CN106661296A

CN106661296A - 复合配制物和电子组件

Info

Publication number: CN106661296A
Application number: CN201580037284.4A
Authority: CN
Inventors: 阿龙·霍尔姆; 多米尼克·玛丽·M·弗雷克曼; 珍妮弗·L·罗比森; 马克·F·瓦滕贝格; 王佳玲; 乔什·H·戈尔登; 高婷
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: WO2016007896A1; CN106661296B; US20160012932A1

Abstract

公开了复合配制物(100)和电气组件。复合配制物包含具有至少15％结晶度的聚合物基质(101)和与聚合物基质共混的被加工助剂处理过的含铜粒子(103)，其包含第一较高长径比的粒子(501)和第二较低长径比的粒子(503)。对于所述复合配制物来说，当通过挤出或成型加工时，较高比的粒子和较低比的粒子产生降低的逾渗阈值，所述降低的逾渗阈值是与没有包含所述第一粒子和所述第二粒子的相似组合物相比的。电气组件包括由复合配制物制造的复合产品(102)并且选自由下列各项组成的组：天线(401)、电磁干扰屏蔽装置(201)、连接器(301)外壳、以及它们的组合。

Description

复合配制物和电子组件

发明领域

本发明涉及配制物及制造的产品。更具体地，本发明涉及复合配制物和电子组件，所述电子组件具有由具有被加工助剂处理过的金属粒子的复合配制物形成的复合产品。

发明背景

导电材料可用于各种组件。对于改进这样的组件来说，降低电阻率并且因此增加导电性是理想的。延长这样的组件的使用寿命也是理想的。对这样的组件的进一步改进允许在更多环境中更广泛的用途。

可以在材料中使用铜粒子，以制造相对良好导电的复合配制物。然而，归因于铜对氧化的敏感性以及因此复合材料的导电性的损失，这样的材料不能在某些应用中使用，并且不像包括银在内的材料一样导电。然而，银是昂贵的并且由于经济原因对于某些应用来说可能是不实际的。

在不牺牲成本、操作复杂性或功能性的情况下降低材料的电阻率并且因此增加材料的导电性仍然是在本领域中理想的。

与现有技术相比显示出一种或多种改进的复合配制物和复合产品将会是在本领域中理想的。

发明简述

在一个实施方案中，复合配制物包含具有至少15％结晶度的聚合物基质，和与聚合物基质共混的被加工助剂处理过的金属粒子，其包含第一粒子和第二粒子，其中第一粒子具有第一长径比并且第二粒子具有第二长径比，并且第一长径比大于第二长径比。对于复合配制物来说，当通过挤出或成型加工时，第一粒子和第二粒子产生降低的逾渗阈值(percolation threshold)，所述降低的逾渗阈值是与没有包含第一粒子和第二粒子的相似组合物相比的。

在另一个实施方案中，电子组件包括由复合配制物制造的复合产品，复合配制物具有具有至少15％结晶度的聚合物基质，和与聚合物基质共混的被加工助剂处理过的金属粒子，其包含第一粒子和第二粒子，其中第一粒子具有第一长径比并且第二粒子具有第二长径比，并且第一长径比大于第二长径比。对于复合配制物来说，当通过挤出或成型加工时，第一粒子和第二粒子产生降低的逾渗阈值，所述降低的逾渗阈值是与没有包含第一粒子和第二粒子的相似组合物相比的。电子组件选自由下列各项组成的组：天线、电磁干扰(EMI)屏蔽器、连接器外壳、以及它们的组合。

根据以下更详细的描述，连同举例说明本发明的原理的附图，本发明的其他特征和优点将会是显而易见的。

附图简述

图1是根据本公开的实施方案的具有聚合物基质和被加工助剂处理过的金属粒子的复合配制物的示意图。

图2是根据本公开的实施方案的作为由复合配制物形成的复合产品的EMI屏蔽器的透视图。

图3是根据本公开的实施方案的作为由复合配制物形成的复合产品的电连接器的透视图。

图4是根据本公开的实施方案的作为由复合配制物形成的复合产品的天线的透视图。

图5示出了根据本公开的实施方案的第一粒子和第二粒子的扫描电子显微照片，所述第一粒子和第二粒子是在复合配制物的聚合物基质内共混的被加工助剂处理过的金属粒子的成分。

图6示出了根据本公开的实施方案的第一粒子和第二粒子的示意性截面图，所述第一粒子和第二粒子是在复合配制物的聚合物基质内共混的被加工助剂处理过的金属粒子的成分。

在任何可能的情况下，将会在整个附图中使用相同的附图编号以表示相同的部件。

发明详述

提供了复合配制物和由复合配制物制造的复合产品。例如，与没有公开在这里公开的一个或多个特征的相似概念相比，本公开的实施方案具有在聚合物基质内形成导电网络的均匀分散的粒子，通过选择被加工助剂处理过的金属粒子的形态和长径比和这样的粒子的负载水平而在不损害可加工性的情况下具有高导电性，具有增加的抗氧化性和延长的运行寿命(例如，基于老化数据)，能够被焊接，能够被挤出，能够被成型，和/或能够具有根据本公开显而易见的其他优点和区别。

参照图1，复合配制物100包含聚合物基质101和被加工助剂处理过的金属粒子103(例如，均匀共混的和/或与聚合物基质101一起的)，其分别具有按体积计对于聚合物基质来说40％至75％之间和对于被加工助剂处理过的金属粒子来说25％至50％之间的浓度。共混借助任何适合的技术，如双螺杆挤出或碗(bowl)混合。

聚合物基质101包括能够具有共混在其内的被加工助剂处理过的金属粒子103的任何适合的材料。适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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、液晶聚合物(LCP)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)和聚苯硫醚(PPS)。聚合物基质101允许复合配制物100被挤出、成型(例如，注塑成型、压塑成型、真空成型、或它们的组合)、或它们的组合。

聚合物基质101具有在适合范围内的结晶度，用于提供对于良好可加工性和对于辅助形成导电填料网络以实现所需的高导电率来说理想的物理性质。取决于具体的聚合物材料，聚合物的结晶度是至少15％。如在本文中所使用的，术语“结晶度”是指分子的与无规取向和/或结构相对的有序取向和/或结构。分子的有序结构还包括其中分子以三维晶格存在但是不具有旋转秩序的晶体中间相，如在LCP的情况下。对于除LCP外的聚合物来说，聚合物的最佳结晶度应当是复合配制物中导电填料和其他添加剂的总浓度的平衡(balance)或小于所述平衡。

复合配制物100包含任何其他对于可加工性来说适合的成分。在一个实施方案中，加工助剂以例如按体积计5％至12％之间的浓度在聚合物基质101内共混。优选的是，以复合配制物的体积计，存在至少5％、优选至少6％、尤其是至少7％的加工助剂。增塑剂的选择确保增塑剂与聚合物基质和从商业供应商接收的金属粒子的任何表面处理的相容性。在一个实施方案中，加工助剂是癸二酸二辛酯(DOS)。在另一个实施方案中，加工助剂是聚酯增塑剂。在加入至聚合物基质之前，将加工助剂翻滚共混至金属粒子上。这样的处理的得到的优点包括：金属粒子在聚合物基质中的均匀分散，复合配制物的熔体粘度的明显降低，和复合配制物的导电率的提高。在一个实施方案中，包含被DOS处理过的金属粒子和PVDF基质的复合配制物的粘度低于纯净PVDF基质的粘度。

能够在聚合物基质101内共混的其他适合成分包括但不限于：润滑剂(例如，硬脂酸、或油酸)、交联剂、抗氧化剂、金属钝化剂、偶联剂、固化剂(例如，用于化学固化和/或用于辐射固化)、润湿剂、阻燃剂、颜料或染料、或它们的组合。

参照图5-6，复合配制物100中的被加工助剂处理过的金属粒子103包含第一粒子501和第二粒子503。在一个实施方案中，按体积计，第一粒子501占被加工助剂处理过的金属粒子103的浓度高于第二粒子503的浓度。对于复合配制物中的第一粒子501来说适合的浓度在15％-30％的范围内。对于复合配制物中的第二粒子503来说适合的浓度在10％-20％的范围内。在一个实施方案中，第一粒子501的长径比与第二粒子503的长径比相比至少为两倍大。在一个实施方案中，选择第一粒子501和第二粒子503的长径比以降低逾渗阈值，从而产生降低的逾渗阈值。如在本文中所使用的，短语“降低的逾渗阈值”指的是与没有包含第一粒子501和第二粒子503的相似组合物相比的。在一个实施方案中，例如，在复合配制物中的被加工助剂处理过的金属粒子103的浓度为按体积计20％至30％之间的情况下，逾渗阈值在20％至30％之间。

参照图5-6，根据本发明的金属粒子的长径比的定义是：对于薄片来说是扁平表面的最大尺寸与最小尺寸的比率，对于枝晶来说是长度与初生(primary)枝晶宽度的比率，对于纤维来说是长度与直径的比率，对于类球体来说是基于限定类球体的两个凹表面之间的最大和最短距离确定的最大尺寸与最小尺寸的比率。

被加工助剂处理过的金属粒子103包含两种以上类型的金属，其中之一是铜或铜合金。在一个实施方案中，被加工助剂处理过的金属粒子103还包含锡、铝、不锈钢、银、镍、包含这样的材料的金属合金、或它们的组合。

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

第一粒子501和第二粒子503形态不同。被加工助剂处理过的金属粒子103的适合的形态包括但不限于：枝晶、类球体粒子、薄片、纤维、或它们的组合。在一个实施方案中，第一粒子501包括枝晶、薄片、纤维、或它们的组合。在一个实施方案中，第二粒子503包括类球体、薄片、枝晶、或它们的组合的形态。在一个实施方案中，被加工助剂处理过的金属粒子103包括两种形态(因此是二元的)、三种形态(因此是三元的)、或四种形态(因此是四元的)。

在一个实施方案中，金属粒子103的选择允许产生独特的性能。例如，如在图6中所示，在一个实施方案中，金属粒子503在表面上被提供有润滑剂涂层，或者可以被在表面上的润滑剂涂层处理，具有低于金属粒子501的振实密度的振实密度，并且可以位于复合产品102的表面605的近侧。润滑剂形成了屏障，其增加了耐氧化性，并且作为结果，如在85℃的干燥空气中测试的，复合配制物可以在21天以上的时间段内维持高导电性。相比之下，不具有这样的润滑剂处理的金属粒子503的复合配制物在数小时内丧失导电性。

在复合配制物中按体积计30％的被加工助剂处理过的金属粒子的情况下，复合配制物100提供在23℃下小于0.004欧姆·cm的体电阻率和根据ASTM B539-02在200克的力下测量的小于500毫欧姆的接触电阻，以及适用于挤出或成型的可加工性。基于这样的导电性和可加工性，复合配制物100能够用于复合产品102，例如EMI屏蔽器201(参见图2)、电连接器301(参见图3)如集成连接器、天线401(参见图4)、或其他适合的电子器件。

实施例

在第一实施例中，聚合物基质是具有30％-35％的结晶度的PVDF和HFP的共聚物，金属粒子包括在加入至聚合物基质之前用DOS处理的铜枝晶和铜薄片。铜枝晶的长径比在5∶1至10∶1之间，并且Cu薄片的长径比在2∶1至5∶1之间。铜枝晶的尺寸是12-50μm并且铜薄片的尺寸是40-140μm。在复合配制物中的铜枝晶的浓度是按体积计15％-20％并且铜薄片的浓度是按体积计10％-15％。在复合配制物中的DOS的浓度是按体积计5-12％。这样的复合配制物的电阻率是在23℃下0.003欧姆.cm以下。这样的复合配制物的接触电阻是500mΩ以下，其根据ASTM B539-02在200克的力下测量。

在第二实施例中，聚合物基质是具有30％-35％的结晶度的PVDF和HFP的共聚物，金属粒子包括在加入至聚合物基质之前用DOS处理的铜枝晶和铜薄片。铜枝晶的长径比在5∶1至10∶1之间，并且Cu薄片的长径比在2∶1至5∶1之间。铜枝晶的尺寸是12-50μm并且铜薄片的尺寸是40-140μm。在复合配制物中的铜枝晶的浓度是按体积计22％-26％并且铜薄片的浓度是15％-20％。在复合配制物中的DOS的浓度是5-12％。这样的复合配制物的电阻率是在23℃下0.001欧姆.cm以下。这样的复合配制物的接触电阻是150mΩ以下，其根据ASTMB539-02在200克的力下测量。

在第三实施例中，聚合物基质是LCP，金属粒子包括在加入至聚合物基质之前用DOS处理的铜枝晶和铜薄片。铜枝晶的长径比在5∶1至10∶1之间，并且Cu薄片的长径比在2∶1至5∶1之间。铜枝晶的尺寸是12-50μm并且铜薄片的尺寸是40-140μm。在复合配制物中的铜枝晶的浓度是按体积计22％-26％并且铜薄片的浓度是14％-18％。在复合配制物中的DOS的浓度是5-12％。这样的复合配制物的电阻率是在23℃下0.0005欧姆.cm以下。这样的复合配制物的接触电阻是500毫欧姆以下，其根据ASTM B539-02在200克的力下测量。

在第四实施例中，聚合物基质是LCP，金属粒子包括在加入至聚合物基质之前用DOS处理的铜枝晶和铜薄片。铜枝晶的长径比在5∶1至10∶1之间，并且Cu薄片的长径比在2∶1至5∶1之间。铜枝晶的尺寸是12-50μm并且铜薄片的尺寸是40-140μm。在复合配制物中的铜枝晶的浓度是按体积计25％-30％并且铜薄片的浓度是16％-20％。在复合配制物中的DOS的浓度是5-12％。这样的复合配制物的电阻率是在23℃下0.0002欧姆.cm以下。这样的复合配制物的接触电阻是200毫欧姆以下，其根据ASTM B539-02在200克的力下测量。

尽管已经参照一个或多个实施方案描述了本发明，本领域技术人员应理解的是，可以作出各种改变并且多种等同物可以代替其多种要素而不背离本发明范围。另外，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导而不背离其基本范围。因此，预期的是，本发明不限于作为预期用于实施本发明的最佳模式而公开的具体实施方案，而是本发明将会包括落在所附权利要求的范围内的全部实施方案。另外，应当如同明确地确定了精确值和近似值二者一样来解释在详细描述中确定的全部数值。

Claims

1.一种复合配制物，所述复合配制物包含：

具有至少15％结晶度的聚合物基质；和

与所述聚合物基质共混的金属粒子，所述金属粒子包含具有第一长径比的第一粒子和具有第二长径比的第二粒子，所述第一长径比大于所述第二长径比；和

覆盖在所述第一和第二粒子上的以复合配制物的体积计至少5％的加工助剂；

其中对于所述复合配制物来说，当通过挤出或成型加工时，所述第一粒子和所述第二粒子产生降低的逾渗阈值，所述降低的逾渗阈值是与没有包含所述第一粒子和所述第二粒子的相似组合物相比的。

2.权利要求1所述的复合配制物，其中所述加工助剂包括癸二酸二辛酯或包含聚酯的增塑剂。

3.权利要求1所述的复合配制物，其中所述第一粒子为在所述复合配制物中按体积计15％至30％之间的浓度，并且所述第二粒子为在所述复合配制物中按体积计10％至20％之间的浓度。

4.权利要求1所述的复合配制物，其中所述第一粒子的长径比是所述第二粒子至少两倍大。

5.权利要求1所述的复合配制物，其中所述第一粒子是枝晶、薄片、或纤维，并且所述第二粒子是枝晶、薄片、或类球体粒子。

6.权利要求1所述的复合配制物，其中所述第一粒子具有小于400微米的最大尺寸。

7.权利要求1所述的复合配制物，其中所述第二粒子具有小于100微米的最大尺寸。

8.权利要求1所述的复合配制物，其中所述金属粒子是含铜粒子并且选自由枝晶、类球体粒子、薄片和纤维组成的组，优选其中所述含铜粒子包含锡、铝、不锈钢、银和镍中的一种或多种。

9.权利要求1所述的复合配制物，其中所述金属粒子包含锡、铝、不锈钢、银和镍中的一种或多种。

10.权利要求1所述的复合配制物，其中所述复合配制物是可挤出的或可成型的。

11.权利要求1所述的复合配制物，其中所述聚合物基质包括聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯/四氟乙烯/六氟丙烯三元共聚物、乙烯四氟乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯硫醚、或它们的组合。

12.权利要求1所述的复合配制物，其中所述复合配制物具有在23℃下小于0.004欧姆.cm的电阻率。

13.权利要求1所述的复合配制物，其中所述复合配制物具有根据ASTM B539-02在200克的力下小于0.5欧姆的接触电阻。

14.一种由根据权利要求1所述的复合配制物制造的电气组件，其中所述电气组件选自由下列各项组成的组：天线、电磁干扰屏蔽装置、连接器外壳、以及它们的组合。

15.权利要求14所述的电气组件，其中复合产品通过挤出或成型形成。