KR20240028478A - 센서 응용분야에서 마이크로파 흡수체로서 탄소 나노튜브를 포함하는 폴리에스테르 조성물 - Google Patents

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에스에이치피피 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

열가소성 조성물은 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재를 포함한다. 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다. 일부 양태에서 폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함한다. 추가 양태는 마이크로파 흡수 재료(흡수체)를 포함하는 성형 부분을 포함하는 물품(예를 들어, 레이더 센서, 카메라, 전자 제어 장치 등)을 포함한다. 물품은 센서의 인쇄 회로 기판 내부/상에 위치된 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구를 가질 수 있다.

Description

센서 응용분야에서 마이크로파 흡수체로서 탄소 나노튜브를 포함하는 폴리에스테르 조성물
본 개시내용은 센서 응용분야에서 마이크로파 흡수체로서 사용하기에 적합한 폴리에스테르 및 탄소 나노튜브(CNT) 충전재를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다.
자동차 산업에서는 적응형 크루즈 컨트롤, 주차/차선 변경 지원, 백업 경고, 사각지대 감지, 충돌 회피 등과 같은 특성으로 운전자 지원을 제공하기 위해 전자 레이더 센서를 점점 더 많이 사용하고 있다. 이들 센서가 효과적으로 작동하기 위해, 전자기 방사선의 가짜 소스로부터 센서가 보호되어야 할 필요가 있다. 자동차용 레이더 센서에는 마이크로파 방사선에 대부분 투과성인 레이돔-유형 플라스틱 성분과 특정 주파수 범위에서의 마이크로파 에너지를 가두어 외부 방사선 간섭으로부터 센서를 보호하는 흡수체-유형 플라스틱 성분이 포함된다. 이들 플라스틱 성분은 일반적으로 상대적으로 높은 사출 압력과 용융 온도를 사용하여 최종 부품으로 사출 성형된다. 카본 블랙 분말, 흑연 또는 탄소 섬유로 만들어진 마이크로파 흡수 재료는 일반적으로 전자기 스펙트럼의 K-대역 및 W-대역에서 충분한 차폐 간섭을 제공하기 위해 상대적으로 많은 양의 탄소 충전재를 필요로 한다.
전자 레이더 센서는 자동차 산업에서 크루즈 컨트롤, 차선 변경, 자가-주차, 사각지대 감지 등과 같은 조작에서 운전자를 돕기 위해 사용된다. 이들 센서는 그의 정상적인 작동을 손상시킬 수 있는 전자기 간섭으로부터 보호되어야 할 필요가 있다. 금속(알루미늄, 스테인레스 스틸)은 마이크로파(MW) 차폐에 사용되는 가장 일반적인 재료이지만 무겁고 비싸며 최종 부품으로 성형하려면 복잡한 가공이 필요하다.
중합체/탄소 복합재는 그의 낮은 밀도, 낮은 비용, 용이한 성형, 및 대량 성형 부품으로의 제조가능성으로 인해 선호된다. 탄소 충전재는 캐비티 내부의 전자 센서를 보호하는 인클로저 벽에서 MW 방사선을 가두거나 편향시킨다. 상대적으로 높은 유전 상수와 전기 전도성, 및 큰 유전 및 자기 손실은 마이크로파 차폐에 사용되는 재료에 필요한 특성 중 일부이다.
마이크로파 방사선(~1-300GHz 주파수, ~300-1mm 파장)은 자동차 응용분야용 레이더 센서의 작동에 사용되는 EM 에너지의 가장 일반적인 공급원이다. 금속(예를 들어, 알루미늄 및 스테인레스 스틸), 알루미늄 플레이크, 스테인레스 스틸 섬유 및 은-코팅된 폴리아미드 섬유와 같은 금속 충전재를 함유하는 중합체 복합 재료, 금속화된 코팅, 본질적으로 전도성인 중합체(폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린 등), 탄화규소, 페라이트(Fe2O3+Ni/Zn/Cd/Co 산화물) 및 카르보닐 철은 자동차 레이더 센서를 유해한 마이크로파 전자기 방사선으로부터 차폐하는데 사용되는 재료 중 일부이다.
마이크로파 레이더 간섭에 대해 재료를 선택할 때 레이더 설계자가 고려하는 몇 가지 유전체 특성이 있다. 복합 유전체 유전율(실수 및 허수 부분), 재료에 의해 흡수, 반사 또는 전달되는 방사선의 양, 차폐 효과, 반사 손실 및 감쇠는 레이더 센서 응용분야용 플라스틱 성분의 제조에 관심있는 재료 특성 중 일부일 뿐이다. 들어오는 방사선의 주파수와 재료 두께가 또한 제거하거나 최소화하지 않으면 자동차 전자 센서의 정상적인 작동을 간섭할 수 있는 마이크로파 에너지를 가둘 때 중요하다.
탄소(예를 들어, 분말, 소판, 섬유)는 중합체에 전자기 간섭 특성을 부여하기 위해 선택하는 충전재로 부상하고 있으며, 이는 충전되지 않은 경우 마이크로파 방사선에 사실상 투과성이다. 예를 들어, 자동차 엔진룸 인클로저에 사용할 경우, 중합체-탄소 복합재는 센서의 전자 성능을 저하시키는 외부 또는 내부 공급원으로부터 전자기 방사선을 방지함에 의해 인클로저 내부에 위치된 레이더 센서를 보호할 수 있다.
이들 단점과 다른 단점은 본 개시내용의 양태에 의해 해결된다.
요약
본 개시내용의 양태는 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다. 일부 양태에서 폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함한다. 추가 양태는 마이크로파 흡수 재료(흡수체)를 포함하는 성형 부품을 포함하는 물품(예를 들어, 레이더 센서, 카메라, 전자 제어 장치, 등)을 포함한다. 물품은 센서의 인쇄 회로 기판 내부/상에 위치된 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구를 가질 수 있다.
또 다른 양태에서 본 개시내용은 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재와 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분을 조합하여 혼합물을 형성하는 것; 및 상기 혼합물을 성형하여 열가소성 조성물을 형성하는 것을 포함하는, 열가소성 조성물을 형성하는 방법에 관한 것이다. 열가소성 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다.
반드시 일정한 비율로 그려질 필요는 없는 도면에서, 비슷한 숫자는 서로 다른 관점에서 유사한 성분을 기술할 수 있다. 서로 다른 문자 접미사를 갖는 비슷한 숫자는 유사한 성분의 서로 다른 일례를 나타낼 수 있다. 도면은 본 문서에서 논의된 다양한 양태를 제한이 아닌 예로서 일반적으로 예시한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 뒷면-없는 샘플과 금속-뒷면의 샘플에 대해 자유 공간 방법을 사용하여 본 개시내용의 재료의 유전체 특성을 결정하는데 사용되는 장치의 개략도이다.
도 2는 75 내지 110GHz 사이의 주파수에서 W-대역에서 마이크로파 방사선을 흡수하는데 사용되는 탄소-기반 재료의 산란 매개변수(dB 단위) S11(반사에 대해) 및 S21(전송에 대해)의 크기의 전형적인 그래프를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 유전율(실수 및 허수 부분)을 예시하는 그래프이다.
도 4는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 소산 인자(Df) 또는 tan δ를 예시하는 그래프이다.
도 5는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 감쇠 상수를 예시하는 그래프이다.
도 6은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 총 차폐 효과를 예시하는 그래프이다.
도 7은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 전송 모드에서의 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 8은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 CNT 장입의 함수로서 전송 및 금속-뒷면의 반사 모드에서 흡수 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 9는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 CNT 장입의 함수로서 표면 저항율을 예시하는 그래프이다.
도 10은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 CNT 장입의 함수로서 부피 저항율을 예시하는 그래프이다.
도 11은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 CNT 장입의 함수로서 표면 및 부피 저항율을 예시하는 그래프이다.
도 12는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 부피 전기 저항율의 함수로서 77GHz 주파수에서 관찰된 전송 모드에서 반사 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 13은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 부피 전기 저항율의 함수로서 77GHz 주파수에서 관찰된 전송 모드에서 흡수 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 14는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 복합 유전체 유전율의 실수 부분을 예시하는 그래프이다.
도 15는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 복합 유전체 유전율의 허수 부분을 예시하는 그래프이다.
도 16은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 감쇠를 예시하는 그래프이다.
도 17은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 전체 차폐 효과를 예시하는 그래프이다.
도 18은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 19는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 금속-뒷면의 반사 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 20은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 조성물 Ex1에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 흡수, 반사 및 전송 전력을 예시하는 그래프이다.
도 21은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 조성물 Ex2에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 흡수, 반사 및 전송 전력을 예시하는 그래프이다.
도 22는 비교 조성물 CEx2에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 흡수, 반사 및 전송 전력을 예시하는 그래프이다.
도 23은 비교 조성물 CEx3에 대한 W-대역(75-110GHz)에서의 주파수의 함수로서 흡수, 반사 및 전송 전력을 예시하는 그래프이다.
도 24는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 23℃에서 노치 및 비노치 아이조드 충격 강도를 예시하는 그래프이다.
도 25는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 -30℃에서 노치 및 비노치 아이조드 충격 강도를 예시하는 그래프이다.
도 26은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 유전율(실수 및 허수 부분)을 예시하는 그래프이다.
도 27은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 소산 인자(Df), 또는 tan δ를 예시하는 그래프이다.
도 28은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 77GHz 주파수에서 관찰된 CNT 장입의 함수로서 전송 모드에서의 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
도 29는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서 주파수의 함수로서 복합 유전체 유전율의 실수 부분을 예시하는 그래프이다.
도 30은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서 주파수의 함수로서 복합 유전체 유전율의 허수 부분을 예시하는 그래프이다.
도 31은 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서 주파수의 함수로서 감쇠를 예시하는 그래프이다.
도 32는 본 개시내용의 양태에 따른 실시예 및 비교 조성물에 대한 W-대역(75-110GHz)에서 주파수의 함수로서 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 예시하는 그래프이다.
본 개시내용은 자동차 레이더 센서와 같은 센서용 마이크로파 흡수체를 제조하는데 사용될 수 있고 통상의 성형 공정을 사용하여 사출 성형될 수 있는 상대적으로 낮은 수준의 다중-벽 탄소 나노튜브를 포함하는 플라스틱 복합 재료를 기술한다.
탄소 나노튜브는 상대적으로 낮은 장입에서 적절한 마이크로파 간섭 성능을 제공하기 때문에 탄소 분말, 흑연 또는 탄소 섬유보다 선호된다. 예를 들어, 탄소의 보다 낮은 장입은 높은 전단율 조건 하에서 이들 재료의 연성, 충격 강도, 표면 미학 및 흐름에 대한 개선을 초래한다.
본 개시내용의 또 다른 양태는 자동차 레이더 센서의 성분(플레이트, 인클로저, 커버 등)이며, 이는 마이크로파 흡수 충전재로서 중합체 및 탄소 나노튜브를 포함하는 재료로부터, 특정 디자인, 평균 두께, 마이크로파 흡수 효율, 흡수 대역폭, 차폐 효과, 감쇠 및 전기 표면 및 부피 저항율 특성을 갖는 성형 부품으로 성형된다.
본 개시내용의 추가 양태는 마이크로파 흡수 재료(흡수체)를 포함하는 성형 부품을 포함하는 물품(예를 들어, 레이더 센서, 카메라, 전자 제어 장치 등)을 포함한다. 물품은 센서의 인쇄 회로 기판 내부/상에 위치된 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구를 가질 수 있다.
본 개시내용은 다음 개시내용의 상세한 설명 및 여기에 포함된 실시예를 참조함에 의해 보다 쉽게 이해될 수 있다. 다양한 양태에서, 본 개시내용은 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다.
본 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 장치 및/또는 방법이 개시되고 기술되기 전에, 그것들은 물론 다양할 수 있는 바와 같이, 달리 특정되지 않는 한 특정 합성 방법 또는 달리 특정되지 않는 한 특정 시약에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정 양태를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니라는 것이 또한 이해되어야 한다.
본 개시내용의 요소들의 다양한 조합, 예를 들어 동일한 독립항에 의존하는 종속항으로부터의 요소들의 조합이 본 개시내용에 포괄된다.
더욱이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 제시된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서로 수행되도록 요구하는 것으로 해석되도록 결코 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계에 따라야 할 순서를 실제로 언급하지 않거나 청구항이나 설명에 단계가 특정 순서로 제한되어야 한다고 구체적으로 명시되어 있지 않은 경우, 순서는 어떤 면에서 추론된다는 것이 결코 의도되지 않는다. 이는 다음을 포함하여 해석에 대한 임의의 가능한 비-명시적 근거에 적용된다: 단계의 배열 또는 작업 흐름과 관련된 논리 문제; 문법적 구성이나 구두점에서 파생된 일반 의미; 및 명세서에 기술된 양태의 수 또는 유형.
본 명세서에 언급된 모든 간행물은 그 간행물이 인용된 것과 관련하여 방법 및/또는 재료를 개시하고 기술하기 위해 참조로 본 명세서에 포함된다.
정의
본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정 양태를 기술하기 위한 것이고 제한하려는 의도가 아니다는 것이 또한 이해되어야 한다. 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 "포함하는"은 "이루어지는" 및 "본질적으로 이루어지는" 양태를 포함할 수 있다. 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시내용이 속하는 기술 분야의 숙련자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서 및 이어지는 청구범위에서, 본 명세서에서 정의되는 다수의 용어가 참조될 것이다.
명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수형 "a", "an" 및 "the"는 문맥에서 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수 참조를 포함한다. 따라서, 예를 들어 "폴리에스테르"에 대한 언급은 둘 이상의 폴리에스테르 중합체의 혼합물을 포함한다.
본 명세서에 사용된 용어 "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다.
범위는 본 명세서에서 하나의 값(제1 값)부터 다른 값(제2 값)까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 범위는 일부 양태에서 제1 값과 제2 값 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 마찬가지로, 선행사 '약'을 사용하여 값을 근사치로 표현하는 경우, 특정 값이 또 다른 양태를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각각의 범위의 평가변수는 다른 평가변수와 관련하여 그리고 다른 평가변수와 독립적으로 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다. 본 명세서에 개시된 다수의 값이 있고, 각각의 값은 또한 값 자체에 부가하여 "약" 그 특정 값으로서 본 명세서에 또한 개시된다는 것이 또한 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되면 "약 10"도 개시된다. 2개의 특정 유닛 사이의 각 유닛도 개시된다는 것이 또한 이해된다. 예를 들어, 10과 15가 개시되면 11, 12, 13, 14도 개시된다.
본 명세서에 사용된 용어 "약" 및 "이거나 약"은 문제의 양 또는 값이 지정된 값, 대략적으로 지정된 값, 또는 지정된 값과 거의 동일할 수 있음을 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시되거나 추론되지 않는 한 이는 ±10% 변동을 나타내는 공칭 값이라는 것이 일반적으로 이해된다. 용어는 유사한 값이 청구범위에 인용된 동등한 결과 또는 효과를 촉진한다는 것을 전달하려는 의도이다. 즉, 양, 크기, 제형, 매개변수 및 기타 양과 특징은 정확하지도 않고 정확할 필요도 없지만 원하는 대로 공차, 변환 계수, 반올림, 측정 오류 등과 당업자에게 알려진 다른 요인들을 반영하여 대략적 및/또는 더 크거나 더 작을 수 있다는 것이 이해된다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 매개변수 또는 기타 양이나 특징은 명시적으로 명시되어 있는지 여부에 관계없이 "약" 또는 "대략"이다. 정량적 값 앞에 "약"이 사용된 경우, 달리 구체적으로 언급하지 않는 한 매개변수에는 특정 정량적 값 자체도 포함된다는 것이 이해된다.
본 개시내용의 조성물을 제조하는데 사용되는 성분뿐만 아니라 본 명세서에 개시된 방법 내에서 사용되는 조성물 자체가 개시된다. 이들 및 기타 물질은 본 명세서에 개시되어 있고, 이들 물질의 조합, 부분집합, 상호작용, 그룹 등이 개시되는 경우, 이들 화합물의 각각의 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 순열의 구체적인 언급이 명시적으로 개시될 수 없지만, 각각이 본 명세서에서 구체적으로 고려되고 기술된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 특정 화합물이 개시되고 논의되고, 그 화합물을 포함하는 다수의 분자에 대해 이루어질 수 있는 다수의 변형이 논의되는 경우, 특별히 반대로 표시되지 않는 한 그 화합물의 각각의 모든 조합 및 순열과 가능한 변형이 구체적으로 고려된다. 따라서, 분자 A, B 및 C의 클래스뿐만 아니라 분자 D, E 및 F의 클래스 및 조합 분자의 예가 개시되는 경우, A-D가 개시되면, 각각이 개별적으로 언급되지 않더라도 각각은 개별적으로 그리고 집합적으로 고려되는 의미 조합인, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E 및 C-F가 개시된 것으로 간주된다. 마찬가지로, 이의 임의의 하위집합 또는 조합도 개시된다. 따라서, 예를 들어 A-E, B-F 및 C-E의 하위-그룹은 개시된 것으로 간주된다. 이 개념은 본 개시내용의 조성물을 제조하고 사용하는 방법에서의 단계를 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가 단계가 있다면, 이들 추가 단계 각각은 본 개시내용의 방법의 임의의 특정 양태 또는 양태의 조합으로 수행될 수 있다는 것이 이해된다.
조성물 또는 물품에서의 특정 요소 또는 성분의 중량부에 대한 명세서 및 결론적 청구범위에서의 언급은 중량부가 표현되는 조성물 또는 물품에서의 요소 또는 성분과 임의의 다른 요소 또는 성분 사이의 중량 관계를 나타낸다. 따라서, X 성분 2 중량부 및 Y 성분 5 중량부를 함유하는 화합물에서, X 및 Y는 2:5의 중량비로 존재하고, 추가 성분이 화합물에 함유되는지 여부와 관계없이 이러한 비율로 존재한다.
달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 성분의 중량 퍼센트는 성분이 포함된 제형 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
중합체의 구성성분과 관련하여 사용된 용어 "잔류물" 및 "구조 단위"는 명세서 전반에 걸쳐서 동의어이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "중량 퍼센트", "중량%" 및 "중량.%"는 상호교환적으로 사용될 수 있으며, 달리 명시되지 않는 한, 조성물의 총 중량을 기준으로 주어진 성분의 중량에 의한 퍼센트를 나타낸다. 즉, 달리 명시하지 않는 한, 모든 중량% 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 개시된 조성물 또는 제형에서의 모든 성분에 대한 중량% 값의 합은 100과 동일하다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 모든 테스트 표준은 본 출원을 제출할 당시 유효한 가장 최근의 표준이다.
본 명세서에 개시된 각각의 물질은 상업적으로 이용가능하고/하거나 이의 제조 방법은 당업자에게 공지되어 있다.
본 명세서에 개시된 조성물은 특정 기능을 갖는 것으로 이해된다. 본 명세서에는 개시된 기능을 수행하기 위한 특정 구조적 요구사항이 개시되어 있고, 개시된 구조와 관련된 동일한 기능을 수행할 수 있는 다양한 구조가 있으며, 이들 구조는 전형적으로 동일한 결과를 달성할 것이라는 것이 이해된다.
열가소성 조성물
일부 양태에서 다중 벽 탄소 나노튜브(CNT)의 고정된 장입을 포함하는 폴리에스테르(예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)) 마스터배치는 새로운 충전되지 않은 폴리에스테르 수지와 조합되어 원래의 마스터배치를 희석하여 다양한 농도의 나노튜브의 블렌드를 형성한다. 탄소 나노튜브는 조성물에 전기 전도성 및 마이크로파 흡수 특성을 부여한다. 개시내용의 양태에 사용하기에 적합한 하나의 마스터배치 조성물은 15 중량 퍼센트의 나노튜브를 함유하는 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT) PBT 마스터배치인 PLASTICYL™ PBT1501(NANOCYL로부터 이용가능)이다. NANOCYL® 나노튜브는 촉매적 화학 기상 증착(CCVD) 공정을 통해 생산된 얇은 다중-벽 탄소 나노튜브이다. 탄소 나노튜브는 나노미터 크기 직경을 갖는 탄소 원자로만 구성된 튜브-형상의 재료이다. 흑연 층은 연속적인 깨어지지 않은 육각형 메쉬와 육각형의 정점에 탄소 원자가 있는 말아올린 닭장 와이어 같이 어느 정도 시각화될 수 있다. 반 데르 발스 힘의 작용으로 인해 탄소 나노튜브는 다발이나 덩어리로 뭉치는 경향이 있다. 결과적으로, 탄소 나노튜브는 검은색 분말처럼 보이다. 그러나, 나노스케일에서는 스파게티-유사 구조를 가지고 있다.
탄소 나노튜브의 하나의 이점은 이를 포함하는 조성물이 그 높은 종횡비로 인해 특정 전기 전도성에 도달하는데 필요한 상대적으로 낮은 양의 나노튜브를 초래하여 카본 블랙 또는 흑연과 같은 다른 전도성 충전재에 비해 개선된 기계적 특성을 갖는다는 것이다. 나노튜브는 전형적으로 동일한 장입에서 카본 블랙보다 점도를 더 증가시키지만 대부분의 경우 처리를 위해 훨씬 낮은 양의 나노튜브가 필요하다. CNT의 다른 이점은 높은 전기 전도성; 우수한 가공성; 기계적 특성의 유지; 열가소성 수지의 높은 재활용성; 및 우수한 열 방출 특성(다른 여러 가지 중에서)을 포함한다. NANOCYL의 NC7000™ CNT의 구체적인 특성은 다음을 포함한다:
NC7000™ CNT의 구체적인 특징
*NC7000의 표면 상에 열분해적으로 증착된 탄소
NANOCYL의 NC7000™ 기술 데이터 시트에서 발췌.
특정 양태에서, 개시내용은 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 조성물의 6인치 x 8인치 x 1/8인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다. 본 명세서에 사용된 "성형된 샘플"은 조성물의 6인치 x 8인치 x 1/8인치 사출 성형된 샘플을 지칭한다.
본 개시내용의 조성물의 유전체 특성을 측정하는데 사용된 자유 공간 방법은, 2개의 안테나가 그 사이에 등거리에 배치된 샘플 홀더와 함께 서로 대향하는, 벡터 네트워크 분석기를 포함한다. 자유 공간 방법에 의해 생성된 기초적인 실험량은 소위 산란 매개변수 또는 S-매개변수이며, 이는 진폭 및 위상 대 주파수의 관점에서 전기 네트워크의 서로 다른 포트 간의 입력-출력 관계를 기술하기 위해 사용된다. S-매개변수는 일반적으로 두-숫자 아래 첨자에 의해 식별되며, 아래 첨자에서 첫 번째 숫자는 응답 포트를 지칭하는 반면 두 번째 숫자는 부수 포트를 나타낸다. 따라서 S21은 포트 1에서 신호에 기인한 포트 2에서의 응답을 의미한다. 산란 매개변수는 실수 부분과 허수 부분을 갖는 복소수이고, 이것은 샘플에서 반사되거나 샘플을 통해 전송되는 마이크로파 방사선의 양을 기술한다. 예를 들어, 반사에 대한 산란 매개변수 S11은 안테나 1에서 유래하고 샘플에 충돌한 후 동일한 안테나에서 다시 수신되어 반사되는 신호를 나타낸다. 마찬가지로, 전송에 대한 산란 매개변수 S21은 안테나 1에서 유래되고 테스트 하의 재료를 통해 전송된 후 안테나 2에 의해 수신되는 신호를 나타낸다. 안테나 2에서 유래하는 신호를 나타내는 반사 및 전송에 대한 산란 매개변수로, 반사의 경우 S22, 전송의 경우 S12도 정의될 수 있다. S-매개변수 행렬은 이전에서 정의된 바와 같이 4개 S-매개변수 S11, S22, S21 및 S12를 식별할 수 있는 2-포트 네트워크의 양쪽에서 반사 계수와 전송 이득을 결정하는데 사용될 수 있다. 그런 다음 소프트웨어를 사용하여 네트워크 분석기의 산란 매개변수 출력을 유전체 특성으로 변환한다. 자유-공간 측정 기술은 테스트 하의 자기-유전체 재료의 유전체 유전율과 투자율을 결정하는 방법을 제공한다. 이들 방법은 비접촉식이며, 즉 테스트 하의 재료가 측정과 관련된 장비의 임의의 활성 성분과 직접 접촉하지 않는다.
뒷면이 없는 샘플과 금속-뒷면의 샘플에 대해 자유 공간 방법을 사용하여 본 개시내용의 재료의 유전체 특성을 결정하는데 사용되는 장치의 개략도가 각각 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. 이들 자유 공간 유전체 측정에는 6인치 x 8인치 x 1/8인치 차원의 사출 성형 플라크가 사용된다.
자유 공간 방법을 사용한 유전 측정은 전송 모드와 금속-뒷면의 반사 모드인 2가지 서로 다른 모드로 수행할 수 있다. 측정의 전송 모드는 3가지 유형의 방사선, 즉 샘플에 대한 흡수, 샘플에서 반사, 샘플을 통한 전송이 측정되도록 한다. 반면, 측정의 금속-뒷면의 반사 모드에서는, 금속판(스테인레스 스틸, 알루미늄 등)을 테스트 하의 재료와 수신 안테나 사이에 배치하므로 샘플을 통한 전송이 거의 완전히 억제되고, 재료에 대한 마이크로파 흡수 및 재료에서 마이크로파 반사만이 평가될 수 있다. 전송 모드에서 두 안테나의 조합은 반사에 대한 산란 매개변수, S11과 전송에 대한 산란 매개변수, S21만 측정할 수 있으므로, 테스트 하의 재료에 의해 흡수된 방사선의 양(퍼센트 단위)은 샘플에 충돌하는 총 에너지(또는 100%)와 샘플을 통해 전송된 방사선(S21에서 측정되고, 수신 안테나에 도달함)과 샘플에서 반사된 방사선(S11에서 측정되고, 방출 안테나로 다시 돌아옴)의 양의 합(퍼센트 단위) 사이의 차이로 계산된다. 많은 응용분야에서는 전송 모드를 사용하여 측정할 때 흡수 전력 퍼센트를 최대화하고 반사 전력 퍼센트와 전송 전력 퍼센트를 최소화하는 것이 바람직하다. 레이더 설계자가 마이크로파 레이더 간섭 응용분야용 재료를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 유전체 특성이 있다. 복합 유전율(실수 및 허수 부분), 재료에 의해 흡수, 반사 또는 전송되는 방사선의 양, 차폐 효과, 반사 손실 및 감쇠는 레이더 센서 응용분야용 플라스틱 성분의 제조에 관심있는 재료 특성 중 일부일 뿐이다. 들어오는 방사선의 주파수와 재료 두께가 또한 제거하거나 최소화하지 않으면 자동차 전자 센서의 정상적인 작동을 방해할 수 있는 마이크로파 에너지를 가둘 때 중요하다.
도 2는 75 내지 110GHz 주파수에서 W-대역에서의 마이크로파 방사선을 흡수하는데 사용되는 탄소-기반 재료의 산란 매개변수(dB 단위) S11(반사에 대해) 및 S21(전송에 대해)의 크기의 전형적인 그래프를 도시한다. 이 그래프에서, S11이 0 dB인 것은 알루미늄이나 스테인리스 스틸로 만들어진 금속판의 경우처럼 재료가 반사 손실을 보이지 않음(100% 반사)을 나타낸다. 마찬가지로, S21이 0 dB인 것은 공기의 경우처럼 재료가 전송 손실을 경험하지 않음(100% 전송)을 나타낸다. 이 맥락에서 S11이 0dB보다 큰 재료는 100% 미만 반사할 것이고(일부 반사 손실을 경험할 것임), S21이 0dB보다 큰 재료는 100% 미만 전송할 것이다(일부 전송 손실을 경험할 것임). S 매개변수 값에서의 음수 부호는 에너지가 손실되었음을 나타내며, 음수가 클수록 손실이 크다는 것을 나타낸다. 77GHz의 주파수에 대한 그래프에서 볼 수 있듯이, 약 -2.5dB에 동등한 S11은 31.6%의 반사 전력 퍼센트를 나타내고, 약 -15dB에 동등한 S21은 0.1%의 전송 전력 퍼센트에 상응하고, 100%에 대한 차이로 흡수 전력 퍼센트는 약 68.3%와 같다.
가장 일반적인 정의에서, 재료의 차폐 효과(SE)는 전도성 및/또는 자기 성분으로 만들어진 장벽 또는 실드로 필드를 차단함에 의해 그 주변의 전자기 복사를 줄이는 재료의 능력을 기술한다. 이들 경우에, 보호할 재료에 충돌하는 전자기 복사의 일부 또는 전부를 흡수하거나 반사함에 의해 차폐가 이루어질 수 있다. 이 유해한 방사선을 차단하는 차폐 재료의 능력은 일반적으로 들어오는 방사선의 주파수(또는 파장), 보호층의 두께에 따라 달라지고 재료의 전기 전도성 및/또는 유전체 특성에 따라 달라질 것으로 예상된다. 재료의 총 차폐 효과는 그 반사, 흡수 및 내부 반사 손실의 결과이고, 다음 방정식으로 표시된다:
SET (dB) = SEA + SER + SEM
총 차폐 효율이 10dB보다 큰 경우 다중 반사 SEM으로 인한 차폐 효과는 일반적으로 무시할 수 있다. 따라서, 총 차폐 효과는 다음으로 감소된다:
SET (dB) = SEA + SER, 여기서
SEA 및 SER은 다음과 같이 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 S-매개변수 측정에서 직접 계산된다:
및
상기 방정식에서, S11은 반사에 대한 산란 매개변수이고, S21은 전송에 대한 산란 매개변수이다. 본 발명자들이 상기 SER 및 SEA 식을 SET 식으로 대체하면, 총 차폐 효과는 SET = -10 log(|S21|2)로 쓸 수 있으며, 이는 전송 손실 또는 삽입 손실에 대한 식과 유사하다. 유사한 공식을 사용하여 산란 매개변수의 관점에서 감쇠, 반사 및 삽입 손실, 흡수 전력 등과 같은 다른 유전체 특성을 계산할 수 있다. 본 개시내용의 재료의 특성을 계산하는데 사용된 공식은 아래에 제공된다.
반사 및 전송 계수:
* 반사 계수의 방정식:
상기 방정식에서 이고 부호는 제약조건 |Γmax|=1로 선택된다.
* 전송 계수의 방정식:
여기서 γ는 전파 상수를 나타내고 d는 플라크의 두께를 나타낸다.
복합 상대 유전체 유전율:
여기서 σ는 재료의 전도도이고, Ω는 각 주파수이고, ε0은 자유-공간 유전율이다.
손실 탄젠트:
전파 상수:
여기서 γ는 추출된 복소 유전율과 복소 투자율을 사용하여 다음과 같이 계산된다.
, 여기서 c는 자유 공간에서 빛의 속도를 나타낸다(c=3×108m/s).
감쇠 상수 α는 전송 경로를 따라 신호 진폭을 감소시키고, α = 실수(γ)(Np/m 또는 Nepers/m)로 계산된 다음 다음을 사용하여 dB/cm 단위로 플롯팅된다:
α(dB/cm)= -0.086859α(Np/m)
반사 손실(RL) 및 삽입 손실(IL):
측정된 RL(dB)=20 log(|S11 측정됨|)
측정된 IL(dB)=20 log(|S21 측정됨|)
계산된 RL(dB)=20 log(|S11 계산됨|)
계산된 IL(dB)=20 log(|S21 계산됨|)
계산된 S 11 및 S 21 매개변수[60]: 반사 및 전송 계수는 추출된 유전율 및 전송율을 사용하여 다음과 같이 계산된다.
여기서 ω는 각 주파수를 나타내고, c는 자유 공간에서 빛의 속도이고, d는 플라크의 두께이고, 그 다음 S11 및 S21 매개변수는 다음을 사용하여 계산된다:
전력 퍼센트: 마이크로파 흡수는 직접적으로 측정될 수 없고 반사(S11로부터) 및 전송(S21로부터)만 측정될 수 있으므로, 흡수된 전력 백분율은 다음으로부터 계산될 수 있다:
금속-뒷면의 반사 모드에서 반사에 대한 산란 매개변수: S11은 전송 라인 모델을 사용하여 계산된다:
반사 손실(dB) = 20 log(|S11|), 여기서
/ 및
는 복합 상대 유전체 유전율 이고, 는 투자율(비-자성 재료의 경우=1)이며, 이는 금속 뒷면을 갖는 단일-층 마이크로파 흡수체의 반사 손실에 대한 방정식과 유사하다:
금속 뒷면을 갖는 일-층 흡수체 경우 반사에 대한 방정식은 다음과 같다:
적합한 폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 산(PCTA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 이의 공중합체, 또는 이의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 적합한 폴리에스테르 성분은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 산(PCTA), 이의 공중합체, 또는 이의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. PCT는 사이클로헥산디메탄올(CHDM)과 디메틸 테레프탈레이트(DMT) 또는 테레프탈산(TPA)으로 형성된 결정질 폴리에스테르이다. PETG와 PCTG는 중합반응에 에틸렌 글리콜(EG)을 포함함에 의해 형성된 코폴리에스테르이다. 코폴리에스테르에서 디올 함량 중 50% 미만이 CHDM인 경우 PETG가 형성되며; 코폴리에스테르에서 디올 함량 중 50% 초과가 CHDM인 경우에 PCTG가 형성된다. PCTA는 이소프탈산(IPA)과 같은 추가 이산을 포함함에 의해 형성된다. 특정 양태에서 폴리에스테르 성분은 PBT를 포함한다.
일부 양태에서 CNT 충전재는 약 5-15 나노미터(nm)의 평균 직경, 적어도 100 평방미터/그램(㎡/g)의 표면적, 및/또는 10-3Ohm.센티미터(Ω.cm) 미만의 부피 저항율을 가질 수 있다. 예시적인 CNT는 Nanocyl로부터 이용가능하다(예를 들어, NC7000™). 특정 양태에서 CNT 충전재는 마스터배치의 형태이다. 특정 양태에서 CNT 충전재는 CNT 분말을 포함하지 않는다.
CNT 충전재는 약 0.01 중량% 내지 약 1.95 중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 일부 양태에서 조성물은 0.10 중량% 내지 1.95 중량%, 또는 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%, 또는 약 0.25 중량% 내지 약 1.95 중량%, 또는 0.25 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%, 또는 0.25 중량% 초과 내지 약 1.0 중량%, 또는 0.25 중량% 초과 내지 1.0 중량% 미만의 CNT 충전재를 포함한다.
특정 양태에서 조성물은 폴리카보네이트-실록산 공중합체를 포함한다. 폴리카보네이트-실록산 공중합체는 일부 양태에서 약 5 중량% 내지 약 45 중량%, 또는 약 5 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 특정 양태에서 폴리카보네이트-실록산 공중합체는 약 20 중량%의 실록산 함량을 갖는다. 개시내용의 양태에 사용하기에 적합한 예시적인 폴리카보네이트-실록산 공중합체는 SABIC으로부터 이용가능한 EXL 공중합체이며, 이는 6 중량% 또는 20 중량%의 예시적인 실록산 함량을 갖는다.
조성물은 일부 양태에서 적어도 하나의 추가 첨가제를 포함한다. 적어도 하나의 추가 첨가제는 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 대전 방지제, 착색제, 탈성형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 담금질제, 난연제, UV 반사 첨가제, 충격 개질제, 발포제, 강화제, 또는 이의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 적어도 하나의 추가 첨가제는 조성물의 원하는 특성에 유의하게 악영향을 미치지 않는 임의의 양으로 열가소성 조성물에 포함될 수 있다. 특정 양태에서 적어도 하나의 추가 첨가제는 사슬 연장제를 포함하지 않는다. 추가 양태에서 적어도 하나의 추가 첨가제는 분산제를 포함하지 않는다. 또 다른 양태에서 적어도 하나의 추가 첨가제는 경화제를 포함하지 않는다.
특정 양태에서 조성물은 적어도 1011 Ω.cm의 부피 전기 저항율을 갖는다. 부피 전기 저항율은 ASTM D257에 따라 결정될 수 있다. 추가 양태에서 조성물은 적어도 1012 Ω.cm, 또는 적어도 1013 Ω.cm, 또는 적어도 1014 Ω.cm, 또는 1011 Ω.cm 내지 1015 Ω.cm의 부피 전기 저항율을 갖는다.
일부 양태에서 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 75GHz 내지 110GHz의 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다. 다른 양태에서 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 75GHz 내지 110GHz의 주파수에서 관찰될 때 적어도 61%, 또는 적어도 62%, 또는 적어도 63%, 또는 적어도 64%, 또는 적어도 65%, 또는 적어도 66%, 또는 적어도 67%, 또는 적어도 68%, 또는 적어도 69%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 71%, 또는 적어도 72%, 또는 적어도 73%, 또는 적어도 74%, 또는 적어도 75%, 또는 60-85%, 또는 65-85%, 또는 70-85%, 또는 74-85%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다.
특정 양태에서, 조성물은 0.25 중량% 초과 내지 1 중량% 미만의 CNT 충전재를 포함하고, 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 74%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다.
제조 방법
본 명세서에 기술된 하나 또는 임의의 전술한 성분은 먼저 서로 건식 혼합되거나, 전술한 성분의 임의의 조합과 건식 혼합된 다음, 하나 또는 다중-공급기로부터 압출기로 공급되거나, 하나 또는 다중-공급기로부터 압출기로 별도로 공급될 수 있다. 개시내용에 사용된 충전재는 또한 먼저 마스터배치로 가공된 다음 압출기로 공급될 수 있다. 성분은 스로트 호퍼 또는 임의의 측면 공급기로부터 압출기로 공급될 수 있다.
개시내용에 사용된 압출기는 단일 스크류, 다중 스크류, 맞물림 동-회전 또는 역 회전 스크류, 맞물리지 않는 동-회전 또는 역 회전 스크류, 왕복 스크류, 핀이 있는 스크류, 스크린이 있는 스크류, 핀이 있는 배럴, 롤, 램, 나선형 로터, 공동-반죽기, 디스크-팩 프로세서, 다양한 기타 유형의 압출 장비 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 가질 수 있다.
성분은 또한 함께 혼합된 다음 용융-블렌딩되어 열가소성 조성물을 형성할 수 있다. 성분의 용융 혼합은 전단력, 신장력, 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 전술한 힘 또는 에너지 형태 중 적어도 하나를 포함하는 조합의 사용을 포함한다.
배합 동안 압출기 상의 배럴 온도는 수지가 반-결정질 유기 중합체인 경우 중합체의 적어도 일부가 대략 용융 온도 이상의 온도에 도달하는 온도, 또는 수지가 비정질 수지인 경우 유동점(예를 들어, 유리 전이 온도)으로 설정될 수 있다.
전술한 성분들을 포함하는 혼합물은 바람직하다면 다중 혼합 및 형성 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 열가소성 조성물은 먼저 압출되고 펠렛으로 형성될 수 있다. 그런 다음 펠렛은 임의의 원하는 형상이나 제품으로 성형될 수 있는 성형 기계에 공급될 수 있다. 대안적으로, 단일 용융 블렌더로부터 나오는 열가소성 조성물은 시트 또는 스트랜드로 형성될 수 있고 어닐링, 일축 또는 이축 배향과 같은 압출-후 공정을 거칠 수 있다.
본 공정에서 용융물의 온도는 일부 양태에서 성분의 과도한 열적 분해를 피하기 위해 가능한 한 낮게 유지될 수 있다. 특정 양태에서 용융 온도는 약 230℃ 내지 약 350℃로 유지되지만, 가공 장비에서 수지의 체류 시간이 비교적 짧게 유지된다면 더 높은 온도가 사용될 수도 있다. 일부 양태에서 용융 가공된 조성물은 다이에서의 작은 출구 구멍을 통해 압출기와 같은 가공 장비에서 배출된다. 생성된 용융 수지의 스트랜드는 수조를 통해 스트랜드를 통과시킴에 의해 냉각될 수 있다. 냉각된 스트랜드는 포장 및 추가 취급을 위해 펠릿으로 잘게 썰어질 수 있다.
일부 양태에서 열가소성 조성물을 형성하는 방법은 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분을 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재와 조합하여 혼합물을 형성하는 것; 및 혼합물을 성형하여 열가소성 조성물을 형성하는 것을 포함한다. 열가소성 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는다. 추가 양태에서 혼합물을 성형하는 단계는 열가소성 조성물을 형성하기 위한 혼합물의 압출, 사출 성형, 회전 성형, 블로우 성형 또는 열성형 중 적어도 하나를 포함한다.
제조 물품
특정 양태에서, 본 개시내용은 열가소성 조성물을 포함하는 형상화, 형성 또는 성형된 물품에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 사출 성형, 압출, 회전 성형, 블로우 성형 및 열성형과 같은 다양한 수단에 의해 유용한 형상의 물품으로 성형되어, 예를 들어 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 노트북 및 휴대용 컴퓨터를 포함하지만 이에 제한되지 않는 개인용 또는 상업용 전자 장치, 및 기타 그러한 장비, 의료 응용분야, RFID 응용분야, 자동차 응용분야 등의 물품 및 구조 성분을 형성할 수 있다. 추가 양태에서, 물품은 압출 성형된다. 또 다른 추가 양태에서, 물품은 사출 성형된다. 특정 양태에서 물품은 내부 또는 외부 레이더 센서용 마이크로파 흡수체이다. 또 다른 양태에서 물품은 레이더 센서, 카메라 또는 전자 제어 장치용 마이크로파 흡수체이다. 특정 양태에서 물품은 전송 안테나, 수신 안테나, 및 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구부를 포함한다.
본 개시내용의 요소들의 다양한 조합, 예를 들어 동일한 독립항에 의존하는 종속항으로부터의 요소들의 조합이 본 개시내용에 포괄된다.
개시내용의 양태
다양한 양태에서, 본 개시내용은 적어도 다음 양태에 속하고 이를 포함한다.
양태 1. 열가소성 조성물로서,
폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및
약 0.01 중량% 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재
를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 본질적으로 이루어지며,
여기서 상기 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 2. 양태 1에 있어서, 폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 산(PCTA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 이의 공중합체, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 3. 양태 1 또는 2에 있어서, 조성물은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 4. 양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, CNT 충전재는 약 5-15 나노미터(nm)의 평균 직경, 적어도 100 평방미터/그램(㎡/g)의 표면적, 및 10-3 옴.센티미터(Ω.cm) 미만의 부피 저항율을 갖는, 열가소성 조성물.
양태 5. 양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 적어도 1011 Ω.cm의 부피 전기 저항율을 갖는, 열가소성 조성물.
양태 6. 양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 75GHz 내지 110GHz의 주파수에서 관찰될 때 적어도 65%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 7. 양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%의 CNT 충전재를 포함하고, 여기서 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 75%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 8. 양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 적어도 하나의 추가 첨가제를 더 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 9. 양태 8에 있어서, 적어도 하나의 추가 첨가제는 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 대전 방지제, 사슬 연장제, 착색제, 탈성형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 담금질제, 난연제, UV 반사 첨가제, 충격 개질제, 발포제, 강화제, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 10. 열가소성 조성물을 포함하는 물품.
양태 11. 양태 10에 있어서, 물품은 내부 또는 외부 레이더 센서용 마이크로파 흡수체인, 물품.
양태 12. 양태 10 또는 11에 있어서, 물품은 레이더 센서, 카메라, 또는 전자 제어 장치용 마이크로파 흡수체인, 물품.
양태 13. 양태 10 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 물품은 전송 안테나, 수신 안테나, 및 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구를 포함하는, 물품.
양태 14. 열가소성 조성물을 형성하는 방법으로서,
폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분을 약 0.01 중량% 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재와 조합하여 혼합물을 형성하는 것; 및
상기 혼합물을 성형하여 열가소성 조성물을 형성하는 것
을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 본질적으로 이루어지며,
여기서 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 방법.
양태 15. 양태 14에 있어서, 상기 혼합물을 성형하는 것은 열가소성 조성물을 형성하기 위한 혼합물의 압출, 사출 성형, 회전 성형, 블로우 성형 또는 열성형 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
양태 16. 열가소성 조성물로서,
폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및
0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재
를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 본질적으로 이루어지며,
여기서 상기 조성물의 6 인치(in) x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 17. 양태 16에 있어서, 폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 산(PCTA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 이의 공중합체, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 18. 양태 16 또는 17에 있어서, 조성물은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 19. 양태 16 내지 18 중 어느 하나에 있어서, CNT 충전재는 약 5-15 나노미터(nm)의 평균 직경, 적어도 100 평방미터/그램(㎡/g)의 표면적, 및 10-3 옴.센티미터(Ω.cm) 미만의 부피 저항율을 갖는, 열가소성 조성물.
양태 20. 양태 16 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 적어도 1.0 x 1011 Ω.cm의 부피 전기 저항율을 갖는, 열가소성 조성물.
양태 21. 양태 16 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 75GHz 내지 110GHz의 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 22. 양태 16 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 0.25 중량% 초과 내지 1 중량% 미만의 CNT 충전재를 포함하고, 여기서 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 74%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 23. 양태 16 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 폴리카보네이트-실록산 공중합체를 추가로 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 24. 양태 16 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 0.25 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 CNT 충전재를 포함하고, 여기서 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 -30dB/cm의 감쇠 상수를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 25. 양태 16 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 적어도 하나의 추가 첨가제를 더 포함하고, 여기서 적어도 하나의 추가 첨가제는 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 대전 방지제, 착색제, 탈성형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 담금질제, 난연제, UV 반사 첨가제, 충격 개질제, 발포제, 강화제, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 26. 양태 16 내지 25 중 어느 하나에 따른 열가소성 조성물을 포함하는 물품.
양태 27. 양태 26에 있어서, 물품은 내부 또는 외부 레이더 센서용 마이크로파 흡수체인, 물품.
양태 28. 양태 26에 있어서, 물품은 레이더 센서, 카메라, 또는 전자 제어 장치용 마이크로파 흡수체인, 물품.
양태 29. 양태 26 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 물품은 전송 안테나, 수신 안테나, 및 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구를 포함하는, 물품.
양태 30. 열가소성 조성물을 형성하는 방법으로서,
폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분을 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재와 조합하여 혼합물을 형성하는 것; 및
상기 혼합물을 성형하여 열가소성 조성물을 형성하는 것
을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 본질적으로 이루어지며,
여기서 열가소성 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 방법.
양태 31. 양태 30에 있어서, 혼합물을 성형하는 것은 열가소성 조성물을 형성하기 위한 혼합물의 압출, 사출 성형, 회전 성형, 블로우 성형 또는 열성형 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
실시예
다음 실시예는 본 명세서에 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 제조되고 평가되는지에 대한 완전한 개시 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제시되고, 순수하게 예시적인 것으로 의도되고 개시내용을 제한하려는 의도는 아니다. 수치(예를 들어, 양, 온도 등)에 관한 정확성을 보장하기 위해 노력했지만 일부 오류와 편차는 감안되어야 한다. 달리 명시하지 않는 한, 부는 중량부이고, 온도는 ℃로 되거나 주변 온도이고, 압력은 대기압 또는 대기압에 가깝다. 달리 명시하지 않는 한, 조성을 언급하는 백분율은 중량% 기준이다.
기술된 공정으로부터 얻은 생성물 순도 및 수율을 최적화하기 위해 사용될 수 있는 반응 조건, 예를 들어 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 기타 반응 범위 및 조건의 다양한 변경 및 조합이 있다. 이러한 공정 조건을 최적화하려면 합리적이고 일상적인 실험만 필요할 것이다.
본 명세서에 기술된 조성물에 사용된 PBT-MWCNT 마스터배치는 얇은-벽의 프로파일 및 파이프를 제조하는데 사용하기에 적합한 중간-점도 PBT 등급인 신선한 충전되지 않은 Ultradur® B4500(BASF)의 다양한 양으로 희석되었다. 이 등급은 사출 성형 응용분야에서 산업용 기능성 부품 제조에도 적합하다. 조성물에서 마스터배치의 양은 20 내지 5 중량%로 다양했고, 신선한 PBT 수지의 양은 80 내지 95 중량%로 다양했다. 이들 중합체/마스터배치 비율은 최종 제형에서 약 3 중량% 내지 약 0.75 중량%의 탄소 나노튜브를 함유하는 재료를 생성했다. 실시예 및 비교 조성물을 제조하고 표 1에 기재된 바와 같이 다양한 특성을 결정하였다:
표 1 - 실시예 및 비교 조성물 및 특성
* CEx1에서 PBT는 Valox 325였다.
위에 제시된 데이터의 그래픽 예시가 도 3-23에 제공된다.
도 3은 복합 유전체 유전율의 실수 및 허수 부분 둘 모두가 제형 내 CNT 장입에 따라 증가하였음을 도시한다. 도 4는 이들 제형에서 관찰된 소산 계수(ε"/ε') 또는 tan δ에 대한 동일한 경향을 도시한다. 도 5는 감쇠 상수가 약 -35dB/cm에서 약 -160dB/cm로 증가하였음을 도시하고, 도 6은 제형에서의 CNT 장입이 증가할 때 총 차폐 효과가 약 12dB에서 약 60dB로 증가하였음을 도시한다. 도 7은 전송 모드에서 측정된 반사 전력 퍼센트가 CNT 장입에 따라 증가한 반면, 전송 모드에서 측정된 전송 전력 퍼센트와 흡수 전력 퍼센트 둘 모두는 CNT 장입이 증가할 때 감소했음을 도시한다. 이들 결과가 77GHz의 주파수에 대해 표시되는 것처럼, 전송 모드에서 측정된 반사 전력 퍼센트는 나노튜브의 0.75 중량%에서 약 19%로부터 나노튜브의 3 중량%에서 약 46%로 증가했다. 유사하게, 전송 모드에서 측정된 전송 전력 퍼센트는 나노튜브의 0.75 중량%에서 약 4%로부터 나노튜브의 3 중량% 농도에서 사실상 측정 불가능하게 감소했다. 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트는 나노튜브의 0.75 중량%의 약 77%로부터 나노튜브의 3 중량%에서 약 54%로 단조롭게 감소했다. 이들 결과는 이들 재료에 대해 관찰된 전기 저항율의 관점에서, 전도성 충전재의 양이 증가하면 이들 재료가 더 전기적으로 전도성을 갖게 되어 유전적으로 더 금속처럼 행동하게 되며, 이는 중합체-기반 재료와 비교할 때 마이크로파 방사선의 덜 흡수성이고, 덜 투과성이고, 더 반사성이기 때문인 것으로 설명될 수 있다.
도 8은 전송 모드와 금속-뒷면의 반사 모드 둘 모두에서 측정된 77GHz에서 흡수된 전력 퍼센트가 조사된 모든 CNT 장입에 대해 유사하다는 것을 도시한다. 이 결과는 이들 조성물에서 관찰된 낮은 마이크로파 전송의 관점에서 설명될 수 있으며, 이는 테스트 하의 재료가 샘플과 수신 안테나 사이에 위치된 금속판처럼 거의 거동하게 만든다. 도 9 및 10은 전기 표면 및 부피 저항율이 각각 어떻게 제형에 첨가된 CNT 충전재의 양에 따라 감소하는지 도시한다. 또한 상대적으로 적은 양의 CNT 전도성 충전재가 어떻게 이들 조성물을 77GHz 마이크로파 복사에 대해 사실상 불투명(비-전송)하게 만드는 동시에 베이스 중합체의 전기 저항율에는 단지 약간만 영향을 미치는지 언급할 가치가 있다. 도 11은 CNT 장입의 관점에서 본 개시내용의 조성물의 표면 및 부피 전기 저항율의 연속적인 비교를 도시한다. 전기 저항율 둘 모두에 대해 관찰된 유사한 결과는 중합체 매트릭스에서 전도성 원섬유의 상대적으로 균일한 분포가 이들 재료를 제조하기 위한 배합 단계에서 얻어졌다는 것을 시사한다. 도 12 및 13은 CNT 장입이 증가함에 따라 어떻게 전송 모드에서 반사 전력 퍼센트가 증가하고 전송 모드에서 흡수 전력 퍼센트가 감소하여 이들 조성물을 더욱 전기적으로 전도성(낮은 부피 저항율)로 만드는지를 도시한다.
도 14 및 15는 W-대역에서의 전체 주파수 범위(75-110GHz)에 대한 복합 유전체 유전율의 실수 부분 및 허수 부분을 각각 도시한다. 두 그래프 모두가 도시하는 바와 같이, 본 개시내용의 조성물의 복소 유전율은 조사된 주파수 범위에서의 주파수와 사실상 독립적이다. 도 16과 17은 조사된 전체 주파수 범위(75-110GHz)에 대한 감쇠 상수와 총 차폐 효과를 각각 기술한다. 도 18과 19는 조사된 전체 주파수 범위(75-110GHz)에 대해 각각 전송 모드와 금속-뒷면의 반사 모드에서 흡수 전력 퍼센트를 도시한다. 도 20, 21, 22 및 23은 각각 본 개시내용에 기술된 Ex1, Ex2, CEx2 및 CEx3의 W-대역(75-110GHz)의 모든 주파수에 대해 전송 모드에서 측정된 흡수, 반사 및 전송 전력 퍼센트를 도시한다.
충전재가 없는 순수 VALOX/PBT의 3.132mm 두께의 플라크에서 67GHz에서 관찰된 ε' 및 ε"의 측정으로부터 67GHz에서 순수 수지의 계산된 전송 전력 퍼센트, 반사 전력 퍼센트 및 흡수 퍼센트는 각각 72%, 27.5%, 0.4%였다. 이들 결과로부터, 본 개시내용의 실시예 조성물의 전송 모드에서 측정된 최고 흡수 전력 퍼센트는 탄소 나노튜브의 0.75 중량% 이하에서 발생할 것이라고 추측할 수 있다. 가장 적합한 조성물은 77GHz 마이크로파 방사선을 60% 이상, 또는 더욱 적절하게는 65% 이상 흡수한다.
추가의 비교 및 실시예 조성물을 제조하고 표 2A 및 2B에 나타낸 바와 같이 테스트하였다:
표 2A - 실시예 및 비교 조성물과 특성
표 2B - 실시예 및 비교 조성물과 특성
표 2A 및 표 2B의 조성물을 77GHz에서 최대 마이크로파 흡수를 생성하는 CNT 함량을 평가하기 위해 테스트했다. 표 1의 조성물은 77GHz에서 최대 마이크로파 흡수가 0.75 중량% CNT 이하에서 발생함을 입증한다. 표 2A는 단지 0.5 중량% CNT를 함유하는 조성물 Ex2.4가 77GHz에서 78.46%의 MW 흡수를 가짐을 보여준다.
표 2 조성물의 충격 특성의 그래프는 도 24 및 도 25에 예시되어 있다. 23℃에서 조성물 Ex2.3-Ex2.7은 모두 NII가 130J/m인 비교 조성물 C2.3과 대조적으로 적어도 146J/m의 NII를 가졌다. 따라서 개시내용의 양태에 따른 조성물은 ASTM D256 및 ASTM D4812에 따라 테스트했을 때 23℃에서 130J/m 초과, 또는 적어도 135J/m, 또는 적어도 140J/m, 또는 적어도 145J/m, 또는 130J/m 초과 내지 180J/m, 또는 135J/m 내지 180J/m, 또는 140J/m 내지 180J/m, 또는 145J/m 내지 180J/m의 NII를 가질 수 있다.
유사하게, 개시내용의 양태에 따른 조성물 Ex2.3-Ex2.7은 비교 조성물 C2.3에 비해 저온(-30℃) 충격 특성이 개선되었다. 개시내용의 양태에 따른 조성물은 따라서 ASTM D256 및 ASTM D4812에 따라 테스트했을 때 -30℃에서 적어도 90J/m, 또는 적어도 92J/m, 또는 적어도 95J/m, 또는 적어도 100J/m, 또는 적어도 102J/m, 또는 90J/m 내지 150J/m, 또는 92J/m 내지 150J/m, 또는 95J/m 내지 150J/m, 또는 100J/m 내지 150J/m, 또는 102J/m 내지 150J/m의 NII를 가질 수 있다.
77GHz에서 표 2 조성물의 유전체 특성의 그래프를 도 26-28에 나타내었다. 도 26은 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 0.05 중량%에서 3 중량%로 증가할 때 복합 유전체 유전율의 실수 및 허수 부분 둘 모두가 증가함을 보여주었다. 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 증가할 때 복합 유전체 유전율의 실수 부분보다 복합 유전체 유전율의 허수 부분이 더 빠르게 증가하므로, 소산 계수(Df) 또는 허수 대 실수 유전율의 비율(e"/e') 또한 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 증가할 때 증가하였다(도 27). C2.1, C2.2, Ex2.3-Ex2.7 및 C2.8 조성물로부터 성형된 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 플라크의 평균 두께는 각각 2.983mm, 3.10mm, 3.092mm, 3.086mmmm, 3.054mm, 3.051mm, 3.126mm 및 3.065mm였다.
유사하게, 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 0.05 중량%에서 3%로 증가했을 때, 전송 모드에서 측정된 반사 전력 퍼센트는 약 9%에서 약 42%로 증가했고, 전송 모드에서 측정된 전송 전력 퍼센트는 약 64%에서 실제로 무 전송으로 연속적으로 감소했다. 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트는 놀라운 거동을 보여주었다: 그것은 처음에는 0.05 중량% CNT에서 약 27.5%로부터 0.5 중량% CNT에서 약 78.5%로 연속적으로 증가한 다음 제형에서 3 중량% CNT에서 약 58%로 연속적으로 감소했다. 이들 결과는 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 약 0.5 중량%일 때 77GHz에서 최대 마이크로파 흡수가 발생함을 시사한다(도 28).
W-대역(75-110GHz)에서의 주파수에서 표 2 조성물의 유전체 특성의 그래프는 도 29-32에 도시되어 있다. 도 29는 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 0.05 중량%에서 3 중량%로 증가할 때 조사된 모든 주파수(75-110GHz)에 대해 복합 유전체 유전율의 실수 부분이 증가함을 나타냈다. W-대역에서 측정했을 때 모든 농도에 대한 복합 유전체 유전율의 허수 부분에 대해서도 유사한 거동이 관찰되었다(도 30). 도 31은 조사된 W-대역의 모든 주파수에 대해 조성물에서 탄소 나노튜브의 농도가 0.05 중량%에서 3 중량%로 증가할 때 감쇠 상수(dB/cm 단위)가 더 음수(더 높은 감쇠)가 됨을 나타냈다. 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트는 특정 장입까지 탄소 나노튜브의 농도에 따라 증가한 다음 적어도 조사된 W-대역 주파수 범위의 일부 내에서 감소했다(도 32).
상기 설명은 예시를 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니다. 예를 들어, 상기-기술된 실시예(또는 이의 하나 이상의 양태)는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 당업자가 상기 설명을 검토할 때와 같은 다른 양태가 사용될 수 있다. 요약은 37 C.F.R. §1.72(b)에 따라 제공되어, 독자가 기술적 개시내용의 성격을 신속하게 확인할 수 있도록 한다. 이는 청구범위의 범주 또는 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않을 것이라는 이해를 바탕으로 제출된다. 또한, 상기 상세한 설명에서는 본 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특성들이 함께 그룹화될 수 있다. 이는 청구되지 않은 개시된 특성이 임의의 청구범위에 필수적이라는 의미로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 발명적 주제는 특정 개시된 양태의 모든 특성보다 더 적은 부분에 있을 수 있다. 따라서, 다음의 청구범위는 실시예 또는 양태로서 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구범위는 그 자체로 별도의 양태로서 존재하며, 이러한 양태는 다양한 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있는 것으로 고려된다. 개시내용의 범주는 첨부된 청구범위와 그러한 청구범위에 부여된 균등물의 전체 범주를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 열가소성 조성물로서,
    폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분; 및
    0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재
    를 포함하며, 여기서 상기 조성물의 6 인치(in) x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리에스테르는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 산(PCTA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 이의 공중합체, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조성물은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는, 열가소성 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, CNT 충전재는 약 5-15 나노미터(nm)의 평균 직경, 적어도 100 평방미터/그램(㎡/g)의 표면적, 및 10-3 옴.센티미터(Ω.cm) 미만의 부피 저항율을 갖는, 열가소성 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 적어도 1.0 x 1011 Ω.cm의 부피 전기 저항율을 갖는, 열가소성 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 75GHz 내지 110GHz의 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 0.25 중량% 초과 내지 1 중량% 미만의 CNT 충전재를 포함하고, 여기서 상기 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 74%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 열가소성 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 폴리카보네이트-실록산 공중합체를 추가로 포함하는, 열가소성 조성물.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 0.25 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 CNT 충전재를 포함하고, 여기서 상기 조성물의 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 -30dB/cm의 감쇠 상수를 갖는, 열가소성 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 적어도 하나의 추가 첨가제를 더 포함하고, 여기서 적어도 하나의 추가 첨가제는 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 대전 방지제, 착색제, 탈성형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 담금질제, 난연제, UV 반사 첨가제, 충격 개질제, 발포제, 강화제, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 열가소성 조성물을 포함하는 물품.
  12. 제11항에 있어서, 물품은 내부 또는 외부 레이더 센서용 마이크로파 흡수체인, 물품.
  13. 제11항에 있어서, 물품은 레이더 센서, 카메라, 또는 전자 제어 장치용 마이크로파 흡수체인, 물품.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 물품은 전송 안테나, 수신 안테나, 및 상기 전송 안테나와 수신 안테나 사이에서 마이크로파 방사선이 전송되게 하는 적어도 2개의 개구를 포함하는, 물품.
  15. 열가소성 조성물을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 성분을 0.10 중량% 초과 내지 약 1.95 중량%의 탄소 나노튜브(CNT) 충전재와 조합하여 혼합물을 형성하는 것; 및
    상기 혼합물을 성형하여 열가소성 조성물을 형성하는 것을 포함하며,
    여기서 상기 열가소성 조성물의 6 인치 x 8 인치 x 1/8 인치 성형된 샘플은 자유 공간 방법에 따라 77GHz 주파수에서 관찰될 때 적어도 60%의 전송 모드에서 측정된 흡수 전력 퍼센트를 갖는, 방법.
KR1020247003677A 2021-07-08 2022-07-07 센서 응용분야에서 마이크로파 흡수체로서 탄소 나노튜브를 포함하는 폴리에스테르 조성물 KR20240028478A (ko)

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