Заметим сразу, что «токопроводящие пасты» в специальной литературе гораздо чаще называют «электропроводящими клеями». Такое название точнее — ведь, по сути дела, главное в монтаже — это скрепить, склеить детали. А будет ли такой клей иметь консистенцию пасты или, скажем, жидкой сметаны — это дело второстепенное.
И еще одна оговорка: не нужно думать, что электропроводящий клей следует применять для монтажа любых деталей, через которые должен проходить ток. Старая, испытанная и проще, и доступнее, и дешевле. И что, пожалуй, самое важное, припои выпускает промышленность, а электропроводящий клей приходится делать кустарным способом.
Как бы то ни было, токопроводящий клей стоит применять лишь тогда, когда материал либо не поддается пайке, либо нежелательно травление перед пайкой, либо детали нельзя нагревать (что при пайке неизбежно).
Сами по себе синтетические смолы (а именно на их основе и делают электропроводящие клеи) ток не проводят. И поэтому в них вводят наполнители — высокодисперсные металлические порошки, например, золота, серебра, меди, никеля. Чаще всего применяют серебро. Для того чтобы клей стал проводить ток, металлического порошка приходится вводить очень много — примерно 70—75% общего веса клея. Естественно, что такой загущенный клей имеет консистенцию пасты.
Удельное объемное сопротивление клеев во многом зависит от качества порошка, размеров зерен металла.
Основные требования к металлическому наполнителю токопроводящей пасты сводятся к тому, чтобы он не взаимодействовал с кислородом воздуха и связующим — основой клея. Поэтому-то и получили распространение порошки благородных металлов, и в первую очередь более дешевого из них — серебра. Никель же, предназначенный для клея, можно хранить только в атмосфере сухого воздуха: в присутствии влаги он покрывается толстой окисной пленкой и теряет проводящие свойства, а в сухом воздухе эта пленка тоньше и пробивается током.
Существует множество способов получения порошка серебра. Вот еще один способ, достаточно простой — восстановление из раствора формалином в щелочной среде. Раствор азотнокислого серебра смешивают с равным количеством 1 %-ного раствора формалина и нагревают до 70—80°С. Потом добавляют несколько капель 5%-ного раствора аммиака (нашатырного спирта). При этом выпадает черный осадок серебра, который надо отфильтровать, промыть на фильтре дистиллированной водой и высушить затем при температуре 105—150°С.
Теперь — немного о связующем. В большинстве случаев — это эпоксидные смолы.
Из отечественных эпоксидных смол подходит для клея смола ЭД-5. Пластификаторы снижают электропроводность клея но их все же нередко вводят, так как они разжижают смолу и позволяют ввести дополнительное количество металлического порошка.
Вот один из возможных рецептов клея (в весовых частях): жидкая эпоксидная смола — 100, порошок серебра — 250—300, дибутилфталат (пластификатор) — 10— 15, полиэтиленполиамин (отвердитель) — 8—12. Нужно стараться, чтобы клей не попадал на руки или кожу, если это все-таки случится, необходимо сразу смыть клей теплой водой с мылом.
Отвердитель вводится непосредственно перед употреблением, и после этого клей надо использовать в течение часа, иначе он затвердеет. Остальные компоненты можно хранить в смешанном виде очень долго. Правда, тяжелый металлический порошок может осесть на дно. Чтобы задержать этот процесс, в смесь добавляют иногда немного коллоидного графита.
Клеевое соединение после нанесения клея желательно нагреть до 70—100 С и выдержать при такой температуре 1—5 часов! При этом электропроводность клея увеличится. И вот почему. При отверждении клеевой пленки из-за усадки, в ней возникают внутренние напряжения. Появляются контактные усилия между соседними частицами металла, частицы прижимаются друг к другу и образуют как бы цепочки, по которым, собственно, и проходит электрический ток.
При нагревании клей отверждается более полно, он становится прочнее, но одновременно увеличивается и усадка и, как следствие этого, улучшаются электропроводящие свойства.
Заметим сразу, что «токопроводящие пасты» в специальной литературе гораздо чаще называют «электропроводящими клеями». Такое название точнее - ведь, по сути дела, главное в монтаже - это скрепить, склеить детали. А будет ли такой клей иметь консистенцию пасты или, скажем, жидкой сметаны - это дело второстепенное.
И еще одна оговорка: не нужно думать, что электропроводящий клей следует применять для монтажа любых деталей, через которые должен проходить ток. Старая, испытанная пайка и проще, и доступнее, и дешевле. И что, пожалуй, самое важное, припои выпускает промышленность, а электропроводящий клей приходится делать кустарным способом.
Как бы то ни было, токопроводящий клей стоит применять лишь тогда, когда материал либо не поддается пайке, либо нежелательно травление перед пайкой, либо детали нельзя нагревать (что при пайке неизбежно).
Сами по себе синтетические смолы (а именно на их основе и делают электропроводящие клеи) ток не проводят. И поэтому в них вводят наполнители - высокодисперсные металлические порошки, например, золота, серебра, меди, никеля. Чаще всего применяют серебро. Для того чтобы клей стал проводить ток, металлического порошка приходится вводить очень много - примерно 70-75% общего веса клея. Естественно, что такой загущенный клей имеет консистенцию пасты.
Удельное объемное сопротивление клеев во многом зависит от качества порошка, размеров зерен металла.
Основные требования к металлическому наполнителю токопроводящей пасты сводятся к тому, чтобы он не взаимодействовал с кислородом воздуха и связующим - основой клея. Поэтому-то и получили распространение порошки благородных металлов, и в первую очередь более дешевого из них - серебра. Никель же, предназначенный для клея, можно хранить только в атмосфере сухого воздуха: в присутствии влаги он покрывается толстой окисной пленкой и теряет проводящие свойства, а в сухом воздухе эта пленка тоньше и пробивается током.
Существует множество способов получения порошка серебра. Вот еще один способ, достаточно простой - восстановление из раствора формалином в щелочной среде. Раствор азотнокислого серебра смешивают с равным количеством 1 %-ного раствора формалина и нагревают до 70-80°С. Потом добавляют несколько капель 5%-ного раствора аммиака (нашатырного спирта). При этом выпадает черный осадок серебра, который надо отфильтровать, промыть на фильтре дистиллированной водой и высушить затем при температуре 105-150°С.
Теперь - немного о связующем. В большинстве случаев - это эпоксидные смолы.
Из отечественных эпоксидных смол подходит для клея смола ЭД-5. Пластификаторы снижают электропроводность клея но их все же нередко вводят, так как они разжижают смолу и позволяют ввести дополнительное количество металлического порошка.
Вот один из возможных рецептов клея (в весовых частях): жидкая эпоксидная смола - 100, порошок серебра - 250-300, дибутилфталат (пластификатор) - 10- 15, полиэтиленполиамин (отвердитель) - 8-12. Нужно стараться, чтобы клей не попадал на руки или кожу, если это все-таки случится, необходимо сразу смыть клей теплой водой с мылом.
Отвердитель вводится непосредственно перед употреблением, и после этого клей надо использовать в течение часа, иначе он затвердеет. Остальные компоненты можно хранить в смешанном виде очень долго. Правда, тяжелый металлический порошок может осесть на дно. Чтобы задержать этот процесс, в смесь добавляют иногда немного коллоидного графита.
Клеевое соединение после нанесения клея желательно нагреть до 70-100 С и выдержать при такой температуре 1-5 часов! При этом электропроводность клея увеличится. И вот почему. При отверждении клеевой пленки из-за усадки, в ней возникают внутренние напряжения. Появляются контактные усилия между соседними частицами металла, частицы прижимаются друг к другу и образуют как бы цепочки, по которым, собственно, и проходит электрический ток.
При нагревании клей отверждается более полно, он становится прочнее, но одновременно увеличивается и усадка и, как следствие этого, улучшаются электропроводящие свойства.
Изобретение относится к материалам, предназначенным для изготовления методом шелкографии низкоомных пленочных нагревательных элементов на стеклянных и керамических подложках, в частности на стеклах задних окон легковых автомобилей. Сущность изобретения: токопроводящая паста имеет следующий состав, мас. гидрофобный порошок серебра 65 75; стеклофритта 8,0 8,5; этилцеллюлоза 0,2 2,0; гераниол К 1 7; аэросил 0,5 2,0; олеиновая кислота 2 10; полимерная фракция кориандрового масла 4,0 - 16,5. Изобретение позволяет снизить удельное сопротивление покрытия на основе токопроводящей пасты и улучшить температурную устойчивость ее вязкостных характеристик. 1 табл.
Изобретение относится к материалам, предназначенным для изготовления методом шелкографии низкоомных пленочных нагревательных элементов на стеклянных и керамических подложках, в частности на стеклах задних окон легковых автомобилей. Электрообогрев обеспечивает быстрое устранение запотевания и обледенения поверхности стекла, повышая тем самым безопасность автомобильного движения. Применение электрообогреваемых стекол улучшает также комфортабельность автомобилей и, следовательно, повышает их конкурентоспособность. В связи с тем, что для обогрева автомобильного стекла (S 0,9 м 2) требуется нагревательный элемент большой длины, а автомобиль имеет ограниченный ресурс электроэнергии (аккумулятор U 12 В), главным показателем, определяющим пригодность пасты для изготовления токообогре- ваемых стекол, является удельное сопротивление получаемых пленочных нагревательных элементов. Удельное сопротивле- ние не должно превышать 0,055 Ом мм 2 /м. Кроме того, ограниченное связующее такой пасты должно иметь стабильные вязкостные характеристики в процессе производства токообогреваемых стекол. Известна токопроводящая паста, содержащая серебро, легкоплавкое стекло полибутилметакрилат, терпинеол, ланолин Однако эта паста не обеспечивает требуемого удельного сопротивления пленочных нагревательных элементов, полученных из нее. Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является паста, содержащая серебро, стеклофритту, этилцеллюлозу, растворенную в лавандовом масле Недостатком данной пасты является то, что удельное сопротивление получаемых проводников составляет 0,084 Ом/ (обычно берут квадрат со стороной 2 мм), что в перерасчете на размерность (Ом мм 2 /м), применяемую для указания удельного сопротивления проводников большой длины, дает 4,2 Ом мм 2 /м. Кроме того, органическое связующее такой пасты малопригодно для промышленного производства электрообогреваемых стекол, так как на вязкость такой пасты и, следовательно, ее печатные свойства существенно влияет температура окружающей среды. Для получения на стекле низкоомных пленочных нагревательных элементов требуется такая проводниковая паста, в состав которой помимо специальных порошков серебра должно входить органическое связующее с высокой температурной устойчивостью вязкостных свойств. Целью изобретения является снижение удельного сопротивления покрытия на основе токопроводящей пасты и улучшение температурной устойчивости вязкостных характеристик пасты. Цель достигается тем, что в пасте, содержащей серебро, стеклофритту, этилцеллюлозу и органический растворитель, в качестве серебра используют гидрофобный порошок серебра, а в качестве органического растворителя смесь гераниола К, аэросила, олеиновой кислоты и полимерной фракции кориандрового масла при следующем соотношении компонентов, мас. Гидрофобный поро- шок серебра 65,0-75,0 Стеклофритта 8,0-8,5 Этилцеллюлоза 0,2-2,0 Гераниол К 1,0-7,0 Аэросил 0,5-2,0 Олеиновая кислота 2,0-10,0 Полимерная фрак- ция кориандрового масла 4,0-16,5 Паста такого состава позволяет получать нагревательные пленочные элементы на стекле с величиной 0,055 Оммм 2 /м и обеспечивает высокое качество отпечатка в широком диапазоне температур вследствие большой температурной устойчивости вязкостных характеристик. Использование гидрофобного порошка серебра улучшает его смачивание органическими компонентами на стадии приготовления серебряной пасты, что в свою очередь, улучшает ее печатные свойства и, следовательно, положительно сказывается на величине удельного сопротивления пленочных покрытий. Добавка в пасту 0,5-2,0% аэросила (тонкоизмельченная SiO 2) усиливает сцепление пленочного нагревателя со стеклом и препятствует ее расслоению. Олеиновая кислота также препятствует расслоению пасты и повышает ее текучесть. Гераниол К и полимерная фракция кориандрового масла придают пасте тиксотропные свойства способность обратимо разжиматься при интенсивном механическом воздействии и упруго структурироваться при пребывании в покое, а также выполняют функции антигелирующего агента, регулирующего текучесть пасты и предотвращающего забивку сетки трафарета. Кроме того, введение в пасту полимерной фракции кориандрового масла позволяет расширить температурный интервал ее применения без снижения основных характеристик нагревателя (сила тока 8-13 А, 0,055 Оммм 2 /м, усилие для отрыва штеккера не менее 4,5 кгс) за счет повышения температурной устойчивости вязкостных характеристик пасты. Пленочные нагревательные элементы получают нанесением пасты на поверхность автомобильного стекла методом шелкографии с последующим обжигом отпечатков при температуре 70010 о С в течение 2,5 мин. Пасту готовят по обычной методике. При ее изготовлении используют гидрофобный порошок серебра по ТУ 6-09-27-173-83 и отечественную свинцовоборосиликат- ную стеклофритту состава, Pb 77,9-80,0; SiO 2 11,6-12,2; B 2 O 3 9,64-10,51; Na 2 O 0,15-0,22). Одним из компонентов органического связующего является полимерная фракция кориандрового масла, выпускаемого по ТУ 10.04.83-89, представляющая собой жидкость темного цвета с вязкостью 250 сП (20 о С), плотностью 0,95 г/см 3 , не имеющая механических примесей и полностью выгорающая при 700 о С. Усреднение паст проводится при помощи трехвалковой мельницы и миксера. Контроль вязкости осуществляют вискозиметром типа "Брукфельд". Удельное сопротивление () пленочных нагревательных элементов определяется по формуле R Оммм 2 /м где R величина сопротивления, Ом; l длина нагревателя (пленочного покрытия), м; S площадь поперечного сечения нагревателя, мм 2 . Сопротивление (R) определяют с помощью омметра. При определении величины поперечного сечения ширина нагревателя определяется при помощи оптического компаратора, а толщина оптическим прибором ИЗВ-2. Прочность сцепления пленочного нагревательного элемента со стеклом, характеризуется усилием на отрыв припаянных штеккеров, определяют динамометром по ГОСТ 9500-75. Электрические характеристики нагревателей (силу тока) измеряют амперметром. П р и м е р 1. Из расчета на 100 г готовой пасты взвешивают 0,5 г этилцеллюлозы и растворяют ее при нагревании в 5 г гераниола К в колбе с обратным холодильником при 90 о С в течение 30-40 мин. Смесь охлаждают, переносят в смеситель (стакан миксера). Затем в смеситель добавляют 12,5 г полимерной фракции кориандрового масла, 3 г олеиновой кислоты 1 г аэросила, 70 г гидрофобного порошка серебра, 8 г стеклофритты. Полученную массу перемешивают, а затем пропускают не менее 5 раз через трехвалковую мельницу. Приготовленную пасту наносят на автомобильное стекло через специальный сетчатый трафарет и спекают полученный отпечаток в муфельной печи при 70010 о С в течение 2,5 мин. Полученный нагревательный элемент имеет удельное сопротивление 0,055 Оммм 2 /м. При пропускании через нагревательный элемент постоянного тока напряжением 12 В сила тока составляет 11 А, а усилие, затрачиваемое на отрыв штеккера от нагревателя, равняется 20 кгс, что свидетельствует о достаточно прочном сцеплении пленочного нагревательного элемента со стеклом. Аналогично получены другие составы паст, свойства которых приведены в таблице. Здесь же приведены данные прототипа (пример 31). В примере 32 представлена паста, приготовленная на основе гидрофобного порошка серебра (ТУ 6-09-27-173-83), свинцовоборосиликатного стекла и органического связующего по прототипу (лавандовое масло, этилцеллюлоза). В примере 33 приведены данные пасты, приготовленной на основе порошка серебра (ТУ 6-09-2397-78) по прототипу, свинцовоборосиликатного стекла и органического связующего (как в заявляемой пасте). Как видно из таблицы, только при заявляемых пределах компонентов пасты достигается высокое качество нагревательных элементов на стекле (примеры 1, 3, 4, 6, 15-20, 22-24, 30). При выходе за заявляемые пределы не достигается требуемое качество нагревательных элементов. Таким образом, заявляемая паста позволит создать отечественную технологию получения проводниковой серебряной пасты для производства токообогреваемых автомобильных стекол.
Формула изобретения
ТОКОПРОВОДЯЩАЯ ПАСТА преимущественно для получения низкоомных нагревательных элементов на автомобильном стекле, включающая серебро, стеклофритту, этилцеллюлозу и органический растворитель, отличающаяся тем, что она содержит гидрофобный порошок серебра с содержанием массовой доли серебра не менее 98% и насыпной массой в пределах 0,5 1,0 г/см 3 (I), а в качестве органического растворителя смесь гераниола К, аэросила, олеиновой кислоты и полимерной фракции кориандрового масла при следующем соотношении компонентов, мас. Гидрофобный порошок серебра (I) 65,0 75,0 Стеклофритта 8,0 8,5 Этилцеллюлоза 0,2 2,0 Гераниол К 1,0 7,0
Аэросил 0,5 2,0
Олеиновая кислота 2,0 10,0
Полимерная фракция кориандрового масла 4,0 16,5
