本發(fā)明涉及電傳導(dǎo)塑料制品領(lǐng)域、用于制造這樣的制品的混合物；和制造這樣的制品的方法。

背景技術(shù)：

us4664971a公開了一種包含電傳導(dǎo)纖維的電傳導(dǎo)塑料物品。塑料物品具有抗電磁干擾和抗射頻的屏蔽特性。為了獲得這樣的物品，使用具有電傳導(dǎo)纖維的復(fù)合顆粒或微粒作為中間制品。將這些復(fù)合顆粒與預(yù)定量的基本上純的塑料材料混合，并將共混物引入注射成型機(jī)的擠出機(jī)的料斗中。接著將材料加熱以使塑料軟化并加工以使纖維分布在塑料中來獲得具有良好屏蔽特性的塑料物品。

包括注射成型的擠出技術(shù)不是對于所有塑料物品都是適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)技術(shù)。滾塑成型(如例如wo2008/133535a1中所描述的)是用于成型塑料的已知技術(shù)。典型地，將可加熱的鋼模具用適當(dāng)量的粉末狀塑料材料部分地填充、閉合并且在其旋轉(zhuǎn)且端到端翻轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行加熱。接觸到模具的被加熱內(nèi)壁的粉末將熔化并融合，粘著到壁上，并且旋轉(zhuǎn)與翻轉(zhuǎn)的組合確保粉末最終接觸并涂覆模具的內(nèi)表面的每一處，來制造連續(xù)且完整的塑料壁。接著將模具冷卻并且可以從模具中取出塑料制品。

滾塑成型具有許多益處并因此受到許多應(yīng)用的青睞?？梢灾圃齑蟮牟考⑶宜芰现破返臋C(jī)械特性是特殊的且不能通過諸如注射成型的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)要求相對少量的部件時(shí)，滾塑成型是一種經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。滾塑成型提供與其他生產(chǎn)技術(shù)區(qū)別的、并且可通過制品中的模具分離區(qū)和塑料的結(jié)構(gòu)來識別的特別的塑料制品。尤其是在塑料部件的內(nèi)側(cè)，即意味著在滾塑成型操作期間不與外模具接觸的一側(cè)，在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上是特別的。

在滾塑成型中所使用的粉末狀塑料材料中添加添加劑或填料是已知的。例如如us2010/0129664a1中所描述的添加諸如玻璃纖維或天然纖維的增強(qiáng)纖維是已知的。這樣的纖維添加劑具有在十分之一毫米的范圍內(nèi)的長度。

對于一系列應(yīng)用，例如對于抗靜電放電(esd)保護(hù)，要求塑料制品的電傳導(dǎo)性。如今，沒有通過滾塑成型制成的合適的電傳導(dǎo)塑料制品是可用的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的是提供一種通過滾塑成型制成的電傳導(dǎo)塑料制品；并且其可以以簡單且可靠的方式制成。

本發(fā)明的第一方面是一種通過滾塑成型制成的電傳導(dǎo)塑料制品。制品包括塑料基體；和嵌入在塑料基體中的離散長度的傳導(dǎo)纖維的網(wǎng)絡(luò)，用于為塑料制品提供電傳導(dǎo)性。傳導(dǎo)纖維是金屬纖維。傳導(dǎo)纖維的平均長度是至少3mm。優(yōu)選地至少5mm，更優(yōu)選地至少8mm，甚至更優(yōu)選地至少10mm。在優(yōu)選實(shí)施例中，塑料基體是熱塑性基體。

本發(fā)明的第二方面是一種用于在電傳導(dǎo)塑料制品的滾塑成型中使用的混合物?；旌衔锇ㄔ谒芰戏勰?優(yōu)選熱塑性粉末)中的離散長度的傳導(dǎo)纖維的固體分散體。優(yōu)選地，塑料粉末的形狀是球形的。關(guān)于固體分散體意味著傳導(dǎo)纖維和塑料粉末以固體形式存在；并且當(dāng)在20℃的溫度下例如在混合器中攪拌混合物時(shí)，傳導(dǎo)纖維可以在混合物中相對于所有其他傳導(dǎo)纖維單獨(dú)地移動。離散長度的傳導(dǎo)纖維具有小于3mm的平均長度。優(yōu)選地至少5mm、更優(yōu)選地至少8mm、甚至更優(yōu)選地至少10mm的平均長度。優(yōu)選地，粉末具有在0.2mm與0.7mm之間的直徑；例如在0.3mm與0.5mm之間?；旌衔锟梢园ㄖT如阻燃劑、顏料、增強(qiáng)纖維和加工助劑的其他添加劑?；旌衔镏械膫鲗?dǎo)纖維的重量百分比優(yōu)選地在0.1％與20％之間，更優(yōu)選地在5％與20％之間，甚至更優(yōu)選地在5％與15％之間。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳導(dǎo)纖維的平均長度小于25mm、更優(yōu)選地小于20mm并且更優(yōu)選地小于15mm。

本發(fā)明的第三方面是一種用于通過滾塑成型生產(chǎn)如本發(fā)明的第一方面中的電傳導(dǎo)塑料制品的方法，包括如下步驟：

-提供如本發(fā)明的第二方面的任何實(shí)施例中的混合物；

-將混合物引入模具中；

-利用模具執(zhí)行滾塑成型操作以將混合物轉(zhuǎn)化成電傳導(dǎo)塑料制品。

優(yōu)選地，混合物包括將構(gòu)成傳導(dǎo)塑料制品的塑料基體的全部量的熱塑性粉末。

借助于注射成型和借助于使用擠出機(jī)的類似技術(shù)制造電傳導(dǎo)塑料物體是眾所周知的；并且其中例如不銹鋼纖維的傳導(dǎo)纖維被用作傳導(dǎo)粒子。由于傳導(dǎo)性要求在塑料中的傳導(dǎo)纖維均勻分布，所以要求傳導(dǎo)纖維與聚合物的混合和共混。當(dāng)使用擠出機(jī)時(shí)，這借助于粒料來進(jìn)行。粒料是包括一定量的傳導(dǎo)纖維的熱塑性粒子；傳導(dǎo)纖維被嵌入在粒料中。包括傳導(dǎo)纖維的粒料是在直接或間接從連續(xù)的纖維粗紗和拉擠成型過程開始的過程中制成的。該過程的先決條件是傳導(dǎo)纖維可作為連續(xù)纖維粗紗來提供。僅有限量的金屬纖維可以作為連續(xù)纖維粗紗來提供，更具體地是可以借助于集束拉拔制造的金屬纖維。單絲終拉(和隨后的集束)也是可能的，但對于要求小直徑的纖維來說太昂貴。使用這樣的粒料作為母料并且與塑料粒料一起給送到擠出機(jī)中。在擠出機(jī)螺桿中，聚合物被熔化并且材料共混且混合。缺陷是擠出和注射成型期間傳導(dǎo)纖維的斷裂。纖維的縮短造成較低的電傳導(dǎo)性。

在滾塑成型中不可能使用包括傳導(dǎo)金屬纖維的粒料。滾塑成型要求塑料以粉末形式存在。在滾塑成型過程的開始之前要求傳導(dǎo)纖維的緊密分布。傳導(dǎo)金屬纖維和塑料粉末的混合物必須是自由流動的，以允許滾塑成型加工。出人意料地，本發(fā)明的第二方面的混合物已顯示具有對于在滾塑成型中使用所要求的自由流動的特性。該混合物的使用使得可以例如通過如本發(fā)明的第三方面所描述的方法來生產(chǎn)本發(fā)明的第一方面的電傳導(dǎo)塑料制品。

這樣，本發(fā)明通過克服生產(chǎn)這樣的制品的困難來提供具有迄今不可得到的特性的電傳導(dǎo)塑料制品。

毫無疑問，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以區(qū)別塑料制品是否是通過滾塑成型制造的。例如，塑料的模具分離和結(jié)構(gòu)(尤其是在塑料部件的內(nèi)側(cè)，意味著在滾塑成型操作期間不與模具接觸的一側(cè))在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上是特別的。

在優(yōu)選的傳導(dǎo)塑料制品中，金屬纖維的平均長度小于25mm、更優(yōu)選地小于20mm并且甚至更優(yōu)選地小于15mm。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員為了電傳導(dǎo)塑料制品在傳導(dǎo)性方面有更好的結(jié)果而將選擇較長的傳導(dǎo)纖維，但是當(dāng)混合物中的金屬纖維具有小于25mm、更優(yōu)選小于20mm并且甚至更優(yōu)選小于15mm的平均長度時(shí)，在傳導(dǎo)塑料制品的滾塑成型中獲得了最佳結(jié)果。

用于在本發(fā)明中使用的優(yōu)選的是長度上基本一致的傳導(dǎo)纖維。

對于在本發(fā)明中使用的傳導(dǎo)纖維的長度與等效直徑的比率，優(yōu)選的是小于300、優(yōu)選地小于200；并且更優(yōu)選地小于100。優(yōu)選的傳導(dǎo)纖維的長度與等效直徑的比率為至少50。關(guān)于等效直徑意味著具有有與所涉及的纖維相同的橫截面面積的圓形橫截面的纖維的直徑。

在電傳導(dǎo)塑料制品和/或混合物的優(yōu)選實(shí)施例中，傳導(dǎo)纖維是機(jī)加工金屬纖維。

用于在本發(fā)明中使用的優(yōu)選金屬纖維是橫截面具有兩個(gè)相鄰的直線側(cè)和一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的曲線側(cè)的金屬纖維，兩個(gè)相鄰的直線側(cè)的夾角小于90°。優(yōu)選地，這樣的金屬纖維的等效纖維直徑的纖維之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于等效纖維直徑的25％。這樣的纖維可以通過如wo2014/048738a1中所描述的從錠進(jìn)行機(jī)加工來制成。纖維的橫截面形狀是有益的，因?yàn)樗兄谠谒芰现破分袆?chuàng)建到傳導(dǎo)纖維的互連網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選地，金屬纖維沿著其長度成錐形。

用于在本發(fā)明中使用的優(yōu)選金屬纖維是由鐵合金制成的金屬纖維，或者是由非鐵金屬或非鐵合金制成的金屬纖維?？捎糜诒景l(fā)明的含鐵金屬或鐵合金的示例是例如不銹鋼(例如，諸如310l、316l、304、430、300系列、400系列的aisi類型)、fecral合金(例如，根據(jù)din1.4767)；fe3al金屬；諸如1.4432、1.4162、1.4364或1.4410的雙相鋼類型(根據(jù)din標(biāo)準(zhǔn))，超級雙相鋼類型；nicrofer、inconel601和inconelhr。

可以使用的非鐵金屬和非鐵合金的示例是鈦、鎳、鉑、鋁、銅、鉻等和所列金屬的重量百分比占多數(shù)的合金。這樣的合金的示例是例如黃銅。鋁是優(yōu)選的選項(xiàng)，因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性已顯示有利于滾塑成型生產(chǎn)過程。

在電傳導(dǎo)塑料制品和/或混合物的優(yōu)選實(shí)施例中，傳導(dǎo)纖維具有腎形或香蕉形的橫截面。該實(shí)施例的益處在于這樣的纖維形狀有利于塑料制品中的傳導(dǎo)纖維的互連網(wǎng)路的形成，對制品的電傳導(dǎo)性有貢獻(xiàn)。橫截面形狀進(jìn)一步有利于滾塑成型中的加工，很可能是通過有利于生產(chǎn)過程期間材料中的熱的傳導(dǎo)。具有腎形或香蕉形的橫截面的傳導(dǎo)纖維的示例是從熔體中提取的金屬纖維。

在優(yōu)選的電傳導(dǎo)塑料制品和/或優(yōu)選的混合物中，傳導(dǎo)纖維具有小于100μm、優(yōu)選地小于80μm、更優(yōu)選地小于75μm、更優(yōu)選地小于70μm、甚至更優(yōu)選地小于50μm的等效直徑。優(yōu)選地，傳導(dǎo)纖維具有超過5μm、更優(yōu)選地超過10μm的等效直徑。

在優(yōu)選的電傳導(dǎo)塑料制品中，傳導(dǎo)纖維的重量百分比在0.1％與20％之間、優(yōu)選地在5％與20％之間、更優(yōu)選地在5％與15％之間。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電傳導(dǎo)塑料制品是雙曲盒子或者是外殼。優(yōu)選地，塑料制品的壁厚在2mm與10mm之間，例如在3mm與8mm之間。

優(yōu)選地，在電傳導(dǎo)塑料制品中，傳導(dǎo)纖維存在于塑料制品的全壁厚上。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，傳導(dǎo)纖維存在于塑料制品的全壁厚上，其中在電傳導(dǎo)塑料制品的內(nèi)側(cè)的傳導(dǎo)纖維的密度比在其外側(cè)的高。

優(yōu)選地，塑料制品的每單位表面面積的傳導(dǎo)纖維的量在塑料制品的全表面面積上基本恒定。

作為混合物中的塑料粉末(并且作為電傳導(dǎo)塑料材料中的塑料基體)，可以使用例如來自聚乙烯族的整個(gè)范圍的塑料：交聯(lián)聚乙烯(pex)、低密度聚乙烯(ldpe)、線性低密度聚乙烯(lldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)。其他可能的塑料是pvc增塑溶膠、聚酰胺和聚丙烯。還可以使用的其他塑料是：聚氯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、縮醛、亞克力、聚酯、聚丁烯、聚氨酯和硅酮。優(yōu)選的塑料粉末具有在0.1mm至1mm的范圍內(nèi)、優(yōu)選在0.2mm至0.6mm的范圍內(nèi)的平均粒徑。

附圖說明

圖1示出可以在本發(fā)明中使用的金屬纖維的橫截面。

圖2示出可以在本發(fā)明中使用的可選金屬纖維的橫截面。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電傳導(dǎo)塑料制品的橫截面。

具體實(shí)施方式

為了制造試樣，已制造出65μm等效直徑且5.5mm長度的機(jī)加工鋁纖維。已制造出35μm等效直徑且3mm長度的可選的機(jī)加工鋁纖維。這樣的纖維具有如圖1中所示的橫截面。橫截面100具有兩個(gè)相鄰的直線側(cè)110、120和一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則形狀的曲線側(cè)130，兩個(gè)相鄰的直線側(cè)110、120的夾角小于90°。纖維是根據(jù)如wo2014/048738a1中所描述的方法制成的。

可以使用的可選種類的金屬纖維是從金屬中提取的金屬纖維，具有如圖2所示的腎形或香蕉形的橫截面形狀。

機(jī)加工鋁纖維已混合有聚乙烯粉末，纖維與塑料粉末和纖維的混合物的總重量的重量比是5％、10％和17％。由此，獲得了聚乙烯粉末中的鋁纖維的固體分散體?；旌衔锸怯没剞D(zhuǎn)成型工業(yè)中使用的標(biāo)準(zhǔn)共混設(shè)備來使粉末添加劑與熱塑性粉末混合制成。

使用這些混合物借助于滾塑成型制造出塑料制品。圖3示出使用滾塑成型制造出的盒子的橫截面300。制成的制品具有4mm的壁厚t。在盒子的壁340中，離散長度的傳導(dǎo)纖維350的網(wǎng)絡(luò)被嵌入在塑料基體中。創(chuàng)建了傳導(dǎo)纖維的網(wǎng)絡(luò)一方面借助于混合物中的傳導(dǎo)纖維的固體分散體和粉末，并且另一方面借助于滾塑成型過程。在塑料制品的外表面上測量了電傳導(dǎo)性。為此，使用了具有5mm直徑的兩個(gè)圓形探針。使用塑料制品上的一個(gè)點(diǎn)作為參考，并且在塑料制品的外表面上的相對于參考點(diǎn)的若干點(diǎn)處測量了電阻。測試結(jié)果顯示，制成的回轉(zhuǎn)成型塑料制品具有良好的傳導(dǎo)性水平(對于5％纖維重量比試樣是10⁷ohm數(shù)量級；對于10％纖維重量比試樣是10³-10⁴ohm數(shù)量級；對于17％纖維重量比試樣是10³ohm數(shù)量級)，使得對于所有試樣，獲得了優(yōu)異的抗靜電放電(esd)保護(hù)。