CARGAS CONDUCTORAS Y SU UTILIZACION.

Una carga conductora particulada para aplicaciones de protección EMI compuesta por partículas recubiertas para usar con una matriz polimérica para formar composiciones poliméricas conductoras en las que cada partícula recubierta comprende un núcleo central basado en carbono seleccionado entre el grupo que consiste en grafito natural,

grafito sintético, negro de humo y mezclas de los mismos y un recubrimiento de metal conductor o recubrimiento de metal compuesto sobre dicho núcleo central basado en carbono, caracterizada por que el núcleo basado en carbono tiene un tamaño medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros, en particular de 400 a 800 micrómetros

Cargas conductoras y su utilización.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una carga conductora particulada para aplicaciones de protección EMI de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y a una composición de polímero conductor que comprende dicha carga conductora. La invención se refiere adicionalmente a un método para proporcionar protección EMI de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 9.

Descripción de la técnica relacionada

Los productos de protección convencionales se usan en aplicaciones electrónicas que varían desde componentes aeroespaciales hasta teléfonos móviles para proporcionar protección de la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia por radiofrecuencia (RFI). Típicamente, dichos productos de protección se formaron mediante la introducción de una carga conductora en una matriz polimérica basándose en la premisa de que una resistencia en volumen reducida (resistencia DC) se traduce en un aumento en la eficacia de protección. El artículo de la revista especializada Interference Technology Engineers' Master ITEM 1999 "Correlating DR Resistance to the Shielding Effectiveness of an EMI Gasket", Thomas Clupper pág. 59 produce modelos teóricos que relacionan la eficacia de protección con la resistencia. La eficacia de protección EMI de dos materiales de junta y la resistencia DC a través de cada junta se midieron mientras que cada junta se montaba en una fijación. Se midió una resistencia de 1 ohm a través de la fijación para la junta A y se midieron 0,01 ohm para la junta B. La eficacia de protección EMI de las juntas A y B se midió a 65 dB y 42 dB, respectivamente, a 100 MHz, mostrando un aumento en la eficacia de protección con una resistividad de volumen reducida.

Inicialmente, las cargas conductoras estaban compuestas de partículas de metal noble sólidas. Sin embargo, dichas cargas son extremadamente costosas y se hicieron intentos para desarrollar cargas conductoras más económicas sin perder protección y propiedades conductoras. Los materiales alternativos menos costosos consistían en metales nobles revestidos sobre materiales de núcleo comparativamente baratos tales como vidrio, aluminio o cobre. El uso de metales nobles se considera demasiado costoso para algunas aplicaciones. Posteriormente, se usaron polvos de cobre y níquel para este propósito, seguido del uso de grafito revestido con níquel o partículas de núcleo de carbono.

En la Patente de Estados Unidos 5.284.888, se describe una composición de protección MEI/RFI que comprende una resina de poliuretano formada por dos polímeros que tienen una carga conductora estabilizada en su interior y un azol. La carga preferida es un polvo de cobre estabilizado con plata.

Kalinoski et al. Patente de Estados Unidos 6.096.413 describe una junta conductora producida mediante un proceso de formación en el sitio que implican silicona, uretano y/o copolímeros de bloque termoplásticos que tienen una carga conductora asociada con los mismos. Las cargas conductoras usadas para cargar los elastómeros pueden seleccionarse entre plata pura, metales no nobles metalizados con metal noble tales como cobre, níquel o aluminio metalizados con plata. También son adecuados los materiales basados en metal no noble incluyendo metales no nobles metalizados con metales no nobles, siendo ejemplos de los cuales partículas de hierro recubiertas con cobre. Además, pueden usarse materiales no metálicos tales como negro de humo y grafito y combinaciones de los mismos.

Una junta protectora de EMI que usa una carga conductora de partículas de grafito recubiertas con níquel que tiene un tamaño de 75 micrómetros, con una eficacia de protección EMI de al menos 80 dB entre 10 MHz y 10 GHz, se describe por Kalinoski en la Patente de Estados Unidos 5.910.524 titulada "Corrosion-resistant form-in-place EMI shielding gasket". Se informa que la resistividad en volumen de este material es de aproximadamente 500 a 1000 miliohmios-cm.

Los documentos WO 94/1185 A, US 6.132.645 y US 5.498.372 describen composiciones de polímero eléctricamente conductores incluyendo partículas de carbono recubiertas con polímero conductoras embebidas en una matriz polimérica.

El documento US 5.958.302 describe la preparación de pequeños materiales compuestos poliméricos conductores submicrométricos constituidos por una matriz polimérica y un polímero de carga conductor distribuido uniformemente en la matriz polimérica del material compuesto.

El documento US 2002/160 193 A1 describe una carga conductora particulada compuesta por un recubrimiento metalizado con un metal noble sobre un recubrimiento metalizado con un metal no noble intermedio sobre el núcleo basado en carbono. Los núcleos basados en carbono tienen un tamaño medio de aproximadamente 1 a 300 micrómetros.

Sumario de la invención

La invención proporciona una carga conductora particulada para aplicaciones de protección EMI que tiene las características de la reivindicación 1 y una composición de polímero conductor que comprende la carga conductora particulada que tiene las características de la reivindicación 5. La invención proporciona adicionalmente un método para proporcionar protección EMI que tiene las características de la reivindicación 9. Las realizaciones preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes.

Un objeto principal de la presente invención es proporcionar una carga conductora particulada compuesta por un recubrimiento de metal conductor sobre un núcleo de carbono con un tamaño de partícula bruto de 350 a 1000 µm. La carga conductora particulada se combina con una matriz polimérica para producir materiales compuestos conductores con propiedades físicas y eléctricas potenciadas a partir de los cuales pueden fabricarse los componentes deseados.

La característica esencial de esta invención es, por lo tanto, recubrir níquel u otro material metálico conductor sobre partículas de carbono tales como grafito que tienen un tamaño medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros. El grafito recubierto con metal se incorpora entonces a una matriz elastomérica, tal como silicona, haciéndola conductora. El elastómero cargado se forma en diversos tipos de juntas protectoras de EMI para aplicaciones tales como sellado de puertas y paneles. Se obtienen potenciaciones sorprendentes en la utilidad como resultado del uso de las partículas de carbono recubiertas con metal que son de un tamaño significativamente mayor que las usadas en la técnica anterior. Las ventajas de la invención de usar grandes partículas de carbono recubiertas con metal como una carga incluye una reología del proceso mejorada, una mayor flexibilidad al cargar la carga, una conductividad eléctrica mejorada y una estabilidad eléctrica mejorada y una menor densidad comparada con las cargas de corriente de composición similar que tienen un tamaño de partícula más pequeño.

En su aspecto más amplio, se proporciona una carga conductora particulada compuesta por partículas recubiertas para usar con una matriz polimérica para formar composiciones poliméricas conductoras en las que cada particular cubierta comprende un núcleo central basado en carbono que tiene un tamaño medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros y un recubrimiento de metal conductor sobre dicho núcleo central basado en carbono. El núcleo central basado en carbono se selecciona entre el grupo que consiste en grafito natural, grafito sintético negro de humo y mezclas de los mismos y tiene un tamaño medio en el intervalo de aproximadamente 350 a 1000 micrómetros, preferiblemente de 400 a 800 micrómetros y más preferiblemente aproximadamente 600 micrómetros. El metal conductor es uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio, indio y sus aleaciones y comprende aproximadamente del 20 al 90% en peso de las partículas recubiertas, preferiblemente aproximadamente del 40 al 90% en peso. Los metales nobles oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio y sus aleaciones pueden usarse solos o pueden recubrir uno o más de los metales no nobles níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, cinc, indio y sus aleaciones. La carga conductora particulada preferiblemente es un núcleo central basado en carbono de grafito natural o grafito sintético con un recubrimiento de metal conductor de níquel, comprendiendo el níquel aproximadamente un 40 a 80% en peso de las partículas recubiertas y encapsular el núcleo basado en carbono. Oro o plata que comprende aproximadamente del...

1. Una carga conductora particulada para aplicaciones de protección EMI compuesta por partículas recubiertas para usar con una matriz polimérica para formar composiciones poliméricas conductoras en las que cada partícula recubierta comprende un núcleo central basado en carbono seleccionado entre el grupo que consiste en grafito natural, grafito sintético, negro de humo y mezclas de los mismos y un recubrimiento de metal conductor o recubrimiento de metal compuesto sobre dicho núcleo central basado en carbono, caracterizada por que

el núcleo basado en carbono tiene un tamaño medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros, en particular de 400 a 800 micrómetros.

2. La carga particulada de acuerdo con la reivindicación 1 en la que dicho recubrimiento de metal conductor está compuesto por uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en níquel, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, indio, iridio y sus aleaciones y el recubrimiento de metal compuesto está compuesto por un recubrimiento de metal no noble seleccionado entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, indio y cinc que recubre el núcleo basado en carbono y un metal noble seleccionado entre el grupo que consiste en oro, plata, platino, paladio, rodio e iridio que encapsula el recubrimiento de metal no noble y/o el metal conductor o aleación del mismo comprende del 20 al 90% en peso de las partículas recubiertas en particular aproximadamente del 40 al 90% en peso.

3. La carga conductora particulada de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que dicho recubrimiento de metal conductor es níquel y dicho núcleo central basado en carbono es grafito natural o grafito sintético, preferiblemente, el níquel es del 40 al 80% en peso de las partículas recubiertas y encapsula el núcleo basado en carbono.

4. La carga conductora particulada de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en la que dicho recubrimiento de metal compuesto comprende recubrir con níquel el núcleo basado en carbono y encapsular con oro o plata el recubrimiento de níquel.

5. Una composición de polímero conductor que comprende una matriz polimérica y una carga conductora particulada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 en su interior, caracterizada por que la carga conductora particulada comprende del 25 al 35% en volumen de la composición de polímero conductor.

6. La composición de polímero conductor de acuerdo con la reivindicación 5 en la que la matriz polimérica se selecciona entre el grupo que consiste en gomas de hidrocarburo (EPM, EPDM, butilo y similares), nitrilos, policloroprenos, acrílicos, polietilenos, fluoro- y clorosulfonados, poliuretanos, poliéteres, polisulfuros, nitrosogomas, siliconas y fluorosiliconas y/o dicho metal conductor es uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio, indio y sus aleaciones y/o el metal conductor o aleación del mismo, preferiblemente comprende del 20 al 90% en peso de las partículas recubiertas en particular del 40 al 90% en peso.

7. La composición de polímero conductor de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en la que el recubrimiento de metal conductor es níquel y dicho núcleo central basado en carbono es polvo de grafito natural o sintético, siendo dicho recubrimiento de níquel que encapsula el grafito natural o sintético y/o dicha matriz polimérica preferiblemente un polímero de silicona y/o, preferiblemente, el níquel comprende del 40 al 80% en peso de las partículas recubiertas y encapsula el núcleo basado en carbono, comprendiendo dicha carga particulada aproximadamente el 30% en volumen de la composición de polímero conductor.

8. La composición de polímero conductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en la que el recubrimiento de metal compuesto está compuesto por un recubrimiento de metal no noble seleccionado entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, iridio y cinc que recubre el núcleo basado en carbono y un metal noble seleccionado entre el grupo que consiste en oro, plata, platino, paladio, rodio e iridio que encapsula el recubrimiento de metal no noble y/o el polvo de grafito, preferiblemente tiene un tamaño medio de aproximadamente 600 micrómetros y el níquel comprende aproximadamente un 60% en peso de las partículas recubiertas y/o adicionalmente preferiblemente comprende del 1 al 30% en peso de cargas conductoras particuladas tipificadas por esferas de vidrio recubiertas con plata que tienen un tamaño en el intervalo de 20 a 200 micrómetros.

9. Un método para proporcionar protección EMI para aplicación a un sustrato que comprende las etapas de formar un material compuesto de una matriz polimérica y una carga conductora particulada dispersada uniformemente en la matriz polimérica, comprendiendo dicha carga particulada un núcleo central basado en carbono seleccionado entre el grupo que consiste en grafito natural, grafito sintético, negro de humo y mezclas de los mismos y un recubrimiento de metal conductor o recubrimiento de metal compuesto que encapsula dicho núcleo central basado en carbono,

caracterizado por que

el material compuesto comprende del 25 al 35% en volumen de la carga conductora particulada, seleccionándose dicha matriz polimérica entre el grupo que consiste en gomas de hidrocarburo (EPM, EPDM, butilo y similares), nitrilos, policloroprenos, acrílico, polietilenos, fluoro- y clorosulfonados, poliuretanos, poliéteres, polisulfuros, nitrosogomas, siliconas y fluorosiliconas comprendiendo dicho recubrimiento de metal conductor o recubrimiento de metal compuesto uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, cinc, oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio, indio y sus aleaciones y el núcleo basado en carbono tiene un tamaño medio en el intervalo de 350 a 1000 micrómetros, en particular de 400 a 800 micrómetros.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 en el que el recubrimiento de metal, el recubrimiento de metal compuesto o aleación del mismo comprende del 20 al 90% en peso de las partículas recubiertas, preferiblemente aproximadamente del 40 al 90% en peso de las partículas recubiertas y/o preferiblemente el metal conductor es níquel y el núcleo central basado en carbono es grafito natural o grafito sintético que tiene un tamaño de partícula medio de aproximadamente 600 micrómetros, consistiendo dicho níquel en aproximadamente un 60% en peso de las partículas recubiertas y la carga conductora comprende aproximadamente un 30% en volumen del material compuesto y/o preferiblemente el recubrimiento de metal compuesto comprende un metal no noble seleccionado entre el grupo que consiste en níquel, cobre, aluminio, estaño, cobalto, indio y cinc, preferiblemente níquel, recubriendo el núcleo basado en carbono y un metal noble seleccionado entre el grupo que consiste en oro, plata, platino, paladio, rodio, iridio y sus aleaciones, preferiblemente oro o plata encapsulando el recubrimiento de metal no noble y/o preferiblemente el polímero es silicona, y el recubrimiento de metal compuesto comprende recubrir con níquel el núcleo basado en carbono y oro o plata para encapsular el recubrimiento de níquel y/o preferiblemente la carga particulada adicionalmente comprende del 1 al 30% en peso de cargas conductoras particuladas tipificadas por esferas de vidrio recubiertas con plata que tienen un tamaño en el intervalo de 20 a 200 micrómetros.