[发明专利]由金属化不锈钢单丝纱线构成的电屏蔽材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2007年7月16日提交的申请号为60/959,673并且发明名称为“Metallized Stainless Steel Micro-Fiber and Yarn”的美国临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及由金属化不锈钢单丝构成的纱线和多纤维，所述纱线和多纤维适用于RFI/EMI屏蔽材料和其它目的。

背景技术

随着航空航天应用中的电子系统的复杂性的增加，用于互连系统部件的电缆的设计者们已经致力于满足对RFI/EMI保护的日益迫切的需求，并且因为航空器性能和运行成本直接与重量相关，需要较轻重量的电缆构造。在传统设计中，电缆通过编织在围绕电缆芯的绝缘体上的线网屏蔽而被保护免受RFI/EMI。在更高要求的应用中，利用适配在一条或者多条电缆上的单独编织或者编结的线网套实现附加的屏蔽保护。传统的屏蔽材料由单股的镀锡、镀镍或者镀银的铜线构成，通常是#34或者#36 AWG(直径分别是6.3或者5.0密耳)。

尽管这些材料过去在功能上适用，但是其不能满足对新电缆设计提出的更加迫切的屏蔽和重量要求。由于在线交叉的网中的间隙，由传统的电镀铜线制成的屏蔽中发生泄漏。此外，编织中使用的金属线的刚性防止了网紧密地贴合到芯绝缘体的表面，留下了小的间隙，该间隙具有限制电缆可以在其上有效工作的频率范围的作用。假设由较小直径线制造的编织线网能够改善屏蔽效果并且降低电缆重量，但是比#36 AWG更细的铜线太容易在编织处理中断裂。

在US 5,103,067(Aldissi，Champlain Cable Corporation，1993年1月19日)以及相关专利(US 5,180,884，US 5,473,113)中提出了一种解决这些问题的方案，其中描述了金属涂覆的聚合纤维的性能以及重量降低的优点。在这种方案中，利用导电材料的一个或者多个薄层对具有高的强度重量比和柔性的微直径芳族聚酰胺单丝纱线进行金属化，然后将其编织或者编结成密网。芳族聚酰胺单丝的高张力强度在小直径规格(form factor)中提供机械强度，这有利于通过降低网中间隙的尺寸来改善屏蔽性能。聚合纱线赋予该编织结构的柔性还提供了到下方绝缘表面的更大贴合性，从而扩展了屏蔽在其上有效的频率范围。最后，即使具有导电涂层，金属化芳族聚酰胺纱线的重量比传统的铜线相应物的重量要小得多。

尽管具有这些属性，上面提出的金属化芳族聚酰胺纱线不能完全满足电缆设计者的需要。主要缺点在于其成本是传统电镀线的20倍以上，这明显限制了其在所选择的航空航天应用中的使用，所选择的航空航天应用例如是与超重有关的性能牺牲很大的卫星和军事航空器。金属化芳族聚酰胺纱线的高成本归因于其对用于在聚合单丝上形成第一导电层的无电镀沉积处理的必要依赖；无电镀沉积处理不仅比电解处理更慢，而且比电镀处理涉及更加昂贵的化学成分。此外，尽管金属化芳族聚酰胺纱线的性能优于传统材料，但是其相对于覆盖范围或者导电性并非优选，这两个因素影响屏蔽效果。更小直径的芳族聚酰胺单丝将允许使用更小空气间隙来制造编织屏蔽，但是由于较小直径的丝会被为屏蔽应用提供足够低电阻(通常是1欧姆/英尺或者更小)所需的电镀金属量脆化，所以金属化芳族聚酰胺纱线的构造被局限于15微米直径的单丝。因此，从导电性方面考虑，由金属化芳族聚酰胺单丝构成的纱线与#36布线的大约12欧姆/克或者#34布线的2欧姆/克相比具有更高的每单位重量电阻属性，其在22欧姆/克的范围内。最后，聚合单丝本身的属性限制了金属化聚合纱线能够可靠地经受住的温度和化学曝光。

因此，期望采用一种更简单并且成本更低的金属化处理来提供由导电多丝纱线构成的屏蔽材料，该导电多丝纱线具有小的规格(直径)、高的导电性重量比、良好的柔性以及耐大范围的热量和化学曝光的能力。在2007年11月6日授予给Watson等人的US 7,291,391中描述了针对这一目的的方案，其中提出了使用电解金属化处理来降低由微直径不锈钢单丝构成的纱线的电阻率，以用作对于加热的汽车座椅的电阻加热元件。