专利名称:具有绝缘外皮的传导性树脂的模制产品及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有绝缘外皮的传导性树脂的模制产品，其由包含绝缘性树脂和传导性材料的复合物制备而成，本发明还涉及该产品的制备方法。
背景技术：
根据传统方法，将绝缘性树脂与传导性材料混合，然后将该复合物模制，得到传导性树脂的模制产品(例如，参见非专利文献1)，所述传导性材料是炭黑和碳纤维，或者金属粉末和金属纤维。
此外，一些传导性的模制产品是通过将传导性树脂注射填充至模具中而制备的，传导性树脂是诸如金属纤维或者金属粉末与绝缘性树脂复合的传导性复合材料(例如，参见专利文献1)。
非专利文献1Ebihara，“Handbook of New Polymer Materials”P.69 to 74，Maruzen Co.，Ltd.Sept.20，1989。
专利文献1日本专利公开号1993-131445，P.5。
按照惯例，传导性树脂的模制产品是通过将传导性复合材料与绝缘性树脂相混合而制备的，这种方法可以提供具有传导性的树脂。然而，如非专利文献1和专利文献1中所述，大部分传统的传导性树脂中都采用了炭黑、碳纤维、金属粉末、或者金属纤维作为传导性复合材料，与树脂分子相比，上述物质的粒子明显大得多。当这些传导性复合材料与树脂混合至树脂能产生传导性的程度时，模制产品的表面甚至也产生了传导性。因此，依据其用途，有必要对其表面进行绝缘处理。
此外，由于树脂的性能，如轻质性、弹性、可模压性、以及加工性被降低，从而使采用注射成型生产模制产品受到阻碍，而且也降低了机械强度及类似性能，因此，模制产品的形状也受到限制。结果，采用上述技术生产具有复杂形状的产品时，甚至将其用作磁性波屏蔽物质时，都存在问题。
发明内容
为了解决上述传统的传导性树脂的模制产品存在的问题，设计了本发明。本发明的目的旨在扩大传导性树脂的模制产品的用途，并提供一种新的传导性树脂的模制产品，该产品具有一种新型绝缘外皮，所述产品可用作电子设备，如层压连接器部件的基础材料。本发明还涉及制备该传导性树脂的模制产品的方法。为了实现上述目的，本发明采用一种碳纳米材料作为传导性复合材料，从而使传导性树脂的模制产品表面用树脂而绝缘。
为实现上述目的，本发明所述的传导性树脂的模制产品包括一树脂绝缘外皮以及由所述外皮包裹的传导性芯部，所述产品由包含绝缘性树脂和碳纳米材料的复合物组成。所述的树脂绝缘外皮是通过控制与绝缘性树脂进行复合的碳纳米材料的量，模制该复合物而得。
此外，本发明还涉及了制备传导性树脂的模制产品的模制方法，其包括下述步骤塑化包含绝缘树脂和碳纳米材料的复合材料；和将上述塑化的材料注入一模腔内注射成型，以制备传导性树脂的模制产品，该产品含有树脂绝缘外皮和被所述外皮包裹的传导性芯部。在该方法中的所述注射成型过程中，控制与绝缘性树脂复合的碳纳米材料的量，从而形成与模腔表面接触的树脂绝缘外皮。
在上述注射成型过程中，与所述绝缘性树脂复合的碳纳米材料的比例不超过复合物的15％重量比，从而形成与模腔表面接触的树脂绝缘外皮。
图1是本发明具有绝缘外皮的传导性树脂的模制产品的一部分的横切面放大图；图2(A)，图2(B)，图2(C)为复合传导性材料在模腔内流动直至完成填充的过程的说明性图解。
具体实施方式
图1作为本发明的一个示例，显示了传导性树脂板的一部分横切面放大图，附图标记1表示绝缘性树脂外皮，附图标记2表示被绝缘树脂外皮1包裹的传导性芯部。传导性树脂板是将混合有碳纳米材料的复合传导性材料通过注射成型而得。所述传导性树脂板为一扁平板，其厚度为1.5～3.0mm，上表面积为30～40cm2。该树脂板由厚度为0.1～0.2mm的绝缘性外皮1和具有传导性的芯部2组成，所述芯部的传导性是由其内部的碳纳米材料带来的。传导性树脂板的表面绝缘性表现在电阻为1010Ωcm或者更高。
虽然上述的传导性树脂板通过表面树脂进行绝缘，但当传导性部件刺入树脂板时，其端部突破绝缘外皮1触及芯部2，因此，该部件就与传导性芯部2形成电连接。这类传导性树脂板可用作具有绝缘外皮的电磁波屏蔽物质，也可作为层压连接器的基础材料。除此之外，该传导性树脂板也可用于许多其它用途。
当用作电磁波屏蔽物质时，由于传导性芯部2被绝缘外皮1包裹，因此无需考虑与其它电子设备、部件或类似物相接触而产生的电损害。此外，由于其表面是由树脂制成的，因此，诸如表面的镜面磨光和装饰等表面处理就很容易采用现有技术已知的用于树脂的传统处理方法进行处理。
尽管此处没有详细举例说明，层压连接器可以通过下述方法很容易的制备出将必要数目的堆积层片粘附成层压板，将该层压板等间距切割成板体块，其内的绝缘性外皮和传导性芯部被交替放置，然后以垂直于绝缘外皮的方向将板体块切割成所需尺寸。这样，由与堆积层片数目相等的传导性芯部构成的连接器形成了层压连接器，该连接器由绝缘外皮相分隔。
在由橡胶制成的传统层压连接器中，具有传导性的橡胶薄膜与绝缘橡胶薄膜交替层压后，将其固定在一起，然后切割固定后的层压板，从而制成由橡胶制备的层压连接器。此外，使用具有绝缘外皮1的传导性树脂的模制产品可免除对绝缘外皮的交替层压，而且通过绝缘外皮之间的相互黏附即可以容易地形成层压板。因此，生产工艺比使用橡胶要简单得多，曾被认为很难于制造的层压树脂连接器即可以低成本而获得。
此外，所用的碳纳米材料是超细微粒，其混入量不超过15wt％，由于其不损害树脂的特性，因此可根据树脂而设定条件进行注射成型，而无需特殊的成型技术，其性质也就几乎没有变化。因此，成型后并未使树脂丧失其特性，且尺寸精确性得到进一步改善的传导性树脂板还可用作部件的基础材料。
为了通过注射成型来制备上述传导性树脂板，需要使用绝缘性树脂与不超过15wt％的碳纳米材料混合的复合传导性物质。作为绝缘性树脂，用热塑性树脂作为成型材料，可使用诸如聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS树脂和液晶聚合物。
此外，可使用下述物质作为与绝缘性树脂混合的碳纳米材料纳米纤维(直径为50～200nm，优选80～150nm，纵横比为100～1000)、纳米碳管(直径为1～50nm，优选10～50nm，纵横比为100～1000)、富勒烯(fullerene，直径为0.7～1nm)或类似物质。在复合传导性物质中，用作混合的传导性物质是比金属粉末和金属纤维更加细小的微粒，它们与树脂具有很好的一致性和捏和分散效率。因此，树脂的各种特性，如弹性、模压性、以及加工性都未受损失。
在前述情形中，更优选预先将复合传导性物质制成颗粒状，然后用于注射成型仪器中。然而，如果将树脂和碳纳米材料用捏和机充分捏制，然后用于注射成型仪器中，成型也不存在困难。因此，上述两种方法都可用于制备复合传导性材料。
注射成型仪器的成型条件，诸如加热汽缸的温度、成型产品的冷却温度、螺杆速度、注射速度和压力，可根据所用树脂的种类任意调节。采用常规的注射成型操作方法，用内置螺杆将复合传导性材料从加料斗加入到加热汽缸中，进行塑化(融化和捏和)后，该材料被测量，然后通过螺杆向前的推进使所述材料被注射填充至模具中。
图2(A)，图2(B)和图2(C)中的每一图解显示了复合传导性材料的熔铸体13在完成填充过程前，在模具11的模腔12中的流动情况，如图2(A)所示，熔铸体13在中间部分以最高速度流动，当其接近模腔表面12a时，其流动减慢。如图2(B)所示，由于模具11的冷却，熔铸体的粘性增加，流动变得困难，然后树脂被冷却，固化为表面层(外皮)。
由于这种流动的差异，在熔铸体13的中间部分和与模腔表面12a接触的部分之间产生了速度梯度，也就是切变速率。熔铸体13受压，因此，模腔表面12a上的树脂受到熔铸体13施于其上的巨大的剪切应力，使逐渐冷却、固化的树脂沿着流动方向延伸。同时，在外皮侧的碳纳米材料被牵拉，并对准流动方向，使之容易从外皮13处集中在熔铸体的中央。
另一方面，由于芯部13b几乎不受剪切应力的影响，且碳纳米材料表现出各向异性，因此产生了传导性。使用富勒烯很难表现出传导性，但是通过与其它的碳纳米材料一起使用则可得到这种效果。该现象需要以碳纳米材料的一定混合量为条件；混合量优选为5～15wt％。当混合量超过15wt％时，外皮13a也可表现出传导性，这使得在树脂外很难形成绝缘外皮13a。当树脂的填充完成后，树脂冷却、固化成图示所示的传导性树脂板，该传导性树脂板包含具有绝缘性的树脂外皮13a和被外皮13a包覆的传导性芯部13b。也就是说，通过模腔中流动的树脂和碳纳米材料之间的流动性差异，以及通过控制碳纳米材料的混合量所得到的施加在模腔表面的剪切应力，形成了由树脂形成的绝缘性外皮和被绝缘性外皮包裹的芯部。
实施例传导性树脂的模制产品形状和尺寸； 平板(矩形)板厚2.0mm上表面的水平面积36cm2树脂； 聚丙烯复合成份； 纳米碳管直径10nm，长度1～10μm混合量； 10wt％传导性(体积电阻率)； 表面1010Ωcm或更大内部103Ωcm或更小注射成型仪器；PS40(由NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO.，LTD.制造)成型条件； 塑化温度210℃注射速度100mm/s注射压力100Mpa成型温度30℃
权利要求
1.一种具有树脂绝缘外皮的传导性树脂的模制产品，所述产品由绝缘性树脂和碳纳米材料的复合物组成，所述产品包括树脂绝缘性外皮，所述外皮是通过控制与绝缘性树脂复合的碳纳米材料的量，对所述复合物模制而得；以及由上述外皮包裹的传导性芯部，其中，树脂绝缘外皮的电阻为1010Ωcm或者更高，所述绝缘性树脂复合的碳纳米材料的比例为复合物的5-15wt％。
2.一种制备传导性树脂的模制产品的模制方法，其包括下述步骤塑化包含绝缘性树脂和碳纳米材料的复合材料；和将上述塑化后的材料注入一模腔内注射成型，制备含有树脂绝缘外皮和由所述外皮包裹的传导性芯部的传导性树脂的模制产品，在所述注射成型过程中，控制与绝缘性树脂复合的碳纳米材料的量，从而形成与模腔表面接触的树脂绝缘外皮，其中，树脂绝缘外皮的电阻为1010Ωcm或者更高，所述绝缘性树脂复合的碳纳米材料的比例为复合物的5-15wt％。
专利摘要
采用碳纳米材料与树脂作为传导性合成材料，使传导性树脂的模制产品的外皮具绝缘性，因此，可能扩大传导性树脂模制产品的用途，将其用作电子设备的基础材料。所述传导性树脂的模制产品由绝缘性树脂和碳纳米材料的复合材料制备而成。该传导性树脂模制产品包括树脂绝缘性外皮和被绝缘外皮包裹的传导性芯部，所述外皮是通过控制混合的碳纳米材料而制得。
文档编号B32B27/18GKCN1303618SQ200310118094
公开日2007年3月7日 申请日期2003年12月1日
发明者小出淳, 出极佳年, 菅沼雅资, 高桥幸彦 申请人:日精树脂工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3),