TW201226460A - Polymers with metal filler for EMI shielding - Google Patents

Description

201226460 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭露總體上涉及電磁干擾/射頻干擾（EMI/RFI )的 饮封部件。更確切地說，本揭露涉及用於EMI遮罩的金屬 纖維填充的聚合物。 【先前技術】 電子雜訊（EMI )以及射頻干擾（RFI )係在電子系統 中存在不希望的電磁能量。EMI可以由電子系統内及其周 圍的無意的電磁能而產生。例如’電氣接線可以產生約6〇 Hz的電子雜訊。無意的電磁能的其他來源可以包括熱雜 訊、閃電以及靜電放電。此外，EMI可以產生自有意的電 磁能，例如用於收音機以及電視廣播的無線電信號、無線 通訊系統如手機、以及無線電腦網路。 在電子系統的設計中EMI的消除係很重要的。部件在 系統内的佈置、連同遮罩以及過濾、的使用，使之有可能控 制並且減小干擾電子系統功能的EMI以及電子系統所產生 的可以干擾其他系統的EMI。遮罩以及過濾的效用取決於 將遮罩材料結合在一起所採用的方法。在外殼，例如接點、 接縫以及縫隙内的電的不連續性都影響可以破壞這種遮罩 的EMI的頻率以及量。 【發明内容】 在一第一方面，一複合材料包括一熱塑性材料以及一

S 3 201226460 或多種金屬填充劑，例如金屬顆粒、金屬纖維填充劑、或 它們的組合。該金屬填充劑可以分散在該熱塑性材料内一。 該複合材料可以具有不大於約U〇hm.Cm的體積電阻率。 在-第二方面，一密封部件可以包括—由熱塑性材料 以及-在此描述的金屬帛充劑組成的複合㈣。該金屬填 充劑J以分散在該熱塑性材料内並且具有在3賴至約 mm範圍内的長度以及約5微米的平均粒徑。該複合材料可 以具有不大於約0.5Ohm_cmK體積電阻率。 在一第三方面，一系統可以包括一第一部件以及一第 -部件’以及-置於該第—與第二部件之間的密封部件。 該密封部件可以包括-由熱塑性材料以及—金屬填充劑祖 成的複合材料。該金屬填充劑可以分散在該熱塑性材料内 並且具有在約3 mm至約10 mm範圍内的長度以及約α 米至約10微米的平均粒徑。該複合材料可以具有不大於約 0.5 Ohm-cm的體積電阻率。 在-實施方式中，該熱塑性物質可以包括一種聚酮、 聚乙稀、熱塑性的氟聚合物或它們的任何組合。示例性的 熱塑性氟聚合物可以包括：a化的乙稀丙稀（FEp)、聚四 氟乙稀（PTFE)、四氟乙、嫌、备工Ls< 贶〇埽、，、鼠丙烯、以及偏二氟乙夫 的一種三聚物（THV)、綮备-盗，μ , ) 1虱二鼠乙烯（PCTFE)、乙稀 四氣乙稀共聚物（ETFE)、？《法备-知

~乙烯-虱二齓乙烯共聚物（ECTFE 或者它們的任何組合。*例性的聚酮包括一種聚醚酮 (PEK)、聚__ (PEEK)、聚芳趟酮（ρΑΕκ)、聚_ 酮酮（ΡΕΚΚ)或它們的任何組合。示例性的聚乙烯可以包

S 4 201226460 括一種高密度聚乙烯（HDPE )、高分子量聚乙烯 (HMWPE)、超高分子量聚乙烯（UHMWPE)、交聯的聚 乙稀（PEX)、高密度交聯聚乙烯（HDXLPE)、或它們的 任何組合。 在該第一方面的另一實施方式中，該金屬纖維填充劑 可以具有在約2 mm至約20 mm的範圍内的長度，例如在 約3 mm至約1〇 mm範圍内的長度，甚至在約4 至約8 mm範圍内的長度。此外，該金屬纖維填充劑可以具有在約 1微米至約25微米範園内的直徑，例如在約3微米至约 微米的範圍内，甚至在約5微米至約1〇微米的範圍内。該 金屬纖維還可以按不同的比率與該等金屬顆粒結合，作為 一有待與該聚合物基材料共混的混合物。 在另一實施方式中，該複合材料可以具有不大於約〇4 的摩擦係數，例如不大於約0.2,甚至不大於約〇 15〇此外， 該複合材料可以具有在約3%至約15%範圍内負載下的變 形。此外，該複合材料可以具有從約5ksi至超過2〇〇〇ksi 的楊氏模量’例如約12 ksi至約900 ksi。 在又一實施方式中，該複合材料可以包括一另外的填 充劑。該另外的填充劑可以是一傳導性填充劑，例如金屬 類或金屬合金類’#導性的含碳物f、陶錢或它們的任 何組合。在—具體實施方式中，該複合材料可以基本上不 含矽石以及碳酸鹽填充劑。 優選實施方式的詳細說明 201226460 在一實施方式中，一 EMI/RFI密封部件可 過外殼中的縫隙的射頻干擾而產生的電磁噪音、。該 EMI/RFI 可以包括―複合㈣ 合物以及-分散在該聚合物内的金屬纖維填充劑。 圖1不出了 一示例性的複合材料1〇〇。該複合材料1〇〇 包括-聚合物102以及一填充劑1〇4。在一實施方式卜 該聚合物102可以包括一熱塑性材料，例如一工程或高性 能熱塑性聚合物。例如，該熱塑性材料可以包括-種聚：、 聚芳酿胺、熱塑性聚酿亞胺、聚峻醯亞胺、聚苯硫喊、聚 醚砜、聚颯、聚苯颯、聚醯胺醯亞胺、超高分子量聚乙烯、 熱塑性氟聚合物、聚醯胺、聚苯並咪唑、一液晶聚合物、 或匕們的任何組合。 在一具體實施方式中，該熱塑性材料可以是一熱塑性 的氟聚合物、一種聚乙烯以及一種聚酮。該聚_可以包括 種聚鱗趟酮（PEEK)、聚醚酮（PEK)、聚謎酮酮（pEKK)、 聚芳香族醚酮（PAEK )、聚醚酮醚酮酮、它們的衍生物或 匕們的組合。一示例性的熱塑性氟聚合物包括：氟化的乙 缔丙烯（FEP)，聚四氟乙烯（PTFE)，四氟乙烯、六氟 丙烯、以及偏二氟乙烯的一種三聚物（THV )，聚氣三氟 乙烯（PCTFE)，乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE)，乙烯-氣三氟乙烯共聚物（ECTFE )，或者它們的任何組合。聚 乙烯的例子可以包括一高密度聚乙烯（HDPE )、高分子量 聚乙烯（HMWPE)、超高分子量聚乙烯（UHMWPE)、交 聯的聚乙烯（PEX )、高密度交聯的聚乙烯（HDXLPE )、 201226460 或匕們的任何★且人。甘 ' ° 其他熱塑性樹脂可以包括聚偏二氟乙 烯（PVDF)、全 I .卜 s / 、 王氣庇虱基物（PFA )或它們的組合。 此外’可以使用熱固性物質代替該熱塑性塑膠。熱固 性物質可以包衽枣人t ’ 匕栝聚合物，例如聚醯亞胺、聚酯、等等或它 們的組合》 在實知方式中，該填充劑104可以包括-金屬纖 維、顆粒或粉末。你丨昝 .. 例如，填充劑104的一些實施方式包括 錄顆粒或氣末。其他實施方式包括銀塗覆的錫。作為替代 方案，該金屬纖維可以包括一不錄鋼纖維、青銅纖維、紹

纖維、鎳纖維或它們的彳工7 , X 匕們的任何組合。該金屬纖維具有在約2 mm至約20 mm筋囹囟从E + 内的長度’例如在約3 mm至約1 〇 mm 的範圍内，甚至在約4 ^ 、· mm與約8 mm之間的範圍内。此外， 該金屬填充劑可以1+ + ，、有在約1微米至約25微米範圍内的直 徑，例如在約3微# 5 i p 攻卡至約15微米的範圍内，甚至在約5微 米至約10微来的範圍向 圍内。在一些實施方式中，該填充劑可

以占該複合材料的抵舌IH 的按重量計約40%至約60%。 在一示例性實旛古a 式中’該複合材料可以包括至少約 1 5·0 wt%的金屬纖維铕古 ，’真充劑。例如，該複合材料可以包括 至少約20.0 wt%的今屬雄.从丨士丄 纖維填充劑，例如至少約25.0 wt0/。 的金屬纖維填充劑，$小 至V '勺3〇.〇 wt%，或甚至至少約35 〇 w t %的金屬纖維填充劑。 該等金屬纖維可以μ Τ以〜加電流穿過該複合材料的能力並 且可以減小該複合材粗沾 材枓的電阻率。在一實施方式中，該複 合材料可以具有的體積電 电阻率係不大於約1() 〇hm_cm、不

S 7 201226460 〇hm-cm、不大於系勺丨〇hm_cm、不大於約〇 $ 例如不大於約（M 0hm_cm、例如不大於約〇,〇5 大於約 5

Ohm-cm、

Ohm_em'甚至不大於約〇 〇i 〇hmcm在—具體實施方式 中’該體積電阻率可以是至少約G._G1 〇hm_cm。 在另 性填充劑 實施方式中，該複合材料可以包括另外的傳導 例如金屬或金屬合金類，傳導性的含碳物質、 陶瓷類例如硼化物或碳化物，或 料可以處於纖維或微粒的形式。 它們的任何組合。該等材 在實例中，金屬以及金屬合金可以包括青銅、鋁 金、錄、銀、它們的合金或它們的任何組合。傳導性的含 碳物質的例子包括碳纖維、塗夥的碳纖維、p錫碳纖維、 碳奈米管、碳奈米纖維、碳黑、石墨、擠出的石墨、以及 類似物。 另卜該傳導性的含碳物質可以包括碳纖維以及用蒸 軋此積的金屬（例如，銀、鎳以及類似物）塗覆的聚合物。 陶瓷的例子可以包括硼化物以及碳化物。此外，該等陶瓷 可以疋塗覆的或摻雜的陶瓷。在一具體實施方式中該導 電填充劑可以被精細分散在該複合材料内。導電填充劑可 以用來增加該複合材料的電導率。 在不例性實施方式中，該複合材料可以包括總量為 至少約2G.G wt%的導電填充劑（金屬纖維填充劑以及另外 的導電填充劑）。例如，該複合材料可以包括總量為至少 ^ ‘〇 Wt/〇的導電填充劑’例如至少約4〇.〇 wt%，至少約 50.0 wt% ’至少約6〇 〇 wt%或甚至至少約後〇 w⑼。然 201226460 而，過多的電阻率改性劑可萨 幻了此不利地影響物理或化 性。這樣，導電填充劑的總量可 予将 里j以疋不大於約95.0 wt%， 例如不大於約90.0 wt%，哎不 ^不大於約85·〇 wt%。在另一 例中，該複合材料可以句括尤士 包括不大於約75.0 wt%的總的導電 填充劑。在一具體實例中，兮 '^複&材料可以包括總量在 40.0 Wt%至約 75.〇 wt%範圍 、- J等电填充劑，例如在約5 〇 . 〇 wt/i至約 75.0 wt%^^ 5 的 αλ λ ❶次甚至約60.0 wt%至約乃〇 wt%的範圍 内0 此外’該複合材料可以包括其他的添加劑以賦予該聚 合物特定的特性’例如| ’顏料，殺生物劑、阻燃劑、抗 氧化劑、以及類似物。示例性的顏料包括有機的以及 的顏料。 ”' 在些實施方式中，該複合材料可以基本上不含非導 電的石夕石填充劑，1¾等填充劑可能會降低該金屬纖維填充 劑與其他導電填充劑之間的電導率m真充劑的例子可 乂匕括矽石、沉澱的矽石、矽鋁酸鹽、熱矽石，也稱為熱 解矽石、以及非熱解的矽石。矽石能以小的量值使用以改 進難以共混的材料的分散。 在—具體實施方式中，該複合材料可以具有較低的摩 擦係數。此外，該複合材料的摩擦係數可以是不大於約 0.4’例如不大於約〇2’甚至不大於約〇15。 在—實施方式中，該複合材料可以是一較為堅挺的材 料。楊氏模量可以是該複合材料的堅挺度的量度並且可以 從在該材料的樣品上的拉伸試驗過程中應力-應變曲線的 201226460 斜率來確疋°該複合材料可以具有從約5 ksi至超過2000 ksi的揚氏模量。總體上’該複合材料可以具有約12 ksi 至約900 ksi的揚氏模量。 在一實施方式中’該複合材料可以是耐變形的。在負 載下的變形可以是該複合材料的變形耐受性的一量度並且 可以根據ASTM D-621藉由對該複合材料的樣品施加一負 荷持續2000小時並且測量樣品高度的損失而確定。該複合 材料可以具有在約3%至約15%範圍内的負載下的變形。 圖2示出了根據本揭露的一方面的示例性密封部件 200。該密封部件2〇〇可以包括一密封件、墊片、墊圈等等， 並且作為一用於密封裝置或系統的結構性支撐部件起作 用。例如，密封部件200可以包括一環2〇2，該環具有— 外表面204以及限定一穿過該環的開口 2〇8的一内表面 206。 該墊片200可以用在一電子系統中以減小髓/肌並 且提供—耐化學環境的密封件。在—具體實施方式中，錢 墊片200可以置於—電子產品外殼的兩個零件之間，例如 在-本體與一蓋之間。在另一具體實施方式中，該具有伸 摩擦係數的墊片扇可以用在—靜止部件與—轉動 間。 圖3展示了一示例性的系统3〇〇。系统_可以自 一靜止部# 302以及一轉動部件3〇4。該轉動部件3〇4 以相對於該靜止部# 302轉動。該系統_可以進 括—置於該靜止部件3G2與該轉動部件取之間的密^ 10 201226460 件306，例如一環形密封件。該密封部件3〇6可以是與密 封部件200類似的。在—實施方式中，該密封部件3〇6可 以起作用來防止環境污染物例如防止灰塵、水、化學物、 氣體或類似物穿過該靜止部件3〇2與該轉動部件3〇4之間 的縫隙而進入或離開該系統。此外，該密封部件3〇6可以 起作用來降低EMI/RFI對該系統的影響或從該系統發射。 轉到製造該複合材料的方法，該等金屬纖維可以與— 聚合物材料結合而形成—共混的粉末。在一具體實施方式 中，該聚合物材料可以是一熱聚物，例如-種聚酮、聚乙 稀、或熱塑性的氟聚合物。該熱聚物能以一粉末或球粒的 形式加入並且可以與該等金屬纖維混合，例如藉由共混， :如在- 混煉機中或一 pa⑽_〜叻混煉機 t，或藉由研磨，例如雜士於、t# 1』如籍由乾法研磨，例如在一錘磨機中。 纖維，例如不銹鋼纖維的存 子隹了以使付或致使該熱塑性材 。材料、密封部件或系統為非可擠出的。 該共混的粉末能α αι μ 製到-… 希望的形狀形成，例如藉由壓 裊到模具中。在這個過程中， ^ _ , Ψ模具的^度可以是環境溫 度或升两到所必需的一且 於太叮、“ 具體的溶融溫度。此外，該共混的 如末了以進行燒結，在 十姓人μ 在4模具内或可以加熱或者以其他方 生坧太撕 在燒、。之刖從該模具中移出的 生坯本體。此外，該複人 ^ ^ ^ 後進行機& K y 枓可以在成形為該密封本體之 傻進仃機加工或片割以生產片材。 在一具體實施方式中， 模且中並1 & 。以將該共混的粉末壓製到該 恍八r亚且燒結。燒妹 、α後，將該模具從該燒結爐移出並 201226460 且經受另外的壓縮同時該複合材料 竹仍然處於—升高的溫度 下。冷卻之後，該複合材料可以進 订機加工而除去過量的 材料並且產生一具有所希望的形狀 J座〇π，例如墊片戋密 封件。 — 【實施方式】 對該等樣品根據ASTM D 991、ASTM D 4496或 DTL 83528-C進行試驗以確定體積電阻率。結果在表i中 提供。 對比實例 1 係 Fluoralloy A56(從 Saint_Gobain 可商購） 並且包括PTFE以及一種碳纖維。 樣品1藉由將一金屬纖維填充劑（35 wt% )、碳纖維 (5 wt%)以及PTFE ( 60 wt%)進行共混而製備。將該金 屬纖維填充劑在一 Patterson Kelley掺混機中進行共混以分 離該金屬纖維。將碳填充劑以及PTFE加入到該金屬纖維 填充劑中並且使用patterson Kelley摻混機一起共混。將產 生的共混的粉末進行壓製並且燒結以形成樣品1。 表1 體積電阻率 (Ohm-cm ) 在負載下的 變形（％ ) 楊氏模量 對比樣品1 — — 4.15 10 120-150 ksi 樣品1 0.13 14 185 ksi 最 小值 201226460 應/主思、’並不要求在一般性說明或實例中的上述所有 活動，可以不要求一項特定活動的一部分，並且除了所描 述的那些之外可以進行一項或多項另外的活動。仍進一步 地’將該等活動列出的順序並不必須是進行它們所按照的 順序。 在剛述說明書中’參照多個具體的實施方式對概念進 行了說明。然而，熟習該項技術者應理解在不背離如在以 下申s專利範圍中所給出的本發明的範圍的情況下可以做 出不同的修改和改變。因此，應該在一解說性的而非限制 性的思義上看待本說明書和附圖，並且所有此類改變都旨 在包括于本發明的範圍之内。 如在此所用的，術語“包括（comprises)” 、 ‘‘包括 了（ comprising )、“ 包含（includes ) ”、“ 包含了 (in—)”、“具有（has)”、“具有了（having)” 或它們的任何其他變形均旨在覆蓋—非排他性的涵蓋意 義。例如’包括-系列特徵的一種工藝、$法、物品或裝 置並非必須僅限於那些特徵，而是可以包括對於該工藝、 方法、物品或裝置的未明確列出或固有的其他特徵。另外， 除非有相反意義的明確陳述’“或者’，指的是一包含性的 或者而不是一排他性的或者。例如，條件A或B係藉由以 下的任-項而得到滿足：A係真（或者存在）且㈣假（或 者不存在），A係假（或者不存在）且B係真（或者存在）， 並且A和B均為真（或者存在）。 同樣，使用“一種/ 一個/ 一（a/an)，，來描述在此所 201226460 述的要素和組分。這樣做僅是為了方便並且給出本發明範 圍的如〖生意義。這種說法應該被解讀為包括一個或至少 一個，並且單數還包括複數、除非它顯而易見是另有所指。 以上對於多個具體的實施方式說明了多種益處、其他 的優點、以及問題的解決方案 '然而，該等益處、優點、 問題的解決方案、以及任何—項或多項特冑（它們可以致 使任何益處、優點、問題的解決方案發生或變得更突出） 不得被解釋為是任何或所有t請專利錢的—關鍵性的、 所要求的、或者必不可少的特徵。 在閱讀本說明書之後’熟練的技術人員將理解為了清 楚起見在多個分離的實施方式的背景下在此描述的某些特 徵也可以組合在一起而提供在一個單一的實施方式中。與 此相反’1了簡潔起見，在—個單—的實施方式的背景中 描述的多個不同特徵還可以分別地或以任何子組合的方式 來提供。另外，所提及的以範圍來說明的數值包括在該範 圍之内的每一個值。 【圖式簡單說明】 藉由參照附圖可以更好地理解本揭冑並錢其許多 特徵和優點對於熟習該項技術者而言變得清楚。 圖1係一複合材料的實施方式的示意圖； 圖2係-具有複合材料的密封部件的實施方式的等距 視圖，並且 圖3係-具有複合材料的密封部件的系統的截面侧視 201226460 圖。 在不同的圖中使用相同的參考符號表示相似的或相同 的項。 【主要元件符號說明】 100複合材料 102聚合物 104填充劑 200密封部件 202環 204外表面 206内表面 208 開口 3 00系統 302靜止部件 304轉動部件 306密封部件

S 15

Claims (1)

1. 201226460 七、申請專利範圍： 1 ·—種複合材料，包括： 一熱塑性材料； 一分散在該熱塑性材料内的金屬纖維填充劑，該金屬 纖維填充劑具有在約2 mm至約20 mm範圍内之長度；並 且 該複合材料具有不大於約〇·5 Ohm-cm的體積電阻率。 2·如申請專利範圍第1項所述之複合材料，其中該複 合材料形成了 一密封部件。 3·如申請專利範圍第丨項所述之複合材料，其中該複 合材料形成了一系統的一部分，該系統包括： 一第一部件； 一第二部件；以及 在該第一以及第二部件之間的一密封部件，並且該密 封部件包括該複合材料。 4.如申請專利範圍第丨_3項中任一項所述之複合材 料，其中該金屬纖維使得該複合材料為非可擠出的。 5·如申請專利範圍帛卜3帛中任—項所述之複合材 料，其中該複合材料進一步包括具有的直徑在約i微米至 約25微米的範圍内之金屬顆粒。 S 1 201226460 6.如申請專利範圍帛W帛中任一項所述之複合材 料’其中該複切料具Μ大㈣〇·4的摩㈣數，並且 該金屬纖維包括不銹鋼、鎳、銀塗覆的錫或它們之組合。 7.如申明專利1巳圍第1-3 $中任-項所述之複合材 料，其中該複合材料具有在約3%至約15%的範圍内的負裁 下的變形以及至少 '約5ksi㈣氏模量。 8.如申請專利範圍第 料’其中該複合材料具有在 之楊氏模量。 1-3項中任一項所述之複合材 約12 ksi至約900 ksi的範圍内 第1-3項中任一項所述之複合 金屬合金、導電的含碳材料、 材 陶 9.如申請專利範圍 料，進一步包括一金屬 瓷、或它們之任何組合 10.如申請專利範圍第 料’其中該熱塑性材料包括 合物、或它們之任何組合。 1-3項中任一項所述之複合材 聚_、聚乙烯、熱塑性的氟聚