CN101768367B

CN101768367B - 树脂组合物

Info

Publication number: CN101768367B
Application number: CN2009102589274A
Authority: CN
Inventors: 金成俊; 柳聆湜
Original assignee: Cheil Industries Inc
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd; Lotte Advanced Materials Co Ltd
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: TW201024352A; TWI404758B; KR101267272B1; KR20100080419A; JP2010155993A; CN101768367A

Abstract

本发明提供了一种树脂组合物，包括热塑性树脂(A)、无机化合物(B)和纤维填料(C)，所述无机化合物(B)具有小于约10^-3Ω·m的体积电阻和大于约5,000的相对磁导率。本发明的树脂组合物可以具有高抗冲强度和高电导率，和高电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)屏蔽性质。因此，本发明的树脂组合物可以具有多种功能，且可以用于电气/电子装置。

Description

树脂组合物

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年12月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2008-0136316号的优先权，其整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种树脂组合物。

背景技术

随着电气/电子装置不断小型化、一体化和重量减轻，越来越需要制造内部部件的模块。例如，要求EMI/RFI屏蔽的内骨架需要电导率和机械强度，且要求EMI/RFI屏蔽的外部材料需要EMI/RFI屏蔽和优异的外观。通常，使用具有不同功能的各个材料的组合以提供最终材料所需的不同功能，但是人们越来越希望使用具有不同功能的材料。此外，材料的高生产率是满足大规模生产所必需的。

因为在由高集成、高功效和高能耗的电气/电子装置发射的电磁波下暴露的增加，这会引起对人的全身功能障碍或损伤，所以现代世界中越来越要求改进电磁屏蔽效率。

屏蔽电磁波的常规方法是使用金属材料涂层或镀层。因为金属材料具有高电导率，所以通过表面反射的电磁波屏蔽效率很高。因此，即使是薄层金属也可以有效地屏蔽电磁波。

然而，金属涂覆和电镀工艺会很昂贵，会限制产率且会引起环境顾虑。例如，金属电镀工艺可以包括复杂的步骤，如脱脂、蚀刻、中和、活化、引发、金属化、第一次电镀、第二次电镀和第三次电镀。

发明内容

本发明提供了一种树脂组合物，所述树脂组合物为多功能的，且可以具有高抗冲强度、高电导率，和高电磁干扰(EMI)和/或射频干扰(RFI)屏蔽。

本发明的树脂组合物包括热塑性树脂(A)、无机化合物(B)和纤维填料(C)，所述无机化合物(B)具有小于约10^-3Ω·m的体积电阻和大于约5,000的相对磁导率。

本发明的树脂组合物可以进一步包括碳填料(D)。

树脂组合物可以包括约40至约80重量％的热塑性树脂(A)、约3至约20重量％的无机化合物(B)、约5至约40重量％的纤维填料(C)，和约0.05至约10重量％的碳填料(D)，所述无机化合物(B)具有小于约10^-3Ω·m的体积电阻和大于约5,000的相对磁导率。

本发明进一步提供包含所述树脂组合物的模制塑料品。所述模制塑料品可以用于要求高抗冲强度、高电导率和EMI/RFI屏蔽的应用中。

具体实施方式

本发明将在下文的本发明详细描述中进行更详细地描述，其中描述本发明一些而并非全部的实施方式。事实上，本发明可以以许多不同形式实施，且不应限于本文所述的实施方式；相反地，提供这些实施方式以使本公开满足适用的法律要求。

可以将如碳纤维、碳纳米管等导电材料单独或与增强剂混合后加入到树脂中，以形成具有高抗冲强度和高电导率的复合材料。然而，当使用含碳的导电材料时，需要其它额外的方法以改进EMI/RFI性质。本发明提供了具有高抗冲强度、高电导率和优异EMI/RFI屏蔽的树脂组合物。

本发明能通过改进内部吸收以及电磁反射来改进电磁波屏蔽效率(称为“S.B.”)，电磁波屏蔽效率根据以下公式1所示。

[公式1]

S.B.＝R+A+B

在以上公式中，R为电磁波的表面反射(电导率)，A为电磁波的内部吸收，且B为多次反射的损失。

因为树脂组合物的电导率低于金属材料的电导率，所以改进公式1所示的元件的内部吸收以及表面反射很重要。因此，可以通过增加A值(即通过引起电磁波的内部吸收)和通过降低表面阻抗来增加R值(增加电导率)，以增加树脂组合物的电磁屏蔽效率，来制备高电磁屏蔽复合树脂。

换句话说，树脂组合物的电磁屏蔽效率与电磁波的内部吸收和电导率有关。电磁波的内部吸收与材料的磁导率直接相关。然而，注意到仅具有高磁导率的材料(如铝硅铁粉、铁氧体等非导电材料)的EMI/RFI屏蔽效率可以忽略。相反，既具有电导率又具有高磁导率的材料(如μ-金属(mu-metal)或坡莫合金)的EMI/RFI屏蔽效率很高。因为这些无机材料具有良好的电导率，且因高磁导率可有效地吸收电磁波，所以通过在也使用如碳纤维或碳纳米管等碳材料的树脂组合物中形成电导路径，无机材料也可以改进电导率。

使用树脂组合物制成的屏蔽材料可以通过挤出复合材料(复合)树脂来经济且高效地制备。

本发明的具有高抗冲强度和高电导率的EMI/RFI屏蔽树脂组合物可以包括热塑性树脂(A)、无机化合物(B)和纤维填料(C)，所述无机化合物(B)具有小于约10^-3Ω·m的体积电阻和大于5,000的相对磁导率。

示例性纤维填料(C)非限定性地包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、酰胺纤维、液晶聚酯纤维等，和其组合。

本发明的树脂组合物可以进一步包括碳填料(D)。示例性碳填料(D)非限定性地包括碳纳米管、炭黑、碳纳米纤维等，和其组合。

基于全部组分的总和(100重量％)，本发明的树脂组合物可以包括约40至约80重量％的热塑性树脂、约3至约20重量％的具有电导率和高磁导率的无机化合物，和约0.05至约10.0重量％的碳填料。

本发明的树脂组合物可以通过混和所述组分制备。热塑性树脂可以形成基质，且树脂组合物可以具有基质中分散有填料的结构。

在下文的本发明具体描述中将更全面地描述本发明的各个组分。

(A)热塑性树脂

示例性热塑性树脂非限定地包括聚酰胺；聚对苯二甲酸亚烷基酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚缩醛；聚碳酸酯；聚酰亚胺；聚苯醚；聚砜；聚苯硫醚；聚酰胺酰亚胺；聚醚砜；液晶聚合物；聚醚酮；聚醚酰亚胺；聚烯烃，如聚丙烯和聚乙烯；聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚苯乙烯；间规聚苯乙烯等；和其组合。

例如，本发明的热塑性树脂可以为结晶热塑性树脂。因为结晶区不包含导电材料，所以具有更大可能性使各个导电材料相连，因此结晶聚合物有一个优点就是与无定形聚合物相比其电通路更好。也就是说，结晶区降低了聚合物基质中导电材料的可移动区域，因此它们有更大的机会相遇。因此，结晶热塑性树脂在结晶期间将本发明的树脂组合物中的组分(A)之外的填料排除在结晶区域之外的性质，使其可以比无定形结晶树脂更易形成电导路径。此外，结晶热塑性树脂中的增强填料可以比非结晶树脂中的增强填料更有效地改进机械抗冲强度。

示例性结晶热塑性树脂非限定性地包括聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚缩醛；聚苯硫醚；液晶聚合物；聚醚酮；聚烯烃；间规聚苯乙烯等；和其组合。

树脂组合物可以包括约40至约80重量％的热塑性树脂，例如约60至约75重量％。如果热塑性树脂的量小于约40重量％，很难加工树脂组合物；如果热塑性树脂的量大于约80重量％，很难提供树脂组合物的所需物理性质。

(B)具有电导率和高磁导率的无机化合物

具有电导率和高磁导率的无机化合物可以具有小于约10^-3Ω·m的体积电阻和大于约5,000的相对磁导率。示例性无机化合物可以非限定性地包括如μ-金属等镍铁合金(其可以为约75％的镍、约15％的铁，加铜和钼)、坡莫合金(其可以为约20％的铁和约80％的镍)等，和其组合。

树脂组合物可以包括具有电导率和高磁导率的无机化合物，其含量为约3至约20重量％，例如约5至约15重量％。如果无机化合物的量小于约3重量％，EMI/RFI屏蔽改进可以忽略。无机化合物的量大于20重量％会对树脂组合物的粘度和比重具有负面影响。

(C)纤维填料

示例性纤维填料非限定性地包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、酰胺纤维、液晶聚酯纤维等，和其组合。纤维填料(C)可以具有约1至约20μm的平均直径和约1至约15mm的平均长度。

示例性碳纤维非限定性地包括聚丙烯腈(PAN)类碳纤维、沥青类碳纤维等，和其组合。碳纤维可以具有约5至约12μm的平均直径、约3至约12mm的平均长度、小于约10^-3Ω·m的体积电阻，和大于约100GPa的抗张强度。

玻璃纤维可以为用于降低在仅使用碳纤维时的树脂组合物的脆性且改进抗冲强度的任何常规玻璃纤维，例如，可以使用用于增强物理性质的具有高抗冲强度的玻璃纤维。在本发明的一个实施方式中，玻璃纤维可以具有约8至约15μm的平均直径和约2至约12mm的平均长度。

因为纤维填料与树脂组合物的电导率和高抗冲强度有关，所以当体积电阻低且抗张强度高时，本发明的纤维填料会更合适。

树脂组合物可以包括约5至约40重量％的纤维填料，例如约10至约25重量％。如果纤维填料的量小于约5重量％，很难获得所需的物理性质；如果纤维填料的量大于约40重量％，可加工性会降低，且使用含大于40重量％的纤维填料的树脂组合物制备的模制品即使在受到极小冲击时也会破碎。

(D)碳填料

示例性碳填料非限定性地包括碳纳米管、炭黑、碳纳米纤维等，和其组合。因为碳纳米管的优异静电放电(ESD)性质，所以可以使用碳纳米管。

示例性碳纳米管可以非限定性地包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管等，和其组合。碳纳米管可以具有约1至约50nm的平均外径、约10nm至约20μm的平均长度和大于约80％的纯度。

树脂组合物可以包括约0.05至约10.0重量％的碳填料(D)，例如约0.3至约0.5重量％。如果碳填料(D)的量小于约0.05重量％，很难提供树脂组合物的所需物理性质；如果碳填料(D)的量大于约10.0重量％，树脂组合物会因自身粘度显著增加而难以加工。

在本发明的另一个实施方式中，本发明提供了使用本发明的树脂组合物制备的模制品。此模制品可以使用例如但不限于挤出、注塑等的任何常规模制技术制备。本发明的模制品可以具有高抗冲强度和高电导率，且可以用在要求EMI/RFI屏蔽的领域中。例如，本发明的模制品可以用于制备各种模制品，例如但不限于如TV和PDP等显示设备、如计算机、手机和办公自动化设备等电气/电子装置的部件、内骨架等。

在本发明的一个实施方式中，根据本发明的模制塑料品可以具有约15至约50dB的电磁波屏蔽效率、约10至约104Ω/□的表面电阻(根据ASTMD257测定)、约12至约30GPa的弯曲强度(使1/4英寸(1/4”)宽度根据ASTM D790测定)，和约20至约70J/m的Izod切口抗冲强度(使1/8英寸宽度根据ASTM D256测定)。

通过参考以下实施例更好地理解本发明，以下实施例意在说明而非以任何方式限定本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。

实施例

(A)热塑性树脂

将聚苯硫醚(PPS)用作上述热塑性树脂，该聚苯硫醚具有316℃和1270g的负荷下约48至约70g/10min的熔体流动指数。

(B)具有电导率和高磁导率的无机化合物

将坡莫合金用作上述具有电导率和高磁导率的无机化合物，所述坡莫合金为镍铁合金(Dongbu Fine Chemicals Corporation)，且具有10^-7[Ω·m]的体积电阻和10,000的相对磁导率。

(C1)纤维填料

将沥青碳纤维用作纤维填料，所述沥青碳纤维具有7μm的直径、4mm的长度、10^-5[Ω·m]的体积电阻和200GPa的抗张强度。

(C2)纤维填料

将玻璃纤维用作纤维填料，所述玻璃纤维具有10μm的直径、3mm的长度和涂覆有硅烷增容剂的表面，所述硅烷增容剂用于与用作热塑性树脂的PPS的良好粘合。

(D)碳填料

将多壁碳纳米管用作碳填料，所述多壁碳纳米管具有9.5nm的直径、1.5mm的长度和90％的纯度。

在通过混合如表1中所述的组分以制备实施例1至6和比较例1的树脂组合物后，通过使用常规双螺杆挤出机和注塑机制备用于测定物理性质的样品。

用ROHDE & SCHWARZ生产的频谱分析仪测定EMI屏蔽效率。

根据ASTM D257测定所制备样品的表面电阻。

使用1/4英寸宽度，根据ASTM D790测定弯曲强度。

使用1/8英寸宽度，根据ASTM D256测定izod切口抗冲强度。

物理性质的测定结果显示在下表1中。

表1的实施例和比较例表明：用作纤维填料的碳纤维(C1)主要对抗冲强度和电导率起作用，碳填料对电导率起作用，玻璃纤维(C2)对抗冲强度起作用，且用作无机化合物的坡莫合金对增加EMI/RFI屏蔽性质起作用，碳纤维和碳纳米管对所述EMI/RFI屏蔽性质的改进有限。

因此，本发明可以提供通过混合具有电导率的无机化合物和高磁导率纤维填料制备，或混合具有电导率的无机化合物、高磁导率纤维填料和碳填料制备的多功能树脂组合物，所述树脂组合物具有高抗冲强度、高电导率和良好的EMI/RFI屏蔽性质。

[表1]

受益于前述说明的教导，本发明所属领域的技术人员将明白本发明的许多修改和其它实施方式。因此，应理解本发明不限于所公开的具体实施方式，且修改和其它实施方式也包括在所附权利要求书的范围内。虽然本文中使用了特定的术语，但它们仅以通用和描述性含义使用，且不意在限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求书限定。

Claims

1.一种树脂组合物，包括热塑性树脂(A)、无机化合物(B)和纤维填料(C)，所述无机化合物(B)具有小于10^-3Ω·m的体积电阻和大于5,000的相对磁导率；

其中所述树脂组合物包括40至80重量％的所述热塑性树脂(A)、3至20重量％的所述具有小于10^-3Ω·m的体积电阻和大于5,000的相对磁导率的无机化合物(B)，和5至40重量％的所述纤维填料(C)。

2.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述树脂组合物进一步包括碳填料(D)。

3.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述树脂组合物进一步包括0.05至10.0重量％的碳填料(D)。

4.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述纤维填料(C)为选自由碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、酰胺纤维和液晶聚酯纤维组成的组中的至少一种。

5.如权利要求2或3所述的树脂组合物，其中所述碳填料(D)为选自由碳纳米管、炭黑和碳纳米纤维组成的组中的至少一种。

6.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述热塑性树脂(A)选自由聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚苯醚、聚砜、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、液晶聚合物、聚醚酮、聚醚酰亚胺、聚烯烃、ABS树脂、聚苯乙烯和它们的组合组成的组。

7.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述热塑性树脂(A)为结晶热塑性树脂。

8.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述纤维填料(C)具有1至20μm的平均直径和1至15mm的平均长度。

9.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述纤维填料(C)为碳纤维，所述碳纤维具有小于10^-3Ω·m的体积电阻和大于100GPa的抗张强度。

10.如权利要求5所述的树脂组合物，其中所述碳纳米管具有1至50nm的平均外径和10nm至20μm的平均长度。

11.如权利要求10所述的树脂组合物，其中所述碳纳米管为选自由单壁碳纳米管和多壁碳纳米管组成的组中的至少一种。

12.如权利要求1所述的树脂组合物，其中所述无机化合物包括镍铁合金。

13.如权利要求12所述的树脂组合物，其中所述镍铁合金包括μ-金属、坡莫合金，或它们的组合。

14.一种模制塑料品，由如权利要求1至13中任意一项所述的树脂组合物制备。

15.如权利要求14所述的模制塑料品，其中所述模制塑料品具有15至50dB的电磁波屏蔽效率。

16.如权利要求14所述的模制塑料品，其中根据ASTM D257测定，所述模制塑料品具有10至10⁴Ω/□的表面电阻。

17.如权利要求14所述的模制塑料品，其中使用1/4英寸宽度根据ASTMD790测定，所述模制塑料品具有12至30GPa的弯曲强度，且使用1/8英寸宽度根据ASTM D256测定，所述模制塑料品具有25至70J/m的Izod切口抗冲强度。