CN112912428A - 用于电磁屏蔽的导电长纤维热塑性配混物 - Google Patents

用于电磁屏蔽的导电长纤维热塑性配混物 Download PDF

Info

Publication number
CN112912428A
CN112912428A CN201980068011.4A CN201980068011A CN112912428A CN 112912428 A CN112912428 A CN 112912428A CN 201980068011 A CN201980068011 A CN 201980068011A CN 112912428 A CN112912428 A CN 112912428A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermoplastic
thermoplastic compound
fibers
conductive fibers
electrically conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980068011.4A
Other languages
English (en)
Inventor
R·胡安
J·普亚托
高仁龙
D·桑切斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Avin Co ltd
Original Assignee
Avin Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avin Co ltd filed Critical Avin Co ltd
Publication of CN112912428A publication Critical patent/CN112912428A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • H05K9/009—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising electro-conductive fibres, e.g. metal fibres, carbon fibres, metallised textile fibres, electro-conductive mesh, woven, non-woven mat, fleece, cross-linked
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/02—Making granules by dividing preformed material
    • B29B9/06—Making granules by dividing preformed material in the form of filamentary material, e.g. combined with extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/002—Methods
    • B29B7/007—Methods for continuous mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/58—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/72—Measuring, controlling or regulating
    • B29B7/726—Measuring properties of mixture, e.g. temperature or density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
    • B29B7/90—Fillers or reinforcements, e.g. fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • B29B9/14—Making granules characterised by structure or composition fibre-reinforced
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/004—Additives being defined by their length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

粒料形式的热塑性配混物包含热塑性树脂和导电纤维。导电纤维被热塑性树脂包围，并且分布在粒料内，以使得至少部分导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且由此与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。另外，至少部分导电纤维包括长纤维。当热塑性配混物以约3.2mm的厚度模塑时，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内具有至少约60dB的电磁屏蔽效能，这使得该热塑性配混物可用于对热塑性配混物进行模塑用于屏蔽电磁干扰。

Description

用于电磁屏蔽的导电长纤维热塑性配混物
优先权声明
本申请要求于2018年10月16日提交的美国临时专利申请系列号62/746,129(代理人案卷号12018029)的优先权，其通过引用纳入本文。
发明领域
本发明涉及导电长纤维热塑性配混物以及由其模塑的热塑性制品，其可用于屏蔽电磁干扰。
发明背景
电子系统、设备和装备无处不在。现代世界依赖于众多市场和行业的电子产品，例如航空航天、汽车、消费、娱乐、金融、工业、物流、制造、医疗、零售、电信和运输等。
随着电子设备的普及，对屏蔽电子设备免受电磁干扰(EMI)(有时也称为射频干扰(RFI))的手段需求日益增加。通常，EMI/RFI是由外部源(例如附近的电子设备)产生的电磁场。不利的是，EMI/RFI会对性能产生负面影响，甚至扰乱附近其他电子设备的运行。
通常，可以通过用常规屏蔽材料(例如金属或导电塑料)围绕电子设备来保护电子设备免受EMI/RFI干扰。然而，该常规屏蔽材料肯能具有缺陷。例如，金属可能是昂贵的，并且相对难以加工、成型和制造成用于EMI/RFI屏蔽应用的部件。金属还往往使最终用途产品的重量增加，这通常是不希望的。尽管仍然存在缺点，但是常规的导电塑料可以减缓金属的一些缺点。
常规的导电塑料通常通过将导电填料如金属粉末或金属纤维掺入聚合物基体中以提供导电塑料材料而制成。导电塑料材料方便地可以颗粒或粒料的形式提供，随后可以通过成型工艺如注塑或挤出将其加工成成型件。但是，为了达到或超过典型的EMI/RFI屏蔽要求，可能需要相对较多的导电填料。不利的是，与包括相对少量导电填料的导电塑料相比，包括相对大量导电填料的导电塑料可能具有相对较高的成本和相对更大的加工、成型和制造难度。另外，相对较高量的导电填料可导致最终用途产品的不希望的重量增加。
发明概述
因此，需要一种能够满足或超过典型的EMI/RFI屏蔽要求、同时避免上述缺点或使上述缺点最小化的导电塑料材料。
本发明的一个或多个方面能满足上述需求。
本发明的一方面是本公开所述的热塑性配混物。
本发明的另一方面是由本公开所述热塑性配混物模塑的热塑性制品。
本发明的另一方面是制备本公开中所述的热塑性配混物的方法。
根据本发明的一些方面，粒料形式的热塑性配混物包含热塑性树脂和导电纤维。导电纤维被热塑性树脂包围，并且分布在粒料内，以使得至少部分导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且由此与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。另外，至少部分导电纤维包括长纤维。当热塑性配混物以约3.2mm的厚度模塑时，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内具有至少约60dB的电磁屏蔽效能，这使得该热塑性配混物可用于对热塑性配混物进行模塑用于屏蔽电磁干扰。
参考以下的实施方式，本发明的特征将变得显而易见。本发明的上述各方面所涉及的特征存在多种变形。附加特征也可以纳入本发明的上述方面中。这些改进和附加特征可以单独存在或以任意组合存在。例如，除非另有说明，否则下文讨论的关于本发明的任意所述方面的多个特征可以单独地或以任意组合纳入本发明的任意其它所述方面中。
附图说明
图1是根据本发明的第一示例性实施方式的粒料形式的热塑性配混物的横截面图，其中，导电纤维被热塑性树脂包围并且分布在粒料内，使得导电纤维的至少第一示例性部分基本各自被热塑性树脂围绕，从而与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
图2是根据本发明的第二示例性实施方式的粒料形式的热塑性配混物的横截面图，其中，导电纤维被热塑性树脂包围并且分布在粒料内，使得导电纤维的至少第二示例性部分基本各自被热塑性树脂围绕，从而与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
图3是根据本发明的第三示例性实施方式的粒料形式的热塑性配混物的横截面图，其中，导电纤维被热塑性树脂包围并且分布在粒料内，使得导电纤维的至少第三示例性部分基本各自被热塑性树脂围绕，从而与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
图4是粒料形式的第一对比热塑性配混物(并非是本发明示例)的横截面图，其中，导电纤维并未分布在粒料内，使得至少部分导电纤维基本各自被热塑性树脂围绕，从而与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
图5是粒料形式的第二对比热塑性配混物(并非是本发明示例)的横截面图，其中，导电纤维并未分布在粒料内，使得至少部分导电纤维基本各自被热塑性树脂围绕，从而与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
图6是柱形图，显示了与两个比较例(这两个并非是本发明示例)相比，本发明的示例性实施方式的屏蔽效能(ASTM D4953)。
图7是对本发明示例性实施方式的机械性能与两个比较例(这两个并非是本发明示例)进行比较的雷达图(spider graph)。
图8是比较示例性实施方式的热塑性配混物和对比热塑性材料(其并非是本发明示例)的EMI屏蔽效能的柱形图。
图9A显示了示例性实施方式的热塑性基板(plaque)上的电阻测量。
图9B显示了对比热塑性基板(其并非是本发明示例)上的电阻测量。
具体实施方式
在一些实施方式中，本发明涉及热塑性配混物。
在其它实施方式中，本发明涉及由热塑性配混物模塑的热塑性制品。
在其它实施方式中，本发明涉及制造热塑性配混物的方法。
以下描述本发明的这些和其他实施方式的必需的和任选的特征。
如本文所用，术语“配混物”是指通过对纯聚合物和至少一种其它成分进行熔融混合或配混而得到的组合物或混合物，所述至少一种其它成分包括但不限于一种或多种添加剂和/或一种或多种其它聚合物。
本文所用，术语“纤维”是指单根纤丝或两根或更多根纤丝的束。
如本文所用，在一些实施方式中，术语“不含”某一成分或物质是指该组分或物质的量不是以故意方式存在的，并且在其它实施方式中，该术语是指不存在该成分或物质的功能有效量，并且在其它实施方式中，该术语是指该组分或物质的量不存在。
如本文中所用的，术语“长度”是指物体的最长尺寸。
如本文所用，术语“长纤维”是指长度与包含纤维的热塑性配混物的粒料的长度基本相等的纤维，所述粒料旨在于用于进一步加工以形成除粒料之外的热塑性制品。包括长纤维的热塑性配混物可以使用拉挤成型工艺来制造，该拉挤成型工艺包括拉动纤维的连续丝束通过树脂熔体，并进行冷却以提供拉挤成型型材，并且将拉挤成型型材切碎以提供粒料，如下文进一步所述。
如本文所用，与制品(或制品部件)和热塑性材料相关的术语“由……模塑”是指制品(或制品部件)是在足够加热以能够进行该模制的情况下由热塑性材料模塑、挤出、成形、成型、压制、或以其他方式制成。这样，在一些实施方式中，术语“由……模塑”是指制品(或制品部件)可以包含材料、基本由材料组成或由材料组成；并且，在其它实施方式中，制品(或制品部件)由材料组成，因为该制品(或制品部件)例如通过注塑工艺或通过挤出工艺制成。
如本文所用，术语“短纤维”是指长度小于包含纤维的热塑性配混物的粒料的最短尺寸的纤维，所述粒料旨在于用于进一步加工以形成除粒料之外的热塑性制品。包括短纤维的热塑性配混物可以使用常规的配混和挤出工艺来制备，所述工艺包括：将短纤维作为短切纤维添加到树脂熔体中并熔融混合，以提供配混物并以粒料形式将该配混物挤出。
如本文所用，相对于特定值、状态或条件，术语“基本”在一些实施方式中是指特定值、状态或条件的正负百分之十(10％)，或在其他实施方式中是指特定值、状态或条件的正负百分之五(5％)，或者在其他实施方式中是指特定值、状态或条件的正负百分之一(1％)，或者在其他实施方式中是指特定值、状态或条件的正负百分之零点一(0.1％)。
热塑性配混物
本发明的一些方面涉及热塑性配混物。热塑性配混物是粒料形式的，并且包含热塑性树脂和导电纤维。
根据本发明，导电纤维被热塑性树脂包围，并且分布在粒料内，以使得至少部分导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且由此与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
例如，在一些实施方式中，热塑性配混物中所包含的至少约50％、或约60％、或约70％、或约80％、或约90％、或约99％、或约100％的导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
参见图1，描述了粒料100形式的热塑性配混物的第一示例性实施方式。粒料100包含热塑性树脂101和导电纤维102a、102b、102c等(其意指分布在粒料100内的所有导电纤维102)。导电纤维102a、102b、102c等被热塑性树脂101包围，并且分布在粒料100内，以使得导电纤维102a、102b、102c等的至少第一示例性部分各自基本被热塑性树脂101围绕，并且由此与任意其它导电纤维102a、102b、102c等的物理接触基本分隔开。
参见图2，描述了粒料200形式的热塑性配混物的第二示例性实施方式。粒料200包含热塑性树脂201和导电纤维202a、202b、202c等(其意指分布在粒料200内的所有导电纤维202)。导电纤维202a、201b、202c等被热塑性树脂201包围，并且分布在粒料200内，以使得导电纤维202a、102b、102c等的至少第二示例性部分各自基本被热塑性树脂201围绕，并且由此与任意其它导电纤维202a、202b、202c等的物理接触基本分隔开。
参见图3，描述了粒料300形式的热塑性配混物的第三示例性实施方式。粒料300包含热塑性树脂301和导电纤维302a、302b、302c等(其意指分布在粒料300内的所有导电纤维302)。导电纤维302a、301b、302c等被热塑性树脂301包围，并且分布在粒料300内，以使得导电纤维302a、302b、302c等的至少第三示例性部分各自基本被热塑性树脂301围绕，并且由此与任意其它导电纤维302a、302b、302c等(包括分布在粒料300内的所有其它导电纤维302)的物理接触基本分隔开。
与上述示例性实施方式不同，参见图4，描述了粒料400形式的第一比较热塑性配混物，其不是本发明的示例。粒料400包含热塑性树脂401和导电纤维402a、402b、402c等(其意指分布在粒料400内的所有导电纤维402)。值得注意的是，导电纤维402a、402b、402c等构造为多根纤维的汇集束的第一比较例。由此，虽然汇集束被热塑性树脂401包围，但是导电纤维402a、401b、400c等并未分布在粒料400内，以使得表示部分导电纤维402a、402b、402c等各自基本被热塑性树脂401围绕，并且由此与任意其它导电纤维402a、402b、402c等的物理接触基本分隔开。
与上述示例性实施方式进一步不同，参见图5，描述了粒料500形式的第二比较热塑性配混物，其不是本发明的示例。粒料500包含热塑性树脂501和导电纤维502a、502b、502c等(其意指分布在粒料500内的所有导电纤维502)。值得注意的是，导电纤维502a、502b、502c等构造为多根纤维的汇集束的第二比较例。由此，虽然汇集束被热塑性树脂501包围，但是导电纤维502a、502b、502c等并未分布在粒料500内，以使得表示部分导电纤维502a、502b、502c等各自基本被热塑性树脂501围绕，并且由此与任意其它导电纤维502a、502b、502c等的物理接触基本分隔开。
根据本发明的各方面，当根据本公开内容使导电纤维分布在粒料中时，可以在由粒料形式的热塑性配混物模塑的热塑性制品中实现改善的电磁屏蔽效能，例如，如图1至图3的示例性实施方式所例示的，与当导电纤维构造成束(例如，如图4至图5的比较例所例示的)时不同。不囿于理论，认为当导电纤维分布在根据本发明的粒料中时，其被热塑性树脂更充分地浸渍并且更充分地围绕。由此，当粒料通过熔融成型工艺进一步加工以提供热塑性制品时，认为被热塑性树脂更充分浸渍并且更充分围绕的导电纤维更有效地分散在熔融的热塑性配混物中，并且由此更有效地分布在由热塑性配混物模塑的热塑性制品内。
不同的是，认为当导电纤维在粒料中构造为汇集束时，其不太充分地被热塑性树脂浸渍和围绕。确实，认为当至少一些导电纤维构造为汇集束，例如汇集束内部的纤维时，其可以没有或几乎没有被热塑性树脂润湿或涂覆。由此，当粒料通过熔融成型工艺进一步加工以提供热塑性制品时，认为较不充分地被热塑性树脂浸渍并且围绕的导电纤维不太有效地分散在熔融的热塑性配混物中，并且由此不太有效地分布在热塑性制品内。
因此，不囿于理论，认为根据本发明的粒料形式的且包括分布在粒料内的导电纤维的热塑性配混物继而提供或至少有助于使导电纤维更有效地分布在由热塑性配混物模塑而成的热塑性制品中，进而在给定的热塑性树脂体系中，在给定的负载水平下，为给定类型的导电纤维提供改善的电磁屏蔽效能或至少有助于改善电磁屏蔽效能。
根据本发明，至少部分导电纤维包括长纤维。即，至少部分导电纤维各自的纤维长度基本等于粒料长度。
例如，在一些实施方式中，至少约50％、或约60％、或约70％、或约80％、或约90％、或约99％、或约100％的导电纤维的纤维长度各自基本等于粒料长度。
在一些实施方式中，粒料长度范围为约5mm至约30mm。在其它实施方式中，粒料长度范围为约6mm至约12mm。
在一些实施方式中，热塑性配混物不含任意短纤维。
在一些实施方式中，至少部分导电纤维各自进行取向，以使得纤维长度与粒料长度基本平行。
例如，在一些实施方式中，至少约50％、或约60％、或约70％、或约80％、或约90％、或约99％、或约100％的导电纤维各自进行取向，以使得纤维长度与粒料长度基本平行。
根据本发明，当热塑性配混物以约3.2mm的厚度模塑时，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约60dB。在一些实施方式中，根据ASTM D4935，在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约80dB。在其它实施方式中，根据ASTM D4935，在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约90dB。在其它实施方式中，根据ASTM D4935，在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约95dB。
例如，在一些实施方式中，其中，导电纤维的存在量为热塑性配混物的约10重量％至约35重量％；并且，导电纤维选自不锈钢纤维、镀镍碳纤维以及它们的组合；并且，当热塑性配混物以约3.2mm的厚度模塑时，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约90dB。
例如，在其它实施方式中，其中，导电纤维的存在量为热塑性配混物的约12重量％至约17重量％；并且，导电纤维选自不锈钢纤维、镀镍碳纤维以及它们的组合；当热塑性配混物以约3.2mm的厚度模塑时，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约90dB。
在一些实施方式中，该热塑性配混物的比重为约2.0或更低。在其它实施方式中，该热塑性配混物的比重为约1.8或更低。
热塑性树脂
根据本发明，热塑性配混物包含热塑性树脂。
合适的热塑性树脂包括常规或市售可购得的热塑性树脂，本领域技术人员可以在没有过度实验的情况下至少部分基于对特定最终用途应用的要求来进行选择。
合适的热塑性树脂的非限制性示例包括：聚缩醛、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酰胺、聚脂族醚酮、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚苯醚、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚卤乙烯、热塑性弹性体及它们的组合。如适用，前述包括其均聚物、其共聚物、其共混物或合金、以及其改性(例如，通过接枝)。如适用，前述还包括：其所有可能的分子构型，例如全同立构、间同立构和无规分子构型。
例如，在一些实施方式中，热塑性树脂选自：尼龙6、尼龙6,6、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、高密度聚乙烯、聚丙烯、间同立构(syndiotactic)聚苯乙烯及它们的组合。
市售可购得的热塑性树脂的非限制性是包括本文中下表2所识别的那些。
导电纤维
根据本发明，热塑性配混物包含导电纤维。
合适的导电纤维包括常规或市售可购得的导电纤维，本领域技术人员可以在没有过度实验的情况下至少部分基于对特定最终用途应用的要求来进行选择。
在一些实施方式中，导电纤维选自：金属纤维、金属涂覆纤维、金属混杂纤维、或它们的组合。
在一些实施方式中，金属纤维是包含金属的纤维。即，金属纤维是可以包含金属、基本由金属组成、或由金属组成的纤维。
在一些实施方式中，金属涂覆的纤维是包括涂覆有金属的非金属的纤维。即，金属纤维是可以包含涂覆有金属的非金属、基本由涂覆有金属的非金属组成、或由涂覆有金属的非金属组成的纤维。
合适金属的非限制性示例包括铝、铬、钴、铜、金、铁、镍、银、不锈钢、锡、钨、锌、它们的合金以及它们的组合。
合适的非金属的非限制性示例包括：丙烯酸、芳族聚酰胺、碳(石墨)、尼龙、聚酯、聚烯烃及它们组合。
在一些实施方式中，导电纤维选自：不锈钢纤维、镀镍纤维以及它们的组合。
市售可购得的导电纤维的非限制性包括本文中下表2所识别的那些。
在一些实施方式中，导电纤维各自是单根纤丝或两根或更多根纤丝的束。
根据本发明，如上文所述，至少部分导电纤维包括长纤维。即，至少部分导电纤维各自的纤维长度基本等于粒料长度。
例如，在一些实施方式中，至少约50％、或约60％、或约70％、或约80％、或约90％、或约99％、或约100％的导电纤维的纤维长度各自基本等于粒料长度。
在一些实施方式中，粒料长度范围为约5mm至约30mm。因此，在该实施方式中，长纤维的纤维长度与粒料长度基本相称，并且在约5mm至约30mm的范围内。
在其它实施方式中，粒料长度范围为约6mm至约12mm。因此，在该实施方式中，长纤维的纤维长度与粒料长度基本相称，并且在约6mm至约12mm的范围内。
在一些实施方式中，导电纤维不含任意短纤维。
任选添加剂
在一些实施方式中，热塑性配混物包含一种或多种任选的添加剂。
合适的任选的添加剂包括常规或市售可得的塑料添加剂。热塑性配混领域的技术人员无需过多的实验就可以由可获得的参考物选择合适的添加剂，所述参考物为例如E.W.Flick，塑料设计库(Plastics Design Library)的《塑料添加剂数据库(PlasticsAdditives Database)》(Elsevier 2004)。
可以以足以为热塑性配混物和/或热塑性制品提供所需加工特性或性能特性的任意量使用任选的添加剂。该量不应造成添加剂的浪费或对热塑性配混物和/或热塑性制品的加工或性能不利。
适用于本发明的添加剂的非限制性示例包括选自如下物质的一种或多种添加剂：抗氧化剂和稳定剂；着色剂；阻燃剂；流动促进剂；抗冲改性剂；加工助剂；脱模剂；紫外线吸收剂；和它们的组合。
热塑性配混物中成分的范围
下表1显示了基于热塑性配混物总重量，以重量百分比计，本发明热塑性配混物的一些实施方式的成分的可接受的、所需的和优选范围。用于本发明某些实施方式的成分的其它可能范围如本文其它地方所述。
本发明的热塑性配混物可包含这些成分、基本由这些成分组成、或由这些成分组成。任何所述范围端值之间的数值也被视为一个范围的端值，从而所有可能的组合被视为均在表1所示的可能范围中，以作为本发明所用的配混物的实施方式。除非在本文中另外明确说明，任何所公开的数值意指确切的该公开数值以及“约”该公开数值，以使得在表1的可能性内考虑任一可能性作为本发明中使用的配混物的一些实施方式。
Figure BDA0003021546120000101
加工
本发明的一些方面涉及制备本文所述热塑性配混物的方法。
通常，拉挤成型工艺可用于制备本文所述的粒料形式的热塑性配混物。
更具体地，根据本发明，制备本文所述的粒料形式的热塑性配混物的方法包括以下步骤：(a)对热塑性树脂进行加热以提供树脂熔体；
(b)铺展导电纤维，以提供两个或更多个物理上分隔开的导电纤维丝束；
(c)将物理上分隔开的导电纤维丝束拉动通过树脂熔体，以提供树脂包封的导电纤维；
(d)使树脂包封的导电纤维冷却，以提供拉挤成型型材形式的热塑性配混物；以及
(e)以粒料长度切割拉挤成型型材，以提供粒料形式的热塑性配混物。
在一些实施方式中，铺展步骤包括：使导电纤维穿过纤维铺展机(spreader)部件，或者将导电纤维引导到纤维铺展机部件上。
在一些实施方式中，铺展步骤包括：将纤维拉动到张力杆上或穿过张力杆。
在一些实施方式中，在将物理上分隔开的导电纤维丝束拉动穿过树脂熔体的步骤之前，该方法还包括对导电纤维进行加热的步骤。认为这样的预热有助于促进热塑性树脂对导电纤维良好润湿或浸渍。
合适的拉挤成型工艺见述于可获得的参考文献，例如，Suresh G.Advani和Kuang-Ting Hsiao(编辑)，《聚合物基复合材料(PMC)的制造技术》(Manufacturing Techniquesfor Polymer Matrix Composites(PMCs))(伍德黑德出版公司(Woodhead Publishing)2012)；Guneri Akovali(编辑)，《复合材料制造手册》(Handbook of CompositeFabrication)(Rapra技术2001)；Raymond W.Meyer，《拉挤成型技术手册》(Handbook ofPultrusion Technology)(Chapman and Hall 1985)；ST Peters(编辑)，《复合材料手册》(Handbook of Composites)第二版(斯普林格科学商务公司(Springer Science+BusinessMedia)1998)和Trevor F.Starr(编辑)，《工程的拉挤成型(Pultrusion for Engineers)》(CRC出版社2000)，所述文献各自通过引用全文纳入本文。
一旦提供了热塑性配混物，本发明的热塑性制品的后续制备就不复杂了。例如，本发明的热塑性制品可以通过任意合适的熔融成型方法来制备，例如挤出、注塑、吹塑、旋转成型、热成型、压延等。
加工技术见述于可获得的参考文献，例如Dominick V.Rosato等人，《塑料设计手册》(Plastics Design Handbook)(施普林格出版公司(Springer)2013)。
本发明的实用性
根据本发明的一些方法，当热塑性配混物以约3.2mm厚度模塑时，根据ASTMD4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽线为至少约60dB，这使得该热塑性配混物可用于对热塑性配混物进行模塑用于电磁干扰屏蔽应用。
该应用的非限制性示例包括：外壳、连接器和电子设备的其它部件。该应用的其它非限制性示例包括：电线和电缆的护套。
用于该应用的市场和行业的非限制性示例包括：例如航空航天、汽车、消费、娱乐、金融、工业、物流、制造、医疗、零售、电信和运输，以及得益于本文独特性能组合的其他市场或应用。
实施例
下面在本文中提供了本发明的多种实施方式的热塑性配混物的非限制性实施例。
下表2a显示了实施例1至15的热塑性配混物的成分的来源。
Figure BDA0003021546120000121
Figure BDA0003021546120000131
将热塑性配混物的实施例在通常用于相应热塑性树脂的加工温度下进行拉挤成型，并切成粒料。随后，通过注塑来制备测试试样，然后对所记录性质进行评估。
下表3显示实施例1至3的配方和某些性质。
Figure BDA0003021546120000132
Figure BDA0003021546120000141
下表4显示实施例4至6的配方和某些性质。
Figure BDA0003021546120000151
下表5显示实施例7至9的配方和某些性质。
Figure BDA0003021546120000161
下表6显示实施例10至12的配方和某些性质。
Figure BDA0003021546120000171
下表7显示实施例13至15的配方和某些性质。
Figure BDA0003021546120000181
如图6所示，屏蔽效能(用AST D4935测试)比较了使用实施例16的基板，使用比较例1的包含长纤维的热塑性配混物以及基板，包含通过挤出机的长纤维的热塑性配混物的比较示例性实施方式以及使用比较例2的基板，包含短纤维的热塑性配混物的比较例实施方式，其中，三种基板的所有其他组分是相同的。
图7显示了实施例16以及比较例1和2的物理特性的相对比较，其中，相对于各物理特性，实施例16的物理特性是在1.0处的最外侧的线。
如图8所示，与比较例3(包含构造为包含汇集束的导电纤维的热塑性配混物)相比时，实施例17(包含更多充分浸渍的纤维的热塑性配混物)显示出改进的EMI屏蔽效能。另外，与图9B中的比较例4(包含构造为汇集束的导电纤维的热塑性配混物，基于纤维汇集束的位置，其显示出更高且变化的电阻读数，即，显示出不良的纤维分散性)相比，图9A的实施例18(包含更多充分浸渍纤维的热塑性配混物)具有更低、更均匀的电阻读数。
无需过多的实验，本领域普通技术人员可以利用包括实施例在内的说明书来制造和使用本发明的方面。
除非另有说明，否则本发明实施方式中涉及的所有文献通过引用整体结合到本文中。任何文献的引用并不构成承认其是相对本发明的现有技术。
虽然说明并描述了本发明的具体实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以进行各种其他变化和修改。所附权利要求意在覆盖在本发明范围内所有这样的改变和修改。

Claims (25)

1.粒料形式的热塑性配混物，所述热塑性配混物包含：
(a)热塑性树脂；和
(b)导电纤维，所述导电纤维被热塑性树脂包围，并且分布在粒料内，以使得至少部分导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且由此与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开；
其中，粒料具有粒料长度，各导电纤维具有纤维长度，并且，至少部分导电纤维各自的纤维长度基本上等于粒料长度；并且
当热塑性配混物以约3.2mm的厚度模塑时，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内具有至少约60dB的电磁屏蔽效能。
2.如权利要求1所述的热塑性配混物，其中，至少约50％的导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
3.如权利要求1或权利要求2所述的热塑性配混物，其中，至少约99％的导电纤维各自基本被热塑性树脂围绕，并且与任意其它导电纤维的物理接触基本分隔开。
4.如权利要求1至3中任一项所述的热塑性配混物，至少部分导电纤维各自进行取向，以使得纤维长度与粒料长度基本平行。
5.如权利要求1至4中任一项所述的热塑性配混物，其中，至少约50％的导电纤维各自的纤维长度基本等于粒料长度，并且至少约50％的导电纤维各自进行取向，以使得纤维长度与粒料长度基本平行。
6.如权利要求1至5中任一项所述的热塑性配混物，其中，至少约99％的导电纤维各自的纤维长度基本等于粒料长度，并且至少约99％的导电纤维各自进行取向，以使得纤维长度与粒料长度基本平行。
7.如权利要求4至6中任一项所述的热塑性配混物，其中，粒料长度范围为约5mm至约30mm。
8.如权利要求4至7中任一项所述的热塑性配混物，其中，粒料长度范围为约6mm至约12mm。
9.如权利要求1至8中任一项所述的热塑性配混物，其中，各导电纤维由单根纤丝或两根或更多根纤丝的束组成。
10.如权利要求1至9中任一项所述的热塑性配混物，其中，导电纤维选自：金属纤维、金属涂覆纤维、金属混杂纤维、或它们的组合。
11.如权利要求10所述的热塑性配混物，其中，金属纤维选自包含铝、铬、钴、铜、金、铁、镍、银、不锈钢、锡、钨、锌、它们的合金以及它们的组合的纤维。
12.如权利要求10所述的热塑性配混物，其中，金属涂覆的纤维各自包括：涂覆有金属的非金属纤维，其中，所述非金属纤维选自丙烯酸、芳族聚酰胺、碳、尼龙、聚酯、聚烯烃及它们组合的纤维，并且所述金属选自铝、铬、钴、铜、金、铁、镍、银、不锈钢、锡、钨、锌、它们的合金以及它们的组合。
13.如权利要求1至12中任一项所述的热塑性配混物，其中，导电纤维选自：不锈钢纤维、镀镍碳纤维及它们的组合。
14.如权利要求1至13中任一项所述的热塑性配混物，其中，热塑性树脂选自：聚缩醛、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酰胺、聚脂族醚酮、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚苯醚、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚卤乙烯、热塑性弹性体及它们的组合。
15.如权利要求1至14中任一项所述的热塑性配混物，其中，热塑性树脂选自：尼龙6、尼龙6,6、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、高密度聚乙烯、聚丙烯、间同立构聚苯乙烯及它们的组合。
16.如权利要求1至15中任一项所述的热塑性配混物，其中，热塑性配混物的比重为约2.0或更低。
17.如权利要求1至16中任一项所述的热塑性配混物，其中，热塑性配混物的比重为约1.8或更低。
18.如权利要求1至17中任一项所述的热塑性配混物，其中，导电纤维的存在量为热塑性配混物的约5重量％至约50重量％。
19.如权利要求18所述的热塑性配混物，其中，根据ASTM D4935，该热塑性配混物在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约80dB。
20.如权利要求18所述的热塑性配混物，其中，导电纤维的存在量为热塑性配混物的约10重量％至约35重量％；导电纤维选自不锈钢纤维、镀镍碳纤维以及它们的组合；并且，根据ASTM D4935，在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约90dB。
21.如权利要求18所述的热塑性配混物，其中，导电纤维的存在量为热塑性配混物的约12重量％至约17重量％；导电纤维选自不锈钢纤维、镀镍碳纤维以及它们的组合；并且，根据ASTM D4935，在约0.5GHz至约2.0GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能为至少约90dB。
22.如权利要求1至21中任一项所述的热塑性配混物，所述配混物还包含选自如下物质的一种或多种添加剂：抗氧化剂和稳定剂；着色剂；阻燃剂；流动促进剂；抗冲改性剂；加工助剂；脱模剂；紫外线吸收剂；和它们的组合。
23.用于屏蔽电磁干扰的热塑性制品，其中，所述热塑性制品由如权利要求1至22中任一项所述的热塑性配混物模塑成。
24.一种制造如权利要求1至22中任一项所述热塑性配混物的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)对热塑性树脂进行加热以提供树脂熔体；
(b)铺展导电纤维，以提供两个或更多个物理上分隔开的导电纤维丝束；
(c)将物理上分隔开的导电纤维丝束拉动通过树脂熔体，以提供树脂包封的导电纤维；
(d)使树脂包封的导电纤维冷却，以提供拉挤成型型材形式的热塑性配混物；以及
(e)对拉挤成型型材进行切割，以提供粒料形式的热塑性配混物。
25.如权利要求24所述的方法，其中，铺展步骤包括：在拉挤成型的工艺中，使导电纤维穿过纤维铺展机部件，或者将导电纤维引导到纤维铺展机部件上。
CN201980068011.4A 2018-10-16 2019-10-14 用于电磁屏蔽的导电长纤维热塑性配混物 Pending CN112912428A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862746129P 2018-10-16 2018-10-16
US62/746,129 2018-10-16
PCT/US2019/056116 WO2020081451A1 (en) 2018-10-16 2019-10-14 Conductive long fiber thermoplastic compounds for electromagnetic shielding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112912428A true CN112912428A (zh) 2021-06-04

Family

ID=70283600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980068011.4A Pending CN112912428A (zh) 2018-10-16 2019-10-14 用于电磁屏蔽的导电长纤维热塑性配混物

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11917802B2 (zh)
EP (1) EP3867310A4 (zh)
CN (1) CN112912428A (zh)
WO (1) WO2020081451A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11358347B2 (en) * 2019-02-21 2022-06-14 Johns Manville Manufacturing fiber-reinforced thermoplastic concentrates

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020108699A1 (en) * 1996-08-12 2002-08-15 Cofer Cameron G. Method for forming electrically conductive impregnated fibers and fiber pellets
CN1440440A (zh) * 2000-06-30 2003-09-03 帕克·汉尼芬公司 包含分散于聚合物基体中的较低含量导电纤维且屏蔽性能改善的复合材料
US20060110599A1 (en) * 2002-12-27 2006-05-25 Masato Honma Layered product, electromagnetic-shielding molded object, and processes for producing these

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5869178A (en) 1994-08-25 1999-02-09 The University Of North Carolina At Chapel Hill Pultruded fiber-reinforced plastic and related apparatus and method
US5540797A (en) 1995-03-24 1996-07-30 Wilson; Maywood L. Pultrusion apparatus and process
CN101309959A (zh) * 2005-10-24 2008-11-19 Ocv智识资本有限责任公司 用于传导复合材料的长纤维热塑性工艺和由其形成的复合材料
KR100790424B1 (ko) 2006-12-22 2008-01-03 제일모직주식회사 전자파 차폐용 열가소성 수지 조성물 및 플라스틱 성형품
KR20120034538A (ko) * 2010-08-26 2012-04-12 제일모직주식회사 고강성 전자파 차폐 조성물 및 그 성형품
US20140093712A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Polycarbonate ABS Composites with Improved Electromagnetic Shielding Effectiveness
US20140272417A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Integral Technologies, Inc. Moldable capsule and method of manufacture

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020108699A1 (en) * 1996-08-12 2002-08-15 Cofer Cameron G. Method for forming electrically conductive impregnated fibers and fiber pellets
CN1440440A (zh) * 2000-06-30 2003-09-03 帕克·汉尼芬公司 包含分散于聚合物基体中的较低含量导电纤维且屏蔽性能改善的复合材料
US20060110599A1 (en) * 2002-12-27 2006-05-25 Masato Honma Layered product, electromagnetic-shielding molded object, and processes for producing these

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020081451A1 (en) 2020-04-23
US20210345529A1 (en) 2021-11-04
EP3867310A4 (en) 2022-07-20
EP3867310A1 (en) 2021-08-25
US11917802B2 (en) 2024-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4500595A (en) Stainless steel fiber-thermosplastic granules and molded articles therefrom
US5397608A (en) Plastic article containing electrically conductive fibers
US20080009576A1 (en) Process for manufacturing of thermoplastic composites with improved properties
GB2047253A (en) Fibre-reinforced resin compositions
JP7336079B2 (ja) ３ｄプリンタ用繊維強化熱可塑性樹脂フィラメントおよびその成形品
US20070207316A1 (en) Electriplast moldable composite capsule
CA1194688A (en) Plastic article containing electrically conductive fibers
CA2493818A1 (en) Static dissipative thermoplastic polymer composition
CN112912428A (zh) 用于电磁屏蔽的导电长纤维热塑性配混物
JP2004502816A (ja) より少ない量の導電性繊維を有する改良された遮蔽を有するポリマーマトリックス中に分散した繊維を含んでなる複合体
US7708920B2 (en) Conductively doped resin moldable capsule and method of manufacture
EP1268651A1 (en) Carbon-reinforced polycarbonate-abs composition and articles made from same
JPH10195311A (ja) 熱可塑性樹脂成形品、および成形品用材料、成形品の製造方法
KR102258483B1 (ko) 전자파 차폐 기능을 갖는 복합소재 조성물 및 이를 포함하는 성형체
JP2009512774A (ja) 導電複合材料のための長繊維熱可塑性樹脂の製法及びそれにより形成される複合材料
JP2002231051A (ja) 導電性樹脂組成物およびその成形品
KR101621595B1 (ko) 열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품
JP5173143B2 (ja) 電磁波シールド用樹脂組成物とその成形品
JPH0778515A (ja) 導電性造形品
US20150213917A1 (en) Electriplast moldable composite capsule
EP3447083B1 (en) Carbon nanotube enhanced polymers and methods for manufacturing the same
KR101189563B1 (ko) 자동차용 고분자/전도성 하이브리드 필러 복합체 및 이의 제조 방법
US8273268B2 (en) Electrically conductive polyolefin blends
WO1989000098A2 (en) Thermoplastic composite pellets, method of making them and conductive molded articles produced therefrom
JP2020167387A (ja) 電磁波遮蔽体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Ohio, USA

Applicant after: Evant Co.

Address before: Ohio, USA

Applicant before: Avin Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information