高模量激光直接成型复合材料的制作方法
【专利说明】高模量激光直接成型复合材料
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年4月1日提交的美国专利申请号61/807, 239的优先权，其 全部内容通过引用结合于此。
【背景技术】
[0003] 电气组件可以提供为具有期望的印刷导体的模制注射装置（moldedinjection device) ( "MID"）。与由玻璃纤维增强塑料等制成的传统电路板相比，以这种方式制造的 MID组件是具有集成的印刷导体布置和可能进一步的电子或机电组件的三维（"3D"）模制 部件。即使这些组件仅具有印刷导体并且用于替代处于电气或电子装置内部的传统配线， 使用这种类型的MID组件节省空间，允许相关装置变得更小。通过减少组装和连接步骤的 数量也降低了制造成本。这些MID装置在手机、PDA和笔记本电脑应用中具有很大的实用 性。
[0004] 压印金属（stampmetal)、柔性印刷电路板（"FPCB"）安装和双注射模制法是制 造MID的三种现有技术。然而，压印和FPCB安装方法在图案几何形状上受到限制并且加工 昂贵。另外，改变射频（"RF"）图案导致加工的高价的并且耗时的改变。已经使用双射成 型（双组分注射模制）方法生产具有真实三维结构的3D-MID。例如，天线可由随后的化学 腐蚀、化学表面活化和选择性金属涂覆来形成。这种方法涉及相对较高的初始成本，并且仅 对于较大产品数量在经济上是可行的。双射成型也不被视为是环境友好的方法。所有这三 种方法是基于工具的技术，它们均具有有限的灵活性、开发周期长、原型困难、设计改变昂 贵并且产生小型化的能力有限。因此，使用激光直接成型（"LDS"）方法来形成MID正变得 越来越受欢迎。在LDS方法中，计算机控制的激光束在MID上行进以在将要设置导电路径 的位置处活化塑料表面。
[0005] 用于3DMID的激光支持的或直接成型方法（LDS)简化了制造方法。例如，LDS方 法允许天线结构直接且成本有效地集成到手机外壳中。进一步地，LDS方法允许集成了用 于汽车和医疗应用的机械和电气性能的复杂的机电系统（mechatronicsystem)。使用激光 直接成型方法，也能够获得较小的导电路径宽度（诸如，150微米（ym)或更小）。此外，导 电路径之间的间隔也可以较小。因此，由这种方法形成的MID在最终用途应用中可以节省 空间和重量。激光直接成型的另一优点是它的灵活性。如果想要改变电路的设计，则重新 编程控制激光的计算机是简易事件。
[0006] 因此，LDS技术在尤其需要更薄、更坚固（strong)和多重天线功能的移动电话和 笔记本中是有用的。由于这些需求，需要具有高流动性和强度并且可用于LDS方法中的聚 合物复合材料。
[0007] 因此，需要的是具有良好的电镀性能、高拉伸强度并且可以容易地用于LDS方法 的聚合物组合物。例如，此种聚合物组合物在需要多重天线功能的行业（例如，手机和笔记 本）中是特别有用的。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的目的，如本文中体现并且广泛描述的，本发明满足这些和其他需要。 在一个实施方式中，聚合物组合物可包括热塑性聚合物、激光直接成型添加剂和玻璃增强 组分。举例来说，聚合物组合物在使用激光活化之后能够电镀。
[0009] 在另一实施方式中，另一种聚合物组合物可包括热塑性聚合物、激光直接成型添 加剂和增强填料。举例来说，聚合物组合物在使用激光活化之后能够电镀。如另一实例，弯 曲模量大于约3吉帕斯卡（GPa)并且拉伸模量大于约3GPa。
[0010] 也公开了用于制造聚合物组合物的方法，该方法包括形成包含热塑性聚合物、激 光直接成型添加剂和增强填料的共混组合物，其中，聚合物组合物在使用激光活化之后能 够电镀，并且其中，弯曲模量大于约3GPa并且拉伸模量大于约3GPa。
[0011] 还公开了包含所公开的聚合物组合物的制品。
[0012] 尽管在特定的法定类别（诸如，系统法定类别）中可以描述和要求保护本发明的 实施方式，但是这仅为了方便起见，并且本领域的技术人员应理解，在任何法定类别中可以 描述和要求保护本发明的每个实施方式。除非另有明确说明，否则本文所阐述的任何方法 或实施方式绝不是旨在解释为要求以特定顺序执行其步骤。因此，当方法权利要求并未 在权利要求或说明书中明确指出这些步骤被限于特定顺序时，绝不旨在以任何方面推断顺 序。这提供了解释的任何可能的非表达性基础，包括有关步骤或操作流程的排列的逻辑问 题，从语法组织或标点中衍生的普通含义，或者在本说明书中描述的实施方式的数量或类 型。
[0013] 在随后的描述中将部分阐述或可以通过实践了解其他优点。将通过在所附权利要 求中特别指出的要素和组合来实现和获得这些优点。应当理解的是，以上一般描述和以下 详细描述两者均仅是示例性和说明性的，并且不是对所要求保护内容的限制。
【具体实施方式】
[0014] 参考以下详细说明、实施例、附图和权利要求以及它们之前和随后的描述，可以更 容易地理解本发明。然而，在公开和描述本发明的组合物、制品、设备、系统和/或方法之 前，应当理解的是除非另外指出，否则本发明不局限于所公开的特定的组合物、制品、设备、 系统和/或方法，当然它们本身是可以改变的。还应当理解的是，本文使用的术语仅是为了 描述特定实施方式的目的，而并非旨在进行限制。
[0015] 还以其最好的目前已知的实施方式作为本发明的可行的教导提供了本发明的以 下描述。为此，相关领域的普通技术人员应当认识并了解的是，可以对本文描述的本发明的 多个实施方式做出改变和修改，同时仍获得本发明的有益结果。还应当清楚的是，可以通过 选择本发明的一些特征而不利用其他特征来获得本发明的一些希望的益处。因此，相关领 域的普通技术人员将认识到对本发明的许多修改和调整是可能的，甚至在某些情况下可以 是令人希望的，并且因此其还是本发明的一部分。因此，作为本发明的原理的说明提供了以 下描述，但并非限于此。
[0016] 本发明涵盖了本公开的要素的多种组合，例如，来自从属于相同的独立权利要求 的从属权利要求中的要素的组合。
[0017] 此外，除非另外明确指出，否则应当理解的是，并非意图将在本文中阐明的任何方 法解释为需要以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求并未实际列举其步骤所遵循 的顺序或者它并未另外地在权利要求或说明中具体陈述将步骤限制于特定顺序时，它在任 何方面决不希望推断出顺序。这表明了用于解释的任何可能的非表达基础，包括与步骤或 操作流程的布置有关的逻辑事件；源自语法组织或标点的普通含义；和在说明书中描述的 实施方式的数量或类型。
[0018] 本文中提到的所有出版物通过引用合并于此以便与出版物所引用的内容相关联 公开和描述这些方法和/或材料。
[0019] 还应当理解的是，本文使用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而并非 旨在进行限制。如在说明书中和在权利要求中所使用的，术语"包括"可以包括实施方式 "由……组成"和"基本上由……组成"。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术与科学 术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同含义。在本说明书中和在所附权 利要求中，将会提及在此定义的多个术语。
[0020] 如在说明书和所附权利要求中使用的，除非上下文明确地另外指出，否则单数形 式"一个"、"一种"和"该"包括复数指示物。因此，例如，提及"聚碳酸酯"包括两种或更多 种这种聚碳酸酯的混合物。此外，例如，提及填料包括两种或更多种这种填料的混合物。
[0021] 在本文中，可以将范围表达为从"约"一个特定值和/或至"约"另一个特定值。当 表达这样的范围时，另一个实施方式包括从一个特定值和/或至其他特定值。类似地，当值 表达为近似值时（通过使用先行词"约"），应当理解的是特定值形成另一个实施方式。将 进一步理解的是，每个范围的端点明显地与其他端点相关且独立于其他端点。还应当理解 的是，存在本文中公开的许多值，并且本文中还将每个值公开为除了该值本身外"约"该特 定值。例如，如果公开了值"10"，那么也公开了"约10"。还应当理解的是，还公开了两个特 定单元之间的每个单元。例如，如果公开了 10和15,那么也公开了 11、12、13、和14。
[0022] 如在本文中使用的，术语"可选的"或"可选地"是指随后描述的事件、条件、组分 或情况可以出现或可以不出现，并且该描述包括所述事件或情况出现的情况和不出现的情 况。
[0023] 如本文所使用的，术语或短语"有效"、"有效量"或"对于……有效的条件"是指 能够实施表达有效量的功能或性质的这样的量或条件。如以下将指出的，根据可辨别的变 量，如所使用的材料和所观察的加工条件，不同实施方式间所需的确切量或特定条件也将 不同。因此，不能总是明确精确的"有效量"或"对于……有效的条件"。然而，应当理解的 是，本领域普通技术人员仅使用常规的实验可以容易地确定合适的有效量。
[0024] 公开了用于制备本发明所公开的组合物的组分材料以及在本文所公开的方法内 使用的组合物本身。本文公开了这些材料和其他材料，并且应当理解的是，当公开这些材料 的组合、子集、相互作用、组等时，在不能明确地公开这些化合物的每种不同的单独和集体 的组合以及改变的具体参考时，本文明确地考虑并描述了每一种。例如，如果公开和讨论了 特定的化合物并且讨论了能够对包括该化合物的许多分子进行的许多修饰，除非明确地指 出相反，否则明确考虑的是化合物的每种和所有的组合与改变以及可能的变更。因此，如果 公开了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F并且公开了组合分子的实例A-D，那么即 使没有单独地述及每一种，每一种也是单独地和结合地考虑的含义组合，认为公开了A-E、 A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F。同样地，还公开了这些的任何子集或组合。因此，例 如，可以认为公开了子集A-E、B-F和C-E。这个概念适用于本申请的所有实施方式，包括但 不限于制作和使用本发明的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在许多另外的可以进行 的步骤，应当理解的是，这些另外的步骤中的每一个都可以利用本发明的方法的任何具体 实施方式或实施方式的组合来进行。
[0025] 在说明书和随附权利要求书中提及组合物或制品中特定要素或组分的重量份 (Pbw)指示以重量份表示的组合物或制品中要素或组分与任何其它要素或组分之间的重量 关系。因此，在含有2重量份组分X和5重量份组分Y的组合物中，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组分，以该比值存在。
[0026] 除非明确地指出相反，否则组分的重量百分数（wt% )是基于其中包括该组分的 配制品或组合物的总重量。例如，如果说组合物或制品中特定的元素或组分具有8wt%，则 应当理解的是该百分比相对于100%的总组成百分比。
[0027] 使用标准命名法来描述本文公开的化合物。例如，应当将没有被任何指定基团取 代的任何位置理解为其化合价被所指定的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的 横线用来表示取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基基团的碳连接。除非另外定 义，否则在本文中使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域中的技术人员通常理解的 相同含义。
[0028] 如本文中所使用的，术语"烷基基团"是1至24个碳原子的支化或非支化的饱和 烃基，如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、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。"低级烷基"基团是含有1至6个碳原子的 烷基基团O
[0029] 如本文中所使用的，术语"烷氧基"是通过单个端部醚键结合的烷基基团；S卩，可以 将"烷氧基"基团定义为0R，其中，R是如以上定义的烷基。"低级烷氧基"基团是含有1至 6个碳原子的烷氧基基团。
[0030] 如本文所使用的，术语"烯基基团"是具有2至24个碳原子并且结构式含有至少 一个碳-碳双键的烃基。不对称结构如（AB)C=C(CD)旨在包括E和Z两种异构体。这能 够在本文的结构式中推定，其中存在不对称的烯烃，或它能够明确地通过键符号C表示。
[0031] 如本文所使用的，术语"炔基基团"是具有2至24个碳原子且结构式含有至少一 个碳-碳三键的烃基。
[0032] 如本文中所使用的，术语"芳基基团"是任何碳类芳香族基团，包括但不限于苯、萘 等。术语"芳香族"还包括"杂芳基基团"，将其定义为在芳香族基团的环内结合有至少1个 杂原子的芳香族基团。杂原子的实例包括但不限于氮、氧、硫和磷。芳基基团可以是取代的 或未取代的。芳基基团可以被一个或多个基团取代，包括但不限于烷基、炔基、烯基、芳基、 卤化物、硝基、氨基、酯、酮、醛、羟基、羧酸或烷氧基。
[0033] 如本文所使用的，术语"环烷基基团"是由至少3个碳原子组成的非芳香族碳类 环。环烷基基团的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。术语"杂环烷基基 团"是其中至少一个环碳原子被杂原子取代的如上定义的环烷基基团，该杂原子例如但不 限于氮、氧、硫或磷。
[0034] 如本文所使用的，术语"芳烷基"是具有连接至芳香族基团的如上所定义的烷基、 炔基或烯基基团的芳基基团。芳烷基基团的实例是苄基基团。
[0035] 如本文所使用的，术语"酯"由式-C(O)OA表示，其中A可以是如上所述的烷基、卤 代烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基、环烯基、杂环烷基或杂环烯基基团O
[0036] 如本文中所使用的，术语"碳酸酯基团"由式-OC(0)OR表示，其中，R可以是如上所 述的氢、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
[0037] 如本文所使用的，术语"羧酸"由式-C(O)OH表示。
[0038] 如本文所使用的，术语"醛"是由式-C(0)H表示。
[0039] 如本文所使用的，术语"酮基团"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、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
[0040] 如本文所使用的，术语"羰基基团"由式C= 0表示。
[0041] 如本文所使用的，术语"醚"由式AOA1表示，其中，A和A1可以独立地是如上所述 的烷基、卤代烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基、环烯基、杂环烷基或杂环烯基基团O
[0042] 如本文所使用的，术语"数均分子量"或"Mn"可以互换使用，并是指样品中所有聚 合物链的统计平均分子量，且由以下公式定义：
[0044] 其中，M1是链的分子量并且N1是具有该分子量的链的数目。针对聚合物，如聚碳酸 酯聚合物或聚碳酸酯-PMMA共聚物，能够通过本领域普通技术人员公知的方法测定Mn。应 当理解的是，如本文所使用的，通过凝胶渗透色谱法测定Mn并且用聚碳酸酯标准校准。例 如，可以使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱，以1毫克/毫升（mg/ml)的样品浓度与适当的 流动相溶剂进行凝胶渗透色谱法。
[0045] 如本文所使用的，术语"重均分子量"或"Mw"能够互换使用，并由以下公式定义：
[0047] 其中，Mi是链的分子量并且Ni是具有该分子量的链的数目。与Mn相比，在确定对 分子量平均值的贡献时，Mw考虑了给定链的分子量。因此，给定链的分子量越大，链对Mw的 贡献越大。应当理解的是，如本文所使用的，通过凝胶渗透色谱法测定Mw。在一些情况下， 通过凝胶渗透色谱法测定Mw并且用聚碳酸酯标准校准。以约1毫克/毫升的样品浓度与 适当的流动相溶剂，使用交联的苯乙烯_二乙烯基苯柱可以进行凝胶渗透色谱法。
[0048] 如本文所使用的，术语"多分散指数"或"roi"可以互换使用，并且由下式进行定 义：
[0050] PDI的值等于或大于1，但是当聚合物链接近均匀链长度时，PDI接近一致。
[0051] 如本文所使用的，术语"聚碳酸酯"或"多种聚碳酸酯"