CN105038285A - 含碳的高分子复合颗粒的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种含碳的高分子复合颗粒的制造方法，首先，将一碳材料与一高分子材料混合形成一预成形体；接着，对该预成形体进行一热压工艺而得到一复合块材；最后，对该复合块材施以一造粒工艺，令该复合块材形成多个包含该碳材料与该高分子材料的复合颗粒；其中，该碳材料为选自纳米碳管、石墨烯、碳黑及其组合所组成的群组。据此，本发明藉由将该碳材料与该高分子材料通过该造粒工艺制成该复合颗粒，令该复合颗粒形成一具有较佳的机械性质、导电性质、导热性质与耐蚀性质的原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其涉及一种含碳的高分子复合颗粒的制造方法。
背景技术
随着科技的发达，电子产品不仅越来越普及，其尺寸亦随着工艺技术的进步逐渐的轻薄化，而热塑性高分子具有容易加工成型且重量轻之优点，因此广泛应用于电子产品中。
例如在中国台湾新型专利第M320122号中，即揭示一种超薄型键盘，其用于一可携式电子装置中，与一电路板相配合。该电路板包含多个开关，该超薄型键盘包含一主体、多个按键以及多个薄壁。该按键配置于该主体上，且每一该按键分别对应该开关的其中之一，该薄壁配置于两两相邻的该按键之间，当该按键被下压时，该按键利用该薄壁的弹性变形而接触并且导通对应的该开关。其中，该主体、该按键以及该薄壁即藉由将一高分子材料注入一模具内，再利用射出成型技术一体成型，据此，而有材料价格低、工艺简单，可以相当程度地降低制造成本的优点。
不过，由时代趋势与消费的需求，电子产品不断地朝着轻、薄、短、小的方向发展，以高分子材料射出成型的一成品，其机械性质、导电性质、导热性质与耐蚀性质需不断的提升，才得达到所需的耐用程度，而不致于容易损坏，故有改进的必要。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决现有以高分子材料进行成型工艺，所形成的一成品其机械性质、导电性质、导热性质与耐蚀性质需改进的问题。
为达上述目的，本发明提供一种含碳的高分子复合颗粒的制造方法，包含以下步骤：
将一碳材料与一高分子材料混合形成一预成形体；
对该预成形体进行一热压工艺而得到一复合块材；以及
对该复合块材施以一造粒工艺，令该复合块材形成多个包含该碳材料与该高分子材料的复合颗粒；
其中，该碳材料为选自纳米碳管、石墨烯、碳黑及其组合所组成的群组。
据此，本发明藉由将该碳材料与该高分子材料制成该复合颗粒。如此一来，本发明相较于现有技术，至少具有以下功效：由于该复合颗粒含有该碳材料，使得以该复合颗粒成型的一成形体可具有较佳的机械性质、导电性质、导热性质与耐蚀性质等，而可以提升产品的耐用程度与附加价值。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1，为本发明一实施例的步骤流程图；
图2A至图2D，为本发明一实施例的制造流程示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：
请参阅图1及图2A至图2D所示，图1为本发明一实施例的步骤流程图，图2A至图2D为本发明一实施例的制造流程示意图，本发明提供一种含碳的高分子复合颗粒的制造方法，包含以下步骤：
步骤1：将一碳材料10与一高分子材料20混合形成一预成形体30；在此令该碳材料10与该高分子材料20均匀混合，该碳材料10于该预成形体30中的重量百分比约介于0.05％至95％之间，该碳材料10可为纳米碳管、石墨烯、碳黑等主体由碳原子构成之纳米材料，该高分子材料20于该预成形体30中的重量百分比约介于5％至99.95％之间，且该碳材料10与该高分子材料20于该预成形体30中的重量百分比相加不超过100％，该高分子材料20可为硅胶、橡胶以及热可塑性高分子材料，热可塑性高分子材料如聚酰胺(Polyamides，PA)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚对苯二甲酸丁二酯(Polybutyleneterephthalate，PBT)、聚氧二甲苯(聚苯醚)(Polyphenyleneoxide，PPO)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(Acrylonitrilebutadienestyrene，ABS)、聚氯乙烯(Polyvinylchloride，PVC)、聚苯硫醚(Polyphenylenesulfide，PPS)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、多聚甲醛(聚甲醛、聚缩醛)(Polyoxymethylene，POM)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)、芳香族聚酯(Liquidcrystalpolymer，LCP)、热塑性聚氨酯(ThermoplasticUrethane，TPU)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚醚酰亚胺(PolyamideImide，PAI)、聚砜(Polysulfone，PSU)、聚酯(Polyester，PES)、聚醚醚酮(Polyetheretherketone，PEEK)、聚醚亚酰胺(Polyetherimide，PEI)、变性聚苯醚(Modifiedpolyphenyleneether，PPE)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(Acrylonitrile-Styrene-acrylatecopolymer，ASA)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯(Methy-methacrylateStyrene，MS)、醋酸纤维(CelluloseAcetate，CA)、热可塑性聚酯弹性体(Thermoplasticpolyesterelastomer，TPEE)、热可塑性苯乙烯弹性体(Thermoplasticstyreneelastomer，TPS)、尼龙弹性体(Polyamideelastomer，PAE)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EthyleneVinylAcetate，EVA)等，该碳材料10与该高分子材料20两者于该预成形体30中的重量百分比相加不超过100％。
步骤2：对该预成形体30进行一热压工艺而得到一复合块材40；于该热压工艺之中，该预成形体30受一模具压制，而处于一介于50℃至410℃之间的受热温度，以及一介1kgf/cm2至960kgf/cm2之间的成形压力，藉由该受热温度以及该成形压力，调整该预成形体30的致密度以及立体结构，进而形成块状的该复合块材40，要说明的是，该温度与压力在此仅为举例，而不以此为限制，而可依使用需求进行调整。
步骤3：对该复合块材40施以一造粒工艺，令该复合块材40形成多个包含该碳材料10与该高分子材料20的复合颗粒50；于该造粒工艺中，例如为将该复合块材40置入一造粒机中，该造粒机以刀具切削的方式将该复合块材40形成一粒径介于0.1mm至6mm之间的该复合颗粒50，要说明的是，该粒径的尺寸在此仅为举例，本发明并不以此为限制，而可依使用需求进行调整。
再者，于本实施例中，在形成该复合颗粒50之后，还可进一步包含：
步骤4：对该复合颗粒50施以一成型工艺，令该复合颗粒50形成一成形体60；该成型工艺可通过一般射出成型、热压成型、真空热压成型、快速热压成型、油压压缩成型、粉末打粒成型以及其他热塑性高分子成型技术等方式，将该复合颗粒50视为一原料，而进一步成形为具有预期形状的该成形体60。如此一来，该成形体60将具有优异的机械、导电或导热性质，可应用于一产品的制作，例如应用于制作一电子产品的一外壳，即可提升该产品的结构强度。
例如，当该碳材料10使用纳米碳管时，该复合颗粒50得以提升该成形体60的机械性质，原因在于纳米碳管具有高强度与高韧性，其杨氏模數值可达到1TPa，而拉伸强度估计高达100GPa以上(相对比之下，高强度钢强度约为1～2GPa)，因此将纳米碳管加入高分子材料20中，可大幅提升高分子材料20的力学特性，尤其是弯曲强度。
除此之外，本发明中，依照该碳材料10选用不同的种类，除机械性质外，亦具有优异的导电与导热性质，例如以上所举例之碳黑，目前常用于提升高分子导电性质，石墨材料常用于提升导热性质，此外，纳米碳管、石墨烯均是非常好的导电与导热材料；纳米碳管之电阻率可达10-4Ω-cm至10-6Ω-cm，石墨烯之电阻率也可达到10-6Ω-cm，均为相当优异的导电材料，而导热性质方面，纳米碳管之热传导系数可达到2900W/m-K，石墨烯在石墨基面上之热传导系数甚至可达到5300W/m-K。
本发明中，若是该碳材料10选用不同种类互相搭配加入该高分子材料20，会同时改善该高分子材料20的力学、导电与导热性质，例如将纳米碳管以及石墨烯一同加入该高分子材料20之中。进而言之，以形貌而论，碳黑属于零维的球形纳米材料，纳米碳管属于一维的线性纳米材料，石墨烯属于二维的平面纳米材料，而纳米碳管与石墨烯具有非常高的比表面积，而石墨烯具有较大的石墨接触基面。例如，当该碳材料10为选用碳黑搭配纳米碳管时，纳米碳管会在碳黑颗粒的外部区域，形成许多似绒毛状的结构，因纳米碳管具有大比表面积，容易接触到碳黑，所以此绒毛状结构会发挥类似导线连接的作用，将碳黑与碳黑颗粒间彼此相连，增加导电与导热的通路，并减少碳黑间的断路，达到提升该高分子材料20的导电与导热的能力；其次，若该碳材料10为选用碳黑搭配石墨烯时，因石墨烯有大片的石墨基面，将其加入该高分子材料20中，就像将大面积的导电片或导热片加入该高分子材料20中，且石墨烯的石墨基面也具有高比表面积，容易接触到碳黑颗粒，同样将形成碳黑彼此间的连接通路，增加导电与导热的通道，进而提升该高分子材料20的导电与导热性质；再者，若将纳米碳管、石墨烯与碳黑相互混合加入该高分子材料20中，则容易形成密集的导电与导热通路网络，大幅提升导电与导热特性。
对于耐蚀性质方面，因碳材料10本身就具有优良的耐蚀特性，通常都当作电池或电化学设备的电极材料，因此将纳米碳管、石墨烯与碳黑等材料加入到该高分子材料20中，将可提升该高分子材料20的耐蚀特性。
据此，该复合颗粒50可提升该成形体60的机械、导电、导热与耐蚀性质等，使该成形体60具有多方用途。在导电方面，由本发明的制造方法得到的复合颗粒，适合应用于抗静电包装材料、抗静电操作工具、电子零件载具与载盘、电子产品与3C产品外壳、产线抗静电运输带、抗静电薄膜、抗静电薄板、抗静电泡绵、抗静电管件、抗静电地板、抗静电工作台面、芯片盘(ICTray)、承载带(carriertape)，IC元件运送与储存材料及无尘室用衣物等其他需抗静电的塑胶材料；在导热方面，由本发明的制造方法得到的复合颗粒，适合应用于导热胶带、导热硅胶片、缓冲材料、塑胶散热片等，此外，由本发明的制造方法得到的复合颗粒尚可广泛使用于其他电子零组件、太阳能模块、LED、LCD、汽车零组件、电源供应器等散热模块上；在耐蚀方面，由本发明的制造方法得到的复合颗粒可应用在塑胶绝缘材料以及塑胶耐蚀棒。
综上所述，由于本发明利用该碳材料与该高分子材料制成该复合颗粒，该复合颗粒不仅具有较佳的机械性质，还可具有较佳的导电性质、导热性质与耐蚀性质等，而得以用于该成型工艺，使得所形成的该成形体应用于该产品上具有较佳的耐用程度，不容易损坏。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，包含有以下步骤：
将一碳材料与一高分子材料混合形成一预成形体；
对该预成形体进行一热压工艺而得到一复合块材；以及
对该复合块材施以一造粒工艺，令该复合块材形成多个包含该碳材料与该高分子材料的复合颗粒；
其中，该碳材料为选自纳米碳管、石墨烯、碳黑及其组合所组成的群组。
2.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，形成该复合颗粒后，对该复合颗粒施以一成型工艺，令该复合颗粒形成一成形体。
3.根据权利要求2所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于该成型工艺为选自射出成型、热压成型、真空热压成型、快速热压成型、油压压缩成型及粉末打粒成型所组成的群组。
4.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，该预成形体中，该碳材料的重量百分比为介于0.05％至95％之间。
5.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，该预成形体中，该高分子材料的重量百分比为介于5％至99.95％之间。
6.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，该热压工艺中，该预成形体处于一介于50℃至410℃之间的受热温度。
7.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，该热压工艺中，该预成形体处于一介于1kgf/cm2至960kgf/cm2之间的成形压力。
8.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，该造粒工艺中，该复合块材形成一粒径介于0.1mm至6mm之间的该复合颗粒。
9.根据权利要求1所述含碳的高分子复合颗粒的制造方法，其特征在于，该高分子材料为选自硅胶、橡胶以及热可塑性高分子材料所组成的组群。
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