由金属化不锈钢单丝纱线构成的电屏蔽材料制造技术

本发明专利技术公开一种由多根微米直径的不锈钢单丝形成的纱线或者多纤维，所述不锈钢单丝通过电解沉积的金属或者金属合金材料的一个或者多个涂层而表现出更大的导电性。本发明专利技术提供的金属化纱线具有很小的电阻，因而在电性能方面具有优点，并且尤其可用作ＲＦＩ／ＥＭＩ屏蔽材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由金属化不锈钢单丝构成的纱线和多纤维，所述纱线和多纤维适用于 RFI/EMI屏蔽材料和其它目的。
技术介绍
随着航空航天应用中的电子系统的复杂性的增加，用于互连系统部件的电缆的设 计者们已经致力于满足对RFI/EMI保护的日益迫切的需求，并且因为航空器性能和运行成 本直接与重量相关，需要较轻重量的电缆构造。在传统设计中，电缆通过编织在围绕电缆芯 的绝缘体上的线网屏蔽而被保护免受RFI/EMI。在更高要求的应用中，利用适配在一条或 者多条电缆上的单独编织或者编结的线网套实现附加的屏蔽保护。传统的屏蔽材料由单股 的镀锡、镀镍或者镀银的铜线构成，通常是#34或者#36 AWG (直径分别是6. 3或者5. 0密 耳)。尽管这些材料过去在功能上适用，但是其不能满足对新电缆设计提出的更加迫切 的屏蔽和重量要求。由于在线交叉的网中的间隙，由传统的电镀铜线制成的屏蔽中发生泄 漏。此外，编织中使用的金属线的刚性防止了网紧密地贴合到芯绝缘体的表面，留下了小的 间隙，该间隙具有限制电缆可以在其上有效工作的频率范围的作用。假设由较小直径线制 造的编织线网能够改善屏蔽效果并且降低电缆重量，但是比#36 AffG更细的铜线太容易在 编织处理中断裂。在US 5，103，067 (Aldissi,Champlain Cable Corporation，1993 年 1 月 19 日)以 及相关专利(US 5，180，884，US 5，473，113)中提出了一种解决这些问题的方案，其中描述 了金属涂覆的聚合纤维的性能以及重量降低的优点。在这种方案中，利用导电材料的一个 或者多个薄层对具有高的强度重量比和柔性的微直径芳族聚酰胺单丝纱线进行金属化，然 后将其编织或者编结成密网。芳族聚酰胺单丝的高张力强度在小直径规格(form factor) 中提供机械强度，这有利于通过降低网中间隙的尺寸来改善屏蔽性能。聚合纱线赋予该编 织结构的柔性还提供了到下方绝缘表面的更大贴合性，从而扩展了屏蔽在其上有效的频率 范围。最后，即使具有导电涂层，金属化芳族聚酰胺纱线的重量比传统的铜线相应物的重量 要小得多。尽管具有这些属性，上面提出的金属化芳族聚酰胺纱线不能完全满足电缆设计者 的需要。主要缺点在于其成本是传统电镀线的20倍以上，这明显限制了其在所选择的航空 航天应用中的使用，所选择的航空航天应用例如是与超重有关的性能牺牲很大的卫星和军 事航空器。金属化芳族聚酰胺纱线的高成本归因于其对用于在聚合单丝上形成第一导电层的无电镀沉积处理的必要依赖；无电镀沉积处理不仅比电解处理更慢，而且比电镀处理涉 及更加昂贵的化学成分。此外，尽管金属化芳族聚酰胺纱线的性能优于传统材料，但是其相 对于覆盖范围或者导电性并非优选，这两个因素影响屏蔽效果。更小直径的芳族聚酰胺单 丝将允许使用更小空气间隙来制造编织屏蔽，但是由于较小直径的丝会被为屏蔽应用提供 足够低电阻(通常是1欧姆/英尺或者更小)所需的电镀金属量脆化，所以金属化芳族聚 酰胺纱线的构造被局限于15微米直径的单丝。因此，从导电性方面考虑，由金属化芳族聚 酰胺单丝构成的纱线与#36布线的大约12欧姆/克或者#34布线的2欧姆/克相比具有 更高的每单位重量电阻属性，其在22欧姆/克的范围内。最后，聚合单丝本身的属性限制 了金属化聚合纱线能够可靠地经受住的温度和化学曝光。因此，期望采用一种更简单并且成本更低的金属化处理来提供由导电多丝纱线构成的屏蔽材料，该导电多丝纱线具有小的规格(直径)、高的导电性重量比、良好的柔性 以及耐大范围的热量和化学曝光的能力。在2007年11月6日授予给Watson等人的US 7，291,391中描述了针对这一目的的方案，其中提出了使用电解金属化处理来降低由微直 径不锈钢单丝构成的纱线的电阻率，以用作对于加热的汽车座椅的电阻加热元件。然而，Watson等人提出的金属化不锈钢纱线不适用于电缆屏蔽应用。其主要缺陷 在于金属化涂层没有被均勻地施加在纱线束中每一个单丝的圆周周围。实际上，如在附图 中所示出的，纱线束内部的大多数单丝根本就没有被金属化。尽管本专利文献中没有提供 有关金属化处理的细节，但是本领域的普通技术人员将意识到，该结果与使用传统的线电 镀方法一致，其中通过长的电镀液(plated bath)在高张力下拉伸单股线。当使用这种处 理电镀多丝纱线束时，尤其是紧密缠绕的多丝纱线束时，纱线中的轴向张力压缩该束并且 防止电镀溶液正确地浸湿内部丝。因此，从功能方面考虑，在空中应用中未被电镀的丝将代 表“死重量”。此外，通过将电镀活动集中于纱线束的外围，高张力处理如果不能使得全部外 部丝就将使得大多数丝电镀到一起，从而使该纱线束变硬并且使其在编织矩阵中表现得更 像线的坚固股。最后，由于很难可靠地去除陷入在紧密结合的纱线束中的化学成分，高张力 电镀方法的使用存在长期腐蚀位置将被结合到材料中的风险。军事/航空航天电缆应用还提出了严格的环境测试(温度循环，冲击/振动等)， 其强调电镀金属涂层到其衬底材料(例如，电镀在铜线上的银或者锡涂层)的附着。尽管 不锈钢具有必须被化学改变或者“激活”以实现到电镀涂层的良好附着的氧化或者“钝化” 表面是公知的，但是Watson等人并没有规定该预处理步骤，或者对于这种情况，甚至没有 规定从线抽取处理本身去除任何残留润滑剂或者灰尘的基本清洗工艺。因此，期望提供一种高导电的多丝不锈钢纱线，使用一个或者多个金属或者金属 合金层对其进行完全或者基本均勻的电镀。期望提供一种这里描述的纱线，其以低缠绕形 式具有改善的电性能(更低的每长度和重量电阻)，通过允许单丝在编织矩阵内调整自身， 该低缠绕形式将实现高的包装密度，并且从而在编织或者编结的电缆屏蔽应用中实现改善 的屏蔽覆盖范围。还期望在不锈钢单丝与其电镀的金属涂层之间提供高度的附着。最后， 期望在连续的辊到辊处理(roll-to-roll process)中生产这种高导电的不锈纱线。
技术实现思路
本专利技术提供一种由多个微直径不锈钢单丝形成的纱线或者多纤维，该不锈钢单丝通过被电解沉积在纱线束中每一个单丝周围的金属或者金属合金材料的一个或者多个涂 层而表现更大的导电性。尽管本专利技术所采用的不锈钢纱线在基本重量方面比芳族聚酰胺纱 线重，但是该不锈钢单丝本身包括作为固有导电的起始纱线；结果，仅需要通常是导电材料 的不多于1-2微米的很薄涂层就能够实现1欧姆/英尺或者更小的期望屏蔽电阻值。结 果，本专利技术的导电不锈钢纱线的每单位重量电阻与金属化芳族聚酰胺纱线的每单位重量电 阻明显要低；实际上，其比#36铜线的每单位重量电阻要低。由于该金属化处理仅依赖于比 无电镀沉积更快并且涉及更加便宜的化学成分的电解沉积方法，从而也能够以更低的成本 实现改善的电性能。与由金属化聚合单丝构成的纱线相比，本专利技术提供的单丝涂层更均勻、 更具有粘结性并且能够在更大的温度范围上工作而不恶化。本专利技术的导电不锈钢纱线还由 更小直径的单丝构成，其对使用这些纱线编织的电缆屏蔽赋予了改善的柔性和包装密度。本专利技术的屏蔽材料是由微直径的不锈钢单丝构成的多丝纱线束，该不锈钢单丝通 过在多步骤的电解金属化处理的传送而表现出更好的导电性。该多步骤的处理的辅助特征 在于层数、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＲＦＩ／ＥＭＩ屏蔽材料，包括：具有多根不锈钢单丝的导电纱线，每一根不锈钢单丝被完全且基本均匀地电镀有至少一层金属或者金属合金。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-7-16 60/959,673一种RFI/EMI屏蔽材料，包括具有多根不锈钢单丝的导电纱线，每一根不锈钢单丝被完全且基本均匀地电镀有至少一层金属或者金属合金。2.如权利要求1所述的RFI/EMI屏蔽材料，其中，所述至少一层金属或者金属合金的电 阻小于不锈钢的电阻。3.如权利要求1所述的RFI/EMI屏蔽材料，其中，所述不锈钢单丝的直径小于大约20 微米并且所述纱线束中的单丝的数量小于大约2000。4.如权利要求1所述的RFI/EMI屏蔽材料，其中，所述不锈钢单丝的直径小于大约20 微米。5.如权利要求1所述的RFI/EMI屏蔽材料，其中，电镀在所述不锈钢单丝上的所述至少 一层是厚度小于大约1000埃的由镍构成的第一层。6.如权利要求5所述的RFI/EMI屏蔽材料，包括由电镀在所述第一层上的任何可电镀 金属或者金属合金构成的第二层。7.如权利要求6所述的RFI/EMI屏蔽材料，包括由电镀在所述第二层上的任何可电镀 金属或者金属合金构成的第三层。8.如权利要求7所述的RFI/EMI屏蔽材料，包括由电镀在所述第三层上的任何可电镀 金属或者金属合金构成的第四层。9.如权利要求1所述的RFI/EMI屏蔽材料，包括由电镀在所述第一层上的任何可电镀 金属或者金属合金构成的第二层。10.如权利要求9所述的RFI/EMI屏蔽材料，包括由电镀在所述第二层上的任何可电镀 金属或者金属合金构成的第三层。11.如权利要求1所述的RFI/EMI屏蔽材料，其中，所述导电纱线具有小于大约2欧姆 /英尺的电阻/长度以及小于大约15欧姆/克的电阻/重量。12.—种由权利要求1所述的导电纱线切割或者割断而成的切断纤维。13.一种包含有编织的RFI/EMI屏蔽的同轴电缆，所述编织的RFI/EMI屏蔽由权利要求 1所述的导电纱线构成。14.一种管状套筒形式的编织的RFI/EMI电缆屏蔽，所述管状套筒由权利要求1所述的 导电纱线构成。15.一种由权利要求1所述的导电纱线构成的外层编织的RFI/EMI电缆屏蔽。16.一种包含有权利要求1所述的导电纱线的织物。17.一种包含有权利要求1所述的导电纱线的无纺织物。18.—种由至少两股权利要求1所述的纱线缠绕在一起组成的合成纱线。19.一种导电纱线，包括多根不锈钢单丝，每一根不锈钢单丝具有小于大约20微...

【专利技术属性】
技术研发人员：TF伯克，JE哈勒，
申请(专利权)人：微金属技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]