Перекрестные ссылки на родственные заявки
Для настоящего изобретения испрашивается приоритет и все остальные преимущества, вытекающие из предварительной патентной заявки США №61/535886, поданной 16 сентября 2011 года и озаглавленной CONDUCTIVE SEALANT COMPOSITIONS, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к композициям герметика, проявляющим повышенную эффективность экранирования ЭМП/РЧП (электромагнитных/радиочастотных помех, EMI/RFI).
Уровень техники
Во время полета воздушное судно сталкивается с множеством явлений окружающей среды, которые могут вызвать опасные условия или даже привести к физическому повреждению. Например, удары молний и электромагнитные помехи (ЭМП, EMI) представляют собой довольно распространенные явления окружающей среды, которые могут привести к возникновению опасных состояний во время полета воздушного судна. Удары молний могут вызвать физические повреждения воздушного судна в виде пробоя отверстий в деталях воздушного судна или могут вызвать опасный выброс тока, который может войти в контакт с топливным баком и привести к взрыву. ЭМП может вызвать чрезмерные уровни энергии в проводах и датчиках топливной системы воздушного судна. Кроме того, электромагнитные шумы, вызванные ЭМП, могут привести к серьезным затруднениям в эксплуатации электронных компонентов воздушного судна. Учитывая возможность серьезного повреждения или электрических помех, вызванных данными явлениями окружающей среды, средства для предотвращения или смягчения негативных последствий ударов молний и ЭМП имеют важное значение при разработке и производстве воздушных судов.
Сущность изобретения
В вариантах осуществления настоящего изобретения композиция герметика включает в себя композицию основы, содержащую серосодержащий полимер, композицию отвердителя, содержащую отвердитель, и электропроводящий наполнитель в по меньшей мере одной из композиции основы или композиции отвердителя. Указанный электропроводящий наполнитель содержит углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
В некоторых вариантах осуществления композиция герметика практически не содержит никеля.
Волокна из нержавеющей стали могут иметь средний размер частиц, больший чем средний размер частиц углеродных нанотрубок, или же углеродные нанотрубки могут иметь средний размер частиц, больший чем средний размер частиц волокон из нержавеющей стали. В некоторых вариантах осуществления, например, углеродные нанотрубки могут иметь среднюю длину от примерно 5 мкм до примерно 30 мкм и средний диаметр от примерно 10 нм до примерно 30 нм, а волокна из нержавеющей стали могут иметь средний первый размер (размер в первом направлении) от примерно 8 мкм до примерно 22 мкм и средний второй размер (размер во втором направлении) от примерно 330 мкм до примерно 1 мм. Кроме того, объемное соотношение углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали может составлять примерно от 1:1 до 1:50.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика дополнительно содержат по меньшей мере один компонент, выбранный из промотора адгезии, ингибитора коррозии или пластификатора, в по меньшей мере одной из композиции основы или композиции отвердителя.
В некоторых вариантах осуществления серосодержащий полимер представляет собой полисульфид или простой политиоэфир.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления композиция герметика включает в себя практически свободную от никеля композицию основы, содержащую серосодержащий полимер, практически свободную от никеля композицию отвердителя, содержащую отвердитель, и практически свободный от никеля электропроводящий наполнитель в по меньшей мере одной из композиции основы или композиции отвердителя. Указанный электропроводящий наполнитель содержит углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали. Волокна из нержавеющей стали могут иметь средний размер частиц, больший чем средний размер частиц углеродных нанотрубок, или же углеродные нанотрубки имеют средний размер частиц, больший чем средний размер частиц волокон из нержавеющей стали. В некоторых вариантах осуществления, например, углеродные нанотрубки могут иметь среднюю длину от примерно 5 мкм до примерно 30 мкм и средний диаметр от примерно 10 нм до примерно 30 нм, а волокна из нержавеющей стали имеют средний первый размер от примерно 8 мкм до примерно 22 мкм и средний второй размер от примерно 330 мкм до примерно 1 мм. Кроме того, объемное соотношение углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали может составлять примерно от 1:5 до 1:50.
Композиции герметика практически не содержат Ni и демонстрируют неожиданно высокую эффективность экранирования ЭМП/РЧП.
Подробное описание
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция герметика содержит по меньшей мере один серосодержащий полимер и электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали. Используемый в настоящем документе термин «герметик», «герметизация» или «герметизировать» относятся к композициям, обладающим способностью противостоять атмосферным условиям, таким как влажность и температура, и по меньшей мере частично блокировать прохождение таких материалов, как вода, топливо и другие жидкости и газы. Герметики часто обладают адгезивными свойствами, но не являются просто клеями, у которых отсутствуют изолирующие свойства герметика.
Композиции герметика по настоящему изобретению могут быть получены смешиванием электропроводящей композиции основы с композицией отвердителя. Композиция основы и композиция отвердителя могут быть приготовлены отдельно и затем смешаны с образованием композиции герметика. Электропроводящая композиция основы может содержать, например, по меньшей мере один серосодержащий полимер, по меньшей мере один пластификатор, по меньшей мере один промотор адгезии, по меньшей мере один ингибитор коррозии, по меньшей мере один электронепроводящий наполнитель и электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали. Однако следует понимать, что композиции основы не обязательно содержат каждый из перечисленных компонентов. Например, многие из перечисленных компонентов являются необязательными, например пластификатор, промотор адгезии, ингибитор коррозии, электронепроводящий наполнитель и электропроводящий наполнитель. Соответственно композиция основы в некоторых вариантах осуществления может содержать только полимер (который может быть полисульфидом и/или простым политиоэфиром) и растворитель. Однако, как будет показано ниже, по меньшей мере одна из композиции основы и/или композиции отвердителя включает в себя проводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
Композиция отвердителя может содержать, например, по меньшей мере один отвердитель, по меньшей мере один пластификатор, по меньшей мере один электронепроводящий наполнитель, по меньшей мере один электропроводящий наполнитель и по меньшей мере один ускоритель отверждения. Однако, аналогично композиции основы, композиция отвердителя не обязательно содержит каждый из перечисленных компонентов. Действительно, многие из этих компонентов являются необязательными, например пластификатор, электронепроводящий наполнитель, электропроводящий наполнитель и ускоритель отверждения. Соответственно композиция отвердителя в некоторых вариантах осуществления может содержать только отвердитель. Однако, как будет показано ниже, по меньшей мере одна из композиции основы и/или композиции отвердителя включает в себя проводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
В некоторых вариантах осуществления для получения композиции электропроводящего герметика смешивают от 5 до 20 массовых частей композиции отвердителя со 100 массовыми частями композиции основы и в некоторых вариантах осуществления от 8 до 16 массовых частей композиции отвердителя смешивают со 100 массовыми частями композиции основы.
В некоторых вариантах осуществления более предпочтительны двухкомпонентные отверждаемые композиции по сравнению с однокомпонентными отверждаемыми композициями, так как двухкомпонентные композиции обеспечивают лучшую реологию при нанесении и проявляют желаемые физические и химические свойства в готовой отвержденной композиции. В настоящем документе указанные два компонента относятся к композиции основы и композиции отвердителя. В некоторых вариантах осуществления композиция основы может содержать полисульфидные полимеры, простые политиоэфирные полимеры, окислители, добавки, наполнители, пластификаторы, органические растворители, промоторы адгезии, ингибиторы коррозии и их комбинации. Однако следует понимать, что композиции основы не обязательно содержат каждый из перечисленных компонентов. Действительно, многие из перечисленных компонентов являются необязательными, например окислители, добавки, наполнители, пластификаторы, промоторы адгезии и ингибиторы коррозии. Соответственно композиция основы в некоторых вариантах осуществления может содержать только полимер (который может быть полисульфидом и/или простым политиоэфиром) и растворитель. Однако, как будет показано ниже, по меньшей мере одна из композиции основы и/или композиции отвердителя включает в себя электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
В некоторых вариантах осуществления композиция отвердителя может содержать отвердители, ускорители отверждения, замедлители отверждения, пластификаторы, добавки, наполнители и их комбинации. Однако, аналогично композиции основы, композиция отвердителя не обязательно содержит каждый из перечисленных компонентов. Действительно, многие из этих компонентов являются необязательными, например ускорители отверждения, замедлители отверждения, пластификаторы, добавки и наполнители. Соответственно в некоторых вариантах осуществления композиция отвердителя может содержать только отвердитель. Однако, как будет показано ниже, по меньшей мере одна из композиции основы и/или композиции отвердителя включает в себя электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
По меньшей мере одна из композиции основы и/или композиции отвердителя включает в себя электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали. Электропроводящий наполнитель может дополнительно содержать любой дополнительный электропроводящий наполнитель, традиционно применяемый в композициях герметика. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления необязательный дополнительный электропроводящий наполнитель практически не содержит Ni с целью снижения токсичности и неблагоприятных экологических проблем. В некоторых вариантах осуществления, например, электропроводящий наполнитель в дополнение к углеродным нанотрубкам и волокнам из нержавеющей стали содержит графит. Используемое в настоящем документе выражение «практически» используется как термин приближенного значения, а не в качестве количественной характеристики. В дополнение к этому выражение «практически не содержащий никеля» используется как термин приближенного значения для обозначения того, что количество никеля в дополнительном электропроводящем наполнителе или композиции герметика является пренебрежимо малым, так что если никель вообще присутствует в дополнительном электропроводящем наполнителе или в композиции герметика, то он является лишь случайной примесью.
В некоторых вариантах осуществления серосодержащие полимеры, используемые в настоящем изобретении, включают в себя полисульфидные полимеры, которые содержат множество сульфидных групп, т.е. групп -S-, в главной полимерной цепи и/или в концевых или ответвленных положениях полимерной цепи. Такие полимеры описаны в патенте США №2466963, в котором описанные полимеры имеют множество -S-S-связей в основной цепи полимера, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Другими подходящими полисульфидными полимерами являются полимеры, в которых полисульфидная связь заменена на политиоэфирную связь, т.е. -[- CH2-CH2-S-CH2-CH2-]n, где n может быть целым числом в диапазоне от 8 до 200, как описано в патенте США №4366307, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. В некоторых вариантах осуществления, например, простые политиоэфирные полимеры могут быть полимерами, описанными в патенте США №6172179, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Например, простой политиоэфирный полимер может быть простым политиоэфиром, полученным в примере 1 патента США №6172179. Полисульфидные полимеры могут иметь в качестве концевых групп нереакционноспособные группы, такие как алкил, хотя в некоторых вариантах осуществления полисульфидные полимеры содержат в концевых и ответвленных положениях реакционноспособные группы. Типичными реакционноспособными группами являются тиольная, гидроксильная, аминогруппа и винильная. Такие полисульфидные полимеры описаны в указанных выше патентах США №2466963, 4366307 и 6372849, полное содержание каждого из которых включено в настоящий документ посредством ссылки. Такие полисульфидные полимеры могут быть отверждены отвердителями, проявляющими реакционную способность по отношению к реакционноспособным группам полисульфидного полимера.
Серосодержащие полимеры по настоящему изобретению могут иметь среднечисленные молекулярные массы, как определяют методом гельпроникающей хроматографии с использованием полистирольного стандарта, в пределах от 500 до 8000 г/моль и в некоторых вариантах осуществления - от 1000 до 5000 г/моль. В случае серосодержащих полимеров, содержащих реакционноспособные функциональные группы, серосодержащие полимеры могут обладать средней функциональностью в диапазоне от 2,05 до 3,0 и в некоторых вариантах осуществления в диапазоне от 2,1 до 2,6. Конкретное значение средней функциональности может быть получено в результате подходящего выбора реакционноспособных компонентов. Неограничивающие примеры серосодержащих полимеров включают серосодержащие полимеры, доступные от PRC-DeSoto International, Inc. под товарным знаком PERMAPOL, в частности PERMAPOL Р-3.1 или PERMAPOL Р-3, и от Akros Chemicals, такие как THIOPLAST G4.
Серосодержащий полимер может присутствовать в композиции основы в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 80% по массе от общей массы композиции основы, и в некоторых вариантах осуществления может находиться в диапазоне от примерно 10% до примерно 40% по массе, и в других вариантах осуществления может находиться в диапазоне от примерно 20% до примерно 30% по массе. В некоторых вариантах осуществления серосодержащий полимер содержит комбинацию полисульфидного полимера и простого политиоэфирного полимера, и количества полисульфидного полимера и простого политиоэфирного полимера могут быть одинаковыми. Например, в некоторых вариантах осуществления количество полисульфидного полимера и количество простого политиоэфирного полимера в композиции основы могут (каждое) составлять от 10 мас.% до 15 мас.% от общей массы композиции основы.
Композиции герметика по настоящему изобретению содержат по меньшей мере один отвердитель для отверждения по меньшей мере одного серосодержащего полимера. Термин «отвердитель» относится к любому материалу, который можно добавлять в серосодержащий полимер для ускорения отверждения или гелеобразования серосодержащего полимера. Отвердители известны также как ускорители, катализаторы или отверждающие пасты. В некоторых вариантах осуществления отвердитель является реакционноспособным при температурах, находящихся в диапазоне от 10°C до 80°C. Термин «реакционноспособный» означает способность к химической реакции и включает любую степень прохождения реакции от частичной до полного превращения реагента. В некоторых вариантах осуществления отвердитель является реакционноспособным, когда он обеспечивает поперечную сшивку или гелеобразование серосодержащего полимера.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика содержат по меньшей мере один отвердитель, который содержит окислители, способные окислять концевые меркаптановые группы серосодержащего полимера с образованием дисульфидных связей. Подходящие для использования окислители включают, например, диоксид свинца, диоксид марганца, диоксид кальция, моногидрат пербората натрия, пероксид кальция, пероксид цинка и бихромат. Отвердитель также может быть эпоксидной смолой или отвердитель может содержать смесь другого окислителя и эпоксидной смолы. Количество отвердителя в композиции отвердителя может находиться в диапазоне от 25 мас.% до 75 мас.% от общей массы композиции отвердителя. Для повышения стабильности ускорителя также могут быть включены добавки, такие как стеарат натрия. Например, композиция отвердителя может содержать ускоритель отверждения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 1,5% по массе исходя из общей массы композиции отвердителя.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика по настоящему изобретению могут содержать по меньшей мере один отвердитель, содержащий по меньшей мере одну реакционноспособную функциональную группу, проявляющую реакционную способность по отношению к функциональным группам, связанным с серосодержащим полимером. Подходящие для использования отвердители, содержащие по меньшей мере одну реакционноспособную функциональную группу, которая способна реагировать с функциональными группами, связанными с серосодержащим полимером, включают политиолы, такие как простые политиоэфиры для отверждения полимеров с концевыми винильными группами; полиизоцианаты, такие как изофорон-диизоцианат, гексаметилен-диизоцианат и их смеси, и изоциануратные производные для отверждения полимеров с концевыми тиольными, гидроксильными и аминогруппами; и полиэпоксиды для отверждения полимеров с концевыми амино- и тиольными группами. Неограничивающие примеры полиэпоксидов включают гидантоиндиэпоксид, бисфенол-A-эпоксиды, бисфенол-F-эпоксиды, эпоксиды новолачного типа, алифатические полиэпоксиды и эпоксидированные ненасыщенные и фенольные смолы. Термин «полиэпоксид» относится к материалу, имеющему более одного 1,2-эпокси-эквивалента, и включает в себя мономеры, олигомеры и полимеры.
Композиция герметика может необязательно содержать по меньшей мере одно соединение, изменяющее скорость отверждения. Например, ускорители отверждения, такие как смесь дипентаметилен/тиурам/полисульфид, могут включаться в композицию герметика для ускорения скорости отверждения, и/или по меньшей мере один замедлитель отверждения, такой как стеариновая кислота, может добавляться для замедления скорости отверждения и, тем самым, увеличения срока годности композиции герметика в процессе применения. В некоторых вариантах осуществления композиция отвердителя может содержать ускоритель в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 7% по массе, и/или замедлитель отверждения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 1% по массе исходя из общей массы композиции отвердителя. Для регулирования отверждающих свойств композиции герметика также может быть полезно включение по меньшей мере одного материала, способного по меньшей мере частично удалять влагу из композиции герметика, такого как порошок молекулярного сита. В некоторых вариантах осуществления композиция отвердителя может содержать материал, способный по меньшей мере частично удалять влагу, в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 1,5% по массе в расчете на общую массу композиции отвердителя.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика по настоящему изобретению могут содержать наполнители. В настоящем документе «наполнитель» относится к нереакционноспособному компоненту в композиции, который придает желаемое свойство, такое как, например, электропроводность, плотность, вязкость, механическая прочность, эффективность экранирования ЭМП/РЧП и тому подобное.
Примеры электронепроводящих наполнителей включают материалы, в числе прочего такие как карбонат кальция, слюда, полиамид, пирогенный кремнезем, порошок молекулярного сита, микросферы, диоксид титана, мел, щелочные сажи, целлюлоза, сульфид цинка, тяжелый шпат, оксиды щелочноземельных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов и тому подобное. Приводимые в качестве примера наполнители могут также включать материалы с широкой запрещенной зоной, такие как сульфид цинка и неорганические соединения бария. В некоторых вариантах осуществления композиция основы может содержать электронепроводящий наполнитель в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 2% до примерно 10% по массе исходя из общей массы композиции основы, и в некоторых вариантах осуществления в диапазоне от примерно 3% до примерно 7% по массе. В некоторых вариантах осуществления композиция отвердителя может содержать электронепроводящий наполнитель в количестве, находящемся в диапазоне от менее 6% по массе, и в некоторых вариантах осуществления в диапазоне от примерно 0,5% до примерно 4% по массе исходя из общей массы композиции отвердителя.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения композиция основы и/или композиция отвердителя включает в себя проводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали. В некоторых вариантах осуществления композиция герметика включает в себя от примерно 80 до примерно 90% композиции основы и примерно от 10 до примерно 20% композиции отвердителя, и электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали, входит в состав композиции основы. Данные наполнители используются для придания композициям герметика электропроводности и эффективности экранирования ЭМП/РЧП. Сочетание углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали образует интерактивную проводящую матрицу, которая придает неожиданно высокую электропроводность и эффективность экранирования ЭМП. В дополнение к этому данное сочетание углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали не нуждается в Ni, который обычно используется в электропроводящих наполнителях в традиционных композициях герметика. Действительно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения электропроводящий наполнитель, а также композиция герметика практически не содержат Ni, тем самым практически исключая токсичность и негативное влияние на окружающую среду, связанные с использованием Ni в традиционных композициях герметиков. Как описано выше, используемое в настоящем документе выражение «практически» применяется как термин приближенного значения, а не как количественная характеристика. В дополнение к этому, как отмечалось выше, выражение «практически не содержащий никеля» используется как термин приближенного значения для обозначения того, что количество никеля в композициях герметика является пренебрежимо малым, так что если никель вообще присутствует, то он является лишь случайной примесью.
Размер углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали можно варьировать по мере необходимости для корректировки или изменения электропроводности и/или эффективности экранирования ЭМП композиции герметика. Однако в некоторых вариантах осуществления одно из углеродных нанотрубок или волокон из нержавеющей стали имеет средний размер частиц (т.е. нанотрубки или волокна), превышающий средний размер частиц другого из углеродных нанотрубок или волокон из нержавеющей стали (т.е. волокон или нанотрубок). Например, в некоторых вариантах осуществления углеродные нанотрубки могут иметь длину, находящуюся в диапазоне от примерно 5 до примерно 30 мкм, и диаметр, находящийся в диапазоне от примерно 10 до примерно 30 нм. Волокна из нержавеющей стали могут иметь размеры от примерно 8×330 мкм до примерно 22 мкм×1 мм. Кроме того, объемное соотношение углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали может находиться в диапазоне от примерно 1:5 до примерно 1:50. В одном варианте осуществления, например, объемное соотношение углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали составляет примерно 1:5.
Композиции герметика могут также необязательно включать в себя один или несколько ингибиторов коррозии. Неограничивающие примеры подходящих ингибиторов коррозии включают хромат стронция, хромат кальция, хромат магния и их сочетания. В патенте США №5284888 и патенте США №5270364, полное содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки, раскрывается применение ароматических триазолов для ингибирования коррозии алюминиевых и стальных поверхностей. В некоторых вариантах осуществления в качестве ингибитора коррозии может использоваться расходуемый поглотитель кислорода, такой как Zn. В некоторых вариантах осуществления ингибитор коррозии может составлять менее 10 мас.% от общей массы композиции герметика. В некоторых вариантах осуществления ингибитор коррозии может содержаться в количестве, находящемся в диапазоне от 2 мас.% до 8 мас.% от общей массы композиции герметика.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика могут необязательно дополнительно содержать один или несколько пластификаторов, неограничивающие примеры которых включают сложные эфиры фталевой кислоты, хлорированные парафины, гидрированные терфенилы, частично гидрированные терфенилы и тому подобное. Пластификатор может быть включен в композицию основы и/или композицию отвердителя. В некоторых вариантах осуществления пластификатор включают в композицию основы в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 5% по массе исходя из общей массы композиции основы, и в некоторых вариантах осуществления в диапазоне от примерно 0,5% до примерно 3% по массе. В некоторых вариантах осуществления пластификатор включают в композицию отвердителя в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 20% до примерно 60% по массе от общей массы композиции отвердителя и в некоторых вариантах осуществления в диапазоне от примерно 30% до примерно 40% по массе.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика могут необязательно дополнительно содержать органический растворитель, такой как кетон или спирт, например метилэтилкетон и изопропиловый спирт или их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления композиции герметика могут необязательно дополнительно содержать один или несколько промоторов адгезии, неограничивающие примеры которых включают фенольные смолы, силановые промоторы адгезии и их комбинации. Промоторы адгезии могут облегчать адгезию полимерных компонентов композиции герметика к субстрату, а также к электронепроводящим и электропроводящим наполнителям в композиции герметика. Промотор адгезии может быть включен в композицию основы и/или композицию отвердителя. В некоторых вариантах осуществления промотор адгезии включают в композицию основы в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,10% до примерно 5,0% по массе (для фенольных промоторов адгезии), от примерно 0,05% до примерно 1,0% по массе (для меркаптосилановых промоторов адгезии) или от примерно 0,05% до примерно 1,0% по массе (для эпоксисилановых промоторов адгезии). Общее количество промотора адгезии в композиции основы может находиться в диапазоне от примерно 0,5% до 7% по массе в расчете на общую массу композиции основы.
В некоторых вариантах осуществления композиция основы может быть приготовлена путем порционного смешивания по меньшей мере одного серосодержащего полимера, добавок и/или наполнителей в двойном планетарном смесителе под вакуумом. Другое подходящее смесительное оборудование включает смеситель экструдер, сигма-миксер или двухлопастную мешалку типа «A». Например, композиция основы может быть получена смешиванием по меньшей мере одного серосодержащего полимера, пластификатора и фенольного промотора адгезии. После того как смесь будет тщательно перемешана, можно отдельно добавлять дополнительные составляющие и размешивать с использованием измельчающего лезвия высокой мощности, такого как лезвие Коулса, до полного смешивания. Примеры дополнительных составляющих, которые могут быть добавлены к композиции основы, включают электропроводящий наполнитель из углеродных нанотрубок/нержавеющей стали, ингибиторы коррозии, непроводящие наполнители и силановые промоторы адгезии. Затем смесь может перемешиваться в течение дополнительных 15-20 минут под вакуумом 27 дюймов ртутного столба (686 мм рт.ст. или 91,5 кПа) или более для уменьшения или удаления захваченного воздуха и/или газов. Затем композиция может быть выдавлена из смесителя с помощью поршневого экструдера высокого давления.
Композиция отвердителя может быть получена порционным смешиванием отвердителя, добавок и наполнителей. В некоторых вариантах осуществления 75% общего количества пластификатора (такого как частично гидрированный терфенил) и ускоритель (такой как смесь дипентаметилен/тиурам/полисульфид) смешивают в одновальном смесителе с якорной мешалкой. После этого добавляют порошок молекулярного сита и перемешивают 2-3 мин. Затем примешивают пятьдесят процентов от общего количества диоксида марганца до смешивания. После этого примешивают стеариновую кислоту, стеарат натрия и оставшийся пластификатор до их смешивания с последующим добавлением оставшихся 50% диоксида марганца, которые примешивают до смешивания. Затем примешивают пирогенный кремнезем до смешивания. Если смесь оказывается чрезмерно густой, то для увеличения смачивания можно добавить поверхностно-активное вещество. После этого композицию отвердителя перемешивают в течение 2-3 мин, пропускают через трехвалковую краскотерку для растирания, возвращают в одновальный смеситель с якорной мешалкой и перемешивают дополнительно в течение 5-10 мин. Далее композиция отвердителя может быть удалена из мешалки с помощью поршневого экструдера, помещена в емкости для хранения и выдержана в течение по меньшей мере 5 суток перед объединением с композицией основы. Композицию основы смешивают вместе с композицией отвердителя с образованием композиции герметика, которая затем может быть нанесена на субстрат.
Следует отметить, что используемые в данном описании термины в единственном числе включают в себя также и множественное число, если только прямо и недвусмысленно не указано ограничение единственным числом. Таким образом, например, ссылка на «наполнитель» включает один или несколько наполнителей. Кроме того, следует отметить, что употребляемый в настоящем документе термин «полимер» относится к полимерам, олигомерам, гомополимерам и сополимерам.
В настоящем изобретении, если не указано иное, все числа, выражающие количества ингредиентов или процентные содержания или соотношения других материалов, условия реакции и тому подобное, используемые в описании и формуле изобретения, должны пониматься как во всех случаях предваряемые выражением «примерно». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, изложенные в нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые должны быть получены с помощью настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть дополнительно описаны со ссылкой на следующий пример, который подробно раскрывает получение иллюстративной композиции по настоящему изобретению. Специалистам будет понятно, что возможны изменения как материалов, так и способов, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
Пример
Компоненты композиции основы указаны в таблице ниже. В частности, композиция основы включала в себя 50,7 фунтов дисперсии углеродных нанотрубок (УНТ) (т.е. 1% углеродных нанотрубок диспергировали в простом политиоэфирном полимере (Permapol P3.1e, доступный от PRC-DeSoto)), 2,2 фунта проводящего графита, 30,2 фунта волокон из нержавеющей стали и 16,9 фунтов растворителя.
К 1% углеродных нанотрубок, диспергированных в простом политиоэфирном полимере, добавляют графит и перемешивают в Hauschild Speed Mixer. Затем добавляют волокна из нержавеющей стали и этилацетат и диспергируют в Speed Mixer.
Композиции отверждали с помощью композиции отвердителя на основе марганца или на эпоксидной основе для осуществления окислительного отверждения. Например, композиция отвердителя может включать в себя оксид марганца или композицию на эпоксидной основе, включающую пластификатор и/или модификатор скорости отверждения (например, ускоритель отверждения или замедлитель отверждения). Один пример подходящей композиции отвердителя представляет собой композицию, включающую от примерно 25% до примерно 75% диоксида марганца.
Настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретные примеры осуществления и аспекты, но не ограничивается ими. Специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны другие модификации и применения, не отходящие от сущности настоящего изобретения. Например, хотя композиции для покрытий описаны как подходящие для применения в авиационно-космической области, они могут быть полезны также и для других областей применения, в том числе в других электронных устройствах, требующих экранирования ЭМП/РЧП. Соответственно вышеприведенное описание не должно рассматриваться как ограниченное конкретными вариантами осуществления и описанными аспектами, но должно рассматриваться в соответствии с и в качестве базиса для нижеследующей формулы изобретения, которая задает наиболее полный и обоснованный объем настоящего изобретения.
По всему тексту и формуле изобретения использование слова «примерно» по отношению к диапазону значений относится как к верхним, так и к нижним значениям диапазона и отражает неопределенность вариаций, связанных с неточностью измерений, значащими цифрами и взаимозаменяемостью, как будет понятно специалистам в области техники, к которой относится данное изобретение. Кроме того, в данном описании и прилагаемой формуле изобретения имеется в виду, что даже те диапазоны, в которых не используется выражение «примерно» для описания верхних и нижних значений, также неявно модифицированы этим выражением, если конкретно не указано иное.
Изобретение относится к композициям герметика, включающим в себя композицию основы с одним серосодержащим полимером, композицию отвердителя и электропроводящий наполнитель, содержащий углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали. Электропроводящий наполнитель может быть включен в любую или обе из композиции основы и композиции отвердителя. Композиции герметика практически не содержат Ni и обеспечивает неожиданно высокую эффективность экранирования ЭМП/РЧП. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.
1. Композиция электропроводящего герметика, содержащая:
- композицию основы, содержащую серосодержащий полимер;
- композицию отвердителя, содержащую отвердитель; и
- электропроводящий наполнитель в по меньшей мере одной из композиции основы или композиции отвердителя, причем электропроводящий наполнитель содержит углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
2. Композиция герметика по п. 1, в которой электропроводящий наполнитель содержится в композиции основы.
3. Композиция герметика по п. 1, в которой электропроводящий наполнитель содержится в композиции отвердителя.
4. Композиция герметика по п. 1, в которой электропроводящий наполнитель содержится как в композиции отвердителя, так и в композиции основы.
5. Композиция герметика по п. 1, практически не содержащая никеля.
6. Композиция герметика по п. 1, в которой волокна из нержавеющей стали имеют средний размер частиц, больший чем средний размер частиц углеродных нанотрубок.
7. Композиция герметика по п. 1, в которой углеродные нанотрубки имеют средний размер частиц, больший чем средний размер частиц волокон из нержавеющей стали.
8. Композиция герметика по п. 1, в которой углеродные нанотрубки имеют среднюю длину от примерно 5 мкм до примерно 30 мкм и средний диаметр от примерно 10 нм до примерно 30 нм.
9. Композиция герметика по п. 1, в которой волокна из нержавеющей стали имеют средний первый размер от примерно 8 мкм до примерно 22 мкм и средний второй размер от примерно 330 мкм до примерно 1 мм.
10. Композиция герметика по п. 1, в которой объемное соотношение углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали составляет примерно от 1:5 до 1:50.
11. Композиция герметика по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один компонент, выбранный из промотора адгезии, ингибитора коррозии или пластификатора, в по меньшей мере одной из композиции основы или композиции отвердителя.
12. Композиция герметика по п. 1, в которой серосодержащий полимер представляет собой полисульфид или простой политиоэфир.
13. Композиция электропроводящего герметика, содержащая:
- практически свободную от никеля композицию основы, содержащую серосодержащий полимер;
- практически свободную от никеля композицию отвердителя, содержащую отвердитель; и
- практически свободный от никеля электропроводящий наполнитель в по меньшей мере одной из композиции основы или композиции отвердителя, причем этот электропроводящий наполнитель содержит углеродные нанотрубки и волокна из нержавеющей стали.
14. Композиция герметика по п. 13, в которой волокна из нержавеющей стали имеют средний размер частиц, больший чем средний размер частиц углеродных нанотрубок.
15. Композиция герметика по п. 13, в которой углеродные нанотрубки имеют средний размер частиц, больший чем средний размер частиц волокон из нержавеющей стали.
16. Композиция герметика по п. 13, в которой углеродные нанотрубки имеют среднюю длину от примерно 5 мкм до примерно 30 мкм и средний диаметр от примерно 10 нм до примерно 30 нм.
17. Композиция герметика по п. 13, в которой волокна из нержавеющей стали имеют средний первый размер от примерно 8 мкм до примерно 22 мкм и средний второй размер от примерно 330 мкм до примерно 1 мм.
18. Композиция герметика по п. 14, в которой объемное соотношение углеродных нанотрубок и волокон из нержавеющей стали составляет примерно от 1:5 до 1:50.
