高模量激光直接成型復合材料的制作方法
【專利說明】高模量激光直接成型復合材料
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年4月1日提交的美國專利申請號61/807, 239的優先權，其 全部內容通過引用結合于此。
【背景技術】
[0003] 電氣組件可以提供為具有期望的印刷導體的模制注射裝置（moldedinjection device) ( "MID"）。與由玻璃纖維增強塑料等制成的傳統電路板相比，以這種方式制造的 MID組件是具有集成的印刷導體布置和可能進一步的電子或機電組件的三維（"3D"）模制 部件。即使這些組件僅具有印刷導體并且用于替代處于電氣或電子裝置內部的傳統配線， 使用這種類型的MID組件節省空間，允許相關裝置變得更小。通過減少組裝和連接步驟的 數量也降低了制造成本。這些MID裝置在手機、PDA和筆記本電腦應用中具有很大的實用 性。
[0004] 壓印金屬（stampmetal)、柔性印刷電路板（"FPCB"）安裝和雙注射模制法是制 造MID的三種現有技術。然而，壓印和FPCB安裝方法在圖案幾何形狀上受到限制并且加工 昂貴。另外，改變射頻（"RF"）圖案導致加工的高價的并且耗時的改變。已經使用雙射成 型（雙組分注射模制）方法生產具有真實三維結構的3D-MID。例如，天線可由隨后的化學 腐蝕、化學表面活化和選擇性金屬涂覆來形成。這種方法涉及相對較高的初始成本，并且僅 對于較大產品數量在經濟上是可行的。雙射成型也不被視為是環境友好的方法。所有這三 種方法是基于工具的技術，它們均具有有限的靈活性、開發周期長、原型困難、設計改變昂 貴并且產生小型化的能力有限。因此，使用激光直接成型（"LDS"）方法來形成MID正變得 越來越受歡迎。在LDS方法中，計算機控制的激光束在MID上行進以在將要設置導電路徑 的位置處活化塑料表面。
[0005] 用于3DMID的激光支持的或直接成型方法（LDS)簡化了制造方法。例如，LDS方 法允許天線結構直接且成本有效地集成到手機外殼中。進一步地，LDS方法允許集成了用 于汽車和醫療應用的機械和電氣性能的復雜的機電系統（mechatronicsystem)。使用激光 直接成型方法，也能夠獲得較小的導電路徑寬度（諸如，150微米（ym)或更小）。此外，導 電路徑之間的間隔也可以較小。因此，由這種方法形成的MID在最終用途應用中可以節省 空間和重量。激光直接成型的另一優點是它的靈活性。如果想要改變電路的設計，則重新 編程控制激光的計算機是簡易事件。
[0006] 因此，LDS技術在尤其需要更薄、更堅固（strong)和多重天線功能的移動電話和 筆記本中是有用的。由于這些需求，需要具有高流動性和強度并且可用于LDS方法中的聚 合物復合材料。
[0007] 因此，需要的是具有良好的電鍍性能、高拉伸強度并且可以容易地用于LDS方法 的聚合物組合物。例如，此種聚合物組合物在需要多重天線功能的行業（例如，手機和筆記 本）中是特別有用的。
【發明內容】
[0008] 根據本發明的目的，如本文中體現并且廣泛描述的，本發明滿足這些和其他需要。 在一個實施方式中，聚合物組合物可包括熱塑性聚合物、激光直接成型添加劑和玻璃增強 組分。舉例來說，聚合物組合物在使用激光活化之后能夠電鍍。
[0009] 在另一實施方式中，另一種聚合物組合物可包括熱塑性聚合物、激光直接成型添 加劑和增強填料。舉例來說，聚合物組合物在使用激光活化之后能夠電鍍。如另一實例，彎 曲模量大于約3吉帕斯卡（GPa)并且拉伸模量大于約3GPa。
[0010] 也公開了用于制造聚合物組合物的方法，該方法包括形成包含熱塑性聚合物、激 光直接成型添加劑和增強填料的共混組合物，其中，聚合物組合物在使用激光活化之后能 夠電鍍，并且其中，彎曲模量大于約3GPa并且拉伸模量大于約3GPa。
[0011] 還公開了包含所公開的聚合物組合物的制品。
[0012] 盡管在特定的法定類別（諸如，系統法定類別）中可以描述和要求保護本發明的 實施方式，但是這僅為了方便起見，并且本領域的技術人員應理解，在任何法定類別中可以 描述和要求保護本發明的每個實施方式。除非另有明確說明，否則本文所闡述的任何方法 或實施方式絕不是旨在解釋為要求以特定順序執行其步驟。因此，當方法權利要求并未 在權利要求或說明書中明確指出這些步驟被限于特定順序時，絕不旨在以任何方面推斷順 序。這提供了解釋的任何可能的非表達性基礎，包括有關步驟或操作流程的排列的邏輯問 題，從語法組織或標點中衍生的普通含義，或者在本說明書中描述的實施方式的數量或類 型。
[0013] 在隨后的描述中將部分闡述或可以通過實踐了解其他優點。將通過在所附權利要 求中特別指出的要素和組合來實現和獲得這些優點。應當理解的是，以上一般描述和以下 詳細描述兩者均僅是示例性和說明性的，并且不是對所要求保護內容的限制。
【具體實施方式】
[0014] 參考以下詳細說明、實施例、附圖和權利要求以及它們之前和隨后的描述，可以更 容易地理解本發明。然而，在公開和描述本發明的組合物、制品、設備、系統和/或方法之 前，應當理解的是除非另外指出，否則本發明不局限于所公開的特定的組合物、制品、設備、 系統和/或方法，當然它們本身是可以改變的。還應當理解的是，本文使用的術語僅是為了 描述特定實施方式的目的，而并非旨在進行限制。
[0015] 還以其最好的目前已知的實施方式作為本發明的可行的教導提供了本發明的以 下描述。為此，相關領域的普通技術人員應當認識并了解的是，可以對本文描述的本發明的 多個實施方式做出改變和修改，同時仍獲得本發明的有益結果。還應當清楚的是，可以通過 選擇本發明的一些特征而不利用其他特征來獲得本發明的一些希望的益處。因此，相關領 域的普通技術人員將認識到對本發明的許多修改和調整是可能的，甚至在某些情況下可以 是令人希望的，并且因此其還是本發明的一部分。因此，作為本發明的原理的說明提供了以 下描述，但并非限于此。
[0016] 本發明涵蓋了本公開的要素的多種組合，例如，來自從屬于相同的獨立權利要求 的從屬權利要求中的要素的組合。
[0017] 此外，除非另外明確指出，否則應當理解的是，并非意圖將在本文中闡明的任何方 法解釋為需要以特定順序執行其步驟。因此，在方法權利要求并未實際列舉其步驟所遵循 的順序或者它并未另外地在權利要求或說明中具體陳述將步驟限制于特定順序時，它在任 何方面決不希望推斷出順序。這表明了用于解釋的任何可能的非表達基礎，包括與步驟或 操作流程的布置有關的邏輯事件；源自語法組織或標點的普通含義；和在說明書中描述的 實施方式的數量或類型。
[0018] 本文中提到的所有出版物通過引用合并于此以便與出版物所引用的內容相關聯 公開和描述這些方法和/或材料。
[0019] 還應當理解的是，本文使用的術語僅是為了描述特定實施方式的目的，而并非 旨在進行限制。如在說明書中和在權利要求中所使用的，術語"包括"可以包括實施方式 "由……組成"和"基本上由……組成"。除非另有定義，否則本文中使用的所有技術與科學 術語具有與本發明所屬領域普通技術人員通常理解的相同含義。在本說明書中和在所附權 利要求中，將會提及在此定義的多個術語。
[0020] 如在說明書和所附權利要求中使用的，除非上下文明確地另外指出，否則單數形 式"一個"、"一種"和"該"包括復數指示物。因此，例如，提及"聚碳酸酯"包括兩種或更多 種這種聚碳酸酯的混合物。此外，例如，提及填料包括兩種或更多種這種填料的混合物。
[0021] 在本文中，可以將范圍表達為從"約"一個特定值和/或至"約"另一個特定值。當 表達這樣的范圍時，另一個實施方式包括從一個特定值和/或至其他特定值。類似地，當值 表達為近似值時（通過使用先行詞"約"），應當理解的是特定值形成另一個實施方式。將 進一步理解的是，每個范圍的端點明顯地與其他端點相關且獨立于其他端點。還應當理解 的是，存在本文中公開的許多值，并且本文中還將每個值公開為除了該值本身外"約"該特 定值。例如，如果公開了值"10"，那么也公開了"約10"。還應當理解的是，還公開了兩個特 定單元之間的每個單元。例如，如果公開了 10和15,那么也公開了 11、12、13、和14。
[0022] 如在本文中使用的，術語"可選的"或"可選地"是指隨后描述的事件、條件、組分 或情況可以出現或可以不出現，并且該描述包括所述事件或情況出現的情況和不出現的情 況。
[0023] 如本文所使用的，術語或短語"有效"、"有效量"或"對于……有效的條件"是指 能夠實施表達有效量的功能或性質的這樣的量或條件。如以下將指出的，根據可辨別的變 量，如所使用的材料和所觀察的加工條件，不同實施方式間所需的確切量或特定條件也將 不同。因此，不能總是明確精確的"有效量"或"對于……有效的條件"。然而，應當理解的 是，本領域普通技術人員僅使用常規的實驗可以容易地確定合適的有效量。
[0024] 公開了用于制備本發明所公開的組合物的組分材料以及在本文所公開的方法內 使用的組合物本身。本文公開了這些材料和其他材料，并且應當理解的是，當公開這些材料 的組合、子集、相互作用、組等時，在不能明確地公開這些化合物的每種不同的單獨和集體 的組合以及改變的具體參考時，本文明確地考慮并描述了每一種。例如，如果公開和討論了 特定的化合物并且討論了能夠對包括該化合物的許多分子進行的許多修飾，除非明確地指 出相反，否則明確考慮的是化合物的每種和所有的組合與改變以及可能的變更。因此，如果 公開了一類分子A、B和C以及一類分子D、E和F并且公開了組合分子的實例A-D，那么即 使沒有單獨地述及每一種，每一種也是單獨地和結合地考慮的含義組合，認為公開了A-E、 A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F。同樣地，還公開了這些的任何子集或組合。因此，例 如，可以認為公開了子集A-E、B-F和C-E。這個概念適用于本申請的所有實施方式，包括但 不限于制作和使用本發明的組合物的方法中的步驟。因此，如果存在許多另外的可以進行 的步驟，應當理解的是，這些另外的步驟中的每一個都可以利用本發明的方法的任何具體 實施方式或實施方式的組合來進行。
[0025] 在說明書和隨附權利要求書中提及組合物或制品中特定要素或組分的重量份 (Pbw)指示以重量份表示的組合物或制品中要素或組分與任何其它要素或組分之間的重量 關系。因此，在含有2重量份組分X和5重量份組分Y的組合物中，X和Y以2:5的重量比 存在，并且不管化合物中是否包含其它組分，以該比值存在。
[0026] 除非明確地指出相反，否則組分的重量百分數（wt% )是基于其中包括該組分的 配制品或組合物的總重量。例如，如果說組合物或制品中特定的元素或組分具有8wt%，則 應當理解的是該百分比相對于100%的總組成百分比。
[0027] 使用標準命名法來描述本文公開的化合物。例如，應當將沒有被任何指定基團取 代的任何位置理解為其化合價被所指定的鍵或氫原子填充。不在兩個字母或符號之間的 橫線用來表示取代基的連接點。例如，-CHO通過羰基基團的碳連接。除非另外定 義，否則在本文中使用的技術和科學術語具有與本發明所屬領域中的技術人員通常理解的 相同含義。
[0028] 如本文中所使用的，術語"烷基基團"是1至24個碳原子的支化或非支化的飽和 烴基，如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、癸基、 十四烷基、十六烷基、二十烷基、二十四烷基等。"低級烷基"基團是含有1至6個碳原子的 烷基基團O
[0029] 如本文中所使用的，術語"烷氧基"是通過單個端部醚鍵結合的烷基基團；S卩，可以 將"烷氧基"基團定義為0R，其中，R是如以上定義的烷基。"低級烷氧基"基團是含有1至 6個碳原子的烷氧基基團。
[0030] 如本文所使用的，術語"烯基基團"是具有2至24個碳原子并且結構式含有至少 一個碳-碳雙鍵的烴基。不對稱結構如（AB)C=C(CD)旨在包括E和Z兩種異構體。這能 夠在本文的結構式中推定，其中存在不對稱的烯烴，或它能夠明確地通過鍵符號C表示。
[0031] 如本文所使用的，術語"炔基基團"是具有2至24個碳原子且結構式含有至少一 個碳-碳三鍵的烴基。
[0032] 如本文中所使用的，術語"芳基基團"是任何碳類芳香族基團，包括但不限于苯、萘 等。術語"芳香族"還包括"雜芳基基團"，將其定義為在芳香族基團的環內結合有至少1個 雜原子的芳香族基團。雜原子的實例包括但不限于氮、氧、硫和磷。芳基基團可以是取代的 或未取代的。芳基基團可以被一個或多個基團取代，包括但不限于烷基、炔基、烯基、芳基、 鹵化物、硝基、氨基、酯、酮、醛、羥基、羧酸或烷氧基。
[0033] 如本文所使用的，術語"環烷基基團"是由至少3個碳原子組成的非芳香族碳類 環。環烷基基團的實例包括但不限于環丙基、環丁基、環戊基、環己基等。術語"雜環烷基基 團"是其中至少一個環碳原子被雜原子取代的如上定義的環烷基基團，該雜原子例如但不 限于氮、氧、硫或磷。
[0034] 如本文所使用的，術語"芳烷基"是具有連接至芳香族基團的如上所定義的烷基、 炔基或烯基基團的芳基基團。芳烷基基團的實例是芐基基團。
[0035] 如本文所使用的，術語"酯"由式-C(O)OA表示，其中A可以是如上所述的烷基、鹵 代烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、環烷基、環烯基、雜環烷基或雜環烯基基團O
[0036] 如本文中所使用的，術語"碳酸酯基團"由式-OC(0)OR表示，其中，R可以是如上所 述的氫、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、環烷基、鹵代烷基或雜環烷基基團。
[0037] 如本文所使用的，術語"羧酸"由式-C(O)OH表示。
[0038] 如本文所使用的，術語"醛"是由式-C(0)H表示。
[0039] 如本文所使用的，術語"酮基團"由式-C(O)R表示，其中R是如上所述的烷基、烯 基、炔基、芳基、芳烷基、環烷基、鹵代烷基或雜環烷基基團。
[0040] 如本文所使用的，術語"羰基基團"由式C= 0表示。
[0041] 如本文所使用的，術語"醚"由式AOA1表示，其中，A和A1可以獨立地是如上所述 的烷基、鹵代烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、環烷基、環烯基、雜環烷基或雜環烯基基團O
[0042] 如本文所使用的，術語"數均分子量"或"Mn"可以互換使用，并是指樣品中所有聚 合物鏈的統計平均分子量，且由以下公式定義：
[0044] 其中，M1是鏈的分子量并且N1是具有該分子量的鏈的數目。針對聚合物，如聚碳酸 酯聚合物或聚碳酸酯-PMMA共聚物，能夠通過本領域普通技術人員公知的方法測定Mn。應 當理解的是，如本文所使用的，通過凝膠滲透色譜法測定Mn并且用聚碳酸酯標準校準。例 如，可以使用交聯的苯乙烯-二乙烯基苯柱，以1毫克/毫升（mg/ml)的樣品濃度與適當的 流動相溶劑進行凝膠滲透色譜法。
[0045] 如本文所使用的，術語"重均分子量"或"Mw"能夠互換使用，并由以下公式定義：
[0047] 其中，Mi是鏈的分子量并且Ni是具有該分子量的鏈的數目。與Mn相比，在確定對 分子量平均值的貢獻時，Mw考慮了給定鏈的分子量。因此，給定鏈的分子量越大，鏈對Mw的 貢獻越大。應當理解的是，如本文所使用的，通過凝膠滲透色譜法測定Mw。在一些情況下， 通過凝膠滲透色譜法測定Mw并且用聚碳酸酯標準校準。以約1毫克/毫升的樣品濃度與 適當的流動相溶劑，使用交聯的苯乙烯_二乙烯基苯柱可以進行凝膠滲透色譜法。
[0048] 如本文所使用的，術語"多分散指數"或"roi"可以互換使用，并且由下式進行定 義：
[0050] PDI的值等于或大于1，但是當聚合物鏈接近均勻鏈長度時，PDI接近一致。
[0051] 如本文所使用的，術語"聚碳酸酯"或"多種聚碳酸酯"