一種電觸點及其製造方法與流程
2024-03-06 15:15:15 1
本發明涉及一種複合材料領域，更具體地說，本發明涉及複合導電材料，這種複合導電材料適合於製作按鍵的電觸點。
背景技術：
電觸點是按鍵中的關鍵部件，它通常用來與印刷電路板(PCB)的觸點開關配對使用。它必須有低的接觸電阻。如果接觸電阻過大，就會造成按鍵開關功能失效、誤判。
申請號為200810085671.7的專利文獻「具有金屬化塗層的聚合物觸點的連接器」公開了一種具有金屬化塗層的聚合物基觸點的連接器。申請號為201110027418.8的專利文獻「橡膠導電粒及其製備方法」公開了一種橡膠基材和其表面上的金屬鍍膜的橡膠導電粒(橡膠導電粒是電觸點的一種)，金屬鍍膜可以是一層或者數層。申請號為201110193369.5的專利文獻「麻面金屬與橡膠複合導電粒」公開了一種麻面金屬與橡膠複合導電粒，該導電粒由金屬面層與橡膠基體粘合而成,或者粘合後分切而成。申請號為201110335410.8的專利文獻「多層結構的橡膠導電板和導電粒」公開了一種多層結構的由導電層、過渡層和彈性層複合而成的橡膠導電板和導電粒，其中，導電層是緻密金屬薄片或者疏鬆金屬薄片，過渡層是聚合物薄膜或第二層緻密金屬薄片，彈性層是橡膠片材或橡塑片材。申請號為201210090165.3的專利文獻「軟態金屬面與高分子材料複合導電粒」公開了一種軟態金屬面與高分子材料複合導電粒。申請號為201310748955.0的專利文獻「開關觸點元件及其製備方法」公開了一種具有三層的層狀結構的開關觸點元件：底層為矽橡膠；中間層為連續的賤金屬薄片層；上層為不連續的貴金屬鍍層或者為不連續的賤金屬鍍層和貴金屬鍍層的雙金屬複合層。申請號為201410467116.6的專利文獻「一種鍍貴金屬開關觸點元件及其製備方法」也公開了一種包括橡膠層、賤金屬中間層和貴金屬層的開關觸點元件。申請號為201410349019.7的專利「一種耐電弧燒蝕的鎢合金開關觸點及其製備方法」公開了一種疏水性橡膠層、金屬薄片層和化學沉積層三層結構的開關觸點及其製備方法。
以上這些專利文獻所製得的電觸點都存在片狀複合物的兩個表面材料構成不一樣的問題。這些電觸點的一個表面是金屬材質，起接通電路的作用，另一個表面是不導電的聚合物。在用於生產按鍵時，一個常見的現象是：這些兩個表面化學組成不一致的電觸點倒置地和按鍵基材結合，也就是說，電觸點的金屬面被結合到按鍵基材中而聚合物面外露以用來接通電路。按鍵中只要有一個電觸點倒置，將使整個按鍵報廢。如果這種報廢的按鍵用於汽車上，則會導致安全問題。
技術實現要素：
發明目的：本發明為了克服由單層金屬片材與高分子材料複合而製得的電觸點，在生產按鍵產品時，易出現的電觸點放置顛倒的隱患，本發明提供了一種兩層或多層金屬片和高分子材料的複合而成的電觸點，由這種電觸點製備的按鍵，由於電觸點的兩個表面的組成是一致的，不存在電觸點倒置的現象，從而確保按鍵具有可靠的電導通功能。
技術方案：提供一種兩個表面化學組成一致的電觸點：它是由金屬和高分子材料交替地層狀複合而成的圓形或其它幾何形狀的小片，其中，金屬和高分子材料之間緊密結合，兩者之間的粘合強度不小於10N/cm2，而它的兩個平行或基本平行的表面(上表面和下表面)都是金屬。它的外接圓直徑為1-10mm，總厚度為0.1-8mm，每一層金屬的厚度為0.001-1.0mm，每一層高分子材料的厚度不大於2.0mm。
電觸點的兩個表面有相同的或者基本相同的化學組成，使得電觸點的兩個表面有相同或基本相同的表面電阻和導電能力。所以，當這樣的電觸點用作按鍵的電觸點時，無論電觸點的任一表面與PCB的開關觸點接觸時，所產生的接觸電阻相同或極為相近，因而可以確保按鍵開關不會失效或誤判。
電觸點的兩個表面分別使用化學組成不同但表面電阻相近的兩種金屬材料，也是可行的，但我們不提倡這樣做，因為這樣做會增加生產中的原材料庫存，且電觸點的兩個表面的表面電阻的一致性，不及兩個表面使用化學組成相同金屬的電觸點。
典型地，電觸點是以金屬-高分子材料-金屬的方式層狀複合而成的，或者以金屬-高分子材料-金屬-高分子材料-金屬的方式層狀複合而成的。在多層金屬和高分子材料複合而成的電觸點中，中間的金屬，可以和兩個表面的金屬是一樣的，也可以是不一樣的。
所述電觸點中的金屬可以為鋁、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、錫、鈦、錳、鉬、鉭、鎢、銀、金或它們的合金。實際上，選用哪種金屬材料來製備電觸點，應考慮電觸點的應用要求，以及金屬材料本身的導電能力、化學穩定性等因素。
進一步地，所述電觸點中的金屬為不鏽鋼、銅、鎳或含有銅、鎳的合金。這些材料價廉易得，並且在大氣中較為穩定。
電觸點中的金屬層，可以是平的、密實的，也可以是不平的、有孔洞的、或是泡沫的。金屬層可以是由兩面或單面的表面粗糙度Ra為0.025-100的金屬片材製成的，或者是由有凸點、凸面、凹點、凹面、凸線條、凹線條、孔洞或氣泡的金屬片材製成的；凸點、凸面、凹點和凹面的外接圓直徑或寬度不大於2.0mm；所述孔洞的橫截面的外接圓直徑為0.05-5mm，所述的氣泡是開孔型的或閉孔型的。
可以用不平的或有特殊形狀金屬片材來製備電觸點的兩個表面，甚至作為電觸點的中間層。這些特殊形狀的金屬是通過壓花、輥花、雷射雕刻的物理方法，或通過蝕刻、電鑄、電鍍的化學方法而製得的，這些物理方法或化學方法，使金屬層形成凹坑、凸起或孔洞。
所述的電觸點的金屬層是均質的或非均質的；進一步地，所述的金屬層是有鍍層的；更進一步地，所述的電觸點的金屬層的至少一個表面鍍有厚度為0.005-10μm的金或金合金。電觸點表面的鍍金層，可以提高電觸點的電流承載能力和使用壽命。不必選用整面有鍍金層的金屬片材來製備有鍍金層的電觸點。可將由兩層或多層多孔金屬片和高分子材料製得的複合片材，衝切成小圓片後，再進行鍍金或化學鍍金。這樣製備鍍金電觸點，金的耗用量更少，原材料成本低。
所述的金屬片材的表面塗有一層用於提高多孔金屬和高分子材料之間粘合性的平均厚度不大於1μm的粘合增進劑、偶聯劑或底塗劑，以增強金屬和高分子材料之間的粘合強度，使得粘合強度高於或遠高於10N/cm2，防止電觸點在使用過程中脫層。當然，如果所用高分子材料自身具有對金屬的粘結性，就無需對金屬進行粘合劑、偶聯劑或底塗劑處理。
本發明中電觸點中的高分子材料可以是多種多樣的，可以是由熱固性橡膠、熱塑性彈性體、熱固性塑料、熱塑性塑料、雙面膠帶、熱熔膠、粘合劑、轉印膜、轉印膠、塗料或油墨製備的。
電觸點中的高分子材料可以含有各種助劑，比如防老劑、導電填料等；所選用的導電填料可以是導電炭黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯、金屬粉末、金屬纖維或含有金屬鍍層的微粒或纖維等。在高分子材料中添加導電填料，以使得高分子材料是導電的，從而提高電觸點的導電可靠性。
本發明中電觸點的製造方法有兩種，方法一是直接由小金屬片製備單個的電觸點，方法二是先製備大面積的複合片材，再由複合片材衝切或分割成電觸點。
方法一：通過疊合、移印、絲印、刷塗、輥刷塗、刮塗、噴塗、浸塗、淋塗、抽塗的方式，使高分子材料和外接圓直徑為1-10mm的金屬片組合在一起，並加以壓合或熱壓合，或者通過粘合工藝、熱塑性成型工藝、熱固性成型工藝、熱硫化成型工藝，或者通過這些工藝的組合，製得金屬和高分子材料交替排列的層狀複合材料，這也就是適合用作按鍵的電觸點；
方法二：同方法一，但使用的不是外接圓直徑為1-10mm的金屬片，而是面積大於40mm2的金屬片材；將所製得的層狀複合材料經機械衝切或雷射切割，製得外接圓直徑為1-10mm的小片，即適合用作按鍵的電觸點。
有益效果：本發明的具體優勢如下：
(1)本發明所製得的電觸點具有均為金屬層的兩個表面，電觸點的兩個表面的表面電阻可完全相同，因此特別適合用作工業化批量生產包含電觸點的按鍵。在工業化生產中，無需強制性地使電觸點的某一固定面向外，避免工業化批量生產按鍵中出現電觸點「錯放」、「顛倒」之類的異常，提高了按鍵產品的良率。
(2)製備本發明中的電觸點，選材廣泛，成本可控。
附圖說明
圖1是本發明的實施例2的電觸點的剖面圖；
圖2是本發明的實施例3的電觸點的剖面圖；
圖3是本發明的對比例4的電觸點的剖面圖；
圖4是本發明的實施例5的電觸點的剖面圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
將一光亮的厚度為0.05mm的乙烯基三叔丁基過氧矽烷(VTPS)處理過的純鎳片(鎳含量大於99.5％)，與矽橡膠混煉膠(含有道康寧公司矽橡膠SE-4706U100份，過氧化物硫化劑DCP 1份)在180℃下壓合，製得0.5mm厚的複合片材，用瞬幹膠或室溫固化的矽橡膠-金屬粘合劑將此複合片材的橡膠表面與厚度為0.05mm鎳金屬片粘合，製得兩層金屬片與橡膠複合的片材。將所製得的複合片材，衝切成直徑為5mm的小圓片。這種小圓片的兩個圓形表面的材質或化學組成是相同的，兩個圓形表面的接觸電阻也是相同的。這種小圓片，作為電觸點，通過熱硫化粘合的方式同矽橡膠複合，即可製得有電觸點的矽橡膠按鍵。不管這種小圓片的哪一圓形表面與按鍵矽橡膠熱硫化粘合，所製得矽橡膠按鍵的電觸點同PCB鍍金開關觸點之間的接觸電阻均為0.5Ω。
實施例2
實施例1中所用的材料也在實施例2中使用。為了提高複合片材的生產效率，將複合片材按照鎳金屬片-高分子材料-鎳金屬片的方式疊合，將疊合材料在175℃下壓合10分鐘。將所製得的複合片材，衝切成直徑為2mm，5mm，8mm的小圓片。將這種小圓片，一樣可以作為電觸點用於生產矽橡膠按鍵。
實施例3
如實施例1，但所用的金屬片是316不鏽鋼片，不鏽鋼片的厚度為0.1mm，不鏽鋼片上使用化學鍍的方法，先鍍上一層厚度為1μm厚的鎳鍍層，然後在鎳鍍層上電鑄有平均厚度為0.7μm，含金量在99.9％以上的圓柱體電鑄層。在不鏽鋼片上電鑄金目的，是為了降低電觸點的表面接觸電阻、增大電觸點的電導通性能和使用壽命。使用平板硫化機，在175℃×10分鐘的條件下，對電鑄金不鏽鋼-高分子材料-電鑄金不鏽鋼進行熱硫化加工，製成1.0mm厚的複合片材，將此複合片材衝切成直徑5mm的小圓片，經測試該方法製作的電觸點與PCB鍍金開關觸點之間接觸電阻為0.2-0.3Ω。
對比例4
作為對比，使用實施例3中的電鑄金不鏽鋼片材與高分子材料單層直接硫化成型，製得對比電觸點。
將實施例3的電觸點與對比電觸點分別取25粒採取隨機放入的方式，放進模腔中並與混煉矽膠製作開關按鍵，實施例3製備的電觸點所有25粒均能正常導通，接觸電阻0.2-0.3Ω，而使用對比電觸點有12粒出現不導通的情況。
實施例5
使用實施例中1中的鎳片材，對鎳片材使用化學蝕刻的方法進行蝕刻，在鎳片材表面蝕刻直徑3mm，深度0.02mm，孔心距10mm的圓孔；選用厚度為0.05mm厚316不鏽鋼做加強層，將鎳片、氟橡膠和不鏽鋼按照半蝕刻鎳片---氟橡膠---不鏽鋼---氟橡膠---半蝕刻鎳的方式疊合，使用硫化成型方式在180℃溫度條件下進行硫化10分鐘，將所製得的複合片材，衝切成直徑為5mm的電觸點。這種電觸點可用於製備各型按鍵。
實施例6
將厚度為0.1mm的不鏽鋼片材，輥壓成正弦波波紋狀片材，輥壓後片材的總厚度為0.12mm，相鄰兩峰之間的距離為0.75mm。在兩片波紋相互垂直的波紋狀片材中間，放入含有1％VTPS的矽橡膠，然後在175℃下熱硫化10分鐘，製得厚度為1.0mm的複合片材，並將片材衝切成直徑5.0mm的小圓片，即得到一種電觸點。由於電觸點的表面不是平的而有正弦波波紋，具有較好的抗塵性和抗油汙性。
在兩個波紋狀片材中間，還可以放入一厚度為0.1mm的平的不鏽鋼片材，然後在這金屬層之間放入含有1％VTPS的矽橡膠，在175℃下熱硫化10分鐘，製得厚度為1.0mm的複合片材，並將片材衝切成直徑5.0mm的小圓片，即得到一種電觸點。這種電觸點的整體強度更高、抗折性能更好。
實施例7
將5片0.05mm厚的不鏽鋼片材，用雙面膠(選用3M公司的9460雙面膠)粘合起來並加以壓合，或者用共聚醯胺型的熱熔膠膜粘貼在一起，並加以熱壓合，製成整體強度高又有一定韌性的多金屬層的複合片材，將複合片材衝切成直徑為5mm的小圓片，即製得一種兩面導電能力一致的電觸點。
實施例8
在0.025mm厚的不鏽鋼片材上，絲網印刷一層0.02mm厚的不乾膠印刷油墨，然後和另一0.025mm厚的不鏽鋼片材粘結製得兩層金屬的複合片材。在這兩層金屬的複合片材的一個表面上，再絲網印刷一層0.02mm厚的不乾膠印刷油墨，並和另一0.025mm厚的不鏽鋼片材粘結，製得三層金屬的複合片材。如此循環下去，可製得四層或更多層的金屬的複合材料。用這些兩層或多層金屬的複合材料，衝切出直徑2.0-7.5mm的小圓片，這些小圓片就是兩面導電能力一致的電觸點。
實施例9
將實施例1、2、5、6、7、8製得的小圓片，採用化學鍍的方法，先鍍上2-4μm厚的鎳，再鍍上平均厚度為0.5μm的純金(金含量大於99.0％)。這種方法製得電觸點，用金量比較節省，鍍金後的電觸點的使用壽命，均顯著延長。
本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。