KR20010109288A

KR20010109288A - 전기 전도성 조성물 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20010109288A
Application number: KR1020017009710A
Authority: KR
Inventors: 나키스모세; 쵸우다코브로사; 시에그만아르논; 백스맨아니타
Original assignee: 추후제출; 카멜 올레핀즈 리미티드
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-12-08
Also published as: CA2361434A1; JP2002536799A; CN1201338C; AU2318100A; US6409942B1; EP1166282A1; WO2000046815A1; KR100793396B1; EP1166282A4; CN1373893A

Abstract

전기 전도성 조성물과 그 제조 방법, 예컨대 주입 주형법. 이 조성물은 실질적으로 첫번째 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스, 첫번째 열가소성 성분보다 높은 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분과, 이 때 두번째 성분은 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 섬유의 네트워크를 형성하며 다수의 섬유를 캡슐화하고, 그리고 상기 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크를 형성하기 위해 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함한다.

Description

전기 전도성 조성물 및 그 제조 방법{ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPOSITIONS AND METHODS FOR PRODUCING SAME}

전기 전도성 폴리머 기재의 조성물은 산업상 많이 이용된다. 예컨대 전자석 간섭(EMI)으로부터 전자 성분을 차폐시키기 위해 플라스틱 부분과 플라스틱 상자로부터 정전하를 소산하는 것을 들 수 있다. 정전기 방전(ESD) 적용의 예로는 전자 장비실장, 클린룸 설치, 저장 트레이, 송수용 용기, 칩 수송기 및 폭발-시험 환경용 구조 성분이 있다.

정전기를 소산시키기 위한 화합물은 전형적으로 10²내지 10¹³옴/스퀘어의 표면 저항력을 갖고, EMI 차폐용 적용을 위해 특정된 화합물은 통상적으로 10^-2내지 10²옴-cm의 부피 저항력을 나타낸다.

정전기 소산과 EMI 차폐를 위해 적절한 저항력을 갖는 폴리머 기재의 화합물이 당해 분야에 알려져 있다. 이 분야에 알려진 화합물 중 한 종류는 40 내지 60중량% 까지의 높은 탄소 부하 수준을 갖는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 기재로 하며 약 10³-10⁸옴/스퀘어의 표면 저항력을 갖는 것이 특징이다. EMI 차폐가 요구되는 적용에서, 중량 부하 수준 30 내지 50%의 PAN 탄소 섬유, 40% 알루미늄 플레이크, 15% 니켈-코팅된 탄소 섬유 또는 5 내지 10% 스테인레스 스틸 섬유를 유사한 종류의 폴리머 대신 사용해왔다.

폴리머의 전기 전도성을 증가시키기 위해 현재 사용되는 방법은, 예컨대 금속성 분말, 금속성 섬유, 카본 블랙, 탄소 섬유 및 최근에는 본질적으로 전도성을 갖는 폴리머 분말과 같은 특정 전도성 첨가제를 이용하여 이들을 채우는 것이다. 이들 물질의 특징적인 작용은 전기 전도성과 충전기 농도간 강한 비-선형 관계의 존재에 있다. 낮은 충전기 부하에서, 폴리머성 화합물의 전기 전도성은 일반적으로 매우 낮다; 그 진폭(magnitude)은 폴리머 매트릭스와 유사하다(10^-16내지 10^-11옴^-1cm^-1). 부하가 증가함에 따라 좁은 농도 범위를 넘어서 진폭의 차수에 의해 전도성이 급격하게 증가한 다음, 그 다음 순서 10^-4내지 10^-1옴^-1cm^-1의 압축된 충전기 분말의 전도성을 향해 천천히 증가한다. 이것은 임계 부피 분율(삼투 한계치)에서 발생하는 절연-전도체 전이를 설명한다. 이 한계치는, 전체 견본 부피의 도처에 확장되어 전기적 전류의 흐름을 가능하게 하는 입자의 사슬-같은 네트워크 형성에 기인한다.

미국 특허 제 4,169,816호는 고 탄소 함량을 갖는 전기 전도성의 단일한 열가소성 물질로서 조성물을 제시하고, 이 조성물은 각각 100부의 폴리프로필렌-에틸렌 코폴리머, 15-30부의 카본 블랙, 0.25 내지 1부의 실리카와, 탄소 섬유 또는 탄소 섬유와 유리 섬유의 혼합물로부터 선택된 1-10부의 섬유 강화제를 포함한다.

미국 특허 제 5,004,561호는 고 탄소 함량의 전기 전도성 조성물을 기재로 하는 또다른 단일한 열가소성 물질을 제시하고, 이 조성물은 각각, 폴리올레핀, 폴리스티렌과 아크릴로니트라이트/스티렌/부타디엔(ABS) 코폴리머 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지, 폴리페닐렌 에테르와 폴리아미드(PA) 수지의 군으로부터 선택되는 100부의 열가소성 수지, 30-300부의 전기 전도성 유리 섬유, 5-40부의 카본 블랙과 5-40부의 그래파이트를 포함한다.

러시아 특허 제 SU 1,643,568호는 매트릭스에 탄소를 분산시켜 전기 전도성을 획득하는 고 탄소를 기재로 하는, 전기 전도성의 열가소성 조성물을 제시한다. 이 조성물은 20-35 중량%의 폴리프로필렌, 10-20 중량%의 폴리아미드, 20-30 중량%의 카본 블랙, 10-20 중량%의 그래파이트와 15-20 중량%의 유리 섬유를 포함한다.

일반적으로 전기 전도성의 열가소성 물질을 제조하는 두가지 방법이 당해 분야에 알려져 있다. 낮은 생산율의 압착 주형 방법의 경우, 소망하는 전도성을 얻기 위해 보다 적은 충전재(예컨대 카본 블랙)가 요구되나 조성물의 기계적 특성은 대체로 불완전하다. 빠른 생산율의 주입 주형 방법은 보다 나은 기계적 특성을 얻을 수 있고 복합의 기하학을 갖는 물품을 생성할 수 있으나 다량의 전도성 충전재가 필요하다. 전기 전도성 화합물을 얻는 압착 주형법의 한가지 결점은 상대적으로 느린 공정으로 인한 고비용이다. 정전기 소산과 EMI 차폐에 이용하기 위한 화합물 기재의 종래의 폴리머는 전도성 폴리머 화합물을 제조하기 위해 높은 비율의 전도성 첨가제를 요구하는 주된 결점을 갖고, 그 결과 고비용과, 결함이 있는 공정의 가능성 및 기계적 특성을 야기하며, 또한 특히 클린룸 적용을 거스르는 높은 탄소 오염을 야기한다.

발명의 요약

본 발명은 개선된 열가소성의 전기전도성 조성물을 제공한다.

본 발명의 양상에서, 전기 전도성 물질은 연속적인 매트릭스를 형성하는 첫번째 열가소성 성분과 매트릭스의 극성보다 큰 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분을 포함한다. 이 조성물은 또한 두번째 열가소성 성분에 의해 특정부에서(in-situ) 캡슐화되고 매트릭스내에서 네트워크를 형성하는 섬유를 포함하며, 또한 그 높은 극성으로 인해 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 카본 블랙 성분을 포함한다. 바람직한 입자 위치에서, 카본 블랙을 포함하는, 캡슐화된 네트워크의 특정부 형성은 전기 전도성 조성물을 제공한다.

본 발명의 추가의 양상에서, 전도성 탄소 충전재와 두번째 성분간 비율은, 탄소 충전재의 실질적인 부분이 두번째 성분과 전기전도성을 생성하는 매트릭스 사이의 경계면에 위치할 수 있을 정도로 충분히 높다. 그럼에도 불구하고, 총체적인 탄소 농도는 종래의 전기 전도성 조성물에 비해 적어도 작은 차수의 크기이고, 따라서 본 발명의 조성물은 클린룸 적용을 포함하는 많은 응용에서 유리하다.

본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 열가소성인 전기 전도성 조성물을 생성하기 위해 신속한 공정을 이용하는 것이다. 최근의 발명에서 전기 전도성의 열가소성 조성물을 생성하기 위해 주입 주형법을 이용하는 한편, 매우 낮은 농도의 카본 블랙을 이용하여 조성물의 기계적 특성을 개선시켰다.

본 발명의 전기 전도성 조성물은, 실질적으로 첫번째 열가소성 성분을 함유하는 매트릭스, 첫번째 열가소성 성분보다 높은 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분, 두번째 성분은 매트릭스내에서 캡슐화된 섬유의 네트워크를 형성하는 다수의 섬유를 캡슐화하고, 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크를 형성하기 위해 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함한다.

본 발명의 한 구체예에서, 첫번째 열가소성 성분은 엘라스토머 성분이 첨가되거나 첨가되지 않은 폴리올레핀 화합물이다. 폴리올레핀은 호모폴리머이거나 코폴리머일 수 있는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 군으로부터 선택된다. 두번째 성분은 폴리아미드 또는 EVOH이다. 바람직한 구체예에서, 조성물은 100 당 20부 미만의 폴리아미드 또는 EVOH를 포함한다.

또다른 구체예에서, 첫번째 성분은 아크릴로니트라이트/부타디엔/스티렌이고 두번째 성분은 폴리아미드 또는 EVOH이다.

또다른 구체예에서, 첫번째 성분은 폴리스티렌, 내충격(high impact) 폴리스티렌과 폴리페닐렌옥사이드/폴리스티렌이고 두번째 성분은 폴리아미드 또는 EVOH이다.

또다른 구체예에서, 첫번째 성분은 폴리부틸렌 테트라프탈레이트, 폴리카르보네이트 또는 폴리카르보네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌일 수 있다.

또다른 구체예에서, 두번째 성분은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌일 수 있다.

본 발명의 조성물 중 섬유는 유리 섬유이다. 바람직한 구체예에서, 이 조성물은 100 당 55부 미만의 유리 섬유를 포함한다.

두번째 성분은 또한 충전재 입자, 예컨대 미네랄 충전재, 폴리아미드 섬유와 같은 유기 섬유, 또는 충전재와 유리 섬유의 혼합물을 캡슐화할 수 있다.

본 발명의 조성물 중 탄소 성분은 카본 블랙일 수 있다. 선택적으로 또는 공동으로, 탄소 성분은 탄소 섬유일 수 있다. 바람직한 구체예에서, 이 조성물은 100 당 10부 미만의 카본 블랙을 포함한다. 또다른 바람직한 구체예에서, 이 조성물은 100 당 30부 미만의 탄소 섬유를 포함한다.

바람직한 구체예에서, 본 조성물은 약 0.1 내지 약 10⁹옴-cm, 약 11,000 MPa까지의 휨 계수 및 60 MPa까지의 장력 중, 한가지 이상의 부피 저항력을 갖는다.

본 발명은 섬유 및/또는 미네랄 충전재 그리고 카본 블랙과 함께 서로 다른 극성을 갖는 두가지 열가소성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 전기 전도성 합성물과 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해되고 확인될 것이다:

도 1은 본 전기 전도성의 열가소성 조성물의 형태에 대한 도식적인 실례이다.

도 2A-2E는 본 발명의 주입 주형된 조성물의 냉동 파쇄된 표면에 대한 SEM 현미경 사진(다른 배율에서)의 비제한적인 대표도이다.

도 3은 본 전기 전도성의 열가소성 조성물의 생성 방법을 도식적인 블록 다이아그램으로 설명한다.

도 4A-4D는 본 전기 전도성의 열가소성 조성물을 생성하는 바람직한 네가지 방법을 선택하여 도식적인 블록 다이아그램으로 설명하며, 이 때 카본 블랙이 탄소 화합물이다.

도 5A-5D는 본 전기 전도성의 열가소성 조성물을 생성하는 바람직한 세가지 방법을 선택하여 도식적인 블록 다이아그램으로 설명하며, 이 때 탄소 화합물은 카본 블랙과 탄소 섬유 두가지 모두이다.

도 1에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 전기 전도성을 갖는 다중-성분의 열가소성 조성물의 도식적인 예이다.

10으로 표시한 전기 전도성 다중-성분의 열가소성 조성물은, 실질적으로 첫번째 열가소성 화합물에 의해 형성되는 매트릭스 12, 섬유(예컨대 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 유기 섬유) 및/또는, 도 2A-2E의 SEM 현미경 사진으로 표시한 카본 블랙을 그 안과 그 위에 갖는 두번째 열가소성 화합물 16에 의해 캡슐화되는 미네랄 충전재 14를 포함한다. 도 1에 표시한대로, 그 위에 카본 블랙을 갖는 두번째 열가소성 화합물 16을 이용하여 캡슐화되는 섬유 및.또는 미네랄 충전재는 첫번째 열가소성 화합물 매트릭스 12내에서 전도성 네트워크를 형성한다 .

바람직한 구체예에서, 첫번째 열가소성 성분은 엘라스토머 성분을 첨가하거나 첨가하지 않은 폴리올레핀, 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 터(ter)폴리머, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리카르보네이트(PC), PC/ABS, 내충격 폴리스티렌(HIPS)을 이용한 폴리머 기재 성분이고, 두번째 열가소성 성분은 폴리아미드(PA) 폴리에틸렌 비닐 알코올(EVOH) 코폴리머이다. 또한 ABS를 두번째 열가소성 성분으로서 이용할 수 있다.

섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 폴리아미드 섬유와 같은 유기 섬유일 수 있다. 또한 조성물 10에 미네랄 충전재를 이용할 수 있다. 울라스토나이트, 탤크 또는 미카같은 미네랄 충전재는 부분적으로 또는 모든 유리 섬유를 대신할 수 있고, 그에 따라 유리 섬유로 보강된 폴리머와 동일한 물리적 특성을 유지하거나 개선시키는 한편 화합물의 비용을 실질적으로 낮출 수 있다(표 3C와 3D 참고).

바람직하게도, 엘라스토머 성분은 엘라스토머들의 조합이다. 화합물에 엘라스토머 성분을 첨가시킴으로써 그 전기 전도성에 현저한 영향을 미치지 않으며 조성물의 기계적 특성을 변화시킨다.

폴리아미드의 친화력 때문에, 조성물 10의 용해 혼합 도중 ABS 또는 EVOH 16은 섬유 및/또는 미네랄 충전재 14에 대해 어떠한 첫번째 열가소성 성분보다 강하게 작용하며(후술하는 도 3에 대한 언급에서 상세히 기술함), 두번째 열가소성 성분은 우선적으로, 특정부, 섬유 및/또는 미네랄 충전재 14를 캡슐화함에 따라 매트릭스 12내에서 캡슐화된 섬유 및/또는 미네랄 충전재의 네트워크를 형성한다. 게다가, 카본 블랙 입자는 두번째 열가소성 성분상에 우선적으로 유인되고, 숫자 15로 표시된 두번째 열가소성 성분(ABS, 폴리아미드 또는 EVOH) 매트릭스의 경계면에 위치함으로써, 종래보다 매우 적은 함량의 카본 블랙을 이용하여 캡슐화된 섬유 및/또는 미네랄 충전재 전기 전도성의 네트워크를 형성하고, 후술하는대로 조성물 10의 기계적 특성을 개선시킨다.

도 2A-2E에 표시한 다섯개의 주사 전자 현미경(SEM) 사진에 기초하여, 캡슐화된 섬유 및/또는 미네랄 충전재와 두번째 열가소성 성분상 16 중 카본 블랙 18의 우선적인 분배의 네트워크를 명확하게 볼 수 있다. 그 배율을 다르게 한 도 2A-2C는 캡슐화된 유리 섬유의 SEM 현미경 사진이고 도 2D는 캡슐화된 미네랄 충전재(울라스토나이트)의 SEM 현미경 사진이다. 도 2E는 HIPS 기재의 첫번째 열가소성 성분과 ABS 기재의 두번째 열가소성 성분에 의해 캡슐화된 유리 섬유를 포함하는 조성물의 SEM 현미경 사진이다.

본 발명의 특징은 조성물 10이 종래와 유사한 수준의 전기 전도성을 얻기 위해 종래보다 매우 낮은 농도의 카본 블랙을 함유하는 것이다. 이것은 전기 전도성 카본 블랙 입자가 두번째 열가소성 성분상과 매트릭스(처음 수준의 삼투) 사이의 경계면을 따라 연속적인 경로를 형성하기 때문이다. 게다가, 카본 블랙 입자의 매입 부분이 두번째 열가소성물 16(두번째 수준의 삼투)내에 위치함으로써, 전도성 경로의 형성이 촉진된다. 이것은 추가로 두번째 열가소성 성분으로 캡슐화되는 섬유 및/또는 미네랄 충전재에 의한 네트워크로 인해 촉진된다(세번째 수준의 삼투). 용해 혼합 공정 동안 이루어지는 이 형태학은, 섬유 또는 충전재에 대한 두번째 열가소성 성분의 강한 친화력과 두번째 열가소성 성분에 대한 카본 블랙의 우선적인 친화력에 기인하여 성립된다.

이제 도 3을 설명한다. 도 3 부터 도 5C 까지는 본 전기 전도성의 열가소성 조성물을 제조하는 바람직한 방법을 기술한다. 도 3은 일반적인 방법이고 도 4A-4D와 도 5A-5C는, 각각 두가지의 비제한적인 대표 조성물에 대한 선택적인 방법을 제시한다.

도 3의 방법은 시간 순서에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 배합 단계 32, 입자화 단계 34와 주입 주형 단계 36으로 이루어진다. 바람직한 구체예에서, 배합 단계 32는, 폴리프로필렌과 참조 번호 31로 표시한 두번째 열가소성 성분을 건식 혼합하고 이어서 용해시키며 용해물과 33으로 표시된 섬유 충전재를 혼합하고 그 다음에 용해물과 탄소 섬유, 카본 블랙 또는 두가지 모두를 혼합시키는 단계를 포함한다. 미네랄 섬유는 단계 31, 33 또는 35에서 첨가할 수 있다. 후술하는 비제한적인 구체예에서, 배합 단계 32는, 200-285℃ 범위의 공정 온도(폴리머 성분의 용해점에 상응하는)를 이용하여 스크류 속도 55rpm으로 트윈-스크류 배합기(Berstorf, 독일)상에서 수행된다. 생성된 화합물을 입자화(단계 34)하고 나서, 200-285℃에서 세가지 공동(cavity)의 American Standard Testing Material(ASTM) 주형(장력 바, 휨 바와 낙하 다트 충격 디스크)이 장착된 Battenfeld 주입주형기상에서 주입 주형(단계 36)화 한다.

도 4A-4D는 조성물 10을 제조하기 위한 바람직한 네가지 방법을 선택하여 설명하는 한편 이 조성물은 탄소 화합물로서 카본 블랙을 포함한다. 도 4A-4D는 100 중량부의 폴리프로필렌, 12 중량부의 폴리아미드, 30 중량부의 유리 섬유 및 2 중량부의 카본 블랙을 포함하는 조성물 10의 비제한적인 구체예를 설명한다.

도 4A의 구체예에서, 카본 블랙 농축물 또는 카본 블랙 입자를 배합 단계 32가 아닌 참조 번호 37로 표시된 주입 주형 단계에서 첨가시켜 저항력 537옴-cm 및 휨 계수 4819±161 MPa를 야기한다.

도 4B는 선택적으로 카본 블랙 농축물을 폴리프로필렌 및 폴리아미드와 건식 혼합시켜 저항력 432옴-cm 및 휨 계수 4649±32 MPa를 야기한다. 도 4C는 선택적으로 카본 블랙 농축물을 배합중 첨가시켜 저항력 214옴-cm 및 휨 계수 4491±51 MPa를 야기한다.

도 4D의 구체예에서, 배합 중 카본 블랙 농축물을 첨가하며 유리 섬유를 폴리프로필렌 및 폴리아미드와 건식 혼합시킴으로써 저항력 431옴-cm 및 휨 계수 3790±63 MPa를 야기한다.

도 5A-5C는 조성물 10을 제조하는 바람직한 세가지 방법을 선택하여 설명하고, 조성물은 탄소 화합물로서 탄소 섬유 또는 카본 블랙과 탄소 섬유를 포함한다. 도 5A-5C는 100 중량부의 폴리프로필렌, 12 중량부의 폴리아미드, 30 중량부의 유리 섬유 및 2 중량부의 카본 블랙과 20 중량부의 탄소 섬유를 포함하는 조성물 10의 비제한적인 구체예이다.

도 5A에서 선택적으로 카본 블랙과 탄소 섬유 두가지 모두를 주입 주형 단계중에 첨가시켜 높은 저항력(저항력 0.465옴-cm)과 높은 휨 계수(9770±428MPa)를 야기시킨다.

도 5B에서 선택적으로, 배합 중 탄소 섬유를 첨가시키며(단계 35) 그밖의 구체예에서 단계 31로 표시된 건식 혼합 대신 단계 39에 표시한대로 카본 블랙과 폴리올레핀 및 폴리아미드를 건식 혼합시켜 2옴-cm의 저항력과 휨 계수 9550±350MPa를 야기시킨다.

도 5C에서 선택적으로, 배합 단계 중 탄소 섬유를 첨가시켜 8옴-cm의 저항력과 휨 계수 8931±267MPa를 야기시킨다.

주입 주형물을 얻기 위해 조성물 10을 형성하는 화합물의 특정한 제조 방법은 상술한 비제한적인 구체예와 그 수많은 변형으로부터 선택될 수 있고, 그로 인해 조성물의 구체적인 전기 전도성과 기계적 특성(상기 휨 계수에 의해 예시)이 다양화 될 수 있는 것을 이해할 것이다. 모든 방법에서, 본 발명은 주입 주형 후 높은 전기 전도성과 강한 기계적 특성을 제공하는 전기 전도성의 열가소성 조성물을 생성한다.

본 발명의 특정한 양상을 제한하지 않으며 다음 구체예를 제시한다.

모든 구체예에서, 주입 주형된 합성물 샘플(12.6cm x 1.27cm x 0.32cm)은, 그 전기적 특성에 대해 Keithley 기구를 이용하여 ASTM D 257-93과 ASTM D 4496-87에 따라 부피 저항력을 측정하는 것을 특징으로 한다. 샘플과 전극간 접촉 내성을 제거하는데 실버 페인트를 이용하였다. 표면 저항력은 EOS/ESD S11-11에 따라 측정하였다.

기계적 특성을 측정하기 위해 상응하는 ASTM 시험 방법을 이용하였다. 구체적으로, 장력 특성을 측정하기 위해 ASTM D 0638, 휨(flexure)을 측정하기 위해 ASTM D 790, 아이조드(Izod) 충격을 측정하기 위해 ASTM D 256과 물 흡수를 측정하기 위해 ASTM D 570을 이용하였다.

각 견본에서 유리 섬유 함량, 미네랄 충전재 함량과 카본 블랙 함량을 각각 ASTM D 5630-94과 ASTM D 1603-94를 이용하여 측정하였다.

주사 전자 현미경으로 합성물의 형태를 관찰하였다. 냉동 파쇄된 표면을 관찰하였다.

실험에서, 시판 등급의 PP(호모폴리머와 코폴리머), ABS, PS, HIPS, NORYL, PBT와 PC(표 10-13을 참고로 상술함), PE(고- 및 저-밀도 등급), 엘라스토머, PA(PA6, PA66, PA11, PA12, PA6/6.9, PA6/12), EVOH, 유리 섬유(자른 상태, 3.2-6.3mm 길이, 10-13 마이크로미터 직경), 전도성 카본 블랙과 탄소 섬유(자른 섬유, 6mm 길이, 7-8미크론 직경), 유기 폴리아미드 섬유(12mm 길이, 3-5데니어) 및 울라스토나이트, 탤크 및 미카와 같은 미네랄 충전재를 본 연구에서 이용하였다. 다섯가지 타입의 카본 블랙을 연구하였다. 이 특성을 표 1에 후술한다.

모든 혼합 비율은 중량부이고 각 경우에 첫번째 화합물의 100 중량부를 기초로 한다. 통상적인 전기 전도성 폴리올레핀 합성물은 100 중량부의 폴리머 매트릭스, 4 내지 20 중량부의 폴리아미드, 10 내지 55 중량부의 유리 섬유, 0.5 내지 10 중량부의 카본 블랙, 0 내지 30 중량부의 탄소 섬유를 포함할 수 있다.

조성물 10의 전기적이고 기계적인 작용을 유리 섬유 농도, 폴리아미드/유리 섬유 비율과 카본 블랙 농도의 함수로서 별개의 폴리아미드 혼합 비율에 대하여 검토하였다. 조성물의 함수로서 저항력과 기계적 특성을 표 2A와 2B에 요약하였다. 샘플은 본 발명의 공정 방법, 즉 주입 주형법에 따라 생성되었음을 이해할 것이다.

표 3A와 3B는 별개의 폴리프로필렌/폴리아미드 혼합물에서 조성물 10 중 유리 섬유 농도에 대한 저항력과 물리적 특성의 의존성을 설명한다. 유리 섬유 함량이 증가함에 따라 장력, 계수와 휨 계수의 증가가 명확하게 확인된다.

표 3C, 3D와 3E는 서로 다른 폴리프로필렌:엘라스토머 혼합물에서 조성물 10중 유리 섬유 농도와, 울라스토나이트(표 3C), 탤크(표 3D)와 미카(표 3E)에 따른저항력과 물리적 특성의 의존성을 설명한다.

표 4는 이용된 두번째 열가소성 성분(폴리아미드)의 종류에 대한 PP/PA/GF/CB계(각각의 상 비율 100/12/30/4)의 전기적 저항력의 의존성을 설명한다. 조성물 10에 모든 종류의 폴리아미드를 이용할 수 있으며 그 전기 전도성은 폴리아미드의 결정도를 선택함으로써 결정 가능하다는 것을 명백하게 확인할 수 있다. PA 6/6-9와 PA 6-12(무정형 폴리아미드)를 사용하는 것보다 PA 66과 PA 6, PA 11, PA 12(반결정성 폴리아미드)를 기재로 하는 조성물 10이 보다 낮은 저항력 수치를 나타낸다. 동일한 농도의 전도성 첨가제가 주어졌을 때, PA 66(최고 결정도의 폴리아미드로 조사됨)을 기재로 하는 조성물에서 가장 높은 수준의 전도성을 얻었다.

모든 종류의 카본 블랙을 조성물 10에 이용할 수 있다. 폴리프로필렌(100부), PA 66(12부)와 유리 섬유(30부)를 기재로 하는 조성물에 대하여 다섯 종류의 CB 등급을 갖는 2의 부하 수준에서 합성물의 저항력과 기계적 특성을 표 5에 표시하였다. 이 표를 정밀하게 조사한 결과, 케트젠블랙(Ketjenbalcks) EC 300과 EC 600, 즉 가장 높은 전도성의 카본 블랙을 이용했을 때 가장 높은 전기 전도성이 발생함이 알려졌다.

조성물 10의 저향력과 기계적 특성을 결정하는 또다른 요소는 사용된 폴리머 매트릭스의 유동성(MFI)이다. 후술하는 표 6에서 확실이 알 수 있듯이, 보다 높은MFI를 갖는 폴리프로필렌을 이용하는 경우 상당히 낮은 저항력을 얻는다. 표 6을 후술한다.

다음의 표 7은, 또한 상기의 표 5A-5C을 참조로 설명한대로, 카본 블랙을 함유하는 조성물 10의 구체예를 제공한다. 탄소 섬유/카본 블랙/유리 섬유/두번◎ 열가소성 성분(폴리아미드)/폴리프로필렌 화합물에서 1옴-cm 미만의 부피 저항력을 얻었다. 하기의 표 7은 탄소 섬유를 포함하는 비제한적인 조성물과 그 특성을 설명한다.

본 발명의 조성물, 특히 탄소 섬유를 포함하고 1옴-cm 미만의 저항력을 갖는 조성물들이, 적은 함량의 카본 블랙과 탄소 섬유를 이용하여, 개선된 전자석 간섭(EMI)의 차폐를 생성하는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이들은, 예컨대 탄소량이 공정의 청결상 중요한 요소인 클린룸 적용과 같이, 광범한 범위의 적용에서 종래보다 우수한 전기 전도성 소성물이다.

본 발명은 상술한 내용과 그 수많은 변형에 의해 제한되는 것이 아니라 본 발명의 범위내에 있는 모든 것을 포함한다. 예를 들어, 본 발명을 폴리프로필렌과 관련하여 기술하는 한편, 폴리에틸렌과 같은 그밖의 폴리올레핀과 폴리에틸렌-폴리프로필렌 혼합물에 동일하게 적용할 수 있다. 일반적으로 폴리프로필렌과 유사한 방식으로 LDPE와 HDPE를 이용하여 폴리에틸렌 기재 화합물을 제조하였다. 예를 들어, 11부의 폴리아미드(PA 6), 20부의 유리 섬유 및 4.4부의 카본 블랙(EC-300)과 함께 혼합시킨 폴리에틸렌 기재 조성물(동일한 100 중량부 기준)은 10⁵-10⁶옴-cm의 부피 저항력을 나타낸다.

표 8은 폴리에틸렌 기재 조성물에 대한 두가지의 추가적인 구쳬예를 설명한다.

그밖의 선택적인 구체예에서, 첫번째 성분의 형성 매트릭스 12로서 또다른 열가소성 화합물에 의해 폴리올레핀 성분을 대신하였다. 네개의 바람직한 구체예에서, 첫번째 성분의 형성 매트릭스 12는 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 내충격 폴리스티렌(HIPS) 및 폴리페닐렌옥사이드/폴리스티렌(NORYL)이었다. 또다른 두개의 구체예에서, 첫번째 열가소성 성분으로서 PBT, PC/ABS 및 PC를 이용하였다.

표 9는 폴리에틸렌-폴리프로필렌을 기재로 하는 조성물의 두가지 구체예를 설명한다.

표 10은 PBT, PC/ABS 및 PC를 기재로 하는 화합물의 저항력과 물리적 특성을 설명한다.

표 11은 별개의 섬유를 이용한 PP 기재 화합물의 저항력과 물리적 특성을 설명한다.

표 12는 별개의 두번째 열가소성 성분, 다른 종류의 폴리아미드 조성물, 서로 다른 유리 섬유 함량 및 소량의 카본 블랙을 다른 양으로 이용하여 ABS, PS, HIPS 및 NORYL로 형성된 조성물 10의 비제한적인 구체예를 설명한다.

표 13, 14와 15는 추가로, 각각 PS, HIPS와 NORYL을 기재로 하는 조성물과 그 기계적 특성을 제공한다.

표 13은 PS/PA/GF/CB 화합물에서 유리 섬유의 농도에 따른 저항력과 물리적 특성을 설명한다.

표 14는 HIPS/PA/GF/CB 화합물에서 유리 섬유의 농도에 따른 저항력과 물리적 특성을 설명한다.

표 15는 NORYL/PA66/GF/CB 화합물에서 유리 섬유의 농도에 따른 저항력과 물리적 특성을 설명한다.

표 16은 두번째 열가소성 성분이 폴리아미드가 아니라 EVOH인 조성물 10을 설명한다. 이 표는 PP/EVOH/GF/CB 화합물에서 유리 섬유의 농도에 따른 저항력의 의존성을 설명한다.

표 17은 엘라스토머를 함유하는 PP/PA/GF/CB (PP:엘라스토머 60:40) 화합물에서 유리 섬유의 농도에 따른 저항력과 물리적 특성을 설명한다. 엘라스토머를 함유하는 화합물이 표 3B에 요약된 화합물보다 높은 충격력을 제공함이 명확하게 확인된다.

표 18은 두번째 열가소성 성분이 PA 또는 ABS이고, 서로 다른 섬유를 사용했을 때, 별개의 폴리스티렌 화합물을 포함하는 조성물 10의 저항력과 물리적 특성을 설명한다. 다른 빛깔의 화합물을 생성하기 위해 어떠한 적절한 안료를 사용할 수 있다.

표 19는 서로 다른 농도의 취입제를 함유하는, 비제한적인 예가 되는, PP/PA66/유리 섬유/CB 화합물의 저항력을 설명한다.

구체적으로 표시하여 상기에 기술한 것이 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 당업자는 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 단지 후술하는 청구 범위에의해 한정될 것이다.

Claims

폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트와 폴리카르보네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌으로부터 선택되는 첫번째 열가소성 성분을 실질적으로 포함하는 매트릭스,

상기 첫번째 열가소성 성분보다 높은 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분, 이 때 상기 두번째 성분은 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 섬유의 네트워크를 형성하며 다수의 섬유를 캡슐화하고, 그리고

상기 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크를 형성하기 위해 상기 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함하는 전기 전도성 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 두번째 성분은 폴리아미드인 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유와 유기 섬유로부터 선택되는 조성물.
제 3 항에 있어서, 유기 섬유는 폴리아미드 섬유인 조성물.
제 3 항에 있어서, 상기 조성물은 100 당 55부 미만의 유리 섬유를 포함하는 것이 특징인 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 탄소 성분은 카본 블랙인 조성물.
제 6 항에 있어서, 상기 조성물은 100 당 10부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것이 특징인 조성물.
실질적으로 첫번째 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스,

상기 첫번째 열가소성 성분보다 높은 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분, 이 때 상기 두번째 성분은 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 섬유의 네트워크를 형성하며 다수의 섬유를 캡슐화하고, 상기 두번째 성분은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌이며, 그리고

상기 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크를 형성하기 위해 상기 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함하는 전기 전도성 조성물.
제 8 항에 있어서, 상기 첫번째 열가소성 성분은 폴리올레핀 화합물인 조성물.
제 9 항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리스티렌과 내충격 폴리스티렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 조성물.
제 8 항에 있어서, 상기 섬유는 유리 섬유인 조성물.
제 11 항에 있어서, 상기 조성물은 100 당 55부 미만의 유리 섬유를 포함하는 것이 특징인 조성물.
제 8 항에 있어서, 두번째 성분은 추가로 충전재를 캡슐화하는 조성물.
제 13 항에 있어서, 충전재는 미네랄 충전재인 조성물.
제 14 항에 있어서, 미네랄 충전재는 울라스토나이트(wollastonite), 탤크 및 미카(mica)로 구성된 군으로부터 선택되는 조성물.
제 8 항에 있어서, 상기 탄소 성분은 카본 블랙인 조성물.
제 16 항에 있어서, 상기 조성물은 100 당 10부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것이 특징인 조성물.
실질적으로 첫번째 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스,

상기 첫번째 열가소성 성분보다 높은 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분, 이 때 상기 두번째 성분은 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 충전재 입자의 네트워크를형성하며 충전재를 캡슐화하고, 그리고

상기 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크를 형성하기 위해 상기 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함하는 전기 전도성 조성물.
제 18 항에 있어서, 상기 첫번째 열가소성 성분은 엘라스토머 성분을 첨가하거나 첨가하지 않은 폴리올레핀 화합물인 조성물.
제 19 항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌과 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 조성물.
제 18 항에 있어서, 상기 첫번째 성분은 폴리스티렌 또는 내충격 폴리스티렌인 조성물.
제 18 항에 있어서, 상기 두번째 성분은 폴리아미드 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌인 조성물.
제 18 항에 있어서, 충전재는 미네랄 충전재인 조성물.
제 23 항에 있어서, 미네랄 충전재는 울라스토나이트, 탤크 및 미카로 구성된 군으로부터 선택되는 조성물.
제 18 항에 있어서, 상기 탄소 성분은 카본 블랙인 조성물.
제 25 항에 있어서, 상기 조성물은 100 당 10부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것이 특징인 조성물.
실질적으로 첫번째 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스,

상기 첫번째 열가소성 성분보다 높은 극성을 갖는 두번째 열가소성 성분, 이 때 상기 두번째 성분은 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 유기 섬유의 네트워크를 형성하며 다수의 유기 섬유를 캡슐화하고, 그리고

상기 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크를 형성하기 위해 상기 두번째 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함하는 전기 전도성 조성물.
제 27 항에 있어서, 상기 첫번째 열가소성 성분은 엘라스토머 성분을 첨가하거나 첨가하지 않은 폴리올레핀 화합물인 조성물.
제 28 항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌과 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 조성물.
제 27 항에 있어서, 상기 두번째 성분은 폴리아미드인 조성물.
제 27 항에 있어서, 상기 탄소 성분은 카본 블랙인 조성물.
제 31 항에 있어서, 상기 조성물은 100 당 10분 미만의 카본 블랙을 포함하는 것이 특징인 조성물.