов с зарядовой связью со скоростью до 2000 кадров в секунду. Значения температуропроводности определяли также вдоль длины пряжи (периферийно) и вдоль длины или высоты цилиндра (аксиально). Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Как следует из таблицы 2, значения температуропроводности испытуемого образца (покрытого небольшим количеством нитрида бора) меньше значений температуропроводности сравнительного образца, не покрытого нитридом бора. Воздушные пустоты в волоконном скрученном цилиндре и небольшие площади испытываемых образцов являются факторами, которые могли оказать влияние на эти результаты.

Пример 3
Каждый из компонентов в указанном в таблице 3 количестве смешивают для получения водных шлихтовальных составов А-D, согласно данному изобретению, указанным выше образом. В каждый состав включают меньше 1 мас.% уксусной кислоты.

Водные шлихтовальные составы А-D и сравнительный образец 1 были нанесены на волоконные пряди стекла Е. Каждый из шлихтовальных составов имел содержание твердых частиц 2,5 мас. %. Каждая покрытая прядь стекловолокна была скручена с образованием пряжи и намотана на бобины аналогичным образом с использованием обычного крутильного оборудования.

Пряжа образцов А-D, сравнительного образца 1 и сравнительного образца 2¹¹⁷ (¹¹⁷ пряжа из стекловолокна 1383, которая предлагается фирмой PPG Industries, Inc. 's) была оценена относительно нескольких физических свойств, таких как уменьшение воспламеняемости, совместимость со струей воздуха (аэродинамическое сопротивление), сила трения и разрушенные элементарные волокна.

Среднее уменьшение воспламеняемости (содержание в мас.% твердых веществ шлихтовального состава, разделенное на общий вес стекла и высушенного шлихтовального состава) по результатам трех испытаний для каждого образца приведено в таблице 4.

Каждая пряжа была испытана на силу или напряжение аэродинамического сопротивления посредством подачи пряжи при регулируемой скорости подачи 274 м (300 ярдов) в минуту через измеритель напряжения контрольной линии, который прикладывает напряжение к пряже, и воздушное сопло Ruti с диаметром 2 мм при давлении воздуха 310 кПа (45 фунтов на кв. дюйм).

Образцы и сравнительные образцы были также испытаны на силу трения посредством приложения напряжения около 30 г к каждому образцу пряжи при протягивании образца со скоростью 274 м (300 ярдов) в минуту через пару обычных устройств для измерения натяжения, имеющих неподвижную хромовую опору диаметром 5 см (2 дюйма), расположенную между ними для смещения пряжи на 5 см (2 дюйма) от прямолинейной траектории между устройствами измерения натяжения. Разница в силе в граммах приведена в таблице 4. Испытание на силу трения предназначено для имитации сил, которые воздействуют на пряжу во время ткацких операций.

Каждый образец и сравнительный образец были также испытаны на разрушенные элементарные волокна с использованием испытательного абразивного прибора. К каждому испытуемому образцу прикладывали напряжение в 200 г при протягивании образца со скоростью 0,46 м (18 дюймов) в минуту в течение 5 минут через абразивный испытательный прибор. Были проведены два испытания для каждого образца и сравнительного образца, и среднее количество разрушенных элементарных волокон приведено в таблице 4. Испытательный абразивный прибор состоит из двух параллельных рядов стальных валиков, причем ряды расположены на расстоянии 1 дюйма (25,4 мм) друг от друга. Каждый образец испытываемой пряжи пропускали между смежными валиками первого ряда валиков, затем пропускали между двумя смежными валиками второго ряда, однако со смещением на половину дюйма между рядами валиков. Валики смещали вперед и назад на длине 4 дюйма (10 см) в направлении, параллельном направлению движения пряжи с частотой 240 циклов в минуту. Результаты измерения силы аэродинамического сопротивления, силы трения и количества разрушенных элементарных волокон вследствие абразивного истирания приведены в таблице 4.

Как следует из таблицы 4, образцы А и В, которые покрыты шлихтовальными составами, содержащими нитрид бора, согласно данному изобретению, имеют меньше разрушенных элементарных волокон, низкую силу трения и более высокие величины сопротивления воздуху по сравнению со сравнительными образцами. Образцы С и D имеют также более высокие величины сопротивления воздуху, чем сравнительные образцы. Испытание на сопротивление воздуху является сравнительным испытанием, предназначенным для имитации процесса проброса утка в пневматическом бесчелночном ткацком станке, в котором пряжа транспортируется поперек станка струей воздуха. Пряжа, которая более просто разделяется на волокна под действием струи воздуха, обеспечивает большую площадь поверхности для воздействия струи воздуха, что может облегчать прохождение пряжи поперек станка и увеличивать производительность. Величины воздушного сопротивления образцов А-D (образцов, подготовленных согласно данному изобретению) более высокие, чем у сравнительных образцов, что означает их лучшую совместимость со струей воздуха.

Пример 4
Каждый из компонентов в указанном в таблице 5 количестве смешивают для получения водных шлихтовальных составов Е, F, G и Н согласно данному изобретению и сравнительного образца указанным выше образом. В каждый состав включают меньше 1 мас.% уксусной кислоты относительно полной массы состава.

Каждый из водных шлихтовальных составов, указанных в таблице 5, был нанесен на волоконные пряди стекла G-75 Е. Каждый из шлихтовальных составов имел содержание твердых частиц 6-25 мас.%.

Каждую покрытую прядь стекловолокна скручивают для образования пряжи и наматывают на бобины аналогичным образом с использованием обычного оборудования для скручивания. Пряжа из образцов F и Н проявила минимальное осыпание шлихты во время скручивания, а пряжа из образцов Е и G проявила сильное осыпание шлихты во время скручивания.

Пряжу из образцов Е-Н испытывали на сопротивление воздуху аналогичным указанному выше в примере 3 способом, за исключением того, что сопротивление воздуху определяли для двух бобин образцов при давлениях, указанных в таблице 6. Каждую пряжу исследовали на среднее количество разрушенных элементарных волокон на 1200 м пряжи при скорости 200 м в минуту с использованием детектора разрушенных волокон Shirley, модель 84 041L, который предлагается фирмой SDL International Inc., Англия. Приведенные величины являются средними величинами измерений, проведенных для четырех бобин каждой пряжи. Количество разрушенных волокон определялись в секциях, взятых с полной бобины и составляющих 136 г (3/10 фунта) и 272 г (6/10 фунта) пряжи, смотанной с бобины.

Каждую пряжу оценивали с помощью испытаний на напряжение при проходе через затвор, результаты которых показаны в таблице 6. Количество разрушенных волокон, измеренное согласно методу напряжения при проходе через затвор, определяли посредством сматывания пряжи с бобины со скоростью 200 м/мин и пропускания пряжи через ряд из восьми параллельных керамических штифтов и последующего пропускания пряжи через детектор разрушенных волокон Shirley, указанный выше, для подсчета количества разрушенных волокон.

Приведенные в таблице 6 результаты показывают, что образцы Е-Н, согласно изобретению, имеют в целом более высокое сопротивление абразивному истиранию, чем сравнительный образец, однако полагаем, что эти результаты не являются убедительными, поскольку эмульсия полиэтилена, присутствующая в сравнительном образце, которая не присутствует в образцах Е-Н, влияет на абразивные свойства пряжи.

Пример 5
Каждый из компонентов в указанном в таблице 7 количестве смешивают для получения водных шлихтовальных составов К-N согласно данному изобретению. Каждый водный шлихтовальный состав приготавливают указанным выше образом. В каждый состав включают меньше 1 мас.% уксусной кислоты относительно всего веса состава.

Каждый из водных калибровочных составов, указанных в таблице 7, наносят на волоконные пряди из стекла 2G-18Е. Каждый шлихтовальный состав имеет 10 мас.% твердых частиц.

Образцы композитных материалов из каждого из указанных образцов покрытого стекловолокна и сравнительный образец изготовлены методом экструдирования при 270^oС в течение 48 с при 7 МПа (975 фунт-силы на кв. дюйм) в виде пластин с размерами 254•254•3,175 мм (10• 10•0,125 дюйма). Каждый образец был испытан на прочность на растяжение, удлинение при растяжении и модуль растяжения согласно методу D-638M ASTM; прочность на изгиб и модуль на изгиб согласно методу D-790 ASTM и ударную вязкость по Изоду с надрезом и без надреза согласно методу D-256 ASTM при указанном ниже содержании стекла.

В таблице 8 приведены результаты испытаний, проведенных с композиционными материалами, образованными с использованием обычного матричного полимера нейлон 6,6.

Как показано в таблице 8, пряди стекловолокна, покрытые частицами нитрида бора (образцы К-N), согласно данному изобретению, имеют улучшенные прочность на растяжение и ударную вязкость по Изоду с надрезом, а также аналогичные удлинение при растяжении, модуль растяжения, прочность на изгиб, модуль изгиба и ударную вязкость по Изоду без надреза по отношению к сравнительному образцу, который имеет аналогичные компоненты, но не содержит нитрид бора в усилении из нейлона 6,6. При испытаниях с использованием полимера нейлон 6 при аналогичных условиях не наблюдалось улучшения прочности на растяжение и ударной вязкости по Изоду с надрезом.

Пример 6
Каждый из компонентов в указанном в таблице 9 количестве смешивают для получения водных шлихтовальных составов Р-S согласно данному изобретению. Каждый водный шлихтовальный состав приготавливают указанным выше образом. В каждый состав включают менее около 1 мас.% уксусной кислоты относительно всего веса состава.

Каждый из водных шлихтовальных составов, указанных в таблице 9, нанесли на волоконные пряди из стекла G-31 Е. Каждый шлихтовальный состав имеет около 10 мас.% твердых частиц.

Образцы композитных материалов из каждого из указанных образцов покрытого стекловолокна и сравнительного образца таблицы 7 изготовлены методом экструдирования при указанных в примере 5 условиях в виде пластин с размерами 400•400•2, 5 мм (16•16•0,1 дюйма). Каждый образец был испытан на прочность на растяжение, удлинение при растяжении и модуль растяжения и ударную вязкость по Изоду с надрезом и без надреза, как указано в примере 5 при указанном ниже содержании стекла.

Цветовые испытания проводят на композитных материалах, имеющих толщину 3,175 мм (1,8 дюйма) и диаметр 76,2 мм (3 дюйма) с использованием колориметра Hunter, модель D25-PC2A. Для оценки характеристик обрабатываемости материала проводятся испытания на прохождение через воронку образцов рубленого стекловолокна. Воронка имеет длину 18 дюймов (457,19 мм), диаметр верхнего отверстия 17 дюймов (431,79 мм) и диаметр нижнего отверстия 2 дюйма (50,799 мм). Воронку встряхивают и измеряют время прохождения 20 фунтов (9,07 кг) материала образцов через воронку. С помощью испытания PD-104 оценивают стойкость рубленого стекловолокна образца к образованию волокон. 60 г образца, 140 г абразивного материала (частицы 6/10 размолотой скорлупы грецких орехов, которая предлагается фирмой Hammon Products Company) и обычный лист антистатического влагоотделителя помещают в химический стакан из нержавеющей стали емкостью 4 л и трясут с использованием миксера для красок Red Devil, модель 5400Е3 в течение 6 мин. Полученный материал пропускают через стандартные сита США 5 и 6. Количество ворсистого материала, остающегося на ситах, в % массы исходного образца приведены ниже.

В таблице 10 приведены результаты испытаний композиционных материалов, изготовленных с использованием образцов Р-S и сравнительного образца, изготовленного с использованием матричного полимера нейлон 6,6.

Как показано в таблице 10, стекловолоконные пряди, покрытые частицами нитрида бора (образцы Р-S), согласно данному изобретению, имеют улучшенные показатели белизны и желтизны и аналогичные прочность на растяжение, удлинение при растяжении, модуль растяжения, прочность на изгиб, модуль изгиба, ударную вязкость по Изоду с надрезом и ударную вязкость по Изоду без надреза по отношению к сравнительному образцу, который имеет аналогичные компоненты, но не содержит нитрид бора в усилении из нейлона 6, 6.

Пример 7
Каждый из компонентов в указанном в таблице 11 количестве смешивают для получения водных шлихтовальных составов Т и U согласно данному изобретению. Каждый водный шлихтовальный состав приготавливают указанным выше образом. В каждый состав включают меньше 1 мас.% уксусной кислоты относительно всего веса состава. В таблице 11 показаны результаты испытаний на белизну и желтизну композиционных материалов, образованных с использованием образцов Т и U и сравнительного образца с использованием матричного полимера нейлон 6,6. Цветовые испытания были проведены на композиционных материалах, имеющих толщину 3,175 мм (1/8 дюйма) и диаметр 76,2 мм (3 дюйма), с использованием колориметра Hunter, модель D25-PC2A.

Как следует из таблицы 11, образцы Т и U, каждый из которых покрыт водным шлихтовальным составом, содержащим частицы нитрида бора, согласно данному изобретению, имеют более низкий показатель белизны в нейлоне 6,6, чем сравнительный образец, имеющий аналогичный состав, но не содержащий нитрид бора.

Из предшествующего описания следует, что данное изобретение обеспечивает получение стекловолоконных прядей, имеющих теплопроводное покрытие. Эти пряди можно скручивать или рубить, формировать из них ровницу, мат из рубленных или непрерывных прядей или использовать для изготовления ткани или трикотажного полотна для использования в различных случаях применения, таких как усиление композиционных материалов, например, монтажных печатных плат.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны изменения описанных выше вариантов выполнения изобретения без отхода от идеи изобретения. Таким образом, следует учитывать, что данное изобретение не ограничивается частными раскрытыми вариантами выполнения, а охватывает также модификации, которые находятся в пределах идеи и объема изобретения, как это указано в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Использование: для получения волоконных прядей, включающих стекловолокно, нити которого покрыты теплопроводными неорганическими твердыми частицами, используемых для усиления композитных материалов, таких как слоистые (ламинатные) печатные платы. Техническая задача изобретения - обеспечение совместимости волокна с полимерными матричными материалами и более эффективного рассеивания тепла при использовании в качестве усиления. Волоконная прядь содержит по крайней мере одно стеклянное волокно, покрытое слоем сухого остатка водного шлихтовального состава, включающего неорганические твердые частицы с теплопроводностью, равной или большей 25 Вт/(м•К) при 300 К. Твердые частицы включают по крайней мере одну частицу из группы нитрид бора, оксиды цинка и магния, сульфид цинка, дисульфид молибдена, графит, молибден, палладий и др. Водный шлихтовальный состав может дополнительно содержать полимерный материал, состоящий из термореактивных или термопластичных материалов, крахмалов и их смесей. 12 с. и 28 з.п.ф-лы, 16 табл., 9 ил.

Формула