TW202112947A - 化學上相容的氟聚合物摻合物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種聚合物摻合物,其包括氟聚合物及非全氟化聚合物。該聚合物摻合物可進一步包括相容劑。由該摻合物形成之該等聚合物合金表明改良之機械強度。該等聚合物合金可用於形成各種擠製工件,包括例如袋子、膜、容器、長絲、食物包裝、塗層(諸如導線之塗層或護套)、粉末靜電粉末塗佈用粉末、分散用粉末、壓縮模製部分及各種射出模製部分。
Description
本發明大體上係關於聚合物化學,且特定言之係關於經官能化之全氟化聚合物與未經全氟化之其他聚合物的摻合物。
含氟聚合物展現極佳耐熱性、阻燃性、耐化學性、耐候性、高伸長率、低摩擦及低介電特性。然而,氟聚合物表明與不具有氟原子之其他聚合物材料的相容性較差。由於相容性較差,難以與氟聚合物形成令人滿意之聚合物合金。與其他類型之聚合物相比,此限制全氟化氟聚合物之多功能性。儘管已努力用非氟化聚合物合成部分氟化氟聚合物,但此等努力並未產生可與非氟化聚合物混溶之全氟化氟聚合物。
氟聚合物之典型用途包括用於電腦網路、半導體製造設備及汽車燃料軟管、汽車動力系統以及引擎蓋下電器之導線絕緣體。約85%之氟聚合物用於諸如此等之工業應用中。另外15%用於消費型產品,諸如不黏廚具、烘烤器皿、小電子產品及防風雨以及防化學品織物中。由於其獨特品質(其包括高強度、多功能性、耐久性及耐熱性),氟聚合物增加電腦、飛機及汽車之效能及安全性,降低高層建築之火災風險且減少空氣、水、工業及汽車污染。
在電子工業中,用於製造印刷電路板(Printed Circuit Board;PCB)層壓物之聚合材料可藉由其介電常數Dk
及其耗散因子Df
之值來排序,其中金字塔之頂部由具有最低介電常數及耗散因子之最高效能材料表示。PCB可為剛性、可撓性或剛性-可撓性的,且含有1至50個或更多個各自由熱塑性或熱固性材料製成之層壓物。用於PCB中之特定層壓物之材料將取決於多種因素,諸如成本、PCB中之位置及包括機械、電氣、熱以及其他特性之技術特性。
將材料定義為「低損耗」之低介電常數(Dk
)及低耗散因子(Df
)為高速數位/高頻PCB之關鍵特性,該等PCB用於各種新興市場,諸如自主駕駛及第五代無線通訊(5G)中。應用包括(但不限於)5G通訊裝置中發現之汽車雷達及電子組件,諸如尤其在所謂的毫米波波段中操作之射頻組件、功率放大器及天線。低損耗(Df
)熱塑性層壓物用於高頻PCB中以實現高功率應用且減少藉由熱產生之能量損耗,其將降低信號之品質。低介電常數(Dk
)層壓物藉由實現快速信號傳播而在高速數位PCB中尤其重要。
聚四氟乙烯(PTFE)為展現一些最低介電特性之熱塑性材料,且因此為低損耗PCB層壓物之較佳材料。然而,相較於高效能PCB應用中所使用之其他特殊材料(諸如液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers;LCP)及聚醯亞胺(PI)),其機械特性相對較弱。此外,其低表面能使其難以與其他材料結合。
在汽車行業中,由於網路資料流量不斷增加,已不斷更新現代電腦系統,處理速度及頻寬亦隨之越來越高。此等逐漸增加之資料需求在機動車輛中所使用之網路系統中變得越來越重要。歷史上,為了將資料傳輸於機動車輛網路系統中,該行業依賴於諸如控制器區域網路(CAN匯流排)之系統。諸如CAN匯流排之系統及支援其之電纜太慢且繁瑣,而無法處理正置放於機動車輛中之新型高速及寬頻裝置,諸如光達、雷達、高級資訊娛樂及備份攝影機系統。機動車輛正迅速變成滾動網路且因此將需要能夠在極高可靠性及正常運行時間之情況下以不斷增加之速度(更低潛時)處理逐漸增加之資料輸貫量。為了實現下一代機動車輛控制、自主駕駛,將需要部署高級網路作業系統(諸如乙太網路)。乙太網路為用於建築物中之網路系統之通用操作協定。乙太網路正在變成機動車輛行業之新網路協定。一旦將高速乙太網路安裝於機動車輛中,其將能夠用新無線網路進行通訊,且順暢、可靠、低潛時通訊將可用於諸如自主駕駛之高級應用。
電氣與電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers;IEEE)802.3乙太網路組及國際汽車工程師學會(Society of Automotive Engineers;SAE)已研發或正在研發高速乙太網路機動車輛網路(包括實體層)之標準。根據此等標準,汽車乙太網路將與高效能、單對雙絞線電纜互連。此與歷史上使用四對雙絞線電纜之建築系統不同。汽車行業對減小之尺寸及重量之需求驅使研發人員創造此等獨特的單對設計。乙太網路技術已推進至最終每秒數千兆比特之資料將經由單一雙絞線電纜進行可靠地傳輸之地步。令人遺憾的係,用於先前已知之乙太網路電纜中之材料不能夠承受機動車輛內之環境條件,但仍允許乙太網路電纜提供足夠的資料輸貫量,以便滿足現代及將來機動車輛電腦系統之資料需求。
因此,在所屬技術領域中仍需要具有良好機械特性之含氟聚合物合金,其結合全氟化聚合物及非氟化聚合物且可用於例如新型通訊電纜(諸如乙太網路電纜)及高速/高頻PCB層壓物中。
本發明描述一種氟化及非氟化聚合物之摻合物,其藉由將官能端基或側基添加至賦予與非氟化或部分氟化聚合物混溶之全氟化聚合物中來解決上文所描述之問題(儘管應理解並非本文中所揭示之每個具體實例將解決上文所描述之每個問題)。
一些所揭示之具體實例係關於一種聚合物摻合物,其包含:(a)經官能化之全氟化氟聚合物,其包含全氟化之部分及第一經官能化之端基;(b)經官能化之非全氟化聚合物,其包含非全氟化部分及能夠與該第一經官能化之端基形成化學鍵之第二經官能化之端基或側基。
一些所揭示之具體實例係關於一種聚合物摻合物,其包含:(a)全氟化氟聚合物;(b)經官能化之全氟化氟聚合物,其包含作為全氟化氟聚合物之截短型的部分及第一經官能化之端基;(c)非全氟化聚合物;及(d)經官能化之非全氟化聚合物,其包含作為非全氟化聚合物之截短型的部分及第二經官能化之端基或側基,其中該第一經官能化之端基及該第二經官能化之端基或側基能夠反應以形成化學鍵。
上文呈現簡化概述以便提供對所主張主題之一些態樣的基本理解。此概述並非廣泛綜述。不意欲鑑定關鍵或重要要素或描繪所主張主題之範圍。其唯一目的在於以簡化形式呈現一些概念,作為隨後呈現之更詳細描述的序言。
定義
除非另外定義,否則本文中所使用之所有術語(包括技術及科學術語)具有與由所屬本發明之技術領域中具有通常知識者通常所理解相同之含義。應進一步理解,術語(諸如常用詞典中所定義之彼等術語)應解釋為具有與其在本說明書之上下文中的含義一致的含義,且不應在理想化或過度正式意義上進行解釋,除非本文中明確地如此界定。為了簡潔或清晰起見,可以不詳細地描述熟知功能或構造。
術語「約」及「大約」一般應意謂鑒於量測之性質或精確度,所量測之數量之可接受的誤差或變化程度。典型、例示性誤差或變化程度在既定值或數值範圍之20百分比(%)內,較佳在10%內,且更佳在5%內。除非另外陳述,否則本說明書中所給出之數值數量為近似值,從而意謂當未明確陳述時可推斷術語「約」或「大約」。
本文中所使用之術語僅出於描述特定具體實例之目的且不意欲為限制性的。如本文中所使用,除非上下文另外清楚地指示,否則單數形式「一(a/an)」及「該(the)」意欲亦包括複數形式。
諸如「A及B中之至少一者」之術語應理解意謂「僅A、僅B或A及B兩者」。相同構造應該應用於較長之清單(例如,「A、B及C中之至少一者」)。
關於前述描述及/或以下申請專利範圍中之字組「包含(comprise/comprises/comprising)」的使用,除非上下文另外要求,否則彼等字組在基礎及清晰理解上進行使用,亦即其應解釋為包括端點而非排他性地,且彼等字組中之每一者應在分析前述描述及以下申請專利範圍方面進行如此解釋。
術語「基本上由…組成」意謂除所敍述元素之外,所主張之內容亦可含有其他元素(步驟、結構、成分、組分等),其不會不利地影響出於其如本發明中所陳述之預期目的而主張之內容的可操作性。此術語排除不利地影響出於其如本發明中所陳述之預期目的而主張之內容之可操作性的此等其他元素,即使此等其他元素可能增強出於一些其他目的而主張之內容之可操作性。
在一些地方,參考標準方法,諸如(但不限於)量測之方法。應理解,不定期修訂此等標準,且除非另外明確陳述,否則參考本發明中之此類標準必須解釋為係指截至申請時間之最新公開標準。
如本文中所使用,術語「烷基」係指飽和或不飽和脂族基之基團,包括直鏈烷基、烯基或炔基、分支鏈烷基、烯基或炔基、環烷基、環烯基、環炔基、經烷基取代之環烷基、環烯基或環炔基及經環烷基取代之烷基、烯基或炔基。除非另外指示,否則直鏈或分支鏈烷基在其主鏈中具有33個或更少碳原子,較佳20個或更少且更佳12個或更少。
術語「烷基」亦包括一或多個在烴基以及雜烷基之一或多個碳原子處的取代基。適合之取代基包括(但不限於)鹵素,諸如氟、氯、溴或碘;羥基;-NR1
R2
,其中R1
及R2
獨立地為氫、烷基或芳基,且其中氮原子視情況經四級銨化;-SR,其中R為氫、烷基或芳基;-CN;-NO2
;-COOH;羧酸酯;-COR、-COOR或-CONR2
,其中R為氫、烷基或芳基;疊氮化合物、芳烷基、烷氧基、亞胺基、膦酸酯、亞膦酸酯、矽基、醚、磺醯基、磺醯胺基、雜環部分、芳族部分或雜芳族部分、-CF3
;-CN;-NCOCOCH2
CH2
;-NCOCOCHCH;-NCS;及其組合。
如本文中所使用,術語「烯基」及「炔基」分別係指長度類似且可能取代上文所描述之烷基,但含有至少一個雙鍵或參鍵之不飽和脂族基。
如本文中所使用,術語「雜芳基」係指具有3至20個碳原子之直鏈或分支鏈或環狀含碳基團或其組合,其中碳原子中之一或多者經雜原子置換。適合之雜原子包括(但不限於)O、N、Si、P及S,其中氮、磷及硫原子視情況經氧化,且氮雜原子視情況經四級銨化。環中之一者亦可為芳族。雜環及雜芳環之實例包括(但不限於)苯并咪唑基、苯并呋喃基、苯并硫代呋喃基、苯并噻吩基、苯并㗁唑基、苯并㗁唑啉基、苯并噻唑基、苯并三唑基、苯并四唑基、苯并異㗁唑基、苯并異噻唑基、苯并咪唑啉基、咔唑基、4aH-咔唑基、咔啉基、口克烷基、口克烯基、啉基、十氫喹啉基、2H,6H-1,5,2-二噻基、二氫呋喃并[2,3-b]四氫呋喃、呋喃基、呋呫基、咪唑啶基、咪唑啉基、咪唑基、1H-吲唑基、吲哚烯基、吲哚啉基、吲哚基、吲哚基、3H-吲哚基、靛紅醯基、異苯并呋喃基、異口克烷基、異吲唑基、異吲哚啉基、異吲哚基、異喹啉基、異噻唑基、異㗁唑基、亞甲基二氧基苯基、啉基、啶基、八氫異喹啉基、㗁二唑基、1,2,3-㗁二唑基、1,2,4-㗁二唑基、1,2,5-㗁二唑基、1,3,4-㗁二唑基、㗁唑啶基、㗁唑基、羥吲哚基、嘧啶基、啡啶基、啡啉基、啡基、啡噻基、啡㗁噻基、啡㗁基、酞基、哌基、哌啶基、哌啶酮基、4-哌啶酮基、向日葵基(piperonyl)、喋啶基、嘌呤基、哌喃基、吡基、吡唑啶基、吡唑啉基、吡唑基、噠基、吡啶并㗁唑基、吡啶并咪唑基、吡啶并噻唑基、吡啶基(pyridinyl/pyridyl)、嘧啶基、吡咯啶基、吡咯啉基、2H-吡咯基、吡咯基、喹唑啉基、喹啉基、4H-喹基、喹喏啉基、口昆啶基、四氫呋喃基、四氫異喹啉基、四氫喹啉基、四唑基、6H-1,2,5-噻二基、1,2,3-噻二唑基、1,2,4-噻二唑基、1,2,5-噻二唑基、1,3,4-噻二唑基、噻嗯基(thianthrenyl)、噻唑基、噻吩基、噻吩并噻唑基、噻吩并㗁唑基、噻吩并咪唑基、噻吩基及𠮿基。
氟聚合物及非全氟化聚合物摻合物
提供氟化聚合物及非全氟化聚合物之摻合物。一般言之,氟化聚合物及非氟化聚合物為不可混溶的且難以摻合。然而,發現可藉由將官能端基及/或側基添加至氟化及非氟化聚合物中來達成此等兩類聚合物之間的較佳相容性。
在一個具體實例中,本文中所揭示之聚合物摻合物至少包括經官能化之全氟化氟聚合物及非全氟化聚合物。如本文中所使用之術語「全氟化」係指其中將碳原子鍵結至氟原子、碳原子或鍵結至其他碳原子(亦即,聚合物鏈之一部分)之雜原子的基團。出於本發明之目的,本文中所描述之經官能化之全氟化氟聚合物應具有至少一個全氟化之部分。經官能化之全氟化氟聚合物包括至少一個官能基。如本文中所使用,「官能基」係指能夠與摻合物中之另一聚合物(例如,非全氟化聚合物)形成化學鍵(例如,藉由共價、氫或離子鍵結)之任何反應性基團。官能基可為端基或側基。官能基亦可為雙官能或多官能的。舉例而言,在一個具體實例中,聚合物可包括兩個或更多個官能端基。經官能化之氟聚合物之一些具體實例具有每106
個碳原子至少1、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、300、400或500個反應性基團之端基計數。在另一具體實例中,聚合物可包括一至四個側基。官能端基或側基之實例包括(但不限於)羧基、胺、酐、羥基、環氧基、硫氫基、矽氧烷及㗁唑啉。
經官能化之全氟化氟聚合物可包括具有所有經氟飽和之碳原子及至少一個官能基之任何氟聚合物。適合之氟聚合物包括(但不限於)氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylene propylene;FEP)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)及/或乙烯四氟乙烯六氟丙烯共聚物(EFEP)。可藉由將官能基(諸如上文所描述之彼等)添加至所涵蓋之全氟化氟聚合物中之任一者中來產生經官能化之氟聚合物。用於將官能基併入至聚合物中之各種方法為所屬技術領域中已知的。舉例而言,全氟化氟聚合物可接枝有官能單體,以提供化學反應性基團。可藉由反應擠出或藉由在化學合成期間以小莫耳百分比插入單體來執行官能單體之接枝。兩種方法需要過氧化物起始劑以用於成功接枝。用於將官能基併入至聚合物中之其他方法包括例如藉由將官能單體直接聚合、使單體單元聚合後改質、使用官能起始劑或端基轉型化學反應(諸如親核取代反應)。
在一個具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物為具有至少一個選自以下之官能基的氟化乙烯丙烯(FEP):羧基、胺、酐、羥基、環氧基、硫氫基、矽氧烷、㗁唑啉及其組合。在一特定具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物為具有至少一個羧基之FEP。
存在於摻合物中之非全氟化聚合物可經官能化或未經官能化。如本文中所使用之術語「非全氟化」係指(i)其中沒有碳原子經氟飽和之非氟化聚合物或(ii)其中一些但非所有碳原子經氟飽和,存在一些結合至至少一個氫之碳原子的部分氟化聚合物。在一個具體實例中,非全氟化聚合物未經官能化。在此態樣中,非全氟化聚合物可與經官能化之全氟化氟聚合物形成氫鍵或離子鍵。
非經官能化之非全氟化聚合物可包括任何未全氟化且並不含有官能基之聚合物。在一個具體實例中,非經官能化之非全氟化聚合物為非氟化聚合物,亦即聚合物不含有氟。在另一具體實例中,非經官能化之非全氟化聚合物經部分氟化。用於本發明之適合的非氟聚合物及部分氟化聚合物包括(但不限於)聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺-醯亞胺、聚醯胺、聚碸、聚苯硫醚、聚醚醚酮及芳族聚酯(液晶)。舉例而言,在一個具體實例中,非全氟化聚合物為具有下式之聚醚醯亞胺:
[化學式1]。
在另一具體實例中,非全氟化聚合物可經官能化。舉例而言,非全氟化聚合物可包括能夠與全氟化氟聚合物之官能基形成化學鍵之官能基。在此態樣中,非全氟化聚合物之官能基與全氟化氟聚合物之官能基反應以形成共聚物。
經官能化之非全氟化聚合物可包括上文關於非經官能化之非全氟化聚合物所描述但添加官能基之聚合物中之任一者。舉例而言,經官能化之非全氟化聚合物可為選自以下之非氟聚合物或部分氟化聚合物:聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺-醯亞胺、聚醯胺、聚碸、聚苯硫醚、聚醚醚酮及芳族聚酯(液晶),其中非氟聚合物或部分氟化聚合物具有官能基。經官能化之非全氟化聚合物之官能基可與全氟化氟聚合物之官能基相同或不同。舉例而言,經官能化之非全氟化聚合物之官能基可包括一或多個官能端基或側基,包括(但不限於)羧基、胺、酐、羥基、環氧基、硫氫基、矽氧烷及㗁唑啉。
在一個具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物為具有羧酸、酐或胺端基之聚醚醯亞胺或聚醯亞胺。在另一具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物為具有酐端基之聚醚醯亞胺。在再一具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物為具有下式的酐封端之聚醯亞胺:
[化學式2]。
在又一具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物為具有羧酸端基之聚醚醯亞胺。在再一具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物為具有胺端基之聚醚醯亞胺。
聚合物摻合物可包括非經官能化之非全氟化聚合物及經官能化之非全氟化聚合物的組合,其中官能基能夠與全氟化氟聚合物之官能基形成化學鍵。
本文中所描述之聚合物摻合物亦可包括非經官能化之氟聚合物。非經官能化之氟聚合物可為尚未改質以具有官能基之任何氟聚合物。在一個具體實例中,非經官能化之氟聚合物可為與經官能化之全氟化氟聚合物相同而無官能基的氟聚合物。在另一具體實例中,非經官能化之氟聚合物可為與經官能化之全氟化氟聚合物不同的氟聚合物。非經官能化之氟聚合物可為全氟化或部分氟化的。用作非經官能化之氟聚合物之適合氟聚合物包括(但不限於)乙烯四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)及乙烯、四氟乙烯以及六氟丙烯之三元共聚物(EFEP)。
上文所提及之氟聚合物可為發泡的或呈固體形式。在一個具體實例中,氟聚合物具有發泡結構。若形成發泡聚合物,則可能存在泡沫成核劑。發泡聚合物具有改良之介電特性及較低重量之優點。聚合物摻合物之一些具體實例可包含1-10% w/w之泡沫成核劑。各種適合之成核劑為所屬技術領域中已知的,且可包括諸如氮化硼、無機鹽(諸如鋇鹽、四硼酸鈣、四硼酸鈉、四硼酸鉀、碳酸鈣、四硼酸鋅及硝酸鋇)、磺酸、膦酸、其結合物鹽、滑石及金屬氧化物(諸如氧化鎂、氧化鋁及二氧化矽)之組分。聚合物摻合物之一特定具體實例包含主要包含氮化硼及四硼酸鈣之泡沫成核劑。其他具體實例另外包含F(CF2
)n
CH2
CH2
SO3
H(n= 6、8、10或12)之鋇鹽。在可構成泡沫成核封裝或可為泡沫成核封裝之組分的泡沫成核劑中,泡沫成核封裝為由式Z(CF2
)x
(CF2
CFX)p
(R')y
(CH2
)z
(RO3
)n
M表示之泡沫成核劑,其中:除了RO3
以外,二價基團可以任何順序存在;Z係選自CCl3
、CCl2
H、H、F、Cl及Br;各X獨立地選自H、F、C1
及CF3
;R係選自硫及磷;M係選自H及金屬、銨、經取代銨及四級銨陽離子;x及z中之每一者獨立地為整數且為0至20;p為整數且為0至6;y為0或1;x+y+z+p為正整數或若x+y+z+p為0,則Z為CCl3
或CCl2
H;n為M之價數;且R'係選自C5-6
全氟化脂環雙基;具有選自CF2
O、[CF2
CF2
O]及[CF2
CF(CF3
)O]之重複單元的C1-16
全氟化脂族聚醚雙基;及經取代或未經取代之芳族雙基,在此情況下Z為H。適用於擠出製程之泡沫成核劑之具體實例可具有泡沫成核有效量的至少一種選自磺酸及膦酸及/或其鹽之熱穩定化合物。在圖19中提供泡沫成核劑之實例。「TBSA」為F(CF2
)n
CH2
CH2
SO3
H,其中n為6、8、10且可能為12,主要為8。
本文中所揭示之聚合物摻合物可至少包括經官能化之全氟化氟聚合物及非全氟化聚合物。在另一具體實例中,聚合物摻合物包括經官能化之全氟化氟聚合物、非全氟化聚合物中之一或多者及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物。在再一具體實例中,聚合物摻合物包括非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物、經官能化之全氟化氟聚合物、非經官能化之非全氟化聚合物及經官能化之非全氟化聚合物,其中經官能化之全氟化氟聚合物及經官能化之非全氟化聚合物的官能基能夠反應以形成化學鍵。在不受任何特定理論束縛之情況下,咸信非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物及非經官能化之非全氟化聚合物的存在產生其中經官能化之全氟化氟聚合物及經官能化之非全氟化聚合物可彼此混溶且可彼此化學結合之環境。
在相容摻合物之一個具體實例中,具有官能端基或側基之非氟化及全氟化聚合物的混合物可與具有類似處理溫度之任何聚合物形成氫鍵或離子鍵,該聚合物為經工程改造或高效能的非經官能化之非氟聚合物。經工程改造或高效能之非氟聚合物之其他型式為官能化的。此有助於藉由與增容劑進行化學反應或直接與經官能化之全氟化聚合物反應來增強相容。在一些具體實例中,官能化基團與增容劑共價反應。在此意義上,共價鍵係指具有可形成化學鍵之親核及親電中心之相反基團。
非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物、經官能化之全氟化氟聚合物、非經官能化之非全氟化聚合物及經官能化之非全氟化聚合物可以不同量存在於聚合物摻合物中。在一個具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物可以摻合物的約1% w/w至約99% w/w之量存在。在另一具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物可以摻合物的約1% w/w至約90% w/w之量存在。在一些具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物可以摻合物的5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%或99% w/w、約前述值中之任一者或前述值中任兩者之間的範圍之量存在。在一特定具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物可以摻合物的約80% w/w至約95% w/w之量存在。在另一特定具體實例中,經官能化之全氟化氟聚合物及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物可以摻合物的約85% w/w至約95% w/w之量存在。在另一特定具體實例中,不存在非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物。
經官能化之全氟化氟聚合物及非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物的相對量可介於高達100%經官能化之全氟化氟聚合物及0%非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物的範圍。在組成物之一些具體實例中,全氟化氟聚合物與非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物的比率為0.1至1。在組成物之特定具體實例中,全氟化氟聚合物與非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物的比率可為0.10、0.11、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95及1。在組成物之某些較佳具體實例中,全氟化氟聚合物與非經官能化之全氟化或部分氟化氟聚合物的比率可為0.11、0.25、0.40或1。
非經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約1% w/w至約99% w/w之量存在於摻合物中。舉例而言,非經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%或99% w/w、約前述值中之任一者或前述值中任兩者之間的範圍之量存在。在另一具體實例中,非經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約5% w/w至約90% w/w之量存在。在一特定具體實例中,非經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約5% w/w至約15% w/w之量存在。在另一特定具體實例中,非經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約5% w/w至約10% w/w之量存在。在另一特定具體實例中,非經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約85-90% w/w或摻合物的約88% w/w之量存在。
經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約0.1% w/w至約99% w/w之量存在於摻合物中。舉例而言,經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%或99% w/w、約前述值中之任一者或前述值中任兩者之間的範圍之量存在。在另一具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約0.1% w/w至約3% w/w之量存在。在再一具體實例中,經官能化之非全氟化聚合物可以摻合物的約1% w/w至約2% w/w之量存在。
本文中所揭示之聚合物摻合物可進一步包括至少一種相容劑,儘管相容劑為視情況選用的。相容劑為當在擠出期間添加至不可混溶材料之摻合物中時,修改不可混溶材料之界面特性且穩定熔融摻合物的添加劑。相容系統藉由在兩種不可混溶聚合物之間產生相互作用而使摻合相形態更穩定及更佳。
在一個具體實例中,相容劑可包括至少兩個官能端基(例如各端上之一個官能基),其中官能端基中之每一者能夠與經官能化之全氟化氟聚合物及經官能化之非全氟化氟聚合物的官能基中之一或兩者反應,以形成化學鍵。在另一具體實例中,相容劑可包括各端上之兩個至五個官能基。相容劑之官能基可包括上文關於經官能化之全氟化氟聚合物及經官能化之非全氟化氟聚合物所描述的官能基中之任一者。舉例而言,相容劑可包括以下官能端基中之任一者:羧基、胺、酐、羥基、環氧基、硫氫基、矽氧烷及㗁唑啉。在一個具體實例中,相容劑之各端上之一或多個官能基可為相同的。在另一具體實例中,相容劑之一端上之一或多個官能基可不同於相容劑之另一端上之一或多個官能基。
在另一具體實例中,相容劑可為反應性聚合物增容劑,諸如(例如)嵌段或接枝共聚物,其片段在結構上類似於聚合物摻合物中存在之聚合物中之每一者。在此態樣中,相容劑可為由存在於摻合物中之聚合物組分形成之共聚物。
在再一具體實例中,相容劑可為雙(㗁唑啉)化合物。雙(㗁唑啉)化合物具有至少兩個由鍵聯基團接合之官能端基。更特定言之,雙(㗁唑啉)化合物在各端上具有至少兩個由鍵聯基團接合之官能㗁唑啉環。鍵聯基團可包括直鏈烷基、烯基或炔基、分支鏈烷基、烯基或炔基、環烷基、環烯基、環炔基、經烷基取代之環烷基、環烯基或環炔基、經環烷基取代之烷基、烯基或炔基、芳基(諸如苯基、基、四氫基、二氫茚基及聯苯)、雜芳基(諸如吡啶基)、包括一或多個在羥基之一或多個碳原子處的取代基之烷基及其組合。㗁唑啉環亦可包括一或多個取代基。取代基可包括上文關於鍵聯基團所描述之基團中之任一者。
用作相容劑之適合之雙(㗁唑啉)化合物的實例包括(但不限於):
在一特定具體實例中,相容劑為1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯。
相容劑可以約0.1% w/w至約99% w/w之量存在於聚合物摻合物中。舉例而言,相容劑可以摻合物之0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%或99% w/w、約前述值中之任一者或前述值中任兩者之間的範圍之量存在。在一特定具體實例中,相容劑可以摻合物之約0.1% w/w至約1% w/w之量存在。在另一特定具體實例中,相容劑可以摻合物之約0.1% w/w至約0.5% w/w之量存在。
形成聚合物合金
本文中所描述之聚合物摻合物可形成聚合物合金。如本文中所使用之「聚合物合金」係指至少兩種聚合物之混合物,該等聚合物摻合在一起以產生具有不同物理特性之新材料。
提供一種形成聚合物合金之方法,該方法包含使上文所描述的聚合物摻合物中之任一者維持在足以熔融經官能化之全氟化氟聚合物且足以熔融非全氟化聚合物及/或經官能化之非全氟化聚合物,且足以准許經官能化之全氟化氟聚合物與非全氟化聚合物及/或經官能化之非全氟化聚合物之官能基之間的共價、離子或氫鍵結之溫度下。
在另一具體實例中,形成聚合物合金之方法包括使上文所描述的聚合物摻合物中之任一者維持在足以熔融全氟化氟聚合物、經官能化之全氟化氟聚合物、非全氟化聚合物及經官能化之非全氟化聚合物,且足以准許經官能化之全氟化氟聚合物之官能基與經官能化之非全氟化聚合物之官能基之間的化學鍵結之溫度下。
可由所屬技術領域中具有通常知識者容易地確定聚合物組分之熔融溫度。然而,在一個具體實例中,足以熔融全氟化氟聚合物、經官能化之全氟化氟聚合物、非全氟化聚合物及經官能化之非全氟化聚合物的溫度可範圍介於約250℃至約400℃。在另一具體實例中,溫度可範圍介於約280℃至350℃。聚合物可在此等溫度下維持約一分鐘至約十分鐘。在另一具體實例中,聚合物可在此等溫度下維持約兩分鐘。
在一些具體實例中,如上文所描述,若摻合物含有發泡劑,則可形成發泡聚合物摻合物。在方法之此等具體實例中,將在處理期間引入氣體。氣體可為所屬技術領域中已知適用於形成發泡氟聚合物之任何氣體。在一特定具體實例中,氣體為N2
,其具有相對惰性及成本較低之優點。在方法之一些具體實例中,引入氣體以達至按體積計至多90%之氣體含量。在方法之其他具體實例中,引入氣體以達至按體積計10-80%之氣體含量。
擠製工件及製造方法
提供一種包含上文所提供之聚合物合金中之任一者的擠製工件及製造擠製聚合物工件之方法。工件可為所屬技術領域中已知之任何擠製聚合物工件。適合之擠製工件之特定實例包括袋子、膜、容器、長絲、食物包裝、塗層(諸如導線之塗層或護套)及各種射出模製部分。
在一個具體實例中,擠製工件為上文所描述之聚合物合金中之任一者的膜。亦提供一種形成聚合物合金之膜之方法,該方法包含藉由上文所描述之方法形成聚合物合金以形成熔融合金,且擠出熔融合金以形成薄膜。在此態樣中,聚合物摻合物可經熔融摻合以形成熔融合金且擠出成顆粒形狀。接著可將顆粒擠出成薄膜。用於形成膜之已知方法中之任一者經考慮以與本發明一起使用。
相比於由純氟化聚合物形成之膜,由本文中所描述之聚合物合金形成之膜的一些具體實例展示機械強度顯著改良。舉例而言,膜表明優良之拉伸強度。如本文中所使用,「拉伸強度」係指材料可在達至如根據ASTM D638量測之永久性、非彈性變形之前承受之應力量。在一個具體實例中,膜表明大於約15 MPa之拉伸強度。在另一具體實例中,膜表明大於約17 MPa之拉伸強度。在再一具體實例中,膜表明大於約22 MPa之拉伸強度。在又一具體實例中,膜表明大於約24 MPa之拉伸強度。在另一具體實例中,膜表明大於約27 MPa之拉伸強度。在再一具體實例中,膜表明大於約30 MPa之拉伸強度。
膜之一些具體實例亦表明優良之伸長特性。「伸長率」係指材料在拉伸下斷裂前產生之長度增加百分比。在一個具體實例中,膜表明小於約250%之伸長率。在另一具體實例中,膜表明小於約200%之伸長率。在再一具體實例中,膜表明小於約180%之伸長率。在又一具體實例中,膜表明小於約100%之伸長率。在另一具體實例中,膜表明小於約50%之伸長率。在又一具體實例中,膜表明小於約30%之伸長率。在再一具體實例中,膜表明小於約20%之伸長率。
膜之一些具體實例進一步表明優良之楊氏模數特性。「模數」係指如根據ASTM D638量測的材料抵抗彈性變形之趨勢。在一個具體實例中,膜具有大於約400 MPa之楊氏模數。在另一具體實例中,膜具有大於約450 MPa之楊氏模數。在又一具體實例中,膜具有大於約480 MPa之楊氏模數。在再一具體實例中,膜具有大於約500 MPa之楊氏模數。在又一具體實例中,膜具有大於約600 MPa之楊氏模數。在另一具體實例中,膜具有大於約650 MPa之楊氏模數。在再一具體實例中,膜具有大於約750 MPa之楊氏模數。在另一具體實例中,膜具有大於約800 MPa之楊氏模數。舉例而言,膜具有大於約850 MPa之楊氏模數。
膜之一些具體實例亦表明優良之屈服強度。「屈服強度」係指可在材料開始改變形狀之前施加之最大應力。在一個具體實例中,膜具有大於約15 MPa之屈服強度。在另一具體實例中,膜具有大於約20 MPa之屈服強度。在再一具體實例中,膜具有大於約29 MPa之屈服強度。在又一具體實例中,膜具有大於約40 MPa之屈服強度。
在另一具體實例中,擠製工件為上文所描述之聚合物合金中之任一者的射出模製部分。亦提供一種形成聚合物合金之射出模製工件之方法,該方法包含藉由上文所描述之方法形成聚合物合金以形成熔融合金,且將熔融合金注射至模具空腔中。在此態樣中,聚合物摻合物可經熔融摻合以形成熔融合金且擠出成顆粒形狀。接著使用任何適合之射出模製機來射出模製化合物。用於射出模製之已知方法中之任一者經考慮以與本發明一起使用。
相比於由純氟化聚合物形成之射出模製工件,由本文中所描述之聚合物合金形成之射出模製工件的一些具體實例展示優良之機械特性。舉例而言,射出模製工件之一些具體實例表明大於10 MPa之拉伸強度。在另一具體實例中,射出模製工件表明大於15 MPa之拉伸強度。在再一具體實例中,射出模製工件表明大於20 MPa之拉伸強度。在另一具體實例中,射出模製工件表明大於50 MPa之拉伸強度。在又一具體實例中,射出模製工件表明大於100 MPa之拉伸強度。
射出模製工件之一些具體實例亦表明優良之伸長特性。在一個具體實例中,射出模製工件具有小於約200%之伸長率。在另一具體實例中,射出模製工件具有小於約180%之伸長率。在再一具體實例中,射出模製工件具有小於約150%之伸長率。在又一具體實例中,射出模製工件具有小於約100%之伸長率。在另一具體實例中,射出模製工件具有小於約80%之伸長率。在再一具體實例中,射出模製工件具有小於約30%之伸長率。舉例而言,射出模製工件具有小於約20%之伸長率。
射出模製工件之一些具體實例進一步表明優良之楊氏模數特性。舉例而言,射出模製工件具有大於約350 MPa之楊氏模數。在另一具體實例中,射出模製工件具有大於約400 MPa之楊氏模數。在再一具體實例中,射出模製工件具有大於約500 MPa之楊氏模數。在又一具體實例中,射出模製工件具有大於約600 MPa之楊氏模數。在再一具體實例中,射出模製工件具有大於約620 MPa之楊氏模數。
此外,射出模製工件之一些具體實例展示優良之屈服強度。在一個具體實例中,射出模製工件具有大於約17 MPa之屈服點。在另一具體實例中,射出模製工件具有大於約20 MPa之屈服點。在再一具體實例中,射出模製工件具有大於約50 MPa之屈服點。在又一具體實例中,射出模製工件具有大於約75 MPa之屈服點。
通訊電纜
本文中所揭示之聚合物合金由於其重量輕、耐溫性及介電特性而用作電纜絕緣體。提供一種絕緣電纜,其包含導體及包含本文中所揭示之聚合物合金中之任一者的絕緣層。
本發明描述通訊電纜(諸如乙太網路電纜)之具體實例。電纜尤其適用於機動車輛電腦系統中,該等機動車輛電腦系統暴露於高溫但具有不斷增加之資料需求。電纜之一個特定具體實例包括導線之單一雙絞線。由高度絕緣、低衰減及耐熱材料(諸如上文所揭示之聚合物合金)提供此等導線中之每一者的導線絕緣體。導線之雙絞線經組態以承載差動資料及/或功率信號。使用上文所揭示之聚合物合金作為導線絕緣體允許電纜在高頻範圍(例如,10MHz - 10GHz)內傳輸差動信號,同時能夠處理由機動車輛呈現之更極端的熱條件。應注意,電纜之其他具體實例可包括向差動資料及/或功率信號提供多個路徑之若干對導線。電纜之其他具體實例包含超過一條雙絞線。電纜之特定具體實例包含至少1、2、3或4條雙絞線。電纜之再一特定具體實例包含精確的1、2、3或4條雙絞線。可將此等導線對插入於電纜護套內,此給乙太網路電纜提供其結構完整性。此外,在一些實施方案中,電纜可經屏蔽以有助於保護電纜免受電磁干擾。
圖17說明根據本發明之電纜100之一具體實例的透視圖,而圖18說明圖17中所示之電纜100之一具體實例的橫截面圖。電纜100包括一對導線102、104,其絞合在一起以便形成導線102、104之雙絞線。導線102包括導體106(參見圖18),而導線104包括導體108(參見圖18),該等導體各自由導電材料形成。形成導體106、108之導電材料可為任何導電材料,包括元素金屬、合金及類似者。在一個具體實例中,導線102、104中之導體106、108各自由銅形成。該對導體106、108可在一些實施方案中用於傳播差動信號,使得導體106、108承載相位相隔大約180度之互補信號。因此,該對導線102、104經絞合以有助於消除導線102、104之間的電磁干擾且維持該對導體106、108平衡。在一個實施方案中,該對導線102、104將用於處理資料發信及功率傳輸兩者。舉例而言,該對導線102、104可用於向感測器及有源通訊裝置遞送約50瓦之功率。
如圖17及圖18中所示,導線102、104中之每一者亦包括導線絕緣體110、112。導線102之導線絕緣體110圍繞且覆蓋導體106,而導線104之導線絕緣體112圍繞且覆蓋導體108。導線絕緣體110及導線絕緣體112由具有低介電常數具有低電容率之絕緣材料形成,且因此在高電荷及電流之存在下抵抗電磁通量線之集中。此允許該對導線102、104傳播高頻信號。在一個實施方案中,電纜100為6A類乙太網路電纜,其要求電纜100能夠承載操作頻率在10 MHz與500 MHz之間的信號及高達10千兆比特/秒(Gbps)之系統輸貫量,同時最小化外部雜訊影響及內部串音源,諸如近端串音(NEXT)及遠端串音(FEXT)。6A類電纜100之適合形式之實例包括非屏蔽雙絞線電纜(UTP)、分段屏蔽雙絞線(segmented shield twisted pair;SSTP)及屏蔽雙絞線(shielded twisted pair;STP)。一種適合形式之STP包含在一側具有聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)且在另一側具有鋁之屏蔽件,及汲極導線。一種適合形式之SSTP包含在一側具有聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)且在另一側具有鋁之屏蔽件,其中鋁係以規則間隔進行切割,而PET沿屏蔽件之長度為完整的,從而避免對汲極導線之需求。
在一些具體實例中,在現代汽車引擎蓋下所經歷之溫度下,形成導線絕緣體110及導線絕緣體112之絕緣材料具有大約1.2至大約2.4之間的介電常數。典型地,此等溫度在-40℃至200℃之間變化。在另一具體實例中,在現代汽車引擎蓋下所經歷之溫度下,形成導線絕緣體110及導線絕緣體112之絕緣材料具有大約1.5至大約2.1之間的介電常數。在再一具體實例中,在現代汽車引擎蓋下所經歷之溫度下,形成導線絕緣體110及導線絕緣體112之絕緣材料具有大約1.7至大約2.1之間的介電常數。
各導電線之絕緣體可為至少50% w/w之聚合物合金。在其他具體實例中,各導電線可為至少55、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99或100%之聚合物合金。
絕緣材料亦可包括添加劑、改質劑或加固物。舉例而言,出於鑑定目的,絕緣材料可經著色或包括著色劑。
應注意,電纜100之其他具體實例可經提供為不同類別(諸如5e類、6類、7類、7A類及8類)之乙太網路電纜。電纜100之替代性具體實例可經提供為其他類型之乙太網路電纜,包括10BASE-T1或100BASE-T1電纜。電纜100之不同實例可遵循之一些乙太網路標準包括IEEE 802.3cg、IEEE 802.3bw、IEEE 802.3bp、IEEE 802.3ch、IEEE 802.3bu乙太網路標準。此外,一些電纜標準包括SAE J3117/1、SAE J3117/2及SAE J3117/3。
圖17及圖18中所示之電纜100之具體實例包括屏蔽件114及電纜護套116,其圍繞沿電纜100之長度承載差動資料及/或功率信號之導線102、104。在此實例中,將屏蔽件114設置於導線102、104與電纜護套116之間。屏蔽件114經組態以反射EMI及/或將EMI安全地傳導至地面。在任一情況下,屏蔽件100有助於防止EMI影響導線102、104中之導體106、108。因此,即使一些EMI穿過屏蔽件100,其亦經如此高度地衰減且不顯著干擾沿導線102、104之導體106、108傳輸之資料及/或功率信號。
在此實例中,將屏蔽件100提供為編織物,其可形成為金屬(諸如銅)之編織網。屏蔽件100可因此向地面提供高度導電路徑。電纜100之此具體實例為非屏蔽雙絞線電纜(UTP)之實例。在一些實施方案中,電纜100為至多40公尺之長度且尤其適用於大型卡車。在替代性實例中,屏蔽件100可提供為箔屏蔽件,其可由金屬(諸如鋁)之薄層形成。可將箔屏蔽件連接至載體(其可由諸如聚酯之材料形成)以添加強度及耐用性。在另外其他實例中,電纜100可包括多個同心屏蔽件,其尤其適用於極嘈雜環境中。在另外其他實例中,電纜100可未經屏蔽,使得在護套116與導線102、104之間不存在屏蔽件114。此將為非屏蔽雙絞線電纜(UTP)之實例。在一些實施方案中,UTP可為至多15公尺之長度且尤其適用於標準消費型汽車中。
圖17及圖18中所示之電纜100之具體實例亦包括護套116,其形成電纜100之最外層且因此其外表面外部暴露於外部環境。護套116之一些具體實例圍繞屏蔽件114及導線102、104中之一或兩者。以此方式,護套116經組態以保護屏蔽件114、絕緣體110、112及導體106、108免受EMI、外部物理力、熱及化學劣化。護套116可由任何適合之材料,諸如聚氯乙烯(PVC)、聚胺基甲酸酯(PUR)、氯化聚乙烯(CPE)、氯丁橡膠、乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber;EPR)、FEP、PFA或乙烯四氟乙烯(ETFE)形成。在一些替代性實例中,可將填充劑、塑化劑、活化劑及抑制劑添加至護套116中以增強護套116之特定物理、電氣或化學特性。
圖17中所示之電纜100之具體實例包括在電纜100之一端120處連接之連接器118。更特定言之,連接器118包括一對導電構件122、124,其中將導線102之導體106的對應端(未明確示出)連接至導電構件122且將導線104之導體108的對應端(未明確示出)連接至導電構件124。導電構件122、124可提供電纜100之差動輸入/輸出埠,使得可將經由導線102、104傳播之差動資料及/或功率信號輸入及/或輸出至電纜100中及/或至電纜100之外。連接器118亦包括容納該對導電構件122、124之連接器外殼126。將屏蔽件114及護套116內部端接及連接於外殼126內。外殼126進一步包括可插入部分128,其圍繞導電構件122、124且可插入至對蹠連接器(未明確示出)中,使得可將資料及/或功率差動信號輸入至電纜100中及/或自電纜100輸出。
應注意,在此實例中,連接器118為凸形差動連接器,因為該對導電構件122、124提供凸形連接件以輸入或輸出資料及/或功率差動信號。在替代性具體實例中,連接器118可為凹形連接器且因此包括一對經組態以接收凸形差動連接器之導電通道。另外,在電纜100之此具體實例中,在電纜100之另一端128處不設置另一連接器(如連接器118)。相反,可在電纜100之此端部128處將連接件直接提供至導體106、108。然而,在替代性具體實例中,將另一連接器(如連接器118)連接於電纜100之此端部128處。
額外用途
藉由將不同聚合物以使得物理及介電特性可經調整以滿足目標應用之需求的方式組合來產生本文中所揭示之聚合物合金。聚合物合金可經設計以展現低損耗及高機械特性兩者,以及高表面能。此等改良之特性使此等材料成為多個電子及電氣組件(諸如剛性、多層低損耗PCB)之選擇。舉例而言,本文中所揭示之聚合物合金適用於層壓且絕緣電氣組件,諸如PCB。在一些具體實例中,所揭示之聚合物合金可用作黏接層,包括(例如)用作與銅層及PFA層接觸之黏接層。在一些具體實例中,所揭示之聚合物合金可用作膜(諸如銅膜及/或PFA膜)之間的黏接層。在一些具體實例中,所揭示之聚合物合金可用作PCB應用(諸如PCB層壓物)中之黏接層。在另一具體實例中,本文中所揭示之聚合物合金適用於電池外殼。本文中所揭示之聚合物合金決不受限於電子行業,且可擴展至其他行業中發現之應用,諸如汽車、導線及電纜、石油及天然氣、航空航天、3D印刷及其他。
在一些具體實例中,FEP/PEI或PFA/PEI之熱塑性合金(TPA)之薄膜可用作層壓物。在一些具體實例中,TPA層壓物可用於印刷電路板,包括(例如)高頻電路板。在一些具體實例中,TPA層壓物可經擠出及/或為約5 μm與200 μm之間的厚度。在一些具體實例中,TPA薄膜可含有熔融矽石、石英、氧化鎂及/或氧化鋁之奈米級粒子。在一些具體實例中,添加無機粒子可有助於減小耗散因子及/或CTE。在一些具體實例中,無機材料之百分比為至少1%。
在一些具體實例中,FEP/PEI及/或PFA/PEI之熱塑性合金之長絲可用於3D印刷。在一些具體實例中,TPA之長絲可用於熔融沈積建模。在一些具體實例中,長絲可為至少0.5 mm厚。雖然全氟聚合物(諸如PFA及FEP)在使用長絲沈積建模(filament deposition modeling;FDM)方法進行3D印刷時存在大量處理困難,但已知PEI適用於利用FDM之3D印刷。在不受理論束縛之情況下,咸信此處理之差異及PEI使用FDM進行3D印刷之能力係由於PEI與PFA之間的表面能之差異而引起。已知PFA及FEP具有低表面能,其阻礙所印刷材料之連續層之間的黏接。在一些具體實例中,PFA及PEI之熱塑性合金或FEP及PEI之熱塑性合金將具有比PFA或FEP更高的表面能且可使用FDM方法進行3D印刷。
在一些具體實例中,可擠出FEP/PEI及PFA/PEI之熱塑性合金之纖維。在一些具體實例中,纖維可包括單股或多股纖維及/或其組合。在一些具體實例中,擠製纖維可包括於編織及/或非編織基板中及/或與樹脂結合使用。在一些具體實例中,可將熱塑性纖維併入至印刷電路板層壓物中。在一些具體實例中,可將熱塑性纖維併入至印刷電路板層壓物中以供在大於1 GHz下使用或以供在大於20 GHz下使用,或以供在大於50 GHz下使用。在一些具體實例中,可在高達79 GHz之頻率下使用併入熱塑性纖維之印刷電路板。在一些具體實例中,熱塑性合金纖維可含有銅及/或銀沸石之奈米粉末及/或微米粉末。在一些具體實例中,熱塑性合金纖維可用於抗菌劑織品。
在一些具體實例中,FEP/PEI及PFA/PEI之熱塑性合金之纖維可與黏合聚合物(諸如熱固性樹脂、環氧樹脂、熱塑性聚合物、聚酯、乙烯酯及/或耐綸)混合。
在一些具體實例中,可在銅線上方擠出熱塑性合金以形成護套或絕緣層。護套或絕緣層可包括光滑表面或輪廓設計。在一些具體實例中,所得聚合物絕緣導線或電纜可用於汽車及/或航空航天應用。在一些具體實例中,所得聚合物絕緣導線或電纜可用於井下或其他石油及天然氣相關應用。
在一些具體實例中,可將FEP/PEI及/或PFA/PEI之熱塑性合金併入至天線、天線外殼、天線罩及/或用於無線通訊(諸如5G)之其他相關組件中。
在一些具體實例中,FEP/PEI及PFA/PEI之熱塑性合金可經射出模製。在一些具體實例中,熱塑性合金可經射出模製以形成用於例如電子、車輛、充電應用、無線通訊設備及/或光學連接器之電連接器。
實施例
實施例1:FEP-PEI摻合物之薄膜
將以下聚合物之組合:具有下表1中所闡述之特性的全氟化FEP氟聚合物、具有末端端基的經官能化之氟化FEP氟聚合物、聚醚醯亞胺(PEI)、具有順丁烯二酸酐端基的經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。下表2展示聚合物中之每一者的摻合比。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
[表1]
表1:全氟化FEP之特性
[表2]
表2:FEP-PEI摻合物之薄膜
熔體流動速率,g/10 min | ASTM D-1238 | 35-42 |
熔點(DSC),℃ | ASTM D-3418 | 255-265 |
拉伸強度,MPa,(最小值) | ASTM D-2116 | 18 |
伸長率,%,(最小值) | ASTM D-2116 | 300 |
MIT可撓性,循環,平均值 | ASTM D-2176 | 3,000 |
摻合物式 | 全氟化FEP | 羧化FEP | FEP 摻合物 | PEI | PEI (MAH) | 1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯 |
256A | 90% | 10% | 90.00% | 10% | 0.0% | 0.00% |
256C | 90% | 10% | 93.90% | 5% | 1.0% | 0.10% |
對照:全氟化FEP | 100% | 0% | 0.00% | 0% | 0.0% | 0.00% |
圖1A至1D顯示所形成之顆粒表面之各種相片。如藉由圖1A至1D可見,當顆粒由本文中所提供之聚合物摻合物形成時,所形成顆粒顯示顆粒表面均一性及平滑度之改良。
圖2A至2D顯示由對照聚合物(全氟化FEP)及本文中所提供之FEP-PEI聚合物摻合物形成之顆粒的各種相片。如可自圖2B至2D看出,由FEP-PEI聚合物摻合物形成之顆粒具有均勻的形狀。
拉伸強度
對表1中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行拉伸強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測拉伸強度。拉伸強度測試之結果示於下表3中。
[表3]
表3:拉伸強度測試之結果
摻合物式 | 拉伸(MPa) |
256A | 17.25 |
256C | 27.54 |
對照:全氟化FEP | 16.25 |
如表3及圖3中所示,相比於對照及不含經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)增容劑之FEP-PEI摻合物(256A),包括經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)增容劑之FEP-PEI摻合物(256C)的薄膜顯示拉伸強度之增加。
伸長率
對表2中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行伸長率測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測伸長率。伸長率測試之結果示於下表4中。
[表4]
表4:伸長率測試之結果
摻合物式 | 伸長率(%) |
256A | 171 |
256C | 18.7 |
對照:全氟化FEP | 336 |
如表4及圖4中所示,當與對照相比時,包括經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)增容劑之FEP-PEI摻合物(256C)的薄膜顯示伸長率之顯著降低。當與不含經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)增容劑之FEP-PEI摻合物(256A)相比時,256C摻合物亦顯示伸長率之降低。
模數
表2中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜經歷模數測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測模數。模數測試之結果示於下表5中。
[表5]
表5:模數測試之結果
摻合物式 | 模數(MPa) |
256A | 606 |
256C | 898 |
對照:全氟化FEP | 373 |
如表5及圖5中所示,當與對照相比時,包括經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)增容劑之FEP-PEI摻合物(256C)的薄膜顯示模數增加2.4倍。當與不含經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉)增容劑之FEP-PEI摻合物(256A)相比時,256C摻合物亦顯示模數之增加。
屈服強度
對表2中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行屈服強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測屈服強度。屈服強度測試之結果示於下表6中。
[表6]
表6:屈服強度測試之結果
摻合物式 | 屈服 |
256A | 16.43 |
256C | 13.97 |
對照:全氟化FEP | 16.14 |
介電常數
對表2中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行介電常數測試。介電常數測試之結果示於下表6中。
[表7]
表7:FEP:PEI摻合物之介電常數
摻合物式 | 介電常數(Dk ) |
256C | 2.36 |
全氟化FEP | 2.17 |
如表7及圖6中可見,添加PEI後,觀測到介電常數之略微增加。PEI具有3.2之介電常數。向FEP中添加6% PEI僅使介電常數自2.17升高至2.36。
實施例
2
:
FEP-PEI
摻合物之射出模製部分(第一輪)
將聚合物(包括具有上表1中所闡述之特性的全氟化FEP氟聚合物、具有末端端基的經官能化之氟化FEP氟聚合物、聚醚醯亞胺、具有順丁烯二酸酐端基的經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉))之各種組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,且將化合物擠出成顆粒形式。下表8展示各種摻合物之組成及聚合物中之每一者的摻合比。接著使用Sumitomo SE75DU射出模製機,使用300℃至400℃之溫度量變曲線,將各化合物射出模製至ASTM D638 V型拉伸桿中。
[表8]
表8:FEP-PEI摻合物之射出模製部分(第一輪)
FEP摻合物 | 全摻合物調配物 | |||||
式 | 全氟化FEP | 羧化FEP | FEP摻合物 | PEI | PEI-MAH | 1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯 |
236A | 90% | 10% | 99.90% | 0% | 0.00% | 0.10% |
236B | 90% | 10% | 94.90% | 5% | 0.00% | 0.10% |
236C | 90% | 10% | 93.90% | 5% | 1.00% | 0.10% |
236D | 90% | 10% | 94.40% | 5% | 0.50% | 0.10% |
236E | 90% | 10% | 94.80% | 5% | 0.10% | 0.10% |
244A | 60% | 40% | 93.90% | 5% | 1.00% | 0.10% |
全氟化FEP | 100% | 0% | 100.00% | 0% | 0.00% | 0.00% |
拉伸強度
對表8中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行拉伸強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測拉伸強度。拉伸強度測試之結果示於下表9中。
[表9]
表9:拉伸強度測試之結果
摻合物式 | 最大拉伸強度(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
236B | 20.50 | 0.22 |
236C | 27.55 | 0.51 |
236E | 19.67 | 0.60 |
244A | 18.88 | 0.26 |
全氟化FEP | 18.59 | 0.32 |
如表9及圖7中所示,相比於對照,具有5% PEI、1.0% PEI-MAH及作為增容劑之0.1%雙(㗁唑啉)之FEP-PEI摻合物(236C)顯示拉伸強度增加接近40%。
楊氏模數
對表8中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行楊氏模數測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測楊氏模數。楊氏模數測試之結果示於下表10中。
[表10]
表10:楊氏模數測試之結果
摻合物式 | 楊氏模數(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
236A | ||
236B | 453.11 | 29.23 |
236C | 635.88 | 18.91 |
236D | ||
236E | 418.28 | 31.06 |
244A | 443.12 | 17.86 |
全氟化FEP | 397.19 | 20.39 |
如表10及圖8中所示,當與對照相比時,具有5% PEI、1.0% PEI-MAH及作為增容劑之0.1%雙(㗁唑啉)之FEP-PEI摻合物(236C)顯示楊氏模數增加接近60%。
斷裂伸長率
對表8中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行斷裂伸長率測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測斷裂伸長率。斷裂伸長率測試之結果示於下表11中。
[表11]
表11:斷裂伸長率測試之結果
摻合物式 | 斷裂伸長率 | |
平均值 | Std Dev | |
236A | ||
236B | 166.20 | 54.63 |
236C | 18.35 | 10.02 |
236D | ||
236E | 79.20 | 26.61 |
244A | 173.93 | 15.31 |
全氟化FEP | 189.60 | 3.71 |
如表11及圖9中所示,當與對照相比時,具有5% PEI、1.0% PEI-MAH及作為增容劑之0.1%雙(㗁唑啉)之FEP-PEI摻合物(236C)顯示斷裂伸長率之顯著降低。
屈服強度
對表8中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行屈服強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測屈服強度。屈服強度測試之結果示於下表12中。
[表12]
表12:屈服強度測試之結果
摻合物式 | 屈服強度(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
236B | 17.55 | 0.60 |
236C | 26.45 | 1.67 |
236E | 17.28 | 1.01 |
244A | 17.15 | 0.36 |
全氟化FEP | 15.25 | 0.29 |
如表12及圖10中所示,當與對照相比時,具有5% PEI、1.0% PEI-MAH及作為增容劑之0.1%雙(㗁唑啉)之FEP-PEI摻合物(236C)顯示屈服強度增加80%。
實施例
3
:
FEP-PEI
摻合物之射出模製部分(第二輪)
將聚合物(包括具有上表1中所闡述之特性的全氟化FEP氟聚合物、具有末端端基的經官能化之氟化FEP氟聚合物、聚醚醯亞胺、具有順丁烯二酸酐端基的經官能化之聚醚醯亞胺及雙(㗁唑啉))之各種組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,且將化合物擠出成顆粒形式。接著使用Sumitomo SE75DU射出模製機,使用300℃至400℃之溫度量變曲線,將各化合物射出模製至ASTM D638 V型拉伸桿中。下表13展示各種摻合物之組成及用於第二輪之聚合物中之每一者的摻合比。
[表13]
表13:FEP-PEI摻合物之射出模製部分(第二輪)
FEP摻合物 | 全摻合物調配物 | |||||
式 | 全氟化FEP | 羧化FEP | FEP摻合物 | PEI | PEI-MAH | 1,4-雙(4,5-二氫- 2-㗁唑基)苯 |
PEI | 100% | |||||
121C | 84.50% | 9.39% | 93.90% | 5% | 1.00% | 0.10% |
121D | 71.60% | 17.90% | 89.50% | 8% | 2.00% | 0.50% |
121E | 0% | 9.95% | 9.95% | 87.56% | 1.99% | 0.50% |
全氟化FEP | 100% |
拉伸強度
對表13中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行拉伸強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測拉伸強度。拉伸強度測試之結果示於下表14中。
[表14]
表14:拉伸強度測試(第二輪)之結果
摻合物式 | 最大拉伸強度(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
PEI | 110.74 | 1.09 |
121C | 20.27 | 0.07 |
121D | 27.49 | 0.52 |
121E | 103.34 | 4.10 |
全氟化FEP | 18.59 | 0.32 |
如表14及圖11中所示,具有大部分FEP摻合物(121D;90:10 FEP:PEI)之FEP-PEI摻合物顯示拉伸強度增加48%。然而,在大部分PEI摻合物(樣品121E;90:10 PEI:FEP)中,拉伸強度與純全氟化FEP類似(僅低6%)。
楊氏模數
對表13中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行楊氏模數測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測楊氏模數。楊氏模數測試之結果示於下表15中。
[表15]
表15:楊氏模數測試(第二輪)之結果
摻合物式 | 楊氏模數(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
PEI | 1343.43 | 56.10 |
121C | 453.83 | 78.78 |
121D | 561.24 | 91.06 |
121E | 1388.12 | 140.47 |
全氟化FEP | 397.19 | 20.39 |
如表15及圖12中所示,當與對照相比時,具有大部分FEP摻合物(121D;90:10 FEP:PEI)之FEP-PEI摻合物顯示楊氏模數增加41%。然而,在大部分PEI摻合物(樣品121E;90:10 PEI:FEP)中,與純全氟化FEP相比,量測到略微增加3%。
斷裂伸長率
對表13中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行斷裂伸長率測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測斷裂伸長率。斷裂伸長率測試之結果示於下表16中。
[表16]
表16:斷裂伸長率測試(第二輪)之結果
摻合物式 | 斷裂伸長率(%) | |
平均值 | Std Dev | |
PEI | 39% | 0.16 |
3121C | 36% | 0.03 |
3121D | 25% | 0.05 |
3121E | 32% | 0.09 |
全氟化FEP | 189.60% | 0.04 |
如表16及圖13中所示,與純PEI相比,具有大部分FEP摻合物(121D;90:10 FEP:PEI)之FEP-PEI摻合物顯示伸長率之顯著降低。在大部分PEI摻合物(樣品121E;90:10 PEI:FEP)中,伸長率百分比為31%,其與純PEI大致相同。
屈服強度
對表13中所示之FEP-PEI摻合物之射出模製部分進行屈服強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品部分。使用氣動夾具將樣品部分裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測屈服強度。屈服強度測試之結果示於下表17中。
[表17]
表17:屈服強度測試(第二輪)之結果
摻合物式 | 屈服強度(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
PEI | 44.92 | 2.57 |
121C | 15.25 | 1.19 |
121D | 23.74 | 1.58 |
121E | 61.46 | 5.21 |
全氟化FEP | 15.25 | 0.29 |
如表17及圖14中所示,與純全氟化FEP相比,具有大部分FEP摻合物(樣品121D;90:10 FEP:PEI)之FEP-PEI摻合物顯示屈服強度之顯著增加。
實施例
4
:聚合物摻合物之重量保持率
圖15展示各種聚合物摻合物之重量保持率相對於0℃至800℃之溫度範圍的圖形。如圖15中可見,含有FEP、羧基官能FEP、PEI、PEI-MAH及雙(㗁唑啉)之摻合物在800℃下顯示18%的重量保持率,而純FEP及不含有所有五種組分之其他摻合物完全降解。
實例
5
:聚合物摻合物之儲存模數
圖16展示各種聚合物摻合物之儲存模數(MPa)相對於0℃至250℃之溫度範圍的之圖形。如圖16中可見,當與純全氟化FEP相比時,具有大部分FEP摻合物(樣品236C;94%:6% FEP:PEI)之射出模製FEP-PEI摻合物的動態機械分析(Dynamic Mechanic Analysis;DMA)顯示儲存模數自750 MPa顯著增加至1250 MPa。在大部分PEI摻合物(樣品121E;90:10 PEI:FEP)中,儲存模數與純PEI類似。
實施例
6
:
FEP-PEI
摻合物之額外薄膜
[715A]實驗1:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA及195公克之聚醯亞胺(PI),從而得到1320公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
用於實施例6及7中之聚醯亞胺(PI)可包括可熔融處理之聚醯亞胺或不可熔融處理之聚醯亞胺。在一些具體實例中,PI可包括熱塑性聚醯亞胺(TPI)、熱固性聚醯亞胺(TSPI)及/或聚(醯胺酸)。
[715B]實驗2:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA、195公克之熱塑性聚醯亞胺(TPI)及1.3公克之雙(㗁唑啉),從而得到1321公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
[715C]實驗3:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA、195公克之熱塑性聚醯亞胺(TPI)及13公克之雙(㗁唑啉),從而得到1333公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
[715D]實驗4:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA、195公克之熱塑性聚醯亞胺(TPI)、39公克之具有羧基端基的經官能化之聚醚醯亞胺及1.3公克之雙(㗁唑啉),從而得到1360公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
[715E]實驗5:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA、195公克之熱塑性聚醯亞胺(TPI)、39公克之具有羧酸端基的經官能化之聚醚醯亞胺及13公克之雙(㗁唑啉),從而得到1372公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
[715F]實驗6:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA、195公克之熱塑性聚醯亞胺(TPI)、39公克之具有酐端基的經官能化之聚醚醯亞胺及13公克之雙(㗁唑啉),從而得到1372公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
[715G]實驗7:將以下聚合物之組合獨立稱重且接著在聚乙烯袋中混合在一起:150公克之羧化官能FEP氟聚合物、975公克之PFA、195公克之熱塑性聚醯亞胺(TPI)及39公克之具有胺端基的官能聚醚醯亞胺,從而得到1359公克之總混合物重量。在混合之後,將聚合物之組合熔融摻合於Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中,其中溫度自280℃上升至320℃,且將化合物擠出成顆粒形式。將混配之聚合物摻合物在Brabender 1''單螺桿擠壓機上經由可撓性唇膜模具熔融擠出,以製成均勻的(0.38 mm量測厚度)膜。
下表18A及18B概述實驗715A至715G之聚合物摻合比。表18A展示呈重量百分比形式之摻合比且表18B展示以公克計之摻合比。
[表18]
表18A:FEP-PEI摻合物(重量%)之薄膜
[表19]
表18B:FEP-PEI摻合物(g)之薄膜
實驗編號 | PFA | 具有羧化端基之FEP | TPI | PEI-COOH | PEI-MAH | PEI- AMINE | 1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯 |
(%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | ||
715A | 75.00 | 10.00 | 15.00 | ||||
715B | 75.00 | 10.00 | 15.00 | 0.10 | |||
715C | 75.00 | 10.00 | 15.00 | 1.00 | |||
715D | 75.00 | 10.00 | 15.00 | 3.00 | 0.10 | ||
715E | 75.00 | 10.00 | 15.00 | 3.00 | 1.00 | ||
715F | 75.00 | 10.00 | 15.00 | 3.00 | 1.00 | ||
715G | 75.00 | 10.00 | 15.00 | 3.00 |
實驗編號 | PFA | FEP 羧化 端基 | TPI | PEI-COOH | PEI-MAH | PEI-AMINE | 1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯 | 總計 |
(g) | (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | ||
715A | 975 | 150 | 195 | 1320 | ||||
715B | 975 | 150 | 195 | 1.3 | 1321 | |||
715C | 975 | 150 | 195 | 13 | 1333 | |||
715D | 975 | 150 | 195 | 39 | 1.3 | 1360 | ||
715E | 975 | 150 | 195 | 39 | 13 | 1372 | ||
715F | 975 | 150 | 195 | 39 | 13 | 1372 | ||
715G | 975 | 150 | 195 | 39.00 | 1359 |
拉伸強度
對表18A及表18B中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行拉伸強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測拉伸強度。拉伸強度測試之結果示於下表19中。
[表20]
表19:拉伸強度測試之結果
摻合物式 | 最大拉伸強度(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
羧化FEP | 15.45 | 0.33 |
PFA | 16.04 | 0.14 |
715A | 24.44 | 0.25 |
715B | 27.44 | 0.12 |
715C | 25.11 | 0.46 |
715D | 24.68 | 0.42 |
715E | 25.99 | 0.69 |
715F | 27.02 | 0.24 |
715G | 30.12 | 0.27 |
如表19及圖20中所示,相比於羧化FEP、PFA及其他FEP-PEI摻合物,實驗715G之FEP-PEI摻合物(其包括具有胺端基之聚醚醯亞胺而無雙(㗁唑啉)增容劑)的薄膜顯示拉伸強度之增加。
斷裂伸長率
對表18A及表18B中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行斷裂伸長率測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測伸長率。伸長率測試之結果示於下表20中。
[表21]
表20:伸長率測試之結果
摻合物式 | 伸長率(%) | |
平均值 | Std Dev | |
羧化FEP | 265.40 | 19.86 |
PFA | 228.23 | 23.52 |
715A | 34.60 | 5.58 |
715B | 25.30 | 4.29 |
715C | 10.93 | 0.65 |
715D | 12.75 | 0.45 |
715E | 11.65 | 0.76 |
715F | 10.45 | 0.61 |
715G | 22.95 | 0.45 |
如表20及圖21中所示,當與羧化FEP及PFA相比時,實驗715G之FEP-PEI摻合物(其包括具有胺端基之聚醚醯亞胺而無雙(㗁唑啉)增容劑)的薄膜顯示伸長率之顯著降低。
楊氏模數
表18A及表18B中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜經歷模數測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測模數。模數測試之結果示於下表21中。
[表22]
表21:模數測試之結果
摻合物式 | 楊氏模數(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
羧化FEP | 247.32 | 12.02 |
PFA | 237.45 | 14.27 |
715 A | 390.94 | 47.72 |
715B | 433.36 | 29.24 |
715C | 431.54 | 54.93 |
715D | 453.47 | 38.79 |
715E | 473.18 | 36.46 |
715F | 496.16 | 39.76 |
715G | 486.74 | 12.42 |
如表21及圖22中所示,當與羧化FEP及PFA相比時,實驗715G之FEP-PEI摻合物(其包括具有胺端基之聚醚醯亞胺而無雙(㗁唑啉)增容劑)的薄膜顯示模數之顯著增加。當與715A至E摻合物相比時,715G摻合物亦顯示模數之增加。
屈服強度
對表18A及表18B中所示之FEP-PEI摻合物之薄膜進行屈服強度測試。用具有ASTM D638 V型拉伸桿模具之Lucris MA系列3按壓機來衝壓樣品膜。使用氣動夾具將樣品膜裝載至Instron通用測試機中以固持樣品。將夾具之間的距離設定為25.4 mm。以50 mm/min之速率測試樣品直至樣品出現斷裂而失效。藉由ASTM D638塑膠拉伸特性之標準測試方法來量測屈服強度。屈服強度測試之結果示於下表22中。
[表23]
表22:屈服強度測試之結果
摻合物式 | 屈服強度(MPa) | |
平均值 | Std Dev | |
羧化FEP | 11.09 | 1.91 |
PFA | 12.55 | 0.93 |
715A | 23.15 | 0.99 |
715B | 26.52 | 1.19 |
715C | 21.90 | 4.21 |
715D | 22.49 | 2.00 |
715E | 25.21 | 1.30 |
715F | 25.68 | 0.19 |
715G | 29.18 | 0.94 |
如表22及圖23中所示,當與羧化FEP及PFA相比時,實驗715G之FEP-PEI摻合物(其包括具有胺端基之聚醚醯亞胺而無雙(㗁唑啉)增容劑)的薄膜顯示屈服強度之顯著增加。當與715A至F摻合物相比時,715G摻合物亦顯示屈服強度之增加。
熱膨脹係數
獲取射出模製樣品板且將其切割成矩形形狀。基於閘極位置標記矩形側面,以指示流動、橫向及厚度方向。矩形大小為約5 mm,4.5 mm×2 mm。在各側面上樣品為扁平的。打開熱機械分析設備(TMA)之樣品固持器且將樣品置放至待量測之側面上之固持器中。將探針降低至樣品上且用0.100 N之力嚙合。關閉樣品室且使溫度平衡至45℃。樣品室開始以10℃/min之速率加熱至120℃之最終溫度,且接著等溫保持5分鐘。對於第2循環,溫度以10℃/min之速率降低至55℃。對於第3循環,溫度室以5℃/min加熱至190℃。當測試完成時,將實驗資料導出至TA通用分析軟體。在曲線圖中,存在具有兩個斜率之直線。在起始溫度(玻璃轉移溫度或斜率變化之點)之前及之後,獲取熱膨脹係數(co-efficient of thermal expansion;CTE)。CTE視為直線之斜率。對各側面重複此操作以得到在流動方向(對準之聚合物變化)、橫向(相對於流動)方向(未對準之鏈)及厚度方向上之CTE。
下表23展示所測試摻合物在橫向(Z方向)上之CTE。
[表24]
表23:熱膨脹係數-橫向(Z方向)
摻合物式 | Z軸之CTE(PPM/℃) | |
80℃ | 100℃ | |
羧化FEP | 184.2 | 206.9 |
PFA | 184.6 | 204.3 |
715A | 159.8 | 177.2 |
715B | 158.7 | 180.0 |
715C | 156.5 | 176.3 |
715D | ||
715E | ||
715F | 157.2 | 179.5 |
715G | 149.1 | 165.7 |
TPI | 52.2 | 55.9 |
下表24展示所測試摻合物在流動方向(X軸)上之CTE。
[表25]
表24:熱膨脹係數-流動方向(X軸)
摻合物式 | XY軸之CTE(PPM/℃) | |
80℃ | 100℃ | |
羧化FEP | 175.2 | 192.7 |
PFA | 149.7 | 167.8 |
715A | 95.2 | 99.4 |
715B | 84.8 | 86.0 |
715C | 89.8 | 90.3 |
715D | ||
715E | ||
715F | 78.3 | 89.6 |
715G | 102.8 | 104.4 |
TPI |
熱穩定性
測試PFA氟聚合物、熱塑性聚醯亞胺(TPI)及715G摻合物之熱穩定性。將待測試之聚合物之樣品切割且置放至TGA盤中。樣品之重量應為約10 mg至約15 mg。將樣品盤置放至TGA中且關閉熔爐。對於熱穩定性方案,以10 ml/min之速率用連續流動之氮氣吹掃TGA爐。TGA爐程式設定為以10℃/min溫度坡道自室溫(15-30℃,但較佳為23℃)加熱至800℃。當加熱樣品時,TGA記錄樣品隨時間推移之重量。當加熱循環完成時,自熔爐移除具有任何剩餘材料之盤。各聚合物之5%重量損耗溫度示於下表25中。
[表26]
表25:5%重量損耗溫度
5%重量損耗溫度(℃) | |
TPI | 518.1 |
PFA氟聚合物 | 511.6 |
715G | 507.0 |
如表25及圖24中所示,715G摻合物顯示高達507℃之高熱穩定性且與PFA氟聚合物及熱塑性聚醯亞胺(TPI)之熱穩定性相當。
實施例
7
:
PEI/PFA
摻合物
PEI/PFA反應性聚合物增容劑之製備
反應性聚合物增容劑為一種相容劑。可藉由將經官能化之氟聚合物與一或多種多官能分子(諸如單體、寡聚物或聚合物)摻合來形成反應性聚合物增容劑。多官能分子可包括端基,諸如二胺、二酐、二羧酸、二環氧基、二羥基。應瞭解多官能分子不限於二官能物種,但亦可包括三及/或四官能分子。在一些具體實例中,可藉由將經官能化之氟聚合物、經二胺官能化之分子及經二酐官能化之分子混合來形成反應性聚合物增容劑。在一些具體實例中,經二胺及/或二酐官能化之分子為單體。在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑亦可包括胺封端之分子,諸如單體、寡聚或聚合PEI胺。在一些具體實例中,可藉由將經官能化之氟聚合物及胺封端之分子(諸如聚合PEI胺)混合來形成反應性聚合物增容劑。
在一些具體實例中,可藉由在單一步驟中將各種組分摻合在一起來形成反應性聚合物增容劑。在一些具體實例中,可以使用擠壓機摻合反應性聚合物增容劑之組分。
在當前實施例中,可藉由將全氟烷氧基烷烴(PFA)及經剪切之PFA與4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐、PEI胺及4,4'-氧基二苯胺摻合直至均勻來製得反應性聚合物增容劑。各化學品之百分比示於表26中。藉由使用高剪切擠壓機處理市售PFA來製得經剪切之PFA。經剪切之PFA之反應性端基數目係市售未經剪切之PFA的約3-5倍。4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐及4,4'-氧基二苯胺皆為PEI單體。
一旦充分混合樣品,則將混合物以4.0至6.0公斤/小時饋入至Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中且將化合物擠出成顆粒形式。對於樣品161A,區域1至8自350℃加熱至390℃。螺桿速度在250 rpm下保持恆定。亦可在具有或不具有PFA存在之情況下製備PEI/PFA反應性聚合物增容劑摻合物。所有反應性聚合物增容劑摻合物均以淺黃色顆粒形式獲得。
[表27]表 26.
用於製備反應性增容劑161A之各化學品的百分比。
樣品編號 | 經剪切之PFA | 4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐 | 4,4'-氧基二苯胺 | PEI-胺 |
161A | 81.81 % | 3.11 % | 1.44 % | 13.64 % |
PEI/PFA相容摻合物之製備
PFA與PEI及TPI相容之摻合物調配物展示於表27(下文)中。將反應性增容劑樣品161A、PEI或TPI、1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯、奈米粒子及PFA全部添加至一個袋中且混合直至均勻。如表27中所示,在樣品162F中不採用奈米粒子Silocym-A。接著將混合物以2.0至6.0公斤/小時饋入至Leistritz ZSE-18 HP-PH雙螺桿擠壓機中且將化合物擠出成顆粒形式。區域1至8自350℃加熱至390℃。螺桿速度在250 rpm下保持恆定。PEI/PFA摻合物係以淺黃色顆粒形式獲得。
PEI/PFA薄膜之製備
此實施例7中所論述之所有PEI/PFA膜均在具有9'' FL-100衣架型懸掛模具之Davis標準1'' GP單螺桿擠壓機上產生。螺桿速度在20至40 rpm之間。熔融壓力在490至920 PSI之間。區域1至4之溫度在327℃至371℃之間。所產生膜之厚度在25至100 μm之間。
PEI/PFA纖維之製備
此實施例中所論述之所有PEI/PEI纖維均在配備有12孔0.8 mm嵌段模具之Leistriz ZSE 27 HP雙螺桿擠壓機上產生。螺桿速度在100 rpm下保持恆定。熔融壓力在325至500 PSI之間。區域1至8之溫度在325℃至380℃之間。進料速率在3.0公斤/小時下保持恆定。纖維之直徑量測為0.09 mm至0.2 mm。
拉伸桿之拉伸測試
使用ASTM D638 V型拉伸桿進行射出模製樣品之所有機械測試。根據ASTM D638,使用V型拉伸桿及Instron機器模型3365完成所有拉伸測試。所有樣品以10 mm/min牽拉直至斷裂。BlueHill 2軟體用於計算楊氏模數(Young's modulus;YM)、拉伸強度及伸長率。所有資料表示測試四根拉伸桿之平均值。
拉伸測試纖維
遵循ASTM D-3379-75,使用膠帶將個別纖維連接至紙支架,標距長度為30 mm。第二根膠帶及一張紙用於將纖維固定在原位且消除Instron夾具對纖維之直接摩擦。對於各樣品,使用Ziess Stereo Discovery V.12顯微鏡來量測纖維之直徑。使用Instron 5582通用測試儀來量測氟聚合物及氟聚合物合金纖維之機械特性。Instron配備有1 kN負載單元及楔形操作夾具。一旦將各樣品裝載至楔形操作夾具中,則使用剪刀切割纖維支架。用50 mm/min之延伸速率進行拉伸量測直至斷裂。使用BlueHill 2軟體,計算拉伸強度、拉伸模數及伸長率。所報告之所有值均為15個樣品之平均值。
熱機械分析(Thermal Mechanical Analysis;TMA)
藉由TA Instruments TMA Q400,使用自射出模製3×3 cm板切割之200至300 μm樣品來量測熱膨脹係數(CTE)。使用Mitutoyo系列293測微計來量測初始樣品尺寸。使用以下方法運行所有樣品:1:平衡儀器以確立小於0.10 N之力;2:在48.0℃下平衡樣品;3:標記第0循環之結束;4:使樣品溫度以10.0℃/min之速率上升直至樣品溫度達至100.0℃;5:維持100.0℃之溫度5.00 min;6:標記第1循環之結束;7:使樣品溫度以10.0℃/min之速率上升直至樣品溫度達至55.0℃;8:標記第2循環之結束;9:使樣品溫度以5.0℃/min之速率上升直至樣品溫度達至190.0℃;10:標記第3循環之結束;11:使樣品溫度躍變至30.0℃;12:方法結束。
使用以下方程式計算CTE(α):α = (1 / L0
) (ΔL /ΔT)
其中L0
表示在25℃下之初始樣品高度,ΔL表示以微米(μm)計之高度變化,且ΔT表示以攝氏度(℃)計之溫度變化。當溫度變化(ΔT)了5攝氏度時,量測所有樣品。除非另外陳述,否則所報告之所有值均在射出模製樣品之Z方向(厚度)上。
撓曲桿之動態機械分析(DMA)
藉由TA Instruments DMA Q800,使用12.6 × 1.2 cm射出模製撓曲桿來量測玻璃轉移溫度(Tg
)及儲存模數(G')。Mitutoyo Absolute模型CD-6測微計用於量測初始樣品尺寸。使用以下方法運行所有樣品:1:資料儲存:關閉;2:在40.00℃下平衡;3:等溫1.00 min;4:資料儲存開啟;5:3.00℃/min上升至270.00℃;6:方法結束。
資料及分析
圖25展示在Leistriz雙螺桿擠壓機中利用聚縮合製備PEI/PFA反應性聚合物增容劑摻合物的潛在反應。在此具體實例中,藉由擠壓機之熱量驅動聚縮合且由經剪切之PFA產生之HF充當驅動反應之路易斯酸(Lewis acid)。如圖25中所示,反應性聚合物增容劑(諸如樣品161A)可使用4,4-氧基二苯胺、4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐及PEI胺製備為無規嵌段共聚物。在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑有效降低PFA與PEI或TPI之間的界面張力。單體,4,4'-氧基二苯胺及4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐充當經剪切之PFA及PEI胺之較大聚合物的有效擴鏈劑。對應嵌段共聚物、單體及寡聚物可經反應以形成醯亞胺及醯胺鍵,從而產生如圖25中所示之新的無規嵌段共聚物反應性聚合物增容劑。
表27展示樣品891J、891L及162F之組成。如先前論述,反應性聚合物增容劑(諸如樣品161A)或其他相容劑可用於降低PEI或TPI與PFA之間的表面拉力。1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯(雙(㗁唑啉)化合物)用於使PEI及TPI與PFA反應。反應性聚合物增容劑(諸如161A)可藉由增大PEI及TPI於PFA中之混溶性來進一步改善相容性。聚合物之間的相容性改善可引起加工性改善。
[表28]表 27
-相容摻合物之調配物。
樣品 | 161A | TPI | PEI | PFA | 1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基 )苯 | 奈米 粒子 |
891J | 12.5 % | 12.5 % | 0 | 74.5 % | 0.15% | 0.35 % |
891L | 12.5 % | 12.5 % | 0 | 74.7 % | 0.15% | 0.15 % |
162F | 10.0 % | 0 | 7.5 % | 82.25 % | 0.25 % | 0% |
TPHA 1000B | 0 | 0 | 18% | 81% | 1% | 0% |
樣品891J、891L及162F相對於TPHA 1000B(不具有任何反應性聚合物增容劑之PEI/PFA摻合物)顯示改良之處理特性。隨著反應性聚合物增容劑161A之添加,進料速率自針對TPHA 1000B之每小時2.0 kg增加至針對162F之每小時最高6.0 kg。樣品891J及891L均以每小時4.5 kg進行處理。與TPHA 1000B相比,由891J、891L及162F產生之顆粒更均勻且顯示模具膨脹大量降低。
表28展示162F、891J、891L、TPHA-1000B及PFA在室溫下使用射出模製拉伸桿之拉伸資料。資料顯示最大拉伸強度自針對PFA之19增加至針對891J之最高31。此增加超過38%。當與樣品TPHA-1000B相比時,吾等亦看出超過38%之實質性增加。當與PFA相比時,所有其他樣品之楊氏模數均增加。當與TPHA-1000B相比時,僅觀測到891J及891L略有增加。當與TPHA-1000B相比時,162F展示自479.4 MPa顯著降低至348.4 MPa。無法預期之結果係在其他樣品之情況下觀測到之伸長率增加。舉例而言,162F具有218.5%之伸長率且非常接近於具有230.9%之伸長率的PFA。當與樣品TPHA-1000B相比時,其他樣品顯示伸長率極顯著增加。
[表29]表 28.
162F、891J、891L、TPHA-1000B及PFA之拉伸資料。
樣品 | 最大拉伸(MPa) | 楊氏模數(MPa) | 伸長率(%) |
162F | 26.23 | 348.4 | 218.5 |
891J | 31 | 509.2 | 51.9 |
891L | 30.5 | 518.4 | 47 |
TPHA-1000B | 18.8 | 479.4 | 7.8 |
PFA | 19 | 301 | 230.9 |
表29顯示162F、891J、891L、TPHA-1000B及PFA在Z方向(厚度)上隨溫度變化之熱膨脹係數(CTE)。在所有溫度下,與TPHA-1000B相比,162F之CTE低得多。樣品891J及891L在120℃至180℃之溫度下相對於TPHA-1000B具有較低之CTE。所有樣品在120℃、150℃及180℃下相對於PFA具有較低之CTE。僅162F在80℃及100℃下始終具有較低之CTE值。
[表30]表 29.
Z方向上之熱膨脹係數(CTE)。
樣品 | 在80℃下之CTE(μ m/m-C) | 在100℃下之CTE(μ m/m-C) | 在120℃下之CTE(μ m/m-C) | 在150℃下之CTE(μ m/m-C) | 在180℃下之CTE(μ m/m-C) |
162F | 57.4 | 121.4 | 127.5 | 137.8 | 210.4 |
891J | 130.8 | 142.7 | 90.6 | 114.9 | 157.7 |
891L | 128.9 | 141.4 | 65.4 | 100.6 | 152.8 |
TPHA-1000B | 81.8 | 152.6 | 157.3 | 164.5 | 185.3 |
PFA | 74.1 | 150 | 192.7 | 216.6 | 260.3 |
表30顯示POLY-162F、POLY-0891J、POLY-0891L、TPHA-1000B及PFA在100℃及150℃下之儲存模數。表29中之所有樣品在與彼此相同之條件下進行射出模製。樣品162F、891J及891L均顯示比PFA更高之儲存模數。特定言之,樣品891L在100℃下具有321.7 MPa之儲存模數。此係對照PFA之儲存模數的約三倍,其值在100℃下為107.2 MPa。樣品TPHA-1000B之儲存模數最低,其值在100℃下為69.8 MPa且在150℃下為41.6 MPa。
[表31]表 30.
動態機械分析(DMA)之儲存模數。
樣品 | 在100℃下之儲存模數(MPa) | 在150℃下之儲存模數(MPa) |
162F | 262.5 | 183.2 |
891J | 290.7 | 215.5 |
891L | 321.7 | 231.6 |
TPHA-1000B | 69.8 | 41.6 |
PFA | 107.2 | 61.2 |
儲存模數為材料同相之彈性反應之量度。較高儲存模數誘導材料儲存變形能之能力較高。
表32顯示PFA、891J及891L在約16.9 GHz下之耗散因子(Df
)及介電常數(Dk
)。使用分離腔諧振器測試呈約2 mm厚之板形式的材料。如由樣品ID所指示,各樣品測試兩次。如所預期,與其他材料相比,PFA具有最低Dk
及Df
。
[表32]表 32.
耗散因子(Df
)及介電常數(Dk
)
樣品ID | 厚度 (mm) | 頻率 (GHZ) | 介電常數(Dk ) | 耗散因子(Df ) |
891J-1 | 1.998 | 16.904 | 2.29 | 0.004405 |
891J-2 | 1.993 | 16.917 | 2.29 | 0.004397 |
891L-1 | 2.005 | 16.911 | 2.28 | 0.004315 |
891L-2 | 1.998 | 16.92 | 2.28 | 0.004326 |
PFA-1 | 2.015 | 16.80 | 2.053 | 0.00104 |
PFA-2 | 2.008 | 16.84 | 2.052 | 0.00010 |
表33顯示由162F、891J、891L、TPHA-1000B及PFA產生之纖維在室溫下之機械特性。891L(其包括反應性聚合物增容劑161A)在68.8 MPa下具有最高之最大拉伸強度。
[表33]表 33.
纖維之機械特性。
樣品 | 最大拉伸(MPa) | 楊氏模數(MPa) | 伸長率(%) |
162F | 51.2 | 1152.1 | 714.3 |
891J | 67.3 | 1462.9 | 102.3 |
891L | 68.8 | 1340.3 | 154.1 |
TPHA-1000B | 40.2 | 1120.6 | 172.3 |
PFA | 36.6 | 450.8 | 489.8 |
本文揭示聚合物合金之各種摻合物。在一些具體實例中,聚合物合金包含氟聚合物、相容劑及非氟聚合物。在一些具體實例中,氟聚合物可為全氟化或部分氟化的。非氟聚合物可包括任何非氟化聚合物,諸如聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺(PI)、耐綸(多個類型)、液晶聚合物(LCP)、聚酯、熱塑性胺基甲酸酯(TPU)、環狀聚烯烴共聚物(COC)、熱塑性聚醯亞胺(TPI)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(Acrylonitirile Butediene Styrene;ABS)、高抗沖聚苯乙烯(High impact polystyrene;HIPS)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚-醚-醚酮(Poly-ether-ether Ketone;PEEK)、聚芳基醚酮(Poly Aryl ether ketone;PAEK)、聚碸(PSU)、聚醯胺醯亞胺(Poly amide imide;PAI)、聚伸苯基碸(PPSU)、聚芳酯(PAR)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚二甲酸乙二酯(PEN)及/或聚苯醚(PPO)。在一些具體實例中,氟聚合物為全氟烷氧基烷烴(PFA)或氟化乙烯丙烯(FEP)。
在一些具體實例中,相容劑可為反應性聚合物增容劑及/或雙(㗁唑啉)化合物。在一些具體實例中,聚合物合金包含反應性聚合物增容劑及雙(㗁唑啉)化合物。
在一些具體實例中,聚合物合金包含可熔融處理之聚醯亞胺,諸如熱塑性聚醯亞胺(TPI)。在一些具體實例中,聚合物合金包含奈米粒子。
在一些具體實例中,聚合物合金包含至少約50%、55%、65%、70%、75%、80%、85%或90%之PFA或其他氟聚合物。在一些具體實例中,聚合物合金包含至多約55%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%之PFA或其他氟聚合物。
在一些具體實例中,聚合物合金包含約0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%或99%之反應性聚合物增容劑。
在一些具體實例中,聚合物合金包含至少約0.1%、0.5%、1%、3%、5%、10%、15%或20%之非氟化聚合物,諸如PEI或PI。在一些具體實例中,聚合物合金包含至多約1%、3%、5%、10%、15%、20%或25%之非氟化聚合物,諸如PEI或PI。
在一些具體實例中,聚合物合金包含至少約0.1%、0.5%、1%、3%、5%或10%之雙(㗁唑啉)化合物。在一些具體實例中,聚合物合金包含至多約0.3%、0.5%、1%、3%、5%、10%或25%之雙(㗁唑啉)化合物。
在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至少約50%、55%、65%、70%、75%、80%、85%或90%之經剪切之PFA或其他經剪切之氟聚合物。在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至多約55%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%之經剪切之PFA或其他經剪切之氟聚合物。在一些具體實例中,經剪切之PFA或其他經剪切之氟聚合物為機械剪切的。
在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至少約0.1%、0.3%、0.5%、1%、3%或5%之二酐。在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至多約0.3%、0.5%、1%、3%、5%或10%之二酐。
在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至少約0.1%、0.3%、0.5%、1%或3%之二胺。在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至多約0.3%、0.5%、1%、3%、5%或10%之二胺。
在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至少約1%、3%、5%、10%、15%或20%之胺封端的聚合物,諸如PEI胺。在一些具體實例中,反應性聚合物增容劑包含至多約3%、5%、10%、15%、20%或25%之胺封端的聚合物,諸如PEI胺。結論
應理解,本發明之所揭示具體實例的任何給定要素可體現於單一結構、單一步驟、單一物質或類似者中。類似地,所揭示具體實例之給定要素可體現於多個結構、步驟、物質或類似者中。
前述描述說明且描述本發明之方法、機器、製造、物質組成及其他教示內容。另外,本發明僅展示且描述所揭示之方法、機器、製造、物質組成及其他教示內容之某些具體實例,但如上文所提及,應理解本發明之教示內容能夠用於各種其他組合、修改及環境中且能夠在如本文所表述之教示內容的範圍內進行改變或修改,與所屬相關技術領域中具有通常知識者之技能及/或知識相稱。上文中所描述之具體實例進一步意欲解釋實踐本發明之方法、機器、製造、物質組成及其他教示內容的某些已知最佳模式,且意欲使所屬技術領域中其他具有通常知識者能夠在此等(或其他)具體實例中及在特定應用或用途所需之各種修改的情況下利用本發明之教示內容。因此,本發明之方法、機器、製造、物質組成及其他教示內容不意欲限制本文中所揭示之準確具體實例及實施例。僅為了與37 C.F.R. § 1.77之建議一致或以其他方式提供組織佇列,提供本文中之任何章節標題。此等標題不應限制或特性化本文中所闡述之發明。
無
[圖1-1]圖 1A 至 1B.
展示呈顆粒形式之所揭示聚合物摻合物之一具體實例的表面均一性及平滑度之相片。
[圖1-2]圖 1C 至 1D.
展示呈顆粒形式之所揭示聚合物摻合物之一具體實例的表面均一性及平滑度之相片。
[圖2]圖 2A 至 2D
.展示FEP對照及所揭示聚合物摻合物之一具體實例的顆粒之相片。
[圖3]圖 3
.展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的拉伸強度之條形圖。
[圖4]圖 4.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的伸長率百分比之條形圖。
[圖5]圖 5.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的楊氏模數(Young's modulus)之條形圖。
[圖6]圖 6.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的介電常數之條形圖。
[圖7]圖 7.
展示在第一輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的拉伸強度之條形圖。
[圖8]圖 8.
展示在第一輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的楊氏模數之條形圖。
[圖9]圖 9.
展示在第一輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的斷裂伸長率之條形圖。
[圖10]圖 10.
展示在第一輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的屈服強度之條形圖。
[圖11]圖 11.
展示在第二輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的拉伸強度之條形圖。
[圖12]圖 12.
展示在第二輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的楊氏模數之條形圖。
[圖13]圖 13.
展示在第二輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的斷裂伸長率之條形圖。
[圖14]圖 14.
展示在第二輪期間作為射出模製部分形成之所揭示聚合物摻合物之一具體實例及FEP對照的屈服強度之條形圖。
[圖15]圖 15.
展示所揭示聚合物摻合物之各個具體實例之重量保持率相對於0℃至800℃之溫度範圍的圖形。
[圖16]圖 16.
展示所揭示聚合物摻合物之各個具體實例之儲存模數(MPa)相對於0℃至250℃之溫度範圍的圖形。
[圖17]圖 17.
所揭示之絕緣電纜的一具體實例。
[圖18]圖 18.
所揭示之絕緣電纜之一具體實例的橫截面圖。
[圖19]圖 19.
泡沫成核劑之一些實例。
[圖20]圖 20.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之具體實例的拉伸強度之條形圖。
[圖21]圖 21.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之具體實例的斷裂伸長率之條形圖。
[圖22]圖 22.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之具體實例的楊氏模數之條形圖。
[圖23]圖 23.
展示作為薄膜形成之所揭示聚合物摻合物之具體實例的屈服強度之條形圖。
[圖24]圖 24.
展示所揭示聚合物摻合物(PFA氟聚合物及聚醚醯亞胺)之一具體實例之熱穩定性的圖形。
[圖25]圖 25.
展示根據一個具體實例之反應性聚合物增容劑之潛在合成的圖式。
100:電纜
102,104:導線
106,108:導體
110,112:導線絕緣體
114:屏蔽件
116:電纜護套
118:連接器
120,128:端部
122,124:導電構件
126:外殼
Claims (19)
- 一種聚合物合金組成物,其包含: (a)氟聚合物; (b)相容劑;及 (c)聚醚醯亞胺(PEI)或聚醯亞胺(PI)。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該氟聚合物為全氟烷氧基烷烴(PFA)。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該相容劑為反應性聚合物增容劑。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該相容劑為雙(㗁唑啉)化合物。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該相容劑包含反應性聚合物增容劑及雙(㗁唑啉)化合物。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該相容劑為1,4-雙(4,5-二氫-2-㗁唑基)苯。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該聚醯亞胺為可熔融處理之熱塑性聚醯亞胺(TPI)。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其進一步包含奈米粒子。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其包含約70至85%之間的PFA、約5至20%之間的反應性聚合物增容劑及約5至20%之間的PEI或PI。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其包含約70至80%之間的PFA、約10至20%之間的反應性聚合物增容劑、約10至15%之間的PI,且其進一步包含約0.1至0.3%之間的雙(㗁唑啉)及約0.1至0.4%之間的奈米粒子。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該反應性聚合物增容劑包含經剪切之PFA、4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐、4,4'-氧基二苯胺及PEI胺。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該反應性聚合物增容劑包含約75至85%之間的經剪切之PFA、約2.5至3.5%之間的4,4'-(六氟亞異丙基)雙苯二甲酸酐、1.2至1.7%之間的4,4'-氧基二苯胺及10至15%之間的PEI胺。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該聚合物合金組成物之最大拉伸強度在約20與35 MPa之間。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該聚合物合金組成物在約100℃下在Z方向上的熱膨脹係數在約115與145(μm/m-C)之間。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該聚合物合金組成物在約150℃下在Z方向上的熱膨脹係數小於約150(μm/m-C)。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該聚合物合金組成物在約100℃下的儲存模數在約200至350 MPa之間。
- 如請求項1之聚合物合金組成物,其中該聚合物合金組成物在約150℃下的儲存模數在約150至250 MPa之間。
- 一種聚合物合金組成物,其包含: (a)氟聚合物;及 (b)反應性聚合物增容劑,其中該反應性聚合物增容劑包含約1至5%之間的二胺、約10至15%之間的PEI胺及約1至10%之間的二酐。
- 一種形成熱塑性合金之方法,其包含: 摻合經官能化之氟聚合物、多官能胺及多官能酐以形成反應性聚合物增容劑;及 將該反應性聚合物增容劑與非經官能化之氟聚合物、聚合物及雙(㗁唑啉)化合物摻合,以形成熱塑性合金。
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