CN107533876A - 具有复合护罩的制品以及制造具有复合护罩的制品的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种制品和方法。所述制品包括可热恢复的导电复合护罩或由可热恢复的导电复合护罩(103)形成的已热恢复的导电复合护罩(101)。导电复合护罩和/或由可热恢复的导电复合护罩形成的已热恢复的导电复合护罩包括非导电基体和在非导电基体内的导电颗粒。所述制品具有小于0.05ohm·cm的电阻率。一种制造已热恢复的导电复合护罩的方法(100)包括挤出成型(102)可热恢复的导电复合护罩(103)并对可热恢复的导电复合护罩进行加热(104)从而形成已热恢复的导电复合护罩。

Description

具有复合护罩的制品以及制造具有复合护罩的制品的方法

技术领域

本发明涉及具有复合护罩的制品以及制造这种制品的方法。更特别地，本发明涉及可热恢复的和已热恢复的复合护罩。

背景技术

一般来说，线缆屏蔽材料可以是金属的或包括铁氧体。金属护罩以编制物、带、管状、螺旋形、具有塑料盖的编织线网、层压板、电镀的纱线及织物以及更多的布置的形式出现。这种护罩为低频应用提供屏蔽效果，但它们有几个缺点。例如，由于光学覆盖率低，编制物在高频范围内的屏蔽效能降低。金属护罩可能较重并且/或者需要昂贵且复杂的电镀工艺。铁氧体磁珠(beads)用于高频噪声抑制，但它们受到特定类型的铁氧体所允许的频率范围的限制，并且不适合于高频信号设备。

呈常规热缩管材和导电内层的形式的导电可收缩护罩、诸如金属化织物层或银或银涂覆的铜墨和铜膏、可用于屏蔽。这种屏蔽昂贵、粘附性差、具有非均匀性、不适合某些形状的待屏蔽物体，而且往往难以进行端接和接地。

在本领域中期望一种与现有技术相比显示出一种或多种改进的具有复合护罩的制品以及制造具有复合护罩的制品的方法。

发明内容

在实施例中，一种制品包括可热恢复的导电复合护罩。导电复合护罩包括非导电基体和在非导电基体内的导电颗粒。制品具有小于0.05ohm·cm的电阻率。

在另一实施例中，一种制品包括由可热恢复的导电复合护罩形成的已热恢复的导电复合护罩。导电可热恢复的复合护罩包括非导电基体和在非导电基体内的导电颗粒。制品具有小于0.05ohm·cm的电阻率。

在另一实施例中，一种制造已热恢复的导电复合护罩的方法包括挤出可热恢复的导电复合护罩；以及对可热恢复的导电复合护罩进行加热从而形成已热恢复的导电复合护罩。可热恢复的导电复合护罩包括非导电基体和在非导电基体内的导电颗粒。制品具有小于0.05ohm·cm的电阻率。

根据以下更详细的说明，结合通过示例的方式示出本发明的原理的附图，本发明的其它特征和优点将变得明显。

附图说明

图1是根据本公开内容的生产共挤出成型的已热恢复的导电复合护罩的方法的实施例的示意图，其中，共挤出成型的已热恢复的导电复合护罩通过对可热恢复的导电复合护罩的实施例进行加热而形成。

图2是根据本公开内容的生产串联挤出成型的已热恢复的导电复合护罩的方法的实施例的示意图，其中，串联挤出成型的已热恢复的导电复合护罩通过对可热恢复的导电复合护罩的实施例进行加热而形成。

图3是根据本公开内容的实施例的y轴上以MPa为单位的拉伸强度相对于x轴上以百分比为单位的可热恢复的复合护罩的拉伸率的图示。

图4是根据本公开内容的实施例的y轴上以dB为单位的可热恢复的复合护罩的屏蔽效能和x轴上以GHz为单位的频率的图示。

图5是根据本公开内容的可热恢复的复合护罩的实施例的电阻率和接触电阻的对比图示。

在可能的情况下，在全部附图中使用相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

提供了具有复合护罩的制品和制造具有复合护罩的制品的方法。本公开内容的实施例，例如，与不包括本文公开的一个或多个特征的构思相比，允许增加电子组件的屏蔽，允许增加在高频和低频范围内的屏蔽效能，允许具有灵活性，允许降低电阻率，允许降低制造成本，允许减轻包括这种复合护罩而不是替代性的屏蔽机构的制品的重量，允许在不使用不利地增加电阻率的粘合剂的情况下固定可热恢复的材料，允许其它合适的优势和差别，并允许上述各项的组合。

图1示出了制造已热恢复的导电复合护罩101的方法100，已热恢复的导电复合护罩101形成了诸如管、片材、套筒、端盖、带、其它合适的已热恢复的产品或其组合的制品的一部分或整体。本文使用的术语“护罩”意指独立结构或独立结构的一部分。它不应包括涂覆层或定位在其它结构上的这种层。方法100包括在导体107(如线材或线缆)上挤出、例如如图1所示的共挤出或如图2所示的串联挤出201、可热恢复的导电复合护罩103(步骤102)。可热恢复的导电护罩103能够被加热(步骤104)以产生已热恢复的导电复合护罩101。

在另一实施例中，方法100包括形成可热恢复的复合护罩103，例如、通过前驱体105(比如，共挤成型件(例如，作为内层109和外层111定位的、具有相同或相似的热膨胀系数的相同或相似的聚合物材料的双层共挤成型件))的电子辐射(electron beaming)(步骤106)，然后使前驱体105膨胀，从而形成可热恢复的复合护罩103，以及使共挤成型件共热而不破坏的加热(步骤104)。可替代地，前驱体105是注塑成型件、串联挤出成型件或增材制造(additively-produced)的材料。

电子辐射(步骤106)的合适剂量低于15MRad。在一个实施例中，电子辐射(步骤106)略微地增加了前驱体105内的某些聚合物的结晶度，并且因而略微地降低了渗流(percolation)阈值，从而导致略微地增加了可热恢复的导电复合护罩103的实施例的导电性和屏蔽效能。例如，在一个实施例中，电子辐射(步骤106)的聚偏氟乙烯(PVDF)的剂量介于5Mrad到7Mrad之间(例如、6Mrad)。结晶度的对应增加大于0.3％、大于0.5％、介于0.3％到1％之间、介于0.5％到1％之间、介于0.5％到0.7％之间、或其中任何合适的组合、子组合、范围或子范围，例如，从55.9％(具有1.1％的未成束(302)的标准偏差)到56.5％(具有2.7％的成束(304)的标准偏差)。参照图4，可热恢复的导电复合护罩103的屏蔽效能在电子辐射之后的对应增加介于7dB到10dB之间，例如，由测量平面材料电磁屏蔽效能的标准试验方法、ASTM D4935测试而得。

可热恢复的导电复合护罩103的导电颗粒为或者包括铜颗粒、锡颗粒、镍颗粒、铝颗粒、碳颗粒、炭黑、碳纳米管、石墨烯，银包覆颗粒、镍包覆颗粒、与非导电基体相容的其它合适的导电颗粒、或上述各项的组合。导电颗粒的合适形态包括、但不限于、枝晶、薄片和球体。在一个实施例中，导电颗粒为或包含铜薄片和枝晶，例如，相对体积浓度介于30％到50％之间(例如、40％)的较高环径比(aspect ratio)颗粒、诸如平均尺寸介于10微米到60微米之间的铜薄片，以及相对体积浓度介于40％到70％之间(例如、60％)的较低环径比颗粒、诸如平均尺寸介于20微米到30微米之间的铜枝晶。在另一实施例中，导电颗粒为或包含平均尺寸介于20微米到30微米之间的、相对体积浓度介于40％到70％之间(例如、60％)的铜枝晶，和平均尺寸介于8微米到16微米之间的、相对体积浓度介于30％到50％之间(例如、40％)的锡球。

在一个实施例中，非导电基体内的导电颗粒的浓度高于渗流阈值，半结晶聚合物的渗流阈值低于非晶态聚合物的渗流阈值，因为半结晶聚合物在聚合物微晶周围包括更高效的填料网络形态。可替代地或附加地，在一个实施例中，非导电基体内的导电颗粒的浓度低于再结晶极限阈值。在本文中使用时，“再结晶极限(recrystallization-limiting)阈值”一词指的是非导电基体内的导电颗粒的浓度，在这种浓度下，方法100期间熔融混合后的冷却将不会允许晶体在非导电基体中实质上等效的重新形成。

非导电基体内的导电颗粒的合适体积浓度包括介于总负荷的20％到40％之间、介于总负荷的20％到35％之间、介于总负荷的25％到40％之间、介于总负荷的25％到35％之间、介于总负荷的28％到32％之间、介于总负荷的29％到31％之间、或其中任何合适的组合、子组合、范围或子范围内。

在前驱体105是共挤成型件或串联挤出成型件的实施例中，基于抗拉强度和/或断裂时的伸长率(例如、基于塑料拉伸性能标准试验方法、ASTM D638)对非导电基体的材料进行选择。可热恢复的导电复合护罩103和/或前驱体105的聚合物基影响断裂时的拉伸强度和断裂时的伸长率。

例如，在一个实施例中，PVDF在可热恢复的导电复合护罩103和/或前驱体105中作为聚合物基，并且可热恢复的导电复合护罩103的断裂时的拉伸强度介于10MPa到20MPa之间(例如，如图3的PVDF图302所示、介于12MPa到15MPa)并且/或者断裂时的伸长率介于100％到200％之间(例如，如图3所示，介于130％和160％之间)。

在一个实施例中，四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯(THV)在可热恢复的导电复合护罩103和/或前驱体105中作为聚合物基，并且可热恢复的导电复合护罩103的断裂时的拉伸强度介于4Mpa到8MPa之间(例如，如图3的THV图304所示、介于6MPa到7MPa之间)并且/或者断裂时的拉伸伸长率介于300％到400％之间(例如，如图3所示，介于320％到350％之间)。

在一个实施例中，聚乙烯(PE)(例如、线型低密度聚乙烯(LLDPE))在可热恢复的导电复合护罩103和/或前驱体105中作为聚合物基，并且可热恢复的导电复合护罩的断裂时的拉伸强度介于4MPa到10MPa之间(例如，如图3的m-LLDPE图306所示、介于6MPa到8MPa之间)并且/或者拉伸断裂伸长率介于400％到600％之间(例如，如图3所示，介于450％到500％之间)。

合适的非导电基体包括、但不限于、PVDF、偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物、VDF、HFP和四氟乙烯(TFE)的三元共聚物、聚全氟乙丙烯、乙烯-四氟乙烯、聚四氟乙烯，与导电颗粒相容的其它合适的氟化基体、或上述各项的组合。其它合适的非导电基体包括、但不限于、聚乙烯(例如，高、中、低、和/或线型低密度聚乙烯、诸如茂金属聚乙烯(m-LLDPE))、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚酰胺、氯丁橡胶或上述各项的组合。

在一个实施例中，非导电基体具有在特定范围内的结晶度，例如，介于15％到65％之间、介于15％到35％之间、介于15％到20％之间、介于18％到19％之间、介于30％到35％之间、介于32％到34％之间，或其中任何合适的组合、子组合、范围或子范围。

除了非导电基体和导电颗粒之外，可热恢复的导电复合护罩103还包括任何其它合适的组分。例如，在一个实施例中，可热恢复的导电复合护罩103包括癸二酸盐型增塑剂，例如、体积浓度介于5％到10％之间(例如、7.5％)的癸二酸盐型增塑剂。在一个实施例中，可热恢复的导电复合护罩103包括用于促进填料分散并以均一或基本均一的方式增加加工性的加工助剂。可热恢复的导电复合护罩103包括或不含有一种或更多种交联剂、抗氧化剂、金属钝化剂、阻燃剂、偶联剂。

根据导电粒子的浓度和非导电基体的类型，可热恢复的导电复合护罩103的合适的电阻率值包括小于0.05ohm·cm的电阻率值，例如，小于0.01ohm·cm的电阻率值，介于0.0005ohm·cm到0.05ohm·cm之间的电阻率值，或介于0.0005ohm·cm到0.01ohm·cm之间的电阻率值。本文使用的术语“电阻率”指在挤压和/或完全恢复时确定的可测量值，而不是指在处于膨胀状态下时测量的值。例如，图5示出了可热恢复的导电复合护罩103的实施例的电阻率和接触电阻，其中，可热恢复的导电复合护罩包括作为聚合物基的PVDF、作为聚合物基的THV或作为聚合物基的m-LLDPE。

可热恢复的导电复合护罩103的厚度为、例如、介于0.2mm到2mm之间、介于0.4mm到1.6mm之间、0.5mm、1mm、1.5mm或其中任何合适的组合、子组合、范围或子范围。可热恢复的导电复合护罩103的其它合适的厚度包括、但不限于、介于0.07mm到0.5mm之间、介于0.1mm到0.5mm之间、介于0.2mm到0.5mm之间、大于0.1mm、大于0.2mm、大于0.4mm或其中任何合适的组合、子组合、范围或子范围。

在一个实施例中，可热恢复的导电复合护罩103与焊接相容。例如，导电颗粒的负荷/浓度处于合适的量，使得诸如焊膏之类的焊接材料能够在可热恢复的导电复合护罩103上充分湿润，从而允许形成合适的焊接接头。

在一个实施例中，可热恢复的导电复合护罩103并且因而已热恢复的复合护罩101各自包括由可热恢复的导电复合护罩101或已热恢复的导电复合护罩101至少部分地包围的导体107、定位为内层109并且由可热恢复的导电复合护罩101或已热恢复的导电复合护罩101的外层111至少部分地包围的介电材料、至少部分地包围外层111、可热恢复的导电复合护罩101或已热恢复的导电复合护罩101的护套材料(未示出)、或它们的组合。在另一实施例中，介电材料没有或基本上没有导电颗粒，并包括与可热恢复的导电复合护罩101类型相同的聚合物基体材料或其他合适种类的聚合物基体材料。

与均一的金属护罩不同，导电复合护罩的DC电阻率不能完全预测材料的屏蔽效能。这些导电复合材料通常具有比预期的情况大得多的屏蔽效能，特别是在大于1GHz的频率下。因而，与在1×10^-6ohm·cm范围内的金属相比，高达0.05ohm·cm的电阻率仍然能够提供足够的屏蔽性能。此外，使用导电复合护罩加上金属编织的或包绕的护罩是协同作用的。金属护罩具有良好的低频屏蔽(即、在KHz到1GHz的范围内)，但在更高的频率下屏蔽效能降低。此处描述的导电复合护罩趋于具有相反的特性。此外，将金属编制物与导电复合护罩相结合允许使用常规的连接器和端接方法。

尽管已经参照一个或多个实施例对本发明进行了说明，本领域的技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以进行各种更改并且可以用等效元件替代其元件。此外，可以作出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教示而不偏离其基本范围。因此，并非意在将本发明限于被公开为用于实施本发明的预期的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落在随附的权利要求的范围内的所有实施例。此外，在详细的说明中确定的所有数值都应被解释为就像精确值和近似值都是明确确定的。

Claims (12)

1.一种制品，包括：

可热恢复的导电复合护罩；

其中，所述导电复合护罩包括非导电基体和在所述非导电基体内的导电颗粒；并且

其中，所述制品具有小于0.05ohm·cm的电阻率。

2.根据权利要求1所述的制品，其中，所述可热恢复的导电复合护罩已经在处于3Mrad至15Mrad的范围内的电子辐射之后膨胀。

3.根据权利要求1所述的制品，其中，所述制品具有介于0.0005ohm·cm到0.05ohm·cm之间的电阻率。

4.根据权利要求1所述的制品，进一步包括以下至少一者：

(a)导体，所述导体由所述可热恢复的导电复合护罩至少部分地包围；以及

(b)介电材料，所述介电材料由所述可热恢复的导电复合护罩至少部分地包围。

5.根据权利要求1所述的制品，进一步包括护套材料，所述护套材料至少部分地包围所述可热恢复的导电复合护罩，优选地，其中，所述护套和所述可热恢复的导电复合护罩是双壁共挤成型件或串联挤出成型件。

6.根据权利要求1所述的制品，其中，所述可热恢复的导电复合护罩是挤出成型的制品或注塑成型的制品。

7.根据权利要求1所述的制品，其中，所述制品是可热恢复的管、可热恢复的片材、可热恢复的端盖或可热恢复的带。

8.根据权利要求1所述的制品，其中，所述导电颗粒包括选自由下列各项组成的组中的颗粒，即，铜颗粒、锡颗粒、镍颗粒、铝颗粒、碳颗粒、炭黑、碳纳米管、石墨烯、银包覆颗粒、镍包覆颗粒或上述各项的组合。

9.根据权利要求1所述的制品，其中，所述非导电基体包括选自由下列各项组成的组中的材料，即，聚偏氟乙烯、偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)两者的共聚物、VDF和HFP以及四氟乙烯(TFE)三者的三元共聚物、氟化乙丙烯、乙烯-四氟乙烯、聚乙烯(PE)、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚酰胺、氯丁橡胶或上述各项的组合。

10.根据权利要求1所述的制品，其中，所述可热恢复的导电复合护罩具有至少0.07mm的厚度。

11.一种制品，所述制品包括：

已热恢复的导电复合护罩，所述已热恢复的导电复合护罩由可热恢复的导电复合护罩形成；

其中，所述可热恢复的导电复合护罩包括非导电基体和在所述非导电基体内的导电颗粒；

其中，所述制品具有小于0.05ohm·cm的电阻率。

12.一种制造已热恢复的导电复合护罩的方法，所述方法包括：

挤出成型可热恢复的导电复合护罩；以及

对所述可热恢复的导电复合护罩进行加热从而形成所述已热恢复的导电复合护罩；

其中，所述可热恢复的导电复合护罩包括非导电基体和在所述非导电基体内的导电颗粒；

优选地，其中，所述挤出成型是所述可热恢复的导电复合护罩和护套材料的共挤出成型。