屏蔽基底使其免受电磁干扰的方法技术

本发明专利技术提供一种屏蔽基底使其免受电磁干扰的方法，其包括为所述基底提供电磁干扰(EMI)屏蔽组合物。所述EMI屏蔽组合物包含反应性有机成分和传导性填料，能够在有机成分的固化过程中自组装成非均相结构，该非均相结构包含位于(连续或半连续)聚合物富集域中的金属的连续三维网络。所得组合物具有异常高的导热性和导电性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及导电聚合物涂层。更具体而言，本专利技术涉及作为电磁干扰屏蔽涂层的导电组合物。
技术介绍
电磁干扰(EMI)是在电子通信中遇到的常见问题。众所周知，外部辐射会在电子元件中引起不期望的电流，从而扰乱正常的运作。这个问题在航空应用中尤其受到关注，因为外部频率可能破坏飞行控制系统并危及乘客安全。外部辐射可以来自许多来源，例如，无线电通信、电力传输、电子器件、雷电、静电、甚至是来自武器的核电磁脉冲(EMP)。为了防止这样的影响，通常是采用壳体、涂层、垫片、粘合剂、密封剂、钢丝套、金属网或过滤器等将电子器件或元件完全屏蔽。所有这些解决方案的共性是采用的屏蔽材料具有导电性，相应地具有低电阻抗。一般来说，屏蔽的等级与材料的传导性成正比。这就是为什么通常采用铝和钢等金属来制造EMI壳体的原因。这种壳体的缺点(尤其是从航空航天和交通运输角度来看)是采用金属导致的重量不便。对轻量级屏蔽材料的需要已经促使制造商生产热塑性箱体或复合材料箱体。在这些系统中通过多种方式(即，在聚合物中嵌入金属箔或金属丝、沉积或镀覆薄金属涂层以及金属漆)来实现屏蔽。不幸的是，这些技术都有自身的缺陷，这些缺陷包括屏蔽效力有限、大规模制造力的问题、腐蚀问题、聚合物基底的选择有限、以及其他限制。由于很多高分子复合材料都包含贵金属(例如，银、镍或铜)，因此材料成本也可能成为问题。其它的EMI屏蔽材料可以使用金属丝滤网(metal wire screen)或金属丝网以减少重量或满足光学透明度的需要。采用金属丝滤网是因为其固有的高导电性，这是有效EMI屏蔽的一个要求。但是，EMI滤网在本领域中也有其局限性，例如在GHz频率下的屏蔽效力有限、对纤细的滤网的处理问题、将所述滤网装入壳体中并接地的问题以及修复损坏的壳体问题。此外，许多现有的EMI屏蔽材料没有提供流畅的接地通路，而该通路在诸如飞行器外壳等应用中是有利的。EMI屏蔽材料(例如，嵌入绝缘树脂基质的多孔金属箔(EMF))一般不具备正交传导性。为了将面板与EMF材料电连接，制造商必须磨穿树脂并暴露出的EMF的两侧。然后必须跨越所述面板粘附邻接的导电带，并且要注意不能产生凸起的疤状缺陷。高端屏蔽应用要求在大范围的频率内的屏蔽级别超过60dB。通常在航空航天和军事应用中需要的非常高的屏蔽级别要求超过90dB的水平。在满足这些严格的要求同时达到重量轻、价格低廉、易于施加和维修时，现有状况的材料往往面临挑战。本专利技术正是针对现有材料和方法的上述需要和限制而进行的。专利技术概述在本专利技术的优选实施方案中，在共同拥有的美国专利申请No. 12/055，789 (于2008年3月26日提交，并且以U. S. 2010/0001237公开，其全部内容以引用方式并入本文)中描述的材料被用作在固化过程中原位形成的传导性基质，并且施加于基底上，以提供EMI屏蔽作用。在解决现有EMI屏蔽材料的各种问题的尝试中，本专利技术一个实施方案采用了 EMI组合物，其包含反应性有机成分和导电填料，能够在有机成分固化过程中自组装成非均相结构，该非均相结构包含位于(连续或半连续)聚合物富集域中的金属的连续三维网络，其导电率和可任选的导热率在本体金属导电率或导热率的几个数量级内。现有状况的组合物往往无法将高传导性与诸如重量轻、可分配性以及粘合性等性能相结合，而这是强化的EMI屏蔽应用通常要求的。只有通过本专利技术的实施方案才能在保持有效材料所需的密度、流变性能和粘合性能的同时，获得实现非常高传导性能所需的填料负载量。在本专利技术的一方面中，本专利技术提供了一种，该方法包括提供基底；为所述基底提供电磁干扰(EMI)屏蔽组合物，其中所述电磁干扰屏蔽组合物包含经填料填充的可固化材料，该可固化材料能够在固化过程中自组装形成传导性通路。在本专利技术的另一个实施方案中，所述可固化材料包含可固化的有机成分和填料，并且在所述有机成分的固化过程中，所述填料和所述有机成分发生相互作用，该相互作用使所述填料自组装成传导性通路。在本专利技术的另一个实施方案中，可固化组合物包含环氧树脂、环氧树脂用固化剂、以及包覆有脂肪酸的传导性填料。在本专利技术优选的实施方案中，所述环氧树脂包括双酚F二缩水甘油醚，所述环氧树脂用固化剂包括基于酞酐和二亚乙基三胺之间的反应的聚胺酐加合物。在本专利技术一个实施方案中，按照预定的图案将所述组合物施加于所述基底，所述预定的图案具有预定的线条厚度以及预定的孔尺寸，并且在优选的实施方案中，施加于所述基底的组合物是光学透明的。在本专利技术的一个优选的实施方案中，所述组合物的屏蔽效力在约IMHz至约40GHz之间为至少20dB ;更优选地，所述组合物的屏蔽效力在约IMHz至约40GHz之间为至少约80dB。在本专利技术的另外方面中，为基底提供EMI屏蔽组合物的步骤包括确定EMI屏蔽体系的受损部分，该受损部分包含至少一个不连续的传导性通路；在所述受损部分上沉积所述EMI屏蔽组合物；并且固化所沉积的组合物，以提供至少一个自组装的传导性通路，从而使受损部分中的至少一个不连续的传导性通路变得完整。在本专利技术的另一个实施方案中，EMI屏蔽体系包括传导性金属板、金属箔、金属网、碳-金属纤维交织物、金属化的碳或经填料填充的传导性聚合物中的至少一者。在本专利技术又一个实施方案中，EMI屏蔽体系包含经填料填充的可固化材料，该可固化材料能够在固化过程中自组装形成传导性通路。在本专利技术的另一方面中，提供了一种对EMI屏蔽材料进行非破坏性测试的方法，其包括提供能够起到EMI屏蔽作用的导电组合物；测量所述组合物的电学性能；使测量的组合物的电学性能与所述组合物的预先劣化的样品的导电性对等化，以确定所述组合物的劣化程度。在本专利技术的一个优选的实施方案中，所述组合物包含能够在固化过程中自组装形成传导性通路的可固化材料。在本专利技术的另一个实施方案中，所述电学性能包括电阻。由于形成了非均相结构，因此EMI屏蔽组合物能够在颗粒浓度显著低于具有均相结构(该结构包含均匀地位于整个聚合物基质中的颗粒)的常规组合物相应浓度的条件下，产生传导性颗粒的渗流网络。此外，在固化过程中形成的非均相结构使颗粒可以熔结，从而消除颗粒之间的接触电阻，进而使导热性和导电性显著提高。此外，熔结金属的连续通路能够传送在热密集或电场密集型应用中遇到的大量热和电流。低填料负载与相关的连续通路自组装的组合使得EMI材料重量更轻、更容易制造，并且可以采用更多的树脂来改善润湿性以及对基底的粘附力。由于具有各向同性，因此复合材料在所有正交方向上都具有传导性；由此使得复合结构的Z-方向上的导电性和导热性显著改善。这种改善进而允许显著降低界面处的电阻，从而改善接地和传热性能，这两种性能对屏蔽作用和提高电子元件的性能是至关重要的。此外，由于具有高传导性的各向同性性质，因此本专利技术的组合物能够用作多功能材料，其用于防护电磁干扰，以及(但不限于)消除静电荷积聚和用于使冰融化的热管(例如除冰材料)，以及防止被雷击。此外，所形成的结构本身具有类似于三维网的几何形状(其起到天然孔隙的作用)，从而提高对特定波长的屏蔽作用。在本专利技术的另一个实施方案中，由于有机组分能够发生反应并形成共价键，因此可以容易地与反应性基底共固化或者在非反应性基底上固化(基底例如为热塑性基底或预先反应的热固性基底)。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·D·福恩斯，塞思·B·卡拉瑟斯，尼古拉斯·D·赫夫曼，
申请(专利权)人：洛德公司，
类型：发明
国别省市：