!HU000004410T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 004 410
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA H01B 1/22
(21) Magyar ügyszám: E 06 111520 (22) A bejelentés napja: 2006. 03. 22. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060111520 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1837884 A1 2007. 09. 26. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1837884 B1 2008. 08. 13.
(51) Int. Cl.:
(72) Feltalálók: Vilkman, Taisto, 04310, TUUSULA (FI); Karttunen, Mikko, 33270, TAMPERE (FI); Wikström, Lisa, 37550, LEMPÄÄLÄ (FI)
(73) Jogosult: Premix Oy, 05200 Rajamäki (FI)
(54)
C08L 9/06 C08L 21/00
(2006.01) (2006.01) (2006.01)
(74) Képviselõ: dr. Fehérvári Flóra, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Elektromos vezetõképességû elasztomerkeverék, eljárás elõállítására és alkalmazása
(57) Kivonat
HU 004 410 T2
A találmány elektromos vezetõképességû elasztomerkeverékre, továbbá ennek elõállítására vonatkozik. A keverék egy hõre lágyuló sztirol elasztomert és elektromos vezetõképességû töltõanyagként fémtartalmú részecskéket tartalmaz. A keverék tartalmaz továbbá
egy olyan polimert, amely egy savval ojtott, savanhidriddel ojtott vagy savtartalmú kopolimer, és amely a sztirol elasztomerrel IPN (Interpenetrating Polymer Network, egymásba hatoló polimer hálózat) szerkezetet alkot.
A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 1 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 004 410 T2
A találmány háttere A találmány elektromos vezetõképességû elasztomerkeverékre vonatkozik, amely egy hõre lágyuló sztirol elasztomert és elektromos vezetõképességû töltõanyagként fémtartalmú részecskéket tartalmaz. A találmány kiterjed az elektromos vezetõképességû elasztomerkeverék elõállítására, amely elasztomerkeverék egy hõre lágyuló sztirol elasztomert és elektromos vezetõképességû töltõanyagként fémtartalmú részecskéket tartalmaz. A találmány kiterjed továbbá az 1–13. igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék elektromos vezetõképességû tömítésben történõ alkalmazására. A polimerek és polimerkeverékek elektromos tulajdonságaikat illetõen általában dielektrikumok. Bizonyos alkalmazásoknál azonban elõnyös, ha a polimer anyag bizonyos mértékû elektromos vezetõképességet mutat. Ilyen alkalmazások például az antisztatikus csomagolóanyagokként, gyúlékony anyagok tartályaiként és csõvezetékeiként, elektrosztatikusan festhetõ formált idomokként és számos egyéb önmagában ismert módon történõ alkalmazás. Ezen túlmenõen az elektronikai berendezések számának állandó növekedése valójában azt eredményezte, hogy egyrészt ezek elektronikáját védeni kell a többi elektronikai berendezés által okozott elektromágneses kölcsönhatástól, másrészt az ilyen berendezések által kiváltott elektronikus kölcsönhatást azok külsõ felén csökkenteni kell. Más szavakkal, a berendezéseket EMI-árnyékolással kell ellátni. Az elektromos vezetõképességet gyakran úgy érik el, hogy egy mátrixanyagként mûködõ, lényegében elektromosan nem vezetõ polimert vezetõképes töltõanyagként mûködõ fém vagy fémbevonatú részecskékkel, szénnel vagy grafittal vagy ezek kombinációjával keverik össze. Az „elasztomer” kifejezés egy olyan anyagra vonatkozik, amely makromolekulákból áll, és amelyre jellemzõ, hogy nyújtható, és a húzóerõ megszûnése után eredeti alakját gyorsan visszanyeri. Ismertek olyan elektromos vezetõképességû elasztomerkeverékek, ahol a mátrixanyag egy hõre keményedõ anyag, például egy szilikon polimer. Az ilyen mátrixanyagot elasztikus tulajdonságának és általában a termék feldolgozhatóságának biztosítása céljából térhálósítani kell. A térhálósítás nagyon energia- és idõigényes, és speciális térhálósító berendezést igényel, ami a termék elõállítását lassúvá és költségessé teszi. A szakirodalomban elektromos vezetõképességû hõre lágyuló elasztomerkeverékek is találhatók. A hõre keményedõ anyagokkal összehasonlítva ezek az anyagok gyorsan és költségkímélõ eljárással állíthatók elõ, de ezek specifikus ellenállási értékei gyakran magasabbak, mint a hõre keményedõ anyagoké. Ahhoz, hogy az elasztomerkeverék elektromos vezetõképességû legyen, az ezekkel összekevert elektromos vezetõképességû részecskéknek egymással érintkezniük kell, vagy a részecskék között olyan megfelelõen kis távolságnak kell lennie, ami lehetõvé teszi, hogy közöttük effektív alagútáram folyjon. Ezen túlmenõen, a részecskéknek a mátrixanyagon keresztülve-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
zetõ láncolatot kell alkotniuk [G. R. Ruschau és munkatársai, J. Appl. Phys. 72, 953–959. oldal, (1992)]. Az elektromos vezetõképességû részecskék térfogati hányadának elegendõen nagynak kell lennie a fent említett feltétel teljesüléséhez. Azonban a töltõanyag térfogati hányadának növelése rontja (többek között) a mechanikatulajdonságokat, az elasztomerkeverék feldolgozhatóságát vagy felületének minõségét. Ráadásul az anyagot gyakran még költségesebbé teszi. Ezért a térfogati hányad nem növelhetõ korlátlanul az elektromos vezetõképesség javítása céljából. Ismeretes, hogy az elektromos vezetõképességû töltõanyagok elektromos vezetõképessége a részecskék felületének különbözõ módokon történõ kezelésével javítható. Egyik változat szerint a részecskékre elektromos vezetõképességû polimerrel közvetlen bevonatot visznek fel. Például nikkelrészecskéket vontak be polisztirollal egy olyan eljárás alkalmazásával, ahol elõször nátrium-dodecil-szulfátot (SDS) vittek fel a nikkelrészecskék felületére [Genetti W. B. és munkatársai, J. Mater. Sci. 33, 3085–3093. oldal (1998)]. Az SDS egy felületaktív anyag, amely a nikkelrészecskék körül kettõs réteget képez. Ezután a pirrolt a kettõs réteg belsejében polimerizációnak vetették alá. Ez jelentõsen javította a részecskével töltött polietilén fajlagos vezetõképességét. A 6,875,375 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban olyan elektromos vezetõképességû hõre lágyuló elasztomerkeveréket ismertettek, amely egy elasztomer mátrixot és elektromos vezetõképességû töltõanyagként fémmel bevont részecskéket tartalmazott. Az elektromos vezetõképességû részecskék egy legalább részben önmagától összeállt molekularéteggel voltak bevonva. A bevonat adott esetben molekulavezetõket tartalmazott, amelyek az önmaguktól összeállt molekulák között helyezkedtek el. Az elasztomerkeverék fajlagos ellenálló képessége alacsony volt, és a préselés hatására nem növekedett lényegesen. Azt is megfigyelték, hogy hasonló hatást eredményez, ha az US 6,875,375 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett bevonatanyagokhoz sztearinsavat adnak. Azonban az ismert elektromos vezetõképességû, hõre lágyuló elasztomerkeverékeknél egy probléma merült fel. Nevezetesen, az ilyen keverékeket gyakran használják tömítések elõállítására. A tömítések jellemzõen hosszúkás tárgyak, amelyek gyakran legalább egy zárt hurkot képeznek, ezáltal keresztmetszetük hosszukkal összehasonlítva kicsi. Amikor egy ilyen terméket fröccsöntéssel állítanak elõ, a megolvadt elasztomerkeveréknek az öntõformaüregét alkotó keskeny csatornában nagy távolságra kell elfolynia. Más szavakkal, az öntõforma belsejében hosszú a folyási távolság a bemeneti nyílás, amelyen keresztül az elasztomerkeveréket az öntõformaüregébe táplálják, és az összefolyási vonal között, ez utóbbi az öntõformaüregében az a pont, amelynél az öntõformaüregét megtöltõ anyagáramok találkoznak egymással. Ennek következtében az elasztomerkeverék nagy nyíróerõknek van
1
HU 004 410 T2
kitéve az öntõforma megtöltésének teljes eljárása alatt. Ahogy ez széles körben ismert, egy elasztomerkeverék egy csatornában úgy folyik, hogy a folyó elasztomerkeverék folyási sebessége a csatorna felületének közelében a legkisebb, innen a csatorna-keresztmetszet középponti vonalához közeledve nõ. Ilyen áramlási helyzetben egy szilárd töltõanyagot tartalmazó elasztomerkeverék gyakran nem homogénné válik, ezáltal egyes részecskék, amelyek valójában az elasztomerkeverék azon részéhez tartoznak, amely a csatorna felszínének közelében áramlik, vagy amelyek már a felülethez tapadtak, elválnak ettõl a résztõl, és a csatorna belsõ részében áramló keverékkel együtt haladnak. Ezen jelenség következtében az elasztomerkeverék elektromos vezetõképességû töltõanyagának sûrûsége a bemeneti nyílás közelében lényegesen kisebb lehet, mint az öntõformába táplált elasztomerkeverék elektromos vezetõképességû töltõanyagának sûrûsége. Ez jelentõsen növeli a bemeneti nyílás közelében az elektromos ellenállás értékét, és ez az oka annak, hogy a forrasztás nem felel meg az elektromos vezetõképességgel szemben támasztott követelményeknek. A találmány rövid ismertetése A jelen találmány tárgyát új és javított elektromos vezetõképességû elasztomerkeverék, továbbá az elektromos vezetõképességû elasztomerkeverék elõállítására vonatkozó eljárás képezi. A találmány szerinti elektromos vezetõképességû elasztomerkeveréket az jellemzi, hogy a keverék egy olyan polimert is tartalmaz, amely savval ojtott, savanhidriddel ojtott vagy savval kopolimerizált funkciós csoporttal van ellátva és amely a sztirol elasztomerrel IPN (Interpenetrating Polymer Network, azaz egymásba hatoló polimerek hálózata) szerkezetet alkot. A találmány szerinti eljárás során a hõre lágyuló sztirol elasztomert és a polimert, amely savval ojtott, savanhidriddel ojtott vagy savval kopolimerizált funk-
5
10
15
20
25
2
ciós csoportot tartalmaz, és amely a sztirol elasztomerrel egy IPN (Interpenetrating Polymer Network, azaz egymásba hatoló polimerek hálózata) szerkezetet alkot, egymással összekeverjük, és az IPN szerkezetbe egy fémtartalmú elektromos vezetõképességû töltõanyagot keverünk. A találmány azon az elgondoláson alapul, hogy a polimer, amely egy savval ojtott, savanhidriddel ojtott polimer vagy savas kopolimer, a keverékben folytonos hálózatszerkezetet alakít ki, továbbá hogy az elektromos vezetõképességû töltõanyag utat talál a hálózatszerkezet felszínéhez, továbbá hogy az elektromos vezetõképességû töltõanyag a hálózatszerkezethez kötõdik. A találmány szerinti megoldás elõnye, hogy a polimerek és a keverékben lévõ elektromos vezetõképességû részecskék egymástól nem különülnek el, amikor a keverék az öntõformában áramlik. A találmány egyik kiviteli alakjában a keverék elõnyösen polifenilén-oxidot (PPO) is tartalmaz. Ennek elõnye, hogy a PPO mind a keverék hõellenállását, mind maradék nyomás értékét javítja. A találmány egy másik kiviteli alakjában a keverék egy nem ojtott poliolefint, poliamidot, polibutilén-tereftalátot, polikarbonátot vagy etilént/vinil-acetátot tartalmaz. Ennek elõnye, hogy a keverék szilárdsága és feldolgozhatósága tovább javul.
Az ábrák rövid ismertetése A találmány bizonyos kiviteli alakjait a mellékelt raj30 zok segítségével mutatjuk be, ahol az 1. ábrán a találmány szerinti elektromos vezetõképességû elasztomerkeverékbõl elõállított forrasztás vázlatos felülnézeti képe látható. 35 A találmány egyes kiviteli alakjainak részletes ismertetése Az 1. táblázatban bemutatott keverékeket állítottuk elõ.
1. táblázat A keverékek tömegrészben megadott összetétele Az 1¹es számú keverék egy összehasonlító példa Keverék száma
1
2
3
4
5
6
Elasztomer
100
100
100
100
100
100
Olaj
210
300
300
300
270
300
4
4
4
4
4
4
PPO
45
45
45
45
20
45
pp
25
0
0
5
0
PA
0
0
0
0
0
25
MAH-polimer
0
25
38
12,5
25
25
Antioxidáns
Az elasztomer SEBS (sztirol-etil-butilén-sztirol) elasztomer, amely Kraton 6933ES néven van forgalomban, gyártó: Kraton Polymers. Az olaj Primol 352 fehér olaj, amelyet az Exxon Mobil gyárt. Az antioxidáns mind Irganox 1010¹et, mind 168¹at tartalmaz,
12,5
mindkettõbõl két részt, gyártó: Ciba Geigy. A PPO Noryl 6370C néven van forgalomban, ez polifenilén-oxid és polisztirol keveréke, gyártó: General Electric. A PP polipropilén, amely HE 125M néven van forgalomban, 60 gyártó: Borealis Polymers. A PA egy poliamid 6, amely 3
1
HU 004 410 T2
Kopa 136 néven van forgalomban, gyártó: Kolon Engineering Plastics. Az MAH-polimer maleinsavanhidriddel ojtott polipropilén, amely Polybond 3200 néven van forgalomban, gyártó: Chemtura Corporation. A keverékeket úgy dolgozzuk össze, hogy elõször egy gyorskeverõben összekeverjük egymással az elasztomert, az olajat és az antioxidáns szereket, ezáltal az olaj abszorbeálódik, és nagy folyóképességû port kapunk. Ezután az egyéb alkotórészeket összekeverjük a porral, és a keveréket egy Berstorf ZE 40 ikercsigás extruderben összedolgozzuk. Az extruder csigájával és a keverés körülményei között 500...5000 s–1 nyíróarány tartomány érhetõ el. Így a polimer és a MAHpolimer az elasztomerben egy elkülönülõ folytonos IPN szerkezetet alkot. Összedolgozás közben a fázis szerkezet kialakulását az olvadék szilárdságának és mind a vizsgálati minták nyúlásának, mind szakítószilárdságának vizsgálatával tanulmányoztuk. A folytonos IPN szerkezet javította a vizsgálati minták szakítószilárdságát. Összedolgozás közben az extruder-hõmérsékleti beállítása a betáplálási ponttól kiindulva és Celsius-fokokban megadva a következõ volt: 20 – 120 – 200 – 220 – 240 – 200 – 200 – 200. A csiga 300 fordulat/perc értékkel forgott, és a betáplált mennyiség 20 kg/óra volt. SEBS helyett az elasztomer például sztirol-etilénpropilén-sztirol (SEPS), sztirol-butilén-sztirol (SBS), sztirol-izoprén-sztirol (SIS), sztirol-etil-butilén (SEB) vagy más megfelelõ hõre lágyuló sztirol elasztomer vagy a fent említett típusú hõre lágyuló sztirol elasztomerek közül kettõ vagy több keveréke lehet, vagy olyan keverék is lehet, amely az egy vagy több sztirol elasztomer alkotórész mellett egy ezekkel össze nem keverhetõ polimert is tartalmaz. A polipropilén, amely az 1. keverékben, azaz az összehasonlító példában nem ojtott, ezzel szemben a 2–6. keverékben vagy kizárólag ojtott vagy ezen túlmenõen nem ojtott MAH-polimert is tartalmaz, az elasztomerrel együtt finom IPN hálózatszerkezetet alkot. Ez a jelenség akkor következik be, amikor az elegyítést nagy – 500–5000 s–1 – nyírási arány alkalmazásával végezzük. Megjegyezzük, hogy a polipropilén homovagy kopolimer, blokkpolimer vagy heterofázis polimer lehet. Egy másik poliolefin, például polietilén vagy etilén-propilén-dién kopolimer is lehet. A poliamid is képezhet IPN hálózatszerkezetet, ilyet mutatunk be a 6. keverékben. IPN hálózatszerkezetet a polibutilén-tereftalát (PBT), polikarbonát (PC), poliéterszulfon (PES) és etilén-vinil-acetát (EVA) legalább egyike is kialakíthat.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2
A sztirol elasztomer gumi részét egy ásványi olajjal lágyítottuk. Alifás olaj alkalmazásával megelõzhetõ, hogy az olaj a sztirol részben abszorbeálódjon, amivel jó maradék nyomásértékkel rendelkezõ lágy keveréket kaphatunk. Megjegyezzük ezzel kapcsolatban, hogy olajra, antioxidánsra vagy PPO¹ra nincs szükség, és ezek elhagyhatók, ha az elõállítandó termék tulajdonságai olyanok, hogy nincs szükség ezen anyagok alkalmazására. Például nem kell PPO¹t adagolni, ha az elõállítandó termék maradék nyomását illetõen nincsenek különösebb követelmények. A fent elõállított 2–6. keverékek IPN hálózatszerkezete tehát maleinsavval ojtott poliolefint tartalmaz. Ehelyett vagy ezzel együtt egy savas kopolimer is használható. Az ojtással vagy kopolimerizációval kialakított funkciós csoport lehet például akril¹, metakril¹, maleinvagy fumársav vagy ezek savanhidridje. A polimerhez két vagy több kölcsönösen eltérõ funkciós csoport is ojtható vagy kopolimerizálható. Az ilyen polimerek például a glicidilt tartalmazó vegyületeket foglalnak magukban, mint az etilén-butilakrilát-glicidil-metakrilát terpolimerek. Külön megjegyezzük továbbá, hogy a jelen bejelentésben a „kopolimer” és „kopolimerizáció” kifejezések a terpolimerekre és ezek elõállítására is vonatkoznak. Egy IPN hálózatszerkezettel kialakított polimer olyan keverék is lehet, amely egy savval ojtott vagy savval kopolimerizált poliolefin mellett egy másik polimert, például egy poliolefint, poliamidot vagy egyéb félkristályos polimert is tartalmaz. A vegyület mintákat szobahõmérsékletû toluollal 12 órán át extraháltuk. Ezután a mintákat tiszta toluollal mostuk. Az oldhatatlan polimerben, amely polipropilén, maleinsavval ojtott polipropilén vagy ezek keveréke volt, egy finom hálózatszerkezet, azaz egy IPN hálózatszerkezet meglétét igazoltuk mikroszkópiás úton. Megállapítottuk, hogy az összes minta ilyen szerkezetet tartalmazott. Ezután az 1–9. keverékhez elektromos vezetõképességû töltõanyagot adtunk, a 2. táblázatban megadott mennyiségekben, amivel 9 mintakeveréket kaptunk. A keverés elõsegítésére az elasztomergranulátumokat a keverés elõtt sztearinsavval kezeltük a következõk szerint: 30 ml Primol 352 olajat 70 °C hõmérsékletre melegítettünk. Ezt összekevertük 4 g sztearinsavval, ekkor a sav feloldódott. A meleg keveréket összekevertük a granulátumokkal. Sztearinsav helyett valamilyen más makromolekulás karbonsav is használható. Megjegyezzük azonban, hogy savas kezelésre nincs szükség.
2. táblázat A mintakeverékek összetétele tömegrészben van megadva Az 1a és 6a mintakeverékek összehasonlító minták Mintakeverék száma
1a
1. keverék
25
2. keverék
2a
3a
4a
5a
6a
7a
8a
25
25
25 25
4
9a
1
HU 004 410 T2
2
2. táblázat (folytatás) Mintakeverék száma
1a
2a
3. keverék
3a
4a
5a
6a
7a
8a
9a
25
4. keverék
25
5. keverék
25
6. keverék Ni-forgács
25 75
75
75
75
75
10
Ag-golyó
56,25
56,25
50
Ag-szál
18,75
18,75
15
75
15 200 – 200 – 200 – 200 – 200 – 200. A csiga 150 fordulat/perc értékkel fogott, és a betáplált mennyiség 20 kg/óra volt. Az MAH-polimer hálózatszerkezete következtében nem képez bevonatot a töltõanyag-részecskéken. 20 Ezzel kapcsolatban megjegyezzük, hogy a hõre lágyuló elasztomer és a maleinsavval ojtott polimer az extruderbe annak kezdeténél is betáplálható, és az elektromos vezetõképességû töltõanyag a hõre lágyuló elasztomerbe és a maleinsavval ojtott polimerbe a tá25 volabbi betáplálónyíláson keresztül is betáplálható. Ez egy komplett, elektromos vezetõképességû elasztomerkeveréket biztosít egy és ugyanazon extrudálási mûvelet folyamán. A keverési eljárás természetesen szakaszos keverõben is végrehajtható. 30 A vizsgálati darabokat fröccsöntéssel állítottuk elõ az 1a–9a elasztomerkeverékekbõl azok mechanikus tulajdonságainak és maradék nyomásának megmérése céljából. A maradék nyomást olyan mintákon mértük, amelyeket elõzõleg 85 °C¹on tartottunk 24 órán 35 át. A mérési eredményeket a 3. táblázatban mutatjuk be.
A Ni¹forgács nikkellel bevont grafit, amely Novamet 75% néven van forgalomban, gyártó: Novamet Specialty Products Corporation. Az Ag¹golyó ezüsttel bevont üveggolyókra vonatkozik, amely N3000S3N néven van forgalomban, és az Ag¹szál ezüsttel bevont üvegszál, amely SF82TF8 néven van forgalomban, gyártó: Potters Industries Inc. gyártja. A mintakeverék 75 tömegrész elektromos vezetõképességû töltõanyagot és 25 tömegrész keveréket tartalmazott. Természetesen az arány ettõl eltérõ is lehet, és legfõképpen az elektromos vezetõképesség kívánt értékétõl és a töltõanyag fajlagos tömegétõl függ. Magától értetõdõen az elektromos vezetõképességû töltõanyag más szerves vagy szervetlen fémmel bevont részecske vagy tiszta fém részecske is lehet. A mintakeverékeket ugyanazon extruderben dolgoztuk össze, amelyet az elasztomerkeverékek elõállítására használtunk. Ezúttal egy csak keverésre alkalmas csigaszerkezetet használtunk, és a nyírási arány kicsi volt. A keverés körülményei a következõk voltak: az extruder-hõmérséklet beállítása a betáplálási ponttól kezdve és Celsius-fokokban megadva: 20 – 150 –
3. táblázat Mechanikai tulajdonságok és a maradék nyomás Az 1a és 6a mintakeverékek összehasonlító példák 1a
2a
3a
4a
5a
6a
7a
8a
9a
Szakítószilárdság (MPa)
0,6
1,7
1,8
1,3
1,4
0,3
0,9
0,8
1,7
Folyási határ (MPa)
0,6
1,8
1,8
1,4
1,4
0,4
1,0
0,9
1,8
Szakadási nyúlás (%)
340
200
210
240
220
120
57
97
190
Folyási alakváltozás (%)
15
170
175
190
168
13
28
51
170
Maradék nyomás (%)
40
20
32
18
30
40
26
28
25
Keménység (A alátámasztás)
60
57
58
72
60
65
60
60
67
Ahogy ez a 3. táblázatban látható, a 2a–5a és 7a–9a MAH-polimer-tartalmú elasztomerkeverékek szakítószilárdsága, folyási határa, folyási alakváltozása és maradék nyomása lényegesen jobb, mint az MAH-polimert nem tartalmazó 1a és 6a összehasonlító elasztomerkeverékeké. Elõállítottunk egy olyan elektromos vezetõképességû elasztomerkeveréket is, amely a következõket
tartalmazta: 100 rész SEBS, 300 rész olaj, 4 rész antioxidáns, 45 rész PPO, 35 rész PA és 35 rész savval 55 ojtott SEBS, amely Kraton FG1901X néven van forgalomban. Az elektromos vezetõképességû töltõanyag Ni¹forgácsot tartalmazott, és ennek mennyisége 75 rész volt, míg a keveréké 25 rész. Ezen elasztomerkeverék maradék nyomása 70% volt, ami elég 60 gyenge. 5
1
HU 004 410 T2
Az 1. ábrán egy a találmány szerinti elektromos vezetõképességû elasztomerkeverékbõl készült tömítés vázlatos felülnézeti képe látható. Az 1. ábra szerinti, elektromágneses sugárzás árnyékolására alkalmas tömítést fröccsöntéssel állítottuk elõ az 1a–9a elasztomerkeverékekbõl. A tömítés keresztmetszete körkörös volt. Egy öntõformaüreg bemeneti nyílásának elhelyezkedését, azaz azt a pontot, ahol az elasztomerkeveréket az öntõformaüregébe injektáljuk, 1 referenciaszámmal jelöljük. Az összefolyási vonalakat, azaz a tömítés azon pontjait, amelynél az öntõformaüregében elõrehaladó elasztomer áramok találkoznak egymással, 2 referenciaszámmal jelöljük. Megjegyezzük, hogy a találmány szerinti elasztomerkeverékek maguktól értetõdõen más alakú tömítések és egyéb termékek elõállítására is alkalmasak. Megjegyezzük továbbá, hogy a terméket nem szükségképpen fröccsöntéssel állítjuk elõ. Mivel a találmány szerinti elasztomerkeverékek olvadék erõssége nyilvánvalóan magasabb, mint a korábban ismert elasztomerkeverékeké, lapoké és profiloké vagy hasonlóké, lényegesen könnyebb ezeket fröccsöntéses eljárás alkalmazásával elõállítani.
2
Az 1. ábra szerinti elektromos vezetõképességû forrasztás kialakítására alkalmas öntõformaüregben az 1 bemeneti nyílás és a 2 összefolyási vonal közötti áramlási távolság hosszú. Nyilvánvaló, hogy a 5 tömítésnek mindegyik részén jó elektromos vezetõképességet kell mutatnia. A kielégítõ vezetõképességhez a tömítés minden részén elegendõ elektromos vezetõképességû töltõanyag-koncentrációra van szükség. 10 Az 1. ábra szerinti tömítésben a töltõanyag-koncentrációt Perkin–Elmer TGA analizátorral határoztuk meg. Az ellenállás értékeket Agilent 34401A többszörös mérõberendezéssel mértük oly módon, hogy a mérendõ tárgyat egy alumíniumlapra helyeztük, és a 15 tárgy tetejére egy MIL–G–83528A számú standardnak megfelelõ elektródot helyeztünk. A mérõberendezést a lap és az elektród vezeték vége közé kapcsoltuk. A leolvasó azt az ellenállást jelezte ki, amelyet a forrasztás az alumíniumlap és az elektród kö20 zött merõlegesen kifejtett. A töltõanyag-koncentrációkat és az ellenállás értékeket a 4. táblázatban mutatjuk be.
4. táblázat Töltõanyag-koncentrációk és ellenállás értékek Az 1a és 6a elasztomerkeverékek összehasonlító példák 1a
2a
3a
4a
5a
6a
7a
8a
9a
Bemeneti nyílás (%)
72,3
74,8
74,7
73,5
74,4
71,2
74,0
74,5
74,6
Hegesztési vonal (%)
77,5
75,2
75,4
76,6
75,6
77,8
76,2
75,8
75,5
0,8
1,2
18,1
1,4
1,4
0,7
1,4
0,6
1,8
0,3
0,3
0,3
0,5
2,0
Ellenállás/bemeneti nyílás (Ohm) Ellenállás/hegesztési vonal (Ohm)
102 0,2
A 4. táblázatból látható, hogy amikor a tömítést az 1a vagy 6a összehasonlító elasztomerkeverékbõl állítottuk elõ, az 1 bemeneti nyílás közelében a töltõanyag-koncentráció körülbelül 3–4 százalékkal kisebb volt az öntõformaüregébe injektált elasztomerkeverék 75%¹os töltõanyag koncentrációjánál. A töltõanyagkoncentráció csökkenése az elektromos ellenállás tekintélyes növekedését váltotta ki az 1 bemeneti nyílás közelében. Ezek a tömítések nem használhatók. Hasonló módon, a 2 összefolyási vonal közelében a töltõanyag-koncentráció 2–3%-kal magasabb volt a beinjektált elasztomerkeverékénél, és az elektromos ellenállás értékek a 2 összefolyási vonalnál jók voltak. Ez azonban nem teszi a forrasztást használhatóvá, mivel egy forrasztás használhatóságát annak legkisebb elektromos vezetõképességû része határozza meg. A gyakorlatban egy elasztomerkeverék töltõanyag koncentrációja nem növelhetõ, mert ez a keverék olvadék viszkozitásának és keménységének növekedését eredményezné. Az olvadék viszkozitásának növekedése behatárolja a termék elõállíthatóságát, míg a keménység behatárolja az anyag tömítésként való alkalmazhatóságát.
275 0,4
A találmány szerinti elasztomerkeverékek elõnyei akkor válnak hangsúlyossá, ha a termék elõállítása során a keveréket nagy nyíróerõknek tesszük ki, továbbá 40 ha a keverék áramlási távolsága hosszú. Az 1a–9a elasztomerkeverékeken túlmenõen elõállítottunk egy 6a elasztomerkeveréknek megfelelõ keveréket is, de az elõállítás során a töltõanyagok kezelésére karbonsavat nem használtunk. Ezen elasztomer45 keverék elektromos ellenállása még mindig 10–100szor magasabb volt, mint a 6a elasztomerkeveréké. Bizonyos esetekben a jelen találmánnyal kapcsolatosan bemutatott jellemzõk használhatók önmagukban, egyéb jellemzõkre való tekintet nélkül. Másrészt amikor 50 szükséges, a jelen bejelentésben bemutatott jellemzõk kombinálásával kialakíthatók különbözõ kombinációk.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 55 1. Elektromos vezetõképességû elasztomerkeverék, amely egy hõre lágyuló sztirol elasztomert és elektromos vezetõképességû töltõanyagként fémtartalmú részecskéket tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a 60 keverék tartalmaz továbbá egy polimert, amely egy 6
1
HU 004 410 T2
savval ojtott, savanhidriddel ojtott vagy savval kopolimerizált funkciós csoportot tartalmaz és amely a sztirol elasztomerrel egy IPN (Interpenetrating Polymer Network, egymásba hatoló polimer hálózat) hálózatszerkezetet alkot. 2. Az 1. igénypont szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy a polimer egy poliolefint tartalmaz. 3. A 2. igénypont szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy a poliolefin polipropilént tartalmaz. 4. Az 1–3. igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az IPN hálózatszerkezet egy poliamidot tartalmaz. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy a sztirol elasztomer a következõ sztirol elasztomerek legalább egyikét tartalmazza: SEBS, SEPS, SBS, SIS, SEB. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az 100 rész sztirol elasztomert és 10–50 rész polimert tartalmaz. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az 210–300 rész ásványi olajat tartalmaz. 8. A 7. igénypont szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az ásványi olaj egy alifás olaj, például paraffinolaj. 9. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az egy poli(fenilén-oxid)¹ot (PPO) is tartalmaz. 10. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az elektromos vezetõképességû töltõanyag nikkellel vagy ezüsttel bevont töltõanyag. 11. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az polimer funkciós csoportként egy akril¹, metakril¹, malein- vagy fumársavat vagy ezek savanhidridjét tartalmazza. 12. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az IPN hálózatszerkezetet alkotó polimer csak egy ojtott polimert és/vagy egy savval kopolimerizált polimert tartalmaz.
5
10
15
20
25
30
35
40
7
2
13. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék, azzal jellemezve, hogy az egy karbonsavat, például sztearinsavat is tartalmaz. 14. Eljárás elektromos vezetõképességû elasztomerkeverék elõállítására, amely elasztomerkeverék egy hõre lágyuló sztirol elasztomert és elektromos vezetõképességû töltõanyagként fémtartalmú részecskéket tartalmaz, azzal jellemezve, hogy egymással összekeverjük a hõre lágyuló sztirol elasztomert és egy olyan polimert, amely polimer egy savval ojtott, savanhidriddel ojtott vagy savval kopolimerizált funkciós csoportot tartalmaz, és amely a sztirol elasztomerrel egy IPN (Interpenetrating Polymer Network, egymásba hatoló polimer hálózat) hálózatszerkezetet alkot, és a fémtartalmú, elektromos vezetõképességû töltõanyagot bekeverjük az IPN szerkezetbe. 15. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hõre lágyuló sztirol elasztomert és a polimert egy elsõ keverõben keverjük össze egymással, a sztirol elasztomerrel és a polimerrel képzõdött IPN szerkezetû keveréket az elsõ keverõbõl eltávolítjuk, és az elektromos vezetõképességû töltõanyagot egy másik keverési eljárásban keverjük az IPN szerkezetbe. 16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keverõ egy extruder. 17. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keverõ egy szakaszos keverõ. 18. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hõre lágyuló sztirol elasztomert és a polimert az extruder kezdetén keverjük össze egymással, és az elektromos vezetõképességû töltõanyagot az ugyanezen extruder végén keverjük az IPN szerkezetbe. 19. A 14–18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltõanyagot a keverékbe való belekeverés elõtt egy karbonsavval kezeljük. 20. Az 1–13. igénypontok bármelyike szerinti elasztomerkeverék alkalmazása elektromos vezetõképességû tömítésben.
HU 004 410 T2 Int. Cl.: H01B 1/22
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
