CN116323802A - 波透过和改进尺寸的雷达罩材料的组合物和制品 - Google Patents
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Abstract
本文公开了包含以下物质的组合物:(a)约10重量%至约87重量%的至少一种结晶或半结晶聚合物,其中该至少一种结晶或半结晶聚合物包括结晶聚酯;(b)约3重量%至约40重量%的无定形聚合物树脂;(c)约10重量%至约70重量%的增强填料,其中当使用折射计测量时,该至少一种结晶或半结晶聚合物的折射率可低于该增强填料的折射率,其中该无定形聚合物树脂的折射率值可大于该增强填料的折射率值,并且其中,所有组分的组合重量百分数值不超过100重量%,并且所有重量百分数值都基于组合物的总重量的。
Description
技术领域
本公开内容涉及表现出微波透过性质和光透过性质的材料,并且特别地涉及用于汽车雷达传感器应用的表现出微波和光透过性质的材料。
发明背景
微波辐射(从约1千兆赫GHz(300毫米(mm)波长)到300GHz频率(1mm波长))是汽车应用雷达传感器的操作中使用的最常见的电磁能量源。无线电探测和测距(RADAR)是汽车传感系统的关键部件。增强或填充的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)溶液由于在机械性能、流动性和耐化学腐蚀性方面具有良好的平衡而被广泛用作雷达罩材料。随着高级驾驶辅助系统(ADAS)的发展趋势,在全球范围内分配了新的无线电频率。与常规的24GHz频率相比,77GHz因其高分辨率、长距离覆盖和高速适应性而出现。本领域仍然需要具有理想机械性能的填充材料,并且适合作为汽车雷达应用中透过MW辐射的内部或外部组件。
本公开内容的各方面解决了这些和其它需求。
发明内容
本公开内容的诸方面涉及组合物,该组合物包含:(a)约10重量%至约87重量%的至少一种结晶或半结晶聚合物,其中该至少一种结晶或半结晶聚合物包括结晶或半结晶聚酯;(b)约3重量%至约40重量%的无定形聚合物树脂;(c)约10重量%至约70重量%的增强填料,其中所有组分的组合重量百分数值不超过100重量%,并且所有重量百分数值都基于该组合物的总重量计。当使用折射计测量时,该至少一种结晶或半结晶聚合物的折射率可低于该增强材料的折射率,并且该无定形聚合物树脂的折射率值可大于该增强填料的折射率值。该组合物可表现出比在不存在无定形聚合物树脂的参照组合物中观察到的损耗因子(dissipation factor,Df)小的损耗因子。
如根据所公开的方法测定的,与不包含无定形聚合物的对比组合物相比,该组合物表现出改进的翘曲。当根据谐振腔法(resonance cavity,共振腔法)测量时,当在1-90GHz的频率下以ε”和ε’的比率测定时,该组合物可表现出约0.001至约2的损耗因子(Df)。
附图说明
并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开内容的若干方面,并与说明书一起用于解释本公开内容的原理。
图1呈现表1-1,示出了填充有30%玻璃的PBT组合物的配方。
图2呈现表1-2,示出了填充有30%玻璃的PBT组合物的性质。
图3呈现图1-3,示出了填充有30%玻璃的PBT组合物的250~2500nm透过率图。
图4呈现图1-4,示出了填充有30%玻璃的PBT组合物的厚度依赖透过率图。
图5呈现表2-1,示出了填充有30%低dk玻璃的PBT组合物的配方。
图6呈现表2-2,示出了填充有30%低dk玻璃的PBT组合物的性质。
图7呈现表3-1,示出了含有较高玻璃填充率的配制物。
图8呈现表3-2,示出了含有较高玻璃填充率的组合物的性质。
图9呈现表4-1,示出了含有较低玻璃填充率的配制物。
图10呈现表4-2,示出了含有较低玻璃填充率的组合物的性质。
图11呈现表5-1,示出了含有不同类型添加剂和填料的组合物的配方。
图12呈现表5-2,示出了含有不同类型添加剂和填料的组合物的性质。
图13呈现表6-1,示出了含有不同第二聚合物的组合物的配方。
图14呈现表6-2,示出了含有不同第二聚合物的组合物的性质。
具体实施方式
本公开内容涉及填充的PBT组合物,其可用作用于实现微波MW透过目的的雷达罩。微波辐射,从约1千兆赫GHz(300毫米(mm)波长)到300GHz频率(1mm波长),是用于汽车雷达传感器操作的最常见的电磁能量源。本公开内容提供了一系列基于聚合物的材料,改善了填充PBT/玻璃纤维(GF)树脂作为雷达罩的性能。
常规PBT GF材料在77GHz下的维持耗损因子为约0.015,并且可对高频波透过产生负面影响。出于雷达罩的目的,可需要在77GHz下损耗Df小于0.01的填充PBT。降低PBT的Df的已知方法可包括掺入可与PBT混溶(或混合)的低Df聚合物树脂,例如聚丙烯PP。然而,由于PBT和PP都是结晶/半结晶聚合物,因此PBT/PP的共混物表现出严重的翘曲,使其难以用作壳体材料,例如雷达罩(radar cover)。
为了满足ADAS趋势的考虑,在77GHz下既具有低Df又具有平坦度(低翘曲)的PBT是至关重要的。此外,由于受雷达促进的运输越来越多,因此已采用更有效的制造雷达设备壳体的手段;例如,激光焊接,这要求雷达罩材料允许进行激光透过(在900-1100nm波长)。本公开内容满足这些需求。所公开的组合物低Df PBT具有最小翘曲,例如良好的平面平坦度(特征为翘曲低),以及最大激光透过率。所公开的组合物可结合低Df高RI的无定形树脂、PBT和填料,为高质量雷达罩提供有用的材料。在某些方面,该组合物可包含回收材料。本公开内容提供了基于热塑性物质的玻璃填充材料,该材料是刚性的并且具有高模量,在模塑时保持一定的形状,并且在汽车雷达应用中适合作为内部或外部组件来透过MW辐射。
在公开和描述本发明化合物、组合物、制品、系统、设备和/或方法之前,应当理解,除非另有规定,否则它们并不限于特定的合成方法,或除非另有规定,否则并不限于特定的试剂,因此它们当然可进行改变。还应当理解,本文中所使用的术语仅出于描述特定方面的目的,而并非旨在具有限制性。
本公开内容涵盖本公开内容要素的各种组合,例如来自从属于同一独立权利要求的从属权利要求的要素的组合。
此外,应当理解,除非另有明确陈述,否则本文中阐述的任何方法绝非旨在理解为要求以特定次序执行其步骤。因此,在方法权利要求实际上不叙述其步骤所遵循的次序或者在权利要求书或说明书中没有另外具体地说明步骤被限制为特定次序的情况下,在任何方面绝不旨在推断出次序。这适用于任何可能的非明确的解释基础,包括关于步骤安排或操作流程的逻辑问题;由语法组织或标点符号得出的简单含义;以及说明书中所描述的方面的数目或类型。
热塑性树脂组合物
本公开内容诸方面涉及热塑性组合物,该热塑性组合物包含至少一种结晶或半结晶聚酯、无定形树脂和增强填料。在某些方面,该热塑性组合物可包含回收的树脂或附加组分,例如回收的结晶或半结晶聚酯、回收的无定形树脂、回收的填料、或其组合。
在各个方面,本公开内容提供了可用于制造有助于透过微波电磁能的壳体(enclosure)的复合材料或组合物。已评估了这些材料在约1GHz和100GHz频率下的介电性能。
进一步公开了汽车雷达传感器的组件,例如,板、壳体或罩,其由包含结晶或半结晶聚合物、无定形聚合物和填料的材料模塑而成,其中模塑部件具有一定的设计、平均厚度、微波透过效率、透过带宽。本公开内容的又一方面是包括由雷达透过材料制成的模塑部件的制品,所述制品例如雷达传感器、相机、电子控制单元ECU。用于变道辅助、自动泊车、盲点检测和避免碰撞的汽车雷达传感器通常在24GHz的频率下运行;用于自适应巡航控制的那些传感器在77GHz频率下运行。因此,本公开内容的组合物可应用于包括24GHz频率的K波段(K-band)和包括77GHz频率的W波段(W-band)。
结晶或半结晶聚合物
在各个方面,所公开的组合物可包含至少一种结晶或半结晶聚酯。聚合物的结晶或半结晶可描述具有有组织或更紧密堆积的分子链的聚合物。因此,这种高度有组织的分子结构可提供更明确的熔点。这些聚合物在流动的情况下是各向异性的,因此它们在横向于流动的方向(而不是在流动方向)表现出更大的收缩率,这有时可导致一些尺寸不稳定。不同材料之间可存在各异的结晶度,相同材料之间也可存在差异。结晶度可影响聚合物的许多性质。分子量和支化可影响结晶度。
该至少一种结晶或半结晶聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇(polyethylene terephthalate glycol)(PETG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯二醇(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯酸(polycyclohexylene dimethyleneterephthalate acid)(PCTA)、其共聚物,或其组合。在特定方面,该至少一种结晶或半结晶聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
在本公开内容的各方面,该热塑性树脂可包含结晶或半结晶聚酯。例如,该热塑性树脂可包含聚亚烷基酯(聚酯),例如聚对苯二甲酸亚烷基酯聚合物。
聚酯具有下式(A)的重复单元:
其中T是衍生自对苯二甲酸或其化学等同物的残基,并且D是衍生自乙二醇、丁二醇、特别是1,4-丁二醇、或其化学等同物的聚合的残基。二酸的化学等同物包括二烷基酯,例如二甲酯、二芳基酯、酸酐、盐、酰氯、酰溴等。乙二醇和丁二醇的化学等同物包括酯,例如二烷基酯、二芳基酯等。除了衍生自对苯二甲酸或其化学等同物、乙二醇或丁二醇(特别是1,4-丁二醇)或其化学等同物的单元外,聚酯中还可存在其它T和/或D单元,条件是这样的单元的类型或数量未显著不利地影响热塑性组合物的期望性质。聚(亚烷基芳基化物)(Poly(alkylene arylates))可具有根据式(A)的聚酯结构,其中T包括衍生自芳族二羧酸酯(盐)、脂环族二羧酸或其衍生物的基团。
特别有用的T基团的实例包括但不限于1,2-亚苯基、1,3-亚苯基和1,4-亚苯基;1,4-亚萘基和1,5-亚萘基;顺-或反-1,4-环己基;等等。具体地,当T为1,4-亚苯基时,聚(亚烷基芳基化物)是聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。此外,对于聚(亚烷基芳基化物),特别有用的亚烷基基团D包括例如乙烯、1,4-丁烯和双(亚烷基二取代环己烷),包括顺-和/或反-1,4-(亚环己基)亚甲基。
聚对苯二甲酸亚烷基酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(对苯二甲酸1,4-丁二醇酯)(PBT)和聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(PPT)。聚(萘二甲酸亚烷基酯)(poly(alkylene naphthoates))也是有用的,例如聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)和聚(萘二甲酸丁二醇酯)(PBN)。一种有用的聚(亚环烷基二酯)是聚(对苯二甲酸环己烷二甲醇酯)(PCT)。还可使用包括至少一种上述聚酯的组合。
包含对苯二甲酸亚烷基酯重复酯单元与其它酯基团的共聚物也可为有用的。有用的酯单元可包括不同的对苯二甲酸亚烷基酯单元,其可作为单独的单元或作为聚(对苯二甲酸亚烷基酯)的嵌段存在于聚合物链中。此类共聚物的具体实例包括聚(对苯二甲酸环己烷二甲醇酯)-co-聚(对苯二甲酸乙二醇酯),缩写为PETG,其中该聚合物包含大于或等于50mol%的聚(对苯二甲酸乙二醇酯),并且缩写为PCTG,其中该聚合物包含大于50mol%聚(对苯二甲酸l,4-环己烷二甲醇酯)。聚(亚环烷基二酯)还可包括聚(环己烷二羧酸亚烷基酯)。其中,一个具体的实例是聚(1,4-环己烷二羧酸1,4-环己烷二甲醇酯)(PCCD),其具有式(B)的重复单元:
其中,如使用式(A)所述的,R2是衍生自1,4-环己烷二甲醇的1,4-环己烷二亚甲基基团,并且T是衍生自环己烷二羧酸酯或其化学等同物的环己烷环,并且可包含顺式异构体、反式异构体或包含至少一种前述异构体的组合。
在另一方面,该组合物可进一步包含聚(l,4-对苯二甲酸丁二醇酯)或“PBT”树脂。可通过使二醇组分和酸或酯组分聚合来获得PBT,所述二醇组分的至少70mol%、优选至少80mol%由四亚甲基二醇组成,所述酸或酯组分的至少70mol%、优选至少80mol%由对苯二甲酸和/或其形成聚酯的衍生物组成。PBT的商业实例包括由SABICTM制造的以商品名VALOXTM315、VALOXTM195和VALOXTM176而可得的那些,其在23摄氏度(℃)至30℃下,在60:40苯酚/四氯乙烷混合物或类似溶剂中测量的特性粘度为0.1分升/克(dl/g)至约2.0dl/g(或0.1dl/g至2dl/g)。在一个方面中,所述PBT树脂的特性粘度为0.1dl/g至1.4dl/g(或约0.1dl/g至约1.4dl/g),尤其是0.4dl/g至1.4dl/g(或约0.4dl/g至约1.4dl/g)。
在某些方面,该结晶或半结晶聚酯的折射率值可小于该组合物中存在的增强填料的折射率。作为具体实例,当采用玻璃填料作为增强填料时,该结晶或半结晶聚酯的折射率可小于玻璃的折射率。该结晶或半结晶聚酯的折射率可比玻璃或玻璃填料或玻璃纤维填料的折射率低至少1%、至少2%、至少5%、至少10%、至少15%或至少20%。该无定形树脂可具有比玻璃的折射率更高的折射率。在一些方面,该无定形树脂的折射率可高于1.5,或高于1.55,或高于1.6。
如本文所述,该组合物可包含约10重量%至约87重量%的结晶或半结晶聚酯。在其它实例中,该组合物可包含约50重量%至约80重量%的结晶或半结晶聚酯、约45重量%至约79重量%的结晶或半结晶聚酯、约35重量%至约80重量%的结晶或半晶聚酯、约45重量%至约65重量%的结晶或半结晶聚酯,约40重量%至约70重量%的结晶或半结晶聚酯,或约50重量%至约97重量%的结晶或半结晶聚酯,或约40重量%至约97重量%的结晶或半结晶聚酯,或约55重量%至约97重量%的结晶或半结晶聚酯,或约60重量%至约97重量%的结晶或半结晶聚酯,或约70重量%至约97重量%的结晶或半结晶聚酯,或约40重量%至约95重量%结晶或半晶聚酯,或约55重量%至约95重量%的结晶或半结晶聚酯,或约60重量%至约95重量%的结晶或半结晶聚酯。
无定形树脂
在一个方面,该热塑性组合物可包含至少一种结晶或半结晶聚酯和无定形树脂的组合。无定形聚合物树脂可描述具有随机次序分子结构的聚合物树脂,并且可能缺乏离散的熔点。这种无定形材料可随着温度的升高而逐渐软化。该无定形树脂通常根据其玻璃化转变温度Tg来表征。结晶聚合物和在某种程度上半结晶的聚合物表现出有组织且紧密堆积的分子链,而无定形塑料的聚合物链更无组织。
该组合物可包含约3重量%至约45重量%的无定形树脂。该组合物可包含约4重量%至约40重量%的无定形树脂,或约5重量%至约47重量%的无定形树脂,或约3重量%至约47重量%的无定形树脂,或约8重量%至约40重量%的无定形树脂,或约8重量%至约45重量%的无定形树脂,或约3重量%至约41重量%的无定形树脂,或约3重量%至约50重量%的无定形树脂,或约60重量%至约95重量%的无定形树脂。
在某些方面,该无定形树脂的折射率值可大于该组合物中存在的增强填料的折射率。作为具体实例,当采用玻璃填料作为增强填料时,该无定形树脂的折射率可高于玻璃的折射率。该无定形树脂的折射率可比玻璃或玻璃填料或玻璃纤维填料的折射率大至少1%、至少2%、至少5%、至少10%、至少15%或至少20%。该无定形树脂可具有比玻璃更高的折射率。在一些方面,该无定形树脂的折射率可高于1.5,或高于1.55,或高于1.6。
该无定形树脂可包括聚醚酰亚胺PEI、共聚物PEI、聚碳酸酯、共聚物聚碳酸酯、聚苯醚PPE、共聚物PPE、聚亚苯基氧化物PPO、或其组合。
在某些方面,该无定形树脂的损耗因子值可小于该组合物中结晶或半结晶聚合物的损耗因子值。该无定形树脂可表现出比结晶或半结晶聚酯的损耗因子小至少1%、至少2%、至少5%、至少10%、至少15%或至少20%的损耗因子。在一些方面,该无定形树脂可表现出低于0.01,或低于0.005的损耗因子。
该无定形树脂可包括聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物(例如聚碳酸酯共聚物DMX)、聚苯醚PPE、PPE共聚物、聚亚苯基氧化物PPO、聚醚酰亚胺PEI、PEI共聚物、或其组合。
在其它方面,该热塑性树脂可包括无定形树脂,例如聚碳酸酯聚合物。聚碳酸酯可包括任何聚碳酸酯材料或材料混合物,例如,如美国专利No.7,786,246中所述,为了公开各种聚碳酸酯组合物和方法的特定目的,将该专利全部并入本文中。术语聚碳酸酯可进一步定义为具有式(1)的重复结构单元的成分:
其中R1基团总数的至少60%是芳族有机基团,其余为脂族、脂环族或芳族基团。在另一方面,各R1是芳族有机基团,更优选为式(2)的基团:
─A1─Y1─A2─ (2),
其中A1和A2中的每一个均是单环二价芳基,并且Y1是具有将A1与A2分离的一个或两个原子的桥接基团。在不同方面,一个原子将A1与A2分离。例如,这种类型的基团包括但不限于例如以下的基团:─O─、─S─、─S(O)─、─S(O2)─、─C(O)─、亚甲基、环己基-亚甲基、2-[2.2.1]-双环亚庚基、亚乙基、亚异丙基、亚新戊基、亚环己基、环戊二烯基(cyclopentadecylidene)、环十二烷基和亚金刚烷基。桥接基团Y1优选为烃基基团或饱和烃基团,如亚甲基、亚环己基或亚异丙基。
在不同的进一步方面,本文中所用的“聚碳酸酯”和“聚碳酸酯树脂”进一步包括均聚碳酸酯、在碳酸酯中包括不同R1部分的共聚物(本文称为“共聚碳酸酯”)、包含碳酸酯单元和其他类型聚合物单元(例如,酯单元、聚硅氧烷单元)的共聚物,以及包括均聚碳酸酯和共聚碳酸酯中的至少一种的组合。如本文所用的,“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
在特定实例中,该无定形树脂可包含聚碳酸酯共聚物DMX。DMX描述了根据下式的二甲基双酚环己烷(DMBPC)-co-PBA聚碳酸酯:
该无定形树脂可包含聚亚苯基氧化物(“聚对亚苯基氧化物”)。PPO可描述含有以氧(O)连接的任选取代的苯环的聚合物,并且可与聚(对亚苯基醚)或聚(2,6二甲基对亚苯基氧化物)互换使用。聚(对亚苯基氧化物)自身被包含,也可与其他它聚合物(包括但不限于聚苯乙烯、高抗冲苯乙烯-丁二烯共聚物和/或聚酰胺)共混。硅氧烷-PPO共聚物(或PPO-硅氧烷)共聚物可用于本发明诸方面。硅氧烷构建块(building block)的加入可为PPO提供附加特征,如阻燃、低烟、高抗冲强度。
该无定形树脂可包括聚醚酰亚胺。聚醚酰亚胺(“PEI”)是玻璃化转变温度(“Tg”)大于180℃的无定形、透明、高性能聚合物。在一个方面,聚醚酰亚胺可包括聚醚酰亚胺均聚物(例如,聚醚酰亚胺砜)和聚醚酰亚胺共聚物。聚醚酰亚胺可选自(i)聚醚酰亚胺均聚物,例如聚醚酰亚胺,(ii)聚醚酰酰胺共聚物,以及(iii)它们的组合。聚醚酰亚胺是已知的聚合物,并由SABIC以商品名ULTEMTM、EXTEMTM和SILTEMTM销售。
在一个方面,聚醚酰亚胺可为式(1)的:
其中a大于1,例如10至1000或更大,或更具体地为10至500。
式(1)中的基团V是含有醚基团(本文所使用的“聚醚酰亚胺”)或醚基团和亚芳基砜基团的组合(“聚醚酰亚胺砜”)的四价连接基团。此类连接基团包括但不限于:(a)具有5至50个碳原子的取代或未取代、饱和、不饱和或芳族单环和多环基团,任选地被醚基团、亚芳基砜基团或醚基团和亚芳基砜基团的组合取代;和(b)具有1至30个碳原子的取代或未取代、线型或支化、饱和或不饱和的烷基基团,并且该烷基基团任选地被醚基团或醚基团、亚芳基砜基团和亚芳基砜基团的组合取代;或包括上述至少一种的组合。合适的附加取代基包括但不限于醚、酰胺、酯和包含至少一种前述基团的组合。
式(1)中的R基团包括但不限于取代或未取代的二价有机基团,例如:(a)具有6至20个碳原子的芳族烃基团及其卤代衍生物;(b)具有2至20个碳原子的线型或支化的亚烷基基团;(c)具有3至20个碳原子的亚环烷基,或(d)式(2)的二价基团:
其中Q1包括但不限于例如-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y为1至5的整数)的二价部分,及其卤代衍生物,包括全氟亚烷基基团。
在又进一步方面,该热塑性组合物可包含回收的热塑性塑料,例如消费后或工业生产后回收的热塑性树脂(本文统称为“PCR”)。更具体地,该组合物可包含回收的聚酯树脂。如本文中所用的,术语“消费后回收的PET”、或“回收的PET”或“工业生产后回收的PET”是指包含至少一种相应、基本相似或相同的原始PET中不存在的杂质的回收的PET。所述PET可从消费后来源回收,包括但不限于家用电器废弃物,例如电视、空调、洗衣机、冰箱等。无论来源如何,回收的PET组分都可与那些原始塑料组分相似甚至相同,这些原始塑料组份被称为抗冲改性剂组分,它们通常用于制造抗冲改性的热塑性共混组合物。然而,原始塑料组分和本发明组合物中使用的回收的塑料之间的一个重要区别是存在至少一种原始材料中不存在的杂质。例如,通常用于制造抗冲改性的热塑性塑料的一种或多种添加剂可作为杂质存在。其它杂质可包括加工残留物,如润滑剂、出模剂(mold release agent)、抗静电剂、稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、金属(如铁、铝和铜)。仍进一步,杂质可包括在回收过程中无法完全去除的聚氨酯颗粒。
增强填料
在各个方面,该组合物包含增强填料。合适的增强填料组分可包括例如云母、粘土、长石、石英、石英岩、珍珠岩、硅藻岩、硅藻土、铝硅酸盐(莫来石)、合成硅酸钙、熔融二氧化硅、气相二氧化硅、砂、氮化硼粉末、硼-硅酸盐粉末、硫酸钙、碳酸钙(如白垩、石灰石、大理石和合成沉淀碳酸钙)、滑石(包括纤维状、模块状、针状和片状滑石)、硅灰石、中空或固体玻璃珠、硅酸盐珠、空心微珠(cenosphere)、铝硅酸盐或(armospheres)、高岭土、碳化硅晶须、氧化铝、碳化硼、铁、镍或铜、连续和短切碳纤维或玻璃纤维、硫化钼、硫化锌、钛酸钡、钡铁氧体、硫酸钡、重晶石、二氧化钛TiO2、氧化铝、氧化镁、颗粒或纤维状铝、青铜、锌、铜或镍、玻璃薄片、片状碳化硅、片状二硼化铝、片状铝、钢薄片、天然填料(如木粉、纤维状纤维素、棉、剑麻、黄麻、淀粉、木质素、花生壳或稻壳)、增强有机纤维填料(如聚醚酮、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚(苯硫醚)、聚酯、聚乙烯、芳族聚酰胺、芳族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯和聚(乙烯醇)),以及包含至少一种前述填料或增强剂的组合。该填料和增强剂可涂敷有金属材料层,以促进导电性,或者用例如硅烷进行表面处理,以提高与聚合物基质的粘附性和分散性。在各个方面,所选择的增强填料的折射率可低于无定形树脂的折射率,和/或高于本公开内容中使用的结晶或半结晶聚合物的折射率。
在特定方面,合适的增强填料包括玻璃,例如玻璃纤维。在一些实例中,玻璃纤维可选自E-玻璃、S-玻璃、AR-玻璃、T-玻璃、D-玻璃、R-玻璃及其组合。在一些实例中,玻璃纤维可包括E-玻璃(模量低于85GPa)、S-玻璃(模量高于85GPa)、低dk玻璃(dk小于5或df小于0.002,或包含至少90%的二氧化硅与氧化硼的组合物)或其组合。
E-玻璃可指拉伸模量为70-85Gpa、拉伸强度为2-4Gpa的玻璃纤维。E-玻璃也可指包含52-62重量%二氧化硅、12-16重量%氧化铝、16-25重量%氧化钙、0-10重量%氧化硼、0-5重量%氧化镁和0-5重量%其它组分的玻璃纤维。
S-玻璃可指拉伸模量大于85Gpa、拉伸强度大于4GPa的玻璃纤维。S-玻璃也可指包含57-70重量%二氧化硅、18-30重量%氧化铝、0-10重量%氧化钙、0-5重量%氧化硼、7-15重量%氧化镁和0-5重量%其它组分的玻璃纤维。
低Dk玻璃可指当根据谐振腔法测量时,在1GHz至100GHz(或1MHz至100GHz,或约1-20GHz、1-25GHz、1-100GHz、50-100GHz或70-90GHz)的频率下,介电常数低于5和/或损耗因子低于0.002的玻璃纤维。包括Dk和Df的介电性质可根据任何适当的方法进行测量。根据不同方面,可根据谐振腔法测量此类介电性质,其中使用空心金属盒测量微波频率下的性质。低Dk玻璃也可指包含至少90%的二氧化硅与氧化硼的组合的玻璃纤维。
在本公开内容的所选方面中使用的玻璃纤维可用含有偶联剂的表面处理剂进行表面处理,以改善对聚合物基础树脂的粘附性。合适的偶联剂可包括但不限于基于硅烷的偶联剂、基于钛酸酯的偶联剂、或其混合物。适用的基于硅烷的偶联剂包括氨基硅烷、环氧硅烷、酰胺硅烷、叠氮化物硅烷(azidesilane)和丙烯酸硅烷(acrylsilane)。也可使用有机金属偶联剂,例如基于钛或锆的有机金属化合物。
玻璃纤维可具有各种形状。玻璃纤维可包括研磨或短切玻璃纤维。玻璃填料可为晶须或薄片的形式。在其它实例中,玻璃纤维可为短玻璃纤维或长玻璃纤维。长度为约4mm或更长的低介电常数玻璃纤维被称为长纤维,比它短的纤维被称为短纤维。在一个方面,玻璃纤维的直径可为约10μm。
玻璃纤维可具有圆形横截面、或非圆形横截面,或上述的混合。非圆形横截面的轴比(axial ratio)可在1.5至8的范围内,或者更具体地在3至5的范围内。在又一个方面,玻璃纤维的直径可为约1μm至约15μm。更具体地,玻璃纤维的直径可为约4μm至约10μm。
在一些方面,该组合物可包含约10重量%至约70重量%的增强填料,基于聚合物组合物的总重量计。在其它实例中,该组合物可包含约10重量%至约69重量%的增强填料。该组合物可包含约8重量%至约70重量%的增强填料,或约8重量%至约69重量%的增强填料,或约10重量%至约65重量%的增强填料,或约8重量%至约65重量%的增强填料,或约10重量%至约68重量%的增强填料,例如所公开的玻璃纤维。
抗冲改性剂
在本公开内容的其它方面,该组合物可包含橡胶抗冲改性剂。该橡胶抗冲改性剂可为在室温下能够在力移除之后基本恢复其形状和尺寸的聚合物型材料。然而,橡胶抗冲改性剂的玻璃化转变温度通常应低于0℃。在某些方面,玻璃化转变温度(Tg)可低于-5℃、-10℃、-15℃,其中Tg低于-30℃通常可提供更好的性能。代表性的橡胶抗冲改性剂可包括例如,官能化的聚烯烃-乙烯-丙烯酸酯三元共聚物,例如乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐(MAH)或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)。官能化的橡胶聚合物可任选地在其主链中包含衍生自含酸酐基团的单体(例如马来酸酐)的重复单元。在另一种情况下,官能化橡胶聚合物可包含在聚合后步骤中接枝到聚合物上的酸酐部分。
其它抗冲改性剂可包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)。SEBS抗冲改性剂的一个实例是高流动性SEBS,其熔体流动指数在230℃/5kg下大于3g/10min。在一些实例中,该组合物可包含抗冲改性剂或抗冲改性剂的混合物,所述抗冲改性剂选自聚烯烃-丙烯酸酯、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-乙烯/1-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)。
抗冲改性剂可0至约10重量%或0.01至约10重量%包含在本组合物中,基于总组成计。例如,抗冲改性剂可以0.01-5重量%、7-20重量%、8-16重量%、9-15重量%或9-12重量%的量存在,例如,以约5重量%、约6重量%,约7重量%、约8重量%、约9重量%、约10重量%、约11重量%、约12重量%、约13重量%、约14重量%、约15重量%、约16重量%、约17重量%、约18重量%、约19重量%、约20重量%、约21重量%、约22重量%、约23重量%、约24重量%或约25重量%的量存在。
添加剂
所公开的热塑性组合物可包含一种或多种常规上用于制造模塑热塑性部件的添加剂,条件是任选的添加剂未不利地影响所得组合物的期望性质。也可使用任选添加剂的混合物。此类添加剂可在用于形成该组合物混合物的组分的混合期间的适当时间进行混合。示例性添加剂可包括紫外试剂(ultraviolet agent)、紫外稳定剂、热稳定剂、抗静电剂、抗微生物剂、防滴剂、辐射稳定剂、颜料、染料、纤维、填料、增塑剂、纤维、阻燃剂、抗氧化剂、润滑剂、木材、玻璃、金属、着色剂及其组合。
根据某些方面,即使填料含量较高(例如,以该聚合物组合物的总重量计,填料含量大于30重量%),该聚合物组合物也可保持机械性能和介电性质。
本文所公开的组合物可包含一种或多种另外的填料。可选择填料以赋予额外的抗冲击强度和/或提供额外的特性,这些特性可基于聚合物组合物的最终选择的性质。在一些方面,填料可包括无机材料,所述无机材料可包括粘土、氧化钛、石棉纤维、硅酸盐和二氧化硅粉末、硼粉末、碳酸钙、滑石、高岭土、硫化物、钡化合物、金属和金属氧化物、硅灰石、玻璃珠、玻璃纤维、片状填料、纤维状填料、天然填料和增强剂,以及增强有机纤维填料。
在某些方面,该组合物可包含玻璃纤维填料。
合适的填料或增强剂可包括例如云母、粘土、长石、石英、石英岩、珍珠岩、硅藻岩、硅藻土、铝硅酸盐(莫来石)、合成硅酸钙、熔融二氧化硅、气相二氧化硅、砂、氮化硼粉末、硼-硅酸盐粉末、硫酸钙、碳酸钙(如白垩、石灰石、大理石和合成沉淀碳酸钙)、滑石(包括纤维状、模块状、针状和片状滑石)、硅灰石、中空或固体玻璃珠、硅酸盐珠、空心微珠、铝硅酸盐或(armospheres)、高岭土、碳化硅晶须、氧化铝、碳化硼、铁、镍或铜、连续和短切碳纤维或玻璃纤维、硫化钼、硫化锌、钛酸钡、钡铁氧体、硫酸钡、重晶石、二氧化钛、氧化铝、氧化镁、颗粒或纤维状铝、青铜、锌、铜或镍、玻璃薄片、片状碳化硅、片状二硼化铝、片状铝、钢薄片、天然填料(如木粉、纤维状纤维素、棉、剑麻、黄麻、淀粉、木质素、花生壳或稻壳)、增强有机纤维填料(如聚(醚酮)、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚(苯硫醚)、聚酯、聚乙烯、芳族聚酰胺、芳族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯和聚(乙烯醇)),以及包含至少一种前述填料或增强剂的组合。该填料和增强剂可用例如硅烷涂敷或进行表面处理,以改善与聚合物基质的粘附性和分散性。填料的用量通常可为1至200重量份,基于100重量份总组成计。
在一些方面,该热塑性组合物可包含增效剂。在各例中,填料可用作阻燃增效剂。当添加到阻燃组合物中时,与含有除增效剂以外的所有相同成分的相同数量的对比组合物相比,增效剂有助于改善阻燃性能。可用作增效剂的矿物填料的实例为云母、滑石、碳酸钙、白云石、硅灰石、硫酸钡、二氧化硅、高岭土、长石、重晶石等,或包含至少一种前述矿物填料的组合。金属增效剂,例如氧化锑,也可与阻燃剂一起使用。在一个实例中,增效剂可包括氢氧化镁和磷酸。矿物填料的平均粒度可为约0.1至约20微米,特别是约0.5至约10微米,更特别是约1至约3微米。
该热塑性组合物还可包含抗氧化剂。抗氧化剂可包括一级抗氧化剂或二级抗氧化剂。例如,抗氧化剂可包括有机亚磷酸酯,如三(壬基苯基)亚磷酸酯、三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯等;烷基化单酚或多酚;多酚与二烯的烷基化反应产物,如四[亚甲基(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等;对甲苯酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯醚;亚烷基-双酚;苄基化合物;β-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一羟基或多羟基醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一羟基或多羟基醇的酯;硫代烷基或硫代芳基化合物的酯,如二硬脂基硫代丙酸酯(distearylthiopropionate)、二月桂基硫代丙酸酯、双十三烷基硫代二丙酸酯、十八烷基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、季戊四醇基-四[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯等等;β-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸的酰胺等,或包括至少一种前述抗氧化剂的组合。抗氧化剂的用量通常为0.01至0.5重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
在不同方面,该热塑性组合物可包含出模剂。示例性出模剂可包括例如金属硬脂酸酯、硬脂醇硬脂酸酯、季戊四醇四硬脂酸酯、蜂蜡、褐煤蜡(montan wax)、石蜡等,或者包括至少一种前述脱模剂的组合。脱膜剂的用量通常为约0.1至约1.0重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
在一个方面,该热塑性组合物可包含热稳定剂。作为实例,热稳定剂可包括例如有机亚磷酸酯,如三苯基亚磷酸酯、三-(2,6-二甲基苯基)亚磷酸酯、三-(混合单壬基苯基和双壬基苯基)亚磷酸酯等;膦酸酯(如二甲基苯膦酸酯等)、磷酸酯(如三甲基磷酸酯等),或包括至少一种前述热稳定剂的组合。热稳定剂的用量通常为0.01至0.5重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
在其它方面,该热塑性组合物中可存在光稳定剂。示例性光稳定剂可包括例如苯并三唑,如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等,或包括至少一种前述光稳定剂的组合。光稳定剂的用量通常可为约0.1至约1.0重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
该热塑性组合物还可包含增塑剂。例如,增塑剂可包括邻苯二甲酸酯,例如二辛基-4,5-环氧基-六氢邻苯二甲酸酯、三-(辛氧羰基乙基)异氰脲酸酯、三硬脂酸甘油酯(tristearin)、环氧大豆油等,或者包括至少一种前述增塑剂的组合。增塑剂的用量通常为约0.5至约3.0重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
紫外(UV)吸收剂也可存在于所公开的热塑性组合物中。示例性的紫外线吸收剂可包括例如羟基二苯甲酮;羟基苯并三唑;羟基苯并三嗪;氰基丙烯酸酯;N,N'-草酰二苯胺(oxanilides);苯并噁唑嗪酮;2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-酚(CYASORBTM5411);2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORBTM531);2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)-酚(CYASORBTM1164);2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)(CYASORBTMUV-3638);1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷(UVINULTM3030);2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮);1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷;纳米尺寸无机材料,如氧化钛、氧化铈和氧化锌,其所有粒度均小于100纳米;等等,或包括至少一种前述UV吸收剂的组合。UV吸收剂的用量通常为0.01至3.0重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
该热塑性组合物可进一步包含润滑剂。例如,润滑剂可包括例如脂肪酸酯,例如烷基硬脂基酯,如硬脂酸甲酯等;硬脂酸甲酯与亲水性和疏水性表面活性剂(包括聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物)的混合物,例如硬脂酸甲酯与聚乙二醇-聚丙二醇共聚物在合适溶剂中;或包括至少一种前述润滑剂的组合。润滑剂的用量通常为约0.1至约5重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
防滴剂也可用于该组合物中,例如形成原纤维(fibril,纤丝)或不形成原纤维的含氟聚合物,例如聚四氟乙烯(PTFE)。防滴剂可由刚性共聚物(例如苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN))封装。封装在SAN中的PTFE被称为TSAN。在一个实例中,TSAN可包含50重量%的PTFE和50重量%的SAN,基于包封的含氟聚合物的总重量计。SAN可包含例如75重量%的苯乙烯和25重量%的丙烯腈,基于该共聚物的总重量计。防滴剂的用量通常为0.1至10重量份,基于100重量份总组成(不包括任何填料)计。
作为一个实例,所公开的组合物可包含抗冲改性剂。抗冲改性剂可为化学反应性抗冲改剂。由定义,化学反应性抗冲改性剂可具有至少一个反应基团,从而当抗冲改性剂添加到该聚合物组合物中时,该组合物的抗冲性质(以Izod冲击值表示)被改善。在一些实例中,化学反应性抗冲改性剂可为具有选自但不限于酸酐、羧基、羟基和环氧树脂的反应性官能团的乙烯共聚物。
该组合物可包含一种着色剂或多种着色剂的混合物,所述着色剂选自有机染料、无机着色剂。无机着色剂可包含选自碳、钛、锌、钠、镁、钙、铝的一种或多种无机元素。
性质和制品
在某些方面,所公开的组合物可表现出某些介电、翘曲和光透过性质。当根据谐振腔法测量时,当在1-90GHz的频率下以ε”和ε’的比率测定时,包含该组合物的模塑制品或板(plaque)可表现出约0.001至约2的损耗因子(Df)。该组合物可表现出比通过UV-VIS-IR方法测定的对于不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的透光值更高的透光值。
由所公开组合物模塑的板可表现出翘曲性质。翘曲可定义为在注塑成型过程结束时从模具中弹出后,成型产品的尺寸变形度。随着人们越来越关注薄壁产品,对尺寸稳定性的控制变得越来越重要。例如,与不包含无定形聚合物的对比组合物相比,模塑样品可在使用上述方法确定的平均值和标准偏差方面表现出较低的翘曲值。在其它方面中,翘曲可通过观察(视觉上或定量地观察)从放置包含该组合物的模塑部件的平面上剥离的幅度来确定。该组合物可表现出比在不包含无定形聚合物树脂的参照组合物中观察到的翘曲低的翘曲。
由所公开组合物模塑的板可表现出光透过性质。随着人们越来越关注雷达罩的激光焊接组件,对高透过材料的需求也同样增加。本文所述的透过率百分数可通过UV-VIS-IR透过法来测量。例如,与不包含无定形聚合物的参照组合物相比,模塑样品在900-1100nm波长(这是激光应用的范围)下可表现出更高的透过率值。
在不同方面中,本公开内容涉及包含本文所述组合物的制品。该组合物可通过各种方式,例如注射成型、挤出、旋转成型、吹塑成型和热成型,模塑为有用的成形制品,以形成制品。该组合物可用于制造需要具有良好流动性、良好平整度、良好微波透过和光透过性质的材料的制品。本文所公开的组合物的有利特性使其适合于一系列用途。在各个方面,本公开内容提供了可用于制造可透过微波电磁能的壳体的材料。本文进一步公开了由这些材料制造的雷达传感器部件(例如,板、壳体、罩),以及由这些部件制造的制品(传感器、相机、ECU)。
制造方法
本发明诸方面还涉及用于制备热塑性组合物的方法。本文所述的一种或任何前述组分可首先彼此干混,或与前述组分的任何组合干混,然后从一个或多个进料器进料到挤出机中,或从一个或者多个进料器单独进料到挤出机中。本公开内容中使用的填料也可首先加工成母料,然后进料到挤出机中。组分可从喉式料斗(throat hopper)或任何侧面进料器进料到挤出机中。
本发明中使用的挤出机可具有单个螺杆、多个螺杆、相互啮合的同向旋转或反向旋转螺杆、非相互啮合的同向旋转或反向旋转螺杆、往复式螺杆、有销的螺杆、有筛网的螺杆、有销的筒、辊、柱塞、螺旋转子、共捏合机、圆盘包装处理器、各种其他类型的挤出设备,或包括上述至少一种的组合。
组分也可混合在一起,然后熔融共混以形成热塑性组合物。组分的熔融共混涉及使用剪切力、拉伸力、压缩力、超声能、电磁能、热能或包括上述力或能量形式中的至少一种的组合。如果该树脂是结晶或半结晶有机聚合物,则在配混过程中挤出机上的筒体温度(barrel temperature)可设定为使至少一部分聚合物达到大于或等于大约熔融温度的温度,或者如果该树脂是无定形树脂,则设定为使至少一部分聚合物达到大于或等于大约流点(例如,玻璃化转变温度)的温度。
若期望,则包含上述组分的混合物可经历多个混合和成形步骤。例如,该热塑性组合物可首先被挤出并成形为丸粒(pellet)。然后可将丸粒进料至模塑机中,在模塑机中可将丸粒成形为任何期望的形状或产品。替代地,从单熔体共混器中产生的热塑性组合物可成形为片材(sheet)或股料(strand),并进行后挤出工艺,例如退火、单轴或双轴取向。
本工艺中的熔体温度在某些方面可保持尽可能低,以避免组分过度热降解。在某些方面,熔体温度保持在约230℃至约350℃之间,但可使用更高的温度,条件是使树脂在加工设备中的停留时间保持相对较短。在一些方面,经熔体加工的组合物通过口模(die)中的小出口孔离开加工设备,例如挤出机。所得的熔融树脂股料可通过使股料通过水浴来冷却。冷却后的股料可被切成丸粒,用于包装和进一步处理。
诸方法还可包括加工组合物以提供所需厚度的板。板可为挤出的、注射成型的、压缩成型的或注射压缩成型的,厚度可在约0.5mm至6mm之间。其它工艺也可应用于薄的热塑性膜,包括但不限于层压、共挤出、热成型或热压。在这些方面中,进一步的的其它材料层(例如,其它热塑性聚合物层、金属层等)可与该组合物组合。
本发明涵盖本发明要素的各种组合,例如来自从属于同一独立权利要求的从属权利要求的要素的组合。
定义
还应理解,本文中使用的术语仅用于描述特定方面的目的,而不旨在进行限制。如说明书和权利要求中所使用的,术语“包含”可包括“由...组成”和“基本由...组成”的实施方案。除非另有定义,否则本文中使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在本说明书和随后的权利要求书中,将参考本文中定义的多个术语。如本说明书和所附权利要求中所使用的,单数形式“一”、“一种”和“该”也包括复数引用,除非上下文另有明确规定。因此,例如,提及“热塑性聚合物组分”包括两种或多种热塑性聚合物组分的混合物。如本文所用的,术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
范围可在本文中表示为从一个值(第一值)到另一值(第二值)。当表达这样的范围时,该范围在一些方面中包括第一值和第二值中的一个或二者。类似地,当值被表示为近似值时,通过使用先行词“约”,可理解特定值形成了另一方面。将进一步理解,每个范围的端点相对于另一个端点都是重要的,并且独立于另一个端点。还应理解,这里公开了多个值,并且每个值在这里也被公开为除了该值本身之外的“约”特定值。例如,如果值“10”被公开,那么“约10”也被公开。还应理解,还公开了两个特定单位之间的每个单位。例如,如果公开了10和15,那么也公开了11、12、13和14。
如本文所用的,术语“约”和“在或约(at or about)”意味着所讨论的量或值可为指定值,近似指定值,或与指定值大致相同。通常理解为,如本文所用的,除非另有说明或推断,否则它是指示的标称值±10%的变化。该术语旨在传达:类似值促进权利要求中所叙述的等同结果或作用。也就是说,应当理解,量、尺寸、配方、参数和其它量和特征不是并且不必是精确的,而是根据需要可为近似的和/或更大或更小的,从而反映公差、转换因子、舍入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其它因素。一般来说,量、尺寸、配方、参数或其它数量或特征是“约”或“大约”的,无论是否明确地如此陈述。应当理解,当在定量值之前使用“约”时,除非另有具体陈述,否则该参数还包含特定的定量值本身。
如本文所用的,术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情形可发生或可不发生,并且所述描述包括所述事件或情形发生的情况以及所述事件或情形不发生的情况。例如,短语“任选的附加工艺”意指可包括或可不包括附加工艺,并且该描述既包括包含附加工艺,也包括不包含附加工艺。
公开了用于制备本发明的组合物的组分以及要在本文所公开的方法中使用的组合物本身。这些和其它材料在这里被公开,并且应当理解当这些材料的组合、子集、相互作用、组等被公开时,虽然无法明确公开这些化合物的各不同个体和集体的组合和排列的具体提及,但每一者都在本文中被具体地考虑和描述。例如,如果公开和讨论了特定化合物,并且讨论了可能对包含该化合物的多个分子做出的多种修改,则除非有具体的相反地指明,否则具体地考虑了化合物和可能的修改中的各组合及排列。因此,如果公开了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F并公开了组合分子A-D的实例,那么即使并未单独叙述每种情况,其仍单独地且共同地被涵盖在内,从而意味着视为也公开了组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F。同样,还公开了这些的任何子集或组合。因此,例如,视为公开了A-E、B-F和C-E的子群组。此概念适用于本申请的所有方面,包括但不限于制造和使用本发明组合物的方法中的步骤。因此,如果存在可执行的各种附加步骤,那么应当理解,可在本发明的方法的各方面的任何特定方面或其组合的情况下执行这些附加步骤中的每个。
在说明书和结论方面中对组合物或制品中的特定要素或组分的重量份的提及,表示组合物或制品(对此以重量份表达)中一种要素或组分与任何其它要素或组分之间的重量关系。因此,在含有2重量份的组分X和5重量份的组分Y的化合物中,X和Y以2:5的重量比存在,并且不管化合物中是否含有其它组分都以此比率存在。
除非具体有相反地陈述,否则组分的重量百分数是基于包含该组分的配制物或组合物的总重量计的。
用于提及聚合物的成分所使用的术语“残留物”和“结构单元”在整个说明书中是同义的。
在一个方面,“基本不含”可指以0.5重量%或小于约0.5重量%的量存在于给定组合物或组分中。在另一方面,基本不含可为小于0.1重量%,或小于约0.1重量%。在另一方面,基本不含可为小于0.01重量%,或小于约0.01重量%。在又一个方面,基本不含可为小于百万分之100(ppm),或小于约100ppm。在又一个方面,基本不含可指低于可检测水平的量(如果存在的话)。基本不含或不含还可指未添加或未掺入组合物中的组分。例如,该组合物可不含或基本不含抗冲改性剂。
在本申请中,使用了对“结晶”、“半结晶”和“无定形”聚合物的常规理解。例如,结晶聚合物被认定为具有非常高的结晶度(例如,95-99%)。结晶聚合物是刚性的,并且熔融温度高。它们受溶剂渗透的影响较小。半结晶聚合物可兼具结晶区域和无定形区域。半结晶聚合物将结晶聚合物的强度与无定形聚合物的柔韧性结合在一起。半结晶聚合物可为坚韧的,具有弯曲而不断裂的能力。无定形聚合物具有拥有支化或不规则基团的聚合物链,这些链无法足够规则地堆积在一起以形成晶体。聚合物的无定形区域由随机盘绕和缠结的链组成;它们比结晶和半结晶聚合物更软且熔点更低。
如本文所用的,术语“重量百分数”、“重量%(wt%)”和“重量%(wt.%)”可互换使用,表示给定组分基于组合物总重量计的重量百分数,除非另有规定。也就是说,除非另有规定,否则所有wt%值均是基于该组合物的总重量计的。应当理解,所公开的组合物或配制物中所有组分的重量%值之和为100。
除非本文另有相反规定,否则所有测试标准均为提交本申请时有效的最新标准。
本文所公开的每种材料都是可商购获得的,和/或其生产方法是本领域技术人员已知的。
应理解,本文所公开的组合物具有某些功能。本文中公开了用于执行所公开功能的某些结构要求,并且应理解,存在能够执行与所公开的结构相关的相同功能的各种结构,并且这些结构通常将实现相同的效果。
本公开内容的诸方面
在各个方面中,本发明涉及并包括至少以下方面。
方面1A.热塑性组合物,该热塑性组合物包含:(a)约10重量%至约87重量%的至少一种结晶或半结晶聚合物,其中该至少一种结晶聚合物包括结晶或半结晶聚酯;(b)约3重量%至约40重量%的无定形聚合物树脂;(c)约10重量%至约70重量%的增强填料,其中:当使用折射计测量时,该至少一种结晶或半结晶聚合物的折射率值低于该增强填料的折射率,该无定形聚合物树脂的折射率值大于该增强填料的折射率,所有组分的组合重量百分数值不超过100重量%,并且所有重量百分数值都是基于该组合物的总重量计的,并且该组合物表现出比对于不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的损耗因子Df更小的损耗因子。
方面1C.热塑性组合物,该热塑性组合物基本由以下组成:(a)约10重量%至约87重量%的至少一种结晶或半结晶聚合物,其中该至少一种结晶或半结晶聚合物包括结晶或半结晶聚酯;(b)约3重量%至约40重量%的无定形聚合物树脂;(c)约10重量%至约70重量%的增强填料,其中:当使用折射计测量时,该至少一种结晶或半结晶聚合物的折射率值低于该增强填料的折射率,该无定形聚合物树脂的折射率大于该增强填料的折射率,所有组分的组合重量百分数值不超过100重量%,并且所有重量百分数值都是基于该组合物的总重量计的,并且该组合物表现出比对于不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的损耗因子Df更小的损耗因子。
方面1D.热塑性组合物,该热塑性组合物由以下物质组成:(a)约10重量%至约87重量%的至少一种结晶或半结晶聚合物,其中该至少一种结晶或半结晶聚合物包括结晶或半结晶聚酯;(b)约3重量%至约40重量%的无定形聚合物树脂;(c)约10重量%至约70重量%的增强填料,其中:当使用折射计测量时,该至少一种结晶或半结晶聚合物的折射率值低于该增强填料的折射率,该无定形聚合物树脂的折射率值大于该增强填料的折射率值,所有组分的组合重量百分数值不超过100重量%,并且所有重量百分数值都是基于该组合物的总重量计的。
方面2.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中所述结晶或半结晶聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯二醇(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯酸(PCTA),其共聚物或其组合。
方面3.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,所述结晶或半结晶聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
方面4.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,所述结晶或半结晶聚酯包括回收的聚对苯二甲酸丁二醇酯。
方面5.根据权利要求1至4中任一项所述的热塑性组合物,其中所述无定形树脂包括聚碳酸酯、共聚物聚碳酸酯、二甲基双酚环己烷(DMBPC)-co-PBA聚碳酸酯、聚苯醚PPE、聚亚苯基氧化物、共聚物PPE、聚醚酰亚胺PEI、共聚物PEI或其组合。
方面6.根据权利要求1至5中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述组合物还包含约0.01重量%至约10重量%的至少一种抗冲改性剂。
方面7.根据权利要求6所述的热塑性组合物,其中,所述至少一种抗冲改性剂包括聚烯烃-丙烯酸酯、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-乙烯/1-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS),或其组合。
方面8.根据权利要求1至7中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述增强填料包括玻璃纤维。
方面9.根据权利要求1至8中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述至少一种玻璃纤维包括E-玻璃(模量低于85GPa)、S-玻璃(模量高于85GPa)、低dk玻璃(dk小于5,和/或df小于0.002,和/或包含至少90%的二氧化硅与氧化硼的组合物)或其组合。
方面10.根据权利要求1至9中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述至少一种玻璃纤维包括圆形横截面、非圆形横截面或其组合。方面11.根据权利要求1-10中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述组合物表现出的翘曲低于对于不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的翘曲,所述翘曲以从平坦表面的位移量测量。
方面12.根据权利要求1至11中任一项所述的热塑性组合物,其中,当使用UV-VIS-IR光谱仪测量时,所述组合物表现出比对于不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的透光率值更高的透光率值。
方面13.根据权利要求1至12中任一项所述的热塑性组合物,其中,当根据谐振腔法测量时,所述组合物在1-90GHz的频率下以ε”和ε’的比率测定时,表现出约0.001至约2的损耗因子(Df)。
方面14.根据权利要求1-13中任一项所述的热塑性组合物,其中,当根据谐振腔法测量时,所述组合物在1-100GHz的频率下以ε”和ε’的比率确定时,表现出约0.001至约0.02的损耗因子(Df)。
方面15.根据权利要求1-14中任一项所述的热塑性组合物,其还包含选自以下的添加剂材料:抗氧化剂;着色剂;脱模剂;染料;流动促进剂;流动改性剂;光稳定剂;润滑剂;出模剂;颜料;着色剂、淬灭剂;热稳定剂;紫外线(UV)吸收剂;UV反射剂;UV稳定剂;环氧扩链剂;阻燃剂;及其组合。
方面16.根据权利要求1-15中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述组合物是汽车雷达传感器的组件。
方面17.制品,其包含权利要求1-15中任一项所述的热塑性组合物。
实施例
提出以下实施例,以为本领域普通技术人员提供关于如何制备和评估本文所要求保护的化合物、组合物、制品、设备和/或方法的完整公开和描述,并且旨在纯粹是示例性的,而不旨在限制本公开内容。已努力确保数字(例如数量、温度等)的准确性,但应考虑到一些误差和偏差。除非另有说明,否则份数为重量份数,温度以℃表示或在环境温度下,压力为大气压或接近大气压。除非另有说明,否则关于组合物的百分数以重量%表示。混合条件有许多变化和组合,例如组分浓度、挤出机设计、进料速率、螺杆速度、温度、压力,以及其它可用于优化由所述工艺获得的产品的纯度和产率的混合范围和条件。合理的常规实验才能优化这些工艺条件。
制备了各种PBT组合物样品。填充有玻璃的PBT实例(30重量%玻璃纤维)如表1-1(图1)所示。这些配制物包含无定形树脂PEI,当在室温下使用折射计(Abbe折射计或Metricon Model 2010棱镜耦合仪(Prism Coupler))观察时,该无定形树脂PEI折射率RI为约1.63至1.65(该值比玻璃或玻璃纤维的折射率高)。对照配制物包括RI为1.52至约1.54的PBT,该RI比玻璃的RI低。
表1-2(图2)呈现了所观察到的性质,以及相应的测试说明和测试标准。使用UV-VIS-IR光谱仪(Shimadzu Uv-3510)在980纳米(nm)下测定光透过率。用谐振腔法测量了介电性质。对于1至20GHz的频率,使用Agilent分裂谐振器(Agilent split resonator)。对于具有交替无线电广播频率的频率为70至90GHz的频率,使用相同的方法。表2的结果表明,使用PEI增加了光透过率,降低了损耗因子,降低了翘曲值(就平均值和标准偏差两者而言)。使用PEI也观察到了良好的机械性质。图3示出了该配制物在更宽波长范围(250至2500nm)内的光透过率。这表明通过在PBT中共混PEI可显著提高光透过率。以不同厚度(1-3mm)制备的样品的光透过率如图4所示,并建立了在不同厚度下的一致性增长。
还制备了具有不同类型玻璃纤维(即低dk玻璃纤维)的配制物,并在表2-1(图5)中示出。无定形树脂PEI的RI高于低dk玻璃的RI。还制备了包含PBT的对照配制物,其RI低于低dk玻璃。表2-2(图6)呈现了所观察到的性质以及相应的测试标准。通过谐振腔法测量了介电性质。对于1至20GHz的频率,使用了Agilent谐振分裂仪器。对于具有交替无线电广播频率的70至90GHz的频率,使用了相同的方法。
根据内部方法,对具有135mm直径和1.2mm厚度的模塑样品盘测量翘曲。将盘放置在平坦表面上,沿着盘边缘等距标记四个点(A、B、C、D)。一个点D被压入表面,其余的点沿着圆盘边缘抬高。获得每个点A、B和C到平坦表面的距离的大小,得到翘曲。计算翘曲A、B和C的平均值和标准偏差。
表2-2的结果表明,PEI的使用增加了光透过率,降低了损耗因子,并降低了翘曲值(就平均值和标准偏差两者而言)。通过使用PEI也观察到了良好的机械性质。
表3-1(图7)中给出了更高比例的玻璃填充PBT实例。在这些配制物中存在50%和60%的E-玻璃。
表3-2的结果(图8)进一步证明,PEI增加了光透过率,降低了损耗因子,并降低了翘曲值(就平均值和标准偏差两者而言)。通过使用PEI也观察到了良好的机械性质。表4-1(图9)中给出了更低比例的玻璃填充PBT实例。这些配制物中使用了20%的E玻璃。
表4-2(图10)的结果同样表明,无定形PEI增加了光透过率,降低了损耗因子,降低了翘曲值(就平均值和标准偏差两者而言)。通过使用PEI也观察到了良好的机械性质。
表5-1(图11)示出了包括着色剂、抗冲改性剂、回收的聚酯、混合类型的玻璃纤维的PBT的实例。表5-2(图12)的结果表明,使用PEI增加了光透过率,降低了损耗因子,并降低了(在不同配制物中一致的)翘曲值(就平均值和标准偏差两者而言)。实施例5.1和实施例5.2证明,在存在染料的情况下,与之前的对照相比,光透过率、损耗因子和翘曲值仍然是正面的。实施例5.3显示,在存在抗冲改性剂的情况下,与对照相比,损耗因子和翘曲值仍然改善(较低)。实施例5.4和实施例5.5显示,在存在回收的聚酯的情况下,与对照相比,损耗因子和翘曲值仍然改善。实施例5.5进一步表明,当使用玻璃纤维的混合物时,损耗因子和翘曲也改善。在这些配制物中,通过使用PEI也观察到了良好的机械性质。
对更多比较样品进行了观察。表6-1(图13)中给出了含有不同第二聚合物的PBT实例。并非所有低Df聚合物都具有相同的效果。聚丙烯是工程塑料聚合物中df最低的聚合物(Df为约0.0001),RI约1.45-1.5(低于玻璃的RI),但具有结晶或半结晶特征。用无定形聚碳酸酯及其共聚物也观察了另一个无定形实例。
表6-2(图14)的结果表明,在填充有玻璃的PBT中使用聚丙烯显著降低了光透过率,并显著增加了翘曲,而与聚丙烯的共聚物类型无关(C6.1、C6.2)。相反,无定形聚碳酸酯的RI高于玻璃的RI,Df低于PBT的Df,仍然增加了光透过率,降低了损耗因子,并降低了翘曲。
上面的描述旨在是说明性的,而不是限制性的。例如,上述实例(或其一个或多个方面)可彼此组合使用。可使用其它实施方案,例如由本领域普通技术人员在回顾以上描述时使用的。提供摘要是为了允许读者快速确定本技术公开内容的性质。提交本文件时有一项谅解,即本文件不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外,在上述具体实施方式中,可将各种特征分组在一起以简化本发明。这不应被解释为意指,未要求保护的所公开特征对于任一项权利要求都是必需的。相反,本发明的主题可不在于所公开的特定实施例的所有特征。因此,以下权利要求在此作为实施例或实施方案并入具体实施方式中,每个权利要求独立地作为单独的实施方案,并且可设想此类实施方案可以各种组合或排列彼此组合。本公开内容的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。
对本领域技术人员显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,可在本发明中进行各种修改和变化。本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说,通过考虑本文公开的说明书和实践将是显而易见的。本说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开内容的真实范围和精神由以下权利要求表明。
本发明的可申请专利的范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员可做出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构要素,或者如果它们包括与权利要求文字语言没有实质区别的等同结构要素,则这些其它实例旨在落入权利要求的范围内。
Claims (17)
1.热塑性组合物,该热塑性组合物包含:
(a)约10重量%至约87重量%的至少一种结晶或半结晶聚合物,其中所述至少一种结晶或半结晶聚合物包括结晶或半结晶聚酯;
(b)约3重量%至约40重量%的无定形聚合物树脂;
(c)约10重量%至约70重量%的增强填料;
其中:
当使用折射计测量时,所述至少一种结晶或半结晶聚合物的折射率低于所述增强填料的折射率,
所述无定形聚合物树脂的折射率值大于所述增强填料的折射率值,
所有组分的组合重量百分数值不超过100重量%,并且所有重量百分数值均基于复合材料的总重量计,并且
所述组合物表现出比对于不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的损耗因子Df更小的损耗因子。
2.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,所述结晶或半结晶聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯二醇(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯酸(PCTA)、其共聚物、或其组合。
3.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,所述结晶或半结晶聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
4.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,所述结晶或半结晶聚酯包括回收的聚对苯二甲酸丁二醇酯。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述无定形树脂包括聚碳酸酯、共聚物聚碳酸酯、二甲基双酚环己烷(DMBPC)-co-PBA聚碳酸酯、聚苯醚PPE、聚亚苯基氧化物、共聚物PPE、聚醚酰亚胺PEI、共聚物PEI或其组合。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热塑性组合物,其中所述组合物进一步包含约0.01重量%至约10重量%的至少一种抗冲改性剂。
7.根据权利要求6所述的热塑性组合物,其中,所述至少一种抗冲改性剂包括聚烯烃-丙烯酸酯、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-乙烯/1-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS),苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS),或其组合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述增强填料包括玻璃纤维。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述至少一种玻璃纤维包括E-玻璃、S-玻璃、低dk玻璃纤维或其组合。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述至少一种玻璃纤维包括圆形横截面、非圆形横截面或其组合。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述组合物表现出的翘曲低于不存在对于无定形树脂的参照组合物所观察到的翘曲,所述翘曲以从平坦表面的位移量测量。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的热塑性组合物,其中,当使用UV-VIS-IR光谱仪测量时,所述组合物表现出比对于在不存在无定形树脂的参照组合物所观察到的光透过率值更高的光透过率值。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的热塑性组合物,其中,当根据谐振腔法测量时,在1-90GHz的频率下以ε”和ε’的比率测定时,所述组合物表现出约0.001至约2的损耗因子(Df)。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的热塑性组合物,其中,当根据谐振腔法测量,在1-100GHz的频率下以ε”和ε’的比率测定时,所述组合物表现出约0.001至约0.02的损耗因子(Df)。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的热塑性组合物,该热塑性组合物进一步包含选自以下的添加剂材料:抗氧化剂;着色剂;脱模剂;染料;流动促进剂;流动改性剂;光稳定剂;润滑剂;出模剂;颜料;着色剂,淬灭剂;热稳定剂;紫外(UV)吸收剂;UV反射剂;UV稳定剂;环氧扩链剂;阻燃剂;及其组合。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的热塑性组合物,其中,所述组合物是汽车雷达传感器的组分。
17.制品,该制品包含权利要求1-15中任一项所述的热塑性组合物。
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