專利名稱：聚合物的擠制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于擠制聚合組合物的裝置與方法。
聚合組合物經常由熔融擠制成型。于壓力下利用輸送裝置以一連續(xù)流方式將該熔融聚合組合物輸送至一擠制孔口，強迫該聚合組合物通過該孔口形成一個所需形狀的擠制物。在許多實例中，將固態(tài)組合物進料至輸送裝置，在該裝置中經由剪切與外部加熱的組合熔融該組合物。公知的輸送裝置包括單螺桿與雙螺桿擠制器。不幸的是，因為該輸送裝置內壓力變化之故，尤其是當該組合物的粘度高時，公用的輸送裝置經常無法以固定速率將該熔融組合物輸送至擠制孔口。此現(xiàn)象致使形成的擠制物品質不穩(wěn)定。眾所周知，在介于該輸送裝置與擠制孔口之間安裝齒輪泵(或者已知為熔融泵)可改善此問題。該齒輪泵有助于將實質上固定量的熔融聚合組合物輸送至該擠制孔口，隨后制造品質經改良的擠制物。然而，該齒輪泵的大小必須正確，而且壓力變化必須小到可使該齒輪泵不會缺料或過度進料。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)上述問題于熔融擠制導電性聚合物時尤其嚴重。本文所使用的“導電性聚合物”一辭是指一種包含聚合組份，且其中分散有粒子狀導電性填料，例如碳黑、石墨、一種金屬、一種導電性陶瓷或一種金屬碳化物或氮化物的組合物。尤其是該導電性聚合物含有高濃度粒子狀填料(其可僅為導電性填料或導電性與不導電性填料的混合物)時，即使輸送裝置與該擠制孔口之間安裝有一齒輪泵，擠制期間的壓力變化會致使該擠制物的電性質產生不必要的變化。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當齒輪泵與一種輸送裝置及一種擠制孔口(如上述)并用時，可以藉由使用一種聚合物減壓裝置得到大幅改善的結果，該裝置系于齒輪泵的壓力超出選定水平時自該系統(tǒng)去除熔融聚合物，因此確保使該齒輪泵不會過度進料(并且將固定量的熔融聚合組合物連續(xù)輸送至該擠制孔口)。
本發(fā)明尤其適合于擠制導電性聚合物，而且將主要將照這種用途來進行描述。不過，必須了解的是，本發(fā)明也可用以擠制其他聚合組合物，而且本文所提供導電性聚合物用的資料通過恰當?shù)母倪M還能適用于其他聚合組合物(這種改進對于聚合物擠制領域的普通技術人員來說，利用其自身的知識并考慮該資料，是顯而易見的)。
在一較佳方面，本發(fā)明提供一種制造熔融擠制物件的裝置，該物件是由一種聚合組合物、最好是導電性聚合物組成的，該裝置包括(1)用以在加壓下輸送熔融聚合組合物的輸送裝置；(2)一個通道；(3)一個齒輪泵；(4)一個擠制孔口；及(5)一個聚合物減壓裝置；組件(1)、(2)、(3)與(4)之設置方式使得由該輸送裝置輸送的熔融聚合組合物可以連續(xù)流方式依序經過該輸送裝置、該通道、該第一齒輪泵及該擠制孔口；且該聚合物減壓裝置與第一齒輪泵聯(lián)動，因此當?shù)谝积X輪泵中的壓力超過一選定水平，該聚合物減壓裝置會去除連續(xù)流的熔融聚合組合物，直到第一齒輪泵中的壓力低于第二選定水平為止，第二選定水平等于或低于第一選定水平，而且其高到足以去除熔融聚合組合物，但是不會使壓力降至造成熔融泵缺料的水平。
如下文所討論，該聚合物減壓裝置最好是一齒輪泵，因此當該聚合物減壓裝置是一種齒輪泵以外的組件時，即使本文中齒輪泵(3)是僅有的齒輪泵，其通常仍稱為“第一”齒輪泵。
在第二較佳方面，本發(fā)明提供一種制造由熔融聚合組合物組成的物件的方法，該聚合組合物以一種導電性聚合物為佳，該方法包括以下步驟(A)在壓力下將一種熔融聚合組合物的連續(xù)流輸送至一齒輪泵；(B)操作該齒輪泵，使在步驟(A)中被輸送至齒輪泵的熔融聚合組合物經由該齒輪泵輸送至一擠制孔口，并經由該孔口擠制；及(C)當該齒輪泵內的壓力超過選定水平時，從該連續(xù)流去除聚合組合物。
當(a)該熔融聚合組合物具有高粘度(因為此現(xiàn)象容易增加擠制器或其他輸送裝置中的壓力變化)；及/或(b)擠制期間該產物受到壓力變化負面影響，例如該產物至少一個方面之尺寸極小，或其電性質或其他性質視組合物擠制期間的所受剪切力而定；及/或(c)該擠制器(或其它輸送裝置)是一種容易產生壓力變化的型式時，本發(fā)明尤其適用。因此，本發(fā)明較佳方法具有下列一或多種特性(a)該聚合組合物(i)包含一種熔點為Tm℃的聚合物；(ii)剪切速率為50sec-1且溫度為Tm的1.5倍下，粘度為2至15K.Pa.sec，尤其是8至11K.Pa.sec；及(iii)于溫度不高于Tm的1.5倍下擠制。此種組合物可包含例如，至少35％(體積)的一或多種粒子填料，至少40％(體積)的導電性填料為佳，便如碳黑。
(b)(i)該聚合組合物是一種顯示PTC行為的導電性聚合物，尤其是電阻小于10歐姆-厘米的組合物，特別是電阻小于1歐姆-厘米的組合物。
(b)(ii)將該聚合組合物擠制成厚度小于0.010英寸(0.25毫米)，例如0.005英寸(0.13毫米)或以下的板；或擠制成厚度大于0.010英寸(0.25毫米)的條狀或板狀，并壓成厚度小于0.010英寸(0.25毫米)，例如0.005英寸(0.13毫米)或以下的板。
(c)該聚合物輸送裝置是(i)一種往復式單螺桿擠制器，或(ii)一種長度對直徑(l/d)比率相當短的非往復式螺桿擠制器，該比率例如小于15∶1，例如8∶1至15∶1。
如上述，該聚合物減壓裝置是一第二齒輪泵為佳，但是其可為任何當壓力過大時使該聚合組合物自系統(tǒng)排出，當壓力降至所需水平時避免聚合組合物排出的組件。適用的組件包括齒輪泵、減壓閥及適用的可關閉孔口。當理起地使用第二齒輪泵作為聚合物減壓裝置時，其可遠小于第一齒輪泵。因此，第一齒輪泵最大容量對于第二齒輪泵最大容量的比率是5∶1至50∶1為佳，例如15∶1至25∶1。第二齒輪泵(或其他聚合物減壓裝置)的操作由一個控制系統(tǒng)控制為佳，該控制系統(tǒng)連續(xù)偵測施加在聚合組合物上的壓力，并根據(jù)該壓力操作第二齒輪泵。該控制系統(tǒng)可以直接偵測第一齒輪泵的壓力，或在該系統(tǒng)的可以代表第一齒輪泵壓力的其他部分上偵測壓力，例如偵測介于輸送裝置與第一齒輪泵之間的通道的壓力。
為使第一齒輪泵輸送定量熔融聚合組合物至擠制孔口，該齒輪泵內的壓力必須介于較低值Plower與較高值Pupper之間。第一選定水平P1(高于該值時該聚合物減壓裝置會去除熔融聚合物)必須小于Pupper，以Pupper的0.25至0.9倍為佳。第二選定水平P2(低于該值時，聚合物減壓裝置不會去除熔融聚合物)是(a)等于或小于P1，以P1的0.4至1.0倍為佳，及(b)大于Plower以Plower的1.2至1.6倍為佳。本發(fā)明優(yōu)點之一是因為該聚合物減壓裝置確保使擠制器內的壓力尖峰不會移轉至擠制孔口，所以若第一齒輪泵的壓力尖峰低于Pupper時可以進行高速率擠制操作。
本發(fā)明尤其適用于熔融擠制電路保護裝置所用的導電性聚合物，即PTC組合物，其包含一種結晶聚合物，例如聚乙烯或聚偏二氟乙烯與一種導電性粒子填料，以碳黑為佳，其用量足以將室溫電阻降至低水平，例如低于5歐姆-厘米。
適用的導電性聚合組物揭示于美國專利第4,237,441、4,388,607、4,534,889、4,545,926、4,560,498、4,591,700、4,724,417、4,773,024、4,935,156、5,049,850及5,250,228、5,378,407、5,451,919、5,582,770及5,747,147號及國際專利第WO96/29711號。
該導電性聚合物可以用任何適用方式進料至輸送裝置，包括(a)固態(tài)例如粒狀形式，其是由事先熔融混合處理制備，其中該導電性填料分散于聚合物組份中；或(b)聚合組合物與導電性填料的干燥摻合物形式，其中該輸送裝置必須是一種可以熔融混合此等成分，并將其輸送至第一齒輪泵的裝置；或(c)導電性填料在聚合物組份中的熔融分散形式，其是于例如內部分批混合器內制備。
例如，本發(fā)明可用以改進揭示于國際專利申請案第WO98/05503號及對應的臺灣申請案第86110731號的方法。該方法包括以下列方式制造一種導電性聚合物層壓板(A)將聚合物組份與該導電性填料裝填于一混合裝置；(B)于該混合裝置內混合該聚合組份與該導電性填料，形成一種熔融混合物；(C)經由一個模自混合裝置輸送該熔融混合物；(D)將該熔融混合物形成一個聚合板；及(E)在該板的至少一面上貼上金屬箔形成一層壓板；步驟(A)至(E)可以在單一連續(xù)制造中連續(xù)進行。
在本發(fā)明中，熔融導電性聚合物必須經由該裝置以連續(xù)流形式通過，但是該方法的期間可長可短。例如，當先在內部分批混合器中制備該導電性聚合物，然后以熔融混合物形式添加至該輸送裝置時，該批次經處理時該方法可持續(xù)數(shù)分鐘。
現(xiàn)在參考附圖
，其圖示出一單螺桿擠制器1、通道2、第一齒輪泵3、具有噴嘴孔口41的擠制頭4與具有出口51的第二齒輪泵5。壓力控制系統(tǒng)8偵測通道2與第一齒輪泵3接頭的壓力，并根據(jù)該壓力反應控制第二齒輪泵5。由進料斗7將丸粒狀的導電性聚合物進料至擠制器1，擠制器1熔融該導電性聚合物，并在壓力下以連續(xù)流狀經由通道2將該導電性聚合物輸送至第一齒輪泵3。第一齒輪泵強迫該熔融導電性聚合物通過擠制孔口41。以輥壓器6將擠制物壓成板狀。若控制系統(tǒng)8所觀察到的壓力超過第一預定水平，該控制系統(tǒng)會啟動第二齒輪泵5，使之去除通道2的熔融導電性聚合物，并經由出口51排出。當控制系統(tǒng)8所觀察到的壓力降至第二選定水平時，其會關閉第二齒輪泵5。
權利要求
1.一種制造由導電性聚合物組成的熔融擠制物件的裝置，該裝置包括(1)用以在加壓下輸送熔融聚合組合物的輸送裝置；(2)一個通道；(3)第一個齒輪泵；(4)一個擠制孔口；及(5)一個聚合物減壓裝置；組件(1)、(2)、(3)與(4)被設置，以致使藉由輸送裝置所輸送之熔融導電性組合物，以連續(xù)流方式依序經過該輸送裝置、該通道、該第一齒輪泵及該擠制孔口；且該聚合物減壓裝置是與第一齒輪泵聯(lián)動，因此當?shù)谝积X輪泵中的壓力超過一選定水平，該聚合物減壓裝置會去除來自其連續(xù)流的熔融導電性組合物，直到在第一齒輪泵中的壓力降至低于第二選定水平為止。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于該聚合物減壓裝置是第二齒輪泵，當其正在操作時會去除通道之熔融導電性聚合物。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于第一齒輪泵的最大容量對第二齒輪泵的最大容量的比率為5∶1至50∶1。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的裝置，其特征在于該輸送裝置包括一個單螺桿擠制器或一個雙螺桿擠制器。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的裝置，其特征在于該輸送裝置包括一個往復式單螺桿擠制器。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的裝置，其特征在于該輸送裝置為一種具有1/d比率為8∶1至15∶1的非往復式螺桿擠制器。
7.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于該擠制孔口為噴嘴模。
8.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于包括一個控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)連續(xù)偵測在第一齒輪泵中施加在導電性聚合物上的壓力，并回應該壓力操作第二齒輪泵。
9.一種制造由導電性聚合物所組成的物件的方法，此方法包括以下步驟(A)在壓力下將一種熔融聚合組合物的連續(xù)流輸送至第一齒輪泵；(B)操作該齒輪泵，以致使在步驟(A)中被輸送至第一齒輪輸泵的熔融導電性聚合物，是通過第一齒輪泵輸送至擠制孔口，并經由該孔口擠制；及(C)當該齒輪泵內的壓力超過選定水平時，自該連續(xù)流去除熔融導電性聚合物。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于在步驟(C)中，是利用第二齒輪泵去除該熔融導電性聚合物。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于該導電性聚合物(i)包含一種具有熔點為Tm℃的聚合物；(ii)在剪切速度為5sec-1且溫度為Tm的1.5倍下，具有粘度為2至15K.Pa.sec；及(iii)在溫度不高于Tm的1.5倍下擠制。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于該熔融導電性聚合物在剪切速率為50sec-1且溫度為Tm的1.5倍下，具有粘度為8至11K.Pa.sec。
13.根據(jù)權利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于該導電性聚合物包含至少35％(體積)的至少一種微粒狀填料。
14.根據(jù)權利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于該導電性聚合物顯示PTC行為，而且包含至少40％(體積)的碳黑。
15.根據(jù)權利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于該擠制孔口為一噴嘴模，并將該擠制物壓延成薄板。
16.根據(jù)權利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于該擠制孔口為一具有縫隙至多0.13毫米(0.005英寸)的板模。
17.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于是權利要求1至8中任一項所述的裝置實現(xiàn)的。
18.一種由權利要求9至17中任一項所述的方法制備的導電性聚合物物件。
全文摘要
本發(fā)明提供用于熔融擠制聚合組合物、尤其是導電性聚合物的方法與裝置,其中一個齒輪泵3將熔融聚合組合物輸送至擠制孔口41。利用聚合物減壓裝置5避免由于壓力變化所致的組合物過度進料,該減壓裝置以第二個較小齒輪泵5為佳,其是在壓力超過選定水平時去除部分熔融組合物。
文檔編號B29C47/92GK1263492SQ98807071
公開日2000年8月16日 申請日期1998年7月10日 優(yōu)先權日1997年7月14日
發(fā)明者E·F·楚, S·M·喬丹, J·拉羅 申請人:泰科電子有限公司