高度填充的热塑性复合材料制造技术

提供一种复合材料，该复合材料包括热塑性聚合物基质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻率约为１．０ｘ１０↑［４］－１．０ｘ１０↑［１１］欧姆／口，复合材料至少一部分表面的表面粗糙度（Ｒａ）不大于约５００纳米。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及高度填充的热塑性复合材料。
技术介绍
在技术不断提高的年代，静电和静电放电(ESD)可能是高代价或者是危险的。具体地，静电放电(ESD)可能点燃易燃的混合物并对电子元件造成损害。此外，静电可能将污染物吸引在洁净环境中。这些静电和ESD的作用在电子器件制造中可能导致高代价的。被静电荷吸引的污染物可能在电子器件的元件中引起缺陷，导致性能变差。此外，ESD可能损害元件，使得器件完全不能运行，或者降低器件的性能或平均寿命。这种性能方面的损失导致较低价值的产品，在某些情况，导致降低生产率和提高部件报废率，导致较高的单位成本。随着电子器件变得越加复杂，元件尺寸减小，电子器件更加易受ESD影响。此外，电子器件的制造中使用复杂的加工工具，这些加工工具很难由金属形成。金属元件具有可能导致静电放电的瞬时电流，例如在开始接触部件时。近来，生产商己转向用陶瓷材料制造这类电子器件。虽然陶瓷材料通常是绝缘性的，但是生产商使用涂层和添加剂使这些陶瓷材料具有静电耗散性质。虽然陶瓷材料会具有高的杨氏模量，高耐磨性，和高温时的尺寸稳定性，但是陶瓷材料难以成形和机加工成复杂的工具和能用于电子器件的元件。通常，陶瓷元件的形成包括在高温(通常超过120(TC)下进行致密化。 一旦成形后，典型的静电耗散陶瓷具有高密度和增加的硬度，在某些情况超过ll GPa维氏(Vicker)硬度，所以很难机加工细部形成陶瓷元件。近来，生产商转向聚合物静电耗散材料。聚合物材料与陶瓷材料非常类似，聚合物材料一般也是绝缘性的。因此，聚合物材料上通常涂覆静电耗散涂层，或者包含添加剂如石墨或碳纤维。虽然这类材料易于成形为工具和电子元件，但是这类聚合物材料的机械性质和物理性质相对于陶瓷材料都较差。例如，这类聚合物材料常显示不能接受的低拉伸强度和高热膨胀系数，因而限制了使用聚合物材料的应用领域。此外，这类聚合物材料在经受高温后显示差的机械性质保持。此外，这种聚合物材料常使用碳纤维、炭黑或石墨。这种材料机加工成小特征尺寸的复杂元件时，材料可能具有粗糙的表面并可能形成短路(short)和热点，导致静电放电。因此，需要一种改进的静电耗散材料。专利技术概述在一个具体实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括热塑性聚合物基质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻率约为1.0xl04-1.0xlOu欧姆/口 (ohra/sq)，复合材料至少一部分表面的表面粗糙度(Ra)不大于约500纳米。在另一个示例的实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括热塑性聚合物基质和至少约67重量％的分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻率约为1.0xl04-1.0xl0欧姆/口。在又一个示例的实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括聚芳基醚酮基质和至少约67重量％的分散在该聚芳基醚酮基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻率约为1.0xl04-1.0xl0欧姆/口。在另一个示例的实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括聚醚醚酮(PEEK)基质和至少约67重量％的分散在PEEK基质中的铁氧化物。在另一个示例的实施方式中，提供一种形成复合材料的方法，该方法包括混合聚芳基醚酮粉末和约67重量%的非碳电阻率改进剂，形成复合材料。该复合材料包括聚芳基醚酮基质和分散在该基质中的非碳电阻率改进剂。在又一个示例的实施方式中，提供一种用于电子器件制造的工具，该工具包括器件接触元件。该器件接触元件包括复合材料，该复合材料包括热塑性聚合物基质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻率约为1.0x104-1.0x1011欧姆/口 (ohm/sq)，复合材料至少一部分表面的表面粗糙度(Ra)不大于约500纳米。附图简述参见附图，能更好地理解本专利技术，本专利技术的许多特征和优点对本领域的技术人员而言将是显而易见的。附图说明图1和图2图示说明包含分散的非碳电阻率改进剂的示例聚合物基质。实施本专利技术的方式在一个具体实施方式中，提供由复合材料形成的制品，该复合材料的表面电阻率约为1. 0x104-1. OxlO欧姆/口。所述复合材料包含聚合物基质和非碳电阻率改 进剂。在一个实例中，聚合物基质由在聚合物的两个单体之间具有醚键的聚合物形 成。例如，聚合物可以是聚醚或聚芳基醚酮。非碳电阻率改进剂可以分散在聚合物 基质中，电阻率改进剂含量至少约为67重量％。在具体实例中，非碳电阻率改进剂 包括铁氧化物。在示例的实施方式中，复合材料包含聚合物基质和非碳电阻率改进剂。例如， 聚合物基质可以由热塑性聚合物形成。示例的聚合物包括聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳 酸酯、聚醚、聚酮、聚芳基醚酮，或它们的任意组合。在一个实例中，聚合物包含 位于聚合物骨架中的醚键(g卩，聚合物的两个单体通过醚基团连接在一起)。例如， 聚合物可包括聚醚、聚芳基醚酮，或它们的任意组合。示例的聚芳基醚酮可包括聚 醚酮、聚醚醚酮、聚醚醚酮酮，或它们的任意组合。在具体的实例中，聚芳基醚酮 可以包括聚醚醚酮(PEEK)。聚合物基质可以由一种或多种单体形成的聚合物形成。例如，聚合物可以由 至少一种二卣化物和至少一种双酚盐形成。在一个实例中，二卤化物可包括芳香族 二卤化物，如二苯酮二卤化物。至少一种双酚盐可以包括碱金属双酚盐。电阻率改进剂一般是非碳的。含碳材料是除聚合物外主要由碳(或加工形成主 要是碳的有机材料)例如石墨、非晶形碳、金刚石、碳纤维和富勒烯(fullerenes)形成的那些材料。非碳材料通常指无机材料，是不含碳的，或者即使含有碳，所述碳 与阳离子共价键合，如为金属碳化物材料形式(即，碳化物陶瓷)。在一个实例中， 非碳电阻率改进剂包括金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属硼化物、金属 碳化物、硅化物、具有所需电阻率的掺杂半导体，或者它们的任意组合。金属包括 金属和半金属，包括周期表第13， 14， 15和16族的半金属。例如，非碳电阻率改 进剂可以是金属的碳化物或氧化物。在具体实例中，非碳电阻率改进剂是金属氧化 物。具体的非碳电阻率改进剂包括Ni0， Fe0， Mn0， Co203， Cr203， Cu0， Cu20， Fe203， Ga203， ln203， Ge02， Mn02, Ti02—x， Ru02， Rh203， V203， Nb205, Ta205， W03, Sn02， ZnO, Ce02， Ti02—x， IT0 (氧化铟-锡(indium-tin oxide)), MgTi03， CaTi03， BaTi03， SrTi03 LaCr03， LaFe03， LaMn03， YMn03， MgTi03F， FeTi03, SrSn03， CaSn03， LiNb03， Fe304， MgFeA， MnFe204， CoFe204， NiFe204， ZnFe氛Fe204， CoFe204， FeAl204， MnAl204，ZnAlA， ZnLa204， FeAl204， Mgln204， Mnln204， FeCrA， NiCr204, ZnGa204， LaTa04， NdTa04， BaFe12019， 3Y203, 5Fe203， 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其包括热塑性聚合物基质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂，该复合材料的表面电阻率约为１．０ｘ１０↑［４］－１．０ｘ１０↑［１１］欧姆／□，其至少一部分表面的表面粗糙度（Ｒａ）不大于约５００纳米。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-8-18 11/507,0621.一种复合材料，其包括热塑性聚合物基质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂，该复合材料的表面电阻率约为1.0x104-1.0x1011欧姆/□，其至少一部分表面的表面粗糙度(Ra)不大于约500纳米。2. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述表面粗糙度(Ra)不大于 约250纳米。3. 如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述表面粗糙度(Ra)不大于 约150纳米。4. 如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述表面粗糙度(Ra)不大于 约100纳米。5. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，复合材料的至少一部分表面 的粗糙度(Rt)值不大于2. 5微米。6. 如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述粗糙度(Rt)值不大于2.0 微米。7. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物基质包括 聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚、聚酮、聚芳基醚酮，或者它们的任意组合。8. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物基质包括 在聚合物的两个单体之间具有醚键的聚合物。9. 如权利要求8所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物包括聚芳基醚酮。10. 如权利要求9所述的复合材料，其特征在于，所述聚芳基醚酮包括聚醚醚 酮(PEEK)。11. 如权利要求l所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂基本 是单分散的。12. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述表面电阻率约为 1.0x105-1.0xl(f欧姆/口。13. 如权利要求12所述的复合材料，其特征在于，所述表面电阻率约为 1.0x105-1.0xl()7欧姆/C]。14. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的表面电阻不 大于约1. 0xl()7欧姆。15. 如权利要求14所述的复合材料，其特征在于，所述表面电阻不大于约5.0 x 106欧姆。16. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂的体 积电阻率约为1. 0x10—2-1. Oxl(^欧姆-厘米。17. 如权利要求16所述的复合材料，其特征在于，所述体积电阻率约为 1.0-1.0xl()5欧姆-厘米。18. 如权利要求16所述的复合材料，其特征在于，所述体积电阻率约为 1.0x102- L0xl()5欧姆-厘米。19. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料对100V衰减 的衰减时间不大于约l.O秒。20. 如权利要求19所述的复合材料，其特征在于，所述对100V衰减的衰减时 间不大于约0.01秒。21. 如权利要求20所述的复合材料，其特征在于，所述对100V衰减的衰减时 间不大于约O. 001秒。22. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料对10V衰减的 衰减时间不大于约l.O秒。23. 如权利要求22所述的复合材料，其特征在于，所述对10V衰减的衰减时 间不大于约0.01秒。24. 如权利要求23所述的复合材料，其特征在于，所述对10V衰减的衰减时 间不大于约O. 005秒。25. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂是氧 化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物、硅化物、惨杂的半导体，或者它们的任 意组合。26. 如权利要求25所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂选 自下组NiO， FeO， MnO， Co203， Cr203， CuO, Cu20， Fe203， Ga203， ln203， Ge02， Mn02， Ti02—x, Ru02， Rh203， V203， NbA， TaA, W03， Sn02， ZnO， Ce02， Ti02—x， ITO(氧化铟 -锡)，MgTi03， CaTi03， BaTi03， SrTi03， LaCr03， LaFe03， LaMn03， YMn03， MgTi03F， FeTi03， SrSn03， CaSn03， Li跳，Fe304, MgFe204， MnFeA， CoFeA， NiFe204， ZnFe204， Fe204， CoFe204, FeAl204， MnAlA， ZnAl204， ZnLaA， FeAl204， Mgln204， MnInA， FeCrA， NiCr204, ZnGa204， LaTa04， NdTa04， BaFe12019， 3Y203 5Fe203， Bi2Ru207， B4C， SiC， TiC， Ti(CN)， Cr4C， VC， ZrC， TaC， WC，Si美，TiN， Ti(ON)， ZrN' H预，TiB2，ZrB2， CaB6， LaB6， NbB2， MoSi2， ZnS，掺杂-Si，掺杂SiGe， III-V， II-VI半导体， 以及它们的任意组合。27. 如权利要求26所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂包 括氧化物。28. 如权利要求27所述的复合材料，其特征在于，所述氧化物选自下组Ni0， Fe0， Mn0， Co203, Cr203， CuO, Cu20， Fe203， Ga203， ln203, Ge02， Mn02, Ti02— Ru02， 歸3， V203， NbA， Ta205， W03，以及它们的任意组合。29. 如权利要求27所述的复合材料，其特征在于，所述氧化物包括掺杂的氧 化物。30. 如权利要求29所述的复合材料，其特征在于，所述掺杂的氧化物选自下 组掺杂的Sn02， ZnO， Ce02， Ti02—x， ITO(氧化铟锡)，以及它们的任意组合。31. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料包含至少约67 重量％的非碳电阻率改进剂。32. 如权利要求31所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料包含至少约 75重量％的非碳电阻率改进剂。33. 如权利要求32所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料包含不大于 约95重量％的非碳电阻率改进剂。34. 如权利要求33所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料包含不大于 约90重量％的非碳电阻率改进剂。35. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂的平 均粒度不大于约5微米。36. 如权利要求35所述的复合材料，其特征在于，所述平均粒度不大于约1000 纳米。37. 如权利要求36所述的复合材料，其特征在于，所述平均粒度不大于约200 纳米。38. 如权利要求37所述的复合材料，其特征在于，所述平均粒度至少约为100 纳米。39. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的杨氏模量至 少约为5. 0 GPa。40. 如权利要求39所述的复合材料，其特征在于，所述杨氏模量至少约为25. 0GPa。41. 如权利要求40所述的复合材料，其特征在于，所述杨氏模量至少约为75. 0GPa。42. —种复合材料，其包括 热塑性聚合物基质；和至少约67重量％的分散在所述聚合物基质中的非碳电阻率改进剂； 其中，所述复合材料的表面电阻率约为1.0xl04-1.0xl0欧姆/口。43. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物基质包 括聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚、聚酮、聚芳基醚酮，或者它们的任意组合。44. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物基质包 括聚合物的两个单体之间具有醚键的聚合物。45. 如权利要求44所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物包括聚芳基醚酮。46. 如权利要求45所述的复合材料，其特征在于，所述聚芳基醚酮包括聚醚 醚酮(PEEK)。47. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂基 本是单分散的。48. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述表面电阻率约为 1.0x105-1.0xl()9欧姆/口。49. 如权利要求48所述的复合材料，其特征在于，所述表面电阻率约为 1.0x105-1.0xl0'欧姆/口。50. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的表面电阻 不大于约1.0xl07欧姆。51.如权利要求50所述的复合材料，其特征在于，所述表面电阻不大于约5.0 x 106欧姆。52. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂的 体积电阻率约为1. 0x10—2-1. OxlO欧姆-厘米。53. 如权利要求52所述的复合材料，其特征在于，所述体积电阻率约为 1.0-1.0xl()5欧姆-厘米。54. 如权利要求53所述的复合材料，其特征在于，所述体积电阻率约为 1. 0x102-1. 0xl()5欧姆-厘米。55. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料对100V衰减 的衰减时间不大于约l.O秒。56. 如权利要求55所述的复合材料，其特征在于，所述对100V衰减的衰减时 间不大于约0.01秒。57. 如权利要求56所述的复合材料，其特征在于，所述对100V衰减的衰减时 间不大于约O. 001秒。58. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料对10V衰减 的衰减时间不大于约l.O秒。59. 如权利要求58所述的复合材料，其特征在于，所述对10V衰减的衰减时 间不大于约0.01秒。60. 如权利要求59所述的复合材料，其特征在于，所述对10V衰减的衰减时 间不大于约0. 005秒。61. 如权利要求42所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂是 氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物、硅化物、掺杂的半导体，或者它们的 任意组合。62. 如权利要求61所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂选 自下组NiO， FeO， MnO， Co203， Cr203， CuO， Cu20， Fe203， Ga203， ln203， Ge02, Mn02， TiOh, Ru02， Rh203， V203, Nb205， Ta205， W03， Sn02, ZnO， Ce02， Ti02—x, ITO(氧化铟 -锡)，MgTi03， CaTi03, BaTi03， SrTi03， LaCr03， LaFe03， LaMn03， YMn03， MgTi03F， FeTi03， SrSn03, CaSn03， Li跳，FeA， MgFe204， MnFe204， CoFe204， NiFe204， ZnFeA， Fe204， CoFe204， FeAl204， MnAl204， ZnAl204， ZnLa204， FeAl204， Mgln204， Mnln204， FeCrA， NiCrA， ZnGaA， LaTa04， NdTa04， BaFe120,9， 3Y203 5Fe203， Bi2Ru207， B4C， SiC， TiC， Ti(CN), Cr4C， VC， ZrC， TaC， WC， Si3N4, TiN' Ti(ON)， ZrN， HfN， TiB2， ZrB2, CaB6， LaB6， NbB2， MoSi2, ZnS，掺杂的-Si,掺杂的SiGe， III-V, II-VI半导体，以及它们的任意组合。63. 如权利要求61所述的复合材料，其特征在于，所述非碳电阻率改进剂包 括氧化物。64. 如权利要求63所述的复合材料，其特征在于，所述氧化物选自下组NiO， FeO， MnO， Co203， Cr203， CuO， Cu20， Fe203， Ga203， ln203， Ge02， Mn02， Ti02-x, Ru02， Rh203， V203， Nb205， Ta205， W03，以及它们的任意组合。65. 如权利要求63所述的复合材料，其特征在于，所述氧化物包括掺杂的氧化物。66. 如权利要求65所述的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：P丘巴洛，GS斯韦，OH权，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]