一种导电工程塑料及其制备方法.pdf

本发明提供了一种导电工程塑料及其制造方法，该工程塑料以重量百分比计，含有25-65％聚砜类树脂，0.5-5％碳纳米管，15-45％针状硅灰石，10-30％ABS塑料，0-10％抗氧剂，0-10％辅助抗氧剂，0-10％分散剂。该制造方法包括如下步骤：(1)配比原料，将除针状硅灰石和碳纳米管外的各组分混合后加入到双螺杆挤出机的主喂料口；(2)将针状硅灰石和碳纳米管混合后加入到侧喂料口；(3)在树脂熔融状态下捏合后挤出、冷却、干燥、切粒，生成复合塑料。本发明的导电工程塑料，可赋予制品良好的静电消散能力、机械性能、耐热性能，尺寸稳定、翘曲小，且外观清洁不掉尘。

1、  一种导电工程塑料，以重量百分比计，含有如下组分：
聚砜类树脂                25-65％
碳纳米管                  0.5-5％
针状硅灰石                15-45％
ABS塑料                   10-30％
抗氧剂                    0-10％
辅助抗氧剂                0-10％
分散剂                    0-10％。

2、  如权利要求1所述的工程塑料，以重量百分比计，含有如下组分：
聚砜类树脂                40.2-61.2％
碳纳米管                  1-3％
针状硅灰石                20-40％
ABS塑料                   7.34-16.3％
抗氧剂                    0.05-2％
辅助抗氧剂                0.05-2％
分散剂                    0.05-2％。

3、  如权利要求1或2所述的工程塑料，其中，聚砜类树脂为聚砜、聚醚砜或聚芳砜，其中，聚砜熔融指数为8-30g/10min，碳纳米管为多壁纳米管，平均直径10-50nm，长度为1-20um，针状硅灰石平均直径＜15um，长径比至少为10。

4、  如权利要求3所述的工程塑料，其中，聚砜熔融指数为14-20g/10min，碳纳米管直径为15-25nm，长度为10-20um，针状硅灰石平均直径＜10um，长径比至少为15。

5、  如权利要求4所述的工程塑料，其中，所述针状硅灰石平均直径为3～8um，长径比至少为20。

6、  如权利要求1所述的工程塑料，其中，ABS塑料为透明的ABS塑料。

7、  如权利要求1所述的工程塑料，其中，针状硅灰石与碳纳米管表面均用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂处理过。

8、  一种导电工程塑料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如权利要求1所述比例配比原料，将除针状硅灰石和碳纳米管外的各组分混合均匀后加入到双螺杆挤出机的主喂料口；
(2)将针状硅灰石和碳纳米管混合后加入到侧喂料口；
(3)在聚合物树脂熔融状态下充分捏合后挤出、冷却、干燥、切粒，生成复合塑料。

9、  如权利要求8所述制备方法，以重量百分比计，原料配比如下：
聚砜类树脂                  40.2-61.2％
碳纳米管                    1-3％
针状硅灰石                  20-40％
ABS塑料                     7.34-16.3％
抗氧剂                      0.05-2％
辅助抗氧剂                  0.05-2％
分散剂                      0.05-2％。

10、  如权利要求9所述制备方法，所述步骤(1)中熔融挤出温度为260-310℃。

一种导电工程塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电工程塑料及其制备方法。
背景技术
高性能集成电路内部都有成千上万只电路，内部电路复杂、微细和精密。对这些在硅等半导体晶片上蚀刻和掩埋的微细精密电路，必须予以妥善保护，以免在生产、运输过程中造成损坏。为此，集成电路托盘材料需具有优异的机械性能，良好的静电消散能力，耐热性高，尺寸稳定，翘曲小等特性。
为了向集成电路托盘提供导电性，防止托盘积累静电，传统的做法是向其基底树脂材料中添加炭黑或碳纤维等导电填料。虽然碳纤维对基底树脂有增强作用，但碳纤维生产能耗大、添加量一般为复合塑料总重量的15％左右，且市场主要被国外几家公司垄断，导致国内市场供应不足；炭黑价格虽然较低，但添加量一般要达到复合塑料总重量的30％左右，致使掉尘现象严重，且会对基底树脂的性能带来不利影响。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种导电工程塑料，旨在解决现有集成电路托盘材料导电填料添加量大、掉尘现象严重的问题。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述导电工程塑料的制备方法。
本发明实施例的导电工程塑料，以重量百分比计，含有如下组分：
聚砜类树脂        25-65％
碳纳米管          0.5-5％
针状硅灰石    15-45％
ABS塑料       10-30％
抗氧剂        0-10％
辅助抗氧剂    0-10％
分散剂        0-10％。
本发明实施例的导电工程塑料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例配比原料，将除针状硅灰石和碳纳米管外的各组分混合均匀后加入到双螺杆挤出机的主喂料口；
(2)将针状硅灰石和碳纳米管混合后加入到侧喂料口；
(3)在聚合物树脂熔融状态下充分捏合后挤出、冷却、干燥、切粒，生成复合塑料。。
与现有技术相比，本发明的导电工程塑料，采用聚砜类树脂、碳纳米管、针状硅灰石和ABS塑料作为主要原料，其中碳纳米管作为导电填料，针状硅灰石作为增强剂。本发明所使用的碳纳米管在树脂基体中有良好的分散性，因此只需很少的添加量，就可以赋予制品优异的静电消散能力，且外观清洁不掉尘。另外，制品同时具有良好的机械性能、耐热性能，尺寸稳定、翘曲小等优点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种不仅导电填料添加量小、外观清洁不掉尘，同时具有良好的机械性能、耐热性能，尺寸稳定、翘曲小等优点的导电工程塑料，具体说来，该导电工程塑料，以重量百分比计，含有如下组分：
聚砜类树脂            25-65％
碳纳米管          0.5-5％
针状硅灰石        15-45％
ABS塑料           10-30％
抗氧剂            0-10％
辅助抗氧剂        0-10％
分散剂            0-10％。
以重量百分比计，上述组分优选百分比为：
聚砜类树脂        40.2-61.2％
碳纳米管          1-3％
针状硅灰石        20-40％
ABS塑料           7.34-16.3％
抗氧剂            0.05-2％
辅助抗氧剂        0.05-2％
分散剂            0.05-2％。
在本发明实施例中，上述聚砜类树脂含量若低于25％重量，则制品可能耐热性差、翘曲大；含量超过65％重量，则加工困难、成本增加。聚砜类树脂选用聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚芳砜(PAS)。其中，聚砜(PSU)可选用UDEL(Solvay Advanced Polymer)，优先选用熔融指数MI＝8-30g/10min的聚砜，更优先选用MI＝14-20g/10min的聚砜。熔融指数的测定条件：ASTM D1238@365℃，5KG。当需要更高耐热温度时，选用PES，例如Solvay AdvancedPolymer的RADEL a；或PAS，例如Solvay Advanced Polymer的RADEL R。
本发明使用的碳纳米管并无特别限制，为本领域常用碳纳米管，具体而言，本发明实施例所选碳纳米管为多壁纳米管，平均直径10-50nm，长度为1-20um，优选碳纳米管直径为15-25nm，长度为10-20um的碳纳米管，使用大长径比碳纳米管有利提高复合塑料导电性能。上述碳纳米管起到导电填料的作用，添加量较少就能使制品表面电阻为10⁴-10¹²欧姆/平方，满足制品消散静电的效果。但在本发明实施例中其若低于0.5％重量，则难以提供导电性；若超过5％重量，表面电阻将低于10⁴欧姆/平方，不符合本发明的应用范围，且成本增加。
上述针状硅灰石在本发明的组合中起到增强作用，所使用的针状硅灰石并不限于特定的种类，在本发明实施例中选择平均直径＜15um，长径比至少为10的针状硅灰石，优选平均直径＜10um，长径比至少为15的针状硅灰石；更优选平均直径为3～8um，长径比至少为20的针状硅灰石。在本发明实施例中，针状硅灰石还可以起到提高制品耐热性、尺寸稳定性的作用，若针状硅灰石的添加量含量低于15％重量，制品刚性会不足，含量超过45％重量，则加工困难，且制品外观粗糙。
上述针状硅灰石与碳纳米管表面均用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂处理过，以进一步提高其在树脂基体中的分散能力。
上述ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯所组成的三元共聚物，它具有苯乙烯热塑性塑料的机械加工性、丁二烯的橡胶韧性，在本发明中起到增加流动性、韧性等功效。ABS塑料可以是普通级的商品，优选MABS，俗称透明ABS树脂。在本发明实施例中，ABS塑料含量若小于10％，加工性能差、成本高、外观不佳，若其超过30％重量，则产品耐热性不能满足应用要求。
本发明实施例的导电工程塑料除了有上述聚砜类树脂、碳纳米管、针状硅灰石和ABS塑料等必须成分之外，可以另外添加本领域广泛使用的添加剂，例如各种抗氧剂、分散剂等。抗氧剂选自本领域常用的抗氧剂，常用的有Irganox1010，瑞士汽巴精化公司生产的四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；分散剂选自本领域常用的分散剂，例如乙二醇。在本发明实施例中，还可以添加0-10％重量的辅助抗氧剂，该辅助抗氧剂并无特别限制，为本领域所常用的辅助抗氧剂，例如Irganox 168，瑞士汽巴精化公司生产得三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯。
本发明实施例还提供一种上述导电工程塑料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例配比原料，将除针状硅灰石和碳纳米管外的各组分混合均匀后加入到双螺杆挤出机的主喂料口；
(2)将针状硅灰石和碳纳米管混合后加入到侧喂料口；
(3)在聚合物树脂熔融状态下充分捏合后挤出、冷却、干燥、切粒，生成复合塑料。
上述步骤(1)中熔融挤出温度为260-310℃。
实施例1
按表1中实施例1数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例2
按表1中实施例2数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例3
按表1中实施例3数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例4
按表1中实施例4数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例5
按表1中实施例5数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例6
按表1中实施例6数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例7
按表1中实施例7数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
实施例8
按表1中实施例8数据，将除针状硅灰石和碳纳米管外各组分按配比混合均匀后再经双螺杆挤出机熔融挤出，侧进料口加针状硅灰石和碳纳米管(经高速混合机按配比混合)、造粒、即制得本发明的组合物的颗粒产品。双螺杆挤出机采用南京科亚公司生产的CTE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机，挤出温度260-310℃，螺杆转速290RPM。
颗粒产品在110℃下干燥4小时，然后注塑ASTM样条，测定性能。结果见表2。
表1

表2

表2(续)


由表2可知，从本发明实施例1-8的性能结果看，针状硅灰石与少量的碳纳米管混合应用可赋予制品均匀的表面电阻及良好的机械性能、耐热性能，尺寸稳定、翘曲小，且外观清洁不掉尘，相比于传统的碳黑或碳纤维填充的复合塑料，能更好的满足半导体托盘高端市场的要求。另外，对比实施例1、2、3、4与5、6、7、8，当将本发明的组合物中PSU换成PES或PAS时，组合物的耐热性增加。实施例1、2、3、4适合于制造耐150℃焙烤的半导体托盘的原料，而实施例5、6、7、8适合于制造耐180℃焙烤的半导体托盘的原料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。