FI117511B - Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos - Google Patents
Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos Download PDFInfo
- Publication number
- FI117511B FI117511B FI20010707A FI20010707A FI117511B FI 117511 B FI117511 B FI 117511B FI 20010707 A FI20010707 A FI 20010707A FI 20010707 A FI20010707 A FI 20010707A FI 117511 B FI117511 B FI 117511B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- polymer
- surface tension
- polymer blend
- polymeric
- blend
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 47
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 title claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 59
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims description 26
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 22
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 12
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 10
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 7
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 7
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 7
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 7
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 7
- 229920006659 PA12 Polymers 0.000 description 6
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 6
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 5
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 5
- 239000004713 Cyclic olefin copolymer Substances 0.000 description 4
- -1 Polybutylene Terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 229920000638 styrene acrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 239000011145 styrene acrylonitrile resin Substances 0.000 description 3
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012994 photoredox catalyst Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000299 Nylon 12 Polymers 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 241000246358 Thymus Species 0.000 description 1
- 235000007303 Thymus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002801 charged material Substances 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- NPURPEXKKDAKIH-UHFFFAOYSA-N iodoimino(oxo)methane Chemical compound IN=C=O NPURPEXKKDAKIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- 239000001585 thymus vulgaris Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
- C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
- H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Description
117511
Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos
Keksinnön kohteena on menetelmä sähköä johtavan polymee-5 riseoksen valmistamiseksi, jossa: valitaan ainakin kaksi polymeerimateriaalia, jotka ovat toisiinsa oleellisesti sekoittumattomia, sekoitetaan kyseiset polymeerimateriaalit seokseksi niin, että ainakin yksi polymeerimateriaaleista muodostaa läpi seoksen jatkuvan kolmiulotteisen faasin, sekoitetaan mainittuun seokseen sähköä johtavaa täyteainetta.
10 Edelleen keksinnön kohteena on sähköä johtava polymeeriseos.
Polymeerit ja polymeeriseokset ovat yleensä sähköisiltä ominaisuuksiltaan eristeitä. Eräissä sovellutuskohteissa on kuitenkin edullista, että polymeerimateriaalilla on jonkinasteinen sähkönjohtokyky. Tällaisia sovellutus- : kohteita ovat esimerkiksi eräiden elektronisten laitteiden kotelot, antistaattiset 15 pakkaukset, palavien aineiden säiliöt ja putkistot, elektrostaattisesti maalattavat kohteet ja monet muut sinänsä tunnetut sovellutuskohteet. Huomautettakoon, että tässä hakemuksessa tarkoitetaan polymeerimateriaalilla yhden tai Ij useamman polymeerin ja lisäaineiden seokseen perustuvaa materiaalia, jossa polymeerit ovat yhtenäisenä ja materiaalin luonteen määrittävänä faasina.
20 On tunnettua valmistaa sähköä johtavia polymeeriseoksia seosta malla eli täyttämällä polymeerimateriaali sähköä johtavilla lisä- tai täyteaineilla.
Johtavina täyteaineina käytetään yleisemmin sähköä johtavaa nokea, hiilikuitua, metallijauheita ja -kuituja, kuten myös erilaisia sähköäjohtavalla materiaa-lilla pinnoitettuja partikkeleita ja kuituja. " 25 Jotta täytetty materiaali johtaisi sähköä, pitää täytteenä olevien säh- • · · j\# köä johtavien partikkelien koskettaa toisiinsa tai niiden välisen etäisyyden pitää .···. olla hyvin pieni ja muodostaa johtava ketju materiaalin lävitse. Jos partikkelit • · ovat tasaisesti jakautuneena materiaaliin, pitää niiden tilavuusosuuden olla » » melko suuri, jotta ne muodostavat sähköä johtavan rakenteen. Suuri tila-**·* 30 vuusosuus täyteainetta polymeerimateriaalin muodostamassa muovimatriisis- sa kuitenkin huonontaa yleensä voimakkaasti muun muassa materiaalin me- f *·ί·! kaanisia ominaisuuksia, työstettävyyttä tai pinnanlaatua. Lisäksi materiaalin :...! hinta usein nousee huomattavasti.
Sähkönjohtavuuteen tarvittavaa täyteainepitoisuutta on pyritty pie-35 nentämään monin tavoin esimerkiksi kuitumaisilla johtavilla täyteaineilla ja par-tikkelikooltaan hyvin pienillä johtavilla täyteaineilla. Esimerkiksi kuitumaisilla • · • · · • · · * » • * 2 117511 johtavilla partikkeleilla saadaan johtavuus aikaiseksi pallomaisia partikkeleita pienemmillä pitoisuuksilla. Lisäksi kuitumaisilla materiaaleilla on usein matriisia lujittava vaikutus. Haittapuolena on kuitujen suuntautuminen ja pilkkoutuminen sulatyöstössä sekä korkea hinta, jotka rajoittavat oleellisesti kuitujen käyttöä.
5 Partikkelikooltaan hyvin pienet täyteaineet, kuten noki ja hiilimusta (carbon black), sopivasti käsiteltyinä muodostavat usein usean partikkelin ketjuja, jolloin riittävä johtavuustaso saavutetaan suhteellisen pienillä pitoisuuksilla. Partikkelikooltaan hyvin pienten täyteaineiden dispergoituminen muovisulaan vaatii voimakkaasti leikkaavan sulasekoituksen, joka voi vaurioittaa muovimatrii-10 siä. Toisaalta riittämätön sulasekoitus johtaa huonoon dispergoitumiseen, mikä heikentää materiaalin niin mekaanisia ominaisuuksia kuin sähkönjohtavuuttakin. Hienojakoinen täyteaine nostaa myös merkittävästi muovin sulavis-kositettia ja heikentää siten sen työstettävyyttä. Myös työstö-olosuhteet vaikuttavat partikkeleiden johtavuuteen.
15 Tarvittavaa täyteaineen määrää voidaan myös vähentää muodos tamalla muovimatriisi kahdesta tai useammasta polymeerimateriaalista siten, että ne muodostavat vähintäin kaksi erillistä faasia ja että johtava täyteaine dispergoituu pääosin vain osaan, edullisesti yhteen, kyseisistä faaseista. Jotta kyseisen tyyppinen seos johtaisi sähköä, pitää ainakin johtavaa täyteainetta 20 olevan faasin olla jatkuva. Lisäksi myös ainakin yhden toisen faasin oltava jatkuva, jotta saavutettaisiin hyvät mekaaniset ominaisuudet ja/tai työstöominai-suudet. Toisin sanoen vähintäin kahden polymeerimateriaalin pitää muodostaa jatkuva kolmiulotteinen faasi ja täyteaineen pitää hakeutua pääosin vain toi- • » ί **« seen faaseista. Kyseisen tyyppisiä rakenteita on esitetty esimerkiksi US- 25 patentissa 5844037, kansainvälisessä patenttihakemuksessa WO 9941 304, ·1·., EP-patenttihakemuksessa 0272 541, EP-patenttihakemuksessa 0718350 ja • .**·. EP-patenttihakemuksessa 0 581 541, mutta niille kaikille on tyypillistä, että niissä ei esitetä mitään selkeää menetelmää sähköä johtavan polymeeriseok- m···' sen valmistamiseksi. Niissä ei esitetä perustelua kaksifaasirakenteen syntymi- 1 • · **’ 30 selle eikä syytä sähköä johtavan täyteaineen jakautumiselle pääosin vain yh teen polymeerimateriaalifaasiin.
• 1 · *·:** Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä säh- ···_· köä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja polymeeriseos, joissa väl-tetään edellä mainittuja epäkohtia.
• · .**·. 35 Keksinnön mukaiselle menetelmälle sähköä johtavan polymee- !i t riseoksen valmistamiseksi on tunnusomaista, että sähköä johtava täyteaine si- ···«» 1 » ··· 1 ί ·1···· 3 117511 sältää metallia ja että jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeerimateriaalin pintajännitysero on vähintään 2 mN/m muihin polymeeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitykseen verrattuna.
Edelleen keksinnön mukaiselle sähköä johtavalle polymeeriseoksel-5 le on tunnusomaista, että polymeeriseos on valmistettu patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä.
Keksinnön olennainen ajatus on, että toistensa kanssa sekoitettavista polymeerimateriaaleista ainakin yksi muodostaa polymeeriseoksessa jatkuvan kolmiulotteisen faasin ja jonka jatkuvan faasin muodostavan polymee-10 rimateriaalin pintajännitysero on vähintäin 2 mN/m muihin sekoitettuihin poly-meerimateriaaleihin verrattuna mitattuna samalla menetelmällä. Edelleen keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeerimateriaalin pintajännitys on vähintään 2 mN/m suurempi kuin muiden polymeeriseoksen muodostavien poly-15 meerimateriaalien pintajännitys ja että sähköä johtavan täyteaineen pintajännitys on suurempi kuin polymeeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitys. Edelleen keksinnön erään toisen edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeeri-materiaalin pintajännitys on vähintään 2 mN/m pienempi kuin muiden poly-20 meeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitys ja että sähköä johtavan täyteaineen pintajännitys on pienempi kuin polymeeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitys. Edelleen erään kolmannen | edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että polymeeriseos käsittää aina-kin kaksi kolmiulotteista jatkuvaa faasia.
25 Keksinnön etuna on, että se tarjoaa erittäin selkeän ja yksinkertai- *·· 1 . % sen menetelmän johtavien polymeeriseosten matriisiyhdistelmien valmistami- .·1·. seksi. Verrattuna yksifaasirakenteeseen saavutetaan riittävä sähkönjohtokyky .!"· erittäin pienellä sähköä johtavan täyteaineen tilavuusosuudella, koska johtava • · t... täyteaine hakeutuu suhteellisen pieneen osaan matriisin tilavuutta eli pääosin *·1·1 30 vain yhteen polymeerimateriaalifaasiin, sen sijaan että se jakautuisi homo geenisesti koko seoksen matriisimateriaaliin. Polymeeriseos on työstettävissä *·ΐ·: monipuolisesti muoviteollisuudessa yleisesti käytössä olevilla työstölaitteiIla ja s- t f · -menetelmillä, kuten esimerkiksi ruiskuvalamalla, ekstruusiolla, lämpö- muovaamalla tai jollakin muulla sellaisella. Huolimatta hyvästä sähkönjohtoky-• · 1 .···. 35 vystä on keksinnön mukaisen seoksen sulaviskositeetti on alhainen, jolloin sii- • ♦ -i- ’2 tä voidaan valmistaa korkealaatuisia ja muodoltaan vaativia tuotteita.
• 1 »···· • · · · • » · • · 2 • · 4 117511
Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa suoritusesimerkeissä ja kuviossa, joissa kuvioissa 1 ja 2 on esitetty mikroskooppikuva eräästä keksinnön mukaisesta seoksesta.
Esimerkki 1 5 Sekoitettiin valittuja polymeerimateriaalipareja A ja B, jotka on esitetty taulukossa 1, 1:1 tilavuusosuuksin. Polymeerimateriaaliparien valinnassa Sl oli kriteerinä mahdollisimman lähellä toisiaan olevat sulaviskositeetit leikkaus-nopeuksien 100 - 1000 1/s välisellä alueella. Tavoitteena oli viskositeettien suhde noin 1:2 -1:0,5, koska seokseen haluttiin saada aikaan kaksi jatkuvaa 10 polymeerimateriaalifaasia. Seosten viskositeettisuhde arvoitiin valmistajien antamista viskositeetti-leikkausnopeuskäyristä. Sekoitukset tehtiin Brabender -vääntöreometrin W50E -sekoitinpäällä. Sulaan muoviseokseen lisättiin nikkeli-partikkelia siten, että nikkelin määrä lopullisesta seoksesta oli n. 50 paino-% eli noin 11-12 tilavuus-% matriisipolymeerimateriaalien tiheydestä riippuen.
15 Käytetty nikkeli oli INCO 210, jonka partikkelikoko on noin 0,5-1 pm. Noin viiden minuutin sekoituksen jälkeen reometri pysäytettiin ja seos kaavittiin alu-miinivuokaan, jossa sen annettiin jäähtyä. Jäähtynyt massa rouhittiin Rapid -granulaattorilla, rouhetta punnittiin muottiin sopiva määrä ja puristettiin lämmitettävässä puristimessa levyiksi, jotka jäähdytettiin puristin suljettuna. Sekä 20 sekoituksessa että puristuksessa käytettiin seoksen korkeammassa lämpöti- 1 lassa työstettävän muovin alinta soveltuvaa työstölämpötilaa. Taulukossa 1 on >.
esitetty ominaisresistiivisyydet ahtopuristetusta näytteestä mitattuna kaksipis-temenetelmällä, mittausjännitteenä 1 voltti ja anturien välinen etäisyys 53 mm.
* * · • * *·* :·. 25 Taulukko 1 * ·· r I > 1 I I I I ' ·™ ' | .···. Nro Faasi A Faasi B Pinta- Ominais- Viskositeetti- • · (suurempi (pienempi jännitysero vastus suhde (A:B) __pintajännitys) pintajännitys) [mN/mj [ohm.cm]__ 1 PBT__PA6__14__0,018__T8J_ 2 PA66__PA6__6^3__0,044 1,8:1_ :···: 3 PBT__PMMA 6,7 0,006_ 0,8:1 : 4 PBT__PC 4,9 2_ 0,5:1 :Y: 5 PBT__SAN 4,8-6 0,019 2,8:1 _6_ PA66__PMMA__5,4 0,063 0,6:1_ 7 PA66__PC__3J5__0,180 0,4:1_ .! .* 8 PMMA PA6 2,7 0,007 3,5:1 * · » ' - 1 " i." 1- 1 1 * · • · 5 117511 9 PC__PMMA__1j8__>1x101Q 0,75:1 10 SAN__PC__0,1-1,8 >1x101Q 0,4:1_ .
11 Isan pmma 10-1,9 >ixio10 o,4:i
Polymeerien lyhenteet ovat aukikirjoitettuna: PBT = poly- buteenitereftalaatti, PA6 = polyamidi-6, PA66 = polyamidi-66, PMMA = poly-metyylimetakrylaatti, PC = polykarbonaatti, SAN = styreeni/akryyinitriiIi-5 kopolymeeri, ja ABS = akryylinitriili/butadieeni/styreeni-kopolymeeri. Pintajän-nitysarvoina on käytetty pääosin Polymer Handbook taulukkoarvoja.
Kuviossa 1 ja 2 on esitetty mikroskooppikuvat taulukon 1 seoksesta numero 3 muodostetusta granulaatista. Matriisin PMMA on liuotettu pois etyyliasetaatilla, jolloin on jäänyt jäljelle sähköä johtava jatkuva PBT-faasi. Kuvios-10 sa 1 käytetty suurennus on 2000- ja kuviossa 2 5000-kertainen. Kuten havaitaan muodostaa sähköä johtava jatkuva faasi verkkomaisen kolmiulotteisen ja koko seostilavuuteen ulottuvan hienorakenteisen verkkomaisen rakenteen.
Sähköä johtava täyteainepartikkeli on kooltaan edullisesti alle 5 pm. Tällöin täyteainepartikkelit mahtuvat hyvin johtavan faasin sisään.
15 Esimerkki 2
Sekoitettiin esimerkissä 1 esitettyjä polymeerimateriaalipareja noin 1:1 tilavuusosuuksin Berstorff:in 25 mm:n kaksiruuvikompaunderilla. Esisekoi-tettu seos syötettiin kompaunderin ruuvin alkuun ja sulaan muoviin syötettiin jauhemainen nikkeli gravimetrisella annostelulaitteella. Tässäkin esimerkissä • 1·· 20 nikkelin määrä lopullisesta seoksesta oli noin 50 paino-% eli noin 11-12 tila- vuus % matriisipolymeerimateriaalien tiheydestä riippuen. Seos granuloitiin, kuivattiin ja ruiskuvalettiin Engel 200/50 HL -koneella ISO-standardin mukai- * ;11; seen koesauvamuottiin. Koska kokemuksen mukaan ahtopuristetuista näyt- * 1 1 teistä saadaan mitattua ruiskuvalettuja näytteitä paremman johtavuusarvot, 25 niin ahtopuristettuina johtamattomista seoksista ei tehty kuin yksi seoserä • · (numero 11) ruiskuvalukokeita varten.
. Taulukossa 2 on esitetty ominaisresistiivisyydet ruiskupuristetusta • · · *;!;1 näytteestä mitattuna. Taulukossa on esitetty paras ominaisresistiivisyyden ar- • · '£! *··1 vo mitattuna eri nopeuksilla ruiskutetuista vetokoesauvoista kaksi-tai nelipis- f 30 temenetelmällä.
• · : t' ·> • · · ··»·».
• · 1 1 • · · * · • « 6 # 117511
Taulukko 2_ _ " ·_ __ ί
Seos Faasi A (suu- Faasi B Pinta- Ominais- Viskositeetti-
Nro rempi pintajän- (pienempi jännitysero vastus suhde (A:B) _nitys)_pintajännitys) [mN/m] [ohm.cm]__ 1 _PBT_PA6_14_OA_UI_ 2 _PA66_PA6_^8_75_78J_ 3 _PBT_PMMA_67_07_OJfcl_ 5 _PBT_SAN_4,8-6 13_2£A_ 6 _PA66_PMMA_5,4 0,4_0,6:1 7 _PA66_PC_3J)_15_0^1_ 8 _PMMA_PA6_2J_07_3,5:1 n Isan Ipmma |o-i,9 |>ixio10 |o,4:i
Taulukoissa 1 ja 2 olevista ominaisresistiivisyyksien mittaustuloksista nähdään yllättävästi, että kun polymeerimateriaaliparin pintajännitysero on 5 noin 2 mN/m tai enemmän, kuten seosnumeroissa 1 - 8, on seoksen ominais-vastus niin alhainen, että seos on johtava. Sen sijaan pintajännityseron ollessa alhaisempi, kuten on seosnumeroissa 9 -11, ei seos johda sähköä. Oleellinen ero sähkönjohtavuudessa selittyy seuraavasti: koska metallipartikkeleiden pintajännitys on tunnetusti suurempi kuin polymeerimateriaalien, nikkelipartikkeli 10 dispergoituu pääosin siihen faasiin, jonka pintajännitys on suurempi. Kun faa-sien pintajännitysero on noin 2 mN/m tai enemmän, dispergoituu niin suuri • * " osuus nikkelipartikkeleista faasiin A, että partikkelit muodostavat sähköä joh- *·..* tavia polkuja, jotka ulottuvat koko faasin A läpi. Seoksissa 9-11 on faasien · : *·· välinen pintajännitysero niin vähäinen, että johtavia partikkeleita dispergoituu 15 oleellisia määriä niihin kumpaankin. Tällöin sähköä johtavien partikkeleiden ti- ·:··: heys on kummassakin faasissa liian alhainen, jotta muodostuisi koko faasin :*"· läpi ulottuvia sähköä johtavia polkuja. Toki myös sekoitusten 9 -11 faasiyhdis- • · · telmät voidaan saada sähköä johtaviksi lisäämällä oleellisesti johtavan täyteai-. ,·. neen määrää, mutta kuten jo aikaisemmin on todettu, suuri tilavuusosuus täy- ·*· · i 20 teainetta muovimatriisissa huonontaa yleensä voimakkaasti seoksen mekaa-"* nisiä ominaisuuksia ja työstettävyyttä sekä nostaa huomattavasti seoksen hin- 0/. taa.
Polymeerimateriaalien tilavuusosuuksien suhde niiden sulaviskosi-teettiin noudattaa kaavaa .:; 25 rJy^KJi/tk (yhtälö 1) « * · ···.·-• · 7 117511 missä Vi = polymeerimateriaali 1:n ja johtavan täyteaineen yhteenlaskettu tilavuusosuus koko seoksen tilavuudesta, V2 = polymeerimateriaali 2:n tilavuusosuus koko seoksen tilavuudesta, K = kerroin, joka saa arvonsa välillä 0,3 < K < 3, T|i = polymeerimateriaali 1:n viskositeetti ja η2 = polymeerimateri-5 aali 2:n viskositeetti leikkausnopeusalueella noin 100 - 1000 1/s mitattuna samalla menetelmällä. Tilavuusosuuksia ja viskositeetteja verratessa huomioidaan täyteaineen vaikutus muovien kyseisiin ominaisuuksiin. Esitetty viskosi-teettisuhde mahdollistaa kahden jatkuvan kolmiulotteisen faasirakenteen muodostumisen seokseen. Toiseen kyseisistä jatkuvista faaseista dispergoituu 10 pääosa sähköä johtavasta täyteaineesta ja toinen jatkuva faasi parantaa seoksen mekaanisia ja työstöominaisuuksia. Taulukossa 1 ja 2 olevilla materiaaleilla saadaan kertoimen K arvoksi arvoja väliltä 0,3 - 2,7 viskositeettisuh-teilla ηι:τ)2 = 0,4:1 - 3,5:1, kun ^/^ = 0,56 (0,44 tilavuusosaa polymeeriä + 0,12 t-osaa nikkeliä) ja V2 = 0,44. ' 15 Esimerkki 3
Valmistettiin seokset esimerkin 1 mukaisesti mutta siten, että materiaalien tilavuussuhteet poikkesivat esimerkin 1 tilavuussuhteesta 1:1. Myös nikkelipulverin osuus kokonaistilavuudesta laski, koska dispergoivan faasin A tilavuusosuus pieneni ja nikkelin osuus dispergoivasta faasista oli edelleen 20 noin 22 t-%. Taulukossa 3 on esitetty ahtopuristetuista näytteistä mitatut ominaisvastukset.
I’·.. Taulukko 3 • I............ I 1 11
Faasi A Faasi B polymeerien viskositetti- Ni Faasien ominais- ·*·.. tilavuussuhde suhde t% tilavuus- vastus .**·.______suhde [ohm.cm] PBT PMMA 1:2,6 1:1,5 7,4 1:2 0,179 PBT PM MA 1:2,6__V2A__7,4 1:2 0,031 PA6.6 l PC l 1:2,3 l 1:1,2 [7,6 l 1:1,8 l 0,6 « · « *;"* 25 Taulukon 3 materiaaleilla kertoimen K arvo on välillä 0,8 - 1,5. Ku- • ♦ *···* ten taulukosta 3 nähdään, saavutettiin hyvin alhaisia ominaisvastusarvoja.
:V: Esimerkit ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollista- maan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaa- • « · * . timusten puitteissa. Niinpä keksintö ei luonnollisestikaan rajoitu oheisissa esi- / 30 merkeissä esitettyihin muovien seoksiin. Eräitä muita keksinnön mukaisesti • * · • · • φ 8 ' 117511 ί 1 · 1 sovellettavia polymeerimateriaaliseoksia on esitetty taulukossa 4. Luonnolli-sesti keksintöä voidaan soveltaa muihinkin polymeerimateriaaliseoksiin.
Taulukko 4_ :_
Dispergoiva faasi__Toinen faasi_ PBT tai PA66 POM, PET, SAN, PC, PMMA, PS, PA6, PA12, poly- _ olefiinit (PP, COC, PMP), LCP_ POM tai PET PC, PMMA, PS, PA6, PA12, polyolefiinit (PP, COC, ___PMP)_ SAN tai PC__PS, PA6, PA12, polyolefiinit (PP, COC, PMP)_ PMMA__PA6, PA12, polyolefiinit (PP, COC, PMP), LCP_ PA6 PA12, polyolefiinit (PP, COC, PMP) 5 POM = polyoksimeteeni, PET = polyeteenitereftalaatti, PS = poly- styreeni, PA12 = polyamidi-12, PP = polypropeeni, COC = syklinen polyolefiini kopolymeeri, PMP = polymetyylipenteeni, LCP = nestekidepolymeerit
Johtavan täyteaineen partikkelin perusmuoto voi olla esimerkiksi 10 pallo, kuutio, hiutale, kuitu tai jokin muu sinänsä tunnettu partikkelimuoto. Täyteaine voi myös sisältää kahta tai useampaa eri partikkelimuotoa. Täy-teainepartikkeli voi olla kauttaaltaan johtavaa materiaalia tai se voi olla johtavalla materiaalilla pinnoitettuja partikkeleita. Johtava täyteaine voi sisältää muutakin sinänsä tunnettua johtavaa materiaalia kuin nikkeliä, kuten esimer- * * :'·* 15 kiksi hopeaa tai grafiittia. Sähköä johtava täyteaine voi olla myös sähköä joh- • · · *·.„* tavaa polymeeriä. Voidaan soveltaa myös esimerkiksi nokea ja hiilimustaa tai muita vastaavia johtavia hienojakoisia täyte- tai lisäaineita. Voidaan myös so- veltaa kahden tai useamman johtavan täyteaineen seosta. Johtavan täyteai- ··.·· neen pitoisuus voi luonnollisesti vaihdella sinänsä tunnetuissa rajoissa johta- .···. 20 vassa faasissa. Seos voi käsittää useammankin kuin kaksi polymeerimateriaa- lifaasia; esimerkiksi faasirakenne voidaan stabiloida patentissa US 4088626 esitetyllä tavalla lisäämällä seokseen sopivaa blokki-kopolymeeriä tai muuta "l vastaavaa kompatibilisaattoria. Mikäli sähköä johtavan täyteaineen pintajänni- a • # *·;·* tys on pienempi kuin polymeeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien : V: 25 pintajännitys ja jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeerimateri- aalin pintajännitys on vähintään 2 mN/m pienempi kuin muiden polymee- ··♦ riseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitys, hakeutuu täyte- .* aine kyseiseen jatkuvaan faasiin.
• · * • 4 • Φ
Claims (9)
1. Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi, jossa: valitaan ainakin kaksi polymeerimateriaalia, jotka ovat toisiinsa oleelli- 5 sesti sekoittamattomia, sekoitetaan kyseiset polymeerimateriaalit seokseksi niin, että ainakin yksi polymeerimateriaaleista muodostaa läpi seoksen jatkuvan kolmiulotteisen faasin, sekoitetaan mainittuun seokseen sähköä johtavaa täyteainetta, tunnettu siitä, että sähköä johtava täyteaine sisältää metallia ja että jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeerimateriaalin pin-10 tajännitysero on vähintään 2 mN/m muihin polymeeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitykseen verrattuna.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e tt u siitä, että jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeerimateriaalin pintajännitys on vähintään 2 mN/m suurempi kuin muiden polymeeriseoksen muo- 15 dostavien polymeerimateriaalien pintajännitys ja että sähköä johtavan täyteaineen pintajännitys on suurempi kuin polymeeriseoksen muodostavien polymeerimateriaalien pintajännitys.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jatkuvan kolmiulotteisen faasin muodostavan polymeerimateriaalin pinta- | 20 jännitys on vähintään 2 mN/m pienempi kuin muiden polymeeriseoksen muo- i dostavien polymeerimateriaalien pintajännitys ja että sähköä johtavan täyteaineen pintajännitys on pienempi kuin polymeeriseoksen muodostavien poly-meerimateriaalien pintajännitys.
·". 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, • · · 25 tunnettu siitä, että samassa lämpötilassa ja jossakin kohtaa leikkausno- !···. peuksien noin 100 - 1000 1/s välillä polymeerimateriaalien sulaviskositeettien • · suhde ja niiden tilavuusosuuksien suhde noudattaa kaavaa • · ' ··· 30 missä \Λ = dispergoivan polymeerimateriaalin ja johtavan täyteaineen yhteen- ·«· laskettu tilavuusosuus koko seoksen tilavuudesta, V2 = polymeerimateriaalin * 2:n tilavuusosuus koko seoksen tilavuudesta, K = kerroin, joka saa arvonsa .···. välillä 0,3 < K < 3, ηι = polymeerimateriaali 1:n viskositeetti ja η2 = polymeeri- ♦ » 35 materiaali 2:n viskositeetti. ·· · • · · · 117511
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n n e tt u siitä, että polymeeriseos käsittää ainakin kaksi kolmiulotteista jatkuvaa faasia.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että sähköä johtava täyteaine käsittää nikkeliä.
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seokseen sekoitetaan vielä blokkipolymeeriä, joka stabiloi seoksen rakenteen.
8. Sähköäjohtava polymeeriseos, tunnettu siitä, että polymee-10 riseos on valmistettu patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä. • · • 1 ♦ ♦· ...
···' • · ··":·. ··· ·· • · • ·· • · ··· ··· 9 9 • · « · » • · · • · · ·♦· 9 9 9 *·..'· • ♦ ··· • ' 9 9 9 9 9 • ♦ · * · * ·· • ♦ • ♦ • ♦ 9 9 9 9 9· 9 . 9 9 9 9 9 9 9 117511 11 *
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20010707A FI117511B (fi) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos |
| CN02808638.4A CN1263806C (zh) | 2001-04-04 | 2002-04-03 | 聚合物共混物及其制备方法 |
| PCT/FI2002/000286 WO2002081571A1 (en) | 2001-04-04 | 2002-04-03 | Polymer blend and method of preparing same |
| RU2003129530/04A RU2287198C2 (ru) | 2001-04-04 | 2002-04-03 | Смесь полимеров и способ ее приготовления |
| EP02712987A EP1392775A1 (en) | 2001-04-04 | 2002-04-03 | Polymer blend and method of preparing same |
| US10/678,073 US7148281B2 (en) | 2001-04-04 | 2003-10-06 | Polymer blend and method of preparing same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20010707A FI117511B (fi) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos |
| FI20010707 | 2001-04-04 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20010707A0 FI20010707A0 (fi) | 2001-04-04 |
| FI20010707A FI20010707A (fi) | 2002-10-05 |
| FI117511B true FI117511B (fi) | 2006-11-15 |
Family
ID=8560922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20010707A FI117511B (fi) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7148281B2 (fi) |
| EP (1) | EP1392775A1 (fi) |
| CN (1) | CN1263806C (fi) |
| FI (1) | FI117511B (fi) |
| RU (1) | RU2287198C2 (fi) |
| WO (1) | WO2002081571A1 (fi) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7501174B2 (en) * | 2007-03-01 | 2009-03-10 | Prs Mediterranean Ltd. | High performance geosynthetic article |
| KR100963673B1 (ko) * | 2007-10-23 | 2010-06-15 | 제일모직주식회사 | 열전도성 수지 복합재 및 이를 이용한 성형품 |
| CN101946099A (zh) * | 2008-02-22 | 2011-01-12 | Ntn株式会社 | 滚动轴承用部件及滚动轴承 |
| EP2243804B1 (en) * | 2008-02-22 | 2013-01-16 | Sanc Salaam Corporation | Polymer composition and molded article produced from the composition |
| KR101257693B1 (ko) * | 2008-11-05 | 2013-04-24 | 제일모직주식회사 | 전기절연성 고열전도성 수지 조성물 |
| KR101297156B1 (ko) * | 2008-12-10 | 2013-08-21 | 제일모직주식회사 | 고성능 ｅｍｉ/ｒｆｉ 차폐용 수지 복합재 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS533416B2 (fi) | 1973-07-23 | 1978-02-06 | ||
| US4081424A (en) | 1976-06-07 | 1978-03-28 | Shell Oil Company | Multicomponent polyolefin - block copolymer - polymer blends |
| US4465804A (en) | 1982-08-26 | 1984-08-14 | Allied Corporation | Multicomponent thermoplastic polymer blends |
| JPH0227442B2 (ja) * | 1983-05-26 | 1990-06-18 | Kanebo Ltd | Dodenseiakurirukeigoseisenioyobisonoseizohoho |
| DE3440617C1 (de) * | 1984-11-07 | 1986-06-26 | Zipperling Kessler & Co (Gmbh & Co), 2070 Ahrensburg | Antistatische bzw. elektrisch halbleitende thermoplastische Polymerblends,Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
| DE3643008A1 (de) | 1986-12-17 | 1988-06-30 | Basf Ag | Elektrisch leitende thermoplastische formmasse, deren herstellung und verwendung |
| US5213736A (en) * | 1988-04-15 | 1993-05-25 | Showa Denko K.K. | Process for making an electroconductive polymer composition |
| JP2542119B2 (ja) | 1989-11-01 | 1996-10-09 | ポリプラスチックス株式会社 | 熱可塑性相互侵入網目構造体及びその形成法 |
| JPH0649359A (ja) | 1992-07-30 | 1994-02-22 | Nippon G Ii Plast Kk | 導電性樹脂組成物 |
| RU2032948C1 (ru) | 1992-12-29 | 1995-04-10 | Научно-исследовательский институт пластических масс им.Г.С.Петрова с Опытным московским заводом пластмасс | Полимерная композиция |
| US5484838A (en) | 1994-12-22 | 1996-01-16 | Ford Motor Company | Thermoplastic compositions with modified electrical conductivity |
| US5844037A (en) | 1996-07-24 | 1998-12-01 | The Dow Chemical Company | Thermoplastic polymer compositions with modified electrical conductivity |
| DE69930728T2 (de) * | 1998-02-12 | 2006-08-31 | Cabot Corp., Boston | Leitfähige polymerzusammensetzung mit feinteiligem leitfähigem material, das in kontinuierlicher polymerphase oder in kontinuierlicher polymerinterphase lokalisiert ist |
| ES2230806T3 (es) * | 1998-07-10 | 2005-05-01 | Pirelli Communications Cables And Systems Usa, Llc | Material compuesto conductor y procedimiento para su fabricacion. |
| FI118127B (fi) | 1999-03-04 | 2007-07-13 | Valtion Teknillinen | Sähköä johtava termoplastinen elastomeeri ja siitä valmistettu tuote |
| US6814890B2 (en) * | 2001-07-03 | 2004-11-09 | Xerox Corporation | Process for forming a mixed solvent adhesive solution |
-
2001
- 2001-04-04 FI FI20010707A patent/FI117511B/fi not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-04-03 RU RU2003129530/04A patent/RU2287198C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2002-04-03 EP EP02712987A patent/EP1392775A1/en not_active Withdrawn
- 2002-04-03 WO PCT/FI2002/000286 patent/WO2002081571A1/en not_active Application Discontinuation
- 2002-04-03 CN CN02808638.4A patent/CN1263806C/zh not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-10-06 US US10/678,073 patent/US7148281B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7148281B2 (en) | 2006-12-12 |
| RU2003129530A (ru) | 2005-04-10 |
| CN1503826A (zh) | 2004-06-09 |
| US20050261411A1 (en) | 2005-11-24 |
| FI20010707A (fi) | 2002-10-05 |
| CN1263806C (zh) | 2006-07-12 |
| FI20010707A0 (fi) | 2001-04-04 |
| RU2287198C2 (ru) | 2006-11-10 |
| WO2002081571A1 (en) | 2002-10-17 |
| EP1392775A1 (en) | 2004-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2270980C (en) | Electrically conductive compositions and methods for producing same | |
| Bose et al. | Effect of particle size of filler on properties of nylon-6 | |
| KR100793396B1 (ko) | 전기 전도성 조성물 및 그 제조 방법 | |
| US5256335A (en) | Conductive polyketone polymers | |
| US20140158947A1 (en) | Electrically conductive polyethylene resin composition, electrically conductive polyethylene resin molding, sliding bearing, and sliding sheet | |
| Plochocki | Melt rheology of polymer blends the morphology feedback | |
| EP0337487A1 (en) | Electroconductive polymer composition | |
| FI117511B (fi) | Menetelmä sähköä johtavan polymeeriseoksen valmistamiseksi ja sähköä johtava polymeeriseos | |
| CN111087739A (zh) | 一种永久抗静电高韧性滑石粉填充聚丙烯材料及制备方法 | |
| EP0874024A1 (en) | Long glass fiber-reinforced conductive thermoplastic resin molding and process for preparing the same | |
| Mysiukiewicz et al. | Influence of the conductive network creation on electrical, rheological, and mechanical properties of composites based on LDPE and EVA matrices | |
| JP2000290514A (ja) | 導電性樹脂組成物及びその製造方法 | |
| Narkis et al. | Innovative ESD thermoplastic composites structured through melt flow processing | |
| Breuer et al. | Shear rate effect on the resistivity of HIPS/LLDPE/carbon black extrudates | |
| CN102604215A (zh) | 一种相分离导电高分子复合材料 | |
| CN111048230B (zh) | 一种聚合物导电材料及其制备方法 | |
| JPH056587B2 (fi) | ||
| JP4314453B2 (ja) | 導電性樹脂材料 | |
| JP2006193649A (ja) | 炭素繊維含有樹脂成形体 | |
| JP2004182809A (ja) | 帯電防止性モノマーキャストナイロン成形体 | |
| JPH039956A (ja) | 高導電性樹脂組成物 | |
| King et al. | Synergistic effects of multiple carbon fillers on the rheology of liquid crystal polymer based resins | |
| JP3721340B2 (ja) | 導電性樹脂組成物 | |
| Mahyoedin et al. | Peculiarities of Injection Molding Conducting Composites | |
| JP2004307549A (ja) | 帯電防止性モノマーキャストナイロン成形体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 117511 Country of ref document: FI |
|
| MM | Patent lapsed |