CN102598893A - 具有多种填料的高电导率聚合物复合材料的形成 - Google Patents

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Abstract

本文公开了导电性组合物和复合材料及其制造方法。一种示例性导电性复合材料包含聚合物和填料，该填料包含至少部分地涂布有金属的多孔颗粒。可以添加其他填料，包括如针状铜等金属颗粒。还公开了包含聚合物和填料的制品及其制造方法，其中，所述制品可以包括互连、电路板、半导体、射频识别标签、印刷电路、柔性电路、胶带、膜、粘合剂、衬垫、密封剂、墨水或糊剂。

Description

具有多种填料的高电导率聚合物复合材料的形成
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年8月17日提交的印度专利申请第1889/MUM/2009号的权利和优先权。通过援引将上述申请的全部内容并入本说明书中。
技术领域
本公开涉及导电性复合材料，包括可用作电磁干扰(EMI)屏蔽的复合材料。
背景技术
本部分提供与本公开有关但未必是现有技术的背景信息。
复合材料的电导率和热导率的提高需要合适的填料及高填料填充。用于制备导电性制品的典型填料包括：金属，金属盐(如铝盐等)，陶瓷(如钙盐、氮化铝、氮化硼、磷酸钙、羟基磷灰石、碳酸钙、硫酸钙以及上述物质的组合等)和碳(如从纳米到微米尺寸范围的各种形式的碳纤维、石墨、炭黑等)。导电性和导热性制品制造领域的目标包括用最少量的填料获得所期望的性能值。
导电性和导电性复合材料的方面包括填料材料的填充、复合材料中的填料均匀性和所获得的复合材料的电导率。高电导率和热导率值需要较高量的填料填充。填料可能具有不同的密度，这可能导致填料材料在复合材料中分离，使得难以实现填料的均匀分布。这是有问题的，因为填料的不均匀分布可能导致较差且不一致的性质。另外，如注射成型等加工方法的选择和可用性可能受填料填充量的制约，因为填料量影响粘度，其中一些加工方法只可修改为适用于特定粘度范围和特定填料量。复合材料的电导率是涉及材料最终用途的一个重要方面，例如，提高的电导率可增强EMI屏蔽。
如本发明人所认识到的，聚合物复合材料的改善的填料填充、分布和电导率会有利于良好的EMI屏蔽。此外，本发明人还认识到，具有高电导率的复合材料还会改善其他材料应用，如用于各种电子装置的导电性弹性体(ECE)、涂料、衬垫、胶带、密封剂和墨水。
发明内容
本部分提供本公开的概括性描述，并非是其完整范围或其所有特征的全面公开。
在一些实施方式中，导电性复合材料包含聚合物和含有至少部分地涂布有金属的多孔颗粒的填料。作为实例，金属涂层除其他金属以外，可以包括铜、银或铜和银的组合。作为另外一个实例，多孔颗粒可以包括各种多孔矿物颗粒。在一些情形中，填料还包含金属颗粒，其中金属颗粒可以具有约2∶1～10∶1的其最长轴相对于最短轴的长宽比。例如，金属颗粒可以包含针状通颗粒，其中所述金属颗粒可以还包含不同金属(如银)的涂层。本说明书中公开的导电性复合材料可以使填料充分地分散于整个聚合物中，并且聚合物可以包含一种或多种聚合物纤维。示例性导电性复合材料可以提供约1S/cm～约1500S/cm的电导率。
在一些实施方式中，导电性复合材料的制造方法包括将聚合物与填料混合以将填料充分地分散在聚合物中，其中所述填料包含至少部分地涂布有金属的多孔颗粒。所述方法可以还包含将聚合物和填料挤出以形成包含导电性复合材料的制品，包括将聚合物和填料注射成型或压缩成型以形成包含导电性复合材料的制品。
在一些实施方式中，根据本方法制造制品。例如，由本导电性复合材料制得的制品包括互连、电路板、半导体、射频识别标签、印刷电路和柔性电路。
在一些实施方式中，本导电性复合材料用于屏蔽电子装置使其免受电子干扰的方法。这些方法包括使用导电性复合材料覆盖电子装置的至少一部分。例如，在一些实施方式中电磁干扰屏蔽可以大于约50分贝，而在另一些实施方式中其可以大于约60分贝。
组合物和方法的示例性实施方式可以用于提供导电性和/或导热性制品，如胶带、聚合物膜、聚合物复合材料、高导热性可注射成型热塑性复合材料、高导电性可注射成型热塑性复合材料、导电性粘合剂等。制品可以包含金属涂布的多孔颗粒和其他高长宽比填料。
通过此处所提供的描述，其它适用领域将显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅出于说明的目的，并不意在限制本技术的范围。
附图说明
此处所描述的附图仅用于说明选择的实施方式，而非说明所有可能的实施，并且并不意在限制本发明的范围。
图1图示了根据本技术的实施方式的导电性复合材料的实施方式的电压与电流之间的关系。
具体实施方式
以下对技术的描述本质上仅是对一项或多项发明的主题、制造和用途的例示，并不意在限制在本申请、可能提交的要求本申请的优先权的其它申请或者由其授权的专利中所要求保护的任何具体发明的范围、应用或用途。在审视此处所述的对技术的描述时，务必考虑以下定义和非限制性指南。
此处所使用的标题(例如“背景技术”和“发明内容”)和小标题仅仅意在对本技术中的专题进行一般性的组织，并不意在限制本技术或其任何方面的公开。特别是，“背景技术”中公开的主题可能包括新技术，而可能不构成对现有技术的陈述。“发明内容”中公开的主题并非对本技术的完整范围或其所有实施方式的详尽或完全的公开。本说明书的一个部分中对于具有特定应用的材料的分类或讨论是为了方便，而不应得出这样的推论，即当所述材料以任何给定组成使用时，所述材料必须一定或唯一地按此处的分类发挥作用。
此处对参考文献的引用并不是承认那些参考文献是现有技术或与本技术的专利性有任何关系。对背景技术中引用的参考文献内容的任何讨论仅意在提供这些参考文献的作者的主张的一般性概述，并不是承认这些参考文献的内容的准确性。在此特通过引用将本说明书的“具体实施方式”部分中提及的所有参考文献全部并入。
该描述和具体实例，尽管指出本技术的实施方式，但仅是出于说明的目的，而非意在限制本技术的范围。而且，引述具有所述特征的多个实施方式并非意在排除具有另外特征的其他实施方式，或者包含所述特征的不同组合的其他实施方式。具体实例出于说明如何制造和使用本技术的组合物以及方法的目的而提供，除非另有明确规定，否则并非意在表示给出的本技术的实施方式已经或尚未制造或测试。
在此使用的用语“优选的”和“优选地”是指本技术的在某些情况下提供某些益处的实施方式。然而，在相同或其他情况下，其他实施方式也可能是优选的。而且，对一个或多个优选实施方式的陈述并不代表其他实施方式不可用，也并非意在从本技术的范围内排除其他实施方式。
如在此所指出的，除非另有规定，否则所有组成百分比均是按全部组合物的重量计。在此使用的术语“包含”、“包括”以及其变体意在为非限制性的，使得对列表中物品的陈述并非是排除也可用于本技术的材料、组合物、装置和方法的其他类似物品。相似地，术语“能够”和“可以”以及其变体意在为非限定性的，使得陈述一个实施方式能够或者可以包括某些要素或特征时并非排除本技术的不含那些要素或特征的其他实施方式。
对特定参数(如温度、分子量、重量百分比等)的数值和数值范围的公开并非排除其他可用于此的数值和数值范围。可预见，给定参数的两个以上的具体例示的数值可以定义对该参数可以主张的数值范围的端点。例如，如果在此举例说明参数X具有数值A，还举例说明具有数值Z，则可以预见，参数X可具有约A～约Z的数值范围。相似的，可预见，一个参数的两个以上数值范围的公开(无论所述范围是嵌套的，重叠的或者相异的)包含了使用该公开范围的端点可以主张的该数值的范围的所有可能组合。例如，如果在此举例说明参数X具有1～10或2～9或3～8的值，则同样可预见，参数X可以具有其他数值范围，包括1～9、1～8、1～3、1～2、2～10、2～8、2～3、3～10和3～9。
尽管开放式术语“包含”作为诸如包括、含有或者具有等非限制性术语的同义词在此处用于描述和主张本技术的实施方式，但作为替代，也可以使用更多限制性术语，例如“由......组成”或“基本上由......组成”来描述实施方式。因此，对于引述了成分、组分或工序步骤的任何给出的实施方式，申请人具体设想了由这些成分、组分或工序组成的不含其他成分、组分或工序的实施方式(对于“由......组成”而言)，或者基本上由这些成分、组分或工序组成的不含影响该实施方式的新颖性质的其他成分、组分或工序的实施方式(对于“基本上由......组成”而言)，即使这些其他成分、组分或工序并没有在本申请中明确陈述。例如，对提及了要素A、B和C的组合物或方法的陈述可具体预见由A、B和C组成的不含在本领域中可能提及的要素D的实施方式，和基本上由A、B和C组成的不含在本领域中可能提及的要素D的实施方式，即使要素D在此并未被明确地记载为被排除在外。
此处所使用的“a”和“an”是指存在“至少一个”的该物品；可能的时候可以存在多个所述物品。“约”，在用于数值时，是指计算或测量允许在该数值上存在一定的轻微的不精确(一定程度逼近精确的数值；近似或合理地接近该值；差不多)。如果基于某原因，“约”所带来的不精确在本领域中未被另外理解为此常见含义，则此处所使用的“约”至少是指测量或使用此类参数的常用方法可能产生的变化。另外，范围的公开包括对所有明确的值和在整个范围内进一步划分的范围的公开。
本技术涉及导电性复合材料、导电性复合材料的制造方法、由本方法形成的制品和/或具有包含一种或多种本复合材料的至少一个部分的制品。根据本技术的导电性复合材料包括一种或多种聚合物和至少一种填料，如金属和/或金属涂布的多孔矿物。所述填料中的一种或多种在聚合物基质内提供导电性网络，从而为通过该复合材料的导电性提供通道。本复合材料提供优异的电导率，其值为约1西门子/厘米(S/cm)～大于约1000S/cm，其比许多(如果不是大多数的话)包含专门的填料的导电性复合材料都高。
本导电性复合材料可以利用如挤出、注射成型和压缩成型等制造工艺来形成。例如，注射成型可使得能利用可用设备和系统将本复合材料形成为许多不同形状和尺寸。这些制造工艺也可以以对于生产时间和成本效益提供益处的连续方式(例如，利用双螺杆挤出机)进行。
本技术使用专门填料以获得高电导率。这些填料可促进聚合物基质中填料填充的均匀性和高水平。例如，本填料可以包括涂布有单层或多层金属的矿物(例如，珍珠岩等)、银涂布的铜颗粒、银涂布的星状铜或针状铜颗粒、这些填料的组合，包括其与其他填料的组合。作为实例，实施方式可以包括以下专利申请中的任何一个或多个中披露的材料、颗粒或填料中的一种或多种：于2009年5月9日递交的印度专利申请第1163/MUMNP/2009号；于2009年5月4日递交的印度专利申请第1164/MUMNP/2009号；和/或于2008年10月14日递交的印度专利申请第2501/HE/2008号。通过援引将上述三个印度专利申请各自的全部公开内容并入本说明书中。
根据渗流理论，包含一种或多种分散在聚合物基质中的导电性填料的复合材料的电导率取决于填料填充，因为聚合物本身通常在性质上是绝缘的。在低填料浓度时，填料可以作为小蔟或单独的颗粒存在，并且由于填料颗粒之间的平均距离可能超过其尺寸，因此聚合物复合材料的导电性可能接近于纯聚合物基质的导电性。当填充有足量的填料时，形成相连的填料颗粒的渗流路径并可使电荷输送可通过该复合材料样品。在被称作渗流阈值的该临界浓度，导电性将突然且迅速地升高。因此，复合材料的电导率严重取决于填料的特性和填料的量。较高的填料量通常等同于较高的电导率。然而，对于实际的填料量存在限制，因为较高的填充可能继而导致部分由于高粘度所带来的加工困难。
另外，渗流阈值的值可能受到填料颗粒的几何因素、特别是长宽比(即，长度与直径之比)的影响。考虑到具有颗粒状填料取向的填料体系，渗流阈值可以随填料的长宽比的升高而降低；即，渗流阈值和长宽比可能成反比。类似地，与基本上等量的具有较低长宽比的填料相比，具有较高长宽比的填料可以提供较低的渗流阈值。关于本导电性复合材料，可用的填料可以具有优异的导电性以及高长宽比。
本导电性复合材料也可以通过在不损害加工性的情况下将填料以较高的量填充至聚合物基质中而制得。这可以例如通过下述方式实现：容易地将具有高填充的填料的组合物注射成型，并获得数百S/cm、有时甚至高于1000S/cm的非常高的电导率。在一些情形中，为获得最高的导电性，使用的填料的总量可高达复合材料的85体积％。复合材料可以使用一种或多种聚合物，包括热固性材料(例如，用于导电糊剂、胶带、衬垫)、弹性体和使用热塑性塑料和/或热塑性弹性体的任何尺寸或形状的注射成型部件。
除一种或多种聚合物之外，本导电性复合材料的实施方式还包括填料，并且可以包括多种填料。填料包括具有高长宽比的金属，如针状铜，并包括还涂布有不同金属的此类金属。填料也包括金属涂布的多孔矿物，如金属涂布的珍珠岩。多孔金属填料也可以涂布有超过一种的金属和/或金属的层。本复合材料还包括如本文所提供的各种填料与各种聚合物的组合。
本填料可以是金属涂布的填料，如金属涂布的多孔材料和/或金属涂布的矿物。此类多孔填料颗粒可以具有多个孔隙，多个金属颗粒沉积或涂布在填料颗粒和孔隙的上面和内部、包括孔隙的内表面。在一些情形中，复合材料中高填充的填料会难以实现，因为粘度的升高可能限制材料加工方法；例如，较高的粘度可能排除注射成型法。密度的不同也可能导致颗粒的分离，从而造成复合材料中的不均匀性。本组合物和方法通过提供下述高导电性复合材料可以克服这些问题，所述复合材料具有涂布或沉积在高多孔性材料上的金属涂层和/或金属颗粒(例如，铜、银等)。例如，填料可以包含金属涂布的矿物(例如，珍珠岩等)。
金属颗粒和多层金属颗粒也可以充当填料。例如，填料包括银涂布的铜颗粒、银涂布的星状铜颗粒和针状铜颗粒(即，具有高长宽比的针状颗粒)。金属颗粒还包括周期表中的8-12族(IUPAC)或VIIIB、IB和IIB族(CAS)的金属颗粒。所述金属包括金、银、铂、铜、铁、钯、钴、钯、镍、铝、锌及其合金。金属可以作为金属盐提供，也可以使用金属盐溶液进行沉积以形成颗粒。金属盐溶液可以包含含有金属的阳离子，如Cu+、Cu2+、[Cu(NH3)4]2+、Ni2+、Pd2+、Pt2+、Au+、Au3+、Zn2+、Ag+、Al3+、Cd2+、Fe2+、Fe3+及其组合。金属盐溶液可以包含上述金属阳离子或者金属阳离子与阴离子物种(简单阴离子、含氧阴离子和有机酸阴离子的一部分)的组合。金属阳离子可以为水溶液或非水溶液的形式。例如，形成金属盐的阴离子物种可包括：Cl-、OH-、NO3 -、NO2 -、PO4 3-、PO3 3-、HPO4 2-、H2PO4 -、MnO4 -、SO4 2-、SO3 2-、CO3 2-、CrO4 2-、HCO2 -、C2H3O2 -、C2O4 2-及其组合。在一些情形中，阴离子可以是硝酸根、乙酸根和/或磷酸根。
填料也可以包括多孔填料颗粒，例如含硅的多孔颗粒和/或不含硅的多孔颗粒。不含硅的多孔填料颗粒可以包括陶瓷(包括磷酸钙、羟磷灰石、碳酸钙、硫酸钙及其组合)和多孔金属颗粒。多孔填料颗粒可以是多孔含硅颗粒。多孔填料颗粒的有利之处在于，其在颗粒的表面上以及在颗粒体的孔隙内提供金属接触表面。因涂布金属颗粒而增大的表面积提供了在导电性聚合物基质材料中更高的金属颗粒填充和提高的金属颗粒分布的均匀性。
多孔填料颗粒例如可以包含最终孔隙率大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、大于85％、大于87％、大于90％、大于95％或大于99％的源于含硅或不含硅矿物的颗粒。多孔填料颗粒可以包含最终孔隙率为约40％～约99％，或者约45％～约99％，或者约50％～约99％，或者约55％～约99％，或者约60％～约99％，或者约65％～约99％，或者约70％～约99％，或者约75％～约99％，或者约80％～约99％，或者约85％～约99％的源于含硅和不含硅矿物的颗粒。优选的是，多孔填料颗粒的孔隙率范围为约80％～约99％。
含硅填料颗粒包括具有下述元素组成的含有二氧化硅的颗粒：包含约5重量％～90重量％硅、约0.01重量％～25重量％铝、约0.001重量％～约10重量％钾、约0.001重量％～约15重量％钠、约0.001重量％～约10重量％铁、约0.001重量％～约5重量％钙、约0.001重量％～约5重量％氢、约0.001重量％～约5重量％镁。这样的组成通常还包含痕量元素，并且该组成的余量可为氧。含硅填料颗粒可以包含具有上述各种孔隙率的数种已知的含硅颗粒。示例性实例包括珍珠岩、蛭石、浮石、蒙脱石、硅灰石和沸石。在一些情形中，含硅填料颗粒可以包含这些各种含硅填料颗粒的混合物。
珍珠岩包括源于珍珠岩矿石的膨胀珍珠岩，其属于天然玻璃类，并且通常被称作火山玻璃，通过含硅岩浆和熔岩的迅速冷却而形成。珍珠岩矿石为水合的天然玻璃，通常含有约72重量％～75重量％SiO2、约12重量％～14重量％Al2O3、约0.5重量％～2重量％Fe2O3、约3重量％～5重量％Na2O、约4重量％～5重量％K2O、约0.4重量％～1.5重量％CaO和低浓度的MgO、TiO2及其他金属成分。珍珠岩矿石不同于其他天然玻璃之处在于具有高含量(约2重量％～10重量％)的化学结合的水、存在玻璃质珍珠光泽和特有的同心或弓形洋葱皮状(珍珠状)断层。
蛭石，(MgFe，Al)3(Al，Si)4O10(OH)2·4H2O，通过某些玄武岩矿物的水合而形成。蛭石是矿物中层状硅酸盐或页硅酸盐类的一员。该矿物的基本结构与云母和滑石相同：由两个二氧化硅的平面层和氧化铝四面体构成的2∶1的硅酸盐片(四面体层)，其在由顶端氧原子和镁、铁和羟基分子构成的层(八面体层)中结合在一起。在2∶1片之间存在离子可交换层。该层将随所存在的层间阴离子和与其相关的水合的水的排列而改变厚度。
浮石是一种喷出火山岩，其在火山喷出具有非常高含量的水和气体(这些一起被称作挥发物)的熔岩时产生。随着气泡从熔岩中逸出，其变为泡沫状。在该熔岩冷却和硬化后，所得物为填充有细小的气泡的非常轻质的岩石材料。气体消散，留下高度多孔的玻璃(浮石的平均孔隙率为90％)，其可粉碎为更小的颗粒，遍布整个颗粒仍保留有微孔。
蒙脱石，(Na；Ca)0.3(Al；Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O，是粘土矿物类的一员。其通常形成微观的或至少非常小的扁平的云母状晶体。水含量是可变的，实际上，当水被晶体吸收时，它们倾向于膨胀为其原始体积的若干倍。蒙脱石是可用于多种用途的矿物，并且是称作膨润土的火山灰的主要成分。
硅灰石是链状硅酸钙矿物(CaSiO3)，其可以含有少量铁、镁和锰取代钙。形成硅灰石的两种主要成分包括CaO和SiO2。在纯CaSiO3中，以重量百分比计，各成分形成矿物的大约一半。例如，CaO可以具有约48.3重量％的重量百分比，而SiO2可以具有约51.7重量％的重量百分比。在一些情形中，少量铁和锰以及更少量的镁可以代替钙。
沸石是具有明确结构的微孔结晶固体。沸石的限定特征在于，其框架由原子的四连接网络构成。沸石也可以分类为铝硅酸盐矿物并具有微孔结构(小于约100nm的孔隙)。沸石因通过加热可驱除吸附在沸石孔隙内部的水而是高度多孔的矿物。约175种已知的沸石框架得到了鉴定，并且有超过40中天然存在的沸石框架在矿物领域是已知的。沸石具有可以容纳许多种阳离子(如Na+、K+、Ca2+、Mg2+以及其他)的多孔结构。这些正离子或阳离子被松散地保持，并可以容易地与接触溶液中的其他离子进行交换。一些较常见的矿物沸石是方沸石、菱沸石、片沸石、钠沸石、钙十字沸石和辉沸石。这些沸石成员之一的示例性矿物化学式为：Na2Al2Si3O10·2H2O，即钠沸石的化学式。
多孔填料颗粒可以由开采的矿石制造，以各种各样的粒径市售。本填料可以利用很宽的尺寸范围(例如约0.001毫米～约5毫米)的颗粒。此处所使用的多孔填料颗粒的直径可以被记作d50，其中，d50值表示作为中值累积百分比粒径的粒径分布。换言之，一半的颗粒具有小于d50值的平均直径值，而一半的颗粒具有大于d50粒径的平均直径值。因此该值是颗粒细度的衡量标准。在各种实施方式中，多孔填料颗粒的d50值可以是5毫米以下、4毫米以下、3毫米以下、3毫米以下、1毫米以下、0.5毫米以下、0.1毫米以下、80微米以下、60微米以下、40微米以下、30微米以下、25微米以下、20微米以下、15微米以下、10微米以下、8微米以下、6微米以下或3微米以下。
d50值可以低至1微米，或者甚至低至0.5微米。例如，膨胀珍珠岩的d50值可以为约1μm～约5.0毫米，例如为约10微米～约2毫米、约50微米～约1000微米，或者约100微米～约500微米。
在一些实施方式中，属于多孔填料颗粒的粒径值可以表示为当量球直径，其可以使用可获自美国宾夕法尼亚州北威尔士的Leeds and Northrup的Leeds and NorthrupMicrotrac X100(LNM X100)通过激光粒径分析来测定。类似仪器也可以获自日本Horiba(型号：LA950V2)。在该技术中，粉末、悬浮液和乳液形式的多孔填料颗粒的粒径可以根据Fraunhofer或Mie理论的应用，利用激光束的衍射来测量。在各实施方式中，应用的是Mie理论。本文所使用的术语“中值粒径”或d50是以此方式确定的下述粒径的值，此时存在50质量％的直径小于d50值的颗粒。在各实施方式中，优选的用于测量粒径的样品配方是在液体中的悬浮液。在测定实施方式的粒径是否令人满意或符合某些标准，或者通过提供基本相同结果的其他方法来测定时，LNM X100仪器通常提供粒径数据至两个小数位，进行四舍五入。
填料可以具有约1∶1～约1∶50、约1∶2～约1∶35或约1∶5～约1∶20的长宽比。较高的长宽比提供针状颗粒，例如针状铜颗粒。长宽比可以如Freeman等的美国专利5,846,309所述由实验测定的(利用电子显微镜)表面积数据通过球形模型来计算。制备膨胀珍珠岩的工艺条件公开于J.L.Fournier的美国专利2,455,666；G.Stecker的美国专利2,501,699；E.O.Howle的美国专利2,572,483；W.E.Johnson等的美国专利2,621,160；J.B.Murdock等的美国专利3,097,832；和Rehder等的美国专利4,525,388。
通常，用作填料或用于制造金属涂布的填料的膨胀珍珠岩可以通过包括粉碎、研磨、磨碎、筛分和热膨胀的方法制备。例如，可以将珍珠岩矿石粉碎、研磨和分离至预定粒径范围。分离的材料然后可以在膨胀炉中于空气中通常在约870摄氏度～约1100摄氏度的温度加热。膨胀珍珠岩可以利用常规粉碎、研磨和磨碎技术来制备，并可以利用本领域可用分离技术来分离至满足粒径要求。在一些情形中，多孔填料颗粒的堆密度可以为约10千克/立方米(kg/m3)～约300kg/m3，或者为约10kg/m3～约250kg/m3，或者为约10kg/m3～约200kg/m3，或者为约10kg/m3～约150kg/m3，或者为约10kg/m3～约100kg/m3。
以下是银涂布填料的制造方法的一个实例。在该方法中，将一定量的膨胀珍珠岩
Figure BDA0000153750790000101
N50(NorCal，美国加州里士满，密度为4.5磅/立方英尺(lbs/ft3)～6.6lbs/ft3(72千克/立方米(kg/m3)～106kg/m3)，目径为24～100)添加至预热至约180摄氏度的回流乙二醇(1，2-乙二醇；CAS号107-21-1，分子量为62.07道尔顿，光谱级＞99％纯度，Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯)中以制备100毫升载体混合物。将测得量为0.17克的乙酸银(乙酸银盐；CAS号563-63-3，分子量为166.91 99.99痕量金属成分，Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯)与100毫升超纯反渗透水(Millipore Pure water)混合，以制得银盐溶液。将该银盐溶液与100毫升载体混合物加在一起形成反应混合物并进行超声处理。使用实验室超声发生器(例如Branson Ultrasonics，
Figure BDA0000153750790000102
ModelS-450A，美国康涅格州丹伯里)超声处理该反应混合物，以完全(或至少基本完全)润湿和除去珍珠岩填料颗粒的孔隙内的空气。在比较恒定的搅拌下将该反应混合物加热至约50摄氏度～约180摄氏度的温度并保持在该温度范围内1小时，以助于确保乙酸银被完全还原为涂布在珍珠岩填料颗粒的表面上或孔隙内的银金属。然后从容器中取出银涂布的珍珠岩填料颗粒，在冷水中冷激，并使用先水后乙醇在布氏漏斗中过滤两次。
以下是铜涂布的填料的制造方法的一个实例。在该实例中，用于制备铜涂布的珍珠岩颗粒的方法步骤包括称取适量的原材料，然后将这些材料在玻璃容器中混合，并在约180摄氏度的温度搅拌。将珍珠岩与乙二醇混合。将金属盐如乙酸盐(例如，乙酸银或乙酸铜)添加至乙二醇-珍珠岩混合物中。利用超声搅拌来搅拌珍珠岩颗粒以完全(或至少基本完全)润湿(以及从珍珠岩的孔隙内除去空气)。在比较恒定的搅拌下将超声处理的珍珠岩和金属盐/乙二醇混合物加热至约160摄氏度～约180摄氏度的温度。然后过滤所制造的金属涂布的颗粒填料材料，并干燥该金属涂布的珍珠岩颗粒。通过重复以上步骤，随后可以使铜涂布的金属颗粒涂布上银颗粒，不同之处在于将乙酸银盐用于涂布铜涂布的珍珠岩颗粒。
导电性复合材料包括一种或多种聚合物，其中所述聚合物可以包括任何能够与导电性填料颗粒形成复合材料的适当聚合物，包括各种热塑性和/或热固性聚合物。聚合物可以是热塑性聚合物，如聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(例如尼龙)或聚碳酸酯；或者，聚合物可以是热固性聚合物，如各种三聚氰胺和环氧树脂，以及聚酰亚胺。其他聚合物包括聚碳酸酯、聚苯乙烯和环氧类。聚合物可以由各种单体制备和聚合得到，或者聚合物可以由市售来源获得。
例如，聚合物可以包括形成固化性和非固化性有机树脂(或者由其形成)的树脂和粘合剂，例如为丙烯酸类树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯树脂、硅酮树脂、氟树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯醇树脂和自由基聚合性低聚物以及高和中极性的单体及其共聚物。其他聚合物组分包括固化剂，也称作交联剂，其可以包括自由基聚合引发剂。
高极性单体的实例包括丙烯酸、衣康酸、丙烯酸羟基烷基酯、丙烯酸氰基烷基酯、丙烯酰胺或具有取代基的丙烯酰胺。中极性单体的实例包括N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、丙烯腈、氯乙烯或邻苯二甲酸二烯丙基酯。
包含固化性树脂或粘合剂的聚合物可以包含丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷树脂、其他有机官能化的聚硅氧烷树脂中的一种或多种，它们可通过自由基聚合、原子转移自由基聚合、氮氧调控自由基聚合、可逆加成断裂链转移聚合、开环聚合、开环易位聚合、阴离子聚合、阳离子聚合或本领域技术人员所知的任何其他方法及其混合来形成交联网络。适当的固化性粘合剂可以包括硅酮树脂，例如“Chemistryand Technology of Silicone”，Noll，W.；Academic Press 1968中所描述的加成固化性和缩合固化性基质。
固化工艺可以通过本领域技术人员已知的任何工艺来进行。例如，在一些实施方式中，聚合物组合物可以通过电磁辐射(例如紫外光)和/或热辐射而可固化或者得到固化。取决于组成，固化也可以通过微波固化、电子束固化、由自由基引发剂引发的自由基固化及其组合来完成。典型的自由基引发剂可以包括例如有机过氧化物(例如，过氧化苯甲酰等)、无机过氧化物(例如，过氧化氢等)、有机或无机偶氮化合物(例如，2-2′-偶氮二异丁腈)、氮氧化物(例如，TEMPO等)或其组合。
在一些实施方式中，导电性复合材料的聚合物利用(一种或多种)填料材料而固化。例如，可以将填料材料和聚合物组分混合并使聚合物固化，形成包埋的填料完全分散于其中的聚合物基质。在一些情形中，聚合物包含固化或部分固化的珠、粒或粉末，它们随后与填料混合并可以可选地进一步固化。
聚合物的热固化可以发生在约20摄氏度～350摄氏度且更通常在约50摄氏度～约320摄氏度的温度。在一些实施方式中，聚合物中的粘合剂被选择为使得固化温度为约10摄氏度～约200摄氏度。固化通常发生在约1个大气压～约5000磅/平方英寸且更通常在约1个大气压～约100磅/平方英寸的压力。另外，固化可以通常发生约30秒～约5小时且更通常在约90秒～约120分钟的时间。可选的是，固化的导电性材料、糊剂或涂料可以在约100摄氏度～约150摄氏度的温度二次固化约0.5小时～约4小时、优选约1小时～约2小时的时间。
在一些实施方式中，聚合物可以包含一种或多种聚芳硫醚。适当的实例记载于例如Saechtling的Kunststoff-Taschenbuch[塑料手册](Hanser-Verlag，第27版，第495-498页)中，通过援引将该引文并入本说明书中。有利的是使用热塑性聚芳硫醚、如聚苯硫醚(PPS)。聚芳硫醚可以使用二卤代芳香族化合物来制备。二卤代芳香族化合物的实例包括对二氯苯、间二氯苯、2，5-二氯甲苯、对二溴苯、1，4-二氯萘、1-甲氧基-2，5-二氯苯、4，4′-二氯联苯、3，5-二氯苯甲酸、4，4′-二氯二苯醚、4，4′-二氯二苯砜、4，4′-二氯二苯亚砜和4，4′-二氯二苯基酮。还可以使用少量其他卤代化合物，如三卤代芳香族化合物，以对聚合物的性质发挥特定作用。
聚苯硫醚(PPS)是半结晶聚合物，其具有以下通式：
Figure BDA0000153750790000131
其中，n＞1，且聚合物的平均分子量(Mw)大于约200g/摩尔。
在一些实施方式中，聚合物可以包含一种或多种液晶聚合物(LCP)。它们包括能够热塑性加工的LCP。适当的材料记载于例如Saechtling的Kunststoff-Taschenbuch(Hanser-Verlag，第27版，第517-521页)中，通过援引将该引文并入本说明书中。可使用的具体实例包括聚对苯二甲酸酯、聚间苯二甲酸酯、PET-LCP、PBT-LCP、聚(间苯二甲酰间苯二胺)、PMPI-LCP、聚(对苯二甲酰对苯二亚胺)、PPTA-LCP、聚芳酯、PAR-LCP、聚酯碳酸酯、PEC-LCP、聚甲亚胺、聚硫酯、聚酯酰胺、聚酯酰亚胺。还包括的是对羟基苯甲酸类液晶聚合物，如共聚酯或共聚酯酰胺。液晶聚合物还包括完全芳香族的且形成各向异性熔体的聚酯，其平均摩尔质量(Mw＝重均)为约2,000g/mol～约200,000g/mol，包括约3,500g/mol～约50,000g/mol，和约4,000g/mol～约30,000g/mol。
适当种类的液晶聚合物描述于美国专利4,161,470中。其包括重复结构单元为式I和II的萘甲酰共聚酯：
Figure BDA0000153750790000132
其中，所选择的T为烷基、烷氧基(在各自的情形中具有约1～4个碳原子)或者卤素，如氯、溴或氟；s为0或者整数1、2、3或4；并且若存在超过一个基团T，则它们彼此独立且可相同或不同。萘甲酰共聚酯可以含有约10摩尔％～约90摩尔％(包括约25摩尔％～45摩尔％)的式I的结构单元，和约90摩尔％～10摩尔％(包括85摩尔％～55摩尔％)的式II的结构单元，其中式I和II的结构单元的比例的总和为100摩尔％。
欧洲专利EP0278066和美国专利3,637,595描述了适合于本发明的成型组合物的其他液晶聚酯，并提到含有式III、IV和V的结构单元的氧苯甲酰共聚酯，其中在各自的情形中可以存在一个或多个所指定的结构单元。
Figure BDA0000153750790000141
在式III、IV和V中，k是0或1；v、w和x是等于或大于1的整数；所选择的D在各种情形中是具有约1～4个碳原子的烷基、芳基、具有约6～10个碳原子的芳烷基，或者卤素，如氟、氯或溴，且s如上所定义，并且如果存在超过一个基团D，则它们彼此独立且可相同或不同。指标v、w和x的总和为约30～600。氧苯甲酰共聚酯通常含有约0.6摩尔％～60摩尔％(包括约8摩尔％～48摩尔％)的式II的结构单元、约0.4摩尔％～98.5摩尔％(包括约5摩尔％～85摩尔％)的式IV的结构单元和约1摩尔％～60摩尔％(包括约8摩尔％～48摩尔％)的式V的结构单元，其中式III、IV和V的结构单元的比例之和为100摩尔％。
其他适当的共聚酯包括仅含有式III和V的结构单元的那些共聚酯。这些液晶聚合物通常含有约40摩尔％～60摩尔％式III的结构单元和约60摩尔％～40摩尔％式V的结构单元。在一些情形中，式III和V的量具有约1∶1的摩尔比。该类型的聚酯描述于例如美国专利第4,600,765号；第4,614,790号；和第4,614,791号。
其他适当的共聚酯为除选自式III～V的结构单元外还含有式I和/或II的结构单元的那些共聚酯，例如，其含有约15摩尔％～1摩尔％式I的结构单元，约50摩尔％～79摩尔％式II的结构单元，约20摩尔％～10摩尔％式III的结构单元和约20摩尔％～10摩尔％式V的结构单元。
可用于本复合材料中的其他液晶聚合物包括共聚酯酰胺，所述共聚酯酰胺除一种或多种式I～V的结构单元外还具有至少一种式VI或VII的结构单元：
Figure BDA0000153750790000151
其中，R可以是亚苯基或萘；Z可以是CO或O(氧)基团；并且T和s如上所定义。该液晶聚合物可以单独使用或者作为混合物使用。
其他适当的液晶聚合物除结构单元I～VII外还包含至少一种结构单元VIII
Figure BDA0000153750790000152
其中，T和s如上所定义。
在一些实施方式中，聚合物可以是来自Ticona North America(Florence，KY)的VectraTM A950RX液晶聚合物(LCP)，一种由约73摩尔％羟基苯甲酸和约27摩尔％羟基萘甲酸构成的高度有序的热塑性共聚物。该液晶聚合物具有可修正用于燃料电池双极板的性质，包括在高达250℃的温度的高尺寸稳定性、极短的成型时间、突出的尺寸再现性、对于燃料电池中存在的酸性环境的化学抗性，并具有较低的氢渗透率。另外，VectraTM可被成型为减小燃料电池组件的体积和重量所需要的薄壁部分。VectraA950RX的体积电导率被报道为约4.53×10-17S/cm。
在一些实施方式中，聚合物可以包含热塑性纤维。适当的热塑性纤维可以在线性质量密度方面良好(约0.5旦尼尔～约20旦尼尔)并且可以具有约1cm～约5cm的长度(并可以具有使用分散助剂处理的表面)。热塑性纤维可以熔化，以使其彼此粘附和/或粘附于导电性复合材料中的填料，并可以随后固化以形成垫状或片状材料，而填料浸渍于热塑性基质中。热塑性纤维可以以约10重量％～50重量％(包括约20重量％～40重量％)使用。热塑性纤维的选择可视应用而宽泛地变化，适当的实例包括聚酯、聚酰胺(例如尼龙6、66、11、12、612和高温尼龙，如尼龙46)、聚丙烯、共聚醚酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮和液晶聚合物纤维，及其混合物。
包含聚合物(例如热塑性纤维)的导电性复合材料可以还包含尺寸为约20微米～约1.5英寸的增强纤维。适当的增强纤维的实例包括不限于玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、聚芳酰胺纤维(例如，KevlarTM)和金属须。在一些情形中，增强纤维可以具有双重作用，其中碳纤维可以充当增强纤维，并且也可以作为导电性填料发挥作用。增强纤维可以为复合材料(例如，其为垫状或片状)提供结构刚性。在一些实施方式中，增强纤维以约5重量％～15重量％存在。
在一些实施方式中，聚合物或具有一种或多种填料的聚合物可以使用乳液聚合来制备。例如，聚苯乙烯(PS)的乳液聚合可以利用无氧气氛进行，其中在约26g十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂和约0.7g碳酸钠(Na2CO3)缓冲剂的存在下将约252g苯乙烯与约712g水混合。该反应可以使用溶解在约5g水中的0.7g过硫酸钠(SPS)来引发。聚合可以在约50℃的恒温进行。根据该实例，获得的聚苯乙烯聚合物主要包含峰值分子量为约1,000,000g/摩尔的高分子量聚合物链，和约20重量％的分子量低于20,000g/摩尔的链。
在一些实施方式中，本复合材料可以包含一种或多种添加剂。这些添加剂可以促进复合材料或其组分的制造或加工和/或可以为最终复合材料提供改善的性质。一种此类添加剂为可用于稳定地将聚合物粘合剂溶解或分散在基质中的溶剂。适当的溶剂的实例除水以外还包括：醇类，如甲醇、乙醇、丙醇、己醇和乙二醇；芳香烃，如二甲苯和甲苯；脂肪烃，如环己烷；酮类，如丙酮和甲基乙基酮；酯类，如乙酸乙酯和乙酸丁酯；醚类，如乙二醇单丁基醚；及其混合物。例如处于固化性涂料或糊剂形式的导电性复合材料可以包括分散在水中的一种或多种聚合物组分和填料的水溶液。其他可选添加剂包括聚合引发剂、交联剂、光引发剂、颜料、抗氧化剂、紫外线(UV)稳定剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、塑化剂、增粘性树脂、硅烷偶联剂和增亮剂等。
另外的添加剂还包括以下添加剂：所说明的各种增强材料，包括例如纤维，特别是玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和矿物纤维；加工助剂；聚合物润滑剂；具有外部和/或内部润滑剂作用的润滑剂；表面活性剂；超高分子量聚乙烯(UHMWPE)；聚四氟乙烯(PTFE)或作为以接枝反应由烯烃聚合物和由丙烯腈-苯乙烯共聚物制得的产物的接枝共聚物；抗氧化剂；粘合促进剂；蜡；成核剂；脱模剂；玻璃珠；矿物填料，如白垩、碳酸钙、硅灰石、二氧化硅、滑石、云母、蒙脱石(有机改性或未改性的)；有机改性或未改性的层状硅酸盐；与聚合物(例如，聚芳硫醚)形成纳米复合材料的材料；或尼龙纳米复合材料，或此类添加剂的混合物。
所使用的主要具有外部润滑剂作用的润滑剂可以是固体和/或液体石蜡、褐煤酸酯、部分水解的褐煤酸酯、硬脂酸、极性和/或非极性聚乙烯蜡、聚α-烯烃低聚物、硅油、聚亚烷基二醇或全氟烷基醚。润滑剂可以是高分子量聚乙烯蜡，其可以已被氧化因而是极性的。聚乙烯蜡的氧化可以改善其摩擦学性质，并使其机械性质较少显著降低。例如，氧化的聚乙烯蜡可以是高分子量极性蜡，其酸值为约12毫克氢氧化钾/g～约20毫克氢氧化钾/g，并且在140℃时的粘度为约3,000毫帕秒～约5,000毫帕秒。褐煤酸(二十八碳酸)酯和部分水解的褐煤酸酯是具有外部润滑剂作用的润滑剂的实例。
主要具有内部润滑剂作用的润滑剂包括：脂肪醇、二羧酸酯、脂肪酯、脂肪酸、脂肪酸皂、脂肪酰胺、蜡酯和硬脂酸硬脂醇酯。
表面活性剂包括能够与一种或多种填料粘合以促进填料在整个聚合物中分散的化合物。表面活性剂可以具有约C1～C8、包括C1～C4的烷基链长度。表面活性剂可以使填料反应形成表面官能化的填料。表面活性剂可以例如通过配位键、离子键、通过范德华力的键合或其他力而连接于填料。表面活性剂与填料之间的“连接”是指通过包括化学、电或力学相互作用的任何力或附着手段将表面活性剂与填料彼此相连。在一些情形中，表面活性剂可以在脱粘温度以上从填料上热脱粘。脱粘温度可以由例如差示扫描量热法来确定。表面官能化的填料可以更容易均匀分配至聚合物基质中；但是，表面活性剂可因表面活性剂的绝缘性或者通过使填料的熔融温度或粘合程度提高而使复合材料的电阻升高。在此类情形中，复合材料的电导率会受到存在表面活性剂的负面影响。在某些实施方式中，因此可能期望的是，例如在聚合物的固化过程中，将至少一部分表面活性剂从导电性填料上热脱粘。这可以在聚合物的固化温度高于表面活性剂脱粘温度的情况下实现。
在一些实施方式中，导电性复合材料包含聚合物和一种或多种填料，其中填料的总量为复合材料的约20重量％～约80重量％，并且复合材料的余量可以包括所述聚合物。(一种或多种)填料与聚合物的比例可取决于填料的组成、形状和形态。填料的浓度应该足以减小复合材料中聚合物的接触点和电阻，但是填料的浓度不能过高以使材料的粘度妨碍所选的加工方法。例如，过高的粘度可妨碍将聚合物和填料颗粒挤出形成导电性复合材料，并且也可能妨碍由复合材料形成的制品的成功的注射成型。
在一些实施方式中，导电性复合材料包括第一填料和第二填料，其中第一填料占复合材料中填料总量的约5％～约95％，因此第二填料可以占复合材料中全部填料的约95％～约5％。第一填料与第二填料的比例可以基于各填料的几何形状和/或电导率来调整。例如，第一填料与第二填料的比例可以为约80∶20、65∶35、45∶55、40∶60和20∶80。
导电性复合材料的一个实例包含聚合物、包含针状金属颗粒的第一填料和包含金属涂布的多孔矿物颗粒的第二填料。该聚合物可以包含聚苯硫醚(PPS)。第一填料的针状金属颗粒可以是针状铜颗粒，并且在一些情形中针状铜颗粒可以还涂布有银。第二填料可以是金属涂布的珍珠岩颗粒，如铜和/或银涂布的珍珠岩颗粒。导电性复合材料中的这些组分的质量百分比可以包括约15％～约25％聚合物、约25％～约35％第一填料和约45％～约55％第二填料，其中总和为100％，并且该复合材料提供约1400S/cm～约1600S/cm的电导率。在一个实例中，导电性复合材料包含约21.27％的包含聚苯硫醚的聚合物，约27.63％的包含银涂布的针状铜颗粒的第一填料和约51.10％的包含银和铜涂布的珍珠岩颗粒的第二填料，其中复合材料提供了约1500 S/cm的电导率。
导电性复合材料的一个有效实例通过将表1中所示的复合材料配方注射成型并将该复合材料形成为板而制备。获得的材料的特性提供在该表中，并且电压与电流之间的关系基于关系V＝IR(其中，V为电压，I为电流，且R为电阻)而确定。
表1使用银糊剂的低温断裂。
Figure BDA0000153750790000191
参照图1，测量作为施加于表1中所示的导电性复合材料的电流(单位为毫安)的函数的电势(单位为毫伏)。电压与电流之间的关系证明该线性函数的斜率对应于0.00410Ω的电阻。电阻率基于复合材料的Ω·cm，通过电阻乘以横截面面积除以长度而确定。获得的复合材料的电导率值是电阻率值的倒数。
导电性复合材料的另一个实例包含聚合物、包含针状金属颗粒的第一填料和包含金属涂布的多孔矿物颗粒的第二填料。针状金属颗粒可以包含针和/或星状铜颗粒，并且金属涂布的矿物颗粒可以包含银涂布的、铜涂布的和/或银和铜涂布的珍珠岩。聚合物可以包含聚酰胺，如尼龙等。这些组分可以按约15％～约25％聚合物、约25％～约35％针状金属颗粒和约45％～约55％矿物颗粒存在于复合材料中，其中总和等于100％，并且复合材料的电导率为约680S/cm～约780S/cm。在一个实例中，导电性复合材料包含约18.2％尼龙、约28.57％针状铜颗粒和约52.86％珍珠岩颗粒，其中组合物具有约734S/cm的电导率。
导电性复合材料的另一个实例包含：含有聚碳酸酯的聚合物和包含金属涂布的多孔矿物颗粒的填料。金属涂布的多孔矿物可以是珍珠岩，其中珍珠岩可以涂布有银、铜或者银和铜。复合材料可以包含约45％～约55％的聚合物和约45％～约55％的金属涂布的多孔矿物颗粒，其中总和等于100％。此类复合材料可以具有约20S/cm～约40S/cm的电导率。在一个实例中，导电性复合材料包含约50％的聚碳酸酯和约50％的银和铜涂布的珍珠岩颗粒，并提供约30S/cm的电导率。
有若干方法可用于制备和/或修饰用于本导电性复合材料的填料。填料可以通过使用金属或金属颗粒涂布多孔填料颗粒(如矿物颗粒)而制备。在一些实施方式中，方法包括：将有机二醇的溶液与大量多孔填料颗粒混合以获得载体混合物；将金属盐溶液与载体混合物接触，形成反应混合物；将该反应混合物加热至约20摄氏度～约200摄氏度的温度，其中金属盐溶液中的金属阳离子被还原为金属颗粒并布置在多孔填料颗粒的表面(包括填料颗粒的孔隙内的表面)上。在一些实施方式中，该方法可以还包括分离金属涂布的填料颗粒。
可以将一定量的多孔填料颗粒，例如称取量的膨胀珍珠岩(以市售，NorCal，美国加州里士满；N50；密度为约4.5磅/立方英尺～约6.6磅/立方英尺，目径为约24～约100；和印度KELTECH Energies Ltd.市售的
Figure BDA0000153750790000202
)分散在一定体积的有机二醇中，例如100毫升(mL)加热至约150摄氏度～约200摄氏度的温度的乙二醇中，由此形成载体混合物。然后将载体混合物分散液与量取量(固体形式或溶液形式的)的金属盐溶液混合，由此形成反应混合物。然后将反应混合物加热至约20摄氏度～约200摄氏度、包括在一些情形中为约160摄氏度～约180摄氏度的温度。可选的是，为促进多孔填料颗粒的湿润，可以放入超声发生器(例如，Ultrasonic Systems，印度班加罗尔)与反应混合物上接触，并使其例如在约120瓦的功率设置下以约35千赫～约50千赫脉冲约1次～约5次。
可以在容器中搅拌该反应混合物，同时将反应混合物保持在约20摄氏度～约200摄氏度、包括约160摄氏度～约180摄氏度。加热反应混合物所需的时间可以不同，但是典型的加热时间一般为约1分钟～约24小时。在一些实施方式中，加热时间为约1分钟～约5小时，并且可以为约1分钟～约1小时。反应混合物中的金属阳离子被有机二醇还原为具有零价态的金属颗粒。
一旦大部分金属阳离子被还原为位于多孔填料颗粒上和位于填料颗粒孔隙表面上的金属，在约15分钟～约1小时之后可以取出金属涂布的填料样品。通过几种已知的方法，包括洗涤和过滤、离心和沉降，可以将金属涂布的填料颗粒从液体反应物中分离出来。例如，使用连接到真空源的具有适当滤料的布氏漏斗，可以从反应混合物中回收金属涂布的填料颗粒。使用布氏漏斗回收颗粒的实验室方法包括Shapiro J，“High-Rate Laboratory Filtration with Büchner Funnels”(Science(1961)；133(3467)：1828-1829)中所描述的那些方法。
在一些实施方式中，用于捕捉针状高长宽比金属颗粒(具有约0.1微米～约10微米的第一(x)维度和约1微米～约100微米的第二(x)维度)的滤料包括Millipore(马萨诸塞州比尔里卡)和Whatman(英国肯特郡)市售的滤料。固体金属颗粒从沉淀混合物中分离出来之后可以用水洗涤，直至冲洗水的导电率为约20微欧以下。可选的是，可以使用如短链醇等有机溶剂洗涤分离出的金属涂布的填料颗粒。然后可以从填料颗粒中除去水和/或溶剂以使填料颗粒干燥。
洗涤之后，可立即将分离出的金属涂布的填料颗粒在设置为温度落在约40摄氏度～约150摄氏度范围内的烘箱中干燥约1小时～约24小时的时间。获得的金属涂布的填料颗粒然后可以用于形成导电性复合材料的方法。例如，可以使用显微镜确定多孔矿物颗粒涂布有金属颗粒的程度。通常，珍珠岩颗粒具有大量孔隙并且可以看见金属颗粒涂布珍珠岩孔隙的表面。例如，可以使用扫描电子显微镜对用于多孔矿物颗粒的金属涂布法的定性和定量方面。
用于本涂布方法的金属盐溶液的浓度可以影响获得的多孔填料颗粒上的金属颗粒的粒径。在一些实施方式中，可以产生基本上均匀分布在金属盐溶液可达到的整个表面(包括颗粒表面和颗粒孔隙内的颗粒孔隙的表面上(也称作颗粒孔隙表面))上的较小的金属粒径。例如，用于制造金属涂布的填料的本方法的实施方式可以在反应混合物中使用的金属盐溶液的最终浓度为约0.01M～约1M。反应混合物中有机二醇的最终浓度为约1M～约10M。在一些实施方式中，有机二醇与金属盐溶液的摩尔比可以为约1～约0.001。在一些实施方式中，一般化的反应可包括将约4克乙酸铜分散在100毫升乙二醇(0.2M)中。金属盐溶液与有机二醇的比例可以根据所需的金属涂布的填料颗粒的量而增大或减小。
随着填料颗粒表面积的增加，在表面上可以分散有更高浓度的金属。此处所使用的“BET表面积”是指使用多分子吸附的布鲁诺-埃梅特-特勒方程确定的填料颗粒的表面积。有关使用BET方程的更多详细信息、说明和实例及其应用，请参考“Introduction to Colloid and Surface Chemistry”(第2版，D.J.Shaw，Butterworth(Publishers)Inc出版，1978)。多孔填料颗粒可以具有使用BET方法计算的约10m2/g～约2000m2/g的表面积，更优选的是，多孔填料颗粒可以具有约200m2/g～约1500m2/g的表面积，最优选的是，可以具有约300m2/g～约1500m2/g的表面积。
例如，若在BET表面积为约50平方米/克(m2/g)的载体上分散银，则在银填充量为约5％时可使近67％的表面积被充分分散的银单层所覆盖。但是，当载体BET表面积为约200m2/g时，在银填充量为5％时只会使约17％的表面被银单层所覆盖，并且直至银填充量为约20％时才能实现近67％的表面覆盖率。
在不同的实施方式中，金属盐溶液可以具有足以在有机二醇中存在下在多孔填料颗粒上获得下述金属填充量的金属阳离子浓度，所述填充量为约400重量％的金属∶约100重量％的多孔填料颗粒～约100重量％的金属∶约100重量％的多孔填料颗粒。换言之，最终的金属涂布的填料上的金属颗粒的总重与多孔填料颗粒的总重之比可以为约4∶1～约1∶1。在多孔填料颗粒上的金属颗粒的填充量可以为：相对于100重量％的填料颗粒，金属为约100重量％～约400重量％，或约100重量％～300重量％，或约100重量％～约200重量％，或约100重量％～约150重量％，或约150重量％～约400重量％，或约200重量％～约400重量％，或约250重量％～约400重量％，或约300重量％～约400重量％，或约350重量％～约400重量％。
在一些实施方式中，可以将第二金属(例如，银，一种抗腐蚀金属，等等)涂布在已经涂布有相同或不同金属的金属涂布填料上。多金属涂布的填料颗粒的制造方法包括以下步骤：将有机二醇溶液与多个涂布有第一金属的金属涂布填料颗粒混合以获得载体混合物；添加具有与所述金属涂布填料颗粒上所涂布的第一金属相同或不同的金属阳离子的金属盐溶液，其与载体混合物形成反应混合物；和将该反应混合物加热至处于50摄氏度～200摄氏度的温度范围内的温度，由此将金属盐溶液中的金属阳离子还原为金属颗粒并且位于金属涂布的填料颗粒的表面和孔表面上。
在一些实施方式中，金属涂布的填料可以在水性介质中涂布第二金属，例如，在铜已沉积在多孔填料颗粒上之后，可以在铜涂布的填料上涂布银。这涉及使用酒石酸钠钾作为还原剂从硝酸银中还原银和将银沉积在铜涂布的多孔填料颗粒的表面上。因此，银层叠在铜涂布的多孔填料颗粒上；不过，银也可以沉积在多孔填料颗粒的表面区域的之前未涂布有铜颗粒的部分上。
可以采用各种方法制造导电性复合材料。方法包括制造含有各种浓度的单一填料和多种填料组合的导电性复合材料。在一些实施方式中，导电性复合材料的形成方法包括将至少一种导电性填料与聚合物混合以形成复合材料，其中所述填料分散在整个聚合物基质中。在一些方面中，将金属填料和/或金属涂布的多孔矿物填料混入聚合物或之后将被固化的聚合物前体(例如，环氧树脂)中。
包含填料的复合材料的制造可能很难；一个问题是在聚合物基质中形成填料的均匀分散体。这至少部分归因于填料颗粒相对于平均颗粒尺寸的较大的表面积。当该比例较大时，配方的粘度也较大。由于此原因，配制包含多孔填料的高度填充的均质复合材料会是较大的挑战。因此，为增强分散和提高聚合物基质中的填料填充量，可以使用有机表面活性剂和润滑剂以对填料颗粒进行表面官能化。在一些实施方式中，可以使用二酸来使金属涂布的填料的表面官能化。
可以向填料添加表面活性剂和润滑剂以使填料与复合材料中所使用的聚合物更相容和/或防止填料颗粒聚集。已有若干化合物被用于使金属填料或金属涂布的多孔填料官能化。这些化合物包括单羧酸、二羧酸、有机表面活性剂及其组合。本方法的实施方式包括将导电性金属填料或金属涂布的多孔填料与化合物反应，其中所述化合物形成包含表面活性剂的官能化的填料颗粒。
在一些实施方式中，导电性复合材料的制造方法包括固化聚合物和/或聚合物前体以形成包含填料颗粒的复合材料。在具有超过一种填料(例如，金属颗粒和金属涂布的多孔矿物颗粒)的复合材料中，可以使填料融合或聚集。金属填料颗粒可以填充金属涂布的多孔矿物颗粒之间的间隙，以形成具有较少接触点和改善的导电性而电阻较小的更导电的网络，即，更少但更紧密的接触点可导致更低的接触电阻。
以下实例说明了根据本方法制造导电性复合材料的一个实施方式。在间接加热的除湿干燥炉中于150℃干燥包含Vectra A950RX丸粒的聚合物，然后将其存储在防潮袋中。使用American Leistritz Extruder(型号：ZSE 27)(Somerville，NJ，USA)将该聚合物和填料挤出为3mm直径的股。该挤出机具有拥有10个区段且长度/直径比为40的27mm共旋啮合双螺杆。选择螺杆设计以使填料分解降至最低，同时仍能将填料良好地分散在聚合物中。在区段1引入聚合物丸粒。对于含有一种填料的复合材料，在区段5将填料引入聚合物熔体中，对于含有至少两种填料的复合材料，在区段5将一种填料引入聚合物熔体中，而在区段7将另一种填料添加至聚合物熔体中。由于所添加的填料的量较大，因此可能无法在同一区段添加所有填料并获得良好的混合。使用Schenck AccuRate计重进料器(Whitewater，WI，USA)精确控制添加至挤出机的各填料的量。在通过挤出机后，复合材料的股被造粒成产生标称3mm长的丸粒，并将其存储在防潮袋中直至注射成型。
将Niiagata注射成型机(型号：NE85UA4)(Wood Dale，IL，USA)用于制造复合材料制品。该机器具有40mm直径且长度/直径比为18的单螺杆。螺杆的进料、压缩和计量部分的长度分别为396mm、180mm和144mm。使用四腔模具制造3.2mm厚的ASTM I型抗拉试棒(端部开浇口)和6.4cm直径的盘(端部开浇口)。在进行电导率测试之前，将样品在23摄氏度和50％相对湿度下调整约88小时。
可以采用两种电导率测试方法(面内和贯通面的)来表征注射成型的复合材料制品。面内体积电导率可以用于电导率大于约10-4 S/cm的样品。该技术，也称作四探针法，通过施加恒定电流(通常为约5mA～10mA)和测量样品中心6mm上的电压降来测量电导率。贯通面电导率方法可以应用于电导率小于约10-4 S/cm的样品。该方法施加恒定电压(通常为约100V)，并根据ASTM D257测量电阻率。其他电导率测试方法细节是本领域中已知的。
除挤出外，本组合物可以通过利用如捏合、挤出、注射成型、传递成型和压缩成型等已知用于加工热塑性材料的工艺的方法来制造。
填料的中值颗粒尺寸，如长宽比等，对于开发复合材料的良好电导率可能很重要。为避免高剪切力造成的填料颗粒尺寸的过度减小，可以采用非侵蚀性制备和成形工艺。例如，针状铜颗粒或银涂布的针状铜颗粒可能变形，并且金属涂布的多孔矿物颗粒可能因高剪切混合而破碎、断裂或粉碎。因此，可以使用较低的粘度、较慢的混合和较少的填料量来减轻在所选择的混合工艺过程中填料颗粒尺寸的任何劣化。
关于最终复合材料的性质，有利的是使用将制备和成形结合在一步工艺中的工艺。实例包括利用或不利用注射-压缩成型单元的注射成型-混配和熔体施用压缩成型工艺，后者基于制备组件(单螺杆或双螺杆等)和压缩成型单元的组合。此类适当的一步工艺在本领域中是已知的。例如，关于不利用注射-压缩成型单元的注射成型-混配，参见R.Jensen：Synergien intelligent nutzen--IMC-Spritzgiesscompounder erhohtWertschopfung[Intelligent utilization of synergies--IMC Injection-molding compounderincreases value-added]；Kunststoffe plast europe，9/2001；和R.Jensen：Synergie schafftneue Technologie[Synergy creates new technology]；Kunststoffe plast europe 10/2001，通过援引将其并入本说明书中。关于利用注射-压缩成型单元的注射成型-混配(称为注射-压缩成型)，参见F.Johannaber，W.Michaeli：Handbuch Spritzgiessen[Injectionmolding handbook]，Carl Hanser-Verlag，Munich(2001)，ISBN 3-446-15632-1，第417页；和H.Saechtling：Kunststofftaschenbuch[Plastics handbook]，第27版，CarlHanser-Verlag，Munich(1998)，ISBN 3446-19054-6，第226页，通过援引将其并入本说明书中。关于熔体施用压缩成型，参见T.Hofer：Fillflow--A comparison betweensimulation and experiment in the case of the extrusion compression moulding.Proceedingsof the 3rd ESAFORM Conference on Material Forming，Stuttgart(2000)；ISBN3-00-005861-3；和R.D.Krause，Dissertation，Stuttgart University，Process TechnologyFaculty，Institut Kunststofftechnologie[Institute for Plastics Technology](1998)；Modellierung und Simulation rheologisch-thermodynamischer
Figure BDA0000153750790000251
bei derHerstellung
Figure BDA0000153750790000252
thermoplastischer Formteile mittelsKompressionsformverfahren [Modeling and simulation of rheological-thermodynamicprocesses during the production of large-surface area thermoplastic moldings bycompression-molding processes]，通过援引将其并入本说明书中。
具体而言，可以将注射成型混配机(IMC)用于本方法中。IMC可能是有利的，因为一步发生填充体系的制备和成形，无需再加热。如果另外利用了注射-压缩成型单元或压缩成型单元，则与简单的注射成型相比，对填料颗粒的所有损伤可以得到显著降低。高注射速率下的高剪切应力和变形所带来的对颗粒的损伤可能以约3倍～约10倍的系数来显著降低电导率。注射-压缩成型单元的使用可使注射的熔体非侵蚀性地注射在腔中，并且可使组分的最终成形充分接近于腔。
可能有利的另一工艺是使用压缩模具(阳模)通过压缩成形(即，压缩成型)。该工艺在本领域是公知的并且适用于本方法。参见例如Kunststofftaschenbuch[Plasticshandbook]，第25版，Carl Hanser-Verlag，Munich(1998)，ISBN 3-446-16498-7，第113页及后面，通过援引并入本说明书中。在一些实施方式中，对于挤出的复合材料可能有利的是将其在例如研磨机或颚式粉碎机上或在球磨机或销盘磨中研磨，其中将研磨过的颗粒状复合材料用作压缩成型工艺的原料，以形成复合材料制品。在此情形中，研磨过的颗粒状复合材料(将被压缩成型)可以具有约50微米～1500微米、约100微米～约1000微米或者约150微米～约800微米的粒径。
导电性复合材料可以用于对高电导率塑料(例如，约1S/cm～1500S/cm)存在需求的任何应用中。通过以可接受的填料填充量提供必需的电导率，本复合材料可用于关于以下方面的商业应用中：导电性颜料和墨水；导电性涂料；导电性密封剂、填缝剂和粘合剂；用于大结构组件的电磁屏蔽；静电喷涂；除静电；和光电装置应用。本复合材料对于电磁干扰(EMI)屏蔽和除静电(ESD)涂料中的应用和作为薄膜场发射器和(低填料含量)透明导体的应用也具有吸引力。
本复合材料的应用还包括燃料电池的部件，特别是燃料电池的端板的部件，或者燃料电池的端板或双极板。通过成型本组合物制造的双极板、端板或端板的部件适于制造具有大于1千瓦/千克的比输出的高输出燃料电池，可以实现大于100S/cm的特定电导率，并且对于大多数(若非全部)用于使燃料电池工作的材料(包括水、酸、氢和甲醇)具有化学抗性。另外，复合材料和由该复合材料形成的制品对于燃料电池中所使用的液体和气体具有不可渗透性。
在一些实施方式中，导电性复合材料的热变形温度在1.82MPa试验负载下高于130℃。挠曲强度可以为约30MPa～约50MPa。由于可以使用常规注射成型或注射-压缩成型，因此不需要进行机械加工，由此可以实现高生产率。通过选择适当的填料或填料的组合，可以制造下述复合材料，所述复合材料具有基本相同的电学性质而填料相对于聚合物的量却降低了约10％～约23％，由此在一些情形中提供了部件密度的约3％～约10％的降低。同样，机械和流变学性质能够通过降低填料的量得到改善。根据本方法制造的复合材料制品因此适合应用于较轻的重量非常重要的汽车燃料电池，和用于固定式燃料电池。
在一些实施方式中，可以向金属涂布的填料添加聚合物。导电性复合材料(例如，糊剂等)也可以通过将聚合物基质材料与金属涂布的填料以及一种或多种其他填料(包括舌形颗粒、针状高长宽比金属颗粒、圆形金属颗粒和片状金属颗粒)一起混合而制造。这些其他填料可以可选地涂布在如本说明书中所述的其他含硅和/或不含硅颗粒(例如珍珠岩颗粒)上。然后可以将导电性和/或导热性材料(例如，糊剂等)涂敷于基材的至少一个表面(例如，涂布于其上)。
在一些实施方式中，金属涂布填料可以与可包含粘合剂和可选的溶剂的聚合物混合以形成导电性糊剂(或其他材料)，所述糊剂可涂敷或涂布于各种基材上。采用通过本方法制造的金属涂布填料的涂料可以用于制造多层陶瓷电容器、导电膜和导电性胶带的导电性和非导电性基材上。金属涂布的填料、聚合物和可选的溶剂可以被配制并应用于各种光电子器件的各种透明和不透明膜和其他表面，如用于光散射的光学滤镜、射频识别标记和标签，以及微电机系统。
在一些实施方式中，采用金属涂布的填料的涂料与固有地不导电的基材(如玻璃、陶瓷和塑料)一起使用。当将金属涂布的填料与包含粘合剂和可选的溶剂的聚合物混合时，获得的导电性材料(例如，糊剂等)可以通过各种涂布方式(例如刷涂、喷涂、辊涂、旋涂、印刷、溅射、化学气相沉积和浸涂)涂布在导电性或非导电性基材上。可选的是，将导电性材料(例如，糊剂等)涂布于基材的至少表面之后，可以立即使导电性材料固化或聚合，然后可以在设置为至少100摄氏度的烘箱中干燥该制品约30分钟～约4小时的时间。
在一些实施方式中，包含本复合材料的导电性糊剂可用于制造导电性胶带。可以将导电性糊剂涂布在导电性和非导电性纤维上以产生导电性的布状材料。示例性导电性纤维包括微米导电性纤维，例如镀镍碳纤维、不锈钢纤维、铜纤维、银纤维或铝纤维等，或者其组合。非导电性纤维还可以包括
Figure BDA0000153750790000271
聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和可编织为带或布的其他耐磨纤维材料。网状的导电性纤维可以以层压等方式层压于如
Figure BDA0000153750790000272
聚酯或任何树脂类柔性或坚固的材料等材料，其在将纤维含量、取向和形状分别设计时将产生高导电性柔性布状材料。所述布状材料也可以用于形成导电性胶带和膜，所述胶带和膜可以植入到人的衣服和其他树脂材料(如橡胶或塑料)中。当将导电性纤维用作作为层压板或布状材料的一部分的网状导体时，纤维可以具有约3微米～约12微米、通常为约8微米～约12微米或者约10微米的直径，且具有可以无缝或搭接的长度。
在各实施方式中，导电性糊剂可以直接涂敷于由上述天然或合成纤维制造的布状材料或基材上。导电性糊剂中的基质材料可以被配制为包含被制成可提供对于其他柔性或坚固的基材的粘附性的聚合物和/或共聚物。此类导电性胶带和膜可以用于电子装置，例如手机、个人数字助理、计算机、电路板、逻辑板、电视、收音机、家用电器，以及用于军用武器和设备的内部和/或外部，医疗装置，例如，提供电磁干扰(EMI)屏蔽和接地。导电性胶带可以被制造为具有上述本技术的实施方式的导电性糊剂的涂层；并且导电性糊剂可以以0.01克/平方厘米(g/cm2)～5g/cm2的量涂敷于胶带基材上，以提供电磁屏蔽和接地，和为上述电气装置和组件提供热保护。
本导电性复合材料可用于各种导电性应用(例如，用于互连、电路板、半导体器件的制造、射频识别、印刷和柔性电路等的高导电性可注射成型热塑性复合材料)和导热性应用(例如，高导热性可注射成型热塑性复合材料应用等)中。提供以下非限制性实例以进一步说明各种实施方式和应用。
作为第一实例，包含金属涂布填料和聚合物的可注射成型导电性复合材料可以用于提供例如用于电子设备和家用电器的板级屏蔽。一些已有的EMI方案涉及实现期望的电导率的多个步骤和/或包含难以制造的较复杂的部件。在本实例中，包含金属涂布填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以被构造为满足以下规格从而例如提供较轻重量、可注射成型性和现场形成衬垫应用：导电性大于10西门子/厘米(S/cm)，屏蔽有效性比60分贝高得多，热稳定性为约120摄氏度，模量大于7GPa，且UL可燃性评级为V0或V1。
另一个实例应用涉及例如供电子设备使用的标准接头和覆层。为获得良好的EMI屏蔽，通常需要高电导率。在此实例中，包含金属涂布填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以被构造为满足以下规格从而例如提供较轻重量和可注射成型性：电导率大于10西门子/厘米，屏蔽有效性比60分贝高得多，热稳定性为约60摄氏度～120摄氏度，在23摄氏度(300°K)时的热膨胀系数小于5×10-6/K，并且UL可燃性评级为V0或V1。
另一种应用涉及例如供电力电子设备和消费电子设备使用的通风口挡板。为获得良好的EMI屏蔽，通常需要高电导率。常规通风口挡板可以包含金属网孔(具有固定尺寸)和框架。另外，为获得期望的EMI屏蔽会需要多个步骤。在此实例中，包含金属涂布填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以被构造为满足以下规格从而例如提供制造单个成型的轻量部件的能力、改进的可注射成型性，并允许采用不同的网孔尺寸和设计：电导率大于10西门子/厘米，屏蔽有效性大于60分贝，模量大于7GPa，且UL可燃性评级为V0或V1。
另一种导电性应用涉及例如供电子设备和家用电器使用的EMI外壳(例如，遥测装置罩、万用表罩、嗅气罩(gas sniff covers)、光学编码器罩、扬声器罩、膝上型电脑壳等)。为实现期望的电导率和EMI屏蔽，传统工艺通常涉及多个步骤。在此实例中，包含金属涂布填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以被构造为满足以下规格从而例如提供较轻重量、改进的复杂部件的可注射成型性和类金属电导率：电导率比10西门子/厘米高得多，屏蔽有效性大于50分贝，热稳定性为约120摄氏度，模量大于7GPa，A级表面，且UL可燃性评级为V0或V1。
另一种实例的应用涉及例如供电力和能量应用及汽车应用使用的燃料电池双极板。传统工艺可能使用压缩成型的石墨，其可提供通常与方向相关的较差的电导率，和/或具有较差的机械性质。在此实例中，包含金属涂布填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以被构造为满足以下规格从而例如提供非常高的电导率、基于定制设计的需求和可注射成型性：电导率大于100西门子/厘米，热稳定性为约120摄氏度，模量大于7GPa，化学抗性，且UL可燃性评级为V0或V1。
另一种实例的应用涉及例如供电子显示器、照明、可再生能源等使用的用于有机发光二极管(OLED)和染料敏化太阳能电池(DSSC)(例如，有机光伏电池等)的导电性聚合物复合材料基材。通常，为获得导电性聚合物基材会需要多个步骤。在此实例中，包含金属涂布填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以被构造为满足以下规格从而例如提供较轻重量和可注射成型性：电导率大于100西门子/厘米，UL可燃性评级为V0或V1，柔性，紫外稳定性，和氧渗透性。
包含聚合物和至少一种导电性填料的本导电性复合材料可用于以下参考文献中所说明的方法和应用中：“Conductive Polymer Composites”，HongJin Jiang，Kyoung-SikMoon，Yi Li Ching Ping Wong，美国专利申请公报第2008/0272344号；ZyvexApplication Note 9709，Zyvex Corporation，USA；“Conductive Plastic Molding Material，the Use Thereof and Moulded Bodies Produced Therefrom”，Hoffman，Achim；Fritz，Hans-Gerhard；Kaiser，Ralf；2008年9月21日的美国专利7,419,720；“HighlyConductive Thermoplastic Composites for Rapid Production of Fuel Cell Bipolar Plates”，Huang，JianHua；Baird，Donald G；和McGrath，James E；2008年4月29日的美国专利7,365,121；“High-Conductivity Polymer Nanocomposites Obtained by Tailoring theCharacteristics of Carbon Nanotube Fillers”，Nadia Grassiord；Joachim Loos；Lucas vanLaake；Maryse Maugey；Cecile Zakri；Cor E Koning和A John Hart；Advanced FunctionalMaterials 18，3226-3234，2008；和“Electrical Conductivity Modeling of Multiple CarbonFillers in Liquid Crystal Polymer Composites for Fuel Cell Bipolar Applications”，R.L.Barton，J.M.Keith和J.A.King；J.New Materials for Electrochemical Systems，11，181-186(2008)。本复合材料也可以包含如这些参考文献所述的其他组分，或者结合这些参考文献的各个方面使用。
与含多种填料的其他组合物相比，本导电性复合材料提供了改善的电导率值。特别是，本组合物的实施方式可以提供约1S/cm～大于约1500S/cm的电导率值。
本说明书中所描述的实施方式和实例是示例性的，并不意图在描述本技术的设备、系统和方法的全部范围方面进行限制。某些实施方式、材料、组合物和方法的等效改变、修改和变化可以在本技术的范围内进行，并具有基本相似的结果。

Claims (40)

1.一种导电性复合材料，所述复合材料包含：
聚合物；和
填料，所述填料包含至少部分地涂布有金属的多孔颗粒。
2.如权利要求1所述的导电性复合材料，其中，所述至少部分地涂布有金属的多孔颗粒包含至少部分地涂布有铜和/或银的多孔颗粒。
3.如前述权利要求中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述至少部分地涂布有金属的多孔颗粒包含珍珠岩、蛭石、浮石、蒙脱石、硅灰石、沸石及其组合中的一种或多种。
4.如前述权利要求中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述填料还包含金属颗粒。
5.如权利要求4所述的导电性复合材料，其中，所述金属颗粒包含最长轴相对于最短轴的长宽比为至少2∶1的金属颗粒。
6.如权利要求4所述的导电性复合材料，其中，所述金属颗粒包含最长轴相对于最短轴的长宽比为至少10∶1的金属颗粒。
7.如权利要求4～6中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述金属颗粒包含针状铜颗粒。
8.如权利要求4～7中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述金属颗粒还包含不同金属的涂层。
9.如权利要求8所述的导电性复合材料，其中，所述不同金属的涂层包含银。
10.如前述权利要求中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述填料充分地分散在整个聚合物中。
11.如前述权利要求中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述聚合物包含热塑性聚合物或热固性聚合物。
12.如权利要求1～10中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述聚合物包含聚芳硫醚、聚酰胺、聚碳酸酯、三聚氰胺、环氧、聚酰亚胺、聚苯乙烯、丙烯酸类、聚酯、醇酸树脂、氨基甲酸酯、硅酮、聚氯乙烯、聚乙烯醇、液晶塑料、尼龙及其组合中的一种或多种。
13.如权利要求1～10中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述聚合物包含聚苯硫醚、尼龙、聚碳酸酯及其组合中的一种或多种。
14.如权利要求1～10中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述聚合物包含热塑性纤维，所述热塑性纤维包括以下纤维中的一种或多种：聚酯；聚酰胺，包括尼龙6、66、11、12、612，和高温尼龙，包括尼龙46；聚丙烯；共聚醚酯；聚苯硫醚；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚醚醚酮；聚醚酮酮；液晶聚合物纤维；及其组合。
15.如前述权利要求中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述导电性复合材料具有约1S/cm～约1500S/cm的电导率。
16.如前述权利要求中任一项所述的导电性复合材料，其中，所述导电性复合材料具有约700S/cm～约1500S/cm的电导率。
17.一种制品，所述制品包含权利要求1～16中任一项所述的导电性复合材料。
18.如权利要求17所述的制品，其中，所述制品为胶带、膜、粘合剂、衬垫、密封剂、墨水、糊剂、互连、电路板、半导体、射频识别标签、印刷电路或柔性电路。
19.一种为电子装置提供电磁屏蔽的方法，所述方法包括使用权利要求1～16中任一项所述的导电性复合材料。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述电子装置包含互连、电路板、半导体、射频识别标签、印刷电路或柔性电路。
21.如权利要求19或20所述的方法，其中，所述导电性复合材料提供大于约50分贝的电磁干扰屏蔽。
22.如权利要求19、20或21所述的方法，其中，所述导电性复合材料提供大于约60分贝的电磁干扰屏蔽。
23.一种导电性复合材料的制造方法，所述方法包括将聚合物与填料混合以将所述填料充分地分散在所述聚合物中，其中，所述填料包含至少部分地涂布有金属的多孔颗粒。
24.如权利要求23所述的导电性复合材料的制造方法，所述方法还包括将所述聚合物和所述填料挤出以形成包含所述导电性复合材料的制品。
25.如权利要求23所述的导电性复合材料的制造方法，所述方法还包括将所述聚合物和所述填料注射成型以形成包含所述导电性复合材料的制品。
26.如权利要求23所述的导电性复合材料的制造方法，所述方法还包括将所述聚合物和所述填料压缩成型以形成包含所述导电性复合材料的制品。
27.如权利要求23～26中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述方法包括形成作为胶带、膜、粘合剂、衬垫、密封剂、墨水或糊剂的制品。
28.如权利要求23～27中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述至少部分地涂布有金属的多孔颗粒包含至少部分地涂布有铜和/或银的多孔颗粒。
29.如权利要求23～28中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述至少部分地涂布有金属的多孔颗粒包含珍珠岩、蛭石、浮石、蒙脱石、硅灰石、沸石及其组合中的一种或多种。
30.如权利要求23～29中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述填料还包含金属颗粒。
31.如权利要求30所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述金属颗粒包含针状铜颗粒。
32.如权利要求30或31所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述金属颗粒还包含不同金属的涂层。
33.如权利要求32所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述不同金属的涂层包含银。
34.如权利要求23～33中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述聚合物包含聚芳硫醚、聚酰胺、聚碳酸酯、三聚氰胺、环氧、聚酰亚胺、聚苯乙烯、丙烯酸类、聚酯、醇酸树脂、氨基甲酸酯、硅酮、聚氯乙烯、聚乙烯醇、液晶塑料、尼龙及其组合中的一种或多种。
35.如权利要求23～33中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述聚合物包含聚苯硫醚、尼龙、聚碳酸酯及其组合中的一种或多种。
36.如权利要求23～33中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所述聚合物包含热塑性纤维，所述热塑性纤维包括以下纤维中的一种或多种：聚酯；聚酰胺，包括尼龙6、66、11、12、612，和高温尼龙，包括尼龙46；聚丙烯；共聚醚酯；聚苯硫醚；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚醚醚酮；聚醚酮酮；液晶聚合物纤维；及其组合。
37.如权利要求23～36中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所获得的导电性复合材料具有约1S/cm～约1500S/cm的电导率。
38.如权利要求23～36中任一项所述的导电性复合材料的制造方法，其中，所获得的导电性复合材料具有约700S/cm～约1500S/cm的电导率。
39.一种制品，所述制品包含根据权利要求23～38中任一项所述的方法制造的导电性复合材料。
40.如权利要求39所述的制品，其中，所述制品包括互连、电路板、半导体、射频识别标签、印刷电路、柔性电路、胶带、膜、粘合剂、衬垫、密封剂、墨水或糊剂。
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