CN106393873B - 一种多层多孔金属和高分子材料的复合片材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两层或多层多孔金属和高分子材料的复合片材，以及由这种复合片材制备的电触点。这种复合片材是通过两层或多层多孔金属片材和高分子材料紧密结合而成，厚度为0.1‑5mm。将这种复合片材分割或冲切而制得的外接圆直径为1‑10mm的小片，可以用作按键的电触点。本发明中的多孔金属指的是金属网、金属烧结网、金属板网、金属泡沫、金属纤维烧结毡、有多个均匀分布的或随机分布的孔洞的金属片材。本发明中所制得的复合片材的两个表面的材料组成是一致的，两个表面的接触电阻都低。用这种复合材料制备按键的电触点，由于电触点的两个表面是同等导电的，解决了生产过程中可能出现的电触点的表面接触电阻大或不导电的问题。

Description

一种多层多孔金属和高分子材料的复合片材

技术领域

本发明涉及一种复合材料领域，更具体地说，本发明涉及复合导电材料，这种复合导电材料适合于制作按键的电触点。

背景技术

橡胶本身是绝缘体。在橡胶中加入导电炭黑，可制备抗静电橡胶和导电橡胶。在橡胶基材中加入金属粉末，特别是银粉或镀银粉末，可制得导电性能更好的导电橡胶。由导电橡胶制备出来的一种小圆片用，常称为“导电粒”，是电触点的一种类型。由于导电炭黑和金属粉末在导电橡胶中是分散分布的，由导电炭黑和金属粉末作为填料制得的导电橡胶，体积电阻率和表面电阻率还是比常见金属导电材料大，导通较大电流的能力在某些场合显得不足够。为了更进一步提高导电橡胶的导电性能，技术人员制备了连续的金属材料和橡胶的复合物，作为传统的导电橡胶的替代品。申请号为201010592410.1的专利文献“复合导电片材”公开了由高分子基体和复合在其中的金属箔构成的复合导电片材。这里的金属箔是指含有孔洞的镍箔、铜箔、铝箔、不锈钢箔、金箔、银箔或者编织网，高分子基体是指硅橡胶、丁晴橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、橡塑材料、热塑性塑料、热固性塑料或者纤维增强塑料等。申请号为201010609386.8的专利文献“一种导电橡胶及其应用”公开了以模压或注射方式将橡胶与金属纤维烧结毡(或金属无纺布)复合制得导电橡胶，该金属纤维烧结毡具有孔隙，该孔隙至少部分被橡胶填充。申请号为201110027418.8的专利文献“橡胶导电粒及其制备方法”公开了一种橡胶基材和其表面上的金属镀膜的橡胶导电粒，金属镀膜可以是一层或者数层。申请号为201110193369.5的专利文献“麻面金属与橡胶复合导电粒”公开了一种麻面金属与橡胶复合导电粒，该导电粒由金属面层与橡胶基体粘合而成,或者粘合后分切而成。金属面层为麻面,具有凹坑、凸点或者两者均有。中国专利申请号200680015484.0“导电接触部及其制造方法”和美国专利号7964810“Electrically conducting contact andmethod for production thereof”的文献，公开了由至少部分地被弹性体材料渗透的金属海绵制成的电触点。以上这些专利文献所制得的金属材料和橡胶的片状复合物，都存在片状复合物的两个表面材料构成不一样的问题：片状复合物的一个表面金属材料多、弹性体材料少，或者这一表面完全为金属材料；而另一个表面金属材料少、弹性体材料多，或者这一表面完全为弹性体材料。这种两表面不一致的电触点，可能由于弹性体材料的电绝缘性而使得橡胶按键的开关功能失效。

申请号201110335410.8的专利“多层结构的橡胶导电板和导电粒”，公开了一种由导电层、过渡层和弹性层复合而成的多层结构的橡胶导电板和导电粒。该导电层是致密金属薄片或者疏松金属薄片；过渡层是聚合物薄膜或第二层致密金属薄片；弹性层是橡胶片材或橡塑片材。本发明所制得的片状复合物的导电好，但片状复合物的两个表面(导电层表面和弹性层表面)，导电性能完全不同。在橡胶按键生产过程中，这种片状复合物将和橡胶按键结合在一起，作为橡胶按键的电触点，这时候同样存在导电层表面与橡胶按键结合而弹性层外露作为电触点的风险，弹性层的电绝缘性使橡胶按键的开关功能失效。

发明内容

发明目的：电触点是按键中的关键部件，它通常用来与印刷电路板(PCB)的触点开关配对使用。它必须有低的接触电阻。如果接触电阻过大，就会造成按键开关功能失效、误判。本发明为了克服电触点与印刷电路板触点开关接触时，因为片状的电触点的两个表面材料组成不一致而造成的电阻大或者不导通的隐患，本发明提供了一种两层或多层多孔金属和高分子材料的复合片材，由这种复合片材制备电触点，确保由电触点所制得的按键具有可靠的开关功能。

技术方案：提供一种两层或多层多孔金属和高分子材料的复合片材。复合片材的厚度为0.1-5mm，是由两层或多层多孔金属和高分子材料以多孔金属-高分子材料-多孔金属的层状复合方式结合而成的，或者以多孔金属-高分子材料-多孔金属或无孔金属-高分子材料-多孔金属的层状复合方式结合而成的，其中多孔金属中的孔洞或空隙被高分子材料部分或全部填充，复合片材外表面的高分子材料的含量少于复合材料内部中的高分子材料的含量，甚至复合片材外表面的高分子材料的含量为零；所述的复合片材，通过叠合、移印、丝印、刷涂、辊刷涂、刮涂、喷涂、浸涂、淋涂、抽涂的方式，使聚合物和金属片材在一起并加以压合或热压合而制得，或者通过热塑性成型工艺、热固性成型工艺、热硫化成型工艺或辐射固化工艺固化成型而制得。所述的复合片材经机械冲切或激光切割可制得两面化学组成一致或几乎一致的外接圆直径为1-10mm的小片；所述的小片适合用作按键的电触点。

因为复合片材或由复合片材制得的电触点的两个表面组成相同或几乎相同，复合片材或电触点的两个表面的接触电阻也相同或极为相近，所以，当这样的电触点用作橡胶按键的电触点时，无论电触点的任一表面外露并与PCB的开关触点接触，所产生的接触电阻相同或极为相近，因而可以确保橡胶按键开关不会失效或误判。

本发明中所用的多孔金属为金属网、金属烧结网、金属板网、金属泡沫、金属纤维烧结毡、有多个均匀分布的或随机分布的孔洞的金属片材，或者它们的层状复合物。多孔金属中的孔洞是独立的或相互连通的。这些孔洞至少有部分外露于多孔金属的表面。孔洞的横截面是圆形、椭圆形、正方形、正六边形或者是其它规则的或不规则的几何形状，孔洞里的外接圆直径为1μm-2.5mm；金属网和烧结金属网可以是单层或多层的，金属网和金属板网也经特定的真空烧结工艺制成一种多孔金属。

本发明中的无孔金属指的是没有孔洞的金属片材，或者是只有闭孔的金属片材。

本发明中的多孔金属是由铝、铁、钴、镍、铜、锌、锡、锰、钛、钨、银、金或它们中任意一种金属的合金构成的。可以优选不锈钢、镍或镍合金。这是因为在大气中不锈钢、镍或镍合金比较稳定，并且价廉易得。

所用的多孔金属的外表面和孔洞的内表面的材质，和多孔金属的本体材质是相同的或不同的。所制得的复合片材中的每一层多孔金属，可以由单一的金属材料组成，也可以是多层材料复合而成的。具体地说，多孔金属的外表面和多孔金属孔洞的内表面是可以有金属镀层的，更具体的，是镀有金或金合金。例如镀金的不锈钢丝网、铜丝网或镍丝网等都可当多孔金属使用。金具有比不锈钢、铜或镍更好化学稳定性能、比不锈钢或镍更好的导电性能，可以提高电触点的电导通能力和使用寿命。

当然，也可将由两层或多层多孔金属和高分子材料制得的复合片材，冲切成小圆片后，再进行镀金或化学镀金。这样制备镀金电触点，金的耗用量更少，原材料成本低。

所述的多孔金属的外表面或孔洞的表面，涂有一层平均厚度不大于1μm的粘合增进剂、偶联剂或底涂剂，以增强多孔金属之间的粘合强度。所涂的粘合增进剂、偶联剂或底涂剂不能太厚，涂层的平均厚度不能超过1μm，否则或明显增加多孔金属的接触电阻，从而影响以此为材质的电触点的导电性能。当然，如果所用高分子材料自身具有对金属的粘结性，就无需对多孔金属的表面和孔洞内部进行使用粘合剂、偶联剂或底涂剂的预先处理。

本发明中使用的高分子材料为热固性橡胶、热塑性弹性体、双面胶带、热熔胶、粘合剂、转印膜、转印胶、涂料或油墨。正是通过这些高分子材料，将两层或多层多孔金属粘合在一起，形成复合片材，进而制备出电触点。

所用高分子材料的一个例子是由固体硅橡胶或液体硅橡胶制备的硅橡胶硫化胶。

更进一步地，所用的高分子材料为含有导电填料的硅橡胶。导电填料为含有导电炭黑、金属粉末、有金属镀层的无机粉末、有金属镀层的玻璃球、有金属镀层的玻璃纤维或金属纤维，以使得硅橡胶具有导电性能，增加复合片材和由复合片材制得的电触点的导电可靠性。

不仅多孔金属可用来制备两层或多层的多孔金属和高分子材料的复合片材，而且无孔金属也可用作复合片材的中间层。比如说，可以选用0.01-0.1mm厚的不锈钢片作为复合片材的中间层。无孔金属中间层的作用是增强复合片材以及由复合片材制得的电触点的整体机械强度。

有益效果：本发明的具体优势如下：

(1)本发明所制得的复合片材的外表面金属成分的含量多，特别适合于制备按键的电触点。本发明在两层或多层多孔金属和高分子材料的复合过程中，将一定量的高分子材料放置在多孔金属之间进行压合或热硫化粘合，可使高分子材料均匀分布在两层或多层多孔金属之间，而所得的两层或多层多孔金属和高分子材料的复合片材的两个外表面，高分子材料的含量不会超过多孔金属层间的高分子含量。

(2)本发明中制得的复合片材，不仅片材的两面材料组成和电导性能相同，而且有利于片材的后续加工。本发明中的高分子材料，包括硅橡胶，可部分或全部充满多孔金属的孔洞或孔隙中。在选定高分子材料时，应考虑电触点的后续用途。两层或多层多孔金属和硅橡胶的复合的电触点，适合用作硅橡胶按键的电触点。这是因为可以通过热硫化模压，使得将成为按键基体的硅橡胶能够和含硅橡胶的电触点牢固结合，电触点和按键基体的剥离可达到内聚破坏的程度。硅橡胶在这里起着多孔金属层间粘合剂的作用，同时也便于实现电触点和硅橡胶基体的牢固粘合。同样地，两层或多层多孔金属和三元乙丙橡胶复合的电触点，适合用作三元乙丙橡胶按键的电触点。

(3)制备本发明中的复合片材，选材广泛，成本可控。本发明在两层或多层多孔金属和高分子材料复合的电触点中，并不一定要求各层多孔金属的材质是一样的。在多层结构的电触点中，可以采用多孔的或无孔的金属中间层。只要复合片材的两个表面的接触电阻都小于橡胶按键所要求的设定值，也容许中间金属层使用和两个金属外层材质不同的多孔金属或无孔金属。

附图说明

图1是本发明的实施例1的电触点的剖面示意图；

图2是本发明的实施例2的电触点的剖面示意图；

图中，1、多孔金属；2、高温热熔胶；3、多孔金属；4、高温热熔胶；5、无孔金属。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将一厚度为0.05mm的由环氧改性丙烯酸树脂制备的高温热熔胶片，放置在两片厚度均为0.075mm的多孔金属片之间，在280℃下压合，制得复合片材。本实施例采用的多孔金属片是有均匀分布的孔径为0.5mm、相邻两孔的孔间距为0.25mm的孔洞的不锈钢片，这些孔洞的轴心垂直于多孔金属片。将所制得的复合片材，冲切成直径为5mm的小圆片。这种小圆片的两个圆形表面的材质是相同的，两个圆形表面的接触电阻也是相同的。这种小圆片，作为电触点，通过热硫化粘合的方式同硅橡胶复合，即可制得有电触点的硅橡胶按键。不管这种小圆片的哪一圆形表面和硅橡胶粘合，所制得硅橡胶按键的电触点同PCB开关触点之间的接触电阻都是完全相同或极为相近的。

也可以使用同样厚度的孔洞为正方形、正六边形或其它几何形状的不锈钢片替代上述有圆形孔洞的不锈钢片。这些孔洞横截面的外接圆直径0.25-2.5mm之间，相邻孔洞之间的平均距离在0.1-1mm之间。有这些有孔洞的不锈钢片所制得的电触点与PCB开关触点之间的接触电阻，都在0.8-1.2Ω之间。通过调整孔洞的大小和相邻孔洞之间的距离，可以得到不同柔软性的不锈钢片，由此制得的电触点的抗尘性也会有所不同。

实施例2

实施例1中所用的材料也在实施例2中使用。为了增大复合片材以及后来制得的电触点的整体机械强度，在两层多孔不锈钢片之间，放置一厚度为0.075mm的无孔的不锈钢片，无孔的不锈钢片和多孔不锈钢片之间，还是用高温热熔胶片粘结成复合片材，并冲切为多种直径(如2mm、2.5mm、5mm、10mm)的小圆片。这种小圆片，一样可以作为电触点用于硅橡胶按键中。

实施例3

将0.05mm厚的不锈钢片在硅橡胶溶液中浸渍，用浸涂的方式在不锈钢片的两面均涂覆一层干膜厚度为25-30μm的硅橡胶。硅橡胶溶液的配方为硅橡胶(本实施例中选用德国瓦克公司生产的R401/60)7.5g，乙烯基三叔丁基过氧硅烷(VTPS)，0.1g，二甲苯92.4g。将浸涂在不锈钢片上的硅橡胶溶液在70℃下烘干，然后，将40目的不锈钢丝网、40目的镍丝网、0.15mm厚的孔隙率为80％的不锈钢纤维烧结毡、0.15mm厚的孔隙率为85％的镍泡沫、0.15mm厚的孔洞直径为0.5mm、孔间距为0.25mm的镍板网，分别叠合在涂覆有硅橡胶的不锈钢片的两面，然后在平板硫化机上，在165℃下压合10分钟，得到不锈钢片增强的各种复合片材。然后将这些片材，冲切成直径为2-5mm的小圆片，用作硅橡胶按键中的电触点。所得到的小圆片的两个外表层，材质是一致的，都是金属材质。硅橡胶材质都位于小圆片外表层之下。这样的小圆片，作为电触点，具有可靠的导电性。

实施例4

如实施例1，但所用的多孔金属片是120目的镍含量不小于99.5％的平纹镍丝网，或镍丝上镀有平均厚度为1μm的含金量在99.9％以上的镀金层的120目的平纹镍丝网。在镍丝网上镀金的目的，是为了降低电触点的表面接触电阻、增大电触点的电导通能力和使用寿命。

实施例5

将实施例1、2和3中所得到的小圆片，用化学镀的方法，先镀上一层厚度约为2μm厚的镍镀层，再镀上一层厚度为0.1μm的金含量大于99.0％的金合金。镀金层的作用是为了降低小圆片的表面电阻或接触电阻，提高小圆片作为电触点的使用寿命。

实施例6

使用实施例4中的镍丝网。将一定量的一硅橡胶混炼胶(含有道康宁公司硅橡胶SE-4705U100份，过氧化物硫化剂DCP1份)薄片，放在两片镍丝网之间，然后将其放入模腔中，在175℃下加热加压硫化10分钟，得到厚度约为0.5mm的镍丝网和硅橡胶的复合片材。由于200目的镍丝网比较密实，在硫化过程中，硅橡胶不会或只有少量渗透过镍丝网。将此镍丝网和硅橡胶的复合片材冲切成直径为7.5mm的小圆片，作为电触点和硅橡胶热硫化成型，制成含有电触点的硅橡胶按键。这种电触点和镀金的PCB开关触点接触时，两者之间的接触电阻约为0.3Ω。

将上述小圆片表面的镍材质上，用化学镀的方法镀上一层平均厚度为0.1μm厚的金含量不低于99％的镀金层。化学镀金只发生在小圆片表面的镍材质上，而不发生在小圆片表面的硅橡胶材质上。这种镀金的电触点和镀金的PCB开关触点接触时，两者之间的接触电阻约为0.2Ω。在300mA的电路中，镀金的电触点的使用寿命(以开关次数表示，以接触电阻大于1Ω判定为失效，即达到寿命上限)在10万次左右，相应未镀金的电触点的使用寿命则约为1万次，镀金的电触点的使用寿命明显增加，使用寿命约为5万次。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多层多孔金属和高分子材料的复合片材，其特征在于：所述的复合片材的厚度为0.1-5mm，是由多层多孔金属和高分子材料以多孔金属-高分子材料-多孔金属的层状复合方式结合而成的，或者以多孔金属-高分子材料-多孔金属或无孔金属-高分子材料-多孔金属的层状复合方式结合而成的，其中多孔金属中的孔洞或空隙被高分子材料部分或全部填充，复合片材外表面的高分子材料的含量少于复合材料内部中的高分子材料的含量；所述的复合片材，通过叠合、移印、丝印、刷涂、刮涂、喷涂、浸涂、淋涂、抽涂的方式，使高分子材料和金属片材在一起并加以压合而制得，或者通过热塑性成型工艺、热固性成型工艺、热硫化成型工艺或辐射固化工艺固化成型而制得；所述的复合片材经机械冲切或激光切割制得两面化学组成一致的外接圆直径为1-10mm的小片；所述的小片用作按键的电触点；

所述的多孔金属为金属网、金属纤维烧结毡、有孔洞分布的金属片材，或者它们的层状复合物；所述的多孔金属中的孔洞是独立的或相互连通的；所述的孔洞至少有部分外露于多孔金属的表面；所述孔洞的横截面是圆形、四边形或正六边形，孔洞的外接圆直径为1μm-2.5mm；所述的无孔金属为没有孔洞或者是只有闭孔的金属片材；

所述的多孔金属是由铝、铁、钴、镍、铜、锌、锡、锰、钛、钨、银、金或它们中任意一种金属的合金；

所述的多孔金属的外表面或多孔金属孔洞的内表面，涂有一层用于提高多孔金属和高分子材料之间粘合性的平均厚度不大于1μm的粘合增进剂、偶联剂或底涂剂；

所述的高分子材料为热固性橡胶、热塑性弹性体、双面胶带、粘合剂、转印膜、转印胶、涂料或油墨；

所述的无孔金属是0.01-0.1mm厚的不锈钢片。

2.根据权利要求1所述的多层多孔金属和高分子材料的复合片材，其特征在于：所述的高分子材料为硅橡胶；所述的硅橡胶由固体硅橡胶或液体硅橡胶制备的。

3.根据权利要求1所述的多层多孔金属和高分子材料的复合片材，其特征在于：所述的高分子材料为含有导电填料的橡胶，所述导电填料为导电炭黑、金属粉末或有金属镀层的无机粉末、有金属镀层的玻璃球、有金属镀层的玻璃纤维或金属纤维。