具有各向异性导电性能的胶粘剂及其制造和使用方法技术

本发明专利技术涉及一种可导电的胶粘剂，包括一种具有粘附效果、可硬化的和不导电的矩阵材料和一种分布在矩阵材料中由可导电碳纳米管组成的相位。根据本发明专利技术，碳纳米管以大量单个宏观结构的形式存在。每一个宏观结构都由大量聚集在一起、相互之间形成电接触的碳纳米管组成。本发明专利技术的另一个方面是一种生产这种可导电的胶粘剂的方法、将两个部件进行导电黏合的方法以及检测以这种方式形成的黏接的质量的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术是关于一种具有导电性能的胶粘剂，其包括一种粘合性、固化性和非导电性的矩阵材料和一种由导电性碳纳米管制成的分布在矩阵材料中的相位。本专利技术的另一个方面是这种具有导电性能的胶粘剂的制造和用于粘合两个导电部件的方法，以及对这种粘合方式质量的检验。很在多应用中，会用到导电胶粘剂。其中一个应用，例如，两个印刷电路板的胶粘，在该印刷电路板上面有多个离散的导体结构，并且这些可导电的结构是通过胶粘剂间隙相互之间产生电接触的。另一个应用是电路基板上电气件之间的胶合以及电路板上有电接触点的元件上形成的电接触点之间的电气连接。基本上，这种电气连接形成方式的过程和胶粘材料很多都是已知的。而且一些基本要求都是相同的，一方面需要在两个连接的接触点之间建立稳定的电气连接，另一方面这种方式的电气连接在空间上是受限的，很多这种方式的电气连接的形成是不同且相邻的，这使它们之间可以形成电绝缘的连接方式。在JP 2001 31 66 55A中有一种已知的导电性胶粘剂。这种胶粘材料中含有碳粉末，一种胶粘剂树脂和水，是一种糊状的形式。该胶粘剂的一个缺点是，当人们在有一层薄层的大面积上使用这种胶粘剂时，它的胶粘能力不好。当它被用于围住小结构或用于穿透小结构时，它不会形成空气套，并且需要将高含量的碳粉用作添加剂，以便在胶粘剂层上形成低电阻、操作安全的导电性电路。该胶粘剂另一个已知的缺点在于，在各个接触点各自的制造过程中，胶粘剂间隙内多个电接触点离散分辨率及其相互绝缘的工序在时间上必须依次进行，这样花费太多时间。由此，这种方法一方面必须有一个复杂的连续工序，另一方面，为了形成这样相互绝缘的多个离散接触点，需要花费的时间太多。在EP 0 748 507 B1中有一种已知的各向异性导电性胶粘剂，其细分布的、导电性粒子包括在薄膜中细致分布的金、镍、镀金的镍、银或涂金的聚苯乙烯球。在这种情况下，电接触是通过一个压模压力的施加实现的，并且系统的加热温度可达到约150至230°C，这样，导电结构就会压进薄膜，并与颗粒相接触。这类胶粘膜的缺点在于，一方面，通过颗粒，在整个由胶粘膜提供的胶粘力和内聚力中，会诱专利技术显的机械干扰效果，这会导致，一方面，整个粘合连接无法承受高机械力，另外，特别是在电气接触区域，会有一个由颗粒产生的严重干扰位置。如果机械影响对这两个须粘合的部件产生影响的话，那么这个干扰位置可能会导致分层和由此带来的连接断开。这种已知技术的另一个缺点在于，这种胶粘剂的供应是以里面有细分布式颗粒的薄膜形式，而这种形式主要适用于表面平坦的部件中，所以使用范围会受到限制。最后，这种技术的另一个缺点是，为了能提供足够的低电阻电连接，薄膜上的颗粒必须达到一定浓度，而该浓度可能会导致颗粒凝结，然后为了防止颗粒表面的凝结又需要使用间隔剂。一方面，这种间隔剂产生相当的制造技术费用，因为作为颗粒涂它们必须在其它制造工序中制备。另一方面，这种涂层导致电气电阻的增加，在整体上降低胶粘剂的导电性能。最后，在许多应用中，高加工温度对胶粘部件形成无法承受的载荷。在US 2009/0011232A1中有一种已知的干粘合剂，是用于已经对齐的碳纳米管（CNT）。这种纳米管是以干燥状态位于平行的纵向，并且由于受到压力作用被压在表面，以达到粘合目的。这种干燥材料的缺点，一方面在于，从碳纳米管材料中生产出这种平行结构成本太高，这种高成本是与所要求的碳纳米管长度有关，并且在高承重的粘合中，这种干粘合剂的粘合作用也是不够的。另一方面，尽管除了在机械方面有明显的粘合特征外，在一定程度上，这种干粘合剂也具有一定的导电特征，但是从电路方面看，为了它却无法形成足够稳定的各向异性，而这种各向异性是为了将分散的接触点通过导电粘合层相互之间绝缘连接。最后是，DE 10 2005 063 403 A1中的一种环氧树脂含有碳纳米纤维胶粘剂，它可以用于导电性胶粘剂的制造中。这种已知胶粘剂的缺点在于，一方面，这种胶粘剂必须在矩阵材料中引入这种百分比很高，以碳材料为基础的纳米纤维材料，以保证足够的导电特征，这样的话，一方面可以得到高粘合度，但是随之而来的是较差的就加工性能和润湿性能，另一方面这种胶粘剂的成本很高。这种胶粘剂的另一个缺点是，当通过粘合层用于接触的导电特征充足时，就无法保证在与胶粘剂的分散间隔内相互间绝缘的导电接触点就无法实现各向异性电连接。本专利技术是以现有技术为基础专利技术的一种胶粘剂，这种胶粘剂一方面生产成本低，另一方面生产技术可靠，并且可以在两个部件的导电接触点之间形成稳定的电连接，而且同时，单个、相互之间绝缘的接触点在空间上有较高的分辨率。本专利技术的另一个目的在于，提供一种胶粘剂，而且这种胶粘剂除了满足分布点的电接触或者说分布点相互之间的绝缘要求之外，还可以提供机械稳定的粘合。本专利技术通过将大量碳纳米管置于一种宏观结构中，而每个宏观结构中存在大量的聚集的和相互之间有电接触的碳纳米管，并且这种矩阵材料首先具有一定浓度，这种浓度使宏观结构分布在一种聚合物胶粘剂矩阵中。在本专利技术中，矩阵材料，尤其是里面有分散的电导电性碳纳米管的单体、预聚物或聚合物与粘合剂的材料被用作胶粘剂，这种胶粘剂的特征在于，该碳纳米管并非被随机或预定地分散在矩阵材料中，而是代替凝集形式被用作宏观材料，而且在矩阵材料中有很多这种宏观结构。这样的好处是，矩阵材料中的宏观材料会以低于渗滤阈值的浓度存在。这时，在这个渗滤阈值之下各个状态就很容易理解了，其中那些液相中的元件会被搅拌到一个程度，这个程度就是，可以沿着该元件，从该材料的一头到达另一头，而同时，在矩阵材料的通道内不需要有路径。因此，一种与导电性元件偏移的矩阵材料具有各向同性的导电性，如果这些元件位于渗滤阈值内部或上方的话。原则上可以理解的是，既可以对用于单个元件，如碳纳米管，也可以对复合的宏观结构的多个单独元件，如由多个碳纳米管构成的宏观结构的渗滤进行定义。根据本专利技术，宏观结构是用于矩阵材料中低于渗滤阈值的各向异性导电的胶粘剂，就是说，宏观结构不会因受到外界影响而产生偏移，也没有足够的体积比例形成其相互之间的聚集或形成这种可以消除大间距的如此大的相干结构。本专利技术中，这种导电胶粘剂的特征在于，大量碳纳米管聚集体的组合形成了一种导电结构。同时，可以在这种导电胶粘剂生产的过程中或在用这种导电胶粘剂粘合的过程中，对这种聚集体的形状和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.26 DE 102010002447.31.可导电的胶粘剂，包括：
具有黏合效果、不导电或轻微导电的矩阵材料（6；41），优先采
用聚合材料或可聚合的材料，以及
一种由导电碳纳米管（1）组成的分布在矩阵材料中的相位，
其特征是，碳纳米管以大量单个宏观结构（40a-c、140a-c、5）的
形式存在，每个宏观结构都有大量聚集在一起、相互之间形成电接触
的碳纳米管组成，矩阵材料中的宏观结构的浓度低于矩阵材料内的宏
观结构的渗漏阈值。
2.符合第一项请求权的胶粘剂，
其特征是，宏观结构主要以球状几何形状存在，并且宏观结构的
高度、宽度和长度值中的任何一项与其它两项中的任何一项的偏差都
不超过50%。
3.符合第一或第二项请求权的胶粘剂，
其特征是，宏观结构以如下形式存在，即该形式是通过对液体以
及分布在液体中的碳纳米管施加剪应力的方式获得，特别是通过在第
一方向上对液体施加第一剪应力，接下来在与第一方向不同的第二方
向上施加第二剪应力。
4.符合前述请求权之一的胶粘剂，
其特征是，矩阵材料中的碳纳米管的浓度高于矩阵材料中的碳纳
米管的渗漏阈值。
5.符合前述请求权之一的胶粘剂，
其特征是，每个宏观结构中至少包含一种在功能上用来有效的与
结合面区域结合的成分，特别是一种磁性成分。
6.生产可导电的胶粘剂的方法，包括如下步骤：
a.制备一个制造辅助矩阵（2），
b.将碳纳米管（1）注入到制造辅助矩阵中，
c.在制造辅助矩阵内使碳纳米管聚集成宏观结构（5），以及
d.以低于胶粘剂中的宏观结构的渗漏阈值的浓度使宏观结构分布
在一种聚合物胶粘剂矩阵（6）中。
7.符合第六项请求权的方法，
其特征是，在步骤c与d之间进行以下步骤：
-从制造辅助矩阵（2）中提取宏观结构（5），最好通过蒸馏法，
以及
-将宏观结构（5）注入到胶粘剂矩阵（6）中，
8.符合第六项请求权的方法，
其特征是，制造辅助矩阵（2）与胶粘剂矩阵（6）的化学成分一
致，在步骤c之后，如果需要，通过蒸馏法提高宏观结构的浓度，或
通过注入胶粘剂矩阵降低其浓度。
9.符合第六至第八项请求权的方法，
其特征是，通过对制造辅助矩阵施以剪应力，特别是在两个不同
方向上先后施加的剪应力影响，使步骤c中的碳纳米管聚集到宏观结
构上，最好同时施加压力。
10.符合第六至第九项请求权之一的方法，
其特征是，通过降低制造辅助矩阵的黏度，特别是通过对其进行
加热的方法对步骤c中碳纳米管的聚集予以支持。
11.符合第六至第十项请求权之一的方法，
其特征是，步骤b中的碳纳米管以如下浓度注入到制造辅助矩阵
中，即浓度高于制造辅助矩阵中的碳纳米管的渗漏阈值。
12.对两个部件（10、20）进行导电黏合的方法，包括如下步骤：
a.制备一种胶粘剂（41、40a、b、c），包括一个由具有粘附效果
的材料和大量碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞缪尔·布施霍恩，
申请(专利权)人：工业大学科技创新有限公司，哈尔堡工业大学，
类型：
国别省市：