TWI285655B - Electrically conductive thermoplastic polymer composition - Google Patents
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Description
1285655 玖、發明說明 (發明說明應敘明:發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 【發明所屬戈_技術領域】 發明領域 本發明論及一種導電性的熱塑性聚合物組成物、一種 5從其所製備的結構以及一種用製備該物之方法。 電子設備,特別是靈敏的電子設備(諸如電腦以及通 訊設備),由於气的結果均能致使故障。除了對 外來的電磁波干涉靈敏之外,許多這些元件產生電磁波干 涉。各種方法已經被使用以賦予電磁波干涉遮蔽至電子設 1〇備的外殼。一般,電子設備的外殼之遮蔽係藉由三種主要 技術之一種或多種所獲得,即,利用固有傳導的金屬外殼 、利用具有導電表面之塑性成型的外殼(例如藉由一導電 膜、電鍍或傳導塗料所形成者)以及從一種含有導電材料 之聚合物所成型的一種傳導塑膠外殼。 15 【】 發明背景 已經藉由把某些傻導寧料加到工程熱塑性塑膠裏試圖 舍製備傳導塑膠。特別地,這些填料包括傳導粉、片及纖 維。新近,已經試圖去發現傳導填料的增效性組合以致在 2〇 較低裳料下提供具有一致性遮蔽之可擠壓的及/或可成型 的化合物,該等裝料維持在完成的成型物件中之性質。此 寺組合包含金屬纖維及碳纖維、與碳黑粉組合的金屬片及 /或碳纖維、金屬片及金屬或金屬塗覆的纖維以及具傳導 碳粉之金屬片及/或金屬及/或金屬塗覆的纖維。 1285655 玖、發明說明 *雖然這些組合具有高的總電磁波干涉遮蔽有效性,該 等組合遭受聚合物之物理及美學性質之劣化的問題。再者 曾所需以符合電磁波干涉遮蔽有效性之傳導粉的位準通常 導致-種具高黏度的聚合物而不能切實地被成型成電子設 備外设,尤其是,-些最新的薄壁外殼(諸如在手提電节 或電腦中所發現的)。另—個嚴重的問題為由於為製備用 於成型之顆粒材料的聚合物及導電纖維之修剪及捏揉的導 電纖維之破損以及導致破損程度與遮蔽有效性之降低成正 10 15 比。因此,預想到導電纖維的破損,需要增加導電纖維在 ,合物中的量’但此將帶來生產力降低以及成型物件之重 量上增加的第二個問題。 【發明内容】 發明概要 因此’本發明的目的為在減少所需用以達成所欲遮蔽 有效性的金屬纖維之總量的同時,提供—種具導電性、成 型性能、機械性及美學性質之良好均衡的傳導性熱塑性聚 合物組成物。 &根據本發明為達成以上的目的,提供_種傳導性熱塑 性♦合物組成物,該組成物包括—種金屬纖維以及金屬塗 覆的纖绛的增玫性組合。 本發明的另一 塑性結構的方法, 個目的論及一種用於生產一種導電性熱 4方法藉由提供一種熱塑性聚合物以及 一種金屬纖維及金屬塗 合裝置,然後形成一導 覆的纖維之增效性組合至一熔體摻 電性的熱塑性結構,該熔體摻合裝 20 1285655 玖、發明說明 置較佳地為一射出成型機械或一擠壓機,且該導電性的熱 塑性結構較佳地為一射出成型物件或一擠壓板。 在本發明中,具有一顯著性電磁波干涉遮蔽功能的成 型物件可藉由射出成型、熱壓成型、真空壓力成型及壓縮 5成型等等所產生。較佳地,該物件為一種射出成型物件, 例如,用於靜電帶電遮蔽之一電子設備箱或一電子部件容 器,或是為一種從擠壓板所形成的物件,例如,一用於電 磁波干涉遮蔽的壁或-用於電子黑板及顯示板的防護性板。 本發明之傳導性熱塑性聚合物組成物為一種自一或多 10種金屬纖維及-或多種金屬塗覆的纖維之增效性組合所產 生。在本發明之組成物中有用的金屬纖維及金屬塗覆的纖 維為習知且廣泛可獲得的。 、鏢、鐵、金、 。較佳的金屬纖 般’金屬纖維可由鋁、鋅、銅、銀、鎳、 鉻以及其專之合金(諸如黃銅及鋼)所製成 工二者上的觀點來看,合適的
基本上,從組成物及加工二者上的觀 金屬纖維,如習知者,可為任何為實用之 如,里測上長度為10亳米乘直徑為9〇 、、寻;或小於10 _且最佳地為等於或小 所有合適的纖維將具有—等於或大於〇.5 1285655 玖、發明說明 更佳地為等於或 mm的長度,較佳地為等於或大於1 mm 大於2 mm且最佳地為等於或大於4 mm。 較佳地,以鐵為基底的金屬纖維(諸如不鏽鋼纖維)具 有- 2至2G微米的直徑。其他以金屬為基底的纖維,例 如以鋁、鋅、銅、銀、鎳、鐵、金及鉻為基底者,較佳地 具有一 15至60微米的直徑。 較佳地’金屬纖維具有—從200至1000的縱橫比(為 由纖維長度除以纖維直徑所得的數值),較佳地為從2〇〇 至 750 〇 iHi地,轉導性熱塑„合物組絲的重量為基準 ,金屬纖維係存在於—等於或大於2重量百分數之量,較 佳地等於或大於3重量百分數且更佳地等於或大於5重量 百分數。較佳地,以傳導性熱塑性聚合物組成物的重量為 基準,金屬纖維係存在於一等於或小於15重量百分數之 15里,較佳地等於或小於13重量百分數且更佳地等於或大 於12重量百分數。 ^員似地至屬塗覆的纖維之纖維r~般為非金屬性纖維 ,諸如碳、玻璃或一種具銀、鎳、鋁、鉻、錫、鉛、銅及 其等之合金(諸如黃銅及軟焊料)之聚合物(諸如丙稀酸、聚 (對亞笨基對苯二甲、例如説夫勒tm(kevlarTm)以及 笨並心圭)核心。較佳之金屬塗覆的纖維為鎳塗覆的碳。 基本上,從組成物及加工二者上的觀點來看,合適之 金屬塗覆的纖維,如習知者,可為任何為實用之長度及直 k。一般,所有合適之金屬塗覆的纖維將具有一等於或小 1285655 玖、發明說明 於2〇 mm的長度,較佳地為等於或小於15 mm,更佳地為 等於或小於10 mm且最佳地為等於或小於7 mm。一般,所 有合適之金屬塗覆的纖維將具有一等於或大於〇1 mm的長 度,較佳地為等於或大於1 mm,更佳地為等於或大於2 5 出㈤且最佳地為等於或大於4 mm。 較佳地,金屬塗覆的纖維之纖維具有一 5至1〇〇微米的 直徑。 在纖維上之金屬塗覆的厚度為等於或小於2微米,較 佳地為等於或小於1微米且更佳地為等於或小於〇·5微米。 1〇在纖維上之金屬塗覆的厚度為等於或大於〇」微米且較佳 地為等於或大於0.25微米。 較佳地,金屬塗覆的纖維具有一從2〇〇至1〇〇〇的縱橫 比,較佳地為從200至750。 較佳地,以傳導性熱塑性聚合物組成物的重量為基準 15 ,金屬塗覆的纖維係存在於一等於或大於2重量百分數之 置,較佳地等於或大於5重量百分數且更佳地等於或大於 10重量百分數。較佳地,以傳導性熱塑性聚合物組成物的 重量為基準,金屬塗覆的纖維係存在於一等於或小於25重 量百分數之量,較佳地等於或小於20重量百分數且更佳地 20 等於或大於16重量百分數。 除非另作說明,在上文中較佳的纖維長度及縱橫比係 用於先前經過炫體摻合之纖維。 這些纖維的來源包含馬里埃塔的貝卡爾特纖維 (Bekaert of Marrietta)(喬治亞州);瓦克夫的INC〇特殊產 10 1285655 玖、發明說明 品(INCO Special Products of Wykoff)(紐澤西州)以及門婁 園的偷何碳纖維(Toho Carbon Fibers of MenloPark)(加州)。 上述的金屬纖維及金屬塗覆的纖維之增效性組合在大 4刀任熱塑性聚合物或聚合物摻合物中為有用的。 10 15 合適的熱塑性聚合物為習知且包含聚乙烯;聚丙烯; 乙晞及苯乙稀異種共聚物;聚氯乙烯;聚苯乙稀;耐衝擊 的聚苯乙烯、苯乙烯及丙烯腈共聚物;丙烯腈、丁二烯及 苯乙烯三共聚物;聚g旨;聚碳酸共聚多g旨聚碳酸醋; 聚醯胺;聚芳基醯胺;熱塑性聚胺甲酸酯;環氧;聚丙烯 酸醋;聚芳S旨醚颯或酮;聚亞苯基醚;聚胺醯_醯亞胺; 聚酯-亞胺;或其等之摻合物。 :¾明之導電性的熱塑性組成物可進一步包括特有地 匕等、’且成物中所發現之添加劑,例如,阻燃劑、色素試 ^、塑化劑、紫外線穩定劑、潤滑劑、熱穩定劑、抗靜電 劑以及其他類型的添加劑,只要不防碍組成物的特性。 本發明之導電性的聚合物組成物之製備可藉由任何習 知的混合方式被實行,例如乾式摻合熱塑性聚合物、金屬 纖維及金屬塗覆㈣維以及其次或直接地在㈣摻合裝置 (如’射出成型機械或擠壓機)中以製作本發明之導電性的 熱塑性結構(如,射出成型物 ^物件或疋擠壓板或靠模)或是在 刀離的播壓機(如,穷閉々 ^ M 在閉式混煉機)中預混合以產生顆粒 材料之熔體混合。然後,兮 、μ寻顆粒材料可被射出成型或擠 ι成板或靠模以產生導電性的熱塑性結構。 較佳地,該等組成物之乾式摻合不經預溶體混合及溶 20 1285655 玖、發明說明 體摻合以形成顆粒材料而直接地被射出成型或直接地被播 壓成板或靠模。熱塑性聚合物、金屬纖維以及金屬塗覆的 纖維可在相同位置(如,進料斗)中同時地、在不同位置(如 ,進料斗以及一或多個側進料位置)中個別地或以任何組 5合被放進溶體摻合裝置。這個方法考慮到線上傳導性熱塑 性聚合物組成物之增加或減少金屬纖維的量、增加或減少 金屬塗覆的纖維之量及/或改變的熱塑性聚合物之彈性。 即,與使用呈顆粒材料之形式的預混合之導電性的熱塑性 聚合物組成物相比較,對一特定之導電性的熱塑性結構, 10 可費一點力以及最小聚合物及纖維的存貨以修整且產生不 同之電磁波干涉遮蔽有效性以及其他性質的平衡。 較仏地’使用金屬及金屬塗覆的纖維束,有時被稱之 為纖維札。纖維束為多纖維股以一薄聚合物層所捆在一起 且塗覆或注入。被使用以塗覆該扎之聚合物可與導電性的 I5 熱塑性組成物之熱塑性聚合物相同或不同。當使用纖維束 時’需要決定之纖維束的混合量,在計算出所注入且附著 至所捆之纖維的聚合物之後,用這樣的方式,純的金屬纖 維及/或金屬塗覆的纖維應該落在上述的範圍内。 當本發明之導電性的熱塑性結構為一板時,該板可藉 20 由熱的施用所軟化或熔化且使用習知的技術(諸如, _ σ 和百 成型、真空壓力成型以及熱壓成型)所形成或模製。 【實施方式1 較佳實施例之詳細說明 為描述本發明的實施’較佳的具體實施例之實施例伏 12 1285655 玖、發明說明 被陳述如下。然而,這些實施例不具任何限制本發明的範 疇之作用。 實施例3至40的組成物係藉由乾式摻合聚碳酸醋樹脂 顆粒材料、金屬纖維束及/或金屬塗覆的纖維束所製備。 5 該等混合物於l〇〇°C歷經至少12個小時被乾燥。3 2 mm厚 的等抗拉試驗試樣藉由將該等被乾燥摻合的混合物進料至 具一具有一 14 : 1長度:直徑螺旋之22噸Battenfeld往復螺 旋射出成型機械而被製備,該機械具下列成型的條件: 263/273/282/292°C之桶溫度設定(進料段至喷嘴);一 4〇至 10 50°c之模型(m〇id)溫度;以及空洞之後馬上就被填滿的貯 留壓力係被保持在73.8 Mpa。 實施例1至40的配方含量以總組成物的重量分比被列 於下列表一中。在表一中: P C -1為一可獲得的線性聚碳酸g旨,例如來自陶式化 15學公司的卡立*TM(CALIBRE)TM200-15聚碳酸酯樹脂,該 聚碳酸酯樹脂具有如根據ASTM D-123 8於300°C/1.2公斤之 條件下所測得的每1〇分鐘15克(g/10 min.)之溶融流動速率 (MFR), PC-2為一可獲得的線性聚碳酸醋,例如來自陶式化 20學公司的卡立白TM(CALIBRE)TM200-22聚碳酸酯樹脂,該 聚碳酸酯樹脂具有如根據ASTM D-1238於300CC/1.2公斤之 條件下所測得的每1〇分鐘22克(g/10 min.)之溶融流動速率 (MFR), “SS-1”為可獲得的不鏽鋼纖維,例如來自貝卡爾特纖 13 1285655 玖、發明說明 ; 維技術(Berkaert Fibre Technologies)之貝奇-遮蔽tm(BEKI-SHIELDtm)GR60/C20/6 PC不鏽鋼纖維束,該不鏽鋼纖維 束具有6 mm的平衡長度以及8微米之平均直徑。然後扎為 - 60重量百分數的不鏽鋼以及40重量百分數的聚碳酸酯, - 5 “SS-2”為可獲得的不鏽鋼纖維,例如來自貝卡爾特纖 維技術(Berkaert Fibre Technologies)之貝奇-遮蔽τM(BEKI-.SHIELDTM)GR75/C20/6 PC不鏽鋼纖維束,該不鏽鋼纖維 · 束具有6 mm的平衡長度以及8微米之平均直徑。然後扎為 Φ 75重量百分數的不鏽鋼以及25重量百分數的聚碳酸酯, 10 “NiC-2”為可獲得的被捆之鎳塗覆的碳纖維,例如來自偷 何碳纖維(Toho Carbon Fibers)之貝絲代特 tm(BESFIGHTtm) C-5MS被切斷之鎳塗覆的碳纖維,該鎳塗覆的碳纖維具有 一在碳纖維之0.25微米的平均鎳塗覆厚度,該等碳纖維具 有一 5 mm平均長度,且該鎳塗覆的竣纖維具有一 8微米的 15 平均直徑。扎為75重量百分數之鎳塗覆的碳纖維以及25重 量百分數的聚合物。 ® ,…”-或多個下列的試驗係在實施例1至40中被進行,這 些試驗的結果顯示於表一中: “SE”為根據帶狀線埸發生器方法所測得的遮蔽有效性 * 20 ,該方法為B. Wilmhoff等人在2001年10月科羅拉多州丹佛 I» 所發行的天線測量試驗協會會刊中所發表之“使用A標準 ASTM測量電池以及帶狀線埸發生器之材料測量的比較”中 以及在1993年6月所發行的/五五五7>狀&第42卷第3號 第740至745頁之“使用帶狀線埸發生器用於複合物本質參 14 1285655 玖、發明說明 : 數之測量的一種經改良的去包埋技術”所述。試驗試樣係 從3.2 mm等抗拉試驗試樣至一 2.66的厚度所製備且SE值反 映那些在1至2咖赫(GHz)的頻率範圍中者。 · “CP”為一藉由一被安裝在石英壓力轉換器感測器類型 - 5 6157 BA之模型空洞的工具所決定之空洞壓力,該工具來 自於紐約州艾姆赫斯特之基斯特儀器股份有限公司(Kistler Instrument Corporation),該工具被置於等抗拉試驗試樣之 澆口的最遠端之前。當聚合物的組成物之黏度降低時,於 β 固定的射出條件以及流體路徑幾何形狀所測之空洞壓力呈 10 一般地增加。較高的空洞壓力一般指為一更流體、更易可 成型的填充有纖維之配方。 抗拉性質試驗係根據ASTM D 638所完成。等抗拉試 驗試樣在試驗之前係於23QC及百分之50的相對濕度下被調 解。試驗係使用INSTRON™1125機械試驗器被進行。試驗 15 係於室溫下被進行。所發表的數值如下: “Ty”抗拉降伏被記錄成磅/平方英吋(psi), Φ “Tm”抗拉模數被記錄成105psi, ‘Έ”抗拉伸長被記錄成百分比(%), “DTUL·,,於負載下之温度偏差係於一西斯特 - 20 (Ceast)HDT 300 費開式(Vicat)機械根據 ASTM D 648-82所 決定,在該處,試驗試樣係從等抗拉試驗試樣所製備且係 未經鍛煉的及於1.82兆帕斯卡(MPa)的應用壓力下被試驗。 “Izod”藉由缺口的埃若德(Izod)試驗(Izod)所測得的衝 擊阻力係根據ASTM D 256-90-B於23°C下所決定。試樣係 15 1285655 玖、發明說明 以TMI 22-05切口器所穿孔以生成一 0.254 mm半徑的入孔 。一 0.91公斤的擺係被使用。 (ft.lb/in)所發表。 1:圖式簡單說明】 無 數值以英呎磅每英吋 【圖式之主要元件代表符號表】 無 16
Claims (1)
- SI專利t請案t請專·®修正本 rtl 喊貝 'br- 96.2.9 :利範圍 L 一種產生一導電性的熱塑性結構之方法,該方法包含 下列步驟: ⑴提供一種熱塑性樹脂及一種金屬纖維以及金屬 塗覆的纖維的增效性組合至一熔體摻合裝置中以及 (ii)形成一種導電性的熱塑性結構。 2·如申請專利範圍第1項之方法,其中該熱塑性樹脂為一 聚乙烯;聚丙烯;乙烯及苯乙烯異種共聚物;聚氯乙 婦;聚苯乙烯;耐衝擊的聚苯乙烯、苯乙烯及丙烯腈 共聚物;丙烯腈、丁二烯及苯乙烯三共聚物;聚酯; 聚碳酸酯;共聚多酯聚碳酸酯;聚醯胺;熱塑性聚胺 甲酸酯;環氧;聚丙烯酸酯;聚芳酯醚颯;聚芳酯醚 聚亞苯基醚;聚胺醯-醯亞胺,·聚酯-醯亞胺;或其 專之換合物。 3·如申請專利範圍第1項之方法,其中該熱塑性樹脂為一 聚碳酸酯;一丙烯腈、丁二烯及苯乙烯三共聚物;或 其等之混合物。 4·如申請專利範圍第i項之方法,其中該金屬纖維為鋁、 鋅、銅、銀、鎳、不鏽鋼、金、鉻以及其等之合金。 5·如申請專利範圍第1項之方法,其中該金屬纖維為不鏽 鋼。 6·如申請專利範圍第1之方法,其中該金屬塗覆的纖維為 孟屬塗覆於一非金屬性纖維上。 7.如申請專利範圍第6項之方法,其中該金屬塗覆的厚度 係從0.1微米至2微米。 1285655 拾、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第6項之方法,其中該金屬塗覆為銀、 鎳、鋁、鉻、錫、鉛、銅及其等之合金。 9. 如申請專利範圍第6項之方法,其中該非傳導性纖維為 碳、玻璃或一聚合物。 1〇.如申請專利範圍第1項之方法,其中該金屬塗覆的纖維 為鐵塗覆的碳。 11·如申请專利範圍第W之方法,其中該熔體摻合裝置為 一擠壓機或一射出成型機械。 12·如申請專利範圍第以之方法,其中該金屬纖維係以導 電性熱塑性的體積為基準以從2重量百分數至15重量百 分數之量所提供。 13·如申請專利範圍第1項之方法,其中該金屬塗覆的纖維 係以從3重1百分數至25重量百分數之量所提供。 4·種V電性的熱塑性結構,該結構係藉由巾請專利範 圍第1項之方法所產生。 15·如申請專利範圍第1項之方法,其中該熔體摻合裝置係 為擠壓機,該方法在界於步驟⑴與步驟(ii)之間,更 包含下列步驟: (a)擠壓轉合熱塑性樹脂,金屬纖維以及金屬塗 覆的纖維之熔體至一板以及 ⑻熱壓成型’真空成型或壓縮成型該板。 16·如申請專利範圍第15項之方法,其中該板係被熱壓成 型0 申-月專利範圍第15項之方法,其中該板係被壓縮成 2 1285655 拾、申請專利範圍 型。 18. 如申請專利範圍第15項之方法,其中該板係被真空成 型。 19. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該熔體摻合裝置係 5 為一射出成型機械,該方法在界於步驟⑴與步驟(ii)之 間,更包含下列步驟: (c)射出該摻合熱塑性樹脂,金屬纖維以及金屬塗 覆的纖維之熔體至一射出模型。
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