专利名称：模块式聚合物emi/rfi密封件的制作方法
技术领域：
本披露总体上涉及电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)的垫片。更确切地说,本披露涉及一种模块式聚合物EMI/RFI密封件以及屏蔽物。
背景技术：
电子噪声(EMI)以及射频干扰(RFI)是电子系统中存在的不希望的电磁能量。EMI 可产生自电子系统内以及周围的无意形成的电磁能。例如，电气接线可以产生约60Hz的电子噪声。无意的电磁能的其他来源可以包括热噪声、闪电以及静电放电。此外，EMI可以产生自有意的电磁能，例如用于收音机及电视广播、无线通讯系统如手机、以及无线计算机网络的无线电信号。在电子系统的设计中EMI的消除是很重要的。部件在系统内的布置、连同屏蔽以及过滤的使用，使之有可能控制并且减小会干扰电子系统功能的EMI以及电子系统所产生的可以干扰其他系统的EMI。屏蔽以及过滤的功效取决于用来将屏蔽材料结合在一起的方法。外壳中的多种电中断部，如接点、接缝以及间隙，全都会影响可以突破这种屏蔽的EMI 的频率和量值。
发明内容
在一个方面，一种密封件可以包括一个包含了环形空腔的密封件本体，以及一个在该环形空腔内的环形弹簧。该密封件本体可以包括一种复合材料，这种复合材料具有一种热塑性材料和一种填充剂。这种复合材料可以具有的杨氏模量为至少约O. 5十亿帕斯卡 (GPa)，体积电阻率为不大于约200欧姆-厘米(Ohm-cm)，伸长率为至少约20%，表面电阻率为不大于约IO4欧姆/平方(Ohm/sq)，或者它们的任何组合。在另一方面，一种系统可以包括一个静止部件以及一个旋转部件。该旋转部件可以相对于该静止部件进行旋转。此外，该静止部件的至少一部分可以处于该旋转部件的一部分之内，或者该旋转部件的至少一部分可以处于该静止部件的一部分之内。该系统可以进一步包括在该静止部件与该旋转部件之间的一个密封件。该密封件可以包括一个弹簧以及一个围绕该弹簧的壳体。该壳体可以包括一种复合材料，这种复合材料具有一种热塑性材料和一种填充剂。这种复合材料可以具有的杨氏模量为至少约O. 5十亿帕斯卡，体积电阻率为不大于约200欧姆-厘米，伸长率为至少约20%，表面电阻率为不大于约IO4欧姆/ 平方，或者它们的任何组合。在又另一方面，一种制造密封件的方法可以包括用一种复合材料来形成一个壳体。该复合材料可以包括一种热塑性材料以及一种填充剂。这种复合材料可以具有的杨氏模量为至少约O. 5十亿帕斯卡，体积电阻率为不大于约200欧姆-厘米，伸长率为至少约 20%，表面电阻率为不大于约IO4欧姆/平方，或者它们的任何组合。该方法可以进一步包括将该壳体进行机加工以便在其中形成一个凹槽，并且将一个弹簧插入该凹槽之中。
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。图I是根据一个方面的示例性密封件的图示。图2是图I中所展示的示例性密封件的一个截面。图3至6是示例性弹簧的图示。图7是根据一个方面的示例性系统的图示。在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施例方式在一个具体的实施方案中，一种密封件可以包括一个密封件本体，该密封件本体可以具有一个环形空腔以及一个在该环形空腔内的环形弹簧。该密封件本体可以包括一种复合材料，这种复合材料具有一种热塑性材料和一种填充剂。图I展示了一个示例性密封件，总体上指定为100。密封件100包括一个密封件本体102，该密封件本体具有一个环形空腔104。该环形空腔104可以在形成该密封件本体的过程中或者通过机加工而形成在该密封件本体102之内。一个环形弹簧106可以位于该环形空腔104之内。图2展示了沿着图I的线2-2获取的密封件100的截面。如图2中所示，密封件本体102可以包括多个侧壁108和110以及附接在各个侧壁108和110上的一个底壁112。 侧壁108和110以及底壁112定义了环形空腔104，该环形空腔具有与该底壁112相反的一个开口 114。弹簧106可以位于该环形空腔104之内。总体上，弹簧106可以与侧壁108 和110以及底壁112中的每个壁相接触。在一个实施方案中，该密封件本体包括一种复合材料。该复合材料可以包括一种热塑性材料，如一种工程的或者高性能的热塑性聚合物。例如，该热塑性材料可以包括一种聚合物，如聚酮、聚芳酰胺、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚苯砜、聚酰胺酰亚胺、超高分子量聚乙烯、热塑性氟聚合物、聚酰胺、聚苯并咪唑、液晶聚合物、 或它们的任何组合。在一个实例中，该热塑性材料包括聚酮、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯砜、氟聚合物、聚苯并咪唑、它们的衍生物、或它们的组合。在一个特别的实例中，该热塑性材料包括一种聚合物，如聚酮、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚酰胺酰亚胺、它们的衍生物、或它们的组合。在另一个实例中，该热塑性材料包括聚酮，如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮、它们的衍生物、或它们的组合。一种示例性的热塑性氟聚合物包括氟化的乙烯丙烯(FEP)， 聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)，全氟烷氧基(PFA)，四氟乙烯、六氟丙烯、以及偏二氟乙烯的一种三聚物(THV)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、或者它们的任何组合。一种示例性的液晶聚合物包括芳香族聚酯聚合物，如在商品名XYDAR (阿莫科公司(Amoco))、VECTRA (赫斯特公司(Hoechst Celanese) )、SUMIK0SUPER 或 EK0N0L (住友化学(Sumitomo Chemical))、 DuPont HX 或 DuPont ZENITE (杜邦公司(E. I. DuPont de Nemours))、R0DRUN (尤尼吉可(Unitika))、GRANLAR (格让德蒙特(Grandmont))下可得到的那些，或它们的任何组合。在一个另外的实例中，该热塑性聚合物可以是超高分子量聚乙烯。在一个实施方案中，该复合材料可以进一步包括导电填充剂以便改进导电性，如金属和金属合金、导电性含碳材料、陶瓷如硼化物和碳化物，或者它们的任何组合。在一个实例中，金属和金属合金可以包括青铜、铝、金、镍、银、它们的合金、或它们的任何组合。导电性含碳材料的实例包括碳纤维、定尺寸的碳纤维、PAN碳纤维、碳纳米管、碳纳米纤维、 碳黑、石墨、挤出的石墨，等等。此外，这些导电性含碳材料可以包括涂覆有气相沉积的金属(如银、镍等)的碳纤维以及聚合物纤维。陶瓷的实例可以包括硼化物和碳化物。此外， 这些陶瓷可以是经涂覆的或掺杂的陶瓷。在一个具体的实施方案中，该导电填充剂被精细地分散在该复合材料之内。可以使用导电填充剂以便增加该复合材料的导电性。这样，该导电填充剂可以具有的电阻率是不大于约O. I欧姆-厘米、如不大于约O. 01欧姆-厘米、 甚至不大于约O. 001欧姆-厘米。在一个示例性实施方案中，该复合材料包括至少约40. 0wt%的导电填充剂。例如， 该复合材料可以包括至少约50. 0wt%的导电填充剂、如至少约60. 0wt%的导电填充剂、至少约65. Owt%的导电填充剂、至少约70. Owt%的导电填充剂、或者甚至至少约75. Owt% 的导电填充剂。然而，过多的电阻率改性剂可能不利地影响物理的或机械的特性。这样， 该复合材料可以包括不大于约95. 0wt%的导电填充剂、如不大于约90. 0wt%的导电填充剂、或不大于约85. 0wt%的导电填充剂。在另一个实例中，该复合材料可以包括不大于约 75.0wt%的导电填充剂。在一个具体的实例中，该复合材料包括的导电填充剂的范围是约
40.Owt%至约75. Owt%、如范围是约50. Owt%至约75. Owt%、或者甚至约60. Owt%至约 75. Owt % ο这些导电填充剂可以增加电流穿过该复合材料的能力并且可以增加该密封件的导电性。在一个具体的实施方案中，该复合材料可以具有的体积电阻率是不大于约200欧姆-厘米、如不大于约100欧姆-厘米、甚至不大于约10欧姆-厘米。此外，该复合材料可以具有的表面电阻率是不大于约IO4欧姆/平方，如不大于约IO3欧姆/平方、如不大于约 IO2欧姆/平方、甚至不大于约10欧姆/平方。在一个实施方案中，该复合材料可以是一种弹性材料。杨氏模量可以是复合材料的刚度的一种度量，并且可以在这种材料样品的拉伸试验过程中从应力-应变曲线的倾斜来确定。这种复合材料可以具有的杨氏模量为至少约O. 5十亿帕斯卡、如至少约I. O十亿帕斯卡、如至少约3. O十亿帕斯卡、甚至至少约5. O十亿帕斯卡。在一个实施方案中，该复合材料可以具有相对低的摩擦系数。例如，这种复合材料的摩擦系数可以是不大于约O. 4，如不大于约O. 2，甚至不大于约O. 15。在另一个实施方案中，该复合材料可以具有相对高的伸长率。例如，该复合材料可以具有的伸长率为至少约20%，如至少约40%，甚至至少约50%。在一个实施方案中，该弹簧可以是多种弹簧设计中的任何一种。例如，该弹簧可以是倾斜的线圈弹簧、U形弹簧、螺旋弹簧、交叠的螺旋弹簧，等等。此外，该弹簧的末端可以是接合在一起的，如是通过焊接，以便形成一种环形弹簧。图3展示了一个倾斜的线圈弹簧 300。这个倾斜的线圈弹簧包括一根金属丝302，该金属丝可以被盘绕以形成倾斜的线圈弹簧300。图4展示了一个U形弹簧400。U形弹簧400包括形成为U形弹簧400的一个金属带402。图5和图6分别展示了一个螺旋弹簧500以及一个交叠的螺旋弹簧600。在螺旋弹簧500和交叠的螺旋弹簧600两者中，带件502和602可以形成一个螺旋的形状。该带件可以具有一个平坦的矩形的或者接近矩形的截面。带件502可以形成为一个螺旋的形状， 其中在螺旋弹簧500的相邻的弹簧圈之间有一个空隙504，而带件602可以形成为一个螺旋的形状，其中每个弹簧圈交叠在该交叠的螺旋弹簧600的早先的弹簧圈上。在这个交叠的螺旋弹簧的相邻弹簧圈之间的这种交叠可以是在该带件宽度的约20%与约40%之间。在一个实施方案中，该弹簧可以包括一种导电材料，如一种金属或一种金属合金。 该金属合金可以是不锈钢，铜合金如铍铜以及铜-铬-锌合金，镍合金如哈司特镍基合金、 Ν 220以及耐腐蚀游丝合金(Phynox)，或类似物。此外，该弹簧可以镀有一种镀层金属，例如金、锡、镍、银、或它们的任何组合。在一个替代实施方案中，该弹簧可以由一种涂覆有镀层金属的聚合物形成。在另一个实施方案中，该密封件可以被用作电子系统中的一个垫片或者密封件， 以便减少EMI/RFI并且提供一种耐化学性的环境密封件。在一个具体的实施方案中，该密封件可以被置于一个电子设备外壳的两个部分之间，如在一个本体与一个盖之间。在另一个具体实施方案中，一个具有低摩擦系数的密封件可以用在一个静止部件与一个旋转部件之间。优选地，该弹簧的两端可以焊接到一起以防止在EMI/RFI屏蔽中形成空隙。作为替代方案，该弹簧的两端可以不进行焊接，但是可以放置为靠在一起以使空隙的形成最少。图7展示了一个示例性的系统700。系统700可以包括一个静止部件702以及一个旋转部件704。该旋转部件704可以相对于该静止部件702进行旋转。系统700可以进一步包括置于该静止部件702与该旋转部件704之间的一个密封件706。密封件706可以类似于密封件100。在一个实施方案中，密封件706可以起作用来防止如通过灰尘、水、化学品、气体等等造成的环境污染通过该静止部件702与该旋转部件704之间的空隙进入或者离开该系统。此外，密封件706可以起作用来减少EMI/RFI以免影响该系统或者从该系统的放射出去。该密封件可以显著地减小能够从外壳的两个部分之间的这个空间穿过的电磁能。 例如，该密封件可以将穿过该空间的电磁能衰减至少_70dB，例如至少-80dB。此外，该密封件可以在一个频率范围(例如约IMHz与约600MHz之间)上具有基本上恒定的衰减。转向制造该密封件的方法，可以将该热塑性材料和填充剂进行混料或者挤出，例如在一个双螺杆挤出机中，以便形成该复合材料。混料可以包括双混料或剪切混合。替代地，可以将该热塑性材料和该填充剂进行共混，如在一个布拉班德(Brabender)混合器中， 或者可以进行研磨，如通过干磨或湿磨，以便形成该复合材料。可以使该复合材料成型。例如，可以挤出该复合材料。替代地，可以将该复合材料压入一个模具中并且进行烧结。此外， 可以将该复合材料在成型之后进行机加工以便形成该密封件本体。然后可以将该弹簧插入该密封件本体的凹槽之中。在一个实施方案中，该弹簧的末端可以在插入该凹槽中之前就焊接在一起。实例根据Mil DTL 83528-C对多个样品进行试验以便确定体积电阻率。结果在表I中提供。样品I是通过将一种PTFE与一种4wt%的碳填充剂进行共混而制备的。通过热压来形成一个毛坯。
如实例I那样制备样品2，但是加入12wt%的碳填充剂。
如实例2那样制备样品3，但是加入20Wt%的碳填充剂。
样品4是通过将PTFE与40wt%的镍粉进行共混而制备的。通过冷压、接着烧结而形成一个毛坯。
如实例4那样制备样品5，但是加入50Wt%的镍粉。
如实例4那样制备样品6，但是加入55wt%的镍粉。
样品7是通过将PTFE与石墨粉进行共混而制备的。通过冷压、接着烧结而形成一个毛坯。
样品8是一种具有碳填充剂的ETFE。
表I
权利要求
1.一种密封件包括一个密封件本体，该密封件本体包括一个环形空腔，该密封件本体，该密封件本体包括一种复合材料，这种复合材料具有一种热塑性材料以及一种填充剂，该复合材料具有的杨氏模量为至少约0.5十亿帕斯卡(GPa)并且体积电阻率为不大于约200欧姆-厘米 (Ohm-cm);以及一个在该环形空腔内的环形弹簧。
2.一种密封件包括一个导电弹簧；以及一个围绕该弹簧的壳体，该壳体包括一种复合材料，这种复合材料具有一种热塑性材料以及一种填充剂，该复合材料具有(i)至少约20%的伸长率和不大于约200欧姆-厘米的体积电阻率，或(ii)至少约O. 5十亿帕斯卡的杨氏模量和不大于约IO4欧姆/平方的表面电阻率。
3.如权利要求I或2所述的密封件，其中该复合材料具有的摩擦系数为不大于约O.4、 不大于约O. 2、或不大于约O. 15。
4.如权利要求I或2所述的密封件，其中该复合材料具有的摩擦伸长率为至少约 20%、或至少约40%、或至少约50%。
5.如权利要求I或2所述的密封件，其中该杨氏模量是至少约I十亿帕斯卡、至少约3 十亿帕斯卡、或至少约5十亿帕斯卡。
6.如权利要求I或2所述的密封件，其中该体积电阻率是不大于约100欧姆-厘米或不大于约10欧姆-厘米。
7.如权利要求I或2所述的密封件，其中该复合材料具有的表面电阻率为不大于约IO4 欧姆/平方、不大于约IO3欧姆/平方、不大于约IO2欧姆/平方、或不大于约10欧姆/平方。
8.如权利要求I或2所述的密封件，其中该热塑性材料包括聚酮，聚芳酰胺，热塑性聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚苯硫醚，聚醚砜，聚砜，聚苯砜，聚酰胺酰亚胺，超高分子量聚乙烯，热塑性氟聚合物，聚酰胺，聚苯并咪唑，或它们的任何组合。
9.如权利要求8所述的密封件，其中该热塑性氟聚合物包括氟化的乙烯丙烯(FEP)， 聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)，全氟烷氧基(PFA)，四氟乙烯、六氟丙烯、以及偏二氟乙烯的一种三聚物(THV)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)，或者它们的任何组合。
10.如权利要求I或2所述的密封件，其中该填充剂包括一种导电填充剂。
11.如权利要求10所述的密封件，其中该导电填充剂包括碳填充剂，碳纤维，碳颗粒， 石墨，金属填充剂如青铜、铝、和其他金属以及它们的合金，金属氧化物填充剂，金属涂覆的碳填充剂，金属涂覆的聚合物填充剂，或它们的任何组合。
12.如权利要求I或2所述的密封件，其中该填充剂被精细地分散在该复合材料之内。
13.如权利要求I或2所述的密封件，其中该环形弹簧包括倾斜的线圈弹簧、U形弹簧、 螺旋弹簧、或者交叠的螺旋弹簧。
14.如权利要求I或2所述的密封件，其中该环形弹簧处于具有多个弹簧圈的螺旋的形式。
15.如权利要求I或2所述的密封件，其中该环形弹簧是一个具有环形形状的闭合的圈。I或2所述的密封件，其中该环形弹簧包括一种导电带。 16所述的密封件，其中该导电带包括焊接在一起的第一和第二末端。 16所述的密封件，其中该导电带具有的宽度是在约O. 060英寸与约 18所述的密封件，其中该环形弹簧具有的线圈直径小于该导电带宽度 19所述的密封件，其中该线圈直径是在约O. 060英寸与约O. 250英寸 16所述的密封件，其中该导电带具有的厚度是在约O. 003英寸与约
16.如权利要求
17.如权利要求
18.如权利要求 O. 300英寸之间。
19.如权利要求的约三倍。
20.如权利要求之间。
21.如权利要求 O. 006英寸之间。
22.如权利要求16所述的密封件，其中该导电带形成为一个交叠的螺旋线圈。
23.如权利要求22所述的密封件，其中该交叠的螺旋线圈具有的交叠距离是在其宽度的约20 %与约40 %之间。
24.如权利要求I或2所述的密封件，其中该环形弹簧由一种金属或者金属合金形成。
25.如权利要求24所述的密封件，其中该金属合金包括镍合金、铜合金、不锈钢、或者它们的任何组合。
26.如权利要求25所述的密封件，其中该镍合金包括哈司特镍基合金、Ni220、耐腐蚀游丝合金(Phynox)、或它们的任何组合。
27.如权利要求26所述的密封件，其中该铜合金包括铜铍合金、铜-铬-锌合金、或它们的任何组合。
28.如权利要求I或2所述的密封件，其中该环形弹簧被镀有一种镀层金属。
29.如权利要求28所述的密封件，其中该镀层金属包括金、锡、镍、银、或它们的任何组合。
30.一种系统,包括一个静止部件一个旋转部件，该旋转部件相对于该静止部件进行旋转，(i)该静止部件的至少一部分是处于该旋转部件的一部分之内，或者(ii)该旋转部件的至少一部分是处于该静止部件的一部分之内；以及在该静止部件与该旋转部件之间的一个密封件；该密封件包括一个弹簧；以及一个围绕该弹簧的壳体，该壳体包括一种复合材料，该复合材料具有一种热塑性材料以及一种填充剂，该复合材料具有的伸长率为至少约20%、至少约40%、或至少约50%，并且该复合材料具有的表面电阻率为不大于约IO4欧姆/平方、不大于约IO3欧姆/平方、不大于约IO2欧姆/平方、或不大于约10欧姆/平方。
31.如权利要求30所述的系统，其中该复合材料具有的摩擦杨氏模量为至少约O.5十亿帕斯卡、至少约I十亿帕斯卡、至少约3十亿帕斯卡、或至少约5十亿帕斯卡。
32.如权利要求30所述的系统，其中该复合材料具有的摩擦系数为不大于约O.4、不大于约O. 2、或不大于约O. 15。
33.如权利要求30所述的系统，其中该复合材料具有的体积电阻率为不大于约200欧姆-厘米、不大于约100欧姆-厘米、或不大于约10欧姆-厘米。
34.一种制造密封件的方法，包括由一种复合材料形成一个壳体，该复合材料包括一种热塑性材料以及一种填充剂，该复合材料具有的伸长率为至少约20%、至少约40%、或至少约50%，并且该复合材料具有的表面电阻率为不大于约IO4欧姆/平方、不大于约IO3欧姆/平方、不大于约IO2欧姆/平方、或不大于约10欧姆/平方；将该壳体进行机加工以便在其中形成一个凹槽；并且将一个弹簧插入该凹槽之内。
35.如权利要求34所述的方法，其中形成包括压缩模制以及烧结。
36.如权利要求34所述的方法，其中形成包括挤出。
37.如权利要求34所述的方法，其中该复合材料具有的摩擦杨氏模量为至少约O.5十亿帕斯卡、至少约I十亿帕斯卡、至少约3十亿帕斯卡、或至少约5十亿帕斯卡。
38.如权利要求34所述的方法，其中该复合材料具有的摩擦系数为不大于约O.4、不大于约O. 2、或不大于约O. 15。
39.如权利要求34所述的方法，其中该复合材料具有的体积电阻率为不大于约200欧姆-厘米、不大于约100欧姆-厘米、或不大于约10欧姆-厘米。
全文摘要
一种密封件包括一个包含了环形空腔的密封件本体，以及一个在该环形空腔内的环形弹簧。该密封件本体，该密封件本体包括一种复合材料，这种复合材料具有一种热塑性材料和一种填充剂。这种复合材料可以具有至少约0.5十亿帕斯卡的杨氏模量，不大于约200欧姆-厘米的体积电阻率，至少约20％的伸长率，不大于约104欧姆/平方的表面电阻率，或者它们的任何组合。
文档编号F16J15/00GK102598892SQ201080043669
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月4日 优先权日2009年10月2日
发明者D·M·姆恩罗, J·M·勒恩哈特, J·R·索萨, K·韦德斯沃兰 申请人:美国圣戈班性能塑料公司