[发明专利]研磨碳纤维增强聚合物组合物

说明书

发明背景

I.发明范围

本发明一般涉及纤维增强聚合物和由其制造的制品，更具体地说，它涉及具有增大的耐磨耗性的研磨碳纤维(MCF)增强高温热塑性聚合物，该聚合物还具有消散静电的性能。该组合物具有合乎需要的机械和物理性能，包括优异的磨擦和磨耗性能，以及低放气性，因此使该组合物可用于制造某些注塑零件。

II.有关技术讨论

过去已使用过各种耐磨耗的聚合物组合物，用来制造注塑零件。这种耐磨耗化合物的一个特定使用领域包括某些用来加工半导体片的器件。这些器件包括半导体片盒、半导体片运输箱和其它有关器件。这些器件可由耐磨耗聚合物模塑而得到，因为这些器件的表面在加工、运输或储存的过程中要受到磨耗。当某种这样设备的一个表面与另一表面相接触时，就会发生磨耗。因此，越来越可能发生的是要从被磨损的表面上释放出颗粒物。

生产半导体片要求特别清洁的环境，不能有象磨下的粒状物那样的污染物，也要求使用具有低放气性的材料，以减少聚集在片表面上的膜。在环境中有任何小颗粒、蒸汽或静电放电都会有害于半导体的生产，包括半导体片本身。

在努力减少空气悬浮粒子并与之斗争的过程中，使用了耐磨耗聚合物以减少在各种操作中所产生的磨损颗粒。

为了保护半导体片使之不受由于聚积静电而造成的损害，也为了减少由于静电而吸引空气中的浮尘，半导体工业用碳粉填充聚丙烯(PP)制造了SEMI标准半导体片运输器及SMIF箱和盒。碳粉填充聚合物的表面电阻率一般为10⁵～10⁹Ω，而这样的电阻率会减少对空气浮尘的吸引。然而，已经发现，用碳粉填充PP模塑的器件在受到磨损时会散出极细小的颗粒。在加工过程中，这些磨下的粒子具有损坏加工设备和半导体片的危险。因此，对可用制造满足SEMI标准的器件和其它在制造半导体片工艺中使用的器件的聚合物，需要改进其耐磨耗性。

田中(Tanaka)等人的美国专利5,162,157公开了一种用来制造平面轴承或自润滑零件的复合材料。田中的材料含有5％～30％(vol)的金属铅、5.5％～50％(vol)的填料，其它是聚四氟乙烯(PTFE)。田中认为碳纤维是合适的填料。对这种复合材料，人们注意到，用它制造的器件改善了磨擦和摩耗性能。把这种复合材料浸入到衬里金属中并加热就会在该金属上形成一滑动表面。所公开的复合材料不具备有10⁵～10⁹Ω的表面电阻率，所以由于磨损而散出的颗粒将被吸引到由田中复合材料模塑的器件上。结果，在制造用于加工半导体片的半导体片器件中时，这种复合材料就没有优越性。再有，当用于注塑工艺时，存在着非一致的流动和收缩，这就会引起模塑器件的翘曲。因此需要让一种复合材料具有10⁵～10⁹Ω的表面电阻率，使之可用于注塑来制造均匀的零件。

竹内(Takeuchi)等人的美国专利5,079,281公开了一种由PP、羧基、某些用盐水处理过的增强纤维和着色剂组成的复合材料。该羧基包括由接枝聚合结合的PP。竹内的复合材料使用了碳纤维来增大强度。一般说来，在注塑工艺中的流动方向碳纤维会阻止收缩。但是在与流动方向垂直的方向碳纤维不会阻止收缩。因此，差别化的收缩会造成或扩大了翘曲，使零件的尺寸稳定性下降。所以需要一种可用于注塑工艺的材料，要求它具有10⁵～10⁹的表面电阻率、在磨损时不散出颗粒而且在模塑时不会翘曲。

本发明通过提供一种增强聚合物，它具有低的摩耗特性，而且用它加工的制品具有低放气性，从而克服了有关复合材料的缺点。该复合材料还有高达10⁵～10⁹Ω的表面电阻，因此，所提供的材料适合于制造在半导体片生产工艺中使用的器件。再有，这种独特的复合材料提供了均匀的注塑零件。

发明概要

本发明的首要目标是提供一种增强聚合物或复合材料，其表面电阻率为10⁵～10⁹Ω，而且当这种增强聚合物受到磨损时，散出的粒子数量较少。该聚合物包括选自聚烯烃和聚酰胺的基础树脂。在此基料中加入MCF作为增强填料。使用区别于其它增强填料的MCF有助于同时减小在注塑工艺的流动方向和垂直于流动方向上的不均匀零件收缩。当本发明的组合物用于半导体制造领域时，比如制造半导体片盒和/或半导体片运输箱，最好使用高纯MCF。当然这样的纤维是要容易买到的。