ЛАМПОВЫЙ УЗЕЛ
LAMP ASSEMBLY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к изделиям, защищенным сорбентами, и, более конкретно, к улучшенным составам для литья под давлением и изготовленным из них изделиям, содержащим адсорбирующие добавки в смоляной основе, и, более конкретно, к ламповому узлу, имеющему гидроизолирующую оболочку, содержащую связанный смолой сорбент.
Предпосылки изобретения
Включение сорбентов, например влагопоглотителей, в смоляные матрицы было известно в нескольких контекстах. Формование этих смол в фасонные или функциональные профили различными способами было описано в определенных вариантах применения. Также в смолы для формования добавляли наполнители. Дешевые минеральные или другие наполнители добавляли в смолосодержащие составы для расширения смолы и снижения затрат, сохраняя прочность, достаточную для намеченного конечного варианта применения формованного изделия. Также обычной практикой является добавление усиливающих материалов, таких как стекловолокно или стеклянные шарики, для улучшения механических свойств формовочных смол, например, по твердости, деформации при растяжении и так далее. С усиливающими добавками, только как наполнителями, было обнаружено, что существуют диапазоны, внутри которых достигаются желательные эффекты расширения смолы или усиления формованного изделия с сохранением удовлетворительного литья под давлением и механических свойств.
Тем не менее, формовочные составы, содержащие усиливающие добавки, не были полностью удовлетворительными для многих конечных вариантов применения. Например, формовочный состав, имеющей относительно высокие уровни наполнения усиливающими добавками, такими как стекловолокно и стеклянные шарики, имеет недостаток, заключающийся в ограничении коэффициента наполнения сорбентами, которые могут быть введены в такие формовочные составы для оптимальных адсорбционных характеристик. Однако с соответствующим уменьшением загрузки усиливающих добавок и увеличением загрузки сорбентами существует также вероятность снижения желательных механических свойств, таких как твердость, прочность на растяжение и других механических свойств.
Таким образом, существующие матрицы из смолы/сорбента имеют несколько недостатков. Материалы часто являются ломкими и недостаточными для выдерживания стандартного испытания на удар. Кроме того, зернистый материал может высвобождаться из матрицы, таким образом, ухудшая рабочие характеристики детали и/или функциональные возможности устройства. Благодаря структуре этих матриц вода может адсорбироваться или абсорбироваться более быстрым темпом, который фактически может быть слишком быстрым для обычных производственных процедур. Другими словами, способность детали адсорбировать воду может быть исчерпана до ее сборки в устройстве, поскольку условия окружающей среды не контролируются в производственной среде. Существующие матрицы из смолы/сорбента часто довольно дороги в производстве и использовании вследствие использования редкой смолы, дополнительных этапов обработки и использования полисмоляных материалов, имеющих межфазные границы. Кроме того, существующие матрицы из смолы/сорбента могут вызывать проблемы совместимости из-за материалов, в типичном случае, используемых в качестве связующих материалов.
Известно, что ламповые узлы, в частности ламповые узлы, используемые в автомобильной и морской отраслях промышленности, подвергаются воздействию агрессивной окружающей среды во множестве условий. Например, прицепы тягачей, в типичном случае, включают множество ламп вокруг основания прицепа, а также вокруг части тягача. Поскольку прицепы тягачей перевозят товары в различных условиях окружающей среды, например из холодных условий в высоких широтах во влажные жаркие условия экваториальных районов, ламповые узлы испытывают воздействие широкого диапазона температур, а также окружающей относительной влаги. В то же время в морских вариантах применения, например в отношении ходовых и сигнальных огней, ламповые узлы могут подвергаться воздействию жидкостей, таких как соленая вода.
В дополнение к факторам окружающей среды, ламповые узлы подвергаются воздействию сильных моющих растворов. Например, тягачи моют множеством растворов, в то время как прицепы могут очищаться более агрессивными растворами, поскольку прицепы могут использоваться для перевозки веществ, которые являются трудноудаляемыми. Также широко используются кислотные растворы, такие как смесь 50/50 мурамовой кислоты и воды, для очистки корпусов судов, таким образом, подвергающие ламповые узлы воздействию чрезвычайно агрессивных растворов.
Ввиду указанного выше следует понимать, что внутренние электронные компоненты ламповых узлов подвергаются воздействию множества условий окружающей среды, которые ухудшают их рабочие характеристики и срок службы. Например, ламповые узлы обычно включают светоизлучающие диоды (светодиоды), как источники света, и эти светодиоды требуют использования управляющей схемы и электрических соединений для функционирования должным образом. Указанные выше условия окружающей среды, в частности повышенные уровни относительной влажности, оказывают вредное влияние на электронику лампового узла вследствие проникновения влаги через термопластический корпус, линзовые покрытия и электропроводку и точки входа соединителей. Усложняет проблему то, что термопластические полимеры или термохимически активные полимеры, обычно используемые для этих типов вариантов применения, являются очень слабыми барьерами для влаги и, прежде всего, избираются для этих типов вариантов применения из-за их способности сохранять размеры или способности связываться друг с другом для формирования узлов. До настоящего времени проникновение загрязнений замедляли при помощи эпоксидных наполнителей и герметизирующих материалов, используемых в прокладках или уплотнениях. Таким образом, предотвращение воздействия влаги на электронику важно, хотя прежде требовало дорогих и трудоемких решений.
Например, патент США № 5632551, озаглавленный "Светодиодный ламповый узел транспортного средства", описывает герметичное уплотнение лампового узла посредством нанесения эпоксидной смолы на всю монтажную плату, таким образом, предохраняя светодиоды и монтажную плату от вибрации, усталости, влаги и т.п. Устройства этого типа дороги в производстве, трудоемки и требуют использования материалов, которые не безвредны для окружающей среды, и, в некоторых случаях, могут требовать использования специального защитного оборудования, например вентиляционных систем.
Среди множества устройств и способов, направленных на получение герметично уплотненного лампового узла, было рассмотрено много средств для достижения желательной цели, то есть предотвращения проникновения влаги внутрь лампового узла. Прежде требовались компромиссы между рабочими характеристиками и стоимостью. Таким образом, существует назревшая необходимость в герметично уплотненном ламповом узле, который предотвращает проникновение влаги и экономически эффективен и легок в производстве.
Сущность изобретения
Таким образом, основной целью изобретения является получение усовершенствованного лампового узла, который формирует барьер для влаги вокруг расположенной внутри электронной схемы. Следует понимать, что указанный выше ламповый узел предпочтительно сформирован из описанного здесь связанного смолой сорбента.
Было обнаружено, что определенные сорбенты в должным образом обработанных определенных смолах дают благоприятный эффект усиления смолы, сохраняя адсорбционную способность и в результате свойства смолы, как барьера для влаги усиливаются. Было также обнаружено, что в определенных пределах эти смолы могут быть обработаны и отформованы современными высокоскоростными способами литья под давлением в полностью функциональные компоненты для различных вариантов применения. Также было обнаружено, что сорбент благодаря его адсорбционной способности предотвращает ингрессию влаги в смолу и усиливает барьерные свойства избранных термопластических и термореактивных полимеров. Кроме того, улучшенные физические и механические свойства, полученные благодаря сорбенту, допускают использование недорогих термопластических и термореактивных полимеров, которые не демонстрируют хороших характеристик формования в сырой форме. Кроме того, адсорбционная способность сохраняет смолу сухой и, таким образом, улучшает свойства формования, устраняя необходимость в сушке непосредственно перед использованием в процессе литья под давлением, таким образом, уменьшая продолжительность обработки и стоимость.
В то же время общей и частой практикой является добавление армирующих материалов, таких как стекловолокно, в смолы для улучшения механических свойств. С усиливающими добавками, такими как только наполнители, обнаружено, что существуют диапазоны, внутри которых получают желательные эффекты расширения или усиления смолы, сохраняя удовлетворительные характеристики литья под давлением и механические свойства. Целью настоящего изобретения является добавление частиц сорбента таким образом, что механические свойства, такие как модуль растяжения и модуль изгиба, улучшаются при наличии обычных усиливающих добавок.
Некоторые смолы, в частности олефины, обычно считают менее желательными для литья под давлением вследствие чрезмерной усадки, приводящей к деформации и недостаточной формоустойчивости. Было обнаружено, что, когда определенные сорбенты должным образом примешаны таким образом, что частицы по существу полностью рассеяны таким образом, что по существу все частицы изолированы друг от друга, усадка олефинов уменьшается до диапазона, эквивалентного смолам, которые рассматривают как пригодные для формования, таким как полиамиды. Другой целью настоящего изобретения является способ составления смеси сорбента/полимера.
С учетом этого были исследованы свойства сорбентов, добавленных в различных пропорциях в формовочные смолы.
Настоящее изобретение в широком смысле содержит ламповый узел, включающий, по меньшей мере, один источник света, корпус, сформированный из первого гидроизолирующего состава, и герметизирующую крышку, сформированную из второго гидроизолирующего состава, в котором, по меньшей мере, один источник света расположен внутри корпуса, и герметизирующая крышка герметично связана с корпусом и, по меньшей мере, одним источником света, и герметизирующая крышка приспособлена для закрывания, по меньшей мере, одного источника света внутри объема, сформированного корпусом и герметизирующей крышкой. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый гидроизолирующий состав включает смесь первой смолы и первого сорбента, и второй гидроизолирующий состав включает смесь второй смолы и второго сорбента. В некоторых из этих вариантов осуществления изобретения, первая смола и/или вторая смола является термопластической смолой, в то время как в других из этих вариантов осуществления изобретения первую смолу и/или вторую смолу выбирают из группы, состоящей из полиамида, полиолефина, стиролового полимера, полиэфира и их гомогенных смесей, и в некоторых из этих вариантов осуществления изобретения полиолефин выбирают из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, полиэтилена низкой плотности и полипропилена. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый сорбент и/или второй сорбент выбирают из группы, состоящей из молекулярного сита, силикагеля, ионообменной смолы, активированного оксида алюминия, глины, соли, цеолита и их смесей. В других вариантах осуществления изобретения герметизирующую крышку герметично связывают с корпусом и, по меньшей мере, одним источником света сваркой, в то время как в других вариантах осуществления изобретения герметизирующую крышку герметично связывают с корпусом и, по меньшей мере, одним источником света клеем или эпоксидной смолой. В некоторых из этих вариантов осуществления изобретения технику сварки выбирают из группы, состоящей из: звуковой сварки, ультразвуковой сварки, сварки высокоскоростным вращением, сварки горячей пластиной и вибрационной сварки. В других вариантах осуществления изобретения герметизирующую крышку герметично связывают с корпусом и, по меньшей мере, одним источником света посредством формования герметизирующей крышки поверх корпуса.
В других вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, один источник света включает, по меньшей мере, два электрических соединителя, и корпус включает, по меньшей мере, два отверстия, которые приспособлены для приема, по меньшей мере, двух электрических соединителей, причем эти, по меньшей мере, два электрических соединителя и эти, по меньшей мере, два отверстия герметизируются третьим гидроизолирующим составом. В некоторых вариантах осуществления изобретения третий гидроизолирующий состав включает смесь третьей смолы и третьего сорбента. В некоторых из этих вариантов осуществления изобретения третья смола представляет собой термопластическую смолу, в то время как в других вариантах осуществления изобретения третью смолу выбирают из группы, состоящей из полиамида, полиолефина, стиролового полимера, полиэфира и их гомогенных смесей, и в некоторых из этих вариантов осуществления изобретения полиолефин выбирают из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, полиэтилена низкой плотности и полипропилена. В других вариантах осуществления изобретения третий сорбент выбирают из группы, состоящей из молекулярного сита, силикагеля, ионообменной смолы, активированного оксида алюминия, глины, соли, цеолита и их смесей. В других вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, два электрических соединителя и, по меньшей мере, два отверстия герметизированы третьим гидроизолирующим составом при помощи сварки, в то время как в других вариантах осуществления изобретения эти, по меньшей мере, два электрических соединителя и, по меньшей мере, два отверстия герметизированы третьим гидроизолирующим составом при помощи клея или эпоксидной смолы. В некоторых из этих вариантов осуществления изобретения технику сварки выбирают из группы, состоящей из: звуковой сварки, ультразвуковой сварки, сварки высокоскоростным вращением, сварки горячей пластиной и вибрационной сварки. В других вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, два электрических соединителя и, по меньшей мере, два отверстия герметизированы третьим гидроизолирующим составом посредством формования третьего гидроизолирующего состава поверх, по меньшей мере, двух электрических соединителей и, по меньшей мере, двух отверстий. Целью изобретения является получение более дешевого и легкого в производстве лампового узла благодаря включению сорбента в смолу для литья под давлением, согласно данному здесь описанию, который сохраняет его адсорбционную функцию, сохраняет формовочные свойства смолы, улучшает механические свойства и усиливает барьерные свойства для обеспечения увеличения срока службы без сложных уплотнений, прокладок, наполнителей и герметизирующих составов.
В описании настоящего изобретения выражение "связанный смолой сорбент", как указано в описании и формуле изобретения, означает поверхностную совместимость между сорбентом и смолой благодаря потере кристалличности смолы, посредством чего сорбент становится увлажненным и смешиваемым со смолой вследствие уменьшения поверхностного натяжения. Выражение "связанный смолой сорбент" включает связывание между смолой и сорбентом, которое может происходить, например, при нагревании сорбента со смолой или которое может происходить при помощи пригодного незагрязняющего связующего вещества, поверхностно-активного вещества или создающих совместимость средств, описанных более подробно ниже. Кроме того, термин "смола" в отношении использования в смесях материала из смолы/сорбента означает смолу в матрице, тогда как "сорбент" означает материал, фактически адсорбирующий или абсорбирующий загрязняющие вещества, который сам по себе может быть полимерным или смолистым материалом.
Краткое описание чертежей
Новые признаки изобретения и отличительные элементы изобретения конкретизированы в прилагаемой формуле изобретения. Фигуры даны только для иллюстрации и необязательно вычерчены в масштабе. Однако само по себе изобретение, как с точки зрения организации, так и способа работы, может стать понятнее при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид с торца аккумулятора, соответствующего настоящему изобретению;
фиг. 2 - вид сбоку с частичным сечением аккумулятора, соответствующего настоящему изобретению;
фиг. 3 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей фильтра/влагопоглотителя, пакета и алюминиевого фитинга компонента системы охлаждения согласно предшествующему уровню техники;
фиг. 4 - вид сбоку компонента, показанного на фиг. 3;
фиг. 5 - цельный компонент из фильтра/фитинга, выполненный в соответствии с составом, соответствующим настоящему изобретению;
фиг. 6 - иллюстрация использования устройства, показанного на фиг. 5, наряду с осушительным пакетом;
фиг. 7 - вид сечения варианта выполнения части, показанной на фиг. 5, при использовании на конденсаторе;
фиг. 8 - вид мембранной части аккумулятора мобильного охладителя для разделения пара и жидкости хладагента, такого как используемый для включения в автомобильную систему кондиционирования воздуха, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 9 - вид крышки для сепаратора, показанного на фиг. 8;
фиг. 10 - вид сечения варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 11 - вид в перспективе варианта выполнения лампового узла, соответствующего настоящему изобретению;
фиг. 12 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей лампового узла, показанного на фиг. 11;
фиг. 13 - вид сечения лампового узла, показанного на фиг. 11, выполненного в целом по линии 13-13 на фиг. 11;
фиг. 14 - вид сечения лампового узла, показанного на фиг. 11, выполненного в целом по линии 14-14 на фиг. 11;
фиг. 15 - вид сечения другого варианта выполнения лампового узла, соответствующего настоящему изобретению; и
фиг. 16 - вид в перспективе еще одного варианта выполнения лампового узла, соответствующего настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
2
2
Как будет понятно специалисту в данной области техники, термин "текучая среда" определен как совокупность веществ, в которой молекулы способны проходить мимо друг друга без ограничений и без формирования плоскостей излома. Термин "текучая среда" может использоваться для описания, например, жидкостей, газов и паров. Кроме того, соль CO, высвобождающая анионы, как здесь указано, относится к любой соли, которая выделяет пар CO при контакте с кислотой, более сильной, чем угольная кислота, например к карбонатам и бикарбонатам. Проницаемость водяного пара через поливинилиденхлорид здесь определена как непроницаемость, в то время как проницаемость водяного пара через набухающую водой нерастворимую водой гидроксицеллюлозу здесь определена как по существу проницаемость. Используемый здесь термин "набухающая водой нерастворимая водой гидроксицеллюлоза" означает целлюлозу с достаточным гидроксильным замещением до того, чтобы она становилась набухающей водой до уровня пятнадцати процентов (15%), но недостаточным для того, чтобы вызывать растворимость водой. Используемый здесь термин "проницаемость пара" относится к коэффициенту проницаемости, как описано выше, независимому от фактической проницаемости любого пара или газа, кроме воды, через поливинилиденхлорид высокой плотности или набухающую водой нерастворимую водой гидроксицеллюлозу. Когда здесь используется термин "проницаемый" или "непроницаемый", предполагается передача жидкости через материал или через поры в нем или передача на молекулярном уровне.
Может быть желательно из соображений стоимости и производительности включать сорбент в смолу, в частности сорбент, пригодный для литья под давлением, таким образом, что его адсорбционные свойства и формовочные свойства смолы сохраняются, не ухудшая механических свойств. Было обнаружено, что новые формовочные составы, соответствующие изобретению, и изготовленные из них детали многофункциональны, полезно комбинируя структурные, механические и адсорбционные способности, не требуя обычных усиливающих добавок. Следовательно, при исключении усиливающих добавок новые формовочные составы, соответствующие изобретению, также отличаются более высокой способностью поглощения влаги благодаря более высокому коэффициенту наполнения сорбентом, чем в известных содержащих адсорбент формовочных составах.
Случайно было обнаружено, в качестве части настоящего изобретения, что сорбенты формовочных составов "связанных смолой сорбентов" дают благоприятный эффект придания усиления составам, соответствующим изобретению, сохраняя их способность поглощения влаги, но не требуя обычных и общепринятых усиливающих добавок, таких как стеклянные шарики, стекловолокно и т.п. Это допускает более высокие коэффициенты загрузки сорбентами для максимизирования адсорбционных свойств формовочного состава без компромиссов с точки зрения существенного изменения механических свойств формовочного состава.
Хотя настоящее изобретение относится преимущественно к открытию того, что механические формовочные свойства смол, содержащих сорбирующие добавки, способны устранять обычную потребность в усиливающих добавках, таких как стеклянные шарики и стекловолокно, изобретение также предусматривает многофункциональные формовочные составы из сорбента и смолы, включающие увеличивающие поглощение влаги и механические свойства количества адсорбента в комбинации с усиливающими добавками и смолой, при этом можно использовать уменьшенное количество усиливающих добавок по сравнению с обычно требуемым для улучшения механических свойств. Таким образом, изобретение также обеспечивает получение содержащих влагопоглотитель формовочных составов, но с пониженными количествами усиливающих добавок, таких как стекловолокно и стеклянные шарики. Это увеличит механические свойства формовочного состава без потенциального ухудшения прочности формованного изделия. Более конкретно, пропорциональные диапазоны сорбента, усиливающих добавок и смолы могут составлять от около 5 до около 50 вес.% сорбента; от около 0 до около 15 вес.% усиливающей добавки и от около 45 до около 95 вес.% смолы. Кроме того, было обнаружено, что матрица из смолы/сорбента, включающая пенообразователь, сохраняет свою конструктивную целостность при уменьшении плотности материала примерно до 30%.
Было также обнаружено, как часть настоящего изобретения, что в определенных пределах смолы могут быть обработаны и отформованы несколькими способами, включая современные высокоскоростные процессы литья под давлением с получением полностью функциональных компонентов, включая детали для различных уплотненных систем и узлов. В этих последних вариантах применения структурные и функциональные признаки идей изобретения служат для адсорбирования окружающей и проникающей влаги для защиты чувствительных материалов или компонентов систем или узлов от порчи влагой; например, гидролизом или коррозией.
В соответствии с указанным выше настоящее изобретение включает усиленные конструкционные составы смолы, пригодные для литья под давлением, с улучшенными механическими свойствами, удовлетворительными свойствами обращения с расплавом и существенными свойствами адсорбции влаги. Большинство термопластических смол пригодно для использования в соответствующих изобретению составах связанного смолой адсорбента и включают гомополимеры и сополимеры, содержащие два или больше мономера. Типичные примеры включают полиамиды, такие как Нейлон 6; Нейлон 6,6; Нейлон 610 и так далее. Другие типичные примеры включают полиолефины, такие как полиэтилены высокой и низкой плотности, полипропилен; сополимеры этилена и винилацетата; полистирол; полиэфиры, например полиэтилентерефталат, как лишь небольшая часть из многих веществ.
Как указано выше, согласно одному аспекту изобретения составы, соответствующие настоящему изобретению, могут содержать от около 5 до около 55 вес.% сорбентов и смоляной компонент и, более конкретно, от около 25 до около 45 вес.% сорбентов со смоляным компонентом. Более предпочтительные составы могут содержать от около 35 до около 42 вес.% сорбентов, таких как молекулярное сито, и смоляной компонент. Наиболее предпочтительный состав связанного смолой сорбента может содержать от около 60% нейлона, как формовочной смолы, такого как Zytel 101, коммерчески доступного от E.I. duPont, смешанного с 40% молекулярного сита, такого как порошковое молекулярное сито W. R. Grace 4A. Молекулярные сита, соответствующие изобретению, могут иметь номинальный размер поры 4 ангстрем и размеры частиц в диапазоне от около 0,4 до около 32 мкм. Однако следует отметить, что могут использоваться также другие размеры пор молекулярного сита, например, такие как 3 ангстрем, 5 ангстрем или 10 ангстрем.
В целом, сорбенты, которые полезны и функциональны, согласно настоящему изобретению являются теми, которые механически связываются со смолой без специальных добавок, такими как молекулярное сито, как указано выше. Другие, соответствующие настоящему изобретению, могут быть соединены со смолой посредством использования соответствующей добавки, то есть соединены при помощи связующего или создающего совместимость средства. В дополнение к молекулярному ситу, другие типичные сорбенты, которые полезны в составах, соответствующих изобретению, включают силикагель, активированный уголь, активированный оксид алюминия, глину, другие естественные цеолиты и их комбинации. Сорбенты, которые, как обнаружено, могут применяться со связующими или создающими совместимость средствами, включают такие элементы, как активированный уголь и оксид алюминия.
Добавки, которые действуют как создающие совместимость средства, относятся к одной из двух категорий, а именно к тем, которые связываются со смолой или сорбентом, и к тем, которые имеют некоторое сродство и со смолой, и с сорбентом и действуют как твердое поверхностно-активное вещество. Химически активные связующие средства включают такие классы, как малеаты, эпоксиды и силаны. Более конкретно, химически активные связующие средства включают такие типичные примеры, как полимеры с привитым малеиновым ангидридом, используемые в количестве от около 2 до около 5 вес.%. В частности, они могут включать такие типичные примеры, как малеиновый ангидрид, привитый к полипропилену или акрилонитрил-бутадиен-стироловым смолам, причем последние полезны как связующие средства со стироловыми полимерами. Подобным образом, могут использоваться силаны с различными прикрепленными функциональными группами.
Настоящее изобретение также рассматривает использование создающих совместимость средств так называемого инертного типа для связывания сорбента и смолы. Они включают такие типичные примеры, как металлы (например, цинк или натрий), акрилаты, стеараты и блоксополимеры, например стеарат цинка и стеарат натрия в диапазоне от около 0,01 до около 0,02 вес.% относительно сорбента. Фактический уровень зависит от площади поверхности, которая, в свою очередь, пропорциональна размеру частиц. Для молекулярного сита со средним размером частиц 10 мкм 100 промилле стеарата алюминия могут быть типичным начальным уровнем для создания совместимости с полиамидной смолой. С химически активными и с инертными связующими/создающими совместимость средствами их включение в смоляные матрицы не создает межфазных границ.
Составы связанного смолой сорбента могут быть подготовлены в соответствии с настоящим изобретением с использованием способов составления смесей пластмасс, в целом знакомых специалистам в данной области техники. Молекулярное сито, то есть предпочтительный сорбент, может быть включено в смолу, например полиамид, полиолефин или подобную, посредством подачи сорбента в порошковой форме наряду с гранулами выбранной смолы в экструдер для выдавливания пластмасс с хорошими характеристиками смешивания. Хотя для смешивания смолы и сорбента могут использоваться одношнековые экструдеры, смесь смолы и сорбента обычно должна подвергаться двойному смешиванию для получения пригодного связанного смолой сорбирующего материала. Даже после двойного смешивания фазовое разделение иногда происходит. Было обнаружено, что необходимы связанные смолой сорбирующие материалы, смешанные при помощи двухшнекового экструдера с обширным возвратным смешиванием, для достижения почти полной дисперсии сорбента и отличных механических и физических характеристик, которые являются предметом настоящего изобретения. Другими словами, связанные смолой сорбирующие материалы, сформированные при помощи двухшнекового экструдера, демонстрируют небольшую или нулевую миграцию сорбента внутри смоляной матрицы, и, таким образом, эти связанные смолой сорбирующие материалы сохраняют однородный внешний вид. Таким образом, в типичном случае, используется составление смеси двухшнековым экструдером для формирования связанных смолой сорбентов, соответствующих настоящему изобретению, когда смола плавится, и сорбент смешивается со всей ее массой. Необходимым условием является то, чтобы смесь расплава была нагрета выше точки плавления смолы, определенной дифференциальной сканирующей калориметрией. Таким образом, при подготовке связанных смолой сорбентов, соответствующих изобретению, температура должна быть повышена до точки, в которой кристалличность полностью потеряна, для достижения полной растворимости сорбента в расплаве смолы. Например, полиамидная смола DuPont's Zytel 101 может быть нагрета выше 262°C. Выдавленную смолу охлаждают и затем режут или дробят на зерна или гранулы. Поскольку составление смеси выполняют при повышенных температурах, сорбент имеет тенденцию не адсорбировать влагу в ходе этого периода обработки, но сохраняет свою адсорбционную способность, когда из него формуют комплектующую деталь и устанавливают в рабочую среду.
Одно дополнительное преимущество, достигаемое с системой связанного смолой сорбента, соответствующей настоящему изобретению, в которой смола и сорбент тесно связаны, состоит в том, что пропорция грамм на грамм более эффективна, чем адсорбирующие системы с использованием адсорбента в пакете, то есть с использованием поглощающей способности на единицу объема. Согласно предшествующим способам, когда использовались пакеты для содержания сорбента, сорбент требовал гранулирования, например, для предотвращения его попадания в охлаждающий поток. Это требовало, чтобы сорбент был связан в связующей смоле, в типичном случае, 15 вес.% связующего вещества, например, в форме порошка. Таким образом, когда 40 граммов коммерчески подготовленного сорбента помещали в пакет, реально только 34 грамма сорбента вводились в систему (с 6 граммами связующего вещества). В противоположность этому, связанные смолой сорбенты, соответствующие настоящему изобретению, не требуют дополнительной связующей смолы, поскольку сорбент помещается прямо в формовочную смолу, из которой изготовляют компоненты. Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, промежуточная связующая смола не требуется, обеспечивая более высокие коэффициенты загрузки сорбента, чем достигаемые с обычными помещенными в пакет сорбентами.
.
Описанная выше подготовленная смоляная смесь, соответствующая изобретению, может быть выдавлена в форме листа или пленки или отлита под давлением в форме детали. Типичной деталью является сепаратор для разделения жидкости и пара хладагента, который используется в приемнике автомобильной системы кондиционирования воздуха. Прочность усиленной силикатом смолы обеспечивает получение структурно прочной формованной детали. Как таковая, она является самостоятельной деталью и пригодна для установки такими же способами, как и устанавливаемые в настоящее время металлические или пластмассовые узлы системы охлаждения. См., например, фиг. 1 и 2, которые показывают вид с торца и вид сбоку с частичным сечением, соответственно, узла U-образной трубки 100Этот вариант осуществления изобретения, в котором используется состав, соответствующий настоящему изобретению, для формирования облицовки или рукава 110 из связанного смолой сорбента, соответствующего настоящему изобретению, содержит U-образную трубку 120 внутри аккумуляторного бачка 130. Эта конструкция обеспечивает получение средства осушения на обращенной внутрь поверхности облицовки 110. Этот вариант осуществления изобретения является альтернативой аккумулятору "мембранного" типа предшествующего уровня техники (не показан).
В альтернативном варианте смола, сформированная в соответствии с настоящим изобретением, вместо плавления и литья под давлением в форме функциональной сорбирующей детали, может измельчаться или иначе формироваться или гранулироваться в виде частиц, которые затем спекают в форме деталей, таких как проточная монолитная конструкция или проточный осушающий компонент, например, для фильтрации электроники для накопителя на жестких дисках. В этом случае, часть не отливают под давлением, а прессуют из составленной загруженной в сорбент смолы в функциональную деталь, имеющую достаточную пористость для ее намеченного применения, такого как для использования в узле осушителя приемника.
Детали, изготовленные из связанных смолой сорбентов, соответствующих настоящему изобретению, особенно хорошо пригодны для замены многокомпонентных деталей предшествующего уровня техники. Например, в прошлом много специализированных конструкций были разработаны для расположения и закрепления влагопоглощающего материала (который был рыхлым) в различных частях системы охлаждения. Заваренные или прошитые пакеты, содержащие зернистое или гранулированное молекулярное сито или оксид алюминия, могут быть расположены в пределах пути потока. Кроме того, и, в частности, относительно стационарных вариантов применения охладителей, зерна или гранулы влагопоглотителя были соединены друг с другом в горячей пресс-форме при помощи соответствующей полимеризующейся при нагревании пластмассы или керамического связующего материала для получения твердой формы, которая будет служить осушающим блоком или неполнопоточным фильтром. Такая конструкция может быть встроена в корпус. Однако эти решения предусматривали использование сложных многокомпонентных деталей. Однако настоящее изобретение объединяет рабочие характеристики влагопоглотителя с конструкционным назначением детали таким образом, что монолитное устройство выполняет обе функции одновременно.
Например, настоящее изобретение предусмотрено для использования с объединенным приемником-осушителем-конденсатором, который находит применение во все большем количестве транспортных средств. Такие мобильные компоненты цикла охлаждения в основном комбинируют функцию осушения с функцией конденсатора по ряду причин. Они сокращают количество компонентов системы, таким образом, обеспечивая лучшее использование подкапотного пространства, и, соответственно, сокращают количество крепежных средств и соединений, минимизируя возможность протечек в системе. Они также дают некоторые преимущества рабочих характеристик относительно эффективности охлаждения. Существующая технология показана на фиг. 3 и 4, которые демонстрируют алюминиевую резьбовую пробку 300 с уплотнительными кольцами 305 и 306, отлитый под давлением фильтр 310 и влагопоглощающий пакет 320. Благодаря преобразованию этой системы в монолитный отлитый под давлением узел из пробки/фильтра, такой как показанный на фиг. 5, может использоваться цельная пробка 500 с уплотнительным кольцом 510. В таком случае, пробка 500 может быть соединена с осушительным пакетом 600, как показано на фиг. 6. На фиг. 7 показан частичный вид сечения собранного устройства.
Более конкретно, на фиг. 7 показано устройство 700, расположенное смежно с конденсатором 710. Устройство 700 состоит из осушительного пакета 720, расположенного внутри трубки 730 осушителя приемника. На конце устройства 700 расположена трубка 740 фильтра, содержащая в себе составляющие единое целое резьбовую трубку и фильтр 750. Также показаны уплотнительные кольца 705. Влагопоглощающий пакет 720 соединен с составляющими единое целое резьбовой пробкой и фильтром 750 в стыке 760. Эта конструкция может устранить все отдельные этапы сборки и создать деталь с меньшим количеством отдельных частей по сравнению с алюминиевой резьбовой пробкой, описанной выше.
Другой вариант осуществления изобретения показан на фиг. 8, которая показывает верхнюю часть 800 аккумулятора мобильного охлаждения сепаратора для разделения пара/жидкости хладагента, который используется в приемнике автомобильной системы кондиционирования воздуха. Как можно видеть на фиг. 8, верхняя часть аккумулятора 800 содержит J-образную трубку 810, которая установлена внутри него. В этом случае, один или оба из этих элементов отформованы из состава связанного смолой сорбента, соответствующего настоящему изобретению. На фиг. 9 показана крышка 900, которая может быть установлена на верхнюю часть 800 аккумулятора. В предпочтительном варианте выполнения такого устройства аккумулятора верхняя часть 800 и крышка 900 могут быть отлиты под давлением и затем сварены или, возможно, получены выдувным формованием половинами. Завершением устройства может быть нижняя часть (не показана), которая также может быть отформована из состава связанного смолой сорбента, соответствующего настоящему изобретению.
Для иллюстрации преимуществ связанных смолой сорбентов, соответствующих настоящему изобретению, были выполнены следующие эксперименты:
Пример 1
Испытательные пробы связанных смолой сорбентов были подготовлены согласно заявленному изобретению с использованием следующих протоколов. Смолы получены от поставщика в форме гранул (самые обычные цилиндрические (диаметром 0,03-0,12 дюйма и длиной 0,06-0,25 дюйма), при этом другие формы включали форму капель (0,06-0,19 дюйма). Отношение молекулярного сита к смоле определено по весу компонентов. Смола была предварительно перемешана в полиэтиленовом пакете вручную (5-15 минут). Предварительная смесь была высыпана в бункер одношнекового экструдера Brabender. Действие шнека продолжало смешивать и плавить смолу и молекулярное сито по ходу их продвижения вдоль барабана экструдера. Связанный смолой сорбент затем выходит через матрицу для одной жилы (одно круглое отверстие) в конце экструдера, формирующего одну жилу расплавленного материала. Смола на основе нейлона была нагрета до температуры свыше 262°C. Жила была затем охлаждена воздушным потоком. Жилы были разделены на части. Части были помещены в бункер экструдера для литья под давлением, и были отформованы детали. Детали были разделены на части и повторно помещены в экструдер для литья под давлением, где образцы для испытания на растяжение (утолщенные концы частей) были отформованы для испытания.
Хотя в этом примере использовался одношнековый экструдер, как описано выше, может также использоваться двухшнековый экструдер для смешивания смолы и сорбента, и такие варианты соответствуют сущности и объему заявленного изобретения.
Выбранная смола была известной как совместимая с хладагентами, используемыми в современных системах кондиционирования воздуха, в частности, R-134a и R-152a. Смола была также совместима со смазочными материалами компрессора, погруженными в охлаждающий поток. Влагопоглотитель был аналогичным обычно используемым в обычных системах, а именно молекулярным ситом с размерами 3 ангстрем или 4 ангстрем.
Для сравнения были примешаны обычно используемые армирующие стеклянные шарики приблизительно с такой же загрузкой. Стеклянные шарики добавлены в расплав полимера для контроля усадки и равномерного увеличения механических свойств. Стеклянные шарики были эффективны в этом варианте применения, поскольку они механически связывались со смолой таким образом, чтобы после формования получалась изотропная структура.
Механические свойства смешанной смолы сравнены с чистым полимером и с армированным стеклянными шариками полимером в Таблице 1.
Таблица 1
Свойства армированного нейлона
Характеристика:
Материал
Чистый нейлон
Нейлон, усиленный молекулярным ситом
Нейлон, усиленный стеклянными шариками
Загрузка (%)
0
36,6
38,2
Жесткость по Шору D (согласно стандарту D2440 Американского общества по испытанию материалов).
81,4
93
86,6
Модуль растяжения (фунтов на квадратный дюйм) (согласно стандарту D638 Американского общества по испытанию материалов).
203779
307252
361470
Деформация (дюймов) при растяжении при максимальной нагрузке (согласно стандарту D638 Американского общества по испытанию материалов).
0,62
0,144
0,132
Напряжение при растяжении при максимальной нагрузке (фунты на квадратный дюйм) (согласно стандарту D638 Американского общества по испытанию материалов).
10907
10519
10412
Модуль упругости при изгибе (фунтов на квадратный дюйм) (согласно стандарту D790 Американского общества по испытанию материалов).
336577
439087
506988
Остаточная деформация при изгибе (дюймов) (согласно стандарту D790 Американского общества по испытанию материалов).
0,531
0,142
0,156
Напряжение при изгибе (фунтов на квадратный дюйм) (согласно стандарту D790 Американского общества по испытанию материалов).
17114
16662
15132
Температура тепловой деформации (°F) (согласно стандарту D648 Американского общества по испытанию материалов).
111,7
144,5
131,8
Когда смола была усилена, твердость увеличилась, и при этом деформация при растяжении и деформация при изгибе резко уменьшились, поскольку материал стал более подобным металлу. Соответственно, модуль растяжения и модуль изгиба были существенно увеличены. С армированным стеклянными шариками и усиленным сорбентом нейлоном (без усиления стеклянными шариками) было по существу сохранено напряжение при растяжении и изгибе. Важным признаком и значением этого открытия было то, что свойства усиленного сорбентом нейлона отличаются от чистого нейлона таким же образом, как армированный стеклянными шариками нейлон, и по направленности, и по величине. Кроме того, температура тепловой деформации была увеличена. Температура тепловой деформации является критерием термостойкости. Эта мера известна специалистам в данной области техники. Это показатель способности материала противостоять деформации от тепла в течение долгого времени. Другим следствием увеличенной температуры тепловой деформации было увеличение рабочей температуры детали, отформованной из усиленной сорбентом смолы.
Было также обнаружено, что конструкции, отформованные из усиленной сорбентом нейлоновой смолы (без усиления стеклянными шариками), являются изотропными, как свидетельствует тот факт, что модуль растяжения и модуль изгиба были по существу одинаковыми в одном направлении и в другом. Другим свидетельством является то, что усадка от формы является минимальной и симметричной.
Пример 2
Были проведены дальнейшие эксперименты с использованием составов, содержащих полипропилен, а именно Huntsman Polypropylene 6106. Эта смола была также совместима с хладагентами, а также со смазочным материалом компрессора. Он был смешан подобно нейлону в Примере 1, а именно 60% полипропиленовой смолы и 40% молекулярного сита Type 4A. Смола была нагрета выше 174°C. Смешанная смола имела подобные предпочтительные механические свойства по сравнению с чистой смолой и структурно показала себя близкой к смоле, армированной стеклом. Ее свойства сведены в Таблице 2. Величины были определены согласно тем же стандартам Американского общества по испытанию материалов, как показано в Таблице 1.
Усиление полипропилена привело к увеличению твердости и увеличению модуля растяжения и модуля изгиба. Для каждого из этих свойств только один сорбент продемонстрировал даже больший эффект усиления, чем усиление стеклянными шариками. Соответственно, деформация при растяжении и деформация при сгибе были уменьшены, поскольку материал стал более твердым. Снова, эффект сорбента был по направленности таким же, но большим, чем при усилении стеклянными шариками. Напряжение при растяжении и изгибе было уменьшено лишь немного с усилением сорбентом. Однако уменьшение было больше с усилением стеклянными шариками. С полипропиленом усиление сорбентом было в целом более эффективным, чем с усилением стеклянными шариками. Температура тепловой деформации была увеличена. Здесь снова дополнительным следствием увеличенной температуры тепловой деформации стало увеличение рабочей температуры детали, отформованной из усиленной сорбентом смолы.
Подобным образом, было также обнаружено, что конструкции, отформованные из усиленной сорбентом полипропиленовой смолы, были изотропными, о чем свидетельствует тот факт, что модуль растяжения и модуль изгиба были по существу одинаковыми с одной направленностью. Как другое свидетельство, усадка от формы была минимальной и симметричной.
Пример 3
Как можно видеть в Таблице 3, поток расплава был уменьшен с усиленным сорбентом нейлоном по сравнению с чистым нейлоном (чистым полимером) или усиленным стеклянными шариками нейлоном. Однако он находился в допустимом диапазоне и был более высоким, чем для полипропилена. Поток расплава усиленного сорбентом полипропилена был улучшен относительно чистого полипропилена или полипропилена, усиленного стеклянными шариками.
Таблица 3
Свойства потока расплава полимеров, усиленных сорбентом
Показатель текучести расплава (г/10 мин) (согласно стандарту D1238 Американского общества по испытанию материалов).
Чистый
Усиленный молекулярным ситом
Усиленный стеклянными шариками
Нейлон
56,3
14,7
55,5
Полипропилен
5,3
7,3
2,1
Пример 4
Адсорбция влаги, как процент от весовой части, является существенной. Это можно видеть в Таблице 4. Практически молекулярное сито будет адсорбировать около 25% его собственного веса. В таком случае следует ожидать, что загруженный на 40% полимер будет адсорбировать 10% от его собственного веса. Однако в случае с нейлоном адсорбция достигает 13% при 90% относительной влажности окружающей среды, в то время как адсорбционная способность ближе к 10% при 80% относительной влажности окружающей среды. По-видимому, это было результатом действия сорбента вместе с адсорбцией небольшого количества воды самим нейлоном. Тот факт, что корпус в целом адсорбирует свыше 10%, указывает, что сорбент в дополнение к усилению нейлона был полностью функционален как сорбент, даже при том, что он рассеян в полимере. В действительности, происходил синергистический эффект или двойное действие сорбента. Таблица 4 показывает результаты адсорбции при 36-38% загрузке молекулярного сита.
Таблица 4
Адсорбционные способности усиленных сорбентом полимеров
Поглощение влаги при 29°С и 90% относительной влажности
2суток
10суток
23суток
38суток
Усиленный молекулярным ситом нейлон
5,4%
12,4%
13%
13%
Усиленный молекулярным ситом полипропилен
1,1%
2,8%
4,4%
5,7%
Полипропилен является гидрофобным веществом и, таким образом, намного медленнее адсорбирует влагу. Но он полностью функционален как сорбент, будучи полностью функциональным как формовочная смола.
Существует множество дополнительных вариантов применения настоящего изобретения. Такие варианты применения могут включать любой связанный смолой компонент или конструкцию, используемую в системе охлаждения или кондиционирования воздуха. Как описано выше, примеры включают J-образные трубки, которые отформованы как половины и сварены или, возможно, отформованы выдувным формованием, манжетные облицовки, покрытия для внутренней части или оболочки, совместно отлитые под давлением композиционные конструкции и отлитые со вставкой узлы фильтра-осушителя. Диагностические варианты применения могут включать подложки индикаторных полосок, корпуса или опоры для корпусов электронных датчиков, контейнеры или компоненты контейнеров для диагностических изделий. Фармацевтические варианты применения могут включать части контейнера для таблеток, такие как основа или крышка, или корпус самого контейнера, вкладыш в контейнер для таблеток, такой как нижнее основание или горловинная вставка для выдачи, термоформованный лист или слой многослойного термоформованного листа, пригодного для выдачи по одной или сразу по две дозы из пузырька или другой упаковки с ячейками. Монолитные цилиндрические емкости для использования в фармацевтических бутылках также могут быть сформированы из связанных смолой сорбирующих материалов, таким образом, обеспечивая легкую замену полых емкостей, заполненных зернистым сорбирующим материалом. Электронные и электрооптические варианты применения могут включать цельные корпуса фильтров поглотителей влаги, вкладыши для сенсорных элементов ночного видения или вкладыши для корпусов камер заднего вида.
Будет понятно, что существует много других потенциальных вариантов применения для загруженной сорбентом формуемой под давлением смолы в закрытых системах и герметичных упаковках. Следует также понимать, что загруженная сорбентом формуемая под давлением смола может также выдавливаться в виде стержня или канала или в любой другой форме с постоянным сечением, поскольку выдавливание является менее затратным процессом, чем литье под давлением.
Связанные смолой сорбенты, описанные выше и ниже, преодолевают недостатки материалов предшествующего уровня техники. В частности, вариант осуществления настоящего изобретения является менее ломким, например, детали, сформированные из связанных смолой сорбентов, способны пройти испытания на удар без отказа детали, детали адсорбируют жидкость с более медленными темпами, таким образом, удлиняя их срок службы и минимизируя эффекты окружающих производственных условий, они могут медленно восстанавливаться, и посредством комбинирования свойств сорбента с конструктивными характеристиками количество деталей в узле может быть сокращено, то есть уменьшение стоимости одной детали будет служить двум целям. Матрицы из смолы/сорбента, соответствующие настоящему изобретению, менее дороги в производстве и использовании вследствие использования обычной смолы, уменьшения количества этапов обработки и использования полисмоляных материалов, которые не создают межфазных границ. Кроме того, старые металлические корпусы могут быть заменены корпусами из связанного смолой сорбента, таким образом, обеспечивая активный барьер против проникновения влаги или другой жидкости и обеспечивая значительно большую гибкость конструкции, уменьшение веса и сокращение расходов, как указано ранее.
Когда монтажная плата нагрета до плавления и оплавления припоя для закрепления электрических соединений, плата может подвергнуться повреждению из-за влаги, адсорбированной внутри материала платы. Таким образом, в одном варианте осуществления изобретения могут использоваться связанные смолой сорбенты для формирования монтажной платы. Монтажная плата, имеющая сорбент в материале платы, останется сухой и значительно уменьшит или исключит повреждение в ходе оплавления припоя. В корпусе герметизированного электронного устройства, имеющего монтажную плату из связанного смолой сорбента, другие компоненты внутри уплотненного корпуса будут защищены в течение срока службы устройства.
В другом варианте осуществления изобретения связанные смолой сорбенты могут использоваться для формирования отпрессованных снаружи многообразных форм. Сначала формуют сорбент посредством прессования, спекания или формования связанного смолой сорбента. Прессование и формование могут быть осуществлены с использованием тепла и/или давления. Затем поверх сорбента формуют конструкционную защитную смолу, которая, по меньшей мере, частично охватывает сорбент. Поверхностная отливка может включать лапки или другие средства, пригодные для установки внутри или прикрепления к герметизированному электронному устройству или устройству хранения данных. Как с примерами, описанными выше, сорбент может быть любым из класса влагопоглотителей или класса летучих адсорбентов, выбранным для адсорбирования влаги или других жидкостей, которые могли бы повредить защищенное устройство или ограничить срок его службы. В этом варианте осуществления изобретения отформованная сверху смола может быть любой пригодной термопластической или термореактивной смолой, которая имеет заданные свойства и иначе совместима с герметизированным электронным устройством или защищенным устройством хранения данных.
В другом варианте осуществления изобретения связанные смолой сорбенты могут использоваться для формирования структурных компонентов оптических и электрооптических устройств. Например, линза, крепление линзы, стопорное кольцо линзы, диафрагма, корпус и т.д. могут быть сформированы из связанного смолой сорбента и после этого включены в узел, как была включена существующая ранее деталь. Таким образом, в этом варианте осуществления изобретения связанный смолой сорбент будет предотвращать конденсацию внутри узла, которая, в типичном случае, затемняла бы линзы или другие оптические поверхности, таким образом, ухудшая качество изображения. Кроме того, если сорбент относится к индикаторному типу, например,указывая изменением цвета превышение определенного влагосодержания, то состояние детали будет легко видеть, если деталь еще способна адсорбировать. При использовании индикаторного сорбента устройства, которые включают такой материал, могут включать окно, позволяющее пользователю видеть, например, изменение цвета, которое информирует пользователя о необходимости замены детали.
.
В другом варианте осуществления изобретения связанные смолой сорбенты могут использоваться для формирования компонентов, которые просто заполняют доступное пустое пространство, обеспечивая поглощающую способность. Таким образом, не требуется дополнительное закрытое пространство для включения сорбента в существующий узел. Например, накопитель на жестких дисках, в типичном случае, имеет очень небольшое пространство, доступное внутри его корпуса, однако поглощающая способность все же требуется для создания пригодной окружающей среды для длительного срока службы дисковода. Согласно этому варианту осуществления многофункциональные сорбенты могут быть включены во внутренние компоненты дисковода или применены как отформованные сверху многообразные формы, как описано вышеКак с другими вариантами осуществления изобретения, сорбенты могут включать влагопоглотители, летучие органические адсорберы, летучие кислотные адсорберы или кислородные адсорберы.
Некоторые электронные устройства могут использоваться в чрезвычайно агрессивных окружающих средах, например в космических и авиационных вариантах применения. Электронные устройства широко используются в авиаэлектронике и системах связи в авиационных и космических вариантах применения. Влага и другие летучие вещества могут неблагоприятно влиять на срок службы таких устройств. Такие устройства, как датчики, передатчики, антенны, радиолокационные устройства и т.д., которые установлены снаружи, особенно подвергаются риску проникновения влаги вследствие изменений температуры и давления, приводящих к испарению и повторной конденсации влаги внутри корпусов таких устройств. Кроме того, устройства, установленные внутри, восприимчивы к изменениям температуры, когда изменяются условия эксплуатации. Таким образом, изделия из связанного смолой сорбента очень полезны, когда они включены в эти типы устройств.
Подобным образом, автомобильная электроника используется в окружающей среде, которая может изменяться по типу от условий в пустыне до условий в горах или тундре. Эти устройства могут включать, например, резервные устройства, камеры ночного видения и схемы считывания и управления, установленные снаружи или под капотом автомобиля или грузовика. При использовании связанного смолой сорбента для формирования корпуса или внутренней детали может предотвращаться проникновение влаги, или его эффекты могут быть ослаблены. Кроме того, тормозные системы с электронным управлением могут быть защищены от проникновения влаги, при том, что эти системы работают в условиях высоких температур. Например, температура тормозной жидкости, которая является гигроскопической и находится в контакте с несколькими электронными средствами управления, может колебаться от зимней окружающей температуры около нуля градусов по Цельсию (0°C) до трехсот пятидесяти градусов по Цельсию (350°C) за очень короткий промежуток времени при сильном торможении, например, при спуске с большого холма. Предотвращение проникновения влаги в тормозную жидкость не только продолжает срок службы электронного блока, но также и сохраняет более безопасные условия, то есть когда содержание воды в тормозной жидкости увеличивается, ее точка кипения понижается таким образом, что в нормальных рабочих условиях жидкость превращается в пар, и тормозное усилие существенно теряется. Подобным образом, датчики и электронные индикаторы для катеров, жилых автофургонов, вездеходов и военных внедорожных транспортных средств также подвергаются воздействию агрессивной окружающей среды, при этом использование настоящего изобретения может быть весьма выгодно. В частности, морские и погружаемые варианты применения подвергают электронику воздействию электролитических растворов, ускоряющих коррозию. Подобным образом, автомобильные и морские устройства получают преимущество при включении изделий из связанного смолой сорбента в устройство.
Устройства наблюдения и обеспечения безопасности, например датчики света/движения/тепла и камеры наружного наблюдения, должны работать надежно в широком диапазоне температур и влажности. Например, камера наружного наблюдения, установленная на банке в Буффало, Нью-Йорк, может работать при температурах от тридцати семи градусов по Цельсию (37°C) и до минус двадцати трех градусов по Цельсию (-23°C), испытывая уровни относительной влажности от девяноста пяти процентов (95%) до двадцати процентов (20%). Таким образом, использование связанных смолой сорбентов, соответствующих настоящему изобретению, для формирования корпуса устройства или внутреннего компонента особенно полезно для увеличения срока службы таких устройств.
Другая агрессивная окружающая среда, где распространены электронные устройства, находится в опасной среде химического производства и использования химикатов. Датчики, средства управления и переключатели должны работать в этой окружающей среде, будучи предохраненными от опасных и/или коррозийных паров. Таким образом, использование соответствующего сорбента, например осушителя, активированного угля, цеолитов, глин и органических сорбентов в корпусе из связанного смолой сорбента или внутреннем компоненте таких устройств, будет продлевать срок их службы. Подобным образом, персональные компьютеры промышленного использования и программируемые логические контроллеры должны работать в агрессивных промышленных средах, например при высокой влажности. Следовательно, формирование корпуса или внутреннего компонента этих устройств из связанных смолой сорбентов, соответствующих настоящему изобретению, продлит срок службы этих персональных компьютеров и программируемых логических контроллеров.
Еще одна агрессивная окружающая среда, где электронные устройства становятся более распространенными, находится в человеческом теле, то есть это вживляемые и/или прикрепляемые электронные медицинские устройства. Эти типы устройств должны функционировать непрерывно и надежно во влажной соленой окружающей среде или, другими словами, в окружающей среде, где существуют оптимальные коррозионные условия. Соответствующий корпус из связанного смолой сорбента или внутренняя деталь из связанного смолой сорбента может сохранять сухость и увеличивать срок службы и надежность этих устройств. В дополнение к вживляемым и прикрепляемым медицинским устройствам, медицинское диагностическое оборудование также должно поддерживаться в надежном рабочем состоянии, то есть электроника должна быть сухой. Таким образом, использование настоящего изобретения для формирования корпуса или внутреннего компонента особенно предпочтительно.
Подвижные и стационарные телекоммуникационные устройства также подвергаются воздействию неблагоприятной и агрессивной окружающей среды. Клеммы и переключатели могут иметь более продолжительный срок службы и требовать меньшего обслуживания, если внутреннее пространство их корпусов остается сухим. Таким образом, корпус или внутренняя деталь, сформированная согласно настоящему изобретению, может сохранять устройство сухим, таким образом, минимизируя вероятность утечки тока и короткого замыкания, сдерживая формирование дендрита и электролитическую/химическую коррозию. В дополнение к адсорбции влаги, соответствующие сорбенты могут быть включены в конструкцию для поглощения других летучих веществ, присутствующих внутри корпуса.
Другие электронные устройства, например солнечные панели или датчики дня/ночи, представляют другие проблемы, которые требуется преодолеть. Коммерческие фотоэлектрические устройства состоят из плоских, почти полностью стеклянных панелей, которые покрыты чувствительным к влаге фотоактивным материалом. Панели могут быть уплотнены относительно друг друга подобно тому, как это делают с отопительными окнами. Уплотнители могут использоваться вокруг периметра, или панели могут быть установлены в раме. Кроме того, разъемы и отверстия в панели для электрических соединений должны быть уплотнены. Материалы рамы или фурнитура для электрических соединений могут быть сделаны из связанного смолой сорбента, который может одновременно обеспечивать механическую прочность и сорбирующие свойства, требуемые для сохранения и защиты чувствительных к влаге и хрупких солнечных панелей.
Устройства радиочастотной идентификации выполняют из полупроводниковых кристаллов и связанных с ними схем. Могут использоваться монтажные платы, однако печатные схемы более распространены. Устройства радиочастотной идентификации в частности органические устройства радиочастотной идентификации, часто используются в неблагоприятных окружающих средах, где они могут портиться влагой, кислородом или летучими химическими веществами. Таким образом, устройства радиочастотной идентификации могут быть усовершенствованы производственными опорными элементами или корпусами из полимерных смол со свойствами, улучшенными сорбирующими добавками, способными продлевать срок службы устройств радиочастотной идентификации, напримервлагопоглотителями или поглотителями кислорода.
Светоизлучающие диоды и жидкокристаллические диоды выполняют из материалов, которые чувствительны к влаге. Органические светодиоды и жидкокристаллические диоды особенно чувствительны к влаге. Сорбирующие материалы добавляют в дисплеи для улучшения и продления срока службы обычно в форме тонкой пленки или листа. Согласно настоящему изобретению структурно несущий материал или уплотнительный материал может быть выполнен из связанных смолой сорбентов, таким образом, обеспечивая защиту от влаги, то есть продлевая срок службы, а также обеспечивая структурные, монтажные или уплотнительные функциональные возможности существующего компонента. Подобным образом, гибкие электронные дисплеи очень чувствительны к влаге. Хромофоры, используемые при их изготовлении, являются чувствительными к влаге и, таким образом, могут быть стабилизированы посредством включения связанного смолой сорбента в дисплей.
Даже традиционные осветительные устройства, например домашние осветительные устройства и автомобильные фары, получат преимущество от использования настоящего изобретения. Конденсация на линзах может быть предотвращена, таким образом, увеличивая срок службы ламп и таких устройств, устраняя потерю отраженного света.
Твердотельные электронные устройства с поверхностным монтажом, помещенные в пластмассовые корпусы, считаются негерметичными вследствие проницаемости влаги сквозь пластмассу. Важной проблемой является изменение давления водяного пара в ходе цикла оплавления припоя, вызывающего повреждение, которое может приводить к расслаиванию, растрескиванию, утечке и "вздутию". Теперь низкая чувствительность к влаге достигнута выбором материалов, конструкцией упаковки и обработкой изделия. Оболочки из связанного смолой сорбента будут предотвращать проникновение влаги, эффективно создавая герметичное уплотнение, пока сорбент не станет насыщенным. Примеры таких устройств включают, но не ограничиваются радиочастотными, беспроводными устройствами, устройствами локальных и широковещательных сетей, а также средствами установки и упаковками электронных микросхем.
Как описано выше, устройства отображения представляют проблемы, отличные от порчи детали. Присутствие влаги, скомбинированное с изменением температуры, может вызвать конденсацию на линзе или окне устройства отображения. Конденсация быстро ухудшает качество изображения и может приводить к потере функциональности устройства отображения. Такие устройства, как известно, требуют контроля влажности, когда окружающая среда является сырой и подвержена колебаниям температуры. Таким образом, изделие, изготовленное из связанного смолой сорбента, например стопорное кольцо линзы, диафрагма, корпус и т.д., может быть включено в узел, таким образом, обеспечивая получение сорбирующих свойств, а также структурной поддержки. Такие оптические устройства могут использоваться для наблюдения и/или обнаружения объекта, например, для датчиков и систем захвата цели и наведения. В этих системах лазеры и другие сенсорные устройства формируют ключевую часть систем наведения и захвата цели, при этом необходимы зрительные оптические характеристики, то есть не должно быть какой-либо конденсации на оптических поверхностях.
В дополнение к сорбирующим способностям, связанный смолой сорбент может быть смешан с другими материалами, например статическим диссипативным (проводящим) материалом, таким образом, обеспечивая многофункциональную способность, например, контроля влажности и антистатических свойств. Таким образом, эти материалы могут использоваться в любом из описанных выше электронных вариантов применения благодаря адсорбции влаги с одновременным рассеиванием электростатических зарядов.
На фиг. 10 показан вид сечения варианта выполнения устройства 11, соответствующего настоящему изобретению. Устройство 11 включает корпус 12, который включает первую и вторую стенки 14 и 16 соответственно и фланец 18. Как описано выше, корпус 12 может быть сформирован из связанного смолой сорбента, таким образом, замедляющего или предотвращающего проникновение жидкости. Фланец 18 образует опорную поверхность для линзы 20, в то время как первая стенка 14 образует место установки для сорбирующего изделия 22, и вторая стенка 16 образует место для установки дистанцирующих элементов 24, которые жестко прикрепляют монтажную плату 26 к корпусу 12. Изделие 22 из сорбента включает сорбент 28, окруженный отлитой поверх него смолой 30. Отлитая сверху смола 30 включает лапки 32, которые используются для удерживания изделия 22 из сорбента на первой стенке 14 при помощи крепежных средств 34. Как описано выше, монтажная плата 26 также может быть сформирована из связанного смолой сорбента, таким образом, обеспечивая поглощающую способность внутри корпуса 12. Устройство 11 также включает прокладку 36 и стопорное кольцо 38. Прокладка 36 расположена между фланцем 18 и линзой 20, в то время как стопорное кольцо 38 прилагает силу в направлении прокладки 36, таким образом, сжимая прокладку 36. Сжатие прокладки 36 герметизирует корпус 12 и предотвращает проникновение в него жидкостей. Кроме того, прокладка 36, стопорное кольцо 38 и/или линза 20 могут быть сформированы из связанного смолой сорбента, который будет обеспечивать больший уровень защиты от проникновения жидкости. Устройство 11 также включает диафрагму 40, расположенную между линзой 20 и монтажной платой 26. Диафрагма 40 также может быть сформирована из связанного смолой сорбента, таким образом, обеспечивая дополнительную поглощающую способность. Хотя диафрагма 40 показана как сформированная из связанного смолой сорбента, специалисту в данной области техники будет понятно, что из таких материалов могут быть сформированы и включены внутрь устройства 11 другие изделия, например перегородки, крепежные средства или дистанцирующие средства. Компонент 42 с поверхностным монтажом неподвижно прикреплен к монтажной плате 26 при помощи контактов 44. Компонент 42 с поверхностным монтажом также включает оболочку 46. Как правило, компонент 42 с поверхностным монтажом может не быть герметичным, поскольку материалы оболочки проницаемы для некоторых жидкостей. Таким образом, благодаря формированию оболочки 46 из связанного смолой сорбента компонент 42 с поверхностным монтажом может быть герметичным.
Как будет понятно специалисту в данной области техники, устройство 11 и содержащиеся в нем компоненты не ограничены конкретным вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 10. Например, корпус 12 может быть полностью герметичным контейнером, не имеющим линзы 20 и/или не имеющим диафрагмы 40. Таким образом, согласно сущности и объему изобретения устройство 11 может содержать, по меньшей мере, одно изделие, сформированное из связанного смолой сорбента, который выбран из группы, состоящей из линзы, монтажной платы, корпуса, оболочки, рамы, опорной конструкции, монтажной конструкции, удерживающей конструкции, уплотнительного материала, твердотельного компонента с поверхностным монтажом, упаковки электронной микросхемы, телекоммуникационного разъема, телекоммуникационного переключателя, устройства хранения данных, электронного устройства, электрооптического устройства, индикатора, датчика, передатчика, антенны, радиолокационного блока, фотоэлектрического устройства, радиочастотного устройства опознавания, светоизлучающего диода, жидкокристаллического диода, полупроводниковой оболочки, отображающего устройства, устройства наведения, сотового телефона, датчика захвата цели и наведения, вживляемого электронного медицинского устройства, прикрепляемого электронного медицинского устройства, мобильного телекоммуникационного устройства, стационарного телекоммуникационного устройства, автомобильной считывающей схемы, автомобильной схемы управления, тормозной системы управления, датчика химической опасности, средства контроля химической опасности, измерительного прибора, электронного индикатора, персонального компьютера, программируемого логического блока, медицинского диагностического оборудования, светочувствительного элемента, датчика движения, теплового датчика, камеры наружного наблюдения, гибкого электронного устройства, осветительной аппаратуры, морских измерительных приборов, морских световых устройств, внешнего датчика самолета, внешнего устройства текущего контроля самолета, внешнего измерительного устройства самолета, датчика механизированного инструмента, визира механизированного инструмента, измерительного устройства механизированного инструмента, лазера и их комбинаций.
На фиг. 11 показан вид в перспективе варианта выполнения лампового узла 50, соответствующего настоящему изобретению, в то время как на фиг. 12 показан вид в перспективе с пространственным разделением деталей лампового узла 50. На фиг. 13 показан вид сечения лампового узла 50, выполненного в целом по линии 13-13 на фиг. 11, в то время как на фиг. 14 показан вид сечения лампового узла 50, выполненного в целом по линии 14-14 на фиг. 11. На фиг. 15 показан вид сечения другого варианта выполнения лампового узла, соответствующего настоящему изобретению, то есть, лампового узла 52, в то время как на фиг. 16 показан вид в перспективе еще одного варианта выполнения лампового узла, соответствующего настоящему изобретению, то есть лампового узла 54. Следующее описание будет лучше понято со ссылками на фиг. 11-16.
Ламповый узел 50 содержит, по меньшей мере, один источник света, например источники 56 света. Следует понимать, что, по меньшей мере, один источник света может быть светодиодом или другим типом источника света, и такие варианты соответствуют сущности и объему заявленного изобретения. Кроме того, по меньшей мере, один источник света может быть устроен на монтажной плате, например монтажной плате 57, или может быть расположен как отдельный компонент. Ламповый узел 50 также содержит корпус 58, сформированный из первого гидроизолирующего состава, и герметизирующую крышку 60, сформированную из второго гидроизолирующего состава. По меньшей мере, один источник света, например источники света 56, расположены внутри корпуса 58, и герметизирующая крышка 60 герметично связана с корпусом 58 и, по меньшей мере, одним источником света. Как можно видеть на фигурах, в некоторых вариантах осуществления изобретения герметизирующая крышка 60 включает, по меньшей мере, одно отверстие, например отверстия 61, приспособленные для приема в него, по меньшей мере, одного источника света. Герметизирующая крышка 60 приспособлена для закрывания, по меньшей мере, одного источника света внутри объема 62, сформированного корпусом 58 и герметизирующей крышкой 60. Следует также понимать, что ламповый узел 50 может также содержать линзу 63, приспособленную для направления света, испускаемого, по меньшей мере, одним источником света; однако линза 63 не является определенно соответствующей настоящему изобретению.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фигурах, первый гидроизолирующий состав содержит смесь первой смолы и первого сорбента, и второй гидроизолирующий состав содержит смесь второй смолы и второго сорбента; однако следует понимать, что другие варианты также возможны. Например, первая смола может быть аналогична второй смоле, и первый сорбент может быть аналогичным второй смоле, первая смола может отличаться от второй смолы, и первый сорбент может быть аналогичным второй смоле, первая смола может быть аналогичной второй смоле, и первый сорбент может отличаться от второй смолы, или первая смола может отличаться от второй смолы, и первый сорбент может отличаться от второй смолы. Такие варианты соответствуют сущности и объему заявленного изобретения.
Как описано выше, смолы, используемые для лампового узла, соответствующего настоящему изобретению, могут быть термопластическими или могут быть выбраны из групп, состоящих из полиамида, полиолефина, стиролового полимера, полиэфира и их гомогенных смесей. Примеры полиолефинов включают полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности и полипропилен. Подобным образом, сорбенты, используемые для лампового узла, соответствующего настоящему изобретению, могут быть выбраны из группы, состоящей из молекулярного сита, силикагеля, ионообменной смолы, активированного оксида алюминия, глины, соли, цеолита и их смесей.
Могут использоваться несколько способов герметичного уплотнения лампового узла, соответствующего настоящему изобретению, и такие способы соответствуют сущности и объему заявленного изобретения. Например, герметичную крышку 60 герметично связывают с корпусом 58 и, по меньшей мере, одним источником света, например источником 56 света, сваркой или герметизирующую крышку 60 герметично соединяют с корпусом 58 и, по меньшей мере, одним источником света клеем или эпоксидной смолой. В различных вариантах осуществления изобретения техника сварки может быть выбрана из группы, состоящей из: звуковой сварки, ультразвуковой сварки, сварки быстрым вращением, сварки горячей пластиной и вибрационной сварки, и такие способы известны в данной области техники. В обоих вариантах осуществления изобретения поверхность 64 герметизирующей крышки 60 герметично связана с поверхностью 65 корпуса 58 и поверхностью 66 источников 56 света. Как здесь указано, термины "герметично уплотненный" и "герметично связанный" означают уплотнение или связывание, которые предотвращают прохождение потока жидкости, газа или пара от одной стороны уплотненного или связанного района к противоположной стороне уплотненного или связанного района. Например, когда герметизирующая крышка 60 герметично соединена с корпусом 58 и, по меньшей мере, одним источником света, жидкость, газ или пар не могут проходить снаружи от корпуса 58 в объем 62, то есть объем, созданный внутри корпуса 58 и герметизирующей крышки 60. Следует понимать, что любые способы звуковой сварки, известные в данной области техники для связывания двух пластмассовых подложек друг с другом, могут использоваться для связывания в ламповом узле, соответствующем настоящему изобретению, напримерламповом узле 50. Подобным образом, любой клей или эпоксидная смола, известные в данной области техники, для связывания двух пластмассовых подложек друг с другом, могут использоваться для связывания в ламповом узле, соответствующем настоящему изобретению.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 15, герметизирующая крышка 60 может быть отформована прямо на корпусе 58 и, по меньшей мере, одном источнике света, например источники 56 света. Такая техника обычно известна как формование на поверхность и создает герметичное связывание или уплотнение между герметизирующей крышкой 60, корпусом 58 и, по меньшей мере, одним источником света. Как в описанных выше вариантах осуществления изобретения, любые способы формования на поверхность, известные в данной области техники для связывания двух пластмассовых подложек друг с другом, могут использоваться для связывания в ламповом узле, соответствующем настоящему изобретению.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, один источник света также содержит, по меньшей мере, два электрических соединителя, например электрические соединители 68, и корпус 58 также содержит, по меньшей мере, два отверстия, например отверстия 70, приспособленные для приема в них этих, по меньшей мере, двух электрических соединителей. В таких вариантах осуществления изобретения эти, по меньшей мере, два электрических соединителя и эти, по меньшей мере, два отверстия герметизированы третьим гидроизолирующим составом. Подобно описанным выше вариантам осуществления изобретения, третий гидроизолирующий состав содержит смесь третьей смолы и третьего сорбента, и третья смола и/или третий сорбент могут быть аналогичными или отличающимися от первой и второй смолы и первого и второго сорбента соответственно. Также, как описано выше, третья смола может быть термопластической смолой или может быть выбрана из группы, состоящей из полиамида, полиолефина, синтетического полимера, полиэфира и их гомогенных смесей. Примеры предпочтительных полиолефинов включают полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности и полипропилен. Третий сорбент снова выбирают из группы, состоящей из молекулярного сита, силикагеля, ионообменной смолы, активированного оксида алюминия, глины, соли, цеолита и их смесей.
Могут использоваться несколько способов герметичного уплотнения, по меньшей мере, двух электрических соединений и, по меньшей мере, двух отверстий, и такие способы соответствуют сущности и объему заявленного изобретения. Например, по меньшей мере, два электрических соединителя, например электрические соединители 68, и, по меньшей мере, два отверстия, например отверстия 70, могут герметично охватываться третьим гидроизолирующим составом при помощи сварки, или клея, или эпоксидной смолы, как описано выше. Указанный здесь термин "герметично охватываемый" означает окружение или закрывание детали таким образом, что оболочка предотвращает прохождение потока жидкости, газа или пара от одной стороны закрытого района к противоположной стороне закрытого района. Например, когда, по меньшей мере, два электрических соединителя и, по меньшей мере, два отверстия герметично закрыты, жидкость, газ или пар не могут поступать снаружи от корпуса 58 в объем 62, то есть объем, созданный внутри корпуса 58 и герметизирующей крышки 60, через, по меньшей мере, два отверстия. Подобно описанным выше вариантам осуществления изобретения, может также использоваться техника формования на поверхность для обеспечения герметичного охватывания, по меньшей мере, двух электрических соединений и, по меньшей мере, двух отверстий.
Как можно видеть на фиг. 16, ламповый узел, соответствующий настоящему изобретению, может иметь формы, отличающиеся от вариантов осуществления изобретения, показанных на предыдущих фигурах, например, в форме лампового узла 54. Ламповый узел 54 содержит цилиндрический корпус 72 и круглую линзу 74. Следует понимать, что другие формы также возможны, например треугольная или ромбовидная, и такие формы соответствуют сущности и объему заявленного изобретения.
Как описано выше, различные варианты выполнения связанного смолой сорбента могут использоваться как барьер передачи пара через материал смолы, например барьер передачи водяного пара через полипропиленовую смолу в комбинации с молекулярным ситом. Таким образом, ламповый узел, содержащий корпус и герметизирующую крышку, где и корпус, и герметизирующая крышка сформированы из связанного смолой сорбента, эффективно предотвращает проникновение влаги в ламповый узел.
Смолы, используемые согласно настоящему изобретению, готовят с использованием способов подготовки специализированных пластмасс. Предпочтительный сорбент представляет собой молекулярное сито, которое может быть включено в полиамидные и полиолефиновые смолы посредством подачи сорбента в порошковой форме наряду с гранулами выбранной смолы в пресс для выдавливания пластмасс с хорошими характеристиками смешивания при температуре и при концентрации, требуемых для достижения полной дисперсии сорбирующих добавок, таким образом, что частицы сорбента полностью увлажняются и покрываются смолой таким образом, что частицы отделяются друг от друга. В типичном случае, используют двухшнековый экструдер. Может использоваться множество этапов смешивания, по мере необходимости, для достижения требуемой дисперсии. Таким образом, смолу плавят, и сорбент смешивается со всей ее массой. Выдавленную смолу охлаждают воздухом и затем режут или дробят на зерна или гранулы. Так как составление смеси достигается при высокой температуре, сорбент имеет тенденцию не адсорбировать влагу и, таким образом, сохраняет свою адсорбционную способность.
Хотя настоящее изобретение было конкретно описано в связи с конкретными предпочтительными вариантами его осуществления, очевидно, что для специалистов в данной области техники будет очевидно множество альтернатив, модификаций и изменений. Таким образом, предусматривается, что прилагаемая формула изобретения охватывает любые такие альтернативы, модификации и изменения, как соответствующие объему и сущности настоящего изобретения.