專利名稱：用于機(jī)械加工的原材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)械加工的原材料(stock shape)，其是由熱塑性樹脂材料的擠出產(chǎn)物構(gòu)成的，并用于通過(guò)例如切削、鉆孔和/或剪切之類的機(jī)械加工二次成形為具有所需形狀的成形制品。特別地，本發(fā)明涉及用于機(jī)械加工的原材料，其可以嚴(yán)格控制至處于半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需表面電阻系數(shù)，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)性和尺寸穩(wěn)定性，并具有優(yōu)異的機(jī)械加工性能，例如切削能力和鉆孔能力，還涉及該原材料的制造方法。
本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料可以通過(guò)例如切削、鉆孔和/或剪切之類的機(jī)械加工二次成形為各種成形制品。本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料具有高的機(jī)械加工精度，并適合制成各種樹脂部件，例如由樹脂材料構(gòu)成的電氣和電子設(shè)備部件以及顯示設(shè)備部件。
在本發(fā)明中，機(jī)械加工是指，通過(guò)機(jī)械加工(例如已知作為聚合材料的二次加工的切削、鉆孔和剪切)將初次成形制品(例如板材或圓條)制成具有所需形狀的二次成形制品。由于切削是典型的機(jī)械加工，本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料有時(shí)可以被稱作用于切削的原材料。原材料是指具有形狀的任何材料，包括板材、圓條、管材和特殊型材。
背景技術(shù)：
對(duì)于半導(dǎo)體制造過(guò)程中使用的部件(例如IC和LSI)及其裝配部件、磁頭和硬盤驅(qū)動(dòng)器制造過(guò)程中使用的部件及其裝配部件、液晶顯示器制造過(guò)程中使用的部件及其裝配部件，用于形成或模制這些部件的樹脂材料需要具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)性和尺寸穩(wěn)定性。
因此，在該技術(shù)領(lǐng)域中使用具有優(yōu)異耐熱性的熱塑性樹脂，例如聚(醚醚酮)、聚(醚酰亞胺)、聚砜、聚(醚砜)和聚(苯硫)作為樹脂材料。
但隨著電子器件中高密度瀝青(pitch)的發(fā)展，當(dāng)樹脂部件是由表面電阻系數(shù)超過(guò)1013Ω/□的樹脂材料制成時(shí)，電子器件容易由于其中所用的樹脂部件摩擦起電的影響而帶電。電子器件(其中已經(jīng)通過(guò)充電而蓄積了靜電)可能由于靜電釋放或靜電吸附懸浮在空氣中的塵埃而損壞。另一方面，在由表面電阻系數(shù)低于105Ω/□的樹脂材料制成的樹脂部件中，樹脂部件中的電荷移動(dòng)速率過(guò)高，這樣在靜電釋放時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電流或高電壓使電子器件產(chǎn)生故障。
為了保護(hù)電子器件避免靜電引起的故障，并在不吸附塵埃的情況下保持高清潔度，需要將這些技術(shù)領(lǐng)域中使用的樹脂部件的表面電阻系數(shù)控制在105至1013Ω/□的范圍內(nèi)，也就是半導(dǎo)體范圍。因此，迄今已經(jīng)提出使用其中包含抗靜電劑或?qū)щ娞盍系臉渲牧?，以獲得表面電阻系數(shù)在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的成形制品或模制品。
但根據(jù)在樹脂材料中加入抗靜電劑的方法，所得模制品或成形制品表面上存在的抗靜電劑容易因洗滌或摩擦而被除去，從而損失其抗靜電作用。當(dāng)提高抗靜電劑的添加量以使抗靜電劑容易從模制品或成形制品內(nèi)部滲出到其表面上時(shí)，可以在一定程度上保持抗靜電作用。然而，由于滲出的抗靜電劑，塵埃粘附在模制品或成形制品表面上，且電子器件和環(huán)境由于抗靜電劑的滲出和揮發(fā)而受到污染。此外，當(dāng)大量使用抗靜電劑時(shí)，所得模制品或成形制品的耐熱性受損。
根據(jù)在樹脂材料中加入導(dǎo)電填料(例如導(dǎo)電炭黑)的方法，導(dǎo)電填料添加量的微小不同或模制或成形條件的微小變化都會(huì)使所得模制品或成形制品的電阻率產(chǎn)生很大的改變，因?yàn)闃渲牧系碾妼?dǎo)率與導(dǎo)電填料的電導(dǎo)率差別很大。因此，通過(guò)簡(jiǎn)單加入導(dǎo)電填料的方法極難將表面電阻系數(shù)控制至在105至1013Ω/□范圍內(nèi)的所需值。此外，根據(jù)簡(jiǎn)單加入導(dǎo)電填料的方法，模制品或成形制品的表面電阻系數(shù)容易因位置不同產(chǎn)生寬分散性。
為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)人提出了在熱塑性樹脂中結(jié)合加入碳前體和導(dǎo)電填料而得的樹脂組合物，以及用該樹脂組合物模制成的模制品，例如IC插座(日本專利申請(qǐng)公開2002-531660號(hào)(通過(guò)PCT途徑)，和國(guó)際公開WO02/082592號(hào))。當(dāng)用包含特定比例的這些組分的樹脂組合物進(jìn)行模制時(shí)，可以獲得表面電阻系數(shù)或體積電阻系數(shù)被嚴(yán)格控制在限定的所需半導(dǎo)體范圍內(nèi)的模制品。這些文獻(xiàn)公開了實(shí)施例，其中將樹脂組合物注射成型以制造IC插座之類的模制品。
上述樹脂部件通常是通過(guò)注射成型法模制的。按照注射成型法，可以大規(guī)模制造具有所需形狀的模制品，例如樹脂部件。然而，電或電子領(lǐng)域或類似領(lǐng)域中使用的樹脂部件需要具有高尺寸精度，因此，自然要求用于注射成型的模具具有高尺寸精度。
此外，由于在注射成型之后模制品通常會(huì)由于收縮和/或殘余應(yīng)力而變形，因此必須根據(jù)模制品的形狀和樹脂材料的性質(zhì)精確控制用于注射成型的模具形狀。因此，制造用于注射成型的模具通常需要長(zhǎng)時(shí)間，由此使其制造成本昂貴。由于實(shí)際注射成型時(shí)次品率也很高，通常會(huì)提高產(chǎn)品成本。此外，難以通過(guò)注射成型模制高厚度的模制品。
另一方面，已知的是，擠出樹脂材料以制造用于機(jī)械加工的原材料(例如板材、圓條、管材或特殊型材)，并對(duì)該原材料進(jìn)行切削、鉆孔或剪切之類的機(jī)械加工以形成具有預(yù)定形狀的部件。機(jī)械加工原材料的方法具有下述優(yōu)點(diǎn)——即與注射成型相比可以經(jīng)濟(jì)地制造少量生產(chǎn)的部件，該方法可以應(yīng)對(duì)部件規(guī)格的頻繁變動(dòng)，獲得具有高尺寸精度的部件，并且可以制造具有不適合注射成型的形狀或具有大厚度的部件。
然而，對(duì)于用于機(jī)械加工的原材料，并非任何樹脂材料或擠出產(chǎn)物都適合。用于機(jī)械加工的原材料需要具有各種性能，例如(I)具有厚壁和優(yōu)異的機(jī)械加工性能，(II)具有低的殘余應(yīng)力，(III)沒有因機(jī)械加工時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱而過(guò)度受熱，從而既不會(huì)變形也不會(huì)變色，和(IV)能夠以高精度被機(jī)械加工，從而在例如鉆孔時(shí)幾乎不產(chǎn)生毛邊。
用于金屬材料的多數(shù)加工方法照原樣用于聚合原材料的機(jī)械加工。甚至在擠出產(chǎn)物中，具有薄壁和大撓曲性的那些制品不適用于切削之類的機(jī)械加工。在擠出時(shí)殘余應(yīng)力過(guò)高的擠出產(chǎn)物容易在機(jī)械加工時(shí)或之后變形，因此難以獲得具有高尺寸精度的二次成形制品。
為了特別地將聚合原材料機(jī)械加工成用于電氣和電子設(shè)備部件、顯示設(shè)備部件或類似部件領(lǐng)域的樹脂部件，必須可以通過(guò)鉆孔形成精確形狀的孔，此外，還必須可以高精度地進(jìn)行切削和剪切。
IC插座用于在例如半導(dǎo)體制造過(guò)程中通過(guò)老化(burn-in)試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。在IC插座體中插入許多接觸探針。為了通過(guò)聚合原材料的機(jī)械加工形成這種IC插座體，必須通過(guò)鉆孔形成許多插針孔。當(dāng)在各插針孔的開口周圍產(chǎn)生毛邊時(shí)，需要進(jìn)行修邊，因此降低了操作效率。當(dāng)使用帶毛邊的成形制品時(shí)，插針操作變得困難，并且由于毛邊分離和所分離毛邊的附著物對(duì)操作環(huán)境的污染，容易對(duì)電氣和電子設(shè)備或類似物產(chǎn)生負(fù)面影響。
根據(jù)本發(fā)明人的調(diào)查結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由在熱塑性樹脂中加有導(dǎo)電炭黑的樹脂組合物通過(guò)擠出獲得的成形制品具有在鉆孔時(shí)產(chǎn)生毛邊以及表面電阻系數(shù)不穩(wěn)定的特點(diǎn)。迄今為止，在使用在熱塑性樹脂中加有導(dǎo)電炭黑和類似物的樹脂組合物制造樹脂部件時(shí)，主要采用注射成型，其原因不僅在于注射成型適用于樹脂部件的大規(guī)模制造，還在于由這種樹脂組合物構(gòu)成的擠出產(chǎn)物被認(rèn)為不適合機(jī)械加工。
實(shí)際上，上述2個(gè)文獻(xiàn)公開了在熱塑性樹脂中結(jié)合加入碳前體和導(dǎo)電填料而得的樹脂組合物，和用該樹脂組合物模制成的模制品，這2個(gè)文獻(xiàn)僅僅公開了其中通過(guò)注射成型法模制模制品(例如IC插座)的實(shí)施例。這些文獻(xiàn)還簡(jiǎn)略提到擠出。但是僅僅舉例說(shuō)明了不適于切削等的薄壁成型制品，例如膜、片和管。這些文獻(xiàn)既沒有論述也沒有提到關(guān)于適合機(jī)械加工的、厚壁的、具有低殘余應(yīng)力和優(yōu)異的機(jī)械加工適合性的擠出產(chǎn)物的任何情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于機(jī)械加工的原材料，其可以嚴(yán)格控制至處于半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需表面電阻系數(shù)，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)性和尺寸穩(wěn)定性，并具有優(yōu)異的機(jī)械加工性能，例如切削能力和鉆孔能力，還提供該原材料的制造方法。
更具體地，本發(fā)明的該目的是提供一種用于機(jī)械加工的原材料，其具有在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的表面電阻系數(shù)，可以通過(guò)切削、鉆孔和/或剪切之類的機(jī)械加工以高的機(jī)械加工精度二次成形成各種成形制品，并且適合機(jī)械加工成電氣和電子設(shè)備部件、顯示設(shè)備部件或類似物，還提供該原材料的制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將以特定比例包含熱塑性樹脂、體積電阻系數(shù)為102至1010Ω·cm的碳前體和體積電阻系數(shù)低于102Ω·cm的導(dǎo)電填料的樹脂組合物擠出并固化，由此獲得厚度或直徑超過(guò)3毫米的用于機(jī)械加工的原材料(例如板材或圓條)時(shí)，可以去除殘余應(yīng)力并適合進(jìn)行切削和鉆孔之類的機(jī)械加工。
按照本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料，可以通過(guò)切削和鉆孔之類的機(jī)械加工容易地制造具有優(yōu)異尺寸穩(wěn)定性的部件，并且也可以形成厚度為5毫米或更高的部件，其難以通過(guò)注射成型來(lái)使用。本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料在鉆孔時(shí)幾乎不會(huì)產(chǎn)生毛邊，并且可以精確加工。特別地，可以結(jié)合使用至少兩種熱塑性樹脂，由此可以明顯抑制鉆孔時(shí)毛邊的產(chǎn)生。
用于機(jī)械加工的原材料和由該原材料的機(jī)械加工獲得的二次成形制品具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)性和尺寸穩(wěn)定性，都表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)，還具有所需的樹脂部件在電氣和電子設(shè)備等中的電絕緣性能?；谶@些發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
按照本發(fā)明，由此提供了一種用于機(jī)械加工的原材料，其由樹脂組合物的擠出產(chǎn)物構(gòu)成，并具有超過(guò)3毫米的厚度或直徑，所述樹脂組合物包含30至94質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、5至40質(zhì)量％的具有102至1010Ω·cm的體積電阻系數(shù)的碳前體(B)和1至30質(zhì)量％的具有低于102Ω·cm的體積電阻系數(shù)的導(dǎo)電填料(C)。
按照本發(fā)明，還提供了制造用于機(jī)械加工的原材料的方法，其包括通過(guò)下列步驟1至3將包含30至94質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、5至40質(zhì)量％的具有102至1010Ω·cm的體積電阻系數(shù)的碳前體(B)和1至30質(zhì)量％的具有低于102Ω·cm的體積電阻系數(shù)的導(dǎo)電填料(C)的樹脂組合物擠出并固化(1)將樹脂組合物加入擠出成形機(jī)的步驟，在該擠出成形機(jī)上連接了由擠出模頭(i)和成形模頭(ii)構(gòu)成的模頭組件，成形模頭(ii)在外部配有冷卻裝置，并在內(nèi)部配有與擠出模頭的通道相連的通道；(2)在將樹脂組合物熔融的同時(shí)通過(guò)擠出成形機(jī)將樹脂組合物從擠出模頭(i)中擠出為所需形狀的步驟；和(3)將從擠出模頭(i)中擠出的熔融態(tài)的擠出產(chǎn)物在成形模頭(ii)內(nèi)部冷卻以使擠出產(chǎn)物固化的步驟，由此獲得厚度或直徑超過(guò)3毫米的擠出產(chǎn)物。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是顯示在老化(burn-in)試驗(yàn)中使用的示例性IC插座的使用例子的截面圖。
圖2是顯示用于老化試驗(yàn)的示例性敞口型IC插座的頂視圖。
圖3是圖2所示的IC插座側(cè)面的截面圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式1.熱塑性樹脂本發(fā)明中使用的熱塑性樹脂的例子包括聚酰胺、聚縮醛、熱塑性聚酯樹脂(例如聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)、聚烯烴(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚異丁烯)、聚異戊二烯、聚(對(duì)二甲苯)、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸酯、改性聚(苯醚)、聚氨基甲酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS樹脂、聚(亞芳基硫醚)(poly(arylene sulfides))[例如，聚(苯硫)]、聚(醚醚酮)、聚(醚酮)、聚(苯硫酮)、聚(苯硫砜)、聚(醚腈)、全芳族聚酯、氟碳樹脂、多芳基化合物、聚砜、聚(醚砜)、聚(醚酰亞胺)、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚氨基雙馬來(lái)酰亞胺、對(duì)苯二甲酸二烯丙酯樹脂和它們的改性產(chǎn)品。
氟碳樹脂的例子包括四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯/六氟丙烯/四氟乙烯三聚物、聚氟乙烯、乙烯/四氟乙烯共聚物、乙烯/氯三氟乙烯共聚物、丙烯/四氟乙烯共聚物、四氟乙烯/全氟烷基全氟乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯/氯三氟乙烯共聚物、四氟乙烯/乙烯/異丁烯三聚物、乙烯/六氟丙烯共聚物和四氟乙烯/乙基乙烯基醚共聚物。
這些熱塑性樹脂可以單獨(dú)使用或任意結(jié)合使用。在這些熱塑性樹脂中，優(yōu)選具有良好耐熱性的熱塑性樹脂，其熔點(diǎn)為至少220℃，或它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為至少170℃。熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是通過(guò)差示掃描量熱計(jì)(DSC)測(cè)得的值。本發(fā)明中使用的熱塑性樹脂是耐熱樹脂，由此在對(duì)所得擠出產(chǎn)物進(jìn)行切削或鉆孔之類的機(jī)械加工時(shí)，難以因摩擦熱產(chǎn)生變形或變色。
熔點(diǎn)為至少220℃的熱塑性樹脂的具體優(yōu)選例子與它們的熔點(diǎn)(典型值)一起被提出，并且包括聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(224至228℃)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(248至260℃)、尼龍6(220至228℃)、尼龍66(260至265℃)、尼龍46(290℃)、聚(苯硫)(280至295℃)、聚(醚醚酮)(334℃)、全芳族聚酯(至少450℃)、聚甲基戊烯(235℃)、聚四氟乙烯(327℃)、四氟乙烯/六氟丙烯/全氟烷氧基乙烯基醚三聚物(290至300℃)、四氟乙烯/乙烯共聚物(260至270℃)、聚氟乙烯(227℃)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(253至282℃)和四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(302℃至310℃)。這些熱塑性樹脂中許多是結(jié)晶樹脂。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為至少170℃的熱塑性樹脂的具體優(yōu)選例子與它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(典型值)一起被提出，并包括聚(苯醚)(220℃)、多芳基化合物(193℃)、聚砜(190℃)、聚(醚砜)(225至230℃)、聚(醚酰亞胺)(217℃)、和聚酰胺-酰亞胺(280至285℃)。這些熱塑性樹脂中的許多是無(wú)定形樹脂。
熱塑性聚酰亞胺(Tg＝250℃)是結(jié)晶樹脂。然而，其在普通成形條件下是無(wú)定形的并在成形后通過(guò)熱處理結(jié)晶。另一方面，聚碳酸酯是透明的無(wú)定形樹脂，但是是熔點(diǎn)為246℃的耐熱樹脂。
在這些熱塑性樹脂中，優(yōu)選至少一種選自聚(醚醚酮)、聚(醚酰亞胺)、聚(苯硫)、聚砜、聚(醚砜)和聚碳酸酯的熱塑性樹脂。
為了抑制鉆孔過(guò)程中毛邊的生成，優(yōu)選結(jié)合使用至少兩種這些熱塑性樹脂。單獨(dú)使用具有高韌性的樹脂容易在鉆孔時(shí)產(chǎn)生毛邊。然而，結(jié)合使用兩種或多種熱塑性樹脂可以明顯抑制毛邊生成。特別地，結(jié)合使用具有高韌性的樹脂和具有相對(duì)較低韌性的樹脂，由此可以在保持高韌性的同時(shí)防止毛邊生成。
當(dāng)結(jié)合使用兩種或多種熱塑性樹脂時(shí)，所用樹脂的比例是任選的。例如，當(dāng)結(jié)合使用2種熱塑性樹脂時(shí)，它們優(yōu)選在5∶95至95∶5、更優(yōu)選10∶90至90∶10的質(zhì)量比范圍內(nèi)使用。當(dāng)結(jié)合使用3種熱塑性樹脂種，它們優(yōu)選分別在5至85質(zhì)量％的范圍內(nèi)使用。
作為兩種或多種熱塑性樹脂的優(yōu)選組合，可以提到聚(醚醚酮)(PEEK)/聚(醚酰亞胺)(PEI)、聚(醚酰胺)(PEI)/聚(苯硫)(PPS)、聚(醚醚酮)(PEEK)/聚(苯硫)(PPS)和聚(醚醚酮)(PEEK)/聚(醚酰亞胺)(PEI)/聚(苯硫)(PPS)的組合。
當(dāng)使用PEI時(shí)，可以提供在鉆孔時(shí)幾乎不產(chǎn)生毛邊的用于機(jī)械加工的原材料。在上述組合中，描述所用樹脂的特別合意的比例。所用PEEK和PEI的比例優(yōu)選為40∶60至95∶5、更優(yōu)選50∶50至90∶10、特別優(yōu)選60∶40至90∶10的質(zhì)量比。類似地，所用PPS與PEI的比例優(yōu)選為40∶60至95∶5，更優(yōu)選50∶50至90∶10，特別優(yōu)選60∶40至90∶10質(zhì)量比。
所用PEEK與PPS的比例在優(yōu)選5∶95至95∶5、更優(yōu)選10∶90至90∶10的質(zhì)量比的范圍內(nèi)。為了提供具有高韌性和優(yōu)異機(jī)械加工性的原材料或二次成形制品，需要將所用PEEK和PPS的比例控制為優(yōu)選40∶60至95∶5，更優(yōu)選50∶50至90∶10，特別優(yōu)選60∶40至90∶10的質(zhì)量比。當(dāng)結(jié)合使用PEEK、PPS和PEI時(shí)，所用PEEK和PPS的總量與PEI的比例優(yōu)選為40∶60至95∶5，更優(yōu)選50∶50至90∶10，特別優(yōu)選60∶40至90∶10質(zhì)量比。
2.碳前體本發(fā)明中使用的體積電阻系數(shù)為102至1010Ω·cm的碳前體可以通過(guò)在惰性氣氛中于400至900℃的溫度煅燒有機(jī)物質(zhì)獲得。這種碳前體可以例如按照下述方法制造(1)將焦油或?yàn)r青(例如石油焦油、石油瀝青、煤焦油或煤瀝青)加熱至進(jìn)行芳構(gòu)化和縮聚，然后根據(jù)需要在氧化氣氛中氧化并不可熔化(non-fusibilized)，并將所得產(chǎn)品在惰性氣氛中進(jìn)一步加熱并煅燒，(2)將例如聚丙烯腈或聚氯乙稀之類的熱塑性樹脂在氧化氣氛中不可熔化，并在惰性氣氛中進(jìn)一步加熱并煅燒，或(3)將例如酚樹脂或呋喃樹脂之類的熱固性樹脂通過(guò)加熱而固化，然后在惰性氣氛中加熱并煅燒。碳前體是指碳含量為最多97重量％且沒有完全碳化的物質(zhì)。
當(dāng)在惰性氣氛中加熱并煅燒有機(jī)物質(zhì)時(shí)，所得煅燒產(chǎn)物中的碳含量隨煅燒溫度的提高而提高。通過(guò)適當(dāng)?shù)仡A(yù)設(shè)煅燒溫度，可以容易地控制碳前體中的碳含量。本發(fā)明中使用的體積電阻系數(shù)為102至1010Ω·cm的碳前體可以作為碳含量為80至97質(zhì)量％并且處于未完全碳化態(tài)的碳前體提供。
如果碳前體中的碳含量太低，那么這種碳前體的體積電阻系數(shù)變得太高，并且因此難以將用于機(jī)械加工的所得原材料的表面電阻系數(shù)控制至1013Ω/□或更低。本發(fā)明中使用的碳前體的體積電阻系數(shù)優(yōu)選為102至1010Ω·cm，更優(yōu)選103至109Ω·cm。
碳前體通常以顆?；蚶w維的形式使用。本發(fā)明中使用的碳前體顆粒的平均粒徑優(yōu)選為1毫米或更小。如果碳前體的平均粒徑太大，就難以在制成用于機(jī)械加工的原材料時(shí)提供具有良好外觀的原材料。碳前體的平均粒徑優(yōu)選為0.1微米至1毫米，更優(yōu)選0.5至500微米，再優(yōu)選1至100微米。在許多情況下，使用平均粒徑為大約5至50微米的碳前體可以產(chǎn)生良好的結(jié)果。本發(fā)明中使用的碳前體纖維的平均直徑優(yōu)選為0.1毫米或更低。如果碳前體纖維的平均直徑超過(guò)0.1毫米，在機(jī)械加工所得用于機(jī)械加工的原材料時(shí)就難以提供具有良好外觀的樹脂部件。從可分散性的角度看，碳前體纖維優(yōu)選為短纖維。
3.導(dǎo)電填料本發(fā)明中使用的體積電阻系數(shù)低于102Ω·cm的導(dǎo)電填料的例子包括碳纖維、石墨、導(dǎo)電炭黑、金屬粉末和它們的混合物。其中，從體積電阻系數(shù)的易于控制和再現(xiàn)性的角度考慮，優(yōu)選例如碳纖維、石墨、導(dǎo)電炭黑及其混合物之類的導(dǎo)電碳材料。這些導(dǎo)電碳材料是顆粒(粉末)、薄片或纖維形式。其中，從抑制鉆孔時(shí)的毛邊的角度考慮，碳纖維特別優(yōu)選。
對(duì)本發(fā)明中使用的碳纖維沒有特別的限制。例如，可以使用基于纖維素、聚丙烯腈(PAN)、木質(zhì)素或?yàn)r青(煤瀝青、石油瀝青等)的碳纖維。這些碳纖維可以單獨(dú)使用或任意結(jié)合使用。在這些碳纖維中，優(yōu)選基于PAN的碳纖維、基于瀝青的碳纖維和它們的混合物，其中基于PAN的碳纖維特別優(yōu)選。
碳纖維的平均直徑優(yōu)選為0.1毫米或更小。如果平均直徑超過(guò)0.1毫米，在機(jī)械加工所得用于機(jī)械加工的原材料時(shí)難以提供具有良好外觀的成形制品。在與其它組分混合或擠出時(shí)，碳纖維的平均纖維長(zhǎng)度因剪切力而縮短。盡管混合之前碳纖維平均纖維長(zhǎng)度的上限通常為大約80毫米，但混合或擠出后所得樹脂組合物中碳纖維平均纖維長(zhǎng)度的上限為大約1000微米。本發(fā)明中使用的碳纖維優(yōu)選為平均纖維長(zhǎng)度至少20微米的短纖維。如果使用平均纖維長(zhǎng)度小于20微米的碳纖維，容易降低改進(jìn)蠕變特性、彈性模量和機(jī)械性能(例如強(qiáng)度)的作用。合意的是，在混合之前碳纖維的平均纖維長(zhǎng)度優(yōu)選為最多50毫米，更優(yōu)選最多30毫米，特別優(yōu)選最多10毫米。
對(duì)本發(fā)明中使用的導(dǎo)電炭黑沒有特別的限制，只要其是導(dǎo)電的即可。作為其例子，可以提及乙炔黑、油爐黑、熱裂法炭黑和槽法炭黑。這些可以單獨(dú)或任意結(jié)合使用。
對(duì)本發(fā)明中使用的石墨沒有特別的限制，并且可以使用通過(guò)在高溫下對(duì)焦炭、焦油、瀝青等進(jìn)行石墨化處理獲得的人造石墨，或諸如鱗片變晶狀石墨、片狀石墨或土狀石墨之類的天然石墨。
本發(fā)明中使用的導(dǎo)電填料的體積電阻系數(shù)低于102Ω·cm，并且其下限通常為金屬材料(例如金屬粉末或金屬纖維)的體積電阻系數(shù)。
4.其它添加劑為了改進(jìn)機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性，可以在構(gòu)成本發(fā)明用于機(jī)械加工的原材料的樹脂組合物中加入各種填料。填料的例子包括纖維填料，例如無(wú)機(jī)纖維材料，例如玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維、二氧化硅纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、氮化硼纖維、氮化硅纖維、硼纖維和鈦酸鉀纖維；金屬纖維材料，例如不銹鋼、鋁、鈦、鋼和黃銅；和高熔點(diǎn)有機(jī)纖維材料，例如聚酰胺、氟碳樹脂、聚酯樹脂和丙烯酸樹脂。
作為填料的其它例子，可以提及粒狀或粉末狀填料，例如云母、二氧化硅、滑石、氧化鋁、高嶺土、硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鈦、鐵素體、粘土、玻璃粉末、氧化鋅、碳酸鎳、氧化鐵、石英粉末、碳酸鎂和硫酸鋇。
這些填料可以單獨(dú)或任意結(jié)合使用。這些填料可以根據(jù)需要用原色制品或表面處理劑處理。原色制品或表面處理劑的例子包括功能性化合物，例如環(huán)氧化合物、異氰酸酯化合物、硅烷化合物和鈦酸鹽/酯化合物?？梢允褂眠@些化合物預(yù)先進(jìn)行填料的表面處理或收集處理，或在制備樹脂組合物時(shí)與填料同時(shí)加入。
在構(gòu)成本發(fā)明用于機(jī)械加工的原材料的樹脂組合物中，可以適當(dāng)?shù)丶尤肷鲜鎏砑觿┮酝獾钠渌砑觿?，例如沖擊改性劑(例如含環(huán)氧基的α-烯烴共聚物)、樹脂改性劑(例如甲基丙烯酸亞乙基縮水甘油酯)、模頭緩蝕劑(例如碳酸鋅和碳酸鎳)、潤(rùn)滑劑(例如四硬脂酸季戊四醇酯)、熱固性樹脂、抗氧化劑、紫外線吸收劑、成核劑(例如氮化硼)、阻燃劑、和色料(例如染料和顏料)。
5.樹脂組合物構(gòu)成本發(fā)明用于機(jī)械加工的原材料的樹脂組合物是包含30至94質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、5至40質(zhì)量％的具有102至1010Ω·cm的體積電阻系數(shù)的碳前體(B)和1至30質(zhì)量％的具有低于102Ω·cm的體積電阻系數(shù)的導(dǎo)電填料(C)的樹脂組合物。可以根據(jù)需要以適當(dāng)量合適地加入其它添加劑組分。
熱塑性樹脂(A)的添加比例為30至94質(zhì)量％，優(yōu)選50至90質(zhì)量％，更優(yōu)選60至85質(zhì)量％。如果熱塑性樹脂的添加比例過(guò)高，所得用于機(jī)械加工的原材料的表面電阻系數(shù)變得太高，并因此難以提供具有在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需表面電阻系數(shù)的用于機(jī)械加工的原材料和成形制品。如果熱塑性樹脂的添加比例太低，所得用于機(jī)械加工的原材料的體積電阻系數(shù)變得太低，因此難以提供具有在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需表面電阻系數(shù)的用于機(jī)械加工的原材料和成形制品。從進(jìn)行切削和鉆孔之類機(jī)械加工的角度考慮，熱塑性樹脂(A)的添加比例優(yōu)選在上述范圍內(nèi)相對(duì)較高。如上所述，當(dāng)熱塑性樹脂具有高韌性時(shí)，在機(jī)械加工時(shí)容易產(chǎn)生毛邊。然而，結(jié)合使用兩種或多種韌性不同的熱塑性樹脂，由此可以在保持高韌性的同時(shí)極大地改進(jìn)所得用于機(jī)械加工的原材料的機(jī)械加工性能。
碳前體(B)的添加比例為5至40質(zhì)量％，優(yōu)選8至30質(zhì)量％，更優(yōu)選12至25質(zhì)量％。在熱塑性樹脂中結(jié)合加入碳前體和導(dǎo)電填料，由此與僅添加導(dǎo)電填料的情況相比，可以將所得用于機(jī)械加工的原材料的表面電阻系數(shù)嚴(yán)格控制為在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需值，甚至可以減輕表面電阻系數(shù)隨位置的分散性。
如果碳前體的添加比例太高，所得用于機(jī)械加工的原材料的機(jī)械性能受損，因此在機(jī)械加工時(shí)有時(shí)可能導(dǎo)致不方便。如果碳前體的添加比例太低，就難以充分降低所得用于機(jī)械加工的原材料和成形制品的表面電阻系數(shù)或難以將表面電阻系數(shù)嚴(yán)格控制在105至1013Ω/□的范圍內(nèi)。
導(dǎo)電填料(C)的添加比例在1至30質(zhì)量％，優(yōu)選2至20質(zhì)量％，更優(yōu)選3至15質(zhì)量％的范圍內(nèi)。如果導(dǎo)電填料的添加比例太高，所得用于機(jī)械加工的原材料和成形制品的表面電阻系數(shù)就變得太低，或者難以將表面電阻系數(shù)精確控制為在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需值。如果導(dǎo)電填料添加比例太低，就難以充分降低所得用于機(jī)械加工的原材料和成形制品的表面電阻系數(shù)，或難以將表面電阻系數(shù)控制為在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的所需值。
本發(fā)明中使用的樹脂組合物可以通過(guò)熱塑性樹脂組合物制備中常用的設(shè)備和方法制備。例如，可以將各種原料組分在亨舍爾混合機(jī)、轉(zhuǎn)鼓或類似設(shè)備中預(yù)混，如果需要，可以在預(yù)混材料中加入玻璃纖維之類的填料以進(jìn)一步混合它們的組分，然后可以將所得混合物捏和，并通過(guò)單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)擠出為用于成形的丸粒。
還可以使用下述方法——其中在制備丸粒或擠出成形時(shí)將一部分必需組分作為母料提供，然后將母料與剩余組分混合；或下述方法——其中將所用部分原材料研磨以使組分的粒度均勻，從而提高各組分的分散性，然后將這些組分混合。
6.用于機(jī)械加工的原材料可以通過(guò)擠出而形成本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料。優(yōu)選采用擠出和固化法作為擠出法。在擠出和固化中，使用擠出成形機(jī)，在其頂部連接擠出模頭和成形模頭。擠出模頭是用于將熔融樹脂(其被熔體捏和，并通過(guò)擠出成形機(jī)擠成所需形狀)成形的模頭，并且可以根據(jù)待形成的擠出產(chǎn)物的截面形狀(例如板材、圓條、管材或特殊型材)，使用具有各種開口形式或結(jié)構(gòu)的模頭，例如平板成形模頭、圓條成形模頭或管成形模頭。
成形模頭連接在擠出模頭上。成形模頭是具有下述結(jié)構(gòu)的模頭——分別在外部和內(nèi)部配備冷卻裝置和與擠出模頭的通道相連的通道。從擠出模頭中擠出的熔融態(tài)的擠出產(chǎn)物被導(dǎo)入成形模頭，并在其內(nèi)部冷卻并固化。由此，將成形模頭中擠出的擠出產(chǎn)物以固化態(tài)擠出到外部。在例如日本專利申請(qǐng)公開61-185428號(hào)中公開了適合進(jìn)行這種擠出和固化的擠出成形機(jī)的具體例子。
按照本發(fā)明人的調(diào)查結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將上述樹脂組合物擠出和固化，獲得了適合進(jìn)行例如切削、鉆孔和剪切之類的機(jī)械加工、厚壁的并具有低殘余應(yīng)力的擠出產(chǎn)物。更具體地，本發(fā)明用于機(jī)械加工的原材料的制造方法的特征在于，通過(guò)下述步驟1至3將上述樹脂組合物擠出和固化，獲得厚度或直徑超過(guò)3毫米的擠出產(chǎn)物
(1)將樹脂組合物加入擠出成形機(jī)的步驟，在該擠出成形機(jī)上連接了由擠出模頭和成形模頭構(gòu)成的模頭組件，成形模頭在外部配有冷卻裝置并在內(nèi)部配有與擠出模頭的通道相連的通道；(2)在熔化樹脂組合物的同時(shí)通過(guò)擠出成形機(jī)將樹脂組合物從擠出模頭中擠出為所需形狀的步驟；和(3)將從擠出模頭中擠出的熔融態(tài)的擠出產(chǎn)物在成形模頭內(nèi)部冷卻以將擠出產(chǎn)物固化的步驟。
在擠出和固化之后，需要在150℃至能夠保持固化態(tài)的溫度之間對(duì)固化的擠出產(chǎn)物進(jìn)行至少30分鐘的熱處理，以去除殘余應(yīng)力并且不致產(chǎn)生不便，例如原材料和機(jī)械加工之后的二次成形制品的變形。關(guān)于熱處理的條件，合意的是，在使用耐熱樹脂時(shí)，熱處理溫度應(yīng)該在優(yōu)選170至310℃、更優(yōu)選180至300℃的范圍內(nèi)，并且熱處理時(shí)間應(yīng)該優(yōu)選為至少1小時(shí)，更優(yōu)選至少2小時(shí)，特別優(yōu)選至少3小時(shí)，但是它們根據(jù)所用熱塑性樹脂的熱性能(例如熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)的不同而不同。然而，熱處理溫度的上限最高為可以保持?jǐn)D出產(chǎn)物固化態(tài)的溫度，并且需要避免會(huì)使熱塑性樹脂(包括兩種或多種樹脂的混合物)熔化和變形的高溫。熱處理時(shí)間優(yōu)選較長(zhǎng)。然而，從生產(chǎn)率的角度考慮，該時(shí)間需要通常在24小時(shí)內(nèi)，優(yōu)選在15小時(shí)內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)例如將擠出產(chǎn)物在加熱爐中靜置來(lái)進(jìn)行熱處理。
本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料是通過(guò)將樹脂組合物擠出而獲得的厚度或直徑超過(guò)3毫米的擠出產(chǎn)物。板材(平板)、圓條、管材或特殊型材是用于機(jī)械加工的原材料的典型形式。當(dāng)用于機(jī)械加工的原材料是板材形式時(shí)，其厚度必須超過(guò)3毫米。當(dāng)用于機(jī)械加工的原材料是圓條形式時(shí)，其直徑超過(guò)3毫米。當(dāng)用于機(jī)械加工的原材料是管材形式時(shí)，其壁厚超過(guò)3毫米。當(dāng)用于機(jī)械加工的原材料是特殊型材時(shí)，最大厚度部分的壁厚超過(guò)3毫米。特殊型材是具有板材、圓條或管材以外的任何其它截面形式的擠出產(chǎn)物。當(dāng)特殊型材是由厚壁部分和薄壁部分(例如凹入部分和凸起部分)構(gòu)成時(shí)，從機(jī)械加工適合性的角度考慮，最薄壁部分的厚度需要超過(guò)3毫米。
由于通過(guò)與金屬材料的機(jī)械加工基本相同的加工方法對(duì)本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料進(jìn)行切削和鉆孔，如果其厚度或直徑太小，就難以機(jī)械加工該原材料。例如，通過(guò)普通擠出法獲得的擠出產(chǎn)物，例如膜、片材或管材，通常剛度小、厚度薄并具柔韌性，因此難以或基本不可能通過(guò)鉆頭或類似工具對(duì)這種擠出產(chǎn)物進(jìn)行切削或鉆孔。此外，難以通過(guò)擠出和固化法提供厚度太薄的擠出產(chǎn)物。厚度或直徑的上限通常為大約100毫米。如果厚度或直徑太大，即使對(duì)這種擠出產(chǎn)物進(jìn)行熱處理，也難以充分去除或降低殘余應(yīng)力。如果機(jī)械加工具有大殘余應(yīng)力的擠出產(chǎn)物，則所得二次成形制品容易產(chǎn)生變形。
本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料優(yōu)選為板材或圓條，當(dāng)其用于上述樹脂部件時(shí)，板材更優(yōu)選。板材的厚度優(yōu)選高于3毫米，但是小于100毫米，更優(yōu)選為4毫米至70毫米，特別優(yōu)選5毫米至50毫米。這同樣適用于圓條直徑。通過(guò)將本發(fā)明的樹脂組合物擠出并固化獲得的厚度超過(guò)3毫米的板材是剛度很高的板材，并容易進(jìn)行例如切削、鉆孔和剪切之類的機(jī)械加工。
7.機(jī)械加工切削、鉆孔、剪切和它們的組合是典型的機(jī)械加工。有時(shí)，切削方法除了切削，還可以廣泛地包括鉆孔。切削方法包括利用單刀的車削、磨削、釘板條(lathing)和鉆孔。利用多刀的切削法包括銑削、鉆孔、螺紋切削、切齒、沖模和銼。在本發(fā)明中，利用鉆頭或類似裝置進(jìn)行的鉆孔有時(shí)可以與切削相區(qū)分。剪切法包括通過(guò)切削工具(鋸)剪切、通過(guò)磨粒剪切和通過(guò)加熱和熔融剪切。此外，也可以使用精磨加工法、塑性加工法(例如利用刀類工具的沖孔和劃線(marking-off)剪切)、特殊加工法(例如激光束機(jī)械加工)等。
當(dāng)用于機(jī)械加工的原材料是具有大壁厚的板材或圓條時(shí)，原材料通常被剪切成適當(dāng)?shù)某叽缁蚝穸?，將剪切后的原材料研磨以使其形狀變成所需形狀，并根?jù)需要對(duì)由此機(jī)械加工成的原材料的必要部分進(jìn)行鉆孔。最后對(duì)原材料進(jìn)行精整操作。然而，機(jī)械加工的順序不限于此順序。當(dāng)由于機(jī)械加工時(shí)的摩擦熱而難以通過(guò)用于機(jī)械加工的原材料的熔融形成光滑表面時(shí)，需要在將切割表面等冷卻的同時(shí)進(jìn)行機(jī)械加工。當(dāng)摩擦熱使得用于機(jī)械加工的原材料過(guò)度受熱時(shí)，會(huì)導(dǎo)致變形和變色。因此優(yōu)選使機(jī)械加工的原材料或表面的溫度控制在200℃或更低。
對(duì)本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料進(jìn)行例如切削、鉆孔和剪切之類的機(jī)械加工，由此可以獲得多種二次成形制品，例如樹脂部件。其具體用途包括硅片載體、硅片盒、旋轉(zhuǎn)夾頭、工具箱(tote bottles)、硅片板、IC芯片盤(chip trays)、IC芯片載體、IC輸送管、IC測(cè)試插座、老化插座、插針格柵陣列插座(pin grid array sockets)、四列扁平封裝、無(wú)鉛芯片載體、雙列直插式封裝、小外形封裝、卷繞封裝(reel packings)、各種外殼、儲(chǔ)存盤(storage trays)、輸送裝置的部件、磁卡閱讀器、和電子和電氣領(lǐng)域中的類似裝置。
在OA儀器領(lǐng)域中，用途包括圖像形成裝置(例如電子照相復(fù)印機(jī)和靜電記錄裝置)中的進(jìn)料元件(例如進(jìn)料輥)、傳送輥和顯影輥、記錄裝置的傳送滾筒、印刷電路板盒、襯套、紙和紙幣輸送部件、進(jìn)紙軌道、字庫(kù)匣、墨帶罐、導(dǎo)銷、托盤、輥、齒輪、鏈輪、連接器外殼、調(diào)制解調(diào)器外殼、監(jiān)控器外殼、CD-ROM外殼、印刷機(jī)外殼、連接器、電腦鏈輪(sprockets)等。
在通訊裝置領(lǐng)域，用途包括手提電話部件、尋呼機(jī)、各種潤(rùn)滑材料等。在汽車領(lǐng)域，用途包括內(nèi)飾、引擎室、電子和電氣儀表外殼、油箱蓋、燃油過(guò)濾器、油管連接器、油管夾、自動(dòng)儲(chǔ)油器或儲(chǔ)油罐、玻璃框、門拉手、其它各種部件等。在上述領(lǐng)域以外的其它領(lǐng)域中，用途包括線材和線支承、電磁波吸收器、地板覆蓋物、托盤(pallet)、鞋底、刷子、鼓風(fēng)機(jī)、平板式加熱器、多向開關(guān)(polyswitches)等。
本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料的表面電阻系數(shù)可以精確控制為在105至1013Ω/□范圍內(nèi)的所需值。通過(guò)機(jī)械加工獲得的二次成形制品的表面電阻系數(shù)也可以保持相同水平的值。因此，本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料適用于制成電氣和電子設(shè)備(例如半導(dǎo)體器件)和顯示設(shè)備(例如液晶顯示器)中使用的各種樹脂部件。
作為這種樹脂部件的一個(gè)例子，可以提及半導(dǎo)體器件老化試驗(yàn)中使用的IC插座。圖1是用于測(cè)量的示例性IC插座的截面圖。將配有裸芯片體11和凸塊12的裸芯片1置于IC插座2的安裝臺(tái)上。IC插座2是由插座體21、接觸探針22、蓋體(lid body)23等構(gòu)成的。作為探針22，使用例如彈性針(flexible pins)或插針(insert pins)。它們可以與凸塊之類的端子接觸以互相傳導(dǎo)。關(guān)閉蓋體23進(jìn)行老化試驗(yàn)。在完成老化試驗(yàn)后被判斷為無(wú)缺陷的裸芯片是安裝在板上的多芯片。
圖2是顯示用于細(xì)間距球柵陣列(FBGA)封裝的示例性老化插座的頂視圖。圖3是這種插座的截面圖。插座3是由以固定排列間隔排列的觸針31、蓋體32、彈簧33、主體(底座)34等構(gòu)成的。在圖3中，顯示了一側(cè)與測(cè)試裝置相連的觸針31’。將FBGA封裝35置于安裝臺(tái)上，使其接觸觸針31。觸針31的形狀、間隔、數(shù)量等設(shè)計(jì)為使它們能夠與FBGA的許多球形末端接觸。
IC插座需要具有優(yōu)異的電絕緣性能、介電強(qiáng)度、機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)性、尺寸穩(wěn)定性等。IC插座是由在表面上經(jīng)過(guò)絕緣處理的陶瓷或金屬制成的。在許多情況下，其是由合成樹脂制成的。由合成樹脂制成的IC插座通常是通過(guò)注射成型制成的。然而，合意的是，使用合成樹脂通過(guò)機(jī)械加工制造IC插座，以應(yīng)對(duì)規(guī)格變化、多樣化的少量生產(chǎn)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和IC插座結(jié)構(gòu)的改良。
本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料適用于制造IC插座之類的樹脂部件。為了通過(guò)機(jī)械加工制造用于機(jī)械加工的IC插座體，將用于機(jī)械加工的原材料剪切成合適的尺寸，通過(guò)切削形成整體形狀，通過(guò)鉆孔形成觸針插孔。也可以通過(guò)類似方法制造其它樹脂部件。
實(shí)施例下面通過(guò)下列實(shí)施例和對(duì)比例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。按照下列各個(gè)方法測(cè)量或測(cè)定實(shí)施例中的物理性能和特性或性質(zhì)。
(1)表面電阻系數(shù)使用Hiresta UP(Mitsubishi Chemical Corporation制造)和用于微量稱樣的探針(保護(hù)電極的直徑10毫米；UR-SS探針)在100V的施加電壓下測(cè)量樣品的表面電阻系數(shù)(Ω/□)。在每一原材料和二次成形制品(IC插座)樣品的任意5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行表面電阻系數(shù)的測(cè)量，以測(cè)量其最大(MAX)和最小(MIN)值。對(duì)于用于測(cè)量的平板，顯示平均值。
樣品的表面電阻系數(shù)是指每單位表面積的電阻。表面電阻系數(shù)的單位是Ω。然而，表面電阻系數(shù)表示為Ω/□或Ω/sq.(ohm/平方)以使其區(qū)別于純粹的電阻。
(2)體積電阻系數(shù)當(dāng)體積電阻系數(shù)為至少108Ω·cm時(shí)，按照J(rèn)IS K-6911在100V的施加電壓下測(cè)量每一樣品的體積電阻系數(shù)。當(dāng)體積電阻系數(shù)低于108Ω·cm時(shí)，按照J(rèn)IS K-7194測(cè)量(通過(guò)四點(diǎn)探針?lè)y(cè)試導(dǎo)電塑料的電阻系數(shù)的方法)。
(3)毛邊生成量在使用鉆頭直徑為800微米的鉆頭、鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)為8,000轉(zhuǎn)/分鐘且鉆頭進(jìn)給速度為200毫米/分鐘的條件下，對(duì)厚度為10毫米的平板樣品進(jìn)行鉆孔，并通過(guò)電子顯微鏡評(píng)測(cè)孔周圍產(chǎn)生的毛邊長(zhǎng)度。至于評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，將板材樣品分級(jí)成A——其中觀察到的毛邊長(zhǎng)度短于5微米；B——其中長(zhǎng)度不短于5微米但是不長(zhǎng)于30微米；或C——其中長(zhǎng)度長(zhǎng)于30微米。
制備例1(碳前體的制備)在內(nèi)部容積為300升并配有攪拌葉片的壓力容器中加入68千克軟化點(diǎn)為210℃、喹啉不溶物含量為1質(zhì)量％且H/C原子比為0.63的石油瀝青和32千克萘，并將該內(nèi)含物加熱至190℃以將它們?nèi)刍⒒旌稀Ｈ缓髮⑺萌垠w冷卻至80至90℃，并擠出以獲得直徑為大約500微米的線狀成形制品。
然后將線狀成形制品研磨以產(chǎn)生大約1.5的直徑/長(zhǎng)度比，并將所得研磨產(chǎn)物倒入加熱至93℃的聚乙烯醇(皂化度88％)的0.53質(zhì)量％水溶液中，并在攪拌下分散在其中。然后將所得分散體冷卻以獲得球狀成形瀝青。再將球狀成形瀝青過(guò)濾以去除水，并用6倍于成形瀝青的正己烷萃取出球狀成形瀝青中的萘。
在引入熱空氣的同時(shí)，將由此獲得的球狀成形瀝青在260℃保持1小時(shí)，由此進(jìn)行氧化處理以獲得氧化瀝青。將這種氧化瀝青在580℃在氮?dú)夥障聼崽幚?小時(shí)，然后研磨以獲得平均粒徑為大約25微米的碳前體顆粒。由此獲得的碳前體顆粒中碳含量為91.0質(zhì)量％。
為了測(cè)量碳前體的體積電阻系數(shù)，按照下列方法制備用于測(cè)量的樣品。研磨氧化瀝青，然后通過(guò)開孔為大約100微米的篩子篩去100微米或更大直徑的粒子。將13克由此獲得的研磨過(guò)的氧化瀝青裝入橫截面積為80平方厘米的圓柱形模具中以在196MPa下模制，由此獲得模制品。在氮?dú)夥障聦⒃撃Ｖ破吩?80℃(其是與碳前體顆粒制備方法中的熱處理溫度相同的溫度)熱處理1小時(shí)，由此獲得用于測(cè)量碳前體體積電阻系數(shù)的樣品。按照J(rèn)IS K-7194測(cè)量該樣品的體積電阻系數(shù)。由此，其為3×107Ω·cm。
實(shí)施例1將表1所示的相應(yīng)組分在轉(zhuǎn)鼓混合機(jī)中均勻地干混合，并將由此獲得的干燥摻合物加入機(jī)筒直徑為45毫米的雙螺桿捏和擠出機(jī)(PCM-45，Ikegai Corp.制造)中，并熔融和擠出，由此制備丸粒。將由此獲得的丸粒干燥，然后加入單螺桿擠出成形機(jī)中，在該桿擠出成形機(jī)上連接了由擠出模頭和成形模頭構(gòu)成的模頭組件，擠出模頭用于形成平板，成形模頭在外部配有冷卻裝置，并在內(nèi)部配有與擠出模頭的通道相連的通道，從而通過(guò)擠出和固化法形成寬520毫米且厚10毫米的平板。將通過(guò)擠出獲得的平板在表1所示的其相應(yīng)熱處理溫度下熱處理8小時(shí)，由此去除殘余應(yīng)力。
利用由此獲得的平板測(cè)量表面電阻系數(shù)。此外，對(duì)平板進(jìn)行鉆孔以評(píng)測(cè)其生成的毛邊量。此外，對(duì)該平板進(jìn)行剪切、切削和鉆孔以制造長(zhǎng)33毫米且寬33毫米的用于FBGA封裝的老化插座體(圖2和3)，由此測(cè)量其表面電阻系數(shù)。結(jié)果顯示在表1中。
實(shí)施例2至10和對(duì)比例1至4按照與實(shí)施例1相同的方式通過(guò)擠出和固化法形成各個(gè)平板，不同的是如表1所示改變各自的組分，并對(duì)平板進(jìn)行鉆孔和機(jī)械加工以制造插座體，評(píng)測(cè)它們的毛邊生成量和表面電阻系數(shù)。結(jié)果顯示在表1中。
表1

表1(續(xù))

注(1)PEEK[聚(醚醚酮)]Victrex-MC，Inc.的產(chǎn)品，商品名“PEEK450P”，熔點(diǎn)＝334℃。
(2)PEI[聚(醚酰亞胺)]GE Plastics Co.的產(chǎn)品，商品名“ULTEM1010”，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＝217℃。
(3)PPS[聚(苯硫)]Kureha Chemical Industry Co.，Ltd.的產(chǎn)品，商品名“FORTRON KPS W214”，熔點(diǎn)＝288℃。
(4)PAN基碳纖維Toho Rayon Co.，Ltd.的產(chǎn)品，商品名“BesfightHTA 3000”，體積電阻系數(shù)＝低于102Ω·cm。
(5)PAN基碳纖維Toray Industries Inc.的產(chǎn)品，商品名“TORAYCA MLD30”，體積電阻系數(shù)＝低于102Ω·cm。
(6)炭黑導(dǎo)電炭黑，Lion Corporation的產(chǎn)品，商品名“Ketjen BalckEC600JD”，體積電阻系數(shù)＝低于102Ω·cm。
(7)表面電阻系數(shù)α×10βΩ/□表示為“αE+β”。例如，當(dāng)表面電阻系數(shù)為5×1011Ω/□時(shí)，其表示成5E+11。
考慮因素(1)實(shí)施例1(具有11次冪表面電阻系數(shù)的產(chǎn)品)將在PEEK中加入碳前體和PAN基碳纖維獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+11Ω/□級(jí)別的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(2)實(shí)施例2(具有11次冪表面電阻系數(shù)并將碳纖維換成MLD CF的產(chǎn)品)將在PEEK中加入碳前體和PAN基碳纖維(MLD碳纖維)獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+10至E+11Ω/□級(jí)別的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(3)實(shí)施例3(具有9次冪表面電阻系數(shù)的產(chǎn)品)將在PEEK中加入碳前體和PAN基碳纖維獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+8至E+9Ω/□級(jí)別的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(4)實(shí)施例4和5(鉆孔時(shí)毛邊生成量的降低)當(dāng)結(jié)合使用PEEK和PEI作為熱塑性樹脂時(shí)，可以明顯降低鉆孔時(shí)生成的毛邊量。通過(guò)將該樹脂組合物擠出和固化獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+10至E+11Ω/□級(jí)別的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(5)實(shí)施例6(具有10次冪表面電阻系數(shù)的產(chǎn)品)將在PEI中加入碳前體和PAN基碳纖維獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+9至E+10Ω/□級(jí)別的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。降低毛邊生成量的效果也良好。
(6)實(shí)施例7(具有6至7次冪表面電阻系數(shù)的產(chǎn)品)將在PEI中加入碳前體和PAN基碳纖維獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+6至E+7Ω/□的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。降低毛邊生成量的效果也良好。
(7)實(shí)施例8(具有7至8次冪表面電阻系數(shù)的產(chǎn)品)將在PPS中加入碳前體和PAN基碳纖維獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有E+7至E+8Ω/□級(jí)別的表面電阻系數(shù)，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。降低毛邊生成量的效果也良好。
(8)實(shí)施例9(鉆孔時(shí)毛邊生成量的降低)當(dāng)結(jié)合使用PEI和PPS作為熱塑性樹脂時(shí)，可以明顯降低鉆孔時(shí)生成的毛邊量。將該樹脂組合物擠出和固化獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(9)實(shí)施例10(鉆孔時(shí)毛邊生成量的降低)當(dāng)結(jié)合使用PEEK和PPS作為熱塑性樹脂時(shí)，可以明顯降低鉆孔時(shí)生成的毛邊量。將該樹脂組合物擠出和固化獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(10)對(duì)比例1將在PEEK中加入PAN基碳纖維(MLD碳纖維)獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都表現(xiàn)出不穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(11)對(duì)比例2將在PEEK中加入PAN基碳纖維(MLD碳纖維)獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體的表面電阻率都變得太高。
(12)對(duì)比例3將在PEI中加入PAN基碳纖維獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有寬的表面電阻系數(shù)分散性，并表現(xiàn)出不穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
(13)對(duì)比例4將在PPS中加入導(dǎo)電炭黑獲得的樹脂組合物擠出和固化，由此獲得的平板和通過(guò)機(jī)械加工該平板獲得的插座體都具有寬的表面電阻系數(shù)分散性，并表現(xiàn)出不穩(wěn)定的表面電阻系數(shù)。
工業(yè)應(yīng)用性按照本發(fā)明，可以提供用于機(jī)械加工的原材料，其可以制成厚度超過(guò)3毫米、特別是不小于5毫米的部件，嚴(yán)格控制為在半導(dǎo)體范圍內(nèi)的表面電阻系數(shù)，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)性和尺寸穩(wěn)定性，并具有優(yōu)異的機(jī)械加工性能，并可以防止在鉆孔時(shí)產(chǎn)生毛邊。
本發(fā)明的用于機(jī)械加工的原材料具有高的機(jī)械加工精度，并適合制成各種樹脂部件，例如電氣和電子設(shè)備部件和顯示設(shè)備部件。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)械加工的原材料，其由樹脂組合物的擠出產(chǎn)物構(gòu)成，并具有超過(guò)3毫米的厚度或直徑，所述樹脂組合物包含30至94質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、5至40質(zhì)量％的具有102至1010Ω·cm的體積電阻系數(shù)的碳前體(B)和1至30質(zhì)量％的具有低于102Ω·cm的體積電阻系數(shù)的導(dǎo)電填料(C)。
2.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中熱塑性樹脂(A)是熔點(diǎn)為至少220℃或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為至少170℃的耐熱性熱塑性樹脂。
3.按照權(quán)利要求2的用于機(jī)械加工的原材料，其中熔點(diǎn)為至少220℃的熱塑性樹脂是至少一種選自聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、尼龍6、尼龍66、尼龍46、聚(苯硫)、聚(醚醚酮)、全芳族聚酯、聚甲基戊烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯/全氟烷氧基乙烯基醚三聚物、四氟乙烯/乙烯共聚物、聚氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物和四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物的熱塑性樹脂。
4.按照權(quán)利要求2的用于機(jī)械加工的原材料，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為至少170℃的熱塑性樹脂是至少一種選自聚(苯醚)、多芳基化合物、聚砜、聚(醚砜)、聚(醚酰亞胺)、聚酰胺-酰亞胺和熱塑性聚酰亞胺的熱塑性樹脂。
5.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中熱塑性樹脂(A)是至少一種選自聚(醚醚酮)、聚(醚酰亞胺)、聚(苯硫)、聚砜、聚(醚砜)和聚碳酸酯的熱塑性樹脂。
6.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中熱塑性樹脂(A)是至少兩種熱塑性樹脂的混合物。
7.按照權(quán)利要求6的用于機(jī)械加工的原材料，其中所述至少兩種熱塑性樹脂的混合物是由聚(醚醚酮)/聚(醚酰亞胺)、聚(醚酰亞胺)/聚(苯硫)、聚(醚醚酮)/聚(苯硫)或聚(醚醚酮)/聚(醚酰亞胺)/聚(苯硫)的組合構(gòu)成的混合物。
8.按照權(quán)利要求7的用于機(jī)械加工的原材料，其中所述至少兩種熱塑性樹脂的混合物是以40∶60至95∶5的質(zhì)量比包含聚(醚醚酮)和聚(醚酰亞胺)的混合物。
9.按照權(quán)利要求7的用于機(jī)械加工的原材料，其中所述至少兩種熱塑性樹脂的混合物是以40∶60至95∶5的質(zhì)量比包含聚(苯硫)和聚(醚酰亞胺)的混合物。
10.按照權(quán)利要求7的用于機(jī)械加工的原材料，其中所述至少兩種熱塑性樹脂的混合物是以40∶60至95∶5的質(zhì)量比包含聚(醚醚酮)和聚(苯硫)的混合物。
11.按照權(quán)利要求7的用于機(jī)械加工的原材料，其中所述至少兩種熱塑性樹脂的混合物是包含聚(醚醚酮)、聚(苯硫)和聚(醚酰亞胺)的混合物，聚(醚醚酮)和聚(苯硫)的總質(zhì)量與聚(醚酰亞胺)的質(zhì)量比為50∶50至90∶10。
12.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中碳前體(B)是碳含量為80至97質(zhì)量％的碳前體。
13.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中導(dǎo)電填料(C)是碳纖維。
14.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中所述碳纖維是基于聚丙烯腈的碳纖維、基于瀝青的碳纖維或它們的混合物。
15.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其包含60至85質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、12至25質(zhì)量％的碳前體(B)和3至15質(zhì)量％的導(dǎo)電填料(C)。
16.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其中表面電阻系數(shù)為105至1013Ω/□。
17.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其是厚度超過(guò)3毫米的板材或直徑超過(guò)3毫米的圓條。
18.按照權(quán)利要求1的用于機(jī)械加工的原材料，其是厚度為4至70毫米的板材或直徑為4至70毫米的圓條。
19.制造用于機(jī)械加工的原材料的方法，其包括通過(guò)下列步驟1至3將包含30至94質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、5至40質(zhì)量％的具有102至1010Ω·cm的體積電阻系數(shù)的碳前體(B)和1至30質(zhì)量％的具有低于102Ω·cm的體積電阻系數(shù)的導(dǎo)電填料(C)的樹脂組合物擠出并固化(1)將樹脂組合物加入擠出成形機(jī)的步驟，在該擠出成形機(jī)上連接了由擠出模頭(i)和成形模頭(ii)構(gòu)成的模頭組件，成形模頭(ii)在外部配有冷卻裝置，并在內(nèi)部配有與擠出模頭的通道相連的通道；(2)在將樹脂組合物熔融的同時(shí)通過(guò)擠出成形機(jī)將樹脂組合物從擠出模頭(i)中擠出為所需形狀的步驟；和(3)將從擠出模頭(i)中擠出的熔融態(tài)的擠出產(chǎn)物在成形模頭(ii)內(nèi)部冷卻以使擠出產(chǎn)物固化的步驟，由此獲得厚度或直徑超過(guò)3毫米的擠出產(chǎn)物。
20.按照權(quán)利要求19的制造方法，其包括在擠出和固化之后，在150℃至能夠保持固化態(tài)的溫度之間對(duì)固化的擠出產(chǎn)物進(jìn)行至少30分鐘的熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械加工的原材料，其由樹脂組合物的擠出產(chǎn)物構(gòu)成并具有超過(guò)3毫米的厚度或直徑，所述樹脂組合物包含30至94質(zhì)量％的熱塑性樹脂(A)、5至40質(zhì)量％的具有10
文檔編號(hào)H01R33/76GK1918220SQ200580004660
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者西畑直光, 川崎達(dá)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社吳羽