用于能量耗散的方法和组合物的制作方法
用于能量耗散的方法和组合物的制作方法
【专利说明】用于能量耗散的方法和组合物
【背景技术】
[0001] 电磁（EM)辐射衰减技术可用于广泛的军事和民用应用，从最小化目标的雷达信 号分布至家用电子产品中的EM屏蔽。减弱EM源的磁化率（susceptibility)和来自其的 辐射的电子系统的EMI(电磁干扰）屏蔽在多种应用，特别是在无线电中对微波波长越来越 重要。
【发明内容】
[0002] 应理解以下一般描述和以下详细描述两者均仅是示例性和说明性的，并且不是对 所要求内容的限制。提供的是用于能量耗散的方法和组合物。作为一个实例，该方法和组 合物可以优化石墨烯填充的复合材料在1-20GHZ频率范围内的吸收、反射、透射。
[0003] -方面，导电的石墨烯填料可以用作热塑性树脂的有损耗（损耗性，lossy)(即， 介电常数虚部大）添加剂。作为一个实例，当组合物中的石墨烯浓度升高时，可以实现电导 的渗流性质。因此，该组合物结构可以提供屏蔽效能（例如，缺乏透射）。一方面，可以使用 双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、注射模制、或压缩模制或它们的组合挤出传导填料（例如， 石墨烯）。
[0004] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物可以包 含电介质和传导填料，如石墨烯。作为一个实例，可以将石墨烯与至少一部分电介质混合， 其中，将石墨烯相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在 1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
[0005] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物可以包 含电介质和与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料。作为一个实例，将传导的、非 磁性填料相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至 20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
[0006] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物可以包 含电介质以及具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料。作为一个实例，可 以将传导填料与至少一部分电介质混合。作为进一步的实例，将传导填料相对于组合物的 总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一 部分内显著优化。作为进一步的实例，在完全的电渗流下，组合物的反射率可以最小化。
[0007] -方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内增加能量耗散的方法可以包 括：提供组合物，以及以该组合物接收1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内的入射电磁 辐射，其中，响应于接收入射电磁辐射，电磁辐射的反射波生成，并且其中，反射波有助于破 坏进入的电磁辐射的干扰。
[0008] 在随后的描述中将部分阐述或可以通过实践获知其他优点。这些优点将通过在所 附权利要求中具体指出的要素和组合来实现和获得。应理解的是，如所要求的，上述一般说 明和以下的详细说明均仅是示例性和说明性的，而不是限制性的。
【附图说明】
[0009] 结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了实施方式，并且连同 说明书一起，起到解释方法和系统的原理的作用：
[0010] 图1是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 介电常数和磁导率性质的图示；
[0011] 图2是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 反射（R)、吸收（A)和透射⑴性质的图示；
[0012] 图3是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 反射⑵、吸收（A)和透射⑴性质的图示；
[0013] 图4是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 屏蔽效能性质的图示；
[0014] 图5是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 屏蔽效能性质的图示；以及
[0015] 图6是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 阻抗性质的图示。
【具体实施方式】
[0016] 在公开和描述本方法和系统之前，应当理解的是，该方法和系统不限于具体的合 成方法、具体的组分、或特定的组合物。还应当理解的是，本文使用的术语仅是为了描述具 体实施方式的目的，而并非旨在进行限制。
[0017] 正如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式"一个"、"一种"和"该"包括 复数指代物，除非上下文另有明确规定。在本文中，范围可以表示为从"约"一个特定值和/ 或至"约"另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个实施方式包括该一个特定值和/或 至其他特定值。类似地，当值表示为近似值时（通过使用先行词"约"），应当理解的是，特 定值形成另一个实施方式。将进一步理解的是，每个范围的端点明显地与其他端点相关且 独立于其他端点。
[0018] "可选的"或"可选地"是指随后描述的事件或情况可以发生或可以不发生，并且该 描述包括其中所述事件或情况发生的实例以及其中其不发生的实例。
[0019] 在整个说明书的描述和权利要求中，词语"包括"和该词的变体，如"含有"和"包 含"，指的是"包括但不限于"，并且并不旨在排除，例如，其它添加剂、组分、整数或步骤。"示 例性的"指的是"……的实例"并且并不旨在表达优选的或理想的实施方式的表示。"如"不 用于限制性的意思，而用于解释的目的。
[0020] 在本文中，可以从"约"一个特定值，和/或至"约"另一个特定值来表示范围。当 表示这样的范围时，另一个方面包括该一个特定值和/或至其他特定值。相似地，当值表示 为近似值时（通过使用先行词"约")，应理解的是特定值形成了另一方面。将进一步理解的 是，每个范围的端点明显地与其他端点相关又独立于其他端点。还应当理解的是，存在本文 中公开的许多值，并且本文中还将每个值公开为除了该值本身外"约"该特定值。例如，如 果公开了值"10"，那么也公开了"约10"。还应当理解的是，还公开了两个特定单元之间的 每个单元。例如，如果公开了 10和15,那么也公开了 11、12、13、和14。本公开中公开的所 有范围是包括性的和组合性的（例如，"高至25体积％，或更确切地，5体积％至20体积％ " 的范围包括端点和"5体积％至20体积％ "范围内的所有中间值等）。
[0021] 除非另外指出，否则术语"第一"、"第二"、"第一部分"、"第二部分"等，当使用时， 不指示任何顺序、量或重要性，而是用于区分一个要素和另一个要素。
[0022] 如本文所用的，术语"可选的"或"可选地"是指随后描述的事件或情形可能发生 或可能不发生，并且所述描述包括所述事件或情况发生和不发生的情形。例如，短语"可选 取代的烷基"是指烷基基团可能被取代或可能不被取代，并且该描述同时包括取代的和未 取代的烷基基团。
[0023] 如本文所使用的，术语"有效量"是指足以实现组合物或材料的物理性质的所需改 变的量。例如，"有效量"的回收聚碳酸酯共混物是指在可应用的测试条件下足以通过制剂 组分（例如，扩大）调节实现性质上所需改善的量，且不会不利地影响其他指定的性质。在 组合物中以wt%和/或体积％计作为有效量所需的具体水平将取决于多种因素，包括回收 聚碳酸酯共混物的量和类型，原始聚碳酸酯聚合物组合物的量和类型，抗冲击改性剂组合 物（包括原始和回收抗冲击改性剂）的量和类型，以及用组合物制成的制品的最终用途。
[0024] 公开的是用于制备本发明的组合物的组分以及用于本文公开的方法中的组合物 本身。本文公开了这些材料和其他材料，并且应理解的是，当公开这些材料的组合、子集、相 互作用、组等等时，尽管不能明确地公开这些化合物的每种不同的单独和集体的组合以及 改变的具体参考，但是本文明确地考虑并描述了它们中的每一种。例如，如果公开和讨论了 特定的化合物并且讨论了能够对包括该化合物的许多分子进行的许多修饰，除非明确地指 出相反，否则明确考虑的是化合物的每种和所有的组合与改变以及可能的变更。因此，如果 公开了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F并且公开了组合分子的实例A-D，那么即 使没有单独地述及每一种，每一种也是单独地和结合地考虑的有意义的组合，认为公开了 八-￡、六4、8-0、84、84、(：-0、^、和(：4。同样地，还公开了这些的任何子集或组合。因此， 例如，可以认为公开了子集A-E、B-F、和C-E。该构思适用于本申请的全部方面，包括但不限 于制备和使用本发明的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在多种能够实施的附加步骤， 则应当理解的是，这些附加步骤的每一个能够实现本发明的这些方法的任何具体的方面或 方面的组合。
[0025] 在说明书和总结权利要求书中提及组合物或制品中具体要素或组分的重量份 指 示以重量份表示的组合物或制品中要素或组分与任何其它要素或组分之间的重量关系。因 此，在含2重量份组分X和5重量份组分Y的化合物中，X和Y以2:5的重量比存在，并且 无论化合物中是否含有其它组分都是按照这个比值存在。
[0026] 除非具体地指出相反，否则组分的重量百分数是基于其中包含该组分的制剂或组 合物的总重量。例如，如果说组合物或制品中具有按重量计8%的特定要素或组分，则应当 理解的是该百分比是相对于按重量计100%的总组成百分比。
[0027] 在说明书和总结权利要求书中提及组合物或制品中具体要素或组分的体积份指 示以体积份表示的组合物或制品中要素或组分与任何其它要素或组分之间的体积关系。因 此，在含2体积份组分X和5体积份组分Y的化合物中，X和Y以2:5的体积比存在，并且 无论化合物中是否含有其它组分都是按照这个比值存在。
[0028] 除非具体地指出相反，否则组分的重量百分数是基于其中包含该组分的制剂或组 合物的总体积。例如，如果说组合物或制品中具有按体积计8%的特定要素或组分，那么应 当理解的是该百分比是相对于按体积计100%的总组成百分比。
[0029] 使用标准命名法描述化合物。例如，将未被任何指明基团取代的任何位置理解为 其化合价被所指明的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的横线用来表示 取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基基团的碳连接。除非另外定义，否则在本文中使用 的技术和科学术语具有本发明所属领域中的技术人员通常理解的相同意义。
[0030] 如本文所使用的，术语"ABS"或"丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物"是指丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯聚合物，其可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物或苯乙烯-丁二烯橡胶和 苯乙烯-丙烯腈共聚物的共混物。
[0031] 公开的是可以用于进行所公开的方法和系统的组分。本文中公开了这些和其他 组分，并且应当理解的是，当公开这些组分的组合、子集、相互作用、组等时，尽管不能明确 地公开具体提及的这些的每种不同的单独和集体的组合以及改变，但是针对所有方法和系 统，本文中具体地考虑并描述了它们中的每一种。这适用于本申请的所有方面，包括但不限 于公开的方法中的步骤。因此，如果存在可以进行的许多额外的步骤，应当理解的是，这些 额外的步骤中的每一个都可以利用所公开的方法的任何【具体实施方式】或实施方式的组合 来进行。
[0032] 通过参考优选的实施方式和包括在其中的实施例的以下详细描述和附图以及它 们之前和随后的描述，可以更容易地理解本方法和系统。
[0033] 一方面，导电的石墨烯填料可以用作热塑性树脂的有损耗（即，介电常数虚部大） 添加剂。作为一个实例，当组合物中石墨烯的浓度升高时，可以实现电导的渗流性质。因此， 该组合物结构可以提供屏蔽效果（例如，缺乏透射）。
[0034] 一方面，提供的是用于能量耗散的组合物。作为一个实例，能量耗散可以在1GHz 至20GHz频率范围的至少一部分内。作为进一步的实例，组合物可以包含电介质和传导填 料。
[0035] 一方面，电介质可以包括热塑性聚合物。作为实例，可以将以下列举为电介质：多 种热塑性树脂如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚 碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚乙烯醇、聚苯醚、 聚（甲基）丙烯酸酯和液晶聚合物；和多种热固性树脂如环氧树脂、乙烯酯树脂、酚树脂、 不饱和的聚酯树脂、呋喃树脂、酰亚胺树脂、尿烷树脂、三聚氰胺树脂、有机硅树脂和尿素树 月旨；以及多种弹性体如天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶（SBR)、丁二烯橡胶（BR)、聚异戊二烯 橡胶（IR)、乙烯-丙烯橡胶（EPDM)、腈橡胶（NBR)、聚氯丁二烯橡胶（CR)、异丁烯异戊二烯 橡胶（IIR)、聚氨酯橡胶、硅酮橡胶、芴橡胶、丙烯酸橡胶（ACM)、表氯醇橡胶、乙烯丙烯酸橡 胶、降冰片烯橡胶和热塑性弹性体。此外，电介质可以以多种组合物的形式，如粘合剂、纤 维、涂料、油墨等。作为进一步的实例，电介质可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯。如本文所使 用的，术语"ABS"或"丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物"是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合 物，其可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物或苯乙烯-丁二烯橡胶和苯乙烯-丙烯腈共 聚物的共混物。
[0036] 一方面，传导填料可以包括传导的、非磁性填料。作为一个实例，传导填料可以包 括可变的介电常数和基本上静态的磁导率。作为进一步的实例，传导填料可以包括石墨烯。
[0037] -方面，石墨烯可以包括共价键连的碳原子的单一平整片。作为一个实例，石墨烯 可以由碳原子的平面形成，该碳原子平面包含形成具有芳香结构的规则六方晶格的sp2键 连碳原子。作为进一步的实例，石墨烯可以包括由sp2杂化形成的杂化轨道。一方面，在 sp2杂化中，2s轨道和三个2p轨道中的两个混合形成三个sp2轨道。剩余的一个p轨道形 成碳原子之间的31键。与苯的结构类似，石墨烯的结构可以包括P轨道的共轭环，其表现 出强于仅共轭的稳定性期望的稳定性，即，该石墨烯结构是芳香族的。可以使用石墨烯的其 他结构、形式和/或层。可以使用表现出与石墨烯的介电常数和磁导率性质类似的介电常 数和磁导率性质的材料。
[0038] 一方面，可以将石墨烯与至少一部分电介质混合，其中，将石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一 部分内显著优化。作为一个实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是5%至 20%。作为另一个实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是10%至20%。 作为进一步的实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是15%至20%。一方 面，可以将组合物的厚度配置为最小化入射电磁辐射的透射。
[0039] 如本文所使用的，当通过由包含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物形 成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射被限制时，例如，使得与不含传导的、 非磁性填料（例如，石墨稀）的组合物相比，在1GHz至20GHz的频率范围内，小于或等于 80%的入射电磁辐射透射，入射电磁辐射的耗散显著优化。作为一个实例，与不含传导的、 非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料（例如，石墨 烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限制至入射电 磁辐射的小于或等于70%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为另一个实例，与不含传 导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料（例如， 石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限制至入 射电磁辐射的小于或等于60%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为再一个实例，与不 含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料（例 如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限制至 入射电磁辐射的小于或等于50 %在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为再一个实例， 与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料 (例如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限 制至入射电磁辐射的小于或等于40%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为又一个实 例，与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性 填料（例如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以 被限制至入射电磁辐射的小于或等于30%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为另一 个实例，与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非 磁性填料（例如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透 射可以被限制至入射电磁辐射的小于或等于20%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作 为再一个实例，与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导 的、非磁性填料（例如，石墨烯）形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可 以被限制至入射电磁辐射的小于或等于10 %在1GHz至20GHz的频率范围内透射。例如，可 以根据NISTTechnicalNote1536确定电磁辐射的透射：测量有损耗材料的介电常数和磁 导率：固体、液体、金属、建筑材料和负折射率材料。
[0040] 作为一个实例，电介质相对于组合物的总体积的百分比体积（vol% )可以是 80%至95%。作为另一个实例，电介质相对于组合物的总体积的百分比体积可以是80% 至90%。作为进一步的实例，电介质相对于组合物的总体积的百分比体积可以是80%至 85%〇
[0041] 作为一个实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是5%至20%， 且电介质相对于组合物 的总体积的百分比体积（vol%)可以是80%至95%。作为另一个 实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是10%至20%，且电介质相对于组 合物的总体积的百分比体积可以是80%至90%。作为进一步的实例，石墨烯的量相对于组 合物的总体积的百分比体积是15%至20%，且电介质相对于组合物的总体积的百分比体 积可以是80 %至85%。
[0042] 一方面，导电的传导填料（例如，石墨烯）可以用作电介质的有损耗（介电常数虚 部大）添加剂。作为一个实例，随着传导填料的浓度升高，可以实现电导体的渗流性，提供 具有良好的屏蔽效能（即，缺乏透射）的复合结构。
[0043] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分中增加能量耗散的方法可以包 括：提供组合物，以及以该组合物接收1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内的入射电磁 辐射，其中，响应于接收入射电磁辐射，电磁辐射的反射波生成，并且其中，反射波有助于破 坏进入的电磁辐射的干扰。
[0044] 可以通过根据使用的电介质和/或传导材料的种类选择最佳方法的任何已知的 方法进行组合物的制备，例如，在热塑性聚合物的情况中，可以通过在熔融条件下的捏合、 分散、挤出等实现制备。根据本公开因此得到的组合物在加工成用于任何装置的膜、层状材 料和/或铸塑产物时以及在适当的地点使用时，可以显著降低电磁波的影响。
[0045] 一方面，根据本公开因此得到的组合物可以用于形成用于保护电路板不受EM辐 射或保护其他电子件不暴露于由分离电子组件或多个组件发射的EM辐射的外壳。作为一 个实例，外壳可以具有可以被模制且可以包围电路板（"宏观"用途）或分立组件（"微观 用途"）的任何形状。示例性的应用包括外壳如手机壳体、笔记本电脑壳体、飞机骨架或表 皮、用于板和组件的汽车电子壳体、健康护理和相关的电子件（MRI壳体、起搏器壳体）等。
[0046] 实施例
[0047] 提出以下实施例以便向本领域普通技术人员提供在本文中要求保护的化合物、组 合物、制品、设备和/或方法是如何制造和评价的完整公开内容和说明，并且以下实施例旨 在纯粹是示例性的而不是旨在限制方法和系统的范围。已经努力确保数字（例如，量、温度 等）的准确性，但应考虑一些误差和偏差。除非另外指出，否则份是指重量份，温度以°〇表 示或是环境温度，并且压力是大气压或接近大气压。
[0048] 可以通过多种方法制造本公开的组合物。通过包括使材料与配制品中期望的任何 另外的添加剂紧密混合的多种方法可以使本公开的组合物与前述成分共混。
[0049] 如表1所示，使用双螺杆挤出机共混包含410. 2gABS和45. 0g石墨烯的示例性 5vol%石墨稀的填料组合物。
[0050] 表 1
[0051]
[0052] 如表2所示，使用双螺杆挤出机共混包含369. 3gABS和85. 3g石墨烯的示例性 lOvol%的石墨稀填料组合物。
[0053] 表 2
[0054]
[0055]
[0056] 如表3所示，使用双螺杆挤出机共混包含332. 4gABS和121. 9g石墨烯的示例性 15vol%的石墨稀填料组合物。
[0057] 表 3
[0058]
[0059] 如表4所示，使用双螺杆挤出机共混包含299. 3gABS和155. 4g石墨烯的示例性 20vol%的石墨烯填料组合物。
[0060] 表 4
[0061]
[0062]
[0063] -方面，由表1-4中的一个或多个示出的共混过程挤出的挤出物是压缩模制的。 作为一个实例，压缩模制由TetrahedronMTP-14压制机促进。作为另一个实例，将压缩机 设定为395F(约201C)。因此，在所需的温度下，将组合物挤出物放置在模具中，用钢板覆 盖，并将其插入在压制机中。可以用Olbs的力闭合压板。在设定的温度下，用Olbs的力， 提供设定时间（例如，l〇min)的手动压缩。将压力升高至lOOOlbs持续5分钟。进一步将 压力升高至50001bs持续5分钟。进一步将压力升高至约10,OOOlbs持续5分钟。在压力 下将压制机冷却至设定的冷却温度（例如，180F)并除去压缩模制的组合物。
[0064] 图1示出具有2mm厚度的示例性组合物的介电常数和磁导率性质的图示。如所示 出的，示例性的复合物在ABS中包含5vol%至20vol%的不同石墨稀填料负载。一方面，复 合物样品的介电常数和磁导率作为样品厚度的函数应当恒定，但是作为填料负载的函数应 当变化。作为一个实例，改变厚度的组合物样品之间值的差可以暗示不同程度的填料分散 度和进料均匀性。如图1所示，随着填料负载升高，实部和虚部介电常数升高。作为一个实 例，对于具有升高的填料负载（g卩，升高的实部介电常数）和由于渗流引起的升高的电导率 的组合物，可以实现电介质损耗的升高（即，虚部介电常数升高）。作为进一步的实例，由于 填料材料的非磁性性质，实部和虚部介电常数可以不随负载改变。
[0065] 图2-图3分别示出根据表1-4制备的且具有1mm厚度和2mm厚度的示例性组合 物的反射（R)、吸收（A)和透射（T)性质的图示。一方面，不考虑组合物样品的厚度，填料 负载升高导致反射和吸收升高，同时样品中的透射减少。作为一个实例，破坏干扰现象可以 造成组合物（例如，2mm厚，15vol%和20vol%填料负载的样品）在高频率范围内的样品吸 收。作为进一步的实例，可以在多层堆叠的组合物中有利地使用Salisbury效应来提供宽 频带吸收。
[0066] 图4-图5分别示出根据表1-4制备的且具有1mm厚度和2mm厚度的示例性组合 物的屏蔽效能性质的图示。一方面，1mm样品的整体屏蔽效能在低的个位数范围内是适度 的。随着传导填料的负载升高，屏蔽效能趋向于改善。作为一个实例，升高样品厚度可以降 低透射率。
[0067] 图6示出根据表1-4制备的示例性组合物的阻抗性质的图示。一方面，至少部分 由于阻抗是复合物的磁导率和介电常数的比值（其是填料体积负载的函数）的函数，所以 复合物的阻抗通常不受样品厚度的影响。作为一个实例，随着体积负载升高，磁导率和介电 常数之间的不匹配升高（比值变小）。作为进一步的实例，由于石墨烯是非磁性的且仅是 导电性的，所以介电常数随负载升高并且在复合物中的填料实现完全的电渗流时变得非常 大。因此，复合物的阻抗随着负载不断减小（由于介电常数与阻抗的负相关）。
[0068] 以下列出的是本文公开的组合物和方法的一些实施方式。
[0069] 实施方式1:一种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；与至少一部分电介质混合的石墨烯，其中，将石墨烯相对于组 合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的 至少一部分内显著优化。
[0070] 实施方式2 :-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和与至少一部分电介质混合的石墨烯，其中，石墨烯相对于组 合物的总体积的百分比体积是5%至25%。
[0071] 实施方式3 :根据实施方式1-2中任一项的组合物，其中，石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积是5 %至20 %。
[0072] 实施方式4:根据实施方式1-3中任一项的组合物，其中，石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积是10%至20%。
[0073] 实施方式5:根据实施方式1-4中任一项的组合物，其中，石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积是15%至20%。
[0074] 实施方式6 :-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组 合物，该组合物包含：电介质；与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，将传 导的、非磁性填料相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在 1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
[0075] 实施方式7:-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料，其 中，传导填料与至少一部分电介质混合，其中，将传导填料相对于组合物的总体积的百分比 体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化， 并且其中，在完全的电渗流下，组合物的反射率最小化。
[0076] 实施方式8:-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，传导 填料相对于组合物的总体积的百分比体积是5%至25%。
[0077] 实施方式9:一种在1GHz至20GHz频率 范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料，其 中，传导填料与至少一部分电介质混合，其中，传导填料相对于组合物的总体积的百分比体 积是5%至25%，并且其中，在完全的电渗流下，组合物的反射率最小化。
[0078] 实施方式8:-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，当入 射电磁辐射通过由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的非磁性 填料的另一种组合物相比，小于或等于60%的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内 透射。
[0079] 实施方式9:一种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；以及具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料， 其中，当入射电磁辐射通过由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导 的非磁性填料的另一种组合物相比，小于或等于60%的入射电磁福射在1GHz至20GHz的频 率范围内透射，并且其中，在完全的电渗流下，组合物的反射率最小化。
[0080] 实施方式10 :根据实施方式6-9中任一项的组合物，其中，传导填料相对于组合物 的总体积的百分比体积是5%至20%。
[0081] 实施方式11 :根据实施方式6-10中任一项的组合物，其中，传导填料相对于组合 物的总体积的百分比体积是10%至20%。
[0082] 实施方式12 :根据实施方式6-11中任一项的组合物，其中，传导填料相对于组合 物的总体积的百分比体积是15%至20%。
[0083] 实施方式13 :根据实施方式6-12中任一项的组合物，其中，传导填料包括有损耗 填料。
[0084] 实施方式14 :根据实施方式6-13中任一项的组合物，其中，传导填料包括石墨烯。
[0085] 实施方式15 :根据实施方式6-14中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于50 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0086] 实施方式16 :根据实施方式6-15中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于40 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0087] 实施方式17:根据实施方式6-16中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于30 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0088] 实施方式18 :根据实施方式6-17中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于20 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0089] 实施方式19 :根据实施方式1-18中任一项的组合物，其中，电介质包括热塑性聚 合物。
[0090] 实施方式20 :根据实施方式1-19中任一项的组合物，其中，将组合物的厚度配置 为使入射电磁辐射的透射最小化。
[0091] 实施方式21 :-种用于在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内增加能量耗散 的方法，方法包括：提供实施方式1-20中任一项的组合物；以及接收1GHz至20GHz频率范 围的至少一部分内的入射电磁辐射，其中，响应于接收入射电磁辐射生成电磁辐射的反射 波，并且其中，反射波有助于破坏进入的电磁辐射的干扰。
[0092] 尽管结合优选的实施方式和具体的实施例已经描述了方法和系统，但并不旨在将 范围限制于给出的【具体实施方式】，因为本文中的实施方式在所有方面旨在是示例性的而非 限制性的。
[0093] 除非另外明确指出，否则绝不希望将本文所述的任何方法解释为需要以特定顺序 进行其步骤。因此，在方法权利要求未实际列举其步骤所遵循的顺序或者它未另外将步骤 将限制于具体顺序的权利要求或说明中具体陈述时，它在任何方面决不表示推断出顺序。 这表明了用于解释的任何可能的非表达基础，包括与步骤或操作流程的设置有关的逻辑事 件，源自语法组织或标点的普通含义，在说明书中描述的实施方式的数量或类型。
[0094] 在整个发明申请中，参考了多个公开物。在此，通过引用将这些出版物的全部公开 内容以其全部结合在本申请中，以便更全面地描述所述方法和系统所属领域的现有技术。
[0095] 对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不背离范围或精神的情况下，可以 进行各种修改和变化。对于本领域技术人员而言，通过考虑本文公开的说明书和实践，其他 实施方式将是显而易见的。应当认为该说明书和实施例仅是示例性的，真正范围和精神通 过所附的权利要求指出。
【主权项】
1. 一种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，所述组合物 包含： 电介质；和 与至少一部分的所述电介质混合的石墨烯，其中，将石墨烯相对于所述组合物的总体 积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分 内显著优化。2. 根据权利要求1所述的组合物，其中，石墨烯相对于所述组合物的总体积的百分比 体积是5 %至20%。3. 根据权利要求1所述的组合物，其中，石墨烯相对于所述组合物的总体积的百分比 体积是10 %至20%。4. 根据权利要求1所述的组合物，其中，石墨烯相对于所述组合物的总体积的百分比 体积是15 %至20%。5. -种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，所述组合物 包含： 电介质；和 与至少一部分的所述电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，将所述传导的、非磁性 填料相对于所述组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在IGHz至 20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。6. -种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，所述组合物 包含： 电介质；和 具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料，其中，所述传导填料与至少 一部分的所述电介质混合； 其中，将所述传导填料相对于所述组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁 辐射的耗散在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化，并且 其中，在完全的电渗流下，所述组合物的反射率最小化。7. 根据权利要求5-6中任一项所述的组合物，其中，所述传导填料包括有损耗填料。8. 根据权利要求5-7中任一项所述的组合物，其中，所述传导填料包括石墨烯。9. 根据权利要求5-8中任一项所述的组合物，其中，所述传导填料相对于所述组合物 的总体积的百分比体积是5%至20%。10. 根据权利要求9所述的组合物，其中，所述传导填料相对于所述组合物的总体积的 百分比体积是10 %至20%。11. 根据权利要求9所述的组合物，其中，所述传导填料相对于所述组合物的总体积的 百分比体积是15 %至20 %。12. 根据权利要求1-11中任一项所述的组合物，其中，所述电介质包括热塑性聚合物。13. 根据权利要求1-12中任一项所述的组合物，其中，将所述组合物的厚度配置为使 入射电磁辐射的透射最小化。14. 一种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内增加能量耗散的方法，所述方法包 括： 提供权利要求1-13中任一项所述的组合物；和 接收IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内的入射电磁辐射，其中，响应于接收所述 入射电磁辐射生成电磁辐射的反射波，并且其中，所述反射波有助于破坏进入的电磁辐射 的干扰。
【专利摘要】一种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，该组合物可以包含电介质和与至少一部分电介质混合的石墨烯，其中，将石墨烯相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
【IPC分类】C08K3/04
【公开号】CN104903392
【申请号】CN201480004165
【发明人】达维德·路易斯·西莫内, 加里·史蒂芬·巴尔奇, 大卫·亚历山大·吉柏森, 哈罗德·杰·帕琴, 阿伦·劳伦斯·加纳, 格雷戈里·约翰·帕克
【申请人】沙特基础全球技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月11日
【公告号】EP2943528A2, US20140197978, WO2014110464A2, WO2014110464A3
【专利说明】用于能量耗散的方法和组合物
【背景技术】
[0001] 电磁（EM)辐射衰减技术可用于广泛的军事和民用应用，从最小化目标的雷达信 号分布至家用电子产品中的EM屏蔽。减弱EM源的磁化率（susceptibility)和来自其的 辐射的电子系统的EMI(电磁干扰）屏蔽在多种应用，特别是在无线电中对微波波长越来越 重要。
【发明内容】
[0002] 应理解以下一般描述和以下详细描述两者均仅是示例性和说明性的，并且不是对 所要求内容的限制。提供的是用于能量耗散的方法和组合物。作为一个实例，该方法和组 合物可以优化石墨烯填充的复合材料在1-20GHZ频率范围内的吸收、反射、透射。
[0003] -方面，导电的石墨烯填料可以用作热塑性树脂的有损耗（损耗性，lossy)(即， 介电常数虚部大）添加剂。作为一个实例，当组合物中的石墨烯浓度升高时，可以实现电导 的渗流性质。因此，该组合物结构可以提供屏蔽效能（例如，缺乏透射）。一方面，可以使用 双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、注射模制、或压缩模制或它们的组合挤出传导填料（例如， 石墨烯）。
[0004] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物可以包 含电介质和传导填料，如石墨烯。作为一个实例，可以将石墨烯与至少一部分电介质混合， 其中，将石墨烯相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在 1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
[0005] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物可以包 含电介质和与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料。作为一个实例，将传导的、非 磁性填料相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至 20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
[0006] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物可以包 含电介质以及具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料。作为一个实例，可 以将传导填料与至少一部分电介质混合。作为进一步的实例，将传导填料相对于组合物的 总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一 部分内显著优化。作为进一步的实例，在完全的电渗流下，组合物的反射率可以最小化。
[0007] -方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内增加能量耗散的方法可以包 括：提供组合物，以及以该组合物接收1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内的入射电磁 辐射，其中，响应于接收入射电磁辐射，电磁辐射的反射波生成，并且其中，反射波有助于破 坏进入的电磁辐射的干扰。
[0008] 在随后的描述中将部分阐述或可以通过实践获知其他优点。这些优点将通过在所 附权利要求中具体指出的要素和组合来实现和获得。应理解的是，如所要求的，上述一般说 明和以下的详细说明均仅是示例性和说明性的，而不是限制性的。
【附图说明】
[0009] 结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了实施方式，并且连同 说明书一起，起到解释方法和系统的原理的作用：
[0010] 图1是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 介电常数和磁导率性质的图示；
[0011] 图2是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 反射（R)、吸收（A)和透射⑴性质的图示；
[0012] 图3是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 反射⑵、吸收（A)和透射⑴性质的图示；
[0013] 图4是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 屏蔽效能性质的图示；
[0014] 图5是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 屏蔽效能性质的图示；以及
[0015] 图6是在ABS中包含5vol%至20vol%石墨稀的不同填料负载的示例性组合物的 阻抗性质的图示。
【具体实施方式】
[0016] 在公开和描述本方法和系统之前，应当理解的是，该方法和系统不限于具体的合 成方法、具体的组分、或特定的组合物。还应当理解的是，本文使用的术语仅是为了描述具 体实施方式的目的，而并非旨在进行限制。
[0017] 正如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式"一个"、"一种"和"该"包括 复数指代物，除非上下文另有明确规定。在本文中，范围可以表示为从"约"一个特定值和/ 或至"约"另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个实施方式包括该一个特定值和/或 至其他特定值。类似地，当值表示为近似值时（通过使用先行词"约"），应当理解的是，特 定值形成另一个实施方式。将进一步理解的是，每个范围的端点明显地与其他端点相关且 独立于其他端点。
[0018] "可选的"或"可选地"是指随后描述的事件或情况可以发生或可以不发生，并且该 描述包括其中所述事件或情况发生的实例以及其中其不发生的实例。
[0019] 在整个说明书的描述和权利要求中，词语"包括"和该词的变体，如"含有"和"包 含"，指的是"包括但不限于"，并且并不旨在排除，例如，其它添加剂、组分、整数或步骤。"示 例性的"指的是"……的实例"并且并不旨在表达优选的或理想的实施方式的表示。"如"不 用于限制性的意思，而用于解释的目的。
[0020] 在本文中，可以从"约"一个特定值，和/或至"约"另一个特定值来表示范围。当 表示这样的范围时，另一个方面包括该一个特定值和/或至其他特定值。相似地，当值表示 为近似值时（通过使用先行词"约")，应理解的是特定值形成了另一方面。将进一步理解的 是，每个范围的端点明显地与其他端点相关又独立于其他端点。还应当理解的是，存在本文 中公开的许多值，并且本文中还将每个值公开为除了该值本身外"约"该特定值。例如，如 果公开了值"10"，那么也公开了"约10"。还应当理解的是，还公开了两个特定单元之间的 每个单元。例如，如果公开了 10和15,那么也公开了 11、12、13、和14。本公开中公开的所 有范围是包括性的和组合性的（例如，"高至25体积％，或更确切地，5体积％至20体积％ " 的范围包括端点和"5体积％至20体积％ "范围内的所有中间值等）。
[0021] 除非另外指出，否则术语"第一"、"第二"、"第一部分"、"第二部分"等，当使用时， 不指示任何顺序、量或重要性，而是用于区分一个要素和另一个要素。
[0022] 如本文所用的，术语"可选的"或"可选地"是指随后描述的事件或情形可能发生 或可能不发生，并且所述描述包括所述事件或情况发生和不发生的情形。例如，短语"可选 取代的烷基"是指烷基基团可能被取代或可能不被取代，并且该描述同时包括取代的和未 取代的烷基基团。
[0023] 如本文所使用的，术语"有效量"是指足以实现组合物或材料的物理性质的所需改 变的量。例如，"有效量"的回收聚碳酸酯共混物是指在可应用的测试条件下足以通过制剂 组分（例如，扩大）调节实现性质上所需改善的量，且不会不利地影响其他指定的性质。在 组合物中以wt%和/或体积％计作为有效量所需的具体水平将取决于多种因素，包括回收 聚碳酸酯共混物的量和类型，原始聚碳酸酯聚合物组合物的量和类型，抗冲击改性剂组合 物（包括原始和回收抗冲击改性剂）的量和类型，以及用组合物制成的制品的最终用途。
[0024] 公开的是用于制备本发明的组合物的组分以及用于本文公开的方法中的组合物 本身。本文公开了这些材料和其他材料，并且应理解的是，当公开这些材料的组合、子集、相 互作用、组等等时，尽管不能明确地公开这些化合物的每种不同的单独和集体的组合以及 改变的具体参考，但是本文明确地考虑并描述了它们中的每一种。例如，如果公开和讨论了 特定的化合物并且讨论了能够对包括该化合物的许多分子进行的许多修饰，除非明确地指 出相反，否则明确考虑的是化合物的每种和所有的组合与改变以及可能的变更。因此，如果 公开了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F并且公开了组合分子的实例A-D，那么即 使没有单独地述及每一种，每一种也是单独地和结合地考虑的有意义的组合，认为公开了 八-￡、六4、8-0、84、84、(：-0、^、和(：4。同样地，还公开了这些的任何子集或组合。因此， 例如，可以认为公开了子集A-E、B-F、和C-E。该构思适用于本申请的全部方面，包括但不限 于制备和使用本发明的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在多种能够实施的附加步骤， 则应当理解的是，这些附加步骤的每一个能够实现本发明的这些方法的任何具体的方面或 方面的组合。
[0025] 在说明书和总结权利要求书中提及组合物或制品中具体要素或组分的重量份 指 示以重量份表示的组合物或制品中要素或组分与任何其它要素或组分之间的重量关系。因 此，在含2重量份组分X和5重量份组分Y的化合物中，X和Y以2:5的重量比存在，并且 无论化合物中是否含有其它组分都是按照这个比值存在。
[0026] 除非具体地指出相反，否则组分的重量百分数是基于其中包含该组分的制剂或组 合物的总重量。例如，如果说组合物或制品中具有按重量计8%的特定要素或组分，则应当 理解的是该百分比是相对于按重量计100%的总组成百分比。
[0027] 在说明书和总结权利要求书中提及组合物或制品中具体要素或组分的体积份指 示以体积份表示的组合物或制品中要素或组分与任何其它要素或组分之间的体积关系。因 此，在含2体积份组分X和5体积份组分Y的化合物中，X和Y以2:5的体积比存在，并且 无论化合物中是否含有其它组分都是按照这个比值存在。
[0028] 除非具体地指出相反，否则组分的重量百分数是基于其中包含该组分的制剂或组 合物的总体积。例如，如果说组合物或制品中具有按体积计8%的特定要素或组分，那么应 当理解的是该百分比是相对于按体积计100%的总组成百分比。
[0029] 使用标准命名法描述化合物。例如，将未被任何指明基团取代的任何位置理解为 其化合价被所指明的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的横线用来表示 取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基基团的碳连接。除非另外定义，否则在本文中使用 的技术和科学术语具有本发明所属领域中的技术人员通常理解的相同意义。
[0030] 如本文所使用的，术语"ABS"或"丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物"是指丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯聚合物，其可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物或苯乙烯-丁二烯橡胶和 苯乙烯-丙烯腈共聚物的共混物。
[0031] 公开的是可以用于进行所公开的方法和系统的组分。本文中公开了这些和其他 组分，并且应当理解的是，当公开这些组分的组合、子集、相互作用、组等时，尽管不能明确 地公开具体提及的这些的每种不同的单独和集体的组合以及改变，但是针对所有方法和系 统，本文中具体地考虑并描述了它们中的每一种。这适用于本申请的所有方面，包括但不限 于公开的方法中的步骤。因此，如果存在可以进行的许多额外的步骤，应当理解的是，这些 额外的步骤中的每一个都可以利用所公开的方法的任何【具体实施方式】或实施方式的组合 来进行。
[0032] 通过参考优选的实施方式和包括在其中的实施例的以下详细描述和附图以及它 们之前和随后的描述，可以更容易地理解本方法和系统。
[0033] 一方面，导电的石墨烯填料可以用作热塑性树脂的有损耗（即，介电常数虚部大） 添加剂。作为一个实例，当组合物中石墨烯的浓度升高时，可以实现电导的渗流性质。因此， 该组合物结构可以提供屏蔽效果（例如，缺乏透射）。
[0034] 一方面，提供的是用于能量耗散的组合物。作为一个实例，能量耗散可以在1GHz 至20GHz频率范围的至少一部分内。作为进一步的实例，组合物可以包含电介质和传导填 料。
[0035] 一方面，电介质可以包括热塑性聚合物。作为实例，可以将以下列举为电介质：多 种热塑性树脂如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚 碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚乙烯醇、聚苯醚、 聚（甲基）丙烯酸酯和液晶聚合物；和多种热固性树脂如环氧树脂、乙烯酯树脂、酚树脂、 不饱和的聚酯树脂、呋喃树脂、酰亚胺树脂、尿烷树脂、三聚氰胺树脂、有机硅树脂和尿素树 月旨；以及多种弹性体如天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶（SBR)、丁二烯橡胶（BR)、聚异戊二烯 橡胶（IR)、乙烯-丙烯橡胶（EPDM)、腈橡胶（NBR)、聚氯丁二烯橡胶（CR)、异丁烯异戊二烯 橡胶（IIR)、聚氨酯橡胶、硅酮橡胶、芴橡胶、丙烯酸橡胶（ACM)、表氯醇橡胶、乙烯丙烯酸橡 胶、降冰片烯橡胶和热塑性弹性体。此外，电介质可以以多种组合物的形式，如粘合剂、纤 维、涂料、油墨等。作为进一步的实例，电介质可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯。如本文所使 用的，术语"ABS"或"丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物"是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合 物，其可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物或苯乙烯-丁二烯橡胶和苯乙烯-丙烯腈共 聚物的共混物。
[0036] 一方面，传导填料可以包括传导的、非磁性填料。作为一个实例，传导填料可以包 括可变的介电常数和基本上静态的磁导率。作为进一步的实例，传导填料可以包括石墨烯。
[0037] -方面，石墨烯可以包括共价键连的碳原子的单一平整片。作为一个实例，石墨烯 可以由碳原子的平面形成，该碳原子平面包含形成具有芳香结构的规则六方晶格的sp2键 连碳原子。作为进一步的实例，石墨烯可以包括由sp2杂化形成的杂化轨道。一方面，在 sp2杂化中，2s轨道和三个2p轨道中的两个混合形成三个sp2轨道。剩余的一个p轨道形 成碳原子之间的31键。与苯的结构类似，石墨烯的结构可以包括P轨道的共轭环，其表现 出强于仅共轭的稳定性期望的稳定性，即，该石墨烯结构是芳香族的。可以使用石墨烯的其 他结构、形式和/或层。可以使用表现出与石墨烯的介电常数和磁导率性质类似的介电常 数和磁导率性质的材料。
[0038] 一方面，可以将石墨烯与至少一部分电介质混合，其中，将石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一 部分内显著优化。作为一个实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是5%至 20%。作为另一个实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是10%至20%。 作为进一步的实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是15%至20%。一方 面，可以将组合物的厚度配置为最小化入射电磁辐射的透射。
[0039] 如本文所使用的，当通过由包含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物形 成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射被限制时，例如，使得与不含传导的、 非磁性填料（例如，石墨稀）的组合物相比，在1GHz至20GHz的频率范围内，小于或等于 80%的入射电磁辐射透射，入射电磁辐射的耗散显著优化。作为一个实例，与不含传导的、 非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料（例如，石墨 烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限制至入射电 磁辐射的小于或等于70%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为另一个实例，与不含传 导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料（例如， 石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限制至入 射电磁辐射的小于或等于60%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为再一个实例，与不 含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料（例 如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限制至 入射电磁辐射的小于或等于50 %在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为再一个实例， 与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性填料 (例如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以被限 制至入射电磁辐射的小于或等于40%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为又一个实 例，与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非磁性 填料（例如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可以 被限制至入射电磁辐射的小于或等于30%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作为另一 个实例，与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导的、非 磁性填料（例如，石墨烯）的组合物形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透 射可以被限制至入射电磁辐射的小于或等于20%在1GHz至20GHz的频率范围内透射。作 为再一个实例，与不含传导的、非磁性填料（例如，石墨烯）的组合物相比，通过由包含传导 的、非磁性填料（例如，石墨烯）形成的制品、膜和/或材料表面的入射电磁辐射的透射可 以被限制至入射电磁辐射的小于或等于10 %在1GHz至20GHz的频率范围内透射。例如，可 以根据NISTTechnicalNote1536确定电磁辐射的透射：测量有损耗材料的介电常数和磁 导率：固体、液体、金属、建筑材料和负折射率材料。
[0040] 作为一个实例，电介质相对于组合物的总体积的百分比体积（vol% )可以是 80%至95%。作为另一个实例，电介质相对于组合物的总体积的百分比体积可以是80% 至90%。作为进一步的实例，电介质相对于组合物的总体积的百分比体积可以是80%至 85%〇
[0041] 作为一个实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是5%至20%， 且电介质相对于组合物 的总体积的百分比体积（vol%)可以是80%至95%。作为另一个 实例，石墨烯的量相对于组合物的总体积的百分比体积是10%至20%，且电介质相对于组 合物的总体积的百分比体积可以是80%至90%。作为进一步的实例，石墨烯的量相对于组 合物的总体积的百分比体积是15%至20%，且电介质相对于组合物的总体积的百分比体 积可以是80 %至85%。
[0042] 一方面，导电的传导填料（例如，石墨烯）可以用作电介质的有损耗（介电常数虚 部大）添加剂。作为一个实例，随着传导填料的浓度升高，可以实现电导体的渗流性，提供 具有良好的屏蔽效能（即，缺乏透射）的复合结构。
[0043] 一方面，在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分中增加能量耗散的方法可以包 括：提供组合物，以及以该组合物接收1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内的入射电磁 辐射，其中，响应于接收入射电磁辐射，电磁辐射的反射波生成，并且其中，反射波有助于破 坏进入的电磁辐射的干扰。
[0044] 可以通过根据使用的电介质和/或传导材料的种类选择最佳方法的任何已知的 方法进行组合物的制备，例如，在热塑性聚合物的情况中，可以通过在熔融条件下的捏合、 分散、挤出等实现制备。根据本公开因此得到的组合物在加工成用于任何装置的膜、层状材 料和/或铸塑产物时以及在适当的地点使用时，可以显著降低电磁波的影响。
[0045] 一方面，根据本公开因此得到的组合物可以用于形成用于保护电路板不受EM辐 射或保护其他电子件不暴露于由分离电子组件或多个组件发射的EM辐射的外壳。作为一 个实例，外壳可以具有可以被模制且可以包围电路板（"宏观"用途）或分立组件（"微观 用途"）的任何形状。示例性的应用包括外壳如手机壳体、笔记本电脑壳体、飞机骨架或表 皮、用于板和组件的汽车电子壳体、健康护理和相关的电子件（MRI壳体、起搏器壳体）等。
[0046] 实施例
[0047] 提出以下实施例以便向本领域普通技术人员提供在本文中要求保护的化合物、组 合物、制品、设备和/或方法是如何制造和评价的完整公开内容和说明，并且以下实施例旨 在纯粹是示例性的而不是旨在限制方法和系统的范围。已经努力确保数字（例如，量、温度 等）的准确性，但应考虑一些误差和偏差。除非另外指出，否则份是指重量份，温度以°〇表 示或是环境温度，并且压力是大气压或接近大气压。
[0048] 可以通过多种方法制造本公开的组合物。通过包括使材料与配制品中期望的任何 另外的添加剂紧密混合的多种方法可以使本公开的组合物与前述成分共混。
[0049] 如表1所示，使用双螺杆挤出机共混包含410. 2gABS和45. 0g石墨烯的示例性 5vol%石墨稀的填料组合物。
[0050] 表 1
[0051]
[0052] 如表2所示，使用双螺杆挤出机共混包含369. 3gABS和85. 3g石墨烯的示例性 lOvol%的石墨稀填料组合物。
[0053] 表 2
[0054]
[0055]
[0056] 如表3所示，使用双螺杆挤出机共混包含332. 4gABS和121. 9g石墨烯的示例性 15vol%的石墨稀填料组合物。
[0057] 表 3
[0058]
[0059] 如表4所示，使用双螺杆挤出机共混包含299. 3gABS和155. 4g石墨烯的示例性 20vol%的石墨烯填料组合物。
[0060] 表 4
[0061]
[0062]
[0063] -方面，由表1-4中的一个或多个示出的共混过程挤出的挤出物是压缩模制的。 作为一个实例，压缩模制由TetrahedronMTP-14压制机促进。作为另一个实例，将压缩机 设定为395F(约201C)。因此，在所需的温度下，将组合物挤出物放置在模具中，用钢板覆 盖，并将其插入在压制机中。可以用Olbs的力闭合压板。在设定的温度下，用Olbs的力， 提供设定时间（例如，l〇min)的手动压缩。将压力升高至lOOOlbs持续5分钟。进一步将 压力升高至50001bs持续5分钟。进一步将压力升高至约10,OOOlbs持续5分钟。在压力 下将压制机冷却至设定的冷却温度（例如，180F)并除去压缩模制的组合物。
[0064] 图1示出具有2mm厚度的示例性组合物的介电常数和磁导率性质的图示。如所示 出的，示例性的复合物在ABS中包含5vol%至20vol%的不同石墨稀填料负载。一方面，复 合物样品的介电常数和磁导率作为样品厚度的函数应当恒定，但是作为填料负载的函数应 当变化。作为一个实例，改变厚度的组合物样品之间值的差可以暗示不同程度的填料分散 度和进料均匀性。如图1所示，随着填料负载升高，实部和虚部介电常数升高。作为一个实 例，对于具有升高的填料负载（g卩，升高的实部介电常数）和由于渗流引起的升高的电导率 的组合物，可以实现电介质损耗的升高（即，虚部介电常数升高）。作为进一步的实例，由于 填料材料的非磁性性质，实部和虚部介电常数可以不随负载改变。
[0065] 图2-图3分别示出根据表1-4制备的且具有1mm厚度和2mm厚度的示例性组合 物的反射（R)、吸收（A)和透射（T)性质的图示。一方面，不考虑组合物样品的厚度，填料 负载升高导致反射和吸收升高，同时样品中的透射减少。作为一个实例，破坏干扰现象可以 造成组合物（例如，2mm厚，15vol%和20vol%填料负载的样品）在高频率范围内的样品吸 收。作为进一步的实例，可以在多层堆叠的组合物中有利地使用Salisbury效应来提供宽 频带吸收。
[0066] 图4-图5分别示出根据表1-4制备的且具有1mm厚度和2mm厚度的示例性组合 物的屏蔽效能性质的图示。一方面，1mm样品的整体屏蔽效能在低的个位数范围内是适度 的。随着传导填料的负载升高，屏蔽效能趋向于改善。作为一个实例，升高样品厚度可以降 低透射率。
[0067] 图6示出根据表1-4制备的示例性组合物的阻抗性质的图示。一方面，至少部分 由于阻抗是复合物的磁导率和介电常数的比值（其是填料体积负载的函数）的函数，所以 复合物的阻抗通常不受样品厚度的影响。作为一个实例，随着体积负载升高，磁导率和介电 常数之间的不匹配升高（比值变小）。作为进一步的实例，由于石墨烯是非磁性的且仅是 导电性的，所以介电常数随负载升高并且在复合物中的填料实现完全的电渗流时变得非常 大。因此，复合物的阻抗随着负载不断减小（由于介电常数与阻抗的负相关）。
[0068] 以下列出的是本文公开的组合物和方法的一些实施方式。
[0069] 实施方式1:一种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；与至少一部分电介质混合的石墨烯，其中，将石墨烯相对于组 合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的 至少一部分内显著优化。
[0070] 实施方式2 :-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和与至少一部分电介质混合的石墨烯，其中，石墨烯相对于组 合物的总体积的百分比体积是5%至25%。
[0071] 实施方式3 :根据实施方式1-2中任一项的组合物，其中，石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积是5 %至20 %。
[0072] 实施方式4:根据实施方式1-3中任一项的组合物，其中，石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积是10%至20%。
[0073] 实施方式5:根据实施方式1-4中任一项的组合物，其中，石墨烯相对于组合物的 总体积的百分比体积是15%至20%。
[0074] 实施方式6 :-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组 合物，该组合物包含：电介质；与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，将传 导的、非磁性填料相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在 1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
[0075] 实施方式7:-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料，其 中，传导填料与至少一部分电介质混合，其中，将传导填料相对于组合物的总体积的百分比 体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化， 并且其中，在完全的电渗流下，组合物的反射率最小化。
[0076] 实施方式8:-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，传导 填料相对于组合物的总体积的百分比体积是5%至25%。
[0077] 实施方式9:一种在1GHz至20GHz频率 范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料，其 中，传导填料与至少一部分电介质混合，其中，传导填料相对于组合物的总体积的百分比体 积是5%至25%，并且其中，在完全的电渗流下，组合物的反射率最小化。
[0078] 实施方式8:-种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；和与至少一部分电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，当入 射电磁辐射通过由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的非磁性 填料的另一种组合物相比，小于或等于60%的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内 透射。
[0079] 实施方式9:一种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合 物，该组合物包含：电介质；以及具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料， 其中，当入射电磁辐射通过由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导 的非磁性填料的另一种组合物相比，小于或等于60%的入射电磁福射在1GHz至20GHz的频 率范围内透射，并且其中，在完全的电渗流下，组合物的反射率最小化。
[0080] 实施方式10 :根据实施方式6-9中任一项的组合物，其中，传导填料相对于组合物 的总体积的百分比体积是5%至20%。
[0081] 实施方式11 :根据实施方式6-10中任一项的组合物，其中，传导填料相对于组合 物的总体积的百分比体积是10%至20%。
[0082] 实施方式12 :根据实施方式6-11中任一项的组合物，其中，传导填料相对于组合 物的总体积的百分比体积是15%至20%。
[0083] 实施方式13 :根据实施方式6-12中任一项的组合物，其中，传导填料包括有损耗 填料。
[0084] 实施方式14 :根据实施方式6-13中任一项的组合物，其中，传导填料包括石墨烯。
[0085] 实施方式15 :根据实施方式6-14中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于50 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0086] 实施方式16 :根据实施方式6-15中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于40 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0087] 实施方式17:根据实施方式6-16中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于30 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0088] 实施方式18 :根据实施方式6-17中任一项的组合物，其中，当入射电磁辐射通过 由该组合物形成的制品、膜和/或材料表面透射时，与不含传导的、非磁性填料的另一种组 合物相比，小于或等于20 %的入射电磁辐射在1GHz至20GHz的频率范围内透射。
[0089] 实施方式19 :根据实施方式1-18中任一项的组合物，其中，电介质包括热塑性聚 合物。
[0090] 实施方式20 :根据实施方式1-19中任一项的组合物，其中，将组合物的厚度配置 为使入射电磁辐射的透射最小化。
[0091] 实施方式21 :-种用于在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内增加能量耗散 的方法，方法包括：提供实施方式1-20中任一项的组合物；以及接收1GHz至20GHz频率范 围的至少一部分内的入射电磁辐射，其中，响应于接收入射电磁辐射生成电磁辐射的反射 波，并且其中，反射波有助于破坏进入的电磁辐射的干扰。
[0092] 尽管结合优选的实施方式和具体的实施例已经描述了方法和系统，但并不旨在将 范围限制于给出的【具体实施方式】，因为本文中的实施方式在所有方面旨在是示例性的而非 限制性的。
[0093] 除非另外明确指出，否则绝不希望将本文所述的任何方法解释为需要以特定顺序 进行其步骤。因此，在方法权利要求未实际列举其步骤所遵循的顺序或者它未另外将步骤 将限制于具体顺序的权利要求或说明中具体陈述时，它在任何方面决不表示推断出顺序。 这表明了用于解释的任何可能的非表达基础，包括与步骤或操作流程的设置有关的逻辑事 件，源自语法组织或标点的普通含义，在说明书中描述的实施方式的数量或类型。
[0094] 在整个发明申请中，参考了多个公开物。在此，通过引用将这些出版物的全部公开 内容以其全部结合在本申请中，以便更全面地描述所述方法和系统所属领域的现有技术。
[0095] 对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不背离范围或精神的情况下，可以 进行各种修改和变化。对于本领域技术人员而言，通过考虑本文公开的说明书和实践，其他 实施方式将是显而易见的。应当认为该说明书和实施例仅是示例性的，真正范围和精神通 过所附的权利要求指出。
【主权项】
1. 一种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，所述组合物 包含： 电介质；和 与至少一部分的所述电介质混合的石墨烯，其中，将石墨烯相对于所述组合物的总体 积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分 内显著优化。2. 根据权利要求1所述的组合物，其中，石墨烯相对于所述组合物的总体积的百分比 体积是5 %至20%。3. 根据权利要求1所述的组合物，其中，石墨烯相对于所述组合物的总体积的百分比 体积是10 %至20%。4. 根据权利要求1所述的组合物，其中，石墨烯相对于所述组合物的总体积的百分比 体积是15 %至20%。5. -种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，所述组合物 包含： 电介质；和 与至少一部分的所述电介质混合的传导的、非磁性填料，其中，将所述传导的、非磁性 填料相对于所述组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在IGHz至 20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。6. -种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，所述组合物 包含： 电介质；和 具有可变的介电常数和基本上静态的磁导率的传导填料，其中，所述传导填料与至少 一部分的所述电介质混合； 其中，将所述传导填料相对于所述组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁 辐射的耗散在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化，并且 其中，在完全的电渗流下，所述组合物的反射率最小化。7. 根据权利要求5-6中任一项所述的组合物，其中，所述传导填料包括有损耗填料。8. 根据权利要求5-7中任一项所述的组合物，其中，所述传导填料包括石墨烯。9. 根据权利要求5-8中任一项所述的组合物，其中，所述传导填料相对于所述组合物 的总体积的百分比体积是5%至20%。10. 根据权利要求9所述的组合物，其中，所述传导填料相对于所述组合物的总体积的 百分比体积是10 %至20%。11. 根据权利要求9所述的组合物，其中，所述传导填料相对于所述组合物的总体积的 百分比体积是15 %至20 %。12. 根据权利要求1-11中任一项所述的组合物，其中，所述电介质包括热塑性聚合物。13. 根据权利要求1-12中任一项所述的组合物，其中，将所述组合物的厚度配置为使 入射电磁辐射的透射最小化。14. 一种在IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内增加能量耗散的方法，所述方法包 括： 提供权利要求1-13中任一项所述的组合物；和 接收IGHz至20GHz频率范围的至少一部分内的入射电磁辐射，其中，响应于接收所述 入射电磁辐射生成电磁辐射的反射波，并且其中，所述反射波有助于破坏进入的电磁辐射 的干扰。
【专利摘要】一种在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内用于能量耗散的组合物，该组合物可以包含电介质和与至少一部分电介质混合的石墨烯，其中，将石墨烯相对于组合物的总体积的百分比体积配置为使得入射电磁辐射的耗散在1GHz至20GHz频率范围的至少一部分内显著优化。
【IPC分类】C08K3/04
【公开号】CN104903392
【申请号】CN201480004165
【发明人】达维德·路易斯·西莫内, 加里·史蒂芬·巴尔奇, 大卫·亚历山大·吉柏森, 哈罗德·杰·帕琴, 阿伦·劳伦斯·加纳, 格雷戈里·约翰·帕克
【申请人】沙特基础全球技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月11日
【公告号】EP2943528A2, US20140197978, WO2014110464A2, WO2014110464A3
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