CN117813345A - 包含碳纤维填充的半结晶聚合物的导电组合物 - Google Patents

Abstract

热塑性组合物包括：(a)热塑性聚合物组分，其包括结晶或半结晶聚合物；(b)碳纤维；(c)约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包括非导电填料、有机成核剂或其组合；和(d)约0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物。碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm。该组合物的表面电阻率比不含至少一种成核剂的基本相同的参考组合物低至少50％。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，所有重量百分比值均基于热塑性组合物的总重量。

Description

包含碳纤维填充的半结晶聚合物的导电组合物

技术领域

本公开内容涉及导电热塑性组合物，特别是涉及包含碳纤维和至少一种成核剂的热塑性组合物，该成核剂包括非导电填料或有机成核剂。

背景技术

聚合物通常用短切碳纤维等材料作为增强剂进行增强，以形成具有改进的机械和电气性能的复合材料。所得复合材料可用于各种应用。为了进一步提高碳纤维(CF)基复合材料的导电性，可以使用混合填料方法。在这些应用中，已知使用CF与导电炭黑(CCB)、碳纳米管(CNT)和/或石墨的组合。导电填料(例如，CCB或石墨)在组合物中必须以至少2wt.％与CF组合使用，以显示电气性能的显著改善。不幸的是，将这些填料与CF结合可能会降低流动性和其他性能。进一步地，CNT非常昂贵，因此通常不与碳纤维一起使用。

这些和其他缺点由本公开内容的各方面解决。

发明内容

本公开内容的方面涉及一种热塑性组合物，其包括：(a)热塑性聚合物组分，其包括结晶或半结晶聚合物；(b)碳纤维；(c)约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包括非导电填料、有机成核剂或其组合；和(d)约0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物。碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm。组合物的表面电阻率比不包括至少一种成核剂的基本相同的参考组合物低至少50％。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于热塑性组合物的总重量。

本公开内容的进一步的方面涉及一种制备热塑性组合物的方法，其包括：

将包括结晶或半结晶聚合物的热塑性聚合物组分，碳纤维，包括非导电填料、有机成核剂或其组合的约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，以及约0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物组合以形成混合物；和

使用包括挤出、注塑成型、压塑成型、真空成型或吹塑成型的方法由混合物形成热塑性组合物。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可能描述不同视图中的相似组分。具有不同字母后缀的相同数字可能表示相似组分的不同实例。附图通过实例而非限制的方式，概括地说明了本文件中讨论的各个方面。

图1A是用于半结晶聚合物-碳纤维复合材料的碳纤维上的跨晶结晶层的示意图。

图1B是根据本公开内容的方面，用于包括非导电填料的半结晶聚合物-碳纤维复合材料的碳纤维上的减少的跨晶结晶层的示意图。

具体实施方式

在公开和描述本发明的化合物、组合物、制品、系统、装置和/或方法之前，应理解的是，除非另有说明，否则它们不限于特定的合成方法，除非另有说明，否则也不限于特定的试剂，因为当然可以改变。还应理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并非旨在是限制性的。

本公开内容包含本公开内容的各种要素组合，例如，来自从属于同一独立权利要求的从属权利要求中的要素组合。

此外，应当理解的是，除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法均不得被解释为要求其步骤以特定顺序进行。因此，如果方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序，或者权利要求或说明书中没有另行明确说明步骤应限于特定顺序，则无论如何都不得推断出顺序。这适用于任何可能的非明示解释依据，包括：与步骤安排或操作流程有关的逻辑问题；从语法组织或标点符号中得出的普通含义；以及说明书中描述的方面的数量或类型。

本文提及的所有出版物通过引用并入本文，以公开和描述与引用出版物有关的方法和/或材料。

定义

还应理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在是限制性的。如说明书和权利要求书中所使用，术语“包含(comprising)”可以包括“由……组成(consisting of)”和“主要由……组成(consisting essentially of)”的方面。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。在本说明书和所附权利要求书中，将参考本文应定义的许多术语。

如在说明书和所附权利要求书中所述使用，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。因此，例如，对“结晶或半结晶聚合物”的引用包括两种或多种结晶和/或半结晶聚合物的混合物。

如本文所使用，术语“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物等。

范围在本文中可表示为从一个值(第一值)到另一个值(第二值)。当表示这样的范围时，该范围在某些方面包括第一值和第二值中的一个或两个。同样，当值表示为近似值时，通过使用前缀“约”，将理解的是，特定值形成另一个方面。将进一步理解的是，每个范围的端点对于另一个端点来说是重要的，并且独立于另一个端点。还将理解的是，本文公开了许多值，除了值本身之外，每个值在本文中还被公开为“约”该特定值。例如，如果公开了值“10”，那么也公开了“约10”。还将理解的是，两个特定单位之间的每个单元也被公开。例如，如果公开了10和15，那么也公开了11、12、13和14。

如本文所使用，术语“约”和“为或约”是指所讨论的量或值可以是指定值、大约指定值或约与指定值相同。通常理解的是，如在本文中所使用，标称值指示±10％变化，除非另有说明或推断。该术语旨在传达类似的数值可以促进权利要求中引用的等效结果或效果。也就是说，可以理解的是，量、尺寸、配方、参数和其他数量和特性不是也不需要是精确的，但可以根据需要近似和/或更大或更小，反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。一般来说，无论是否明确规定，量、尺寸、配方、参数或其他数量或特性都是“约”或“近似”。可以理解的是，在定量值之前使用“约”时，参数还包括具体的定量值本身，除非另有说明。

如本文所用，术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的实例和其不发生的实例。例如，短语“可选的非晶聚合物”是指可以包括或可以不包括非晶聚合物，并且该描述包括包含非晶聚合物和不包含非晶聚合物的组合物。

本文公开了用于制备本公开内容的组合物的组分以及本文公开的方法中使用的组合物本身。本文公开了这些和其他材料，并且可以理解的是，当公开这些材料的组合、子集、相互作用、组等时，虽然可能没有明确公开这些化合物的每种不同的单独和集体的组合和排列的具体提及，但每种组合和排列在本文中都被具体地考虑和描述。例如，如果公开和讨论了一种特定化合物，并且讨论了可以对包括该化合物的多个分子进行的一些改变，则具体考虑了化合物和可能改型的每种及每一种组合和排列，除非另有相反说明。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以及组合分子的实例，A-D，那么即使没有单独述及每个分子，每个分子也被单独和总体考虑，这意味着组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F被认为已公开。同样地，这些的任何子集或组合也被公开。因此，例如，亚组A-E、B-F和C-E将被视为公开。这一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公开内容组合物的方法中的步骤。因此，如果有多种可以进行的额外步骤，则可以理解的是，这些额外步骤中的每一个都可以通过本公开内容的方法的任何特定方面或方面组合来进行。

在说明书和所附权利要求中，提及组合物或制品中特定元素或组分的重量份数，表示该元素或组分与该重量份数所表达的组合物或制品中任何其他元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，并且无论化合物中是否含有其他组分，都以该比例存在。

除非特定相反说明，否则组分的重量百分比基于包含该组分的制剂或组合物的总重量。

如本文所用，“聚碳酸酯”是指包括由碳酸酯键连接的一种或多种二羟基化合物(例如，二羟基芳香族化合物)的残基的低聚物或聚合物；它还包括均聚碳酸酯、共聚碳酸酯和(共)聚酯碳酸酯。

在提及聚合物的成分时使用的术语“残基”和“结构单元”在整个说明书中是同义词。

除非另有说明，否则本文中可互换使用的术语“重量百分比”、“wt％”和“wt.％”表示给定组分基于组合物总重量的重量百分比。也就是说，除非另有说明，否则所有wt.％值都基于组合物的总重量。应当理解的是，所公开的组合物或制剂中所有组分的wt.％值的总和等于100。

除非本文另有相反说明，否则所有测试标准均为在提交本申请时生效的最新标准。

本文公开的每种材料都是商业上可获得的和/或其生产方法为本领域技术人员所知的。

可以理解，本文公开的组合物具有某些功能。本文公开了执行所公开功能的某些结构要求，并且可以理解，与所公开的结构相关的各种结构可以执行相同的功能，并且这些结构通常会达到相同的结果。

热塑性组合物

本公开内容的方面涉及热塑性组合物，其包括：包含以下组分的热塑性组合物：(a)热塑性聚合物组分，其包括结晶或半结晶聚合物；(b)碳纤维；(c)约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包括非导电填料、有机成核剂或其组合；和(d)约0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物。碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于热塑性组合物的总重量。

在某些方面，结晶或半结晶聚合物包括聚酰胺、聚酯、聚丙烯、其共聚物或其组合。合适的聚酯组分包括但不限于，聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚(对苯二甲酸环己烷二甲醇酯)(poly(cyclohexylenedimethylene terephthalate))(PCT)、聚对苯二甲酸乙二醇乙二酯(polyethylene terephthalate glycol)(PETG)、聚对苯二甲酸乙二醇环己烷二甲醇酯(polycyclohexylene dimethylene terephthalateglycol)(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇二元酸酯(polycyclohexylene dimethyleneterephthalate acid)(PCTA)、其共聚物或其组合。PCT是由环己烷二甲醇(CHDM)和对苯二甲酸二甲酯(DMT)或对苯二甲酸(TPA)形成的结晶聚酯。PETG和PCTG是通过在聚合反应中加入乙二醇(EG)形成的共聚酯。如果共聚酯中少于50％的二元醇含量为CHDM，则形成PETG；如果共聚酯中大于50％的二元醇含量为CHDM，则形成PCTG。PCTA是通过加入额外的二元酸诸如间苯二甲酸(IPA)形成的。在特定方面，聚酯组分包括PBT、PET或其组合。

在特定方面，组合物包含约50wt.％至约97wt.％的结晶或半结晶聚合物。

在进一步的方面，结晶或半结晶聚合物包括聚酰胺。在特定方面，聚酰胺包括聚酰胺6(聚[氮烷二基(1-氧代己烷-1,6-二基)](poly[azanediyl(1-oxohexane-1,6-diyl)]))、聚酰胺6,6(聚(氮烷二基己二酰基氮烷二基己烷-1,6-二基)(poly(azanediyladipoylazanediylhexane-1,6-diyl)))或其组合。

在本申请中，使用了对“结晶”、“半结晶”和“非晶”聚合物的传统理解。例如，结晶聚合物被确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具有高熔融温度。它们受溶剂渗透的影响较小。半结晶聚合物既有结晶区也有非晶区。半结晶聚合物结合了结晶聚合物的强度和非晶聚合物的柔韧性。半结晶聚合物可以是坚韧的，具有弯曲而不断裂的能力。非晶聚合物具有带有分支或不规则基团的聚合物链，这些基团不能规则地堆积在一起形成晶体。聚合物的非晶区由随机卷曲和缠结的链组成；它们比结晶和半结晶聚合物更柔软，并且具有更低的熔点。

组合物在某些方面包括约1wt.％至约50wt.％的碳纤维。在进一步的方面，组合物包括约1wt.％至约20wt.％，或约1wt.％至约10wt.％的碳纤维。碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm。在某些方面，所述碳纤维的标称纤维直径为约5μm至约10μm。一种纯粹的示例性合适的碳纤维是可从Zoltek获得的65型碳纤维。这种纤维的施胶剂含量为按重量计约2.75wt.％，水分含量不超过约0.20％，并且标称纤维长度为约0.25英寸。

组合物包括约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包括非导电填料、有机成核剂或其组合。在其他方面，组合物包括约0.01wt.％至约5wt.％、或约0.01wt.％至约2wt.％、或约0.01wt.％至约1wt.％的至少一种成核剂。适用于本公开内容方面的示例性非导电填料包括但不限于，玻璃珠(中空和/或实心)、玻璃片、研磨玻璃、玻璃纤维、滑石、硅灰石、二氧化硅、云母、高岭土、蒙脱石粘土、二氧化硅、石英、重晶石及其组合。在特定方面，非导电填料为滑石。在某些方面，组合物包含多种成核剂。在某些方面，一种成核剂包括有机成核剂。示例性有机成核剂包括但不限于，脂肪族或芳香族羧酸的碱金属盐、基于磷的酸、基于硫的酸、环氧树脂、不同于热塑性聚合物组分的快速结晶聚合物、离聚物或其组合。示例性脂肪族羧酸的碱金属盐包括但不限于硬脂酸。

在包括碳纤维的结晶和半结晶聚合物组合物中，碳纤维起着成核剂的作用，使结晶/半结晶聚合物沿着纤维表面成核结晶。在碳纤维上形成的聚合物的结晶层称为跨晶结晶度，并且成核密度因聚合物而变化。碳纤维上的跨晶结晶度如图1A所示。如果成核密度足够高/厚，它可能会降低碳纤维的电性能。这是因为碳纤维上形成的聚合物层是不导电的，并且可降低碳纤维的整体导电性。这可以防止组合物充分发挥电气性能的潜力。

相比之下，在本公开内容的各个方面中发现，在聚合物/碳纤维组合物中加入诸如非导电填料等成核剂可提供竞争性成核剂，从而降低碳纤维的成核。图1B显示了具有降低的跨晶结晶度的碳纤维。即使少量的非导电填料也可用作良好的成核剂，从而降低碳纤维上的跨晶结晶度。总体结果是组合物的导电性的提高。

在某些方面，组合物包括大于0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物。在其它方面，组合物包括0.1wt.％至约30wt.％，或约0.5wt.％至约30wt.％，或约1wt.％至约30wt.％的非晶聚合物。示例性非晶聚合物包括但不限于，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜和聚醚酰亚胺。

在某些方面，组合物包括至少一种另外的添加剂。至少一种另外的添加剂可包括但不限于，酸清除剂、抗滴剂、抗氧化剂、抗静电剂、增链剂、着色剂、脱模剂(de-moldingagent)、流动促进剂、润滑剂、模释放剂(mold release agent)、增塑剂、淬灭剂、阻燃剂、UV反射添加剂、冲击改性剂、发泡剂、增强剂或其组合。至少一种另外的添加剂可以任何不会对组合物的期望性能产生显著不利影响的量包含在热塑性组合物中。

在特定方面，组合物包含小于2wt.％的除碳纤维外的另外的导电填料成分。如本文所述，使用非导电填料与碳纤维结合，可使所述组合物具有高导电性，而无需使用另外的导电填料组分。在某些方面，组合物不包含除碳纤维外的任何另外的导电填料组分。示例性导电填料组分包括但不限于，导电炭黑、石墨烯和碳纳米管。

在一些方面，组合物的表面电阻率比不包括至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少50％。在进一步的方面，组合物的表面电阻率比不包括至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少55％或至少一个数量级。表面电阻率可根据ASTM D257确定。

制造方法

本文所述的一种或任何前述组分可首先相互干混，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，或从一个或多个进料器单独进料到挤出机。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。组分可以从喉部料斗或任何侧进料器进料到挤出机。

本公开内容中使用的挤出机可以具有单螺杆、多螺杆、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、带销螺杆、带筛网螺杆、带销桶、辊、柱塞、螺旋转子、共捏合机、盘式包装处理器、各种其他类型的挤出设备，或包括前述至少一种的组合。

组分也可以混合在一起，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、拉力、压力、超声波能、电磁能、热能或包括至少一种上述力或能量形式的组合。

如果树脂是半结晶有机聚合物，则混料期间挤出机的桶温度可以设定为至少一部分聚合物达到大于或等于约熔融温度的温度；如果树脂是非晶树脂，则混料期间挤出机的桶温度可以设定为流动点(如玻璃化温度)的温度。

如果需要，包括上述组分的混合物可以进行多次共混和成型步骤。例如，热塑性组合物可以首先挤出并成型为颗粒。然后，可以将颗粒进料到成型机中，在那里它可以成型为任何所需的形状或产品。可选地，从单个熔融混合器中排出的热塑性组合物可以成型为片材或线材，并经历挤出后工艺，诸如退火、单轴或双轴取向。

本方法中熔体的温度在某些方面可以保持尽可能低，以避免组分的过度热降解。在某些方面，熔体温度保持在约230℃至约350℃之间，但可以使用更高的温度，只要树脂在加工设备中的停留时间保持相对较短。在某些方面，熔融加工的组合物通过模具中的小出口孔离开加工设备，诸如挤出机。产生的熔融树脂条可以通过将该条穿过水浴而进行冷却。冷却后的条可以被切成颗粒用于包装和进一步处理。

在特定方面，一种制造热塑性组合物的方法包括：

将热塑性聚合物组分——其包含结晶或半结晶聚合物，碳纤维，约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂——其包含非导电填料、有机成核剂或其组合，以及约0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物组合以形成混合物；和

使用包括挤出、注塑成型、压塑成型、真空成型或吹塑成型的方法由混合物形成热塑性组合物。碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于热塑性组合物的总重量。

制造的制品

在某些方面，本公开内容涉及包括热塑性组合物的成形、成型或模制制品。热塑性组合物可通过各种方法(诸如注塑成型、挤出、旋转成型、吹塑成型和热成型)成型为有用的成形制品，以形成制品和例如个人或商业电子装置，其包括但不限于手机、平板电脑、个人电脑、笔记本电脑和便携式电脑，以及其他此类设备、医疗应用、RFID应用、汽车应用等的结构部件。在特定方面，制品是汽车应用、商业机器应用或电气或电子(包括消费电子产品)应用的部件。在进一步的方面，制品是挤出成型的。在仍进一步的方面，制品是注塑成型的。

本公开内容包括本公开内容要素的各种组合，例如，来自从属权利要求的要素组合，这些从属权利要求从属于相同的独立权利要求。

本公开内容的各个方面

在各个方面，本公开内容涉及并至少包括以下方面。

方面1.一种热塑性组合物，其包含、由或主要由以下组分组成：

(a)热塑性聚合物组分，其包含结晶或半结晶聚合物；

(b)碳纤维；

(c)约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包含非导电填料、有机成核剂或其组合；和

(d)0wt.％至30wt.％的非晶聚合物，

其中所述碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm，

其中所述组合物的表面电阻率比不包括所述至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少50％，并且

其中所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于所述热塑性组合物的总重量。

方面2.根据方面1所述的热塑性组合物，其中所述结晶或半结晶聚合物包括聚酰胺、聚酯、聚丙烯、其共聚物或其组合。

方面3.根据方面1或2所述的热塑性组合物，其中所述结晶或半结晶聚合物包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚(对苯二甲酸环己烷二甲醇酯)(PCT)、聚对苯二甲酸乙二醇乙二酯(PETG)、聚对苯二甲酸乙二醇环己烷二甲醇酯(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇二元酸酯(PCTA)、其共聚物或其组合。

方面4.根据方面1至3中任一方面的热塑性组合物，其中所述组合物包括约50wt.％至约97wt.％的结晶或半结晶聚合物。

方面5.根据方面1至4中任一方面的热塑性组合物，其中所述组合物包括约1wt.％至约50wt.％的碳纤维。

方面6.根据方面1至5中任一方面的热塑性组合物，其中所述组合物包括非导电填料，所述非导电填料包含玻璃珠、玻璃片、研磨玻璃、玻璃纤维、滑石、硅灰石、二氧化硅、云母、高岭土、蒙脱石粘土、二氧化硅、石英、重晶石或其组合。

方面7.根据方面6所述的热塑性组合物，其中所述非导电填料包括滑石。

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，其中所述组合物包括有机成核剂，所述有机成核剂包含脂肪族或芳香族羧酸的碱金属盐、基于磷的酸、基于硫的酸、环氧树脂、不同于所述热塑性聚合物组分的快速结晶聚合物、离聚物或其组合。

方面9.根据方面1至8中任一方面所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括多种成核剂。

方面10.根据方面1至9中任一方面所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括大于0wt.％至约30wt.％的非晶聚合物。

方面11.根据方面1至10中任一方面所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括至少一种另外的添加剂。

方面12.根据方面11所述的热塑性组合物，其中所述至少一种另外的添加剂包括酸清除剂、抗滴剂、抗氧化剂、抗静电剂、增链剂、着色剂、脱模剂(de-molding agent)、流动促进剂、润滑剂、模释放剂(mold release agent)、增塑剂、淬灭剂、阻燃剂、UV反射添加剂、冲击改性剂、发泡剂、增强剂或其组合。

方面13.根据方面1至12中任一方面所述的热塑性组合物，其中所述组合物不包括除碳纤维之外的导电填料组分。

方面14.根据方面1至13中任一方面所述的热塑性组合物，其中所述组合物的表面电阻率比不包括所述至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少一个数量级。

方面15.一种制品，其包含根据方面1至14中任一方面所述的热塑性组合物。

方面16.根据方面15所述的制品，其中所述制品包括用于汽车应用、商业机器应用或电气或电子应用的部件。

方面17.一种制造热塑性组合物的方法，其包括、由或主要由以下步骤组成：

将热塑性聚合物组分——其包含结晶或半结晶聚合物，碳纤维，约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂——其包含非导电填料、有机成核剂或其组合，以及约0wt.％至30wt.％的非晶聚合物组合以形成混合物；和

使用包括挤出、注塑成型、压缩成型、真空成型或吹塑成型的方法由所述混合物形成所述热塑性组合物，

其中所述碳纤维标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm，

其中所述组合物的表面电阻率比不包括所述至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少50％，并且

其中所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于所述热塑性组合物的总重量。

实施例

提出以下实施例，以便为本领域普通技术人员提供本文所要求保护的化合物、组合物、制品、装置和/或方法如何进行和评估的完整公开和描述，并且旨在纯粹是示例性的，并不旨在限制本公开内容。已努力确保数字(例如，量、温度等)的准确性，但应考虑一些误差和偏差。除非另有说明，否则份是按重量计的份，温度是以℃为单位或处于环境温度，并且压力处于或接近大气压。除非另有说明，否则提及组成的百分比是以wt.％表示的。

反应条件有很多变化和组合，例如，组分浓度、所需的溶剂、溶剂混合物、温度、压力以及可用于优化从所述方法中获得的产物纯度和收率的其他反应范围和条件。只需合理和常规的实验来优化这些工艺条件。

表1中列出了比较和实例组合物中使用的组分：

表1-使用的组分

根据表2制备并测试了包括聚酰胺和碳纤维的组合物。比较组合物C1不包括另外的成核剂(滑石)。实例组合物Ex1和Ex2包括滑石：

表2-比较和实例组合物和性能

如表3所示，制备并测试了包括导电炭黑(CCB)的另外的比较组合物：

表3-比较组合物和性能

根据ASTM D638测试拉伸模量、拉伸强度和断裂拉伸伸长率。根据ASTM D790测定挠曲模量和断裂挠曲应力。根据ASTM D256测定无缺口和有缺口Izod冲击强度。根据ASTMD257测定表面电阻率。根据ISO 1133-1:2011测定MVR。根据ASTM D648测定HDT。根据ASTMD792测定SG。根据ASTM D3418测定Tm、Tc和结晶度。根据ASTM E1131测定TGA。

如表2所示，将C1与Ex1和Ex2进行比较，包含高达1％的滑石显示表面电阻率从2.17E+08显著降低到7.49E+05(即，电导率增加)。表3中的比较实施例显示了包含导电炭黑的组合物。包含7％ CCB的比较组合物C4的SR为2.82E+06。令人惊讶的是，CF与1％负载量的非导电填料组合比CF与7％负载量的导电填料CC以的常规组合更能改善电导率。这一结果很好地证明了CF与成核剂(诸如非导电填料)的组合可以帮助降低CF上的跨晶结晶度，并有助于提高半结晶聚合物-CF复合材料的电导率。对于半结晶聚合物和CF的复合材料，调整碳纤维上的跨晶结晶度可以显著改善电性能，而不是增加整体结晶度，如表2和3所示。

如表4所示，制备并测试了使用PBT作为主要树脂的另外的比较和实例组合物：

表4-比较组合物和性能

实例组合物Ex3包含硬脂酸钠作为有机成核剂。硬脂酸钠是根据本发明的脂肪族羧酸的碱金属盐。从性能来看，发现实例组合物Ex3的大部分机械性能与比较组合物C5相似或略低，但仍然是可接受的。然而，发现组合物Ex3的表面电阻率比组合物C5低约60％。

上述描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(或其一个或多个方面)可以彼此组合。其他方面也可以使用，诸如本领域普通技术人员在阅读上述描述后可以使用其他方面。提供摘要是为了符合37C.F.R.§1.72(b)，以使读者快速确定本技术公开内容的性质。提交摘要的前提是，不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在上述具体实施方式中，各种特征可以组合在一起以简化公开内容。这不应被解释为意指未要求保护的公开的特征对任何权利要求都是必不可少的。相反，创造性主题可不包括特定公开方面的所有特征。因此，所附权利要求在此作为实例或方面并入具体实施方式中，每项权利要求都作为一个单独的方面，并且可以预期的是，这些方面可以以各种组合或排列方式相互结合。应参考所附的权利要求以及这些权利要求所享有的全部等效范围来确定本公开内容的范围。

Claims (15)

1.一种热塑性组合物，其包含：

(a)热塑性聚合物组分，其包含结晶或半结晶聚合物；

(b)碳纤维；

(c)约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包含非导电填料、有机成核剂或其组合；和

(d)0wt.％至30wt.％的非晶聚合物，

其中所述碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm，

其中所述组合物的表面电阻率比不包括所述至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少50％，并且

其中所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于热塑性组合物的总重量。

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合物包括聚酰胺、聚酯、聚丙烯、其共聚物或其组合。

3.根据权利要求1或2所述的热塑性组合物，其中所述结晶或半结晶聚合物包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚(对苯二甲酸环己烷二甲醇酯)(PCT)、聚对苯二甲酸乙二醇乙二酯(PETG)、聚对苯二甲酸乙二醇环己烷二甲醇酯(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇二元酸酯(PCTA)、其共聚物或其组合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括约50wt.％至约97wt.％的所述结晶或半结晶聚合物。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括约1wt.％至约50wt.％的所述碳纤维。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括非导电填料，所述非导电填料包括玻璃珠、玻璃片、研磨玻璃、玻璃纤维、滑石、硅灰石、二氧化硅、云母、高岭土、蒙脱石粘土、二氧化硅、石英、重晶石或其组合。

7.根据权利要求6所述的热塑性组合物，其中所述非导电填料包括滑石。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括有机成核剂，所述有机成核剂包括脂肪族或芳香族羧酸的碱金属盐、基于硫的酸、环氧树脂、不同于所述热塑性聚合物组分的快速结晶聚合物、离聚物或其组合。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括大于0wt.％至约30wt.％的所述非晶聚合物。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括至少一种另外的添加剂。

11.根据权利要求10所述的热塑性组合物，其中所述至少一种另外的添加剂包括酸清除剂、抗滴剂、抗氧化剂、抗静电剂、增链剂、着色剂、脱模剂、流动促进剂、润滑剂、模释放剂、增塑剂、淬灭剂、阻燃剂、UV反射添加剂、冲击改性剂、发泡剂、增强剂或其组合。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物不包括除所述碳纤维之外的导电填料组分。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物的表面电阻率比不包括所述至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少一个数量级。

14.一种制品，其包含根据权利要求1至13中任一项所述的热塑性组合物，其中所述制品包括用于汽车应用、商业机器应用或电气或电子应用的部件。

15.一种制备热塑性组合物的方法，包括：

将(a)热塑性聚合物组分，其包含结晶或半结晶聚合物，(b)碳纤维，(c)约0.01wt.％至约10wt.％的至少一种成核剂，其包含非导电填料、有机成核剂或其组合，和(d)0wt.％至30wt.％的非晶聚合物组合以形成混合物；和

使用包括挤出、注塑成型、压塑成型、真空成型或吹塑成型的方法由所述混合物形成所述热塑性组合物，

其中所述碳纤维的标称纤维直径为约3微米(μm)至约13μm，

其中所述组合物的表面电阻率比不包括所述至少一种成核剂的基本相同的参考组合物的表面电阻率低至少50％。并且

其中所有组分的组合重量百分比值不超过100wt.％，并且所有重量百分比值均基于热塑性组合物的总重量。