BRPI0409587B1

BRPI0409587B1 - "multiplanar conductor gauge material for protection against electromagnetic interference and method for formation of a conductor gaxet material"

Info

Publication number: BRPI0409587B1
Application number: BRPI0409587-1A
Authority: BR
Inventors: J. Kaplo Joseph
Original assignee: J. Kaplo Joseph
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2017-10-31
Also published as: US20040209065A1; WO2004093855A3; DE602004024408D1; ES2336449T3; BRPI0409587A; JP2006524917A; CN1778156A; KR20060003036A; US7622407B2; WO2004093855A2; NO334849B1; EP1654917A2; EP1654917B1; US20060199458A1; US20060208426A1; US7081292B2; HK1090794A1; NO20055473L; ATE451006T1; US7353597B2

Abstract

"gaxeta de proteção emi multiplanar e método de fabricação". um material de gaxeta condutor multiplanar possuindo um núcleo de espuma, uma camada de rede condutora compreendendo uma mistura mesclada de fibras condutoras e de fibras não condutoras, um tecido de reforço uma pluralidade de fibras da mistura mesclada intercaladas através do núcleo de espuma e do tecido de reforço. as fibras da mistura mesclada são fixadas a quente dentro do material de gaxeta.

Description

"MATERIAL DE GAXETA CONDUTOR MULTIPLANAR PARA PROTEÇÃO CONTRA INTERFERÊNCIAS ELETROMAGNÉTICAS E MÉTODO PARA FORMAÇÃO DE UM MATERIAL DE GAXETA CONDUTOR" Fundamentos da Invenção Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se geralmente a uma gaxeta de proteção EMI. Particularmente, a presente invenção refere-se a uma gaxeta de proteção EMI possuindo condutividade elétrica através da gaxeta.

Descrição da Técnica Anterior [002] As gaxetas de proteção EMI são utilizadas para vedar eletricamente os espaços (gaps) em invólucros metálicos que englobam componentes eletrônicos. Os espaços entre os painéis, janelas, etc., e um alojamento fornecem uma oportunidade indesejada para a passagem de EMI/RFI através da proteção. Os espaços também interferem com as correntes elétricas que correm ao longo das superfícies do alojamento a partir da energia EMI/RFI, que é absorvida e está sendo conduzida à terra. Os espaços reduzem a eficiência do percurso de condução à terra e podem até mesmo resultar na proteção se tornando uma fonte secundária de dispersão de EMI/RFI.

[003] Várias configurações de gaxetas foram desenvolvidas durante os anos para fechar os espaços para efetuar a menor perturbação possível das correntes de condução à terra. Cada uma busca estabelecer um percurso eletricamente condutor mais contínuo possível através dos espaços. Algumas são úteis apenas em aplicações estáticas enquanto outras podem ser utilizados em ambas as aplicações estáticas e dinâmicas. Uma aplicação estática é uma aplicação onde as partes funcionam a uma altura fixa e onde a força de carga é constante. Uma aplicação dinâmica é uma aplicação onde as partes funcionam sob uma altura variável entre os limites máximo e mínimo e onde as forças de carga irão variar na proporção inversa à altura. Um exemplo de uma aplicação dinâmica é uma aplicação onde as placas, janelas, etc. são separadas e reconectadas repetidamente a um alojamento.

[004] Os invólucros que alojam vários componentes eletrônicos devem, freqüentemente, ser abertos e fechados a fim de servir os componentes eletrônicos dentro dos mesmos. Para suportar as inúmeras aberturas e fechamentos do invólucro, uma gaxeta de proteção EMI deve ser adequada para aplicações dinâmicas. Infelizmente, existem comprometimentos inevitáveis entre a capacidade de uma gaxeta engatar e se conformar de forma suave e completa à superfície do alojamento adjacente aos espaços, a capacidade condutora da gaxeta, a facilidade de montagem da gaxeta, a capacidade de a gaxeta suportar a ruptura e o desgaste abrasivo, além da compressão e do relaxamento repetidos, e o custo de fabricação da gaxeta. Inúmeras gaxetas de proteção EMI da técnica anterior foram reveladas.

[005] A patente U.S. No. 6,309,742 BI (2002, Clupper et al.) revela uma gaxeta de proteção EMI/RFI. A gaxeta eletricamente condutora possui um substrato de espuma de célula aberta metalizado com uma estrutura principal e um revestimento metálico depositado sobre a estrutura principal. A gaxeta é recuperável e substancialmente deformável sob baixa pressão. A metalização da espuma apresenta-se na forma de um revestimento metálico na estrutura principal da espuma. O revestimento metálico é depositado na maior parte das superfícies por todo o substrato de espuma de célula aberta na estrutura principal. Uma desvantagem do dispositivo de Clupper é que o processo de metalização deve ser cuidadosamente controlado a fim de revestir suficientemente a gaxeta com metal através de todo o substrato de espuma para fornecer uma condutividade interna adequada, mas não um revestimento excessivo com metal de modo que a espuma metalizada se torne dificil de se comprimir e/ou insuficientemente resiliente.

[006] A patente U.S. No. 6,395,402 BI (2002, Lambert et al.) revela métodos de preparação de uma espuma polimérica eletricamente condutora. Os métodos incluem as etapas de (a) contatar a espuma polimérica com uma solução tensoativa; (b) contatar a espuma polimérica com uma solução sensibilizante; (c) contatar a espuma polimérica com uma solução de ativação; e (d) formar pelo menos uma camada metálica na espuma polimérica com um processo de revestimento por via electroless.

[007] Um boletim sobre novos produtos da Laird Technologies revela uma espuma condutora retardadora de chama que fornece condutividade de eixos x, y e z para melhorar a eficiência de proteção. Uma desvantagem da espuma condutora de Laird é que ela é projetada para áreas de baixa tensão não dinâmicas, tal como proteção de entrada/saida, além de outras configurações de conector padrão.

[008] A patente U.S. No. 6,465,731 (2002, Stanley Miska) revela uma proteção EMI condutora interna. 0 dispositivo de Miska utiliza um núcleo condutor possuindo fibras revestidas de metal embutidas no núcleo ou um núcleo de espuma revestido de metal. Uma desvantagem desse dispositivo é que o revestimento de metal pode quebrar com a compressão e o relaxamento repetidos, causando uma degradação na condutividade interna da gaxeta.

[009] As espumas condutoras revestidas metálicas das descrições acima não são reutilizáveis em aplicações dinâmicas visto que as superfícies metálicas revestidas que foram colocadas dentro das células da espuma são rígidas. Essas superfícies metálicas rígidas quebrarão depois de a compressão inicial ter ocorrido.

[010] Portanto, o que se precisa é de um material de gaxeta de proteção EMI que seja flexível e não deformável para utilização em aplicações dinâmicas. O que se precisa, adicionalmente, é de um material de gaxeta de proteção EMI que forneça condutância por todo um núcleo de espuma, mas que não tenha uma composição de revestimento metálico rígida. O que se precisa, ainda, é de um material de gaxeta de proteção EMI que forneça condutância por todos os eixos X, Y e Z. O que se precisa, ainda, é de um método de produção de uma gaxeta de proteção EMI que seja barata e conserve as características de resiliência e de flexibilidade do núcleo de espuma.

Sumário da Invenção [011] É um objetivo da presente invenção fornecer uma gaxeta de proteção EMI útil em aplicações dinâmicas. É um objetivo adicional da presente invenção fornecer uma gaxeta de proteção EMI que conserve sua condutância relativamente alta durante os ciclos de compressão e relaxamento de reutilização. É ainda um objetivo adicional da presente invenção fornecer eficiência de proteção substancialmente similar com reutilização. É outro objetivo da presente invenção fornecer uma gaxeta de proteção EMI que proteja nos eixos X, Y e Z tridimensionais. É ainda um outro objetivo da presente invenção fornecer um método de produção de uma gaxeta de proteção EMI que seja barata e conserve as características de resiliência e de flexibilidade do núcleo de espuma.

[012] A presente invenção alcança esses e outros objetivos fornecendo uma gaxeta de proteção EMI multiplanar que possui um núcleo de espuma flexível, uma rede de fibra condutora em pelo menos um lado do núcleo de espuma, e uma pluralidade de fibras condutoras mescladas entrelaçadas por todo o núcleo de espuma. Uma modalidade preferida da presente invenção inclui adicionalmente um tecido de reforço contra o núcleo de espuma onde a pluralidade de fibras condutoras mescladas também é entrelaçada através do tecido de reforço. A pluralidade de fibras condutoras mescladas estende-se da superfície superior do núcleo de espuma, através do interior do núcleo de espuma, e projeta-se para fora a partir da superfície inferior do núcleo de espuma. A gaxeta de proteção EMI exibe a condutividade de eixos X, Y e Z devido à presença das fibras condutoras mescladas acima, abaixo e por todo o núcleo de espuma, respectivamente.

[013] O núcleo de espuma da gaxeta de proteção EMI multiplanar é composto de uma espuma celular flexível polimérica convencional. 0 núcleo de espuma pode ser de células abertas, células parcialmente abertas, ou células fechadas, dependendo das necessidades da aplicação específica. As espumas celulares flexíveis poliméricas convencionais incluem, mas não são limitadas a, elastômero termoplástico (TPE) , tal como SANTOPRENE®, NEOPRENE® ou um material contendo poliuretano, tal como poliéster, poliéter, poliuretano, ou combinações dos mesmos. As espumas possuem preferivelmente uma espessura variando de cerca de 0,5 a cerca de 50 milímetros.

[014] A rede de fibra condutora da gaxeta de proteção EMI multiplanar é composta de uma mistura mesclada homogênea de uma pluralidade de fibras condutoras e não condutoras. As fibras condutoras da rede de fibra são tipicamente compostas de prata, prata/cobre, ou prata/niquel em uma fibra cortada de náilon de 1 a 15 Denier de tamanho e de 2,54 a 12,70 cm (1 a 5 polegadas) de comprimento. As fibras não condutoras da rede de fibra são tipicamente compostas de uma fibra de baixo ponto de amolecimento, tal como fibras de poliéster de dois componentes de 1 a 15 Denier de tamanho e de 2,54 a 12,70 cm (1 a 5 polegadas) de comprimento, mas compostas, preferivelmente, de fibras de poliéster modificadas com polietileno tereftalato glicol (PETG). As fibras condutoras e não condutoras da presente invenção são mescladas em uma razão tipica de cerca de 75/25, com essa razão ajustável para cima ou para baixo, dependendo da condutividade e da eficiência de proteção (SE) do produto final desejado. A composição preferida inclui fibras não condutoras retardadoras de chama de modo que a mescla tenha uma razão tipica de cerca de 65% de fibras condutoras, cerca de 20% de fibras adesivas não condutoras e cerca de 15% de fibras não condutoras retardadoras de chama.

[015] A rede de fibra condutora é formada mesclando fibras condutoras e não condutoras em uma mistura homogênea e, a seguir, alimentando as fibras mescladas em uma máquina de cardar tecidos ou uma máquina de fabricação de rede (webber) de fibra aleatória. Esse processo produz uma rede larga de 101,6 a 203,2 cm (40 a 80 polegadas) com um peso entre 10 e 200 gramas para cada 0,83 m2 (1 jarda quadrada), dependendo da condutividade e da eficiência de proteção desejadas do produto acabado.

[016] Um tecido de enrijecimento pode ser opcionalmente adicionado entre o núcleo de espuma e a rede de fibra condutora para criar um material de gaxeta EMI final mais rígido. O tecido de enrijecimento pode ser necessário quando o núcleo de espuma possuir uma espessura de menos de 5 milímetros. O tecido de enrijecimento pode ser utilizado onde uma tira acabada de produto de gaxeta possuindo uma espessura de núcleo de menos de cinco milímetros não apresentar uma determinada firmeza, enrijecimento ou rigidez necessária.

[017] A fim de melhorar tanto a condutividade quanto a eficiência de proteção da gaxeta condutora da presente invenção, uma camada fina de lâmina de alumínio é inserida entre a rede de fibra condutora e o núcleo de espuma de poliuretano flexível antes da operação de perfuração por agulha (needlepunching) . A camada de lâmina de alumínio possui uma espessura preferivelmente entre 0,001 e 0,005 cm (0,0005 a 0,002 polegadas) e está disponível na Neptco, Inc., Pawtucket, RI. A adição de uma camada de lâmina de alumínio fina melhora o desempenho de proteção da gaxeta de Entrada/Saída de corte de matriz ou da tira de gaxeta EMI.

[018] A fim de aperfeiçoar a capacidade da gaxeta de tira de suportar a ação de cisalhamento repetida de direção transversal, toda a superfície posterior da gaxeta de tira ou da gaxeta de Entrada/Saída é coberta com um adesivo sensível à pressão de padrão especial tipo colméia. O padrão especial tipo colméia possui aberturas em forma de diamante que permitem a conectividade entre o lado posterior condutor da gaxeta multiplanar e a superfície sobre a qual é fixado. Essa técnica permite a utilização de um produto adesivo PSA mais barato, não condutor, tal como aquele disponível como número de produto RX650ULT de Scapa North America, Windsor, CT. Toda a gaxeta ou superfície I/O é aderida de forma sólida à caixa do gabinete ou à porta do invólucro fornecendo uma ação de cisalhamento transversal superior.

[019] Apesar de uma modalidade do material de gaxeta de proteção EMI multiplanar ser formada pela deposição da rede de fibra condutora na espuma celular, flexível, polimérica, é preferível se formar o material de gaxeta de proteção EMI multiplanar pela deposição da rede de fibra condutora e do tecido de reforço na espuma celular flexível e polimérica. O conjunto preferido da rede de fibra condutora, da espuma polimérica e do tecido de reforço é então apresentado a um tear de perfuração com agulha. O tear perfura com agulha as fibras mescladas da rede de fibra condutora através da espuma e do tecido de reforço. Para se evitar o rasgo ou ruptura da espuma e do tecido, uma agulha especial com ponta de cinzel é utilizada. A agulha de tear possui uma ponta tipo cinzel com uma pluralidade de farpas anguladas ao longo do eixo da agulha da ponta de cinzel por uma distância pré-definida. As farpas possuem tipicamente um ângulo de cinco graus, mas as agulhas de tear possuindo farpas anguladas maiores também podem ser utilizadas. Quanto maior o ângulo da farpa, maior o número transportado de fibras da rede de fibra condutora através da espuma.

[020] Visto que o processo de perfuração com agulha no tear de perfuração com agulha tende a criar uma característica tipo "felpa de tapete" na rede de fibra condutora, o produto intermediário é fixado a quente ou termofixado para travar as fibras no lugar. O processo de fixação a quente ou termofixação envolve o aquecimento do produto intermediário até o ponto de amolecimento das fibras adesivas não condutoras, que é inferior ao ponto de amolecimento das fibras condutoras. O ponto de amolecimento das fibras não condutoras está tipicamente na faixa de cerca de 110° C a cerca de 138° C. Para as fibras de poliéster de dois componentes, é de cerca de 115° C a cerca de 138° C. Para as fibras PETG é de cerca de 110° C.

[021] A construção da presente invenção fornece flexibilidade e capacidade de angulação inigualável pelos produtos convencionais. É a ausência de um tecido entrelaçado metalizado rígido, além da ausência de camadas de revestimentos ou de adesivos utilizados para aderir a espuma ao tecido condutor, que permite que a presente invenção contate de perto o invólucro eletrônico a fim de fornecer uma vedação EMI mais perfeita possível; uma característica crítica necessária para futuras altas velocidades com amplitude de onda elétrica ultrafina.

[022] Adicionalmente, a simplicidade de fabricação e o custo mais baixo das matérias primas utilizadas fornecem economias importantes no custo do produto acabado. Adicionalmente, o processo de fabricação simplificado fornece a um usuário uma faixa muito mais ampla ou extensa de aplicações.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é uma vista em perspectiva ampliada da presente invenção mostrando o material de gaxeta EMI multiplanar; a figura 2 é uma vista transversal de uma modalidade da presente invenção mostrando uma folha parcialmente formada de material de gaxeta EMI; a figura 3 é uma vista transversal de uma segunda modalidade da presente invenção mostrando uma folha parcialmente formada de material de gaxeta EMI; a figura 4 é uma vista transversal de uma terceira modalidade da presente invenção mostrando uma folha parcialmente formada de material de gaxeta EMI possuindo um tecido de enrijecimento adicionado entre o núcleo de espuma e a rede de fibra condutora; a figura 5 é uma vista transversal de uma variedade de formatos termoformados utilizando o material de gaxeta da presente invenção; as figuras 6A e 6B são vistas laterais de agulhas utilizadas no processo de tecelagem por agulha de formação do material de gaxeta EMI multiplanar da presente invenção;

a figura 7 é uma vista lateral de uma linha de termoformação para criar o material de gaxeta EMI multiplanar final da presente invenção; a figura 8 é uma vista em perspectiva ampliada da presente invenção mostrando o material de gaxeta EMI multiplanar com um tecido de reforço; a figura 9 é uma vista transversal da modalidade preferida da presente invenção mostrando uma folha parcialmente formada de material de gaxeta EMI.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida [023] As modalidades preferidas da presente invenção são ilustradas nas figuras 1 a 9. A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma folha de material de gaxeta EMI multiplanar 100. O material de gaxeta EMI multiplanar 100 possui um núcleo de espuma polimérica 20, uma camada de uma rede de fibra condutora 40 em pelo menos um lado do núcleo de espuma 20, e uma pluralidade de fibras condutoras 43 intercaladas totalmente através do núcleo de espuma 20. O núcleo de espuma polimérica 20 possui uma superfície superior 22 e uma superfície inferior 24 com uma pluralidade de poros intercalados (não mostrados) localizados através do núcleo de espuma 20. A pluralidade de fibras intercaladas 43 projeta-se a partir da superfície inferior 24 do núcleo de espuma 20 e mantém continuidade elétrica com a rede de fibra condutora 40. Um exemplo de um material aceitável para utilização como núcleo de espuma 20 é a espuma Foamex Ether tipo YCC240-115 disponível na Foamex International, East Rutherford, NJ. No entanto, a escolha de quaisquer espumas de uretano e silicone de baixa densidade e baixa compressão leva em conta forças de encerramento ou compressão muito baixas para as qaxetas multiplanares EMI a menos de 140,61 gramas/cm2 (2,0 psi) .

[024] A rede de fibra condutora 40 é uma mistura mesclada de uma pluralidade de fibras condutoras e não condutoras. As fibras condutoras e as fibras não condutoras são mescladas em uma mistura homogênea e alimentadas para dentro de uma máquina de cardar têxtil ou de uma máquina de fabricação de rede de fibra aleatória. O processo produz uma rede larga de 101,6 a 203,2 cm (40 a 80 polegadas) com um peso entre cerca de 10 e cerca de 200 gramas para cada 0,83 m2 (1 jarda quadrada) . O peso da rede depende da condutividade e da eficiência de proteção desejadas. Um aperfeiçoamento adicional na rede de fibra condutora 40 tem sido obtido quando a mistura mesclada inclui fibras retardadoras de chama dentro da mistura.

[025] As fibras condutoras são tipicamente compostas de prata, prata/cobre, ou prata/niquel ou fibras cortadas de náilon de 1 a 15 Denier de tamanho e de 2,54 a 12,70 cm (1 a 5 polegadas) de comprimento. Em uma modalidade, as fibras não condutoras são fibras de poliéster de dois componentes não condutoras disponíveis na Stein Limited, Albany, NY. Uma razão de mescla típica das fibras condutoras e não condutoras é de cerca de 3 para 1 (75/25) . A razão de mescla, no entanto, pode ser ajustada dependendo das exigências de condutividade e eficiência de proteção do produto final.

[026] A figura 2 é uma vista transversal do processo de tear com agulha de produção de uma modalidade de material de gaxeta EMI 100. A rede de fibra condutora 40 é introduzida em uma relação de camada com o núcleo de espuma 20 formando um conjunto multiplanar 50. 0 conjunto multiplanar 50 é, então, submetido a um tear com agulha 500 que processa o conjunto multiplanar 50 como o processo utilizado para a produção de tapetes. O tear com agulha 500 intercala as fibras individuais 43 de rede 40 a partir da rede 40 através do núcleo de espuma 2 0 de modo que uma pluralidade de fibras individuais 43 se projete para fora da superfície inferior 24. O processo de tear com agulha intertrava, ou une, a rede de fibra 40 ao núcleo de espuma 20 formando um núcleo multiplanar 90 sem a necessidade de um adesivo.

[027] Voltando agora para a figura 3, é ilustrada uma vista transversal do processo de tear com agulha produzindo uma segunda modalidade de material de gaxeta EMI 100. Como descrito acima, a rede de fibra condutora 40 é introduzida em uma relação de camada com o núcleo de espuma 20 formando um conjunto multiplanar 50. O conjunto multiplanar 50 é, então, submetido a um tear com agulha 500 que processa o conjunto multiplanar 50. O tear com agulha 500 intercala fibras individuais 43 de rede 40 a partir da rede 4 0 através do núcleo de espuma 20 de modo que uma pluralidade de fibras individuais 43 se projete para fora da superfície inferior 24. O processo de tear com agulha intertrava, ou une, a rede de fibra 40 ao núcleo de espuma 20 formando o núcleo multiplanar 90. Uma segunda rede de fibra condutora 40' é, então, introduzida em uma relação de camada com o núcleo de espuma 20 na superfície inferior 24 formando um conjunto multiplanar 50' composto de um núcleo multiplanar 90 e a segunda rede de fibra condutora 40'. O conjunto multiplanar 50' é, então, submetido a um segundo tear com agulha 500' que processa o conjunto multiplanar 50'. O tear com agulha 500' intercala fibras individuais 43' de rede 40' através do núcleo de espuma 20 de modo que uma pluralidade de fibras individuais 43' se projete e faça contato com a rede condutora 40. O processo de segundo tear com agulha intertrava a rede de fibra 40' ao núcleo multiplanar 90 formando o núcleo multiplanar 90'.

[028] Em casos onde a espessura do núcleo de espuma 20 é muito fina, tal como, por exemplo, inferior a cinco milímetros de espessura, o material de gaxeta 100 pode ser desprovido de uma firmeza, enrijecimento ou rigidez determinada necessária. A figura 4 é uma vista transversal do processo de tear com agulha produzindo uma terceira modalidade de material de gaxeta EMI 100. Um tecido de enrijecimento não condutor 30 é introduzido em uma relação de camada entre a rede de fibra condutora 40 e o núcleo de espuma 20 formando um conjunto multiplanar 150. 0 conjunto multiplanar 150 é, então, submetido a um tear com agulha 500 que processa o conjunto multiplanar 150. O tear com agulha 500 intercala fibras individuais 43 de rede 4 0 a partir da rede 40 através do tecido de enrijecimento 30 e do núcleo de espuma 20 de modo que uma pluralidade de fibras individuais 43 se projete para fora da superfície inferior 24. O processo de tear com agulha intertrava, ou une, a rede de fibra 40 ao tecido de enrijecimento 30 e ao núcleo de espuma 20 formando o núcleo multiplanar 190.

[029] O tecido de enrijecimento 30 é, preferivelmente, uma rede de fibras não condutoras possuindo uma mescla de cerca de 4 para 1 (80/20) de fibras de poliéster de dois componentes e poliéster regular, respectivamente. O poliéster de dois componentes possui, tipicamente, um ponto de amolecimento de cerca de 115° a 137° C (240° F a 280° F). Uma vantagem adicional da incorporação de tecido de enrijecimento 30 é a utilização das características de termoformação do tecido de enrijecimento em várias seções transversais tridimensionais que fornecem melhores gaxetas de entrada/salda e tira de proteção. A figura 5 fornece exemplos ilustrativos de vários formatos, mas não deve ser interpretada como limitada a apenas aqueles formatos ilustrados. Cada um dos formatos inclui um núcleo de espuma 20, um tecido de enri jecimento 30, uma rede de fibra condutora 40, e uma pluralidade de fibras condutoras 43 que penetram através do núcleo de espuma 30, tudo como revelado previamente.

[030] Para melhorar ambas a condutividade e a eficiência de proteção do material de gaxeta 100, uma camada de lâmina fina de alumínio pode ser inserida entre a rede de fibra condutora 40 e o núcleo de espuma 20. A figura 4 pode ser utilizada para ilustrar o material de gaxeta melhorado 100 visto que o tecido de enrijecimento 30 é simplesmente substituído pela camada de folha de alumínio. A operação de perfuração com agulha restante é a mesma. É notado que uma combinação de um tecido de enrijecimento 30 e de uma camada de folha de alumínio também pode ser utilizada. Em tal caso, a camada de folha de alumínio será preferivelmente adjacente ao tecido de enrijecimento 30.

[031] As figuras 6A e 6B são vistas laterais de dois exemplos ilustrativos de agulhas utilizadas no tear com agulha 500. As figuras 6A e 6B ilustram agulhas de perfuração com agulha 510a e 510b. As agulhas 510a e 510b possuem partes de cotovelo 512a e 512b, partes de haste ou eixo 514a, 514b, partes afuniladas ou cônicas 516a, 516b, partes de farpa 518a, 518b e partes de ponta de cinzel 520a, 520b idênticas. A parte de farpa 518a de agulha 510a possui uma pluralidade de farpas anguladas a cinco graus 519a. A parte de farpa 518b de agulha 510b possui uma pluralidade de farpas anguladas a vinte graus 519b. Quanto maior o ângulo nas farpas, maior o número de fibras 43 transportadas pela agulha através do núcleo de espuma 20. As agulhas 510a, 510b podem ser compradas na Foster Needles Company e são do tipo agulhas de 6 farpas especiais CBA F56-3B/CP 15x18x40x3. Características particularmente importantes das agulhas 510a, 510b são que as agulhas (a) permitem a penetração de uma seção transversal da espuma sem rasgar a mesma, e (b) transportam as fibras individuais 43 através do núcleo de espuma 20 para o lado oposto.

[032] Outra característica importante da presente invenção é a utilização de uma mescla de fibra de fibras condutoras e não condutoras, de ponto de fusão mais baixo. As fibras não condutoras de ponto de fusão mais baixo são poliéster de dois componentes (como revelado previamente) e possuem um ponto de amolecimento de cerca de 115° C a 137° C (240° F a 280° F) . Apesar de os núcleos multiplanares 90 e 90' possuírem as qualidades necessárias de um material de gaxeta condutor, as fibras nos núcleos multiplanares 90 e 90' tendem a criar uma filaça de fibra condutora. Essa filaça de fibra condutora é indesejável, particularmente em aplicações eletrônicas onde fibras condutoras soltas podem causar curto circuito não intencional nos circuitos eletrônicos. Para impedir que isso ocorra, os núcleos multiplanares 90 e 90' são submetidos a um processo de tratamento térmico.

[033] Voltando agora para a figura 7, é mostrado um exemplo ilustrativo de tal processo de tratamento térmico. O processo de termoformação 700 inclui um rolo de núcleo multiplanar 90 ou 90', uma câmara aquecida 720, uma matriz de conformação a frio 730, correias puxadoras 740, e um mecanismo de corte 750. 0 núcleo multiplanar 90 ou 90' é desenrolado e alimentado através de um cilindro 710 para dentro da câmara aquecida 720. A câmara aquecida 720 inclui cilindros aquecidos, tal como uma calandra têxtil ou duas correias aquecidas, que trazem o núcleo multiplanar 90 ou 90' para o ponto de amolecimento das fibras de poliéster de dois componentes não condutoras, que é de tipicamente 115° C a 137° C (240° F a 280° F). Esse processo de aquecimento trava as fibras condutoras no lugar e evita qualquer movimento subsequente ou perda das fibras condutoras enquanto mantém as características de resiliência e flexibilidade da gaxeta. O material resultante forma um material de gaxeta EMI multiplanar que é condutor, não apenas nos eixos X e Y, mas também no eixo Z através da gaxeta.

[034] Nesse ponto, o material de gaxeta 100 pode ser armazenado para corte posterior em matriz ou pode ser cortado em matriz passando através da câmara aquecida 720. Se o corte de matriz for realizado como parte do processo de formação térmica 700, então o material de gaxeta 100 é resfriado para quase a temperatura ambiente antes de passar através da matriz de conformação a frio 730. A matriz de conformação a frio 730 estampa ou corta o gabarito requerido no material de gaxeta 100, que é passado através das correias puxadoras 740 e é movido para o mecanismo de corte 750 onde as gaxetas cortadas em matriz são cortadas no comprimento.

[035] A presente invenção e o método fornecem uma bainha contínua de espuma celular flexível possuindo a capacidade de conduzir eletricidade e fornecer proteção EMI em uma configuração de 3 eixos (X-Y-Z). A presente invenção consiste no material de gaxeta condutor básico para a fabricação de gaxetas de tiras de larguras muito pequenas e muito largas, além de gaxetas de Entrada/Saída de corte de matriz para áreas de superfície muito pequenas e muito grandes. Deve-se compreender que o composto de fibras condutoras perfuradas com agulha através da espuma pode ser feito em uma variedade de densidades de fibra e espessura de espuma que variam dependendo da aplicação. O material de gaxeta condutor da presente invenção também pode ser fissurado em tiras individuais para a produção de gaxetas de tiras continuas. Adicionalmente, como explicado acima, a utilização de uma camada de tecido de enrijecimento feito de poliéster de dois componentes fornece a capacidade de criar uma variedade de formatos de gaxetas moldadas termicamente.

[036] Voltando agora para a figura 8, é ilustrada uma vista em perspectiva de uma folha de uma modalidade preferida de material de gaxeta EMI multiplanar. 0 material de gaxeta EMI multiplanar 200 fornece um desempenho melhorado com relação ao material de gaxeta EMI multiplanar 100. Particularmente, o material de gaxeta EMI multiplanar 200 fornece um melhor controle de retenção de fibra solta, diminuição na resistência elétrica nos eixos X, Y e Z, resistência à inflamabilidade aumentada, resistência à abrasão aumentada, redução nos custos de matéria prima, diminuição nas exigências de força de compressão, melhor controle de elasticidade e resistência aperfeiçoada.

[037] O material de gaxeta EMI multiplanar 200 possui um núcleo de espuma polimérica 220, uma camada de uma rede de fibra condutora 240 em pelo menos um lado do núcleo de espuma 220, um tecido de reforço 260, e uma pluralidade de fibras condutoras 243 intercaladas totalmente através do núcleo de espuma 220 e do tecido de reforço 260.

[038] A rede de fibra condutora 240 é uma mistura mesclada de uma pluralidade de fibras condutoras e não condutoras. As fibras condutoras e as fibras não condutoras são mescladas em uma mistura homogênea e alimentadas em uma máquina de cardar têxtil ou uma máquina de fabricação de rede de fibra aleatória, tudo como descrito aqui. Um aperfeiçoamento adicional na rede de fibra condutora 240 tem sido obtido quando a mistura mesclada inclui fibras retardadoras de chama dentro da mistura.

[039] As fibras condutoras são tipicamente compostas de prata, prata/cobre ou prata/níquel em fibras cortadas de náilon de 1 a 15 Denier de tamanho e de 2,54 a 12,7 0 cm (1 a 5 polegadas) de comprimento. As fibras condutoras convencionais possuem um componente metálico condutor na faixa de cerca de dezoito por cento (18%). Quando as velocidades de microprocessador atingem os níveis de 4,0 Gigahertz, as gaxetas de proteção devem ser capazes de ser extremamente condutoras a fim de funcionar adequadamente como uma gaxeta EMI efetiva na aplicação. Isso significa que a resistividade elétrica X, Y e Z deve alcançar níveis de até 10 miliohms.

[040] Quando as fibras condutoras convencionais (aproximadamente 18% de teor de metal) são utilizadas, as gaxetas devem ser comprimidas por 50% ou mais de sua espessura original para obter níveis de resistividade de 10 miliohms. Essa exigência de alta compressão cria um fator de reprodução incerto durante o processo de montagem quanto à eficiência da gaxeta EMI. O material de gaxeta EMI 200 da presente invenção foi produzido com um teor de metal de fibra condutora de cerca de 27%, que fornece uma gaxeta capaz de fornecer resistividade X, Y e Z na faixa de 10 miliohm quando o material de gaxeta EMI 200 é apenas 20% comprimido. Essa exigência de compressão inferior fornece uma proteção EMI mais reprodutível e mais consistente durante a montagem de sistemas de computador.

[041] Enquanto as formulações de mescla anteriores incluíam a utilização de fibras de poliéster de dois componentes não condutoras disponíveis na Stein Limited, Albany, NY, a utilização de fibras de poliéster modificadas de glicol tereftalato polietileno (PETG) disponíveis como fibra aglutinante T110 da Foss Manufacturing fornece uma retenção de fibra mesclada aumentada. As fibras PETG possuem um teor de adesivo maior e uma resistência à abrasão aumentada em comparação com as fibras de dois componentes. 0 maior teor de adesivo minimiza a possibilidade de as fibras desintegrarem a estrutura do tecido. A quantidade preferida de fibra PETG na rede de fibra condutora 240 é de cerca de vinte por cento (20%) de teor de fibra PETG. Essa porcentagem foi considerada a quantidade preferida para equilibrar o travamento da mescla total de fibras enquanto mantém um nível de condutividade elétrica dos eixos X, Y e Z adequado no material de gaxeta EMI multiplanar 200.

[042] Para se aperfeiçoar adicionalmente a resistência à inflamabilidade do material de gaxeta EMI multiplanar 200, uma fibra de Kanecaron retardadora de chama é adicionada à formulação da mescla como uma fibra não condutora. A adição da fibra retardadora de chama na mescla em um nível de cerca de quinze por cento (15%) fornece ao material de gaxeta EMI 200 uma melhor resistência ao teste UL94 HB (queima horizontal). A modalidade preferida de material de gaxeta EMI 200 é uma mescla de fibra de fibras condutoras, fibras adesivas e fibras retardadoras de chama em uma razão de 65 a 20 a 15 por cento, respectivamente. A razão de mescla, no entanto, pode ser ajustada dependendo das exigências de condutividade e eficiência de proteção do produto final.

[043] Quando cortadas em perfis de gaxeta pequenos, as gaxetas EMI tendem a ter menos estabilidade mecânica. A fim de minimizar o estiramento do material de gaxeta EMI 200 e aperfeiçoar sua estabilidade mecânica, um tecido de reforço 260 é incluído. O tecido de reforço 260 não deve ser confundido com o tecido de enrijecimento 30 previamente revelado. Como previamente discutido, o tecido de enri j ecimento 30 é uma rede de fibras não condutoras possuindo uma mescla de cerca de 4 para 1 (80/20) de poliéster de dois componentes de baixa fusão e de poliéster regular. São as características de formação térmica do tecido de enrijecimento que permitem a formação de vários formatos tridimensionais como ilustrado na figura 5.

[044] O tecido de reforço 260 é um tecido com um ponto de amolecimento mais alto do que aquele do tecido de enrijecimento 30. O tecido de reforço 260 também é perfurado por agulhas com a mescla de fibras condutoras, fibras adesivas e fibras retardadoras de chama. O tecido de reforço 260 fornece estabilidade mecânica em oposição à capacidade de formação de formato do tecido de enrijecimento 30. Vários materiais podem ser utilizados como tecido de reforço 260 incluindo, mas não limitados a, tecido de rede de fibra de vidro entrelaçada, tecido de poliéster não entrelaçado Spunbond, tecido em malha de teia, etc. O tecido de rede de fibra de vidro entrelaçada está disponível como número de produto 1816011 na New York Wire Co., Mt. Wolf, PA. O tecido de poliéster não entrelaçado Spunbond está disponível como tecido Spunbond Polyester a 43 gramas por metro quadrado na BBA Fiberweb, Nashville, TN. O tecido em malha de teia está disponível como o número de estilo 37879 na Guilford Technical Textiles, Greensboro, NC.

[045] Em adição à utilização das fibras retardadoras de chama discutida previamente, a fibra de reforço 2 60 é revestida em ambos os lados com um revestimento de PVC retardador de chama (cloreto de polivinil). Isso aumenta ainda mais a resistência às chamas da gaxeta EMI 200 e permite que a gaxeta EMI 200 seja taxada mais perto da taxa de queima vertical UL94 VO.

[046] A figura 9 é uma vista transversal do processo de tear com agulha de produção da modalidade preferida do material de gaxeta EMI 200. A rede de fibra condutora 240 é introduzida em uma relação de camada em um lado 222 do núcleo de espuma 220 e o tecido de reforço 260 é introduzido em uma relação de camada no lado oposto 224 do núcleo de espuma 220 formando um conjunto multiplanar 250. O conjunto multiplanar 250 é, então, submetido a um tear com agulha 500 que processa o conjunto multiplanar 250 da mesma forma que o processo utilizado para a produção de tapetes. O tear com agulha 500 intercala fibras individuais 243 de rede 240 a partir da rede 240 através do núcleo de espuma 220 e do tecido de reforço 260 de modo que uma pluralidade de fibras individuais 243 se projete para fora da superfície inferior 225. 0 processo de tear com agulha intertrava, ou une, a rede de fibra 240 e o tecido de reforço 260 ao núcleo de espuma 220 formando o núcleo multiplanar 290 sem a necessidade de um adesivo. Como com a modalidade anterior, o material de gaxeta EMI 200 é submetido a um processo de aquecimento para travar as fibras condutoras no lugar.

[047] Apesar de as modalidades preferidas da presente invenção terem sido descritas aqui, a descrição acima é meramente ilustrativa. Modificações adicionais da invenção revelada aqui ocorrerão aos versados na técnica respectiva e todas as modificações são consideradas como incluídas no escopo da invenção como definido pelas reivindicações em anexo.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Material de gaxeta condutor multiplanar para proteção contra interferências eletromagnéticas, caracterizado pelo fato de que compreende: um núcleo de espuma (2 0) ; pelo menos uma camada de rede condutora (40) compreendendo uma mistura mesclada de uma pluralidade de fibras condutoras e não condutoras (43) dispostas em um primeiro lado (22) do núcleo de espuma (20); e uma quantidade predefinida da mistura mesclada da pluralidade de fibras condutoras e não condutoras (43) estendendo-se completamente através do núcleo de espuma (20) .

2. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um tecido de reforço (260) disposto no núcleo de espuma (20).

3. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma quantidade predefinida da mistura mesclada da pluralidade de fibras condutoras e não condutoras (43) se estende através do tecido de reforço (260).

4. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um tecido de enrijecimento (30) disposto entre a pelo menos uma camada de rede condutora (40) e o núcleo de espuma (20).

5. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda camada de rede condutora (40') disposta no segundo lado do núcleo de espuma (20).

6. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura mesclada da pluralidade de fibras condutoras e não condutoras (43) é termofixada para minimizar o movimento da fibra condutora.

7. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma camada de rede condutora (40) possui uma razão de mescla na faixa de cerca de 1 para 1 a cerca de 3 para 1 das fibras condutoras para as fibras não condutoras.

8. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma camada de rede condutora (40) possui uma razão de mescla de pelo menos 1 para 1 das fibras condutoras para as fibras não condutoras.

9. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de fibras condutoras e não condutoras (43) é termofixada para minimizar o movimento da fibra condutora.

10. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a termofixação inclui a moldagem térmica do material de gaxeta em um formato predefinido.

11. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras não condutoras incluem fibras adesivas e fibras retardadoras de chama.

12. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as fibras adesivas são fibras de ponto de fusão baixo.

13. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a mistura mesclada da camada de rede condutora (40) possui uma razão de fibra condutora, fibra adesiva e fibra retardadora de chama de 65% para 20% para 15%.

14. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tecido de reforço (260) possui um revestimento retardador de chama disposto no mesmo.

15. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras condutoras possuem um teor de metal na faixa de cerca de 18 porcento a cerca de 27 porcento.

16. Material de gaxeta condutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras condutoras possuem uma quantidade predeterminada de teor de metal suficiente para fornecer uma resistência ao material de gaxeta condutor de cerca de 10 miliohms quando comprimido na faixa de cerca de 50 porcento ou menos.

17. Método para formação de um material de gaxeta condutor, caracterizado pelo fato de que compreende: colocar em camadas pelo menos uma camada de rede condutora (40) compreendendo uma mistura mesclada de fibras condutoras e de fibras não condutoras em um núcleo de espuma (20); e perfurar por agulha a camada de rede condutora (40) e o núcleo de espuma (20) formando um material de gaxeta composto condutor possuindo uma quantidade predefinida da mistura mesclada de fibras condutoras e não condutoras (43) intercaladas se estendendo completamente através do núcleo de espuma (20).

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente colocar em camadas um tecido de reforço (260) no núcleo de espuma (20).

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de perfurar por agulha inclui adicionalmente perfurar por agulha através do tecido de reforço (260).

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a etapa de colocar em camadas a rede condutora inclui colocar em camadas uma camada de rede condutora (40) compreendendo uma mistura mesclada de fibras condutoras, fibras de baixo ponto de amolecimento e fibras retardadoras de chama.

21. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aquecer o composto condutor para o ponto de amolecimento das fibras não condutoras.

22. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente colocar em camadas uma segunda camada de rede condutora (40') em um lado oposto do núcleo de espuma (20).

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente perfurar por agulha a segunda camada de rede condutora (40') e o núcleo de espuma (20).

24. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente colocar em camadas uma camada de rede não condutora (40) compreendendo fibras não condutoras entre a pelo menos uma camada de rede condutora (40) e o núcleo de espuma (2 0) antes da etapa de perfurar por agulha.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente termoformar o material de gaxeta composto condutor.

26. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente mesclar uma pluralidade de fibras condutoras e uma pluralidade de fibras não condutoras formando a camada de rede condutora (40).

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a etapa de mesclar inclui mesclar a pluralidade de fibras condutoras e a pluralidade de fibras não condutoras em uma razão de mescla de cerca de 1 para 1 a cerca de 3 para 1 de fibras condutoras para fibras não condutoras.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a etapa de mesclar inclui mesclar a pluralidade de fibras condutoras e a pluralidade de fibras não condutoras em uma razão de mescla de pelo menos 1 para 1 de fibras condutoras para fibras não condutoras.

29. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente mesclar a mistura de fibras em uma razão de cerca de 65% de fibras condutoras, cerca de 20% de fibras de baixo ponto de amolecimento e cerca de 15% de fibras retardadoras de chama.

30. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente dispor um revestimento retardador de chama sobre o tecido de reforço (260).

31. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente formular as fibras condutoras com um teor de metal condutor em uma faixa de cerca de 18% a cerca de 27%.

32. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente formular as fibras condutoras com uma quantidade predeterminada de teor de metal suficiente para fornecer uma resistência ao material de gaxeta condutor de cerca de 10 miliohms quando comprimido na faixa de cerca de 50% ou menos.