CN101568596A - 电磁波屏蔽热塑性树脂组合物及塑料制品 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种电磁波屏蔽热塑性树脂组合物及塑料制品。该电磁波屏蔽热塑性树脂组合物包括100重量份热塑性树脂1－30重量份不锈钢纤维、0.01－10重量份碳纳米管。热塑性树脂选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及其混合物中的一种材料。

Description

电磁波屏蔽热塑性树脂组合物及塑料制品
技术领域
本发明涉及一种导电的热塑性树脂组合物及塑料制品。更特别地，本发明涉及一种具有改善的电磁波屏蔽性能的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物及由该树脂组合物制成的塑料制品。
背景技术
热塑性树脂是一种受热即软化与塑化而冷却即硬化的塑料材料。热塑性树脂可分为通用塑料以及工程塑胶，通用塑料例如为聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸类、苯乙烯以及乙烯基树脂；工程塑料例如为聚碳酸脂、聚苯醚、聚酰胺、聚酯、以及聚酰亚胺树脂。
由于热塑性树脂具有优越的加工性及成形性，故而广泛地利用于各类应用中，包括有各种家用品、办公室自动化设备、电器与电气设备。因此，如何根据各种应用热塑性树脂制成的产品的种类及性质，来给予热塑性树脂特定的性质，以及优越的加工性及成形性，让热塑性树脂成为高附加值的材料，这是人们不断致力的目标。尤其，如何给予热塑性树脂电磁波屏蔽性能，且如何在汽车、电器、电子组件、电缆线等方面应用此电磁波屏蔽热塑性树脂。
一般而言，电磁波屏蔽热塑性树脂由电磁波屏蔽热塑性树脂组合物制成，该电磁波屏蔽热塑性树脂组合物可以利用将添加剂混合于热塑性树脂中而获得，该添加剂例如为金属粉末、涂覆金属的无机粉末或金属纤维。由于这些添加剂本身的比重大，所以必须使用相当多的量，才能确保电磁波屏蔽热塑性树脂具有预期水平的电磁波屏蔽效果。然而，使用这么大量的添加剂来改善电磁波屏蔽效果，会造成热塑性树脂的固有特性的劣化，例如抗冲击性，如此一来，这种电磁波屏蔽热塑性树脂就难以在实际上应用了。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其包括100重量份热塑性树脂、1至30重量份不锈钢纤维、以及0.01至10重量份碳纳米管，该热塑性树脂选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及其混合物。
热塑性树脂包括芳香族聚碳酸酯树脂，该芳香族聚碳酸酯树脂由光气、卤素甲酸盐或碳酸二酯与二酚化合物反应而制得，该二酚化合物的分子结构由式1表示如下：
Figure A20068005675200051
其中，A为单键、C1-C5亚烷基、C1-C5烷叉基(alkylidene)、C5-C6环烷叉基(cycloalkylidene)、-S-或-SO2-；X为卤素；n为0、1或2。
聚碳酸酯树脂的重均分子量可以介于15,000至50,000g/mol。
在电磁波屏蔽热塑性树脂组合物中，不锈钢纤维可以包括铁素体不锈钢纤维及奥氏体不锈钢纤维。
不锈钢纤维的厚度可以介于4至25μm，不锈钢纤维的长度可以介于3至15mm。
在电磁波屏蔽热塑性树脂组合物中，碳纳米管可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
碳纳米管的厚度可以介于1至50nm，碳纳米管的长度可以介于1至25μm。
根据本发明的另一方面，提供了一种由上述电磁波屏蔽热塑性树脂组合物制成的塑料制品。
根据本发明的再一方面，提出一种塑料制品，其包括热塑性树脂基材、不锈钢纤维与碳纳米管，其中该热塑性树脂基材由选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及其混合物中之一的材料制成，不锈钢纤维与碳纳米管分散在热塑性树脂基材中。
本发明的其他方面及示例性实施方式的细节均包含在以下详述说明中。
具体实施方式
现在，结合下列实施例更详细地描述本发明，以便本领域技术人员可容易地实施本发明。然而，这些实施例仅为举例说明本发明的目的，并非用以限制本发明要保护的范围与精神。
根据本发明的一种实施方式，提供了一种电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其包括100重量份热塑性树脂、1至30重量份不锈钢纤维、以及0.01至10重量份碳纳米管，其中该热塑性树脂选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、及其混合物。
如上所述，电磁波屏蔽热塑性树脂组合物除了包括不锈钢纤维与碳纳米管之外，还包括选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂及其混合物的热塑性树脂。其中，不锈钢纤维与碳纳米管会互相影响而产生协同效应(synergic effect)。因此，即使只使用相当少量的组成成分，也能给予电磁波屏蔽热塑性树脂很大程度上改善的电磁波屏蔽效果。另外，相对地减少这些组成的量，可以减低电磁波屏蔽热塑性树脂的固有特性的劣化，例如抗冲击性。
以下将详细地说明电磁波屏蔽热塑性树脂组合物的各组成成分。
电磁波屏蔽热塑性树脂组合物包括热塑性树脂，该热塑性树脂选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及其混合物。
热塑性树脂的实例可以包括芳香族聚碳酸酯树脂，该芳香族聚碳酸酯树脂可以由光气、卤素甲酸盐或碳酸二酯与二酚化合物反应而制得，该二酚化合物由式1表示如下：
Figure A20068005675200071
其中，A为单键、C1-C5的亚烷基、C1-C5的烷叉基、C5-C6的环烷叉基、-S-、或-SO2-；X为卤素；以及n为0、1、或2。
式1表示的二酚化合物的实例包括4，4’-二羟基联苯、2，2-双-(4-羟苯基)丙烷、2，4-双-(4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、1，1-双-(4-羟苯基)环己烷、2，2-双-(3-氯-4-羟苯基)丙烷、以及2，2-双-(3，5-二氯-4-羟苯基)丙烷。优选为2，2-双-(4-羟苯基)丙烷、2，2-双-(3，5-二氯-4-羟苯基)丙烷、以及1，1-双-(4-羟苯基)环己烷。更优选2，2-双-(4-羟苯基)-丙烷，其也称为“双酚-A(BPA)”。
聚碳酸酯树脂的重均分子量可以介于15,000至50,000g/mol。
在本发明中，不限定聚碳酸酯树脂的种类。更具体而言，聚碳酸酯树脂可以是线型聚碳酸酯树脂或支链型聚碳酸酯树脂，或聚酯-碳酸酯共聚物树脂。支链型聚碳酸酯树脂可以利用基于二酚化合物总摩尔的0.05至2mol％的三官能团或更多官能团(即多官能团)化合物来制备，例如利用三官能团或多官能团酚化合物。聚酯-碳酸酯共聚物树脂可以在含有一种酯类前体的条件下将聚碳酸酯聚合而制备，该酯类前体例如为二元羧酸。在本实施例中，可以单独使用聚酯-碳酸酯共聚物树脂，或是与聚碳酸酯组合使用。
对于聚碳酸酯树脂而言，可以使用均聚碳酸酯树脂或共聚碳酸酯树脂，或使用其组合，而无任何特别的限制。
可替换地，可以将聚酯树脂作为热塑性树脂。
聚酯树脂可以在聚合物链中含有酯键，且可以通过加热而熔融。聚酯树脂由二元羧酸和二羟基化合物缩聚而制备。并不限定于某种聚酯树脂的制备方法。因此，在本发明中，可以使用以本领域技术人员已知的任何一种方法所制备的聚酯树脂。再者，本发明可使用任何聚酯树脂，例如为均聚酯树脂或共聚酯树脂，而无任何特别的限制。
电磁波屏蔽热塑性树脂组合物包括不锈钢纤维。不锈钢纤维会与碳纳米管互相影响，而产生协同效应。因此，可以使电磁波屏蔽热塑性树脂具有改善的电磁波屏蔽效果。
不锈钢纤维是一种合金纤维，以铁(Fe)为基体金属，并以相当大量的铬(Cr)或镍(Ni)为主要材料。不锈钢纤维可以通过模具而抽拉出一束不锈钢的连续细丝来制造。虽然不锈钢纤维中含有的铁(Fe)是其主要的成分，但是在环境温度下，其具有铁磁特性，还有优异的耐蚀性及耐热性，从而给予电磁波屏蔽热塑性树脂改进的电磁波屏蔽效果，这点是难以由一般钢铁获得的。
当考虑到电磁波屏蔽热塑性树脂组合物的电磁波屏蔽效果时，在电磁波屏蔽热塑性树脂组合物中包含的不锈钢纤维优选为铁素体不锈钢纤维及奥氏体不锈钢纤维。
不锈钢纤维的厚度可以介于4至25μm，不锈钢纤维的长度可以介于3至15mm。于是，不锈钢纤维均匀地分散在电磁波屏蔽热塑性树脂中，从而确保电磁波屏蔽热塑性树脂的电磁波屏蔽效果的均匀性。
在电磁波屏蔽热塑性树脂组合物中，基于100重量份选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂及其混合物的热塑性树脂时，使用1至30重量份不锈钢纤维，且优选使用5至25重量份。不锈钢纤维的量若少于1重量份，将难以确保由该树脂组合物制备的电磁波屏蔽热塑性树脂能具有足够的电磁波屏蔽效果。不锈钢纤维的量若多于30重量份，将会造成电磁波屏蔽热塑性树脂的固有特性的劣化，例如抗冲击性.
电磁波屏蔽热塑性树脂组合物进一步包括碳纳米管。碳纳米管会与不锈钢纤维互相影响，而产生协同效应。因此，可以使电磁波屏蔽热塑性树脂具有改进的电磁波屏蔽效果。
碳纳米管具有优异的机械强度、高初始杨氏模量、以及大的长径比(或纵深比，aspect ratio)。另外，碳纳米管具有优异的导电性及热稳定性。根据这些特性，混合碳纳米管与热塑性树脂，可给予热塑性树脂优异的电磁波屏蔽效果。
碳纳米管可以利用电弧放电、热裂解(pyrolysis)、激光烧蚀、等离子体增强化学气相沉积、热化学气相沉积(PECVD)、电解、或燃烧合成法来合成。然而该碳纳米管的合成方法并无任何限制。因此，不论用何种方法合成的碳纳米管可用于电磁波屏蔽热塑性树脂，而无特别的限制。
根据碳纳米管构成的壁数，碳纳米管可分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、以及多壁碳纳米管。任何一种碳纳米管均可应用于电磁波屏蔽热塑性树脂，而无特别的限制。
碳纳米管的厚度可以介于1至50nm，碳纳米管的长度可以介于1至25μm。于是，碳纳米管均匀地分散在电磁波屏蔽热塑性树脂之中，从而确保电磁波屏蔽热塑性树脂的电磁波屏蔽效果的均匀生。
在电磁波屏蔽热塑性树脂组合物中，当使用100重量份选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、及前述两者混合物的热塑性树脂时，使用0.01至10重量份，优选使用0.5至5重量份碳纳米管。碳纳米管的量若少于0.01重量份，将难以确保由该树脂组合物制备的电磁波屏蔽热塑性树脂能具有足够的电磁波屏蔽效果。同时，碳纳米管的量若超过10重量份，将会造成热塑性树脂的机械性能劣化。
电磁波屏蔽热塑性树脂组合物除前述组成组分之外，可以进一步包括适于所需应用的添加剂。添加剂的实例包括润滑剂、脱模剂、稳定剂、无机添加剂、颜料及染料(dies)。当使用100重量份热塑性树脂时，添加剂的用量不超过5重量份，且优选为0.1至2重量份。
电磁波屏蔽热塑性树脂可以利用常规的方法来制备获得，此方法包括：混合各组成成分，以制备电磁波屏蔽热塑性树脂组合物；以及在挤出机中，将该树脂组合物熔融挤出。塑料制品可以利用电磁波屏蔽热塑性树脂来制作获得.
根据本发明的另一实施方式，提供了一种由电磁波屏蔽热塑性树脂组合物制成的塑料制品。更具体而言，塑料制品包括热塑性树脂基体、不锈钢纤维与碳纳米管，该热塑性树脂基体由选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及前述两者的混合物中的一种材料制成，不锈钢纤维与碳纳米管分散在热塑性树脂基体中。
由于不锈钢纤维与碳纳米管之间的协同效应，不锈钢纤维与碳纳米管均分散在热塑性树脂基体中，尽管这些组分的用量相对较少，但塑料制品也能具有较强的电磁波屏蔽效果。即使不锈钢纤维与碳纳米管的用量少，也可以减低热塑性树脂的机械性能的劣化，例如减低抗冲击性的劣化。
塑料制品具有优异的电磁波屏蔽效果，例如介于60至90dB。另外，根据ASTM D256测量的塑料制品的缺口IZOD冲击强度(1/8”)的范围为介于5至30kgf·cm/cm。这显示出塑料制品具有优异的抗冲击性。
根据本发明的再一实施方式，提供了一种塑料制品，其包括热塑性树脂基体、不锈钢纤维与碳纳米管，该热塑性树脂基体由选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及前述两者的混合物中的一种材料制成，该不锈钢纤维与碳纳米管分散在热塑性树脂基体中，其中，塑料制品的电磁波屏蔽效果介于60至90dB，根据ASTM D256测量的塑料制品的缺口IZOD冲击强度(1/8”)介于5至30kgf·cm/cm。
基于优异的抗冲击性，还有改进的电磁波屏蔽效果，该塑料制品将可以广泛地利用于各类应用中，例如在汽车、电器、电子组件、电缆线等应用领域中予以电磁波屏蔽效果。
<实验例>
通过以下提出的实验例，可以使本发明更显而易见。然而，以下实验例并非用以限制本发明要保护的范围。
在以下的实验例与比较例中，所使用的(A)聚碳酸酯树脂、(B)不锈钢纤维、以及(C)碳纳米管的详细资料如下：
(A)聚碳酸酯树脂
聚碳酸酯树脂使用双酚A聚碳酸酯，双酚A聚碳酸酯的重均分子量(Mw)为25,000g/mol。
(B)不锈钢纤维
不锈钢纤维使用GR-75/C20
Figure A20068005675200121
(购自Bekaert Fiber Technologies.，Belgium，其厚度：11μm，长度：6mm)。
(C)碳纳米管
碳纳米管使用多壁碳纳米管(C-tube 100
Figure A20068005675200122
，购自CNT Co.，LTD.，厚度：10-15nm，长度：1-25μm)。
实验例1至2与比较1至5
在以下实验例与比较例中所使用的各组成组分的含量如表1所示。根据表1所示的组成，将各组分混合，以制备电磁波屏蔽热塑性树脂组合物。在双螺旋挤出机(L/D：35，Φ＝45mm)中，将该组合物挤出而形成粒状。在注射成型机(10oz)中，在300℃下，将这些粒料注射成型而制备出样品，以进行物理性能与电磁波屏蔽效果的测量。
使样品处于相对湿度为50％、且温度为23℃的条件下24小时。之后，以电网分析仪(network analyzer)(E5071C
Figure A20068005675200131
，购自AgilentTechnologies Inc.)测量3mm厚度样品的电磁波屏蔽效果。(电磁波屏蔽效果评估)。
根据ASTM D256测量样品的缺口IZOD冲击强度(1/8”)，ASTM D256为美国标准试验方法，用以固定重量的摆锤来测量塑料的IZOD冲击强度(抗冲击性评估)。
抗冲击性与电磁波屏蔽效果的测量结果如表1所示。
表1
Figure A20068005675200132
Figure A20068005675200141
如表1所示的数据，相对于仅包括不锈钢纤维或碳纳米管之一的比较例2至比较例4而言，同时包括不锈钢纤维与碳纳米管两者的实验例1及实验例2，显现出很大程度上改善的电磁波屏蔽效果。而且，实验例1及实验例2几乎不会造成抗冲击性的劣化。
同样地，相对于不包括不锈钢纤维也不包括碳纳米管的比较例1而言，同时包括不锈钢纤维与碳纳米管两者的实验例1至实验例2，显现出很大程度上改善的电磁波屏蔽效果。
在实验例1至实验例2的样品中，不锈钢纤维与碳纳米管的使用量均在优选的范围内，故几乎不会造成抗冲击性的劣化。另一方面，在比较例5的样品中，不锈钢纤维与碳纳米管的使用量均超过该用量范围，而造成抗冲击性的急剧劣化，因此，比较例5的样品系不适合于实际应用。

Claims (10)

1.一种电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，包括：
100重量份热塑性树脂，选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、及其混合物中的一种材料；
1至30重量份不锈钢纤维；以及
0.01至10重量份碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其中所述热塑性树脂包括芳香族聚碳酸酯树脂，所述芳香族聚碳酸酯树脂由光气、卤素甲酸盐或二酯基碳酸酯与二酚化合物反应而制得，所述二酚化合物由式1表示如下：
Figure A2006800567520002C1
其中，A表示单键、C1-C5的亚烷基、C1-C5的烷叉基、C5-C6的环烷叉基、-S-、或-SO2-；X为卤素；以及n为0、1、或2。
3.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其中所述聚碳酸酯树脂的重均分子量介于15,000至50,000g/mol。
4.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其中所述不锈钢纤维为铁素体不锈钢纤维及奥氏体不锈钢纤维。
5.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其中所述不锈钢纤维的厚度介于4至25μm，所述不锈钢纤维的长度介于3至15mm。
6.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其中所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物，其中所述碳纳米管的厚度介于1至50nm，所述碳纳米管的长度介于1至25μm。
8.一种根据前述权利要求1至7中任一项所述的电磁波屏蔽热塑性树脂组合物制成的塑料制品。
9.一种塑料制品，包括：
热塑性树脂基体，由选自于聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及其混合物中的一种材料制成；以及
不锈钢纤维与碳纳米管，各自分散在所述热塑性树脂基体中。
10.一种塑料制品，包括：
热塑性树脂基体，由选自聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、以及其混合物中的一种材料制成；以及
不锈钢纤维与碳纳米管，各自分散在所述热塑性树脂基体中；
其中，所述塑料制品的电磁波屏蔽效果介于60至90dB，且根据ASTM D256测量的缺口IZOD冲击强度(1/8”)介于5至30kgf·cm/cm。
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