包含官能化的碳纳米管并且表现出减少脱落的聚合物组合物
阅读说明：本技术 包含官能化的碳纳米管并且表现出减少脱落的聚合物组合物 (Polymer compositions comprising functionalized carbon nanotubes and exhibiting reduced exfoliation ) 是由 法兰斯·梅尔希克斯 阿诺·哈根尔斯 罗伯特·范德格拉佩尔 西德尼·瓦斯腾豪特 西奥·胡克斯 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本公开描述了包含聚合物和官能化的碳纳米管的聚合物组合物,及其形成系统和方法。聚合物组合物包含官能化的碳纳米管和一种或多于一种聚合物。与由包含常规碳纳米管的组合物形成的部件相比,由聚合物组合物形成的部件具有改善的脱落性能。另外,与由包含常规碳纳米管的组合物形成的部件相比,本文形成的部件具有较低的液体颗粒计数值。(The present disclosure describes polymer compositions comprising a polymer and functionalized carbon nanotubes, and systems and methods for forming the same. The polymer composition comprises functionalized carbon nanotubes and one or more than one polymer. Parts formed from the polymer composition have improved shedding performance compared to parts formed from compositions comprising conventional carbon nanotubes. Additionally, the parts formed herein have a lower liquid particle count value as compared to parts formed from compositions comprising conventional carbon nanotubes.)
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月30日提交的欧洲专利申请第18209598.4号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般地涉及聚合物组合物，但非限制性地涉及组合物，例如导电聚合物组合物，以及用于制备组合物的方法和系统，其中组合物包含碳纳米管。
背景技术
塑料广泛用于电子装置和包装应用中。由于塑料本性上是电绝缘体，因此塑料倾向于保留静电荷并且允许电磁/射频频率通过。静电放电(ESD)可能会引起问题，并且对(敏感的)电子装置有害，然而电磁/射频频率可能会干扰电子装置的功能并且导致装置故障。为了防止ESD和/或屏蔽电磁接口(EMI)，可以赋予塑料一定水平的导电性。
通过添加导电填料(最常见的是基于碳的材料，如炭黑、碳纤维和碳纳米管(CNT))，可以赋予塑料导电性。炭黑相对便宜，但容易脱落(即脱落的微粒)，这可导致导电碳颗粒沉积在其他部件上，并且可导致短路和故障。与炭黑相比，碳纤维和CNT的脱落趋势较低。尽管与碳纳米管相比，碳纤维具有较低的脱落趋势，但是与CNT相比，通常需要大量的碳纤维才能达到特定水平的导电性。
容易遭受脱落损坏的装置的说明性的非限制性实例包括集成电路(例如“芯片”)和硬盘驱动器(HDD)。在制造过程中由于脱落而损坏的集成电路通常可能根本无法工作。HDD上脱落的碳或其他材料的松散颗粒(例如，碳脱落或脱落)会影响悬臂读数，并且可导致错误和装置故障。脱落可能通过刮擦表面并且产生表面空隙而造成损坏；并且表面空隙会导致硬盘驱动器故障。脱落问题导致制造成本增加、产品产量降低和过早失效。
随着电子装置的日益小型化，对脱落的要求也在增加，并且需要越来越多的超纯化合物。因此，较小电子部件的制造面临如下挑战：鉴定一种或多于一种技术和/或一种或多于一种材料以制造具有减少脱落的导电材料，从而能够使电子部件和装置小型化。
发明内容
本公开描述了官能化的碳纳米管和聚合物的组合物，以及形成官能化的碳纳米管和由其形成部件的方法、装置和系统。例如，本文描述的聚合物组合物包含官能化的碳纳米管和一种或多于一种聚合物。官能化的碳纳米管具有多个壁(例如，5至15个壁)和一个或多于一个基于氧的官能团，例如羟基、羧酸基团或其组合。在一些实施方案中，官能化的碳纳米管具有3至25重量％的氧化水平，其通过热重分析(TGA)测定。
与常规的碳纳米管相比，官能化的碳纳米管具有与聚合物的增强的键合和附着性。例如，官能化的碳纳米管的官能团(例如，基于氧的官能团)有助于增加官能化的碳纳米管与聚合物组合物的聚合物主体之间的附着性。另外，聚合物组合物可具有官能化的碳纳米管在聚合物组合物中增加的分散性。官能化的碳纳米管与聚合物的增加的键合/附着性和分散性减少官能化的碳纳米管从由其形成的部件上脱落的速率。材料的降低的脱落性能可通过低的液体颗粒计数来鉴定，该低的液体颗粒计数是小于或等于阈值的液体颗粒计数值，如本文进一步所述。降低的脱落性能使得通过部件形成的产品能够降低制造成本、提高产品产量并且延长平均故障时间。另外，官能化的碳纳米管与聚合物的增加的键合/附着性和分散性可增加可包含在聚合物组合物中的官能化的碳纳米管的量，例如在主体聚合物的性能劣化之前可包含在聚合物组合物中的官能化的碳纳米管的量。因此，由具有增加的官能化的碳纳米管的聚合物组合物形成的一个或多于一个部件可具有导电性质，例如是导电的、抗静电的或提供电磁屏蔽。
如本文所用，“碳纳米管”是指具有圆柱形纳米结构的碳的同素异形体。碳纳米管通常由碳原子的单原子厚度的片材(例如，石墨片)，即石墨烯形成。片材以特定和离散的(“手性”)角进行轧制，并且轧制角和半径的组合会影响纳米管的性能。尽管片材的大部分碳原子是暴露的，但是片材(即，其碳原子)是相对惰性的，并且通常不能很好地附着在主体材料(例如，聚合物基质)上。
如本文所用，“官能化的碳纳米管”是指碳纳米管，其表面被均匀或不均匀地改性从而具有与其相关的官能化学部分。这些表面通过氧化反应或其他化学介质的化学反应或物理吸附而官能化。官能化的碳纳米管然后可以通过其他反应进一步改性，以在碳纳米管的表面上形成其他官能部分。通过改变碳纳米管表面上的化学部分，可以将官能化的碳纳米管物理或化学键合至包括聚合物在内的各种基材上。用于制备官能化的碳纳米管的碳纳米管(例如，双壁或多壁碳纳米管)可以通过常规方法例如化学气相沉积(CVD)和/或其他方法来生长或形成。
与常规碳纳米管相比，可以通过极性或共价相互作用良好地分散在聚合物基质中的官能化的碳纳米管具有更好的与主体聚合物基质的附着性和减少脱落的趋势。官能化的碳纳米管和聚合物基质之间改善的相互作用/附着力(与常规的碳纳米管相比)减少脱落(例如减少脱落速率、减少脱落量或增加引起脱落的力)。另外，某些增容剂与官能化的碳纳米管的组合使用使得改善与主体聚合物基质(例如，聚合物树脂)的增容/附着性，并且进一步减少脱落。
作为碳纳米管官能化的说明性实例，多壁碳纳米管通过湿化学方法或等离子体处理而氧化，并且通过氧化进行改性以变得缩短和被氧化。在特定的实施方案中，硝酸或硝酸/硫酸水溶液混合物用于氧化多壁碳纳米管。硝酸或硝酸/硫酸水溶液混合物还除去通过化学气相沉积(CVD)用于生长多壁碳纳米管的催化剂中残留的大部分金属残留物。氧化过程导致在氧化的多壁碳纳米管的侧壁上形成官能团(例如，基于氧的官能团或氧官能团)。官能团能够与聚合物的聚合物分子(例如，聚合物链)形成共价键或极性键，以与官能化的碳纳米管的未氧化或未改性的碳原子或常规碳纳米管键合至聚合物分子相比，更好地将官能化的碳纳米管附着至聚合物分子。
在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管的氧官能团具有增加的极性相互作用(例如库仑力、氢键)和/或增加的与主体材料(例如聚合物基质)的化学键合。相互作用及其键合强度的提高导致脱落减少，例如当材料被机械接触、冲击、摩擦等时脱落量减少。另外，与碳纳米管相比，官能化的碳纳米管可提高在聚合物中的分散性(例如，产生较少的“结块”或附聚物)，这可进一步增加键合并且减少脱落。
本文所述的官能化的碳纳米管通常具有以下特性中的一种或多于一种：0.4至15微米的长度，2至15个侧壁，官能化的碳纳米管通过TGA测定的3至25重量％的氧化水平，通过滴定法测定的羧酸基团的量通常为0.02至0.18毫摩尔/克官能化的碳纳米管，羟基的量通常为0.04至0.34毫摩尔/克官能化的碳纳米管。本文所述的官能化的碳纳米管可以进一步化学修饰以允许调节官能团，从而增加与预期的主体基质聚合物的相互作用和/或键合。
官能化的碳纳米管可以例如在熔融复合操作中与聚合物组合(例如，与之共混)，以制备聚合物组合物(例如，球团形式)和/或由其制成的具有所需导电率水平的产品。与包含常规碳纳米管的导电部件相比，由聚合物组合物(包含官能化的碳纳米管)制成的导电部件/产品显示出减少的脱落并且具有较低的液体颗粒计数(LPC)。
液体颗粒计数用于测量颗粒在液体或固体中的大小和/或分布。通过用激光二极管照射液体样品并且检测其散射光来测量粒度和分布。散射光的性质与粒度有关。测量粒度并且测定每个大小范围内存在的颗粒数。测量的颗粒的大小范围可以取决于使用的检测器。如本文所使用的“液体颗粒计数”可以对应于通过硬盘驱动器供应商使用的工业标准液体颗粒计数方法测定的液体颗粒计数。这样的工业标准方法使用100级洁净工作台、一个或多于一个超声波清洁器、脱气系统和纯水系统。
为了分析固体材料上的颗粒污染，通常使用水或水和洗涤剂溶液从固体材料中提取颗粒。然后将包含颗粒(例如，样品)和提取液的烧杯放置在超声浴中。一段时间后取出样品，分析萃取液中是否存在颗粒。
一方面，本文公开的聚合物组合物表现出减少的脱落和/或低的颗粒污染。期望以液体颗粒计数(LPC)为特征的脱落/颗粒污染保持得低。如本文所用，术语“液体颗粒计数”是指在由产品制备的液体样品中检测到的具有预定尺寸分布的颗粒数量。一方面，本文公开的聚合物组合物表现出低的颗粒污染，在部件中形成时的液体颗粒计数(LPC)小于5000个计数/毫升(ml)。在一些情况下，与包含非官能化的碳纳米管的类似组合物的LPC计数相比，利用官能化的碳纳米管实现了组合物的LPC计数减少20％或多于20％。上面的LPC计数是大小为0.2至2微米的颗粒的累积颗粒计数。另一方面，当本文公开的聚合物组合物形成为球团，球团模制以形成部件时，例如当聚合物组合物处于中间阶段时，由聚合物组合物形成的球团表现出每毫升50000个或少于50000个0.2至2微米的颗粒的累积液体颗粒计数。
在说明性的LPC测试中，将模制部件的样品浸入超声清洁器或浴中的超纯水(例如，来自Pure Lab纯水机的水)中。首先将样品进行使用40kHz和426W的超声清洗步骤，将其重复3次。接着，对样品进行超声处理(例如，超声清洗)，例如在68千赫兹和103.58瓦特下进行2分钟的超声处理。样品表面的超声波撞击引起颗粒的微磨损(即，样品的颗粒被摇动或振动掉)。使用液体颗粒计数分析仪对颗粒进行计数/测量。例如，使用SLS-1200LiQuilaz-SO2-HF颗粒测量系统测定颗粒数量，该数量代表样品的LPC计数。
聚合物复合材料(包含官能化的碳纳米管)可以有利地增加由其形成的材料和产品中的抗脱落性、减少脱落的量、减小脱落的大小等。可以得益于具有减少脱落的这种导电聚合物的产品实例包括硬盘驱动器部件、集成电路和外壳。因此，本公开克服了形成具有减少的脱落的导电聚合物的现有挑战。具有减少的脱落的导电聚合物能够使电气部件/装置小型化，并且通过减少由脱落引起的损坏和故障来防止对电气部件/装置的损坏。
本发明聚合物组合物的一些实施方案包括：官能化的碳纳米管，官能化的碳纳米管具有多个壁和一个或多于一个基于氧的官能团；和一种或多于一种聚合物，其中由聚合物组合物形成的模制部件具有与由包含非官能化的碳纳米管的其他组合物形成的其他模制部件相比改善的脱落性能，其通过液体颗粒分析(LPC)测量，并且其他组合物以与聚合物组合物的一种或多于一种聚合物基本上相似的重量百分比包含一种或多于一种聚合物并且以与聚合物组合物的官能化的碳纳米管基本上相似的重量百分比包含非官能化的碳纳米管。在本发明聚合物组合物的实施方案的一些实施方案中，模制部件和其他模制部件通过类似方法形成，并且模制部件和其他模制部件的LPC值通过类似LPC测试方法得到。在一些实施方案中，由聚合物组合物形成的模制部件具有每毫升5000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积液体颗粒计数。另外或替代地，由聚合物组合物形成的球团具有每毫升50000个或少于50000个0.2至2微米的颗粒的累积液体颗粒计数，其中球团用于形成模制部件，并且其中一个或多于一个基于氧的官能团包括羟基、羧酸基团或其组合。
在聚合物组合物的一些前述实施方案中，官能化的碳纳米管具有3至25重量％的氧化水平，其通过热重分析(TGA)测定。在一些实施方案中，进行TGA包括在干燥的氮气氛中将干燥的官能化的碳纳米管从室温以每分钟5℃的速度加热至1000℃，并且其中官能化的碳纳米管的氧化水平基于200至600℃的重量损失百分比。在一些实施方案中，氧化水平为15至25重量％。
在聚合物组合物的一些前述实施方案中，官能化的碳纳米管的平均长度小于或等于1.2微米。在一些实施方案中，官能化的碳纳米管包含双壁碳纳米管。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管包含具有5至15个壁的多壁碳纳米管。
在聚合物组合物的一些前述实施方案中，官能化的碳纳米管的长度为0.4微米至15微米。在一些这样的实施方案中，聚合物组合物还包含炭黑、碳纤维、石墨烯、非官能化的多壁碳纳米管、单壁官能化的或非官能化的碳纳米管或其组合。
在聚合物组合物的一些前述实施方案中，一种或多于一种聚合物的至少一种聚合物选自聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、聚碳酸酯-硅氧烷共聚物、聚醚酰亚胺、聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚、聚苯醚(PPE)-硅氧烷共聚物、聚酰胺、聚酯及其组合。
本发明方法的一些实施方案包括：将聚合物组合物注入限定腔体的模具中，使得聚合物组合物流入腔体以形成模制部件，聚合物组合物包含聚合物和官能化的碳纳米管；并且从模具中取出模制部件，其中模制部件具有每毫升5000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积液体颗粒计数。在本发明方法的实施方案的一些实施方案中，方法还包括在挤出装置处将聚合物和官能化的碳纳米管组合；和从挤出装置提供用于注入模具的聚合物组合物至注射装置。在本发明方法的实施方案的一些实施方案中，官能化的碳纳米管具有小于或等于1.2微米的长度，包括5至15个壁，包括一个或多于一个基于氧的官能团，并且具有3至25重量％的氧化水平，其通过热重分析(TGA)测定。在一些实施方案中，通过本发明方法的一些前述实施方案形成的模制部件为导电聚合物、抗静电聚合物或静电耗散聚合物。
如本文所用，各种术语仅出于描述特定实施方案的目的，并不旨在限制实施方案。例如，如本文所用，用于修饰例如结构、部件、操作等要素的序数术语(例如，“第一”、“第二”、“第三”等)本身并不表示该要素相对于另一个要素的任何优先级或顺序，而仅仅是将该要素与具有相同名称的另一个要素区分开(但用于序数术语)。术语“耦合”定义为连接，尽管未必是直接连接，并且未必是机械连接。“耦合”的两个物品可以彼此一体化。除非本公开明确地另外要求，否则术语“一个”和“一种”定义为一个(种)或多个(种)。如本领域普通技术人员所理解的，术语“基本上”定义为在很大程度上但未必全部是所指定的(并且包括所指定的；例如，基本上90度包括90度并且基本上平行包括平行)。在任何公开的实施方案中，术语“基本上”可以替换为“在指定的[百分比]内”，其中百分比包括0.1％、1％或5％；并且术语“大约”可以替换为指定值的“10％以内”。短语“和/或”是指和或。为了说明，A、B和/或C包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合、或A、B和C的组合。换句话说，“和/或”作为包括性的“或”。
术语“包含”、“具有”和“包括”。因此，“包含”、“具有”或“包括”一个或多于一个要素的装置具有这些的一个或多于一个要素，但不限于仅具有这些的一个或多于一个要素。同样，“包含”、“具有”或“包括”一个或多于一个步骤的方法具有这些的一个或多于一个步骤，但不限于仅具有这些的一个或多于一个步骤。
任何系统、方法和制造制品的任何实施方案可以由任何所述的步骤、要素和/或特征组成，或基本上由任何所述的步骤、要素和/或特征组成，而不是包含/具有/包括任何所述的步骤、要素和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由……组成”或“基本上由……组成”可以替代上面列举的任何开放式连接动词，以改变另外会使用开放式连接动词的给定权利要求的范围。另外，术语“其中(wherein)”可以与“其中(where)”互换使用。
此外，以某种方式配置的装置或系统至少以这种方式配置，但也可以不同于具体描述的方式的其他方式配置。即使未描述或说明，但一个实施方案的一个或多个特征可以应用于其他实施方案，除非本公开或实施方案的性质明确禁止。
上面描述与实施方案相关的一些细节，下面描述其他细节。在阅读整个申请(包括以下部分：
附图说明
、具体实施方案和权利要求)后，本公开的其他实施方案、优点和特征将变得明显。附图说明
以下附图通过实例而非限制性的方式进行说明。为了简洁和清晰起见，给定结构的每个特征并不总是在出现该结构的每个图中标记。相同的附图标记未必表示相同的结构。相反，可以使用相同的附图标记来指示相似的特征或具有相似功能的特征，不相同的附图标记也可以指示不相同的特征或具有不相同功能的特征。这些图是按比例绘制的(除非另有说明)，这意味着对于至少图中描绘的实施方案，所描绘的要素的尺寸相对于彼此是准确的。标识为示意图的视图未按比例绘制。
图1是说明使用包含官能化的碳纳米管的聚合物组合物产生模制部件的系统实例的图。
图2是说明图1的聚合物组合物实例的透视图的图。
图3是制备模制部件的系统实例的透视图。
图4是制造官能化的碳纳米管的方法实例的流程图。
图5是说明制造包含官能化的碳纳米管的聚合物组合物的方法实例的流程图。
图6是说明使用包含官能化的碳纳米管的聚合物组合物制造模制部件的方法实例的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出了用于制造例如模制部件的部件152的系统100的框图。部件152包含具有官能化的碳纳米管132的聚合物复合材料142。与包含常规碳纳米管(如非官能化的碳纳米管)的导电聚合物相比，部件152可以是导电的并且具有降低的脱落性能。
系统100包括CNT改性系统112、组合器114、成形系统116和电子装置118。任选地，系统100包括测试系统120，例如LPC测试系统或TGA测试系统。CNT改性系统112配置为由碳纳米管122和氧化剂124生成官能化的碳纳米管132。CNT改性系统112可以包括或对应于湿法蚀刻或等离子体处理氧化系统，其配置为氧化碳纳米管122以在其上形成官能团，由此产生官能化的碳纳米管132。在一些实施方案中，碳纳米管122通过化学气相沉积(CVD)形成。还参考图2描述官能化的碳纳米管132。
组合器114配置为由官能化的碳纳米管132和一种或多于一种聚合物134产生聚合物复合材料142(例如，共混组合物)。例如，组合器114配置为生成聚合物复合材料142的球团。组合器114可以包括或对应于熔体复合系统或熔体共混组合器。还参考图2描述聚合物复合材料142和聚合物134。成形系统116配置为使用聚合物复合材料142生成部件152，如模制部件。成形系统116可以包括或对应于注射成型系统、挤出系统或其组合。尽管列举为单独的系统，但是组合器114和成形系统116可以并入到单一系统中，如参考图3所述。
电子装置118包括一个或多于一个接口160，一个或多于一个处理器(例如，一个或多于一个控制器)，如代表性处理器164、存储器168和一个或多于一个输入/输出(I/O)装置170。接口1160可以包括网络接口和/或配置为通信耦合至一个或多于一个其他装置如CNT改性系统112、组合器114、成形系统116或测试系统120的装置接口。例如，接口160可以包括发送器、接收器或其组合(例如，收发器)，并且可以实现有线通信、无线通信或其组合。尽管电子装置118描述为单个电子装置，但在其他实施方案中，系统100包括多个电子装置。在这样的实施方案中，例如分布式控制系统，多个电子装置各自控制系统100的子系统，例如CNT改性系统112、组合器114、成形系统116或测试系统120。
处理器164包括氧化控制器172、共混控制器174和成形控制器176。例如，氧化控制器172(例如，处理器164)可以配置为生成一个或多于一个氧化控制信号182和/或将一个或多于一个氧化控制信号182传送至CNT改性系统112。共混控制器174配置为控制(或调节)组合器114(例如腔室或其挤出机)内的环境，例如空气质量、温度和/或压力和/或将材料输送/注射到组合器114。例如，共混控制器174可以配置为生成一个或多于一个环境控制信号184、一个或多于一个原料输送控制信号186和/或将一个或多于一个环境控制信号184传送到组合器114、将一个或多于一个原料输送控制信号186传送到组合器114，或其组合。
成形控制器176配置为控制(或调节)成形系统116(例如，其模具144)内的环境，例如温度(例如，热)和/或压力，和/或将材料输送/注射到成形系统116(例如，其模具144)中。例如，成形控制器176可以配置为生成一个或多于一个环境控制信号184、一个或多于一个原料输送控制信号186，和/或将一个或多于一个环境控制信号184传送到成形系统116、将一个或多于一个原料输送控制信号186传送到成形系统116，或其组合。
尽管处理器164的一个或多于一个部件被描述为单独部件，但在一些实施方案中，处理器164的一个或多于一个部件可以组合为单个部件。例如，尽管氧化控制器172和共混控制器174被描述为独立的，但在其他实施方案中，氧化控制器172和共混控制器174可以合并至单个控制器中。另外或替代地，处理器164的一个或多于一个部件可以与处理器164分开(例如，不包括在其中)。举例说明，氧化控制器172可以与处理器164分开并且与处理器164不同。
存储器168，如非暂时性计算机可读存储介质，可包括易失性存储器装置(例如，随机存取存储器(RAM)装置)、非易失性存储器装置(例如，只读存储器(ROM)装置、可编程只读存储器和闪存)，或两者。存储器168可以配置为存储指令192、一个或多于一个阈值194以及一个或多于一个数据集196。指令192(例如，控制逻辑)可以配置为当由一个或多于一个处理器164执行时，使一个或多于一个处理器164执行本文进一步描述的操作。例如，一个或多于一个处理器164可以执行参考图3至图6所描述的操作。一个或多于一个阈值194和一个或多于一个数据集196可以配置为使处理器164生成控制信号。例如，处理器164可以响应于从组合器114接收到传感器数据例如传感器数据188，生成控制信号并且发送控制信号。可以基于将传感器数据与一个或多于一个阈值194、一个或多于一个数据集196或其组合进行比较来调整温度或原料流速。
在一些实施方案中，处理器164可以包括或对应于微控制器/微处理器、中央处理单元(CPU)、现场可编程门阵列(FPGA)装置、专用集成电路(ASIC)、其他硬件装置、固件装置或其任何组合。处理器164可以配置为执行指令192以启动或执行参考图3描述的一个或多于一个操作和/或图4至图6的方法中的一个或多于一个操作。
一个或多于一个I/O装置170可以包括鼠标、键盘、显示装置、相机、其他I/O装置或其组合。在一些实施方案中，处理器164响应于经由一个或多于一个I/O装置170接收到的一个或多于一个用户输入而生成控制信号并且发送控制信号。
电子装置118可以包括或对应于通信装置、移动电话、手机、卫星电话、计算机、平板电脑、便携式计算机、显示装置、媒体播放器或台式计算机。另外或替代地，电子装置118可以包括机顶盒、娱乐单元、个人数字助理(PDA)、监视器、计算机监视器、电视、调谐器、视频播放器、包括处理器或者存储或检索数据或计算机指令的任何其他装置或组合。
在一些实施方案中，系统100还包括用于执行LPC测试的测试系统120，即LPC测试系统。LPC测试系统配置为对模制部件152的样品154进行LPC测试，以得到模制部件152的LPC值。LPC测试系统包括或对应于超声波清洁器(例如，超声波浴)和LPC测量装置。例如，在特定实施方案中，LPC测试系统可包括Crest 40kHz和68kHz超声波清洁器以及SLS-1200LiQuilaz-S02-HF颗粒测量系统。LPC测试系统可以手动控制或通过信号(例如，控制信号184、186)，例如来自电子装置118的控制信号来控制。在其他实施方案中，系统100还包括用于执行TGA测试的测试系统120，即TGA测试系统。在这样的实施方案中，TGA测试系统配置为对官能化的碳纳米管132的样品154进行TGA测试以得到一定氧化水平的官能化的碳纳米管132，如参考图2所述。
在系统100的操作过程中，由碳纳米管122(如接收或生长的双壁或多壁碳纳米管)形成官能化的碳纳米管132。例如，CNT改性系统112如下改性(即，官能化)碳纳米管122：经由湿法蚀刻或等离子处理施用氧化剂124以氧化碳纳米管122，从而形成官能化的碳纳米管132。举例说明，氧化控制器172可将一个或多于一个氧化控制信号182发送到CNT改性系统112。氧化控制信号182可以包括信号，所述信号配置为使CNT改性系统112对碳纳米管122施用使用氧化剂124的液体化学蚀刻或使用氧化剂124的等离子体处理以氧化碳纳米管122，例如其侧壁碳原子。另外，CNT改性系统112可以进行臭氧化(即施用O3)以氧化碳纳米管122。通过氧化碳原子和/或连接/形成与碳原子键合的官能氧基团，将碳纳米管122氧化形成官能化的碳纳米管13，如参考图2进一步所述。另外，官能团可以与纳米管末端的碳原子键合。
在特定的实施方案中，氧化剂124包括硝酸或硝酸和硫酸混合物。硝酸和硫酸混合物可以是水溶液混合物。另外，氧化剂124可进一步处理碳纳米管122以制备碳纳米管122从而与聚合物134键合。例如，硝酸或硝酸和硫酸混合物从用于形成碳纳米管的催化剂、特别是在用于生长/形成碳纳米管122的CVD工艺过程中使用的催化剂中除去金属残留物(例如，遗留的残留物)。
另外，氧化控制信号182可以包括信号，所述信号配置为使CNT改性系统112冲洗经氧化的碳纳米管122(例如，官能化的碳纳米管132)以除去污染物。在一些实施方案中，氧化的碳纳米管122用调节剂126通过CNT改性系统112进一步处理。举例说明，CNT改性系统112施用调节剂126以通过对经氧化的碳纳米管122上附着的官能团进行改性进一步对氧化的碳纳米管122进行改性。举例说明，调节剂126与经氧化的碳纳米管122的一个或多于一个官能团发生反应，以对用于增加与聚合物134的附着力的官能团进行化学改性，并且生成官能化的碳纳米管132。在其他实施方案中，将碳纳米管122通过酰胺化(例如酰亚胺化)和/或环氧化而不是氧化加工以形成官能化的碳纳米管132。
生成官能化的碳纳米管132(并且任选地，其调节/进一步改性)后，将官能化的碳纳米管132提供至组合器114。通过组合器114生成聚合物复合材料142(例如，聚合物组合物)。例如，组合器114响应于控制来自共混控制器174的信号184、186而组合(例如，混合或共混)官能化的碳纳米管132和聚合物134(和任选的添加剂136)。举例说明，共混控制器174可将一个或多于一个环境控制信号184发送至组合器114，以调整组合器114的条件(例如，热量、压力、空气质量)或聚合物复合材料142的条件(黏度、温度等)。另外或替代地，共混控制器174可将一个或多于一个原料输送控制信号186发送至组合器114以调整官能化的碳纳米管132、聚合物134、一种或多于一种添加剂136或其组合的速度或量。用于增加导电性的示例性添加剂包括炭黑、碳纤维、石墨烯、非官能化的多壁碳纳米管、单壁官能化或非官能化的碳纳米管或其组合。
形成聚合物复合材料142后，将聚合物复合材料142提供至成形系统116，成形系统116形成或生成模制部件152。例如，成形系统116可以通过注射成型形成模制部件152。举例说明，成形控制器176可发送一个或多于一个信号以控制聚合物复合材料142至成形系统116的模具144的递送(例如，注射)。模具144可以包括或对应于工具或模头。在一些实施方案中，模具144是阴模并且包括或限定一个或多于一个与模制部件152的形状相对应的腔体。
另外或替代地，成形控制器176可发送一个或多于一个控制信号以控制聚合物复合材料142的固化，例如当聚合物复合材料142以球团形式提供至成形系统116和/或未以熔融状态提供时，例如控制施加至模具的温度和压力。成形控制器176可进一步发送一个或多于一个控制信号以控制聚合物复合材料142的冷却和模制部件152从模具144中的脱离。例如，模具144可具有多个部件，并且多个部件可响应于控制信号而相互解耦，以揭示和启动模制元件152的脱离。
在一些实施方案中，从模制部件152中取出样品154，并且测试系统120分析样品154以生成模制部件152的LPC值。在一些实施方案中，测试系统120处于100级清洁环境中，并且LPC测试在100级清洁环境中进行。例如，玻璃器皿(例如，玻璃烧杯)如下进行清洁：将2至3mL 5％Micro 90清洁溶液添加到纯水(例如，来自Pure Lab纯水机的水)中，并且将玻璃器皿放入68kHz超声波浴中持续2分钟。然后，倾倒出清洁溶液，并且用纯水冲洗玻璃器皿。玻璃器皿填充有纯水并且用68kHz超声波以103.68瓦的功率超声处理2分钟，然后将溶液放入LPC测量装置，例如SLS-1200LiQuilaz-S02-HF颗粒测量系统。LPC测量装置将激光施加到溶液中并且检测由此产生的散射光以生成玻璃器皿的LPC值。如果满足以下条件，则玻璃器皿被视为洁净的并且可备用：每毫升0.3至2微米的颗粒的累积颗粒计数小于20个。如果不满足，则继续清洁，直到满足该条件。然后可将洁净的玻璃器皿用于样品154的液体颗粒计数测定。作为说明性实例，样品154连接并且悬挂在线(例如，钓鱼线)上并且放置在容纳去离子水和/或脱气水(例如来自Pure Lab纯水机的水)的洁净玻璃烧杯中。将玻璃烧杯置于测试系统120的超声波清洗器中，超声波清洗器产生特定持续时间的超声波以对样品154进行超声波清洗/洗涤。举例说明，向玻璃烧杯施加40kHz超声波持续3分钟。该清洁步骤重复3次。然后将洁净的样品放入容纳去离子水和/或脱气水(例如来自Pure Lab纯水机的水)的玻璃烧杯中，并且经受在基本上104瓦的功率设置下对烧杯(和其中的样品154)施加的68kHz超声波持续2分钟，并且超声波使样品154的颗粒被除去和混合或悬浮在水中。将来自烧杯的样品154颗粒和水的溶液放入LPC测量装置，例如SLS-1200LiQuilaz-S02-HF颗粒测量系统。LP测量装置将激光施加到溶液中并且检测由此产生的散射光，以生成模制部件152的LPC值。
在一些实施方案中，与用非官能化的碳纳米管形成的部件样品相比，样品154具有改善的脱落性能(例如，改善的碳纳米管的抗脱落能力)。举例说明，样品154的LPC值小于由包括非官能化的碳纳米管的聚合物组合物形成的其他部件的LPC值。在这样的实施方案中，用于形成模制部件152和其他部件的聚合物组合物是类似的，即与聚合物组合物142相比，其他聚合物组合物具有基本上相似的重量百分比的聚合物和纳米管。另外，部件(即模制部件152和其他部件)采用相同或基本上类似的成形方法(例如特定的挤出方法)形成，并且用相同或基本上类似的LPC测试方法(例如，特定的LPC测试方法)进行测试。在特定的实施方案中，部件(即模制部件152和其他部件)具有基本上相似的电导率水平。基本上类似的成形和测试方法包括使用相似的装置和参数。
在一些实施方式中，模制部件152具有特定的导电性能和/或屏蔽性能。例如，模制部件152可以是静电耗散(ESD)、抗静电或抗EMI的。举例说明，模制部件152具有E+05至E+11欧姆/□的表面电阻率以提供ESD保护，或具有小于E+05欧姆/□的表面电阻率以屏蔽EMI(即抗EMI)。
因此，图1的系统100制备具有改善的聚合物键合和附着性能的官能化的碳纳米管，以能够形成具有所需导电性和减少的脱落的模制部件。聚合物复合材料142和/或模制部件152可包括低的LPC。例如，0.2至2微米的颗粒的累积颗粒计数小于5000个/毫升。因此，本公开通过将本文所述的官能化的碳纳米管并入聚合物复合材料克服了形成具有减少脱落的导电聚合物的现有挑战。具有减少脱落的导电聚合物能够使电气部件/装置小型化，并且通过减少由脱落引起的损坏和故障来防止对电气部件/装置的损坏。
参考图2，示出了图1的聚合物复合材料142的实例的透视图200。聚合物复合材料142是聚合物组合物(例如，共混组合物)并且包括一种或多于一种聚合物134和官能化的碳纳米管132。图2表示聚合物复合材料142的简化图，说明具有连接到其上的单个官能团242的单壁、多壁碳纳米管232，并且说明连接至官能团242的聚合物134的单个聚合物链244。尽管聚合物复合材料142示为包括多壁碳纳米管232(即，双壁碳纳米管)，但在其他实施方案中，聚合物复合材料142包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或组合。多壁碳纳米管232可具有如图2所示的同心管状，或可具有卷状。
如图2所示，多壁碳纳米管232具有两个壁或管，第一管212和第二管214。每个管212、214具有第一端220(例如，近端)和第二端222(例如，远端)。每个管212、214具有从第一端220延伸至第二端222的侧壁224。侧壁224具有内表面226和外表面228。
在图2中，为清楚起见，多壁碳纳米管232示为具有两个壁。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管132具有多于两个的壁。例如，在一些实施方案中，多壁碳纳米管232包括5至15个壁。举例说明，一片石墨烯可以被卷起5次以制备具有5个壁的多壁碳纳米管，即5层碳原子彼此间隔开。作为其他实例，5组碳纳米管(例如，单壁纳米管)同心排列(例如，嵌套)以形成具有5个壁的多壁碳纳米管，类似于多壁碳纳米管232。在其他实施方案中，多壁碳纳米管232包括等于如下个数的壁：3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或多于20个。官能化的碳纳米管132可包括或对应于直纳米管、扭结纳米管、包含Stone-Wales缺陷的纳米管或其组合。
官能化的碳纳米管132具有大于90％的纯度，在一些实施方案中，即大于90％的碳含量。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管132具有大于或等于基本上如下的任一个的纯度：80％、85％、90％或95％。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132不包含无定形碳。另外或替代地，官能化的碳纳米管132具有小于10％的残留金属杂质和/或金属氧化物杂质。示例性杂质包括金属Fe、Mg、Co、Al、Mo和Mn，和/或其氧化物。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管132具有小于或等于基本上如下的任一个的残留金属杂质和/或金属氧化物杂质：20％、15％、10％或5％。
在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132的长度为小于或等于15微米。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132的长度为小于或等于1.2微米。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管132的长度介于基本上如下值的任何两个之间：0.4微米、0.6微米、0.8微米、1微米、1.2微米、1.4微米、1.5微米、1.6微米、1.8微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、8微米、10微米、12微米、14微米或15微米。官能化的碳纳米管132的长度可表示所有官能化的碳纳米管132的长度的平均值，或者每个官能化的碳纳米管132均满足的阈值。氧化碳纳米管122可减少碳纳米管122的长度，即官能化的碳纳米管132比碳纳米管122的长度短。
在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132的宽度小于或等于20nm。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132的宽度小于或等于13nm。在一些实施方案中，长度与直径(即，l/D)之比为20至100。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132的l/D之比为40至80。
在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132具有基本上25至基本上500的纵横比。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132具有基本上60至基本上200的纵横比。另外或替代地，在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132具有200至300平方米/克(m2/g)的表面积(即，比表面积(SSA)：每单位质量的面积)。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管132具有大于600m2/g的表面积。
如图2所示，为清楚起见，多壁碳纳米管232具有耦合至第二管214的外表面226的官能团242。实际上，多壁碳纳米管232具有多个连接在其侧壁224上的官能团242，从而形成官能化的碳纳米管132或为官能化的碳纳米管132。官能团242耦合至聚合物134(例如，特定的聚合物链244或聚合物分子)。官能化的碳纳米管132的一个或多于一个官能团242可以与聚合物134形成共价键或极性键，具有与官能化的碳纳米管132的碳原子(例如，未氧化的碳原子)相比增加的与聚合物134的键合/亲和性。另外，聚合物134的聚合物链244可直接键合至官能化的碳纳米管132的碳原子(例如，氧化的碳原子)和其他聚合物链244。
在一些实施方案中，官能团242包括或对应于基于氧的官能团或含氧官能团(例如，氧官能团)，例如包含C-O键的化合物。基于氧的官能团或含氧的官能团的实例包括：醇(例如，羟基)、酮(例如，羰基)、醛、酰卤、碳酸酯、羧酸盐、羧酸、酯、甲氧基、氢过氧化物、过氧化物、醚、半缩醛、半缩酮、缩醛、原酸酯、异环和原碳酸酯。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132的官能团242包括或对应于羟基、羧酸基团或其组合。
在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132的氧化水平为3重量％至25重量％。本文所用的氧化水平定义为共价键合至官能化的碳纳米管132上的含氧官能团按重量计的量(重量百分比)。热重法可用于测定(例如，共价键合至)官能化的碳纳米管132上的含氧官能团的重量百分比。例如，特定的热重分析(TGA)法包括在干燥的氮气氛中将基本上5mg干燥的官能化的碳纳米管132从室温以每分钟5℃的速度加热至1000℃。200℃至600℃的重量损失百分比被看作含氧官能团的重量损失百分比。在其他实施方案中，如通过上述TGA方法测定的官能化的碳纳米管132的氧水平介于基本上如下值的任何两个之间：1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％和30重量％。
在一些实施方案中，如通过滴定法测定的耦合至官能化的碳纳米管132的羧酸基团的量为0.02至0.18毫摩尔/g官能化的碳纳米管。在其他实施方案中，如通过滴定法测定的耦合至官能化的碳纳米管132的羧酸基团的量介于基本上如下值的任何两个之间：0.005、0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20毫摩尔/g官能化碳纳米管。另外或替代地，如通过滴定法测定的耦合至官能化的碳纳米管132的羟基的量为0.04至0.34毫摩尔/g官能化的碳纳米管。在其他实施方案中，如通过滴定法测定的耦合至官能化的碳纳米管132的羟基的量介于基本上如下值的任何两个之间：0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.06、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24、0.28、0.32、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.4毫摩尔/g官能化碳纳米管。作为说明性的非限制性实例，勃姆(Boehm)滴定法用于测定官能化的碳纳米管132的氧化和/或特定的基于氧的官能团242的存在。
在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132的侧壁224的外表面226上的总氧化为5重量百分比至25重量百分比(重量％)的基于氧的官能团242。对于多壁碳纳米管，其他侧壁224(例如，内侧壁224)的外表面226可以具有与最外侧壁224相似的总氧化重量％或不同的(例如，较小的)总氧化重量％。在特定的实施方案中，官能化的碳纳米管132的侧壁224的外表面226上的总氧化为15重量％至22重量％的基于氧的官能团242。在其他实施方案中，官能化的碳纳米管132的侧壁224的外表面226上的总氧化是基本上介于如下值的任何两个之间：2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、12重量％、14重量％、15重量％、16重量％、18重量％、20重量％、22重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％的基于氧的官能团242。总氧化重量百分比可表示所有官能化的碳纳米管132的基于氧的官能团242的重量％的平均值或者每个官能化的碳纳米管132满足的基于氧的官能团242的总氧化重量％范围。
在一些实施方案中，官能化的碳纳米管132可进行改性以改善在聚合物复合材料142中的分散性和/或与聚合物134的附着性。这是如下情况：碳纳米管122进行进一步改性或官能化的碳纳米管132(例如，未反应的碳原子、连接的官能团或其两者)进行化学改性。例如，将图1的调节剂126施用于官能化的碳纳米管132。作为说明性的非限制性实例，官能化的碳纳米管132与胺(如脂肪族长链胺)反应，以对连接的官能团242进行改性或调节，从而增加与聚合物134、特别是烯烃的相互作用。增加调节的官能团242和聚合物134之间的相互作用(例如，键合)改善官能化的碳纳米管132在聚合物复合材料142中的分散。
聚合物134可包括聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯共聚物(PC COPO)(例如，Lexan HFD、Lexan SLX等)、聚碳酸酯-硅氧烷共聚物、聚醚酰亚胺、聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚、聚苯醚(PPE)-硅氧烷共聚物、聚酰胺、聚酯或其组合。
另外或替代地，聚合物134可包含热塑性聚合物、共聚物及其共混物。聚合物134可包含聚酯，如半结晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCTG)、聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCT)、间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCTA)，以及TritanTM(对苯二甲酸二甲酯、1,4-环己烷二甲醇和2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的组合，其来自EastmanChemical)。另外或替代地，材料可包括树脂，例如XylexTM(PC和无定形聚酯的组合)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)(例如，来自PBT的ValoxTM系列的树脂)和/或可得自SABICTM的PET树脂。另外或替代地，材料可包括液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、氟化的乙烯丙烯(FEP)、聚砜(PSU)、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺(PI)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚酰胺(PA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或其组合。
如本文所用，术语“聚碳酸酯”包括共聚碳酸酯、均聚碳酸酯和(共)聚酯碳酸酯。术语聚碳酸酯可进一步定义为具有式(1)的重复结构单元的组合物：
其中R1基团总数的至少60％是芳香族有机基团，其余为脂肪族、脂环族或芳香族基团。在另一方面，每个R1是芳香族有机基团，并且更优选地是式(2)的基团：
HO–A1–Y1–A2–OH(2)，
其中A1和A2中的每一个是单环二价芳基基团并且Y1是具有一个或两个将A1与A2分开的原子的桥连基团。在各个方面，一个原子将A1与A2分开。例如，这种类型的基团包括但不限于基团，例如─O─、─S─、─S(O)─、─S(O2)─、─C(O)─、亚甲基、环己基-亚甲基、2-[2.2.1]-亚双环庚基、亚乙基、亚异丙基、亚新戊基、亚环己基、亚环十五烷基、亚环十二烷基和亚金刚烷基。作为说明性的非限制性实例，桥连基团Y1可以是烃基或饱和烃基，例如亚甲基、亚环己基或亚异丙基。
聚合物复合材料142还可并环旨在赋予模制部件152某些特性的一种或多于一种添加剂(例如，添加剂136)。各种添加剂可以并入聚合物复合材料142，条件是选择添加剂从而不显著地不利影响聚合物复合材料142的所需性能(例如，添加剂具有良好的与聚合物134和官能化的碳纳米管132的相容性)。例如，选择的添加剂不显著地不利影响聚合物134与官能化的碳纳米管132之间的键合、脱落或导电性。
作为说明性的非限制性实例，聚合物复合材料142可包含一种或多于一种添加剂(例如，136)，例如抗冲改性剂、流动改性剂、抗氧化剂、热(例如热稳定剂)、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、UV吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、抗静电剂、抗微生物剂、着色剂(例如，染料或颜料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂或其组合。添加剂可以包括抗冲改性剂，例如苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、阻燃剂添加剂、着色剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂和流动促进剂。这些添加剂可以在成分混合期间的合适时间混合以形成聚合物复合材料142。
作为说明性的非限制性实例，添加一种或多于一种能够与基于氧的官能团242反应的增容剂将改善与聚合物134的附着性。在特定的实施方案中，能够与官能化的碳纳米管132的羧酸官能团242反应的增容剂将改善与聚合物134的附着性。在特定的实施方案中，添加基于甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的增容剂如Lotader AX8900、聚烯烃或PBT组合物以与官能化的碳纳米管132的基于氧的官能团242反应。
作为其他说明性的非限制性实例，聚合物复合材料142可包含脱模剂，以便于模制部件从模具组件中脱出。作为说明性的非限制性实例，脱模剂的实例包括脂肪族和芳香族羧酸及其烷醇酯，例如硬脂酸、山萮酸、季戊四醇四硬脂酸酯、三硬脂酸甘油酯和乙二醇二硬脂酸酯。脱模剂还可包括聚烯烃，例如高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和类似的聚烯烃均聚物和共聚物。另外，脱模剂的一些组合物可以使用季戊四醇四硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯、蜡或聚α-烯烃。以组合物的总重量计，脱模剂通常以0.05重量％至10重量％，例如0.1重量％至5重量％、0.1重量％至1重量％或0.1重量％至0.5重量％存在于组合物中。一些脱模剂的分子量通常大于或等于300，以防止在熔融加工过程中脱模剂从熔融聚合物混合物中流失。
在一些实施方案中，聚合物复合材料142包含聚合物复合材料142的基本上0.1％重量至基本上10重量％的官能化碳纳米管132。在特定的实施方案中，聚合物复合材料142包含小于或等于5重量％的量的官能化的碳纳米管132。在其他实施方案中，聚合物复合材料142保护小于或等于3重量％的量的官能化的碳纳米管132。
因此，通过将本文所述的官能化的碳纳米管132并入聚合物复合材料142，聚合物复合材料142具有增加的在聚合物134与其官能化的碳纳米管132之间的键合和附着性。增加的键合和附着性增加了使用聚合物复合材料142制成的部件的抗脱落能力。例如，由聚合物复合材料142制成的部件可具有与由常规聚合物组合物制成的部件相比低的LPC值。
参考图3，示出了用于制备模制部件的系统300的实例。系统300配置为使用挤压工艺以形成聚合物组合物(例如，聚合物复合材料142)和使用注射成形工艺以由聚合物复合材料142形成模制部件152，如本文所述。系统300包括挤出机310、注射器314和模头318(例如，模具)。挤出机310经由一个或多于一个管道322、例如一根或多于一根管耦合至注射器314。注射器314经由一个或多于一个管道326、例如一根或多于一根管耦合至模头318。系统300可通过图1的控制器(未示出)例如处理器164和/或成形控制器176来控制。
挤出机310包括一个或多于一个料斗，例如第一料斗330和第二料斗332，耦合至一个或多于一个料斗的桶体334。例如，桶体334可经由进料喉338耦合至料斗。每个料斗330、332配置为用于接收从料斗经由相应进料喉338向桶体334提供的材料(例如，球团、颗粒、薄片、粉末和/或液体)。如所示的，第一料斗330接收第一材料340和第二料斗332接收第二材料342。第一材料340包括聚合物例如聚合物134和第二材料342包括官能化的碳纳米管132。尽管描述为提供给单独料斗，但在其他实施方案中，第一材料340和第二材料342可由相同料斗提供。
在一些实施方案中，其他材料可与第一材料340和第二材料342在挤出机10中组合。例如，其他材料可以通过挤出机310经由一个或多于一个料斗来接收。作为说明性的非限制性实例，其他材料可以包括一种或多于一种添加剂136，例如抗冲改性剂、流动改性剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、UV吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、抗静电剂、抗微生物剂、着色剂(例如染料或颜料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂或其组合。
每个料斗330、332将其相应材料340、342提供到桶体334中，在桶体334中材料被组合以形成聚合物复合材料350。例如，材料在桶体334中通过旋转螺杆、沿着桶体334布置的加热器或两者生成的机械能(例如，压力)逐渐熔化。熔融的材料混合在一起(例如共混)以形成聚合物复合材料350。聚合物复合材料350可包括或对应于聚合物复合材料142。将聚合物复合材料350从桶体334经由管道322提供给注射器314。注射器314将聚合物复合材料350经由管道326注入模头318。聚合物复合材料350流动进入模头318直至聚合物复合材料350基本上填充模头318，例如一个或多于一个腔体或其特征。聚合物复合材料350冷却以形成模制部件152。在特定的实施方案中，模制部件152具有每毫升5000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积LPC计数。
如所示的，将聚合物复合材料350从挤出机310经由注射器314提供给模头318。在其他实施方案中，系统300可不包括注射器并且挤出机310可将聚合物复合材料350经由一个或多于一个管道提供给模头318。尽管聚合物复合材料350已在使用挤压工艺的系统300中描述，但在其他实施方案中，聚合物复合材料350可通过其他工艺形成并且提供给注射器314以注入模头318。
如参考图3所述，系统300配置为形成模制部件。模制部件包括聚合物复合材料(包括聚合物和官能化的碳纳米管)，其可有利地具有增加的抗脱落性。例如，与由具有常规碳纳米管的聚合物组合物制成的模制部件相比，模制部件具有增加的抗冲击脱落能力。另外，模制部件可具有设计的导电性并且可以是导电、抗静电或ESD的。
在其他实施方案中，挤出机310形成挤出物(例如，聚合物复合材料142股线)，然后将其在水浴中冷却，或者通过当挤出物从挤出机310经由管道322移动至造粒机时，将挤出物喷涂在管道322(例如，传送带)中。造粒机将挤出物(例如，其股线)破碎成碎片，例如球团。聚合物复合材料142的球团可用于注塑成型工艺或其他成型工艺。
参考图4，示出了制造官能化的碳纳米管的方法的实例。方法400可由制造装置或系统，例如系统100(例如，CNT改性系统112和/或电子装置118)执行。官能化的碳纳米管可包括或对应于官能化的碳纳米管132，如本文所述。
方法400包括在410处接收碳纳米管。碳纳米管可包括或对应于碳纳米管122并且可以是双壁碳纳米管或多壁碳纳米管或其组合。在一些实施方案中，方法400任选地包括生长或形成碳纳米管。例如，通过CVD工艺生长碳纳米管122。方法400还包括在412处氧化碳纳米管以生成官能化的碳纳米管。例如，氧化剂124以液体或等离子体形式施用于碳纳米管122，并且碳纳米管122通过氧化剂124氧化以在碳纳米管122上形成基于氧的官能团242从而生成官能化的碳纳米管132。
在一些实施方案中，氧化碳纳米管包括在422处将湿法化学蚀刻剂施用于碳纳米管。例如，氧化剂124例如硝酸或硝酸和硫酸，施用液态蚀刻剂至碳纳米管122。在其他实施方案中，氧化碳纳米管包括在424处对碳纳米管进行等离子体处理。例如，将硝酸等离子体施用于碳纳米管122。
在一些实施方案中，方法400还可包括在414处冲洗官能化的碳纳米管。例如，将官能化的碳纳米管132在超声波浴中用纯水冲洗。冲洗官能化的碳纳米管132可除去污染物。
另外或替代地，方法400还可进一步包括通过在416处施用调节剂来改性官能化的碳纳米管。例如，官能化的碳纳米管132与调节剂126例如胺进行化学反应，以改性官能化碳纳米管132的官能团242，从而增加与聚合物34的附着性。
在一些实施方案中，方法400可包括在418处冲洗改性的碳纳米管。例如，官能化的碳纳米管132在用调节剂126处理后在第二超声波浴中用纯水冲洗。可由方法400形成的一种产品或制造制品包括聚合物复合材料142。冲洗官能化的碳纳米管13可除去污染物。
因此，方法400描述了制造官能化的碳纳米管132。方法400有利地能够改善官能化的碳纳米管132与聚合物(例如，聚合物134)的键合以形成改善的聚合物组合物(聚合物复合材料142)和导电聚合物部件(包括官能化的碳纳米管132)，其中减少了脱落。
参考图5，示出了制造聚合物组合物的方法的实例。方法500可通过制造装置或系统，例如系统100(例如，组合器114和/或电子装置118)和/或系统300(例如，挤出机310)来执行。聚合物组合物可包括或对应于聚合物复合材料142或聚合物复合材料350，如本文所述。
方法500包括在510处接收官能化的碳纳米管。方法500还包括在512处将官能化的碳纳米管与一种或多于一种聚合物组合以形成聚合物组合物。可由方法500形成的一种产品或制造制品包括聚合物组合物142的球团，例如具有每毫升50000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积LPC计数的球团。可由方法500形成的其他产品或制造制品包括模制部件152，如由具有每毫升5000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积LPC计数的球团形成的部件。
因此，方法500描述了制造聚合物组合物，例如聚合物复合材料142。方法500有利地能够产生聚合物组合物，其增加聚合物与纳米管的键合，使得可以形成具有减少的脱落的导电聚合物组合物(包括官能化的碳纳米管)，例如模制部件152。
参考图6，示出了制造模制部件的方法的实例。方法600可通过制造装置或系统，例如系统100(例如，成形系统116和/或电子装置118)和/或系统300来执行。模制部件可包括或对应于模制部件152，如本文所述。
方法600包括在610处将聚合物组合物注入模具。模具限定一个或多于一个腔体，使得当注入时聚合物组合物流动进入模具中直至聚合物组合物材料填充一个或多于一个腔体。例如，聚合物组合物可包括或对应于聚合物复合材料142或聚合物复合材料350，并且模具可包括或对应于模具144或模头316。举例说明，聚合物复合材料142当施加至模具144时处于熔融状态并且通过在模具144中冷却而固化以形成所述模制部件152。方法600还包括在612处从模具中取出模制部件。举例说明，一件或多于一件模具144相互解耦，从模具144中取出模制部件152。
方法600还可包括在挤出装置处组合聚合物和添加剂以形成聚合物组合物。例如，挤出装置可包括或对应于挤出机310。在一些这样的实施方案中，方法600还包括从挤出装置到注射装置，提供用于注入模具的聚合物组合物。例如，注射装置可包括或对应于注射器314。在其他实施方案中，挤出装置可将聚合物组合物注入模具。可由方法600形成的一种产品或制造制品包括具有每毫升5000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积LPC计数的部件。
因此，方法600描述了制造模制部件，例如具有每毫升5000个或少于5000个0.2至2微米的颗粒的累积LPC计数的模制部件152。方法600有利地能够形成具有减少的脱落性能的模制部件。另外或替代地，模制部件可以是导电的。
注意，参考图4至图6中的一种方法描述的一个或多于一个操作可与图4至图6中的其他方法的一个或多于一个操作组合。例如，方法400的一个或多于一个操作可与方法600的一个或多于一个操作组合。另外，参考图1和图3的系统描述的一个或多于一个操作可与参考图4至图6的一种方法描述的一个或多于一个操作组合。
上述说明和实施例提供了说明性实施方案的结构和使用的完整描述。尽管以上已以某种程度的特定性或参考一个或多个单独实施方案描述了某些实施方案，但本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下对公开的实施方案进行许多改变。因此，方法和系统的各种说明性实施方式并不旨在限于公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求范围内的所有修改和替代，并且除所示实施方案以外的实施方案可包括所述实施方案的一些特征或全部特征。例如，元件可以省略或组合为单一结构，连接可以进行替换，或两者兼而有之。此外，在适当的情况下，上述任何实施例的方面可以与描述的任何其他实施例的方面组合以形成具有类似或不同性能和/或功能并且解决相同或不同问题的其他实施例。类似地，应当理解，上述益处和优点可与一种实施方案有关或可与多种实施方案有关。因此，本文描述的单个实施方案不应解释为限制性的，并且在不脱离本公开的教导的情况下可以适当地组合本公开的实施方案。
权利要求并不旨在包括并且不应解释为包括装置加功能或步骤加功能的限制，除非在给定的权利要求中分别使用短语“用于……的装置”或“用于……的步骤”明确记载了这样的限制。