專利名稱：為拼接復合材料制件而制造潔凈的高導電性能表面的方法
技術領域：
本發明涉及在一復合材料制件中制成潔凈的高導電性能的連接表面，使得它與相鄰的制件具有連續電磁屏蔽作用的方法。
電磁環境的效應，也叫電磁干擾(EMI)、電磁脈沖(EMP)或電磁脆弱性(EMV)等，是指電子裝備對外界電磁場的敏感性。這種效應(以下統稱為EMI)使電子裝備的電流不穩定，從而又造成微處理機和半導體集成電路塊內希望的換向與舊式的集成電路塊相比，先進的集成電路塊采用了較低的電流流量而提高其速度，所以裝有這種集成電路的電子裝備對于EMI所造成的危害更加敏感，特別是當應用于高電子密度的場合，例如用在飛機上時。
與此相關的還有閃電襲擊的問題。飛機遭受閃電襲擊是很普通的事，絕大多數飛機采用鋁制外殼以屏蔽內部精密的電子裝備，防止它的損壞。由于人們趨向于采用復合材料的結構，因此要更多地考慮閃電的襲擊可能危及飛機的安全一事。由于復合材料并非良導件，它不能屏蔽內部的電路，而使閃電的襲擊能直接沿著內部的導體傳播，從而對飛行控制系統產生有害的影響。發動機數控的發展，借助于電信控制航線的飛行，以及模擬的穩定性，使得這種集約的控制系統對于飛飛機的安全更為重要，即便是對于它的功能短暫的干擾，也會造成無可可挽救的事故。
減輕EMI潛在的危害的一般方法是在敏感的電子系統外面包裹一層連續的導體的屏蔽層。目前，在采用復合材料零件的飛機上設置這種屏蔽的方法有好幾種。一種是在復合材料表面上鍍一種導電金屬，例如鋁的離子霧沉積。但是，離子霧沉積需要在真空容器內進行，因此，零件的尺寸受到限制，而且該工藝本身是相當昂貴的。此外，離子霧沉積的效果在很大程度上決定于表面子處理的質量，而且這種鍍金屬的表面很容易因撞擊而損傷和磨損。
另一種方法是在零件表面上鍍一層化學鍍層。化學鍍的加工過程要把零件浸入一系列溶液中去，因此零件的尺寸受到鍍槽尺寸的限制。這樣，較大的飛機構件一般就不能采用，而且這種表面也很容易因撞擊而損傷和磨損。
另一種方法是在制造過程中在復合材料制品中嵌進導電金屬的網，例如鋁線做的網。這樣就能在采用標準的復合材料零件制造過程的同時，敷設上一層導電層。目前，為使飛機的復合材料構件防止EMI和閃電襲擊，多采用在構件的表面上或表面下嵌進一層波紋狀的鋁網。制造構件時，先在模子中鋪上第一層鋁線網，然后在上面疊上復合材料的層壓板。澆鑄時，樹脂在均勻的壓力下流入網的空隙處，使構件成為一個整體。這樣，雖然在單獨一件復合材料制品內有了良好的導電性能，但是，由于樹脂浸透了金屬網，就產生了在連續兩件相鄰的復合材料制件時，兩件制件之間沒有良好的傳導性能的問題。目前，沿拼接表面的多余的樹脂是用噴砂的方法除去的，以便把金屬網暴露出來，成為有導電性能的連接表面。然而，噴砂不可能把表面上的樹脂完全清除掉，因而使得電阻較大，降低了屏蔽的效果。噴砂工序的質量還與操作機械的熟練程度有很大關系，并且還會使鋁網受到損傷。因此，各部分的屏蔽效果可能有差別，而這在許多要求嚴格的使用條件下是不能接受的。因此，在該技術領域中需要一種能提供潔凈的、在與相鄰的制件拼接時有高導電性能的表面的方法，同時又能最大限度地降低對生產條件和設備的要求。
本發明公開了一種為與相鄰的制件拼接的復合材料制件提供高導電性能的表面的方法，這種復合材料制件用一層嵌在里面的金屬網來防止閃電和電磁的干擾。這種方法包括下列步驟在模子的敷設一層與復合材料制件的拼接表面相符的無孔帶子;在無孔帶子上敷設一層金屬網，使之成為在無孔帶子上的導電通路;在金屬網上敷設一層與復合材料構件的拼接表面相符的隔擋帶;把金屬網夾在兩種帶子之間;把構件的復合材料板疊在隔擋帶和金屬網上，進化固化處理使之成為一件復合材料制件;最后揭掉無孔帶子，暴露出潔凈的、有高導電率的拼接表面。
在連接部分表面上面采用隔擋帶，下面采用無孔帶，防止了多余的樹脂摻雜到金屬網中去。但是卻允許樹脂間接的溢出，以固定金屬網的邊緣。固硨螅梢遠越鶚敉謀咴到星斜摺Ｖ瞥珊螅業粑蘅狀諂唇穎礱嬪暇捅┞凍黿嗑壞慕鶚敉員閿肓誚鬧萍印Ａ誚鬧萍贍芤彩歉春喜牧系墓辜邢嚶Φ慕嗑壞慕鶚敉礱妗２捎蒙鮮齜椒ǎ捎詡跎倭吮礱媸髦浚閱艽蟠蟾納破唇穎礱嫻牡嫉縲閱埽筆怪圃斐杉庸さ牟街杓醯階釕佟Ｕ庵址椒ㄌ峁┝四鼙Ｖず芎玫厥狗苫母春喜牧瞎辜惱雋用娣樂笶MI和閃電襲擊的簡單而有效的手段。
圖1是表示澆鑄前本發明的一個模子和敷設了無孔帶和隔擋帶的制件的橫斷面。
圖1A是固結后的上述制件。
圖2是澆鑄和切邊后制件最后的形狀的橫斷面。
圖3A、3B和3C是供選擇的利用本發明的疊層樹脂浸漬增強材料的形狀。
圖4是利用本發明的方法形成中間部分的一個潔凈的、高導電性能的表面。
參見圖1，它表示澆鑄前未固化的復合材料制件。為了前面已經說明的目的，制件要求具有的凈的、高導電性能的邊緣表面。必須指出，圖中所畫出的厚度是夸大了的，為的是便于說明。一條無孔帶1敷設在工具或模子表面2與鄰近制件連接時要求有導電性能的邊緣區域上。按照本發明的目的，“連接”意味著把不同的構件聯在一起，使這些構件形成一個連續的電氣單元，用把電荷釋放到其它構件上去的辦法來防止電荷積聚在一個構件上。舉例說，帶子1是由柯曼列克斯(Chomerics)公司制造的柯牌孫遮蓋(CHOMASK)這種帶子在銅箔的背面涂一層能導電的粘結劑，前面是一層聚酯薄膜。這條無孔帶用來防止樹脂透過。雖然已提到的是柯牌遮蓋帶，但是任何一種能在制造過程中保持完好并且能從制造好了的制件上揭下來的無孔材料都可以使用。把金屬網簾3敷設在無孔帶1上，這種金屬網可以是延展的鋁箔或者用鋁絲編織的網。例如，可以使用一種用直徑為0.0021英寸的5056-0號鋁絲，每英寸密度為200根的鋁絲編織成的鋁絲網。在第一層網簾3上再敷設一層金屬網簾4。所用金屬網簾的層數取決于特定的電器所需要的屏蔽程度。雖然圖上表示的是兩層金屬網簾，但可以采用任何層數的金屬網簾。
放好了金屬網之后，再在無孔帶上面放一條隔擋帶，把金屬網夾在兩種帶子的中間。隔擋帶提供了一層屏蔽，防止樹脂直接摻雜到金屬網中去。舉例說，隔擋帶是從3M公司購買的一種低流動性的粘結劑薄膜(AF126-2)，它的作用是有效地把樹脂隔開，同時又使層疊板的內部具有良好的內部粘結力。雖然上面說的是一種粘結劑薄膜，但是任何能阻止樹脂直接摻雜進金屬網內，并且能同時適應與樹脂/細金屬絲的結合和澆鑄過程的隔擋材料都可以采用。例如，可以使用帶或不帶可剝離的粘結劑墊層的聚酯薄膜帶子。然后，在金屬絲網簾和隔擋上敷設一層或幾層構件板6。這種構件板可以是予先浸透了樹脂的玻璃纖維，凱弗拉(Kevlar)、石墨其它混合物的層壓板。鋪好了所需要的若干層構件板之后，把組裝件放入真空容器內，裝進適當的蒸壓裝置，在壓力下進行加熱和固化處理。
在固化過程中，把樹脂7注入各層內，以保證固結成一整體的制件。如圖1A所示，隔擋帶阻止了樹脂的液流沿拼接表面直接滲入金屬網內。但隔擋帶仍然允許樹脂的液流間接地滲入這一層的邊緣8，以防止各層錯位。固化處理后，把制件從模子中取出，切開隔擋帶、金屬網和無孔帶，把邊緣修齊。然后揭掉柯牌遮蓋帶，就暴露出在和鄰近的構件連接時有良好導電性的潔凈的金屬網邊緣。如果露出的是鋁網，可以進行陽極氧化處理，以使拼接表面具有防銹性能，同時仍保持其導電性能。然后，可用金屬的緊固夾板或者螺釘把該制件與鄰近的制件拼接起來，以保證有連續的導電性能的接頭。圖2是切邊后的零件的形狀。
除了上面所述的零件結構形式之外，本發明還可以用各種不同的其它結構形式。參見圖3A，圖中表示了采用交錯搭接的金屬網簾的結構形式。圖3A中采用一塊選定的復合材料面板9，例如玻璃纖維的半固化片，放在無孔帶1的旁邊，用來保護敷設在下面的金屬網10不致因受沖擊而損傷。為了便以說明，圖3A、3B和3C都用分解圖的形式來表示。參見圖3B，這種結構形式采用一層單獨的金屬網面簾11，上面再鋪上連續的網簾12和分段的網簾13。這種結構形式不采用保護面板。圖3C表示采用雙層搭接金屬網簾的結構形式。雖然上婢儷雋艘恍┎煌墓┭≡竦氖道遣謊遠停雜詬眉際趿煊虻募際躒嗽崩此擔痙⒚韃⒉幌抻諞丫儷齙氖道痙⒚骺梢雜糜諞磺脅捎媒鶚敉捶闌MI和閃電，并且要求和鄰近的制件連接時有導電的接頭的半固化樹脂浸漬增強材料或纏絲的復合材料的構件。此外，由于要承受EMI的電子裝備的廣泛應用，本發明子計可在許多部門得到應用，包括那些復合材料構件需要有導電性能的連接的自動化裝置和家用電器。
再看圖4，圖中表示按照本發明制作的，需要一層中間導電表面的制件。沿需要拼接的表面敷設一層無孔帶14，無孔帶14的一側配接第一面層15，另一側配接第二面層16。在面層和無孔帶上敷設了多層金屬網簾，有的是連續的，有的是斷開的，再在上面又敷設一層覆蓋的金屬網簾18。沿拼接表面，在無孔帶14的上方再敷設一條隔擋帶19，把金屬網夾在中間。這樣就防止了固化時樹脂有摻雜進金屬網內。在它們的上面再鋪上多層結構板20，然后就把這個組裝件進行固化處理。固化處理后，揭掉無孔帶，就露露出潔凈的金屬網表面。
雖然本發明只揭示了關于飛機屏蔽EMI和閃電的方法，但很明顯，本技術領域的技術人員都會了解，本發明可以用于任何其它需要電磁屏蔽的電氣用品。此外，雖然這里只敘述了一種導電拼接表面，但很明顯，只要簡單地改制隔擋帶和無孔帶，任何形狀的導電拼接表面都可以制作。例如，方形的、圓形的或者橢圓形的形狀都可以制作。
權利要求
1.一種制造具有潔凈的、高導電性能的拼接表面，以便與鄰近的構件連接時該表面可以導電的制作的方法，上述制件內有一層連續的導電層以屏蔽閃電或電磁干擾，上述方法由下述步驟組成1)在模子上，在需要拼接的表面上放一條無孔帶；2)用至少一層導電材料覆蓋在無孔帶上；3)在無孔帶位置的上方，在導電材料層的上面放一條隔擋帶，把導電材料層夾在中間；4)把一塊或多塊構件板放在金屬網和隔擋帶上面，至厚度達到要求為止；5)進行固化處理，形成一件復合材料制件；6)揭掉無孔帶，露出基本上沒有樹脂的導電的拼接表面。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的導電材料層是一層導電的金屬網或金屬的箔簾。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的導電材料層是鋁制金屬網。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是還有在無孔帶旁邊放置一塊以保護導電材料層的復合材料面板的步驟。
5.如權利要求1所述的方法，其特征是上述構件板是用玻璃纖維、石墨或凱弗拉纖維加強的，用樹脂浸漬過的復合材料板。
6.如權利要求1所述的方法，其特征是上述無孔帶是一種銅箔，正面有一層聚酯薄膜，背面有一層粘結劑。
7.如權利要求1所述的方法，其特征是隔擋帶是一層低流動性的粘結劑薄膜。
8.如權利要求1所述的方法，其特征是隔擋帶是一層帶有或不帶有可剝離的粘結劑墊層的聚酯薄膜帶子。
9.一種制造具有潔凈的、高導電率的拼接表面的復合材料制件的方法，上述制件內有連續的導電層以屏蔽閃電或電磁干擾，上述方法由下述步驟組成1)在模子上，在需要有潔凈的、高導電率的拼接表面上放一層無孔帶;2)在無孔帶的旁邊放一塊復合材料面板;3)用至少一層導電材料覆蓋在無孔帶和面板上;4)在無孔帶的正上方，在導電材料層的上面放一條隔擋帶，把導電材料層夾在中間;5)在上述各打底層的上面放一塊或多塊構件板，至厚度達到要求為止;6)進行固化處理，形成一件復合材料制件;7)揭掉無孔帶，露出潔凈的、高導電率的拼接表面。
10.如權利要求9所述的方法，其特征是上述導電材料層是一層導電的金屬網或金屬的箔簾。
11.如權利要求9所述的方法，其特征是上述導電材料層是鋁制的金屬網。
12.如權利要求9所述的方法，其特征是上述構件板是用玻璃纖維、石墨或凱弗拉纖維加強的、用樹脂浸漬過的復合材料板。
13.如權利要求9所述的方法，其特征是上述無孔帶是一種銅箔，正面有一層聚酯薄膜，背面有一層粘結劑。
14.如權利要求9所述的方法，其特征是隔擋帶是一層低流動性的粘結劑薄膜。
15.如權利要求9所述的方法，其特征是隔擋帶是一層帶有或不帶有可剝離的粘結劑墊層的聚酯薄膜帶子。
16.一種制造具有潔凈的、高導電性能的拼接表面，以便與鄰近的構件連接時該表面可以導電的制件的方法，上述制件內有一層連續的導電層以屏蔽閃電或電磁干擾，在上述方法中包括下列步驟在模子內敷設好若干層材料，把各層里抽成真空以排除空氣，然后進行固化處理，使之形成一件復合材料的制件，該方法的改進之處在于在需要高導電性能的拼接表面區，在模子里放一帶無孔帶;在無孔帶上疊上至少一層導電材料;在無孔帶的正上方，在導電材料層上放一條阻擋帶，把導電材料層夾在兩種帶的中間;以及在進行固化處理后揭掉無孔帶，露出潔凈的、高導電性能的拼接表面。
17.如權利要求16所述的方法，其特征是所述的導電材料層是導電的金屬網或金屬箔簾。
18.如權利要求16所述的方法，其特征是上述導電材料層是鋁制金屬網。
19.如權利要求16所述的方法，它還有一個在無孔帶旁板放一塊保護導電材料層用的復合材料面板的步驟。
20.如權利要求16所述的方法，其特征是上述構件板是用玻璃纖維、石墨或凱弗拉纖維加強的，用樹脂浸漬過的復合材料板。
21.如權利要求16所述的方法，其特征是上述無孔帶是一層銅箔，正面有一層聚酯薄膜，背面有一層粘結劑。
22.如權利要求16所述的方法，其特征是隔擋帶是低流動性的粘結劑薄膜。
23.如權利要求16所述的方法，其特征是隔擋帶是一層帶有或不帶有可剝離的粘結劑墊層的聚酯薄膜帶子。
全文摘要
一種能為復合材料板提供潔凈的、具有高導電性能的拼接表面的方法，這種復合材料板內部嵌有鋁線編的網以屏蔽閃電和電磁干擾。該方法包括在要求有高導電性能的拼接表面區。在模子中放一條無孔帶；在無孔帶上面放一層或多層鋁網，形成導電通路；然后再在拼接面上放一層無孔的隔接帶，把金屬網夾在中間，然后上面再放構件板。固化處理時，帶子阻止樹脂直接摻雜到金屬網中。固化后，揭掉無孔帶，露出潔凈的高導電性能的拼接表面。
文檔編號H01L23/552GK1033140SQ8810637
公開日1989年5月24日 申請日期1988年8月4日 優先權日1987年8月4日
發明者羅科·R·迪杰諾瓦 申請人:聯合工藝公司