包含分散于聚合物基體中的較低含量導電纖維且屏蔽性能改善的復合材料的制作方法

專利名稱：包含分散于聚合物基體中的較低含量導電纖維且屏蔽性能改善的復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于屏蔽電磁輻射的復合材料及其制備。一般地，本發明復合材料包含高度分散于聚合物基體中的導電纖維。本發明還涉及球丸及其制備。這些球丸用于制備所含導電纖維高度分散于聚合物基體中的復合材料。
背景技術：
電子設備如計算機和其它數字設備逐步增長的使用已引起人們關注與電磁輻射如雷達波、微波和電子電路產生的電磁輻射有關的危害。基于這些關注，開發了電磁屏蔽復合材料用于1)保護電子設備的使用者，2)保護電子設備，和3)保護周圍電子設備。隨著電子產業的發展，對可引入到電子產品并改善電磁屏蔽性能的材料的需求也在增加。
與傳統金屬材料相比，用導電材料制備的塑料制品尤其方便，因為它們重量輕、用注塑技術容易生產和成本低。一般地，這些導電材料是塑料和導電纖維的復合材料。
將導電纖維引入聚合物基體中時使用了大量傳統技術以制備電磁屏蔽復合材料。這些技術的一個缺點是它們不能提供導電纖維在復合材料中的充分分散。導致導電纖維在復合材料中分散性很差的技術需要使用更大量的纖維以獲得有效的電磁屏蔽性能。為了解決這一難題，傳統技術已采用了幾種機械方法將導電纖維和聚合物充分混合以制備復合材料產品。遺憾的是，將導電纖維和聚合物機械共混會產生應力且造成纖維的損壞如斷裂或破損。這些損壞的纖維由于在復合材料制品中的導電能力降低使得它們的電磁屏蔽性能也降低。
制備電磁屏蔽復合材料的基本技術例如包括將熱塑性塑料加熱到熔融溫度，而后捏煉進導電粉末纖維。遺憾地是，當導電纖維和熔融熱塑性塑料捏煉時，由于捏煉螺桿和樹脂剪切作用產生的切斷作用，纖維經常斷裂。這些纖維斷裂成越來越小的片段使所得到的復合材料制品僅含有更短的斷裂纖維。這些短纖維由于它們在復合材料制品中導電性降低造成了復合材料制品的電磁屏蔽性能降低。用斷裂纖維制備的復合材料制品需要使用更大量的纖維并可能造成這樣制備的復合材料制品產生脆性。此外，直接使用斷裂纖維和粉末的操作人員在處理這些材料時會感到疼痛或發癢。
為了避免直接共混入斷裂纖維的問題，嘗試通過用聚合物浸漬導電纖維并隨后將浸漬過的纖維切成球丸形式來提供電磁屏蔽塑料化合物球丸。這一方法的例子包括使用連續長度的纖絲，它經過一個含熔融樹脂的浴槽，借此這些纖絲被聚合物浸漬。一旦纖絲被浸漬過，它們就從浴槽中連續抽出，在通過熱源以前或以后復合并冷卻將熔融樹脂結合在纖維周圍。這些浸漬過的纖維被切成球丸，隨后制備到復合材料制品中。浸漬技術的另一個例子包括使用幾股(纖絲)組成的導電絲束。絲束被機械撐開使得幾股(纖絲)間浸漬聚合物，隨后纖絲集結成浸漬絲束，它被冷卻并切成球丸。這些浸漬技術有很多缺點。一個缺點是浸漬技術相對緩慢并且繁重。此外浸漬技術通常不能提供聚合物和纖維足夠的完整性。當浸漬過的纖維切成球丸時經常會破損并且會同樹脂分離。當將球丸結合到復合材料中時，浸漬技術制備的球丸經常不能充分分散纖維并具有很差的電磁屏蔽能力。相信這是由于，至少部分是浸漬技術得到的聚合物和纖維沒有足夠的完整性。
與浸漬技術相關問題的一個可能解決方法是用聚合物鞘包裹或涂覆纖維。例如，授予Mayama等的美國專利4,530,779公開了先用偶聯劑涂覆纖維絲束并隨后用聚合物涂覆纖維。涂覆過的纖維被切成球丸。其它制備電磁屏蔽制品的嘗試方法將導電纖維股通過聚合物材料浴槽以首先浸漬纖維。這些浸漬過的纖維用授予Soens的美國專利4,664,971和5,397,608所列舉的第二聚合物材料包裹。這些包裹的纖維被切成球丸。上述Mayama等和Soens詳述方法的一個缺點是這些方法制備的球丸自身不足以形成電磁屏蔽復合材料。必須在球丸中加入另外的聚合物材料，這需采用附加的共混步驟，此步驟常造成機械損壞如導電纖維的斷裂或破損。導電纖維的機械損壞使復合材料具有很差的電磁屏蔽性能。另一方法，見Kosunga的美國專利4,960,642，公開了用寡聚物浸漬導電纖維和將所得浸漬過的纖維束用聚合物包裹。包裹的纖維束被切成球丸。Kosunga等人方法的一個主要缺點是纖維必須在壓力下浸漬。
因此，本領域很久以來就需要一種方法在聚合物基體中充分分散導電纖維以制備電磁屏蔽復合材料。本發明提供了這樣一種方法，沒有任何與上面所述常規方法相同的缺點。與常規方法不同，本發明提供了一種具有改善的電磁屏蔽性能的復合材料，并避免了對導電纖維的不必要的機械損壞。本發明也提供了其自身可以結合到電磁屏蔽復合材料中的球丸，并且避免了將額外聚合物材料共混到球丸的步驟。而且本發明避免了常規方法常見的復雜和/或繁重的浸漬技術。
發明概述本發明的對象是電磁屏蔽復合材料及其制備，其中復合材料包含在聚合物基體中高度分散的導電纖維。本發明的另一個對象是球丸，其自身可用于制備包含高度分散導電纖維的電磁屏蔽復合材料。球丸包含導電纖維芯、化學處理劑和包鞘聚合物。
根據本發明，通過將導電纖維用化學試劑處理從而得到化學處理過的纖維來制備球丸。然后化學處理過的纖維用聚合物鞘包裹從而得到鞘包裹纖維股。鞘包裹纖維股接著切成球丸。
鞘包裹纖維股被切成球丸，它不需要任何額外聚合物，可被結合到電磁屏蔽復合材料中，球丸優選平均直徑從2mm~12mm。
導電纖維股包含多根集結在一起的纖維，纖維由任何導電材料組成。集結纖維可完全由金屬，金屬合金或導電聚合物組成。集結纖維也可包含經涂覆，電鍍或其它處理后纖維能夠導電的有機或無機纖維。優選的導電纖維股包含至少40根集結在一起的纖維。
最終聚合物鞘包裹的球丸最多應該包含不超過8wt％的化學處理劑，優選不超過5％。高于8wt％的量會導致注塑時的一些問題如尾氣和尾流。優選地，化學處理劑包含液體形式(水相或優選非-水相)的有機材料，前者的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不高于1500厘泊(cps)(1.5Pa.s)，優選不高于800cps(0.8Pa.s)，更優選不高于200cps(0.2Pa.s)。化學處理劑的有機材料也應和聚合物鞘相容。優選地，化學處理劑包含有機單體或聚合度低于20的寡聚體。組成本發明化學處理劑的適當有機材料例子包括雙酚A、丙氧基化的雙酚A，二苯基醚、二苯基砜、1，2-二苯乙烯、雙酚A的二縮水甘油醚、異氰脲酸三縮水甘油酯、檸檬酸、季戊四醇、二氰基二酰亞胺、4，4’-磺酰二苯胺、3，3’-磺酰二苯胺、硬脂酸酯封端的丙二醇富馬酸酯寡聚物、硬脂酸丁氧乙基酯、碳酸亞乙酯、失水山梨糖醇單硬脂酸酯、氫化植物油。
可通過本領域熟知的方法使用化學處理劑。優選地將一股導電纖維拖曳通過含化學處理劑的浴槽，化學處理劑加熱到80℃-180℃(176°F-356°F)使粘度不高于1500cps(1.5Pa.s)，優選不高于800cps(0.8Pa.s)，更優選不高于200cps(0.2Pa.s)。優選地，在纖維股進入浴槽前首先將其加熱以促進化學處理劑進入其縫隙的芯吸作用。盡管不是優選的，但可通過采用美國專利6,099,910所述的方法使用化學處理劑。因此，化學處理劑可施用到單獨的纖維，纖維隨后集結形成浸漬纖維股，接著用包鞘聚合物將纖維股包鞘。
聚合物鞘可含任何聚合物如熱固性或熱塑性聚合物。如果化學處理的纖維股用熱固性聚合物包鞘，熱固性聚合物可不經固化或部分固化。熱固性聚合物應是可熱或光轉化的，單獨或與催化劑、促進劑、交聯劑一起使用形成本發明的電磁屏蔽復合材料。舉例來說，一些用作本發明聚合物鞘的聚合物包括聚酯、聚醚、聚碳酸酯、環氧化物、酚、環氧酚醛、環氧-聚氨酯、脲類樹脂、苯酚甲醛樹脂、蜜胺樹脂、蜜胺硫脲樹脂、脲-醛樹脂、醇酸樹脂、聚硫樹脂、乙烯基有機預聚物、多官能化乙烯基醚、環醚、環酯、聚碳酸酯-共酯、聚碳酸酯-共-硅橡膠、聚醚酯、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺和聚氯乙烯。聚合物材料可以單獨使用或同共聚物一起使用，也使用了相容的聚合物的共混物。簡而言之，可選擇任何常規的聚合物材料，特意選擇的聚合物對本發明一般來講并不重要。優選的聚合物是聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，聚對苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯、聚丙烯和尼龍。
包鞘聚合物施用到化學處理過的纖維股上使纖維股完全用聚合物包封，得到包含化學處理過的導電纖維股內芯的材料，纖維股被具有相對均勻厚度的聚合物鞘包鞘。可以采用常規的電線包塑方法來包鞘本發明化學處理過的纖維股。這些方法包括將化學處理過的纖維股通過單孔擠出口模，此口模提供熔融聚合物以包裹纖維股。優選的電線包塑方法描述于美國專利6,099,910。
一旦化學處理過的纖維股用聚合物鞘包裹，它可被切成隨后結合到電磁屏蔽復合材料中的球丸，而不需要任何額外聚合物或其它成分。任何常規的切碎機可以用于本發明。
附圖簡述

圖1表示常規方法制備的復合材料和根據本發明制備的復合材料的電磁屏蔽性能比較。
發明詳述本發明電磁屏蔽復合材料在聚合物基體中含高度分散量的導電纖維，與具有同量和同種類型導電纖維的傳統電磁屏蔽復合材料相比，它一般具有更強的屏蔽性能。圖1舉例說明了使用低量導電纖維卻具有改善的屏蔽性能。圖1的x軸代表了導電纖維的量占復合材料的wt％而y軸代表了根據ASTM D4935測量的復合材料的電磁屏蔽性能分貝數。圖1中的兩個點是根據常規方法制備的電磁屏蔽復合材料的兩個對比樣品。對比樣品根據標題是下述實施例32-33所概括的方法制備。線性擬合線通過連線對比樣品點繪出，對比樣品點包括點(0，0)，圖1的另外兩個點是根據本發明制備的電磁屏蔽復合材料的兩個發明樣品。發明樣品根據標題是下述實施例30-31概括的方法制備。在圖1中看到，根據本發明制備的復合材料在任何給定纖維含量下普遍具有增強的屏蔽性能。
在本發明的一個實施方案中，用于制備本發明電磁屏蔽復合材料的球丸根據下面描述的方法制備。導電纖維股置于拉伸粗紗架上，如Compensating Tension Controls公司(CTC)提供的Unwind TensionCompensator Model 800C012。纖維股接著在恒定拉力下通過管式爐如55035A型(Lindberg，304Hart St.，Wartertown，Wisconsin)。管式爐一般在800°F(427℃)下操作，這為纖維的表面提供了足夠的熱能來促進化學處理劑芯吸到單獨的纖絲上。加熱的纖維接著通過一種化學處理劑應用裝置，此裝置可通過將0.125英寸(3.175cm)寬的凹槽加工到6英寸(15.24cm)×0.50英寸(1.27cm)×1英寸(2.54cm)的銅條上制造。一般而言，凹槽深度從兩端為0.50英寸(1.27cm)到中間為0.25英寸(0.63cm)變化。典型地，凹槽的底部有兩個孔，化學處理劑可泵抽通過它們。合適的泵是Zenith model HPB，傳輸能力為0.297cc/轉，由在北卡羅萊納州桑福德Parker Hannifin公司的Zenith Pumps部提供。化學處理劑可經金屬管被傳送到涂布器上，從置于實驗加熱板上的加熱貯槽泵抽上來，典型地為1加侖的金屬漆。接著化學處理過的纖維股通過充滿熔融熱塑性塑料的單孔擠出包塑口模，例如，新澤西州的Killion公司提供的KN-200型，2英寸螺桿(5.08cm)，最大轉速100rpm的擠出機。接著供應到擠出機上的熱塑性樹脂優選用位于俄亥俄州的IMS公司提供的N-2型樹脂干燥爐干燥。化學處理過的纖維股用熔融熱塑性樹脂包裹后，它脫離擠出包塑口模并立即進入12英尺(3.66米)長充滿水的冷卻槽。水浴中的水通過使用如位于伊利諾斯州的Haskris公司提供的R100型冷卻單元保持在室溫或更低。當包鞘纖維股脫離冷卻槽后，使熱塑性塑料包鞘的絲束通過空氣刀除掉過量的水，如Massachusetts的Berlyn公司提供的HV-1型空氣刀。通過使用位于密歇根州的Conair/Jetro公司提供的Conair 204T型切碎機將包塑材料切成單獨的4毫米長來制備球丸。球丸在注塑到測試樣品或復合材料成品部件內之前先用上述方法干燥。
本發明使用的合適導電纖維由大量供應商提供。不銹鋼纖維可由位于喬治亞州的Bekaert Corporation/Bekaert Fibre TechnologiesMarietta提供，產品號為Beki-Shield BU08/5000CRE和Beki-ShieldBU08/12000CRE。一類電鍍的金屬涂布碳纖維可由位于紐約的Composite Material，L.L.C提供，產品號為PPO-1200-NiCuNi、PPO-1200-NiCu和PPO-1200-Ni。另一類電鍍的金屬涂布碳纖維由加利福尼亞州的Toho碳纖維公司提供，產品號為G30-50012KA203MC。另一類金屬涂布碳纖維由位于新澤西州的Inco Special Products公司提供，產品號為INCOFIBER12K20鎳涂布碳纖維和INCOFIBER12K50鎳涂布碳纖維。碳纖維采用加利福尼亞州的Toho碳纖維公司提供的G30-500HTA7CNS01和加利福尼亞州的Grafil公司提供的Grafil34-700 12K。
本發明使用的合適導電纖維股可通過本領域熟知的傳統方法制備。例如，由40根銅纖絲構成的絲束可由10個線軸的awg-41裸銅線來制備，awg-41裸銅線由新罕布什爾州的Elektrisola公司提供，方法是將10個線軸上的10根分離的導線纏到一個線軸上形成10根纖絲組成的絲束。同樣，4條這樣包含10根纖絲的絲束通過將它們纏到一個線軸上形成40根纖絲組成的絲束。
實施例
電磁干涉(EMI)屏蔽測試根據ASTM D 4935進行。這需要測試夾具來夾住直徑為4英寸的注塑測試樣品。合適的ASTM D4935樣品夾具由紐約的Electro-Metrics公司以商品提供。合適的分析儀是HPRF矢量網絡分析儀，由科羅拉多州的Agilent Technologies以商品提供。這為30Mhz-1.2Ghz的頻率范圍提供了平均屏蔽效率數。表面電導率采用ASTM D257描述的方法測量。
下面實施例使用的硬脂酸酯封端的富馬酸丙二醇酯寡聚物(PGF-ST)化學處理劑制備方法如下在10加侖不銹鋼反應器中加入8.885kg的丙二醇(Ashland Chemical公司，Columbus，俄亥俄州)，8.469kg的富馬酸(Huntsman Specialty Chemical)，13.84kg硬脂酸(AldrichChemical)和31.19g的二丁基氧化錫(DBTO)催化劑，催化劑由賓夕法尼亞州的Elf Atochem以商標名Fascat 4201提供。為了穩定性，在反應器中加入由威斯康星州的Aldrich Chemical提供的3.51g、112.5ppm苯氫醌(THQ)。丙二醇(PG)，富馬酸(FA)和硬脂酸(ST)的摩爾投料比為4∶3∶2，還需加入20％的丙二醇以補充反應過程中蒸餾柱上丙二醇的損失。混合物在氮氣保護下加熱到390°F(199℃)反應5小時。反應終點通過測量硬脂酸酯封端的PG-富馬酸酯產物的粘度來確定，此時產物的粘度由ICI錐形和平板粘度計在50℃(122°F)下測得，為150-190厘泊(0.15Pa.s-0.19Pa.s)。觀察反應終點的酸值范圍在0-2毫當量KOH/g樹脂。
實施例12kg丙氧基化的雙酚A加入1加侖的金屬漆桶中。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，雙-A-二酚的粘度為1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝5.63g/min；擠出機＝277.48g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.42g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.69kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用83.24kg的熱塑性樹脂包裹，得到97.93kg的復合材料球丸，其組成為13.27％的NiCuNi纖維，1.73％的雙-A-二酚化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為48db。
實施例25kg PGF-ST加入1加侖的金屬漆桶中。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，聚酯寡聚物的粘度為150cps(0.15Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝16.5g/min；擠出機＝357.9g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.42g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用4.6kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用99.7kg的熱塑性樹脂包裹，得到117.3kg的復合材料球丸，其組成為11.1％的NiCuNi纖維，3.9％的PGF-ST化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為22db。
實施例36kg碳酸亞乙酯加入1加侖的金屬漆桶。此化學處理劑不經加熱。含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在室溫70°F(21.1℃)。在此溫度下，單體的粘度為1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝19g/min；擠出機＝376g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.55g/m，沒有將其加熱。在這些條件下，用5.2kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用103.3kg的熱塑性樹脂包裹，得到121.5kg的復合材料球丸，其組成為10.7％的NiCuNi纖維，4.3％的碳酸亞乙酯化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好，但質量沒有上面的兩個實施例好。偶爾可以在球丸本體內看到一些松散的纖絲。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為49db。
實施例4通過將1.5kg、6.57摩爾的雙酚-A加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得4.38摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為40cps(0.04Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.25g/min；擠出機＝271.53g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.37g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為75db，表面電阻系數為0.6-52ohm/sq。
實施例5通過將1.5kg、0.29摩爾的脫水山梨糖醇單硬脂酸酯加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得0.19摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為40cps(0.04Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.25g/min；擠出機＝271.53g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.37g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/脫水山梨糖醇單硬脂酸酯化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為75db。
實施例64kg蓖麻油加入1加侖的金屬漆桶。此化學處理劑不經加熱。含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在室溫70°F(21.1℃)。在此溫度下，單體的粘度為1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝10g/min；擠出機＝308g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.45g/m，沒有將其加熱。在這些條件下，用2.93kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用90.24kg的熱塑性樹脂包裹，得到106.17kg的復合材料球丸，其組成為12.2％的NiCuNi纖維，2.8％的蓖麻油化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好，但質量沒有上面的兩個實施例好。偶爾可以在球丸本體內看到一些松散的纖絲。將處于熔融溫度580°F(304℃)下的球丸注塑到180°F(82.2℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為13db。
實施例7通過將0.6kg、3.12摩爾檸檬酸加入到1加侖金屬漆桶里所含的2.4kg雙酚-A-丙氧基化物中制得1.30摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為3cps(0.003Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝5.75g/min；擠出機＝250g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.26g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/檸檬酸化學處理劑和85％聚碳酸酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為81db，表面電阻系數為0.2-93ohm/sq。
實施例8通過將1.5kg、0.29摩爾脫水山梨糖醇單硬脂酸酯加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得0.19摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為40cps(0.04Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.25g/min；擠出機＝271.53g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.37g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/脫水山梨糖醇單硬脂酸酯化學處理劑和85％聚碳酸酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為82db，表面電阻系數為0.4-11.1ohm/sq。
實施例9將3kg脫水山梨糖醇單硬脂酸酯加入到1加侖金屬漆桶里。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，脫水山梨糖醇單硬脂酸酯的粘度為1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝7g/min；擠出機＝304.1g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.42g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的脫水山梨糖醇單硬脂酸酯化學處理劑和85％聚碳酸酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為84db，表面電阻系數為0.2-1.2ohm/sq。
實施例104kg礦物油加入1加侖的金屬漆桶。此化學處理劑不經加熱。含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在室溫70°F(21.1℃)。在此溫度下，單體的粘度小于1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝9.6g/min；擠出機＝313.2g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.50g/m，沒有將其加熱。在這些條件下，用2.73kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用89.15kg的熱塑性樹脂包裹，得到104.9kg的復合材料球丸，其組成為12.4％的NiCuNi纖維，2.6％的礦物油化學處理劑和85％聚對苯二甲酸丁二醇酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好，但質量沒有下面的兩個實施例好。偶爾可以在球丸本體內看到一些松散的纖絲。將處于熔融溫度560°F(293℃)下的球丸注塑到180°F(82.2℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為21db。
實施例11通過將1.5kg、0.29摩爾脫水山梨糖醇單硬脂酸酯加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得0.19摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度小于1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.25g/min；擠出機＝271.53g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.37g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/脫水山梨糖醇單硬脂酸酯化學處理劑和85％聚對苯二甲酸丁二醇酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度560°F(293℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為71db，表面電阻系數為0.9-35ohm/sq。
實施例12將3kg丁氧基乙基硬脂酸酯加入到1加侖金屬添桶里。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，丁氧基乙基硬脂酸酯的粘度小于1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝7g/min；擠出機＝304.1g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.53g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的丁氧基乙基硬脂酸酯化學處理劑和85％聚對苯二甲酸丁二醇酯。其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度560°F(293℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為73db，表面電阻系數為4.4-999ohm/sq。
實施例13將3kg氫化的植物油加入到1加侖金屬漆桶里。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，氫化的植物油的粘度小于1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.6g/min；擠出機＝286.7g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.44g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的氫化的植物油化學處理劑和85％聚對苯二甲酸丁二醇酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度560°F(293℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTMD4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為79db，表面電阻系數為1.2-41ohm/sq。
實施例14將5kg碳酸亞乙基酯加入1加侖的金屬漆桶。此化學處理劑不經加熱。含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在室溫70°F(21.1℃)。在此溫度下，單體的粘度小于1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝17g/min；擠出機＝365g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.55g/m，沒有將其加熱。在這些條件下，用4.7kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用100.1kg的熱塑性樹脂包裹，得到121.5kg的復合材料球丸，其組成為11％的NiCuNi纖維，4％的碳酸亞乙基酯化學處理劑和85％聚丙烯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好，但質量沒有上面的實施例13好。偶爾可以在球丸本體內看到一些松散的纖絲。將處于熔融溫度535°F(279℃)下的球丸注塑到130°F(54.4℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為70db，表面電阻系數為5-25ohm/sq。
實施例15通過將0.6kg、3.12摩爾檸檬酸加入到1加侖金屬漆桶里所含的2.4kg雙酚-A-丙氧基化物中制得1.30摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為3cps(0.003Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.65g/min；擠出機＝289g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.45g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/檸檬酸化學處理劑和85％聚丙烯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度535°F(279℃)下的球丸注塑到130°F(54.4℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為85db，表面電阻系數為0.6-9.6ohm/sq。
實施例16
通過將0.75kg、3.29摩爾的雙酚-A加入到1加侖金屬漆桶里所含的2.25kg雙酚-A-丙氧基化物中制得2.19摩爾溶液。此化學處理劑混合物在330°F(165℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為小于1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.65g/min；擠出機＝289g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCu，平均產量為1.45g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的NiCu纖維，1.96％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和85％的尼龍，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為77db，表面電阻系數為2.9-450ohm/sq。
實施例17將4kg PGF-ST加入到1加侖金屬漆桶里。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，聚酯寡聚物的粘度為30cps(0.03Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝13g/min；擠出機＝338g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.53g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用3.62kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用94.2kg的熱塑性樹脂包裹，得到110.8kg的復合材料球丸，其組成為11.7％的NiCuNi纖維，3.3％的PGF-ST化學處理劑和85％ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度490°F(254.4℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為68db。
實施例18將5kg PGF-ST加入到1加侖金屬漆桶里。此化學處理劑在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，聚酯寡聚物的粘度為30cps(0.03Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝16.4g/min；擠出機＝375g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.63g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用4.32kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用98.1kg的熱塑性樹脂包裹，得到115.4kg的復合材料球丸，其組成為11.3％的NiCuNi纖維，3.7％的PGF-ST化學處理劑和85％聚對苯二甲酸乙二醇酯，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度560°F(293℃)下的球丸注塑到180°F(82.2℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為82db，表面電阻系數為2-5ohm/sq。
實施例19將5kg碳酸亞乙酯加入1加侖的金屬漆桶。此化學處理劑不經加熱。含內容物的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在室溫70°F(21.1℃)。在此溫度下，單體的粘度為1cps(0.001Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝16g/min；擠出機＝332g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是NiCuNi，平均產量為1.40g/m，沒有將其加熱。在這些條件下，用4.9kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用101.3kg的熱塑性樹脂包裹，得到119.1kg的復合材料球丸，其組成為10.9％的NiCuNi纖維，4.1％的碳酸亞乙酯化學處理劑和85％HIPS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好，但質量沒有上面兩個實施例好。偶爾可以在球丸本體內看到一些松散的纖絲。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。偶爾可以看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為73db，表面電阻系數為8-50ohm/sq。
實施例20通過將1.5kg、6.57摩爾的雙酚-A加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得4.38摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為40cps(0.04Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.75g/min；擠出機＝293.25g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是不銹鋼，平均產量為1.48g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的不銹鋼纖維，1.96％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為53db，表面電阻系數高于20ohm/sq。
實施例21使用與實施例20相同的化學處理劑和導電纖維，可通過設定如下處理參數制得含有低濃度導電纖維的樣品牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.75g/min；擠出機＝465.75g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.31kg的化學處理劑涂敷8.7kg的導電纖維，接著混合物用90.05kg的熱塑性樹脂包裹，得到100.05kg的復合材料球丸，其組成為8.7％的不銹鋼纖維，1.3％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和90％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的10％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為45db。
實施例22電鍍鎳涂覆碳導電纖維，平均產量為1.39g/m，通過實施例20描述的方法處理。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.35g/min；擠出機＝275.87g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的Ni-C纖維，1.96％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTMD4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為74db，表面電阻系數為1-14ohm/sq。
實施例23使用與實施例20相同的化學處理劑和導電纖維，可通過設定如下處理參數制得含有低濃度導電纖維的樣品牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.35g/min；擠出機＝438.15g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.31kg的化學處理劑涂敷8.69kg的導電纖維，接著混合物用90.05kg的熱塑性樹脂包裹，得到100.05kg的復合材料球丸，其組成為8.7％的導電纖維，1.3％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和90％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的10％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為61db。
實施例24化學氣相沉積(CVD)鎳涂覆碳導電纖維，平均產量為2.01g/m，通過實施例20描述的方法處理。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝9.3g/min；擠出機＝399.69g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的CVD-Ni-C纖維，1.96％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為80db，表面電阻系數為0.3-48ohm/sq。
實施例25使用與實施例24相同的化學處理劑和導電纖維，可通過設定如下處理參數制得含有低濃度導電纖維的樣品牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝9.2g/min；擠出機＝634.8g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.31kg的化學處理劑涂敷8.69kg的導電纖維，接著混合物用90.05kg的熱塑性樹脂包裹，得到100.05kg的復合材料球丸，其組成為8.7％的CVD-Ni-C纖維，1.3％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和90％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的10％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為73db。
實施例26使用與實施例4相同的化學處理劑和平均產量為1.36g/m的NiCu導電纖維，可通過設定如下處理參數制得含有低濃度導電纖維的樣品牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.2g/min；擠出機＝427.8g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.31kg的化學處理劑涂敷8.69kg的導電纖維，接著混合物用90.05kg的熱塑性樹脂包裹，得到100.05kg的復合材料球丸，其組成為8.7％的導電纖維，1.3％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和90％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的10％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為71db。
實施例27一個由40根銅導線纖絲組成的實驗絲束，平均產量為1.36g/m，通過實施例4描述的方法處理。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.2g/min；擠出機＝269.36g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的導電纖維，接著混合物用84.72kg的熱塑性樹脂包裹，得到99.67kg的復合材料球丸，其組成為13.04％的銅纖維，1.96％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和85％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的15％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為14db。
實施例28使用與實施例16相同的化學處理劑和平均產量為0.82g/m的碳纖維，可通過設定如下處理參數制得含有極低濃度導電纖維的樣品牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.3g/min；擠出機＝1010.4g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用1.2kg的化學處理劑涂敷4.8kg的導電纖維，接著混合物用194kg的熱塑性樹脂包裹，得到200kg的復合材料球丸，其組成為2.4％的導電纖維，0.6％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和97％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的3％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為17db，表面電阻系數為600-7000ohm/sq。
實施例29使用與實施例16相同的化學處理劑和平均產量為0.82g/m的碳纖維，可通過設定如下處理參數制得含有高濃度導電纖維的樣品牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝6.3g/min；擠出機＝125g/min；切碎機＝4mm切片長度。在這些條件下，用4kg的化學處理劑涂敷16kg的導電纖維，接著混合物用80kg的熱塑性樹脂包裹，得到100kg的復合材料球丸，其組成為16％的導電纖維，4％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和80％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的20％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×2mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為56db，表面電阻系數為3-8ohm/sq。
實施例30(發明樣品15％纖維)通過將1.5kg、6.57摩爾的雙酚-A加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得4.38摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為40cps(0.04Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝9.20g/min；擠出機＝337.17g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是電鍍鎳碳纖維，平均產量為2.01g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.95kg的化學處理劑涂敷13kg的鎳涂覆碳導電纖維，接著混合物用71.47kg的熱塑性樹脂包裹，得到86.40kg的復合材料球丸，其組成為15.04％的鎳涂覆碳纖維，2.26％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和87.2％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的17.3％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為80db，表面電阻系數低于3.1ohm/sq。
實施例31(發明樣品10％纖維)通過將1.5kg、6.57摩爾的雙酚-A加入到1加侖金屬漆桶里所含的1.5kg雙酚-A-丙氧基化物中制得4.38摩爾溶液。此化學處理劑混合物在130°F(54.4℃)烘箱中加熱3小時。熱平衡后，含此均勻化學處理劑的容器置于前面所述處理裝置的加熱板上，溫度保持在120°F(48.9℃)。在此溫度下，溶液的粘度為40cps(0.04Pa.s)。處理參數設定如下牽引機＝30.48m/min；Zenith泵＝9.20g/min；擠出機＝542.8g/min；切碎機＝4mm切片長度。所用導電纖維是電鍍鎳碳纖維，平均產量為2.01g/m，將其通過管式加熱爐加熱。在這些條件下，用1.31kg的化學處理劑涂敷8.7kg的鎳涂覆碳導電纖維，接著混合物用77.0kg的熱塑性樹脂包裹，得到87.0kg的復合材料球丸，其組成為10.0％的鎳涂覆碳纖維，1.5％的雙-A-二酚/雙酚A化學處理劑和88.5％PC-ABS，其中化學處理的鍍金屬纖維絲束占復合材料化合物成品的11.5％。球丸尺寸和形狀均勻，纖維束在熱塑性塑料鞘中錨定和中心定位良好。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為60db，表面電阻系數低于3.1ohm/sq。
實施例32(對比樣品15％纖維)本實施例使用的材料是由Inco Special Products公司(618Lawlins Rd，Wyckoff，NJ 07481)提供的INCOSHIELDTMPMMA鎳涂覆長纖維。根據該產品的文字使用說明，1.13kg這種鎳涂覆長纖維與3.4kg干燥的PC/ABS在由Littleford Bros公司(Florence，KY41042)提供的FM-130D型Littleford混合器中混合。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸混合物注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為64db，表面電阻系數低于21ohm/sq。
實施例33(對比樣品-10％纖維)
與上例一樣，本實施例使用的材料也是由Inco Special Products公司(618 Lawlins Rd，Wyckoff，NJ 07481)提供的INCOSHIELDTMPMMA鎳涂覆長纖維。根據該產品的文字使用說明，0.758kg這種鎳涂覆長纖維與3.8kg干燥的PC/ABS在由Littleford Bros公司(Florence，KY41042)提供的FM-130D型Littleford混合器中混合。將處于熔融溫度570°F(299℃)下的球丸混合物注塑到150°F(65.5℃)的模具中。所得直徑為4英寸(10.16cm)×1mm圓片測試樣品所含導電纖維很好地分散于復合材料中。沒有看到未分散的纖維束。ASTM D4935測試測得復合材料的屏蔽有效值為42db，表面電阻系數低于1000ohm/sq。
雖然已經在此展示并描述了優選的實施方案，但應該理解大量的變化和修飾是可能的。因此，應該理解并沒有將本發明限制在本文所公開的內容中的意圖，有權力保留在所附權利要求書中限定的此發明范圍內的所有變化和修飾。
權利要求
1.一種所含的導電纖維股分散于聚合物基體中的復合材料制品，其中所述纖維具有包含有機材料的化學處理涂層，有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過1500厘泊(1.5Pa.s)。
2.權利要求1的復合材料，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過800厘泊(0.8Pa.s)。
3.權利要求1的復合材料，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356 °F)的溫度范圍內不超過400厘泊(0.4Pa.s)。
4.權利要求1的復合材料，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過200厘泊(0.2Pa.s)。
5.權利要求1的復合材料，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過75厘泊(0.075Pa.s)。
6.權利要求1的復合材料，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過25厘泊(0.025Pa.s)。
7.權利要求1的復合材料，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過5厘泊(0.005Pa.s)。
8.權利要求1的復合材料，其中有機材料包含單體或寡聚物或其混合物。
9.權利要求1的復合材料，其中有機材料選自雙酚A、丙氧基化的雙酚A、二苯基醚、二苯基砜、1，2-二苯乙烯、雙酚A的二縮水甘油醚、異氰脲酸三縮水甘油酯、檸檬酸、季戊四醇、二氰基二酰亞胺、4，4’-磺酰二苯胺、3，3’-磺酰二苯胺、硬脂酸酯封端的丙二醇富馬酸酯寡聚物、硬脂酸丁氧乙基酯、碳酸亞乙酯、失水山梨糖醇單硬脂酸酯、氫化植物油及其混合物。
10.權利要求1的復合材料，其中聚合物基體是熱固性或熱塑性聚合物。
11.權利要求1的復合材料，其中聚合物基體選自聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯、聚丙烯和尼龍。
12.權利要求1的復合材料，其中導電纖維股包含選自碳纖維、鍍金屬碳纖維、鍍金屬玻璃纖維、金屬纖維、金屬合金纖維及其混合物的導電纖維。
13.權利要求1的復合材料，其中纖維股的平均長度在2-12mm。
14.權利要求1的復合材料，其中纖維股包含至少40根導電纖維組成的纖維束。
15.能夠被結合到電磁屏蔽復合材料中的大量球丸，其中所述球丸包含導電纖維芯；其中所述纖維芯具有包含有機材料的涂層，有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過1500厘泊(1.5Pa.s)；并且其中所述纖維芯和涂層用聚合物包裹。
16.權利要求15的球丸，其中球丸能夠被結合到復合材料中，而不需要額外的任何其它材料。
17.權利要求15的球丸，其中球丸的平均長度在2-12mm。
18.權利要求15的球丸，其中芯為纖維股，包含至少40根導電纖維組成的纖維束。
19.權利要求15的球丸，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過400厘泊(0.4Pa.s)。
20.權利要求15的球丸，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過200厘泊(0.2Pa.s)。
21.權利要求15的球丸，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356 °F)的溫度范圍內不超過75厘泊(0.075Pa.s)。
22.權利要求15的球丸，其中有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過5厘泊(0.005Pa.s)。
23.權利要求15的球丸，其中有機材料包含單體或寡聚物或其混合物。
24.權利要求15的球丸，其中有機材料選自雙酚A、丙氧基化的雙酚A、二苯基醚、二苯基砜、1，2-二苯乙烯、雙酚A的二縮水甘油醚、異氰脲酸三縮水甘油酯、檸檬酸、季戊四醇、二氰基二酰亞胺、4，4’-磺酰二苯胺、3，3’-磺酰二苯胺、硬脂酸酯封端的丙二醇富馬酸酯寡聚物、硬脂酸丁氧乙基酯、碳酸亞乙酯、失水山梨糖醇單硬脂酸酯、氫化植物油及其混合物。
25.權利要求15的球丸，其中聚合物是熱固性或熱塑性聚合物。
26.權利要求15的球丸，其中聚合物選自聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯、聚丙烯和尼龍。
27.權利要求15的球丸，其中所包含的芯選自碳纖維、鍍金屬碳纖維、鍍金屬玻璃纖維、金屬纖維、金屬合金纖維及其混合物。
28.一種制備能夠被結合到電磁屏蔽復合材料中的球丸的方法，步驟包括a)通過用包含有機材料的化學處理劑涂敷導電纖維制備化學處理過的纖維股，有機材料的粘度在80℃-180℃(176°F-356°F)的溫度范圍內不超過1500厘泊(1.5Pa.s)；b)通過用聚合物包裹化學處理過的纖維股制備包鞘的纖維股；和c)將包鞘的纖維股切成球丸。
29.一種通過結合權利要求15的球丸來制備電磁屏蔽產品的方法。
30.一種通過結合權利要求28的球丸來制備電磁屏蔽產品的方法。
全文摘要
本發明涉及用于屏蔽電磁輻射的復合材料及其制備。一般地，本發明復合材料包含高度分散于聚合物基體中的導電纖維。本發明還涉及球丸及其制備。這些球丸用于制備所含導電纖維高度分散于聚合物基體中的復合材料。
文檔編號H05K9/00GK1440440SQ01812130
公開日2003年9月3日 申請日期2001年5月16日 優先權日2000年6月30日
發明者A·B·伍德西德, D·E·麥克科伊 申請人:帕克·漢尼芬公司