СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕПРОДУКЦИОННОГО МАГНИТНОГО СЛОЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ Российский патент 1994 года по МПК B29B15/10 C08L101/00 B29K105/06 

Изобретение относится к технологии производства электропроводящих композиций, которая может быть использована в оборудовании, в частности, для активного экранирования экранирования электромагнитных излучений.

Известны многочисленные способы изготовления проводящих композиций для экранирования электромагнитных излучений. Они включают введение в полимер наполнителей. Отмечено расширение применения электропроводных композиций пластиков для защиты от электромагнитных сигналов в сравнении с проводимыми и рассеивающими статические заряды покрытиями.

Основным объектом крупнотоннажного потребления таких композиций указаны корпуса ЭВМ. В качестве наполнителей исходных пластиков используют углеродные волокна, а также волокна из нержавеющей стали и покрытого никелем графита. Вводят также армирующие составляющие, например алюминиевые хлопья, графитовые чешуйки и волокна, а также сажу.

Композиция на основе полиолефинов с 45% наполнителя обеспечивает снижение уровня помех до 40 дБ. Отмечены попытки увеличения содержания наполнителя до 50 и 60%.

Электромагнитные излучения наводит в проводящих частицах, диспергированных в полимерном либо в целлюлозном носителе, ЭДС. Возникающие в результате такой наводки токи стекают по проводящему покрытию. Интенсивность гашения электромагнитных излучений, таким образом, прямопропорциональна количеству частиц. Однако, с одной стороны, увеличение количества частиц нарушает прочностные свойства покрытия, а с другой - близость частиц одна к другой снижает величину ЖДС, наводимой каждой из них из-за эффекта взаимокомпенсации. Поэтому увеличение их количества задачи не решает в полной мере
Известны решения, включающие объединение проводящих частиц в гранулы с длинными волокнами (до 50 мм). Волокна образуют своеобразные замкнутые контуры и одновременно осуществляют электрическое соединение гранул одна с другой. Такие гранулы позволяют наводить ЭДС в их замкнутых контурах, развитых витками плотно "уложенных" длинных волокон без взаимодействия друг с другом, и обеспечивают беспрепятственно "стекание" наведенных токов.

Однако такая компоновка проводящих покрытий также лимитируется размерами гранул, которые не могут превышать по крайней мере размеры толщины покрытия, без нарушения прочностных характеристик.

Известно и такое решение, как электропроводящая композиция, включающая гофрированное волокно с числом извитостей 3-200 на 25 мм длины и высотой их 0,05-4 мм. Таким образом, размеры принимающих контуров значительно увеличиваются без утолщения покрытия, увеличивая при этом и степень гашения электромагнитных изделий. Однако расположение таких волокон остается хаотичным, оставляя степень гашения электромагнитного излучения непредсказуемой величиной. Кроме того, технология их получения, связанная с шестиренчатыми устройствами, учитывая их малый диаметр (0,1-100 мкм) представляет большие трудности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному способу является способ получения магнитного длинномерного материала (бумаги), включающий нанесение на технологическую поверхность слоя жидкого носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами, обработку его магнитным полем с последующим отверждением.

Известный способ позволяет противодействовать электромагнитному излучению в активном режиме. В качестве проводящих частиц используется порошок магнетоплюмбит - Ва - феррит или магнетоплюмбит - Sr - феррит, способный к намагничиванию с величиной частиц 0,1 - 2 мкм и менее 20 мкм соответственно. Такая двойная бисистема физических и геометрических свойств обеспечивает после намагничивания внешним полем магнитную неоднородность структуры, способствующую интенсификации в активном режиме приема электромагнитного излучения и его гашения. Добавление в целлюлозный носитель синтетического катионного электролита и анионного латекса способствует созданию повышенной электропроводности получаемой композиции. Однако постоянная величина намагниченности такой композиции отрицательно воздействует на защищаемые ею объекты в отсутствие электромагнитного излучения, а также при ее интенсивности, превышающей заложенный в магнитную композицию оптимум. Кроме того, такая композиция эффективна только в узком диапазоне частот, определяемых соотношением величин диспергируемых проводящих частиц.

Таким образом, для эффективного гашения электромагнитного излучения требуется такая структура токопроводящих частиц, которая будет репродуцировать магнитные поля только в момент воздействия этого излучения, с характеристиками, строго ориентированными именно на него, и не должно ограничиваться геометрическими размерами при расположении в воспринимающей по плоскости. Кроме того, наведенные поля должны сами удаляться без преобразования в токи и тепловое рассеяние, т.е. быть движущимися.

Такая композиция полностью нейтральна при отсутствии электромагнитного излучения и полностью экранирует возникающие в любой момент излучения, любой его интенсивности, с любым спектром частот без существенного нагрева.

Целью изобретения является создание управляемых репродукцируемых движущихся магнитных полей в слое электропроводящей композиции.

Поставленная цель достигается тем, что по способу получения репродукционного магнитного слоя электропроводящей композиции, включающем нанесение на технологическую поверхность слоя жидкого носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами, обработку его магнитным полем с последующим отверждением, согласно изобретению, обработку слоя носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами осуществляют вращающимся магнитным полем, перемещающимся относительно слоя носителя. При этом перемещение вращающегося магнитного поля относительно слоя носителя с диспергированными в нем электропроводными частицами осуществляется дискретно.

Кроме этого, при обработке магнитным полем слоя носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами по этим частицам пропускают электрический ток от внешнего источника.

Причем в носитель добавляют катионные полимеры и анионный синтетический латекс.

А электропроводящие частицы, диспергированные в носителе, состоят по крайней мере из двух металлов и/или их производных для образования термопарного слоя, причем вдоль обрабатываемого слоя носителя поддерживается градиент температур.

Способ получения репродукционного магнитного поля электропроводящей композиции осуществляют следующим образом.

На технологическую поверхность движущегося конвейера наносят слоя жидкого носителя с диспергированными в нем проводящими частицами. В качестве такого носителя может использоваться любой обычно используемый для подобных изделий материал органического либо неорганического происхождения. Это может быть "мокрое" бумажное полотно либо смолы. В качестве смолы применяют термопласты: ПО, ПА, сложные ПЭФ, ПС, ПАН; эластомеры: ПУ, силиконовую смолу; реактопласты; фенольную смолу, ЭС. Помимо основных компонентов, материал носителя может содержать добавки и наполнители.

В качестве проводящих частиц используются порошки, волокна, специально приготовленные гранулы на их основе и на основе сплавов полимеров с металлами. Проводящие частицы составляют 0,1-90%, при использовании в качестве экрана электромагнитного излучения - 0,5-60%. Для повышения совместимости со смолой и диспергируемости поверхности металлических волокон можно обрабатывать силановым, титановым или оловянным связующим.

Толщина формируемого слоя носителя обычно составляет 0,1-2 мм. В промежутке времени между нанесением слоя носителя с диспергированными в нем частицами и его отверждением, его подвергают воздействию вращающегося магнитного поля. С этой целью над или под движущимся конвейером закрепляют индуктор, представляющий собой электрообмотку по типу статорной обмотки асинхронного электродвигателя с введенным в нее на место статора металлическим сердечником с диаметром торцевого окончания, направленного на движущийся слой носителя, соответствующий ширине обрабатываемой "дорожки". Эта "дорожка" может охватывать всю ширину слоя носителя либо любую его часть.

В случае неподвижного слоя носителя (при изготовлении либо малых изделий, либо изделий сложной формы) индуктор сам перемещается относительно него.

При воздействии вращающегося магнитного поля на подвижные в жидком слое номителя проводящие частицы, в них наводятся токи, поляризующие их, что заставляет их ориентироваться под воздействием вращающегося магнитного поля по концентрическим траекториям. Учитывая при этом относительное продольное движение индуктора вдоль слоя носителя, такие траектории будут представлять собой эпициклоиды и гипоциклоиды. После отверждения слоя носителя любым из известных способов проводящие частицы сохраняют свои траектории, т.е. как бы запоминают движущееся магнитное поле.

При последующей эксплуатации внешние электромагнитные излучения наводят в проводящих частицах токи, движущиеся по заданным их расположением траекториям, образуя движущиеся "стекающие" магнитные поля с амплитудой и частотой задающего электромагнитного излучения. Направление движения таких вторичных, репродуцированных излучением полей, задается направлением "разворачивания" эпи- либо гипоциклоид траекторий частиц и выводит это электромагнитное излучение за пределы защищаемого объекта.

В случае частичного перекрытия обрабатываемых "дорожек" циклоидальной формы часть излучения, пропорциональная площади такого перекрытия, переходит в тепло в результате встречно направленных токов в этом случае.

Для пространственного развития принимающей электромагнитное излучение поверхности и интенсификации защиты от него в слое носителя создают области с магнитными неоднородностями дискретным перемещением индуктора либо слоя (в режимаж: движение-остановка-движение либо движение-замедление-движение).

Для повышения эффективности обработки слоя носителя вращающимся магнитным полем и снижения сопротивления движению репродуцированного электромагнитного излучения магнитного поля в момент обработки по электропроводящим частицам пропускают электрический ток от внешнего источника и увеличивают таким образом силы взаимодействия частиц с полем. Это достигается, например, введением полосовых токоподводящих электродов к слоб движущегося носителя в зоне расположения индуктора либо размещением на подвижном индукторе аналогичных скользящих по обрабатываемой поверхности токоподводов, одновременно выполняющих функции каретки и регулятора воздушного зазора, либо размещением таких электродов прямо на торцевой поверхности индуктора, покрытой изоляционным слоем, предотвращающим прилипание к нему проводящих частиц из поверхностных слоев носителя и одновременно изолирующего контактные электроды (в этом случае индуктор движется прямо по поверхности слоя носителя).

Также для повышения эффективности способа в носитель могут быть добавлены синтетические катионные полиэлектролиты (полиакриламид, полиамин, продукт конденсации полиамина и эпихлоргидрина, полиэтиленимин) и анионный синтетический латекс (содержащий 1-10% ПВА, полиакрилата, АВХ или СПЛ стирола и бутадиена, акрилонитрила и бутадиена, акрилата и бутадиена, акрилата и акрилонитрила, акрилата и стирола, винилацетата и акрилата или этилена и винилацетата). Совместное использование катионных полимеров и анионного латекса создает высокопроводную ионизированную среду, существенно облегчающую продольное распространение репродукцированных магнитных полей.

Кроме этого, можно в качестве проводящих частиц диспергировать в слой носителя парные материалы, создающие при контакте и перепаде температур термопарные слои, индуцирующие электрические токи. С этой целью выбираются любые пары материалов из электротермического ряда.

Вспомогательное создание токов в проводящих частицах при их структурировании вращающимся магнитным полем по описанной выше технологии увеличивает силы структурных взаимодействий частиц и способствует более качественному их структурированию.

Создание градиента температур необходимо лишь в зоне обработки индуктором и может быть достигнуто асимметрично выполненным по толщине рабочим торцем самого индуктора, нагревающегося при работе.

Изобретение может быть использовано при конструировании защитных корпусов ЭВМ для обработки экранирующих электромагнитные излучения покрытий крупных изделий сложной геометрической формы.

В последнем случае, особенно в условиях невозможности заземления, возможность переизлучения электромагнитного излучения обеспечит полную защиту такого объекта. А при направленном и дискретном переизлучении создает его дистанционную множественную имитацию.

П р и м е р 1. На бумажное полотно, выполненное из сульфатной небеленой целлюлозы, шириной 500 мм и массой квадратного метра - 120-140 г, наносится раствор фенолформальдегидной смолы с диспергированными в растворе частицами углеродного волокна с диаметром 7-10 мкм и длиной 5-10 мм. Концентрация углеродного волокна в смоле составляет 10-15 мас.%.

Полотно бумаги с налитой на ее поверхность дисперсией по горизонтальному конвейеру проходит со скоростью 20 м/мин под неподвижно закрепленным источником вращающегося магнитного поля.

После обработки бумажное полотно с нанесенной дисперсией поступает на сушку, где испаряется большая часть растворителя (этанол, ацетон). Затем высушенное полотно нарезается на форматы и используется для набора пакетов для производства конструкционного материала.

П р и м е р 2. Стеклоткань пропускают через расплав полиэтилена, в котором диспергированы стальные частицы диаметром 10 мкм и длиной 7-10 мм. Содержание стальных частиц 30%.

Источник магнитного поля закреплен неподвижно.

Перемещение указанной композиции проводится по следующему режиму:
Скорость движения 10 м/мин
Время движения 10 с
Выдержка 5 с
Скорость движения 10 м/мин
Время движения 10 с
Выдержка 5 с
Скорость движения 10 м/мин
Время движения 20-30 с
Все эти манипуляции проводятся при температуре не менее 135-140оС.

После обработки магнитным полем композиция охлаждается до 30оС и поступает на переработку в изделие.

П р и м е р 3. Композиции, изготавливаемые по рецептурам и технологии, описанным в примерах 1 и 2, во время обработки вращающимся магнитным полем дополнительно подвергается воздействию электрического тока от внешнего источника.

Для этой цели в качестве токоподводов используются отжимные или транспортирующие валы. Напряжение не должно превышать 36 В, сила тока может регулироваться расстоянием между двумя валами-токоподводами, к которым подается разница потенциалов.

П р и м е р 4. В бумажную массу, содержащую 80% сульфатной небеленой целлюлозы и 20% углеродного волокна с диаметром 7-10 мкм и длиной 5-10 мм вводят в качестве активной добавки синтетический катионный полиэлектролит - полиакриламид в количестве 0,2 мас.%. К этой массе добавляют 4 мас.% сополимера акрилонитрила и бутадиена в виде латекса.

Дальнейший процесс обработки проводится по описанному в примерах 1 и 2.

П р и м е р 5. В расплаве полиэтилена диспергируются частицы хромелевой и алюминиевой проволок. Диаметр 10-12 мкм, длина 5-10 мм. Дисперсия пропускается на горизонтальном конвейере в термокамере, в которой поддерживается температура, выше температуры плавления полимера - 135оС.

Во время пребывания в термокамере композиция подвергаеся воздействию вращающегося магнитного поля.

После этого действия поля и повышенной температуры снимаются. При этом в композиции фиксируются термопарные образования, возникшие при контактировании разноименных металлических частиц.

Использование: способ получения репродукционного магнитного слоя электропроводящей композиции относится к производству электропроводящих композиций и может быть использовано, в частности, для активного экранирования электромагнитных излучений. Существо способа: на слой жидкого носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами, до его отверждения, воздействуют вращающимся магнитным полем при относительном перемещении источника такого поля, при этом перемещение вращающегося магнитного поля относительно слоя носителя осуществляется дискретно, а в момент обработки слоя носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами по электропроводящей композиции пропускают электрический ток от внешнего источника. Кроме этого, в носитель может добавляться состав из катионных полимеров и анионного синтетического латекса, а электропроводящие частицы, диспергированные в носителе, составлены по крайней мере из двух металлов и/или их производных, при контакте которых образуется термопарный слой, причем вдоль обрабатываемого слоя носителя поддерживается градиент температур. 4 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕПРОДУКЦИОННОГО МАГНИТНОГО СЛОЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ, включающий нанесение на технологическую поверхность слоя жидкого носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами, обработку его магнитным полем с последующим отверждением, отличающийся тем, что, с целью создания управляемых репродукцируемых движущихся магнитных полей в слое электропроводящей композиции, обработка слоя носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами осуществляют вращающимся магнитным полем, перемещающимся относительно слоя носителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение вращающегося магнитного поля относительно слоя носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами осуществляется дискретно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке магнитным полем слоя носителя с диспергированными в нем электропроводящими частицами по этим электропроводящим частицам пропускают электрический ток от внешнего источника. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в носитель добавляют катионные полимеры и анионный синтетический латекс. 5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электропроводящие частицы, диспергированные в носителе, состоят по крайней мере из двух металлов и/или их производных для образования термопарного слоя, причем вдоль обрабатываемого слоя носителя поддерживают градиент температур.