復(fù)合配制物和電子組件的制作方法

本發(fā)明涉及配制物及制造的產(chǎn)品。更具體地，本發(fā)明涉及復(fù)合配制物和電子組件，所述電子組件具有由具有被加工助劑處理過的金屬粒子的復(fù)合配制物形成的復(fù)合產(chǎn)品。

發(fā)明背景

導(dǎo)電材料可用于各種組件。對于改進(jìn)這樣的組件來說，降低電阻率并且因此增加導(dǎo)電性是理想的。延長這樣的組件的使用壽命也是理想的。對這樣的組件的進(jìn)一步改進(jìn)允許在更多環(huán)境中更廣泛的用途。

可以在材料中使用銅粒子，以制造相對良好導(dǎo)電的復(fù)合配制物。然而，歸因于銅對氧化的敏感性以及因此復(fù)合材料的導(dǎo)電性的損失，這樣的材料不能在某些應(yīng)用中使用，并且不像包括銀在內(nèi)的材料一樣導(dǎo)電。然而，銀是昂貴的并且由于經(jīng)濟(jì)原因?qū)τ谀承?yīng)用來說可能是不實(shí)際的。

在不犧牲成本、操作復(fù)雜性或功能性的情況下降低材料的電阻率并且因此增加材料的導(dǎo)電性仍然是在本領(lǐng)域中理想的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比顯示出一種或多種改進(jìn)的復(fù)合配制物和復(fù)合產(chǎn)品將會是在本領(lǐng)域中理想的。

發(fā)明簡述

在一個實(shí)施方案中，復(fù)合配制物包含具有至少15％結(jié)晶度的聚合物基質(zhì)，和與聚合物基質(zhì)共混的被加工助劑處理過的金屬粒子，其包含第一粒子和第二粒子，其中第一粒子具有第一長徑比并且第二粒子具有第二長徑比，并且第一長徑比大于第二長徑比。對于復(fù)合配制物來說，當(dāng)通過擠出或成型加工時，第一粒子和第二粒子產(chǎn)生降低的逾滲閾值(percolation threshold)，所述降低的逾滲閾值是與沒有包含第一粒子和第二粒子的相似組合物相比的。

在另一個實(shí)施方案中，電子組件包括由復(fù)合配制物制造的復(fù)合產(chǎn)品，復(fù)合配制物具有具有至少15％結(jié)晶度的聚合物基質(zhì)，和與聚合物基質(zhì)共混的被加工助劑處理過的金屬粒子，其包含第一粒子和第二粒子，其中第一粒子具有第一長徑比并且第二粒子具有第二長徑比，并且第一長徑比大于第二長徑比。對于復(fù)合配制物來說，當(dāng)通過擠出或成型加工時，第一粒子和第二粒子產(chǎn)生降低的逾滲閾值，所述降低的逾滲閾值是與沒有包含第一粒子和第二粒子的相似組合物相比的。電子組件選自由下列各項(xiàng)組成的組：天線、電磁干擾(EMI)屏蔽器、連接器外殼、以及它們的組合。

根據(jù)以下更詳細(xì)的描述，連同舉例說明本發(fā)明的原理的附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會是顯而易見的。

附圖簡述

圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施方案的具有聚合物基質(zhì)和被加工助劑處理過的金屬粒子的復(fù)合配制物的示意圖。

圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施方案的作為由復(fù)合配制物形成的復(fù)合產(chǎn)品的EMI屏蔽器的透視圖。

圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施方案的作為由復(fù)合配制物形成的復(fù)合產(chǎn)品的電連接器的透視圖。

圖4是根據(jù)本公開的實(shí)施方案的作為由復(fù)合配制物形成的復(fù)合產(chǎn)品的天線的透視圖。

圖5示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方案的第一粒子和第二粒子的掃描電子顯微照片，所述第一粒子和第二粒子是在復(fù)合配制物的聚合物基質(zhì)內(nèi)共混的被加工助劑處理過的金屬粒子的成分。

圖6示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方案的第一粒子和第二粒子的示意性截面圖，所述第一粒子和第二粒子是在復(fù)合配制物的聚合物基質(zhì)內(nèi)共混的被加工助劑處理過的金屬粒子的成分。

在任何可能的情況下，將會在整個附圖中使用相同的附圖編號以表示相同的部件。

發(fā)明詳述

提供了復(fù)合配制物和由復(fù)合配制物制造的復(fù)合產(chǎn)品。例如，與沒有公開在這里公開的一個或多個特征的相似概念相比，本公開的實(shí)施方案具有在聚合物基質(zhì)內(nèi)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻分散的粒子，通過選擇被加工助劑處理過的金屬粒子的形態(tài)和長徑比和這樣的粒子的負(fù)載水平而在不損害可加工性的情況下具有高導(dǎo)電性，具有增加的抗氧化性和延長的運(yùn)行壽命(例如，基于老化數(shù)據(jù))，能夠被焊接，能夠被擠出，能夠被成型，和/或能夠具有根據(jù)本公開顯而易見的其他優(yōu)點(diǎn)和區(qū)別。

參照圖1，復(fù)合配制物100包含聚合物基質(zhì)101和被加工助劑處理過的金屬粒子103(例如，均勻共混的和/或與聚合物基質(zhì)101一起的)，其分別具有按體積計對于聚合物基質(zhì)來說40％至75％之間和對于被加工助劑處理過的金屬粒子來說25％至50％之間的濃度。共混借助任何適合的技術(shù)，如雙螺桿擠出或碗(bowl)混合。

聚合物基質(zhì)101包括能夠具有共混在其內(nèi)的被加工助劑處理過的金屬粒子103的任何適合的材料。適合的材料包括但不限于：含氟聚合物(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)、PVDF/六氟丙烯(HFP)共聚物、PVDF/HFP四氟乙烯(TFE)三元共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE))、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、液晶聚合物(LCP)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)和聚苯硫醚(PPS)。聚合物基質(zhì)101允許復(fù)合配制物100被擠出、成型(例如，注塑成型、壓塑成型、真空成型、或它們的組合)、或它們的組合。

聚合物基質(zhì)101具有在適合范圍內(nèi)的結(jié)晶度，用于提供對于良好可加工性和對于輔助形成導(dǎo)電填料網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)所需的高導(dǎo)電率來說理想的物理性質(zhì)。取決于具體的聚合物材料，聚合物的結(jié)晶度是至少15％。如在本文中所使用的，術(shù)語“結(jié)晶度”是指分子的與無規(guī)取向和/或結(jié)構(gòu)相對的有序取向和/或結(jié)構(gòu)。分子的有序結(jié)構(gòu)還包括其中分子以三維晶格存在但是不具有旋轉(zhuǎn)秩序的晶體中間相，如在LCP的情況下。對于除LCP外的聚合物來說，聚合物的最佳結(jié)晶度應(yīng)當(dāng)是復(fù)合配制物中導(dǎo)電填料和其他添加劑的總濃度的平衡(balance)或小于所述平衡。

復(fù)合配制物100包含任何其他對于可加工性來說適合的成分。在一個實(shí)施方案中，加工助劑以例如按體積計5％至12％之間的濃度在聚合物基質(zhì)101內(nèi)共混。優(yōu)選的是，以復(fù)合配制物的體積計，存在至少5％、優(yōu)選至少6％、尤其是至少7％的加工助劑。增塑劑的選擇確保增塑劑與聚合物基質(zhì)和從商業(yè)供應(yīng)商接收的金屬粒子的任何表面處理的相容性。在一個實(shí)施方案中，加工助劑是癸二酸二辛酯(DOS)。在另一個實(shí)施方案中，加工助劑是聚酯增塑劑。在加入至聚合物基質(zhì)之前，將加工助劑翻滾共混至金屬粒子上。這樣的處理的得到的優(yōu)點(diǎn)包括：金屬粒子在聚合物基質(zhì)中的均勻分散，復(fù)合配制物的熔體粘度的明顯降低，和復(fù)合配制物的導(dǎo)電率的提高。在一個實(shí)施方案中，包含被DOS處理過的金屬粒子和PVDF基質(zhì)的復(fù)合配制物的粘度低于純凈PVDF基質(zhì)的粘度。

能夠在聚合物基質(zhì)101內(nèi)共混的其他適合成分包括但不限于：潤滑劑(例如，硬脂酸、或油酸)、交聯(lián)劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、偶聯(lián)劑、固化劑(例如，用于化學(xué)固化和/或用于輻射固化)、潤濕劑、阻燃劑、顏料或染料、或它們的組合。

參照圖5-6，復(fù)合配制物100中的被加工助劑處理過的金屬粒子103包含第一粒子501和第二粒子503。在一個實(shí)施方案中，按體積計，第一粒子501占被加工助劑處理過的金屬粒子103的濃度高于第二粒子503的濃度。對于復(fù)合配制物中的第一粒子501來說適合的濃度在15％-30％的范圍內(nèi)。對于復(fù)合配制物中的第二粒子503來說適合的濃度在10％-20％的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施方案中，第一粒子501的長徑比與第二粒子503的長徑比相比至少為兩倍大。在一個實(shí)施方案中，選擇第一粒子501和第二粒子503的長徑比以降低逾滲閾值，從而產(chǎn)生降低的逾滲閾值。如在本文中所使用的，短語“降低的逾滲閾值”指的是與沒有包含第一粒子501和第二粒子503的相似組合物相比的。在一個實(shí)施方案中，例如，在復(fù)合配制物中的被加工助劑處理過的金屬粒子103的濃度為按體積計20％至30％之間的情況下，逾滲閾值在20％至30％之間。

參照圖5-6，根據(jù)本發(fā)明的金屬粒子的長徑比的定義是：對于薄片來說是扁平表面的最大尺寸與最小尺寸的比率，對于枝晶來說是長度與初生(primary)枝晶寬度的比率，對于纖維來說是長度與直徑的比率，對于類球體來說是基于限定類球體的兩個凹表面之間的最大和最短距離確定的最大尺寸與最小尺寸的比率。

被加工助劑處理過的金屬粒子103包含兩種以上類型的金屬，其中之一是銅或銅合金。在一個實(shí)施方案中，被加工助劑處理過的金屬粒子103還包含錫、鋁、不銹鋼、銀、鎳、包含這樣的材料的金屬合金、或它們的組合。

第一粒子501和第二粒子503尺寸不同。第一粒子501的適合的最大尺寸是小于400μm。第二粒子503的適合的最大尺寸是小于100μm。

第一粒子501和第二粒子503形態(tài)不同。被加工助劑處理過的金屬粒子103的適合的形態(tài)包括但不限于：枝晶、類球體粒子、薄片、纖維、或它們的組合。在一個實(shí)施方案中，第一粒子501包括枝晶、薄片、纖維、或它們的組合。在一個實(shí)施方案中，第二粒子503包括類球體、薄片、枝晶、或它們的組合的形態(tài)。在一個實(shí)施方案中，被加工助劑處理過的金屬粒子103包括兩種形態(tài)(因此是二元的)、三種形態(tài)(因此是三元的)、或四種形態(tài)(因此是四元的)。

在一個實(shí)施方案中，金屬粒子103的選擇允許產(chǎn)生獨(dú)特的性能。例如，如在圖6中所示，在一個實(shí)施方案中，金屬粒子503在表面上被提供有潤滑劑涂層，或者可以被在表面上的潤滑劑涂層處理，具有低于金屬粒子501的振實(shí)密度的振實(shí)密度，并且可以位于復(fù)合產(chǎn)品102的表面605的近側(cè)。潤滑劑形成了屏障，其增加了耐氧化性，并且作為結(jié)果，如在85℃的干燥空氣中測試的，復(fù)合配制物可以在21天以上的時間段內(nèi)維持高導(dǎo)電性。相比之下，不具有這樣的潤滑劑處理的金屬粒子503的復(fù)合配制物在數(shù)小時內(nèi)喪失導(dǎo)電性。

在復(fù)合配制物中按體積計30％的被加工助劑處理過的金屬粒子的情況下，復(fù)合配制物100提供在23℃下小于0.004歐姆·cm的體電阻率和根據(jù)ASTM B539-02在200克的力下測量的小于500毫歐姆的接觸電阻，以及適用于擠出或成型的可加工性?；谶@樣的導(dǎo)電性和可加工性，復(fù)合配制物100能夠用于復(fù)合產(chǎn)品102，例如EMI屏蔽器201(參見圖2)、電連接器301(參見圖3)如集成連接器、天線401(參見圖4)、或其他適合的電子器件。

實(shí)施例

在第一實(shí)施例中，聚合物基質(zhì)是具有30％-35％的結(jié)晶度的PVDF和HFP的共聚物，金屬粒子包括在加入至聚合物基質(zhì)之前用DOS處理的銅枝晶和銅薄片。銅枝晶的長徑比在5∶1至10∶1之間，并且Cu薄片的長徑比在2∶1至5∶1之間。銅枝晶的尺寸是12-50μm并且銅薄片的尺寸是40-140μm。在復(fù)合配制物中的銅枝晶的濃度是按體積計15％-20％并且銅薄片的濃度是按體積計10％-15％。在復(fù)合配制物中的DOS的濃度是按體積計5-12％。這樣的復(fù)合配制物的電阻率是在23℃下0.003歐姆.cm以下。這樣的復(fù)合配制物的接觸電阻是500mΩ以下，其根據(jù)ASTM B539-02在200克的力下測量。

在第二實(shí)施例中，聚合物基質(zhì)是具有30％-35％的結(jié)晶度的PVDF和HFP的共聚物，金屬粒子包括在加入至聚合物基質(zhì)之前用DOS處理的銅枝晶和銅薄片。銅枝晶的長徑比在5∶1至10∶1之間，并且Cu薄片的長徑比在2∶1至5∶1之間。銅枝晶的尺寸是12-50μm并且銅薄片的尺寸是40-140μm。在復(fù)合配制物中的銅枝晶的濃度是按體積計22％-26％并且銅薄片的濃度是15％-20％。在復(fù)合配制物中的DOS的濃度是5-12％。這樣的復(fù)合配制物的電阻率是在23℃下0.001歐姆.cm以下。這樣的復(fù)合配制物的接觸電阻是150mΩ以下，其根據(jù)ASTM B539-02在200克的力下測量。

在第三實(shí)施例中，聚合物基質(zhì)是LCP，金屬粒子包括在加入至聚合物基質(zhì)之前用DOS處理的銅枝晶和銅薄片。銅枝晶的長徑比在5∶1至10∶1之間，并且Cu薄片的長徑比在2∶1至5∶1之間。銅枝晶的尺寸是12-50μm并且銅薄片的尺寸是40-140μm。在復(fù)合配制物中的銅枝晶的濃度是按體積計22％-26％并且銅薄片的濃度是14％-18％。在復(fù)合配制物中的DOS的濃度是5-12％。這樣的復(fù)合配制物的電阻率是在23℃下0.0005歐姆.cm以下。這樣的復(fù)合配制物的接觸電阻是500毫歐姆以下，其根據(jù)ASTM B539-02在200克的力下測量。

在第四實(shí)施例中，聚合物基質(zhì)是LCP，金屬粒子包括在加入至聚合物基質(zhì)之前用DOS處理的銅枝晶和銅薄片。銅枝晶的長徑比在5∶1至10∶1之間，并且Cu薄片的長徑比在2∶1至5∶1之間。銅枝晶的尺寸是12-50μm并且銅薄片的尺寸是40-140μm。在復(fù)合配制物中的銅枝晶的濃度是按體積計25％-30％并且銅薄片的濃度是16％-20％。在復(fù)合配制物中的DOS的濃度是5-12％。這樣的復(fù)合配制物的電阻率是在23℃下0.0002歐姆.cm以下。這樣的復(fù)合配制物的接觸電阻是200毫歐姆以下，其根據(jù)ASTM B539-02在200克的力下測量。

盡管已經(jīng)參照一個或多個實(shí)施方案描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以作出各種改變并且多種等同物可以代替其多種要素而不背離本發(fā)明范圍。另外，可以做出許多修改以使特定的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不背離其基本范圍。因此，預(yù)期的是，本發(fā)明不限于作為預(yù)期用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式而公開的具體實(shí)施方案，而是本發(fā)明將會包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。另外，應(yīng)當(dāng)如同明確地確定了精確值和近似值二者一樣來解釋在詳細(xì)描述中確定的全部數(shù)值。