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.
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
Токопроводящая паста используется для снижения сопротивления в местах контактов.
Для чего нужна паста
Еще во второй половине 20 века ученые рассчитали, что потери электроэнергии во всех сферах производства составляют до 10 % от общего объема электропотребления. Это значение увеличивается при старении оборудования и износе проводки.
Наиболее простым способом свести потери к минимуму без серьезных финансовых затрат оказалось использование специальных электропроводящих средств. При этом не нужно ремонтировать оборудование и проводить замену проводки.
Электрические контакты имеют свой срок службы. И он сокращается при изменении переходного контактного сопротивления. При воздействии электричества место соединения проводов начинает разогреваться. Это может привести даже к возникновению пожаров. Статистика гласит, что в 10 % случаев аварии на производстве происходят именно по причине разрушения контактов электрической сети. А разрушение данного рода происходит именно из-за превышения предела электрического сопротивления.
Для обработки контактов стандартами предусмотрены такие вещества, как литол, циатим, Все они имеют жировую основу. За счет этого подобные средства выплавляются и выгорают, оставляя контакт незащищенным. В качестве замены им в последнее время все чаще используется паста контактная токопроводящая.
Общее понятие
Токопроводящая паста позволяет увеличить срок службы контактов электрической проводки до семи лет. Она снижает в два раза значение переходного сопротивления в местах электрических контактов. Работает данное средство в температурном режиме до 350-4000 градусов. В таких условиях оно позволяет сохранить все функциональные особенности контактных соединений.
Отдельно существует такой вид средства, как антикоррозионная токопроводящая паста. Кроме основных задач по снижение переходного сопротивления она защищает контакты от воздействия влаги и агрессивной среды.
Выполняют еще и энергосберегающую функцию. Специалисты подсчитали, что использование всего 1 кг средства позволяет сэкономить до 100 тысяч кВт электроэнергии за год.
Область применения
Паста токопроводящая для контактов используется в различных областях производства и промышленности. Основными из них являются:
- Металлургическая.
- Нефтехимическая.
- Горно-обогатительная.
- Электростанции различных видов (тепловые, атомные, гидро).
- Военная техника.
- Коммунальное хозяйство.
- Транспорт.
- Ремонт электросхем.
Классификация
Электропроводящая паста имеет два вида. Они отличаются между собой способом воздействия на контакты:
- Пассивная (ее еще называют нейтральной) является своеобразным профилактическим средством, которое будет предохранять от окисления контактов под влиянием кислорода воздуха. К данной группе относится паста КВТ контактная токопроводящая.
- Активная не затрагивает металл проводов, но оказывают воздействие на окисленные участки, расположенные не поверхности.
Использование средства
Токопроводящая паста проста в использовании. Первым делом поверхность, на которую будет наноситься средство, необходимо обезжирить и высушить.
Далее готовится сама паста. Как правило, она состоит из двух компонентов: порошка с добавлением металла, жидкости для разбавления порошка. Поэтому компоненты необходимо соединить. Делается это в сухой таре. Можно даже на картоне, если количество небольшое. Паста по консистенции должна напоминать зубную пасту.
Паста наносится на подготовленную заранее поверхность слоем толщиной 2-3 мм. При соединении контактов их концы просто опускаются в средство.
Работать с готовой пастой необходимо быстро. Она схватывается уже через две минуты. Время полного высыхания составляет два часа.
Изготовление пасты своими руками
Токопроводящая паста имеется в продаже в широком ассортименте от различных производителей. Но ее можно также изготовить самостоятельно.
Основной компонент клея - синтетическая смола. Она в чистом виде не проводит электричество. Поэтому к ней и добавляют частицы металлов - золота, меди, серебра, никеля. Для обеспечения хорошей электропроводимости объем порошка должен составлять не менее 70 %.
Чаще всего используется серебро. Такой выбор основан только на экономической стороне вопроса. Наиболее простой и дешевый способ его получения - путем химической реакции восстановления формалина. Для этого берется одна часть и одна часть формалина (1 %). Их смесь разогревается до температуры 80 градусов. После этого туда же добавляется нашатырный спирт (5 %). В результате реакции на дно выпадет осадок серебра темного цвета. Этот осадок фильтруют, моют и высушивают.
Когда все компоненты готовы, можно готовить пасту. Для этого соединяют 100 грамм эпоксидной смолы, 250 грамм порошка серебра, 10 грамм дибутилфлатата (для придания смоле более жидкой консистенции). Перед использованием добавляют 10 грамм полиэтиленполиамина в качестве отвердителя. Без него смесь можно хранить неограниченное время.
Увеличить электропроводимость пасты можно, если высушивать ее после нанесения при повышенной температуре (до 100 градусов).
Электропроводящие средства являются химическими веществами, работать с которыми необходимо с соблюдением основных правил безопасности. Паста не должна попадать на кожу и слизистые оболочки. Если это произойдет, необходимо тщательно промыть теплой водой с мылом.
Назначение
Одним из эффективных путей снижения потерь электрической энергии в контактных соединениях является применение контактной проводящей пасты. Использование контактной проводящей пасты позволяет снизить электрическое сопротивление контакта за счет увеличения площади контактирования. Паста работоспособна независимо от рода тока и значений частоты. Рецептура пасты представляет собой электропроводящую смесь металлического наполнителя с органическими связующими и имеет высокую, стабильную во времени, электропроводность. Нанесение контактной пасты на поверхность металла обеспечивает долговременную защиту электрического контакта от различных физико-химических процессов, происходящих в процессе эксплуатации. Применение пасты снижает трудозатраты на обслуживание контактных соединений, увеличивает временной интервал между ППР. Электропроводящую пасту рекомендуется применять при монтаже новых соединений, при проведении ППР или при достижении контактными соединениями температур, регламентированных ГОСТ 10434. Способ применения контактной пасты Перед нанесением пасты зачистить контактные поверхности. Пыль удалить сухой ветошью. На одну из поверхностей нанести тонкий слой пасты. Сборку контактов производить в соответствии с ГОСТ 10434-82 или монтажными инструкциями. Убрать излишки пасты, вытесненные из области контакта. При ремонте контакта остатки пасты удалить растворителем, произвести подготовку к нанесению в соответствии с п.1.
- Состав: минеральное масло, загустители, электропроводящая композиция.
- Диапазон рабочих температур: от -40 до +100°С.
- Вес упаковки: 0.1 кг.
Способ применения контактной пасты:
- Перед нанесением пасты зачистить контактные поверхности. Пыль удалить сухой ветошью.
- На одну из поверхностей нанести тонкий слой пасты.
- Сборку контактов производить в соответствии с ГОСТ 10434-82 или монтажными инструкциями.
- Убрать излишки пасты, вытесненные из области контакта.
- При ремонте контакта остатки пасты удалить растворителем, произвести подготовку к нанесению.
Основные характеристики
- нетоксична, соответствует требованиям IV класса по ГОСТ 12.1.007-76;
- предназначена для разборных и неразборных электрических контактных соединений постоянного и переменного тока;
- является эффективной защитой контактного соединения от воздействия негативных факторов окружающей среды;
- увеличивает контактную поверхность;
- снижает электрическое сопротивление контакта;
- стабилизирует температурный режим контактного соединения в процессе эксплуатации;
- обеспечивает стабильность электрических характеристик во времени;
- диапазон рабочих температур: от -40 до +100°С;
- увеличивает срок службы электрических контактов и снижает трудозатраты на ремонт и обслуживание электросетей.