CN101600758A - 导电聚合物泡沫及其制造方法和用途 - Google Patents

Abstract

本申请公开了包括聚合物泡沫层的制品，该聚合物泡沫层具有：第一表面和相反的第二表面，在聚合物泡沫层的第一表面与相反第二表面之间的多个孔，其中聚合物泡沫层在第一表面与相反第二表面之间的厚度是多个孔平均高度的1.0～1.5倍，以及在聚合物泡沫层的第一表面与相反第二表面之间排列成基本连续地跨越该泡沫的多个柱的多个导电颗粒。这类泡沫适用于电磁屏蔽垫、接地板、电池接触导电弹簧元件等。

Description

导电聚合物泡沫及其制造方法和用途

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年2月6日提交的美国申请系列号60/888,360的权益，该文献的全部内容通过引用并入本文。

背景

本公开内容涉及导电聚合物，其制造方法和包含该聚合物的制品。

导电聚合物泡沫用于广泛的应用领域，包括用作电接触元件、用在传感器内和用在要求电磁干扰(EMI)/射频干扰(RFI)屏蔽和/或静电消除的应用领域中。能够EMI/RFI屏蔽的现有材料包括例如铍-铜簧片、金属箔或金属化织物包裹的非导电泡沫垫、涂有导电材料的非导电垫和加进聚硅氧烷树脂中的含金属填料。其它导电泡沫也是已知的，例如某些聚氨酯和聚烯烃。现有方法和材料的一个困难在于：为足以达到高电导率而加进高含量的导电填料影响了聚合物的可压缩性和可加工性。此外，采用这种高填料含量增加了聚合物共混物的成本。使用者往往被迫在材料成本和质量之间进行折中。

提供其中填料的加入量达到最少，同时保持合适电导率的聚合物泡沫是一大优点。对特定应用所要求的泡沫的可压缩性、可加工性和其它物理性能无明显不利影响是另一优点。

因此，本领域仍需要可以使泡沫兼具导电性、可压缩性和可加工性，尤其对特定应用所需的一种或更多种物理性能无明显不利影响的组合物和方法。

发明概述

本文公开了聚合物泡沫层，它具有第一表面和相反的第二表面；在聚合物泡沫层的第一表面与相反第二表面之间的多个孔，其中聚合物泡沫层在第一表面与相反第二表面之间的厚度是所述多个孔平均高度的1.0～1.5倍；以及在聚合物泡沫层的第一表面与相反第二表面之间排列成基本连续地跨越该泡沫的多个柱的多个导电颗粒。

还公开包括上述聚合物泡沫层的制品。

在另一个实施方案中，制造聚合物泡沫层的方法包括：形成具有第一表面和相反第二表面的层，该层包含聚合物泡沫前体组合物和包含多个导电颗粒的填料组合物；使该泡沫前体组合物发泡，以在层内形成多个孔并使导电颗粒在该层的第一表面与相反第二表面之间排列成多个柱；固化发泡的层，其中固化的层的厚度是该固化的层内多个孔平均高度的1.0～1.5倍。

在以下附图、详述和实施例中进一步描述泡沫、制品及其制造方法。

附图简述

图1是如本文所述的示例性导电聚合物泡沫的示意图。

图2-4是如本文所述制成的导电聚合物泡沫的扫描电镜(SEM)照片。

详述

本发明人已意外发现：在聚合物泡沫内，可以使导电颗粒在泡沫内排列，以使聚合物泡沫具有导电性。意外的是，在不施加磁场的情况下这种排列在发泡的泡沫内发生。因此，虽然这种磁性排列已在实心聚合物中得到证实，但意外的是排列可以在不施加磁场下在多孔聚合物内实现。已经发现，当泡沫内孔的平均高度接近于泡沫层的厚度时，即泡沫层的厚度是泡沫内孔平均高度的1.0～1.5倍时，导电性得到改进。另一意外的特征是这样的导电性可以在不会明显不利影响聚合物泡沫的物理性能的情况下实现。因此，在一个实施方案中，所制得的聚合物泡沫导电，而且基本保持它们的可压缩性、柔性、抗压缩永久变形、孔均匀性等中的一种或更多种。这类材料特别适合用在形成可以提供EMI和/或RFI屏蔽的制品。

导电颗粒包含导电材料。导电颗粒还可任选地包含磁性材料，或由兼具导电性和磁性的材料形成。示例性的导电材料包括导电金属如金、银、镍、铜、铝、铬、钴、铁等，以及包含至少一种上述金属的氧化物或合金。适用的磁性材料包括铁磁性和顺磁性材料。示例性的磁性材料包括铁、镍和钴以及镧系稀土元素等，以及至少一种上述磁性材料的氧化物、陶瓷和合金。在一个实施方案中，导电材料还是非氧化性材料。

颗粒可以全部由导电材料形成，或者可以用导电材料作为芯或涂层而与非磁性材料、非导电材料或非磁性非导电材料一起构成。例如，可以用导电材料来涂覆包含磁性材料如铁颗粒的芯，或者可以用磁性和导电材料来涂覆非磁性非导电材料如玻璃，包括玻璃微球。银和镍涂层特别有用。具体的磁性导电颗粒包括银颗粒、涂银的镍颗粒、涂银的铁颗粒、镍颗粒和涂镍颗粒如涂镍的氢氧化铝(Al(OH)₃，“ATH”)和涂镍的玻璃颗粒。

导电的或磁性兼导电的材料可以用气相沉积、化学镀之类的涂覆技术沉积在芯颗粒上。在一个实施方案中，可以用化学镀法将镍沉积到氢氧化铝上。在另一个实施方案中，用羰基镍的气相沉积来提供镍涂层。在磁性导电颗粒上涂覆足够量的导电材料，以使这些颗粒在用来形成复合材料时赋予复合材料理想水平的导电性，并且对所需的聚合物性能无明显不利影响。没有必要涂覆所有颗粒，或没有必要涂层完全覆盖每个颗粒。因此可以使用至少大部分涂覆的颗粒。例如，在给定批次的颗粒中，至少约60％的颗粒总表面积已经涂覆，尤其至少约70％，更尤其至少约80％，甚至更尤其至少约90％的颗粒总表面积已经涂覆。涂层厚度可宽范围变化。在一个实施方案中，涂层厚度为约0.004～约0.2密耳(约0.1～约5μm)，尤其约0.02～约0.1密耳(约0.526～约3μm)。

颗粒可具有各种不规则或规则形状，例如球状、薄片状、板-或杆-状。可以使用不同形状组合的颗粒。优选球状或杆状。颗粒尺寸不受特别限制，平均最大尺寸可以为例如约0.250～约500μm。颗粒的平均最大尺寸尤其可以为约1～约250μm，更尤其约5～约200μm。该平均尺寸可以由单种填料或具有不同平均颗粒尺寸的填料的混合物来实现。因此填料的颗粒尺寸分布可以是双峰、三峰或更多峰的。在一个实施方案中，颗粒呈球状且平均直径在约20～约300μm范围内，尤其约50～约200μm，更尤其约75～约100μm。在另一个实施方案中，颗粒呈球状并具有双峰颗粒尺寸分布，例如一个峰的平均直径在约20～约150μm范围内，第二个峰的平均直径在约150～约300μm范围内。

还可以利用其它导电填料来获得所要求的导电性，例如炭黑，碳纤维如PAN纤维，涂金属的纤维或球如涂金属的玻璃纤维、涂金属的碳纤维、涂金属的有机纤维、涂金属的陶瓷球、涂金属的玻璃珠等，本征导电聚合物如颗粒或纤丝状的聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩，导电金属氧化物如锡氧化物或铟锡氧化物，而且还可以使用包括至少一种上述导电填料的组合。

导电聚合物泡沫的制备中填料组合物的相对用量根据聚合物类型、颗粒类型、目标用途、所要求的导电性、孔结构、加工特性和类似因素而改变。在一个实施方案中，导电聚合物泡沫包含总量约10～约90wt％，尤其约20～约80wt％，甚至更尤其约30～约70wt％的填料，所有wt％都以导电聚合物泡沫的总重量为基准计算。或者，填料量可描述为在发泡前的导电聚合物泡沫前体组合物中的体积百分数(vol％)。在一个实施方案中，泡沫包含相对于发泡前的聚合物泡沫前体组合物约1～约30体积％，尤其约2～约20体积％，更尤其约3～约15体积％的导电填料颗粒。

如本文所用，“泡沫”是具有多孔结构和密度为约5～约150lb/ft³(pcf)(80～2402kg/m³(kcm))，尤其小于或等于约125pcf(2002kcm)，更尤其小于或等于约100pcf(1601kcm)和又更尤其约10～约60pcf(160～961kcm)的材料。这类泡沫的孔含量是泡沫总体积的约20～约99％，尤其大于或等于约30％，更尤其大于或等于约50％。

适用在泡沫中的聚合物可选自多种热塑性树脂、热塑性树脂的共混物或热固性树脂。可用的热塑性树脂的实例包括聚缩醛类，聚丙烯酸类，苯乙烯-丙烯腈，聚烯烃类，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚酰胺类例如但不限于尼龙6、尼龙6，6、尼龙6，10、尼龙6，12、尼龙11或尼龙12，聚酰胺酰亚胺类，聚丙烯酸酯类，聚氨酯类，乙烯-丙烯橡胶类(EPR)，聚芳砜类，聚醚砜类，聚苯硫醚类，聚氯乙烯，聚砜类，聚醚酰亚胺类，聚四氟乙烯，氟化乙烯-丙烯类，聚氯三氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚氟乙烯，聚醚酮类，聚醚醚酮类，聚醚酮酮类等，或包括至少一种上述热塑性树脂的组合。

可用于聚合物泡沫的热塑性树脂共混物的实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚氯乙烯、聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/尼龙、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/热塑性聚氨酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯、热塑性弹性体合金、聚对苯二甲酸乙二酯/聚对苯二甲酸丁二酯、苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮/聚醚砜、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯/尼龙、聚乙烯/聚缩醛、乙烯-丙烯橡胶(EPR)等，或包括至少一种上述共混物的组合。

可用于聚合物泡沫的聚合物热固性树脂的实例包括聚氨酯类、环氧树脂类、酚醛树脂类、聚酯类、聚酰胺类、聚硅氧烷类等，或包括至少一种上述热固性树脂的组合。热固性树脂的共混物以及热塑性树脂与热固性树脂的共混物都可用。

本泡沫组合物可存在已知适用于制造泡沫的其它添加剂，例如其它填料，例如强化填料如织网、二氧化硅、玻璃颗粒和玻璃微球，用来提供热管理的填料，或阻燃填料或添加剂。适用的阻燃剂包括例如含铝、镁、锌、硼、钙、镍、钴、锡、钼、铜、铁、钛的金属氢氧化物或它们的组合，例如氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铁等；金属氧化物，如氧化锑、三氧化锑、五氧化锑、铁氧化物、钛氧化物、锰氧化物、氧化镁、锆氧化物、氧化锌、钼氧化物、钴氧化物、铋氧化物、铬氧化物、锡氧化物、镍氧化物、铜氧化物、钨氧化物等；金属硼酸盐，如硼酸锌、偏硼酸锌、偏硼酸钡等；金属碳酸盐，如碳酸锌、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡等；氰尿酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺等；炭黑、可膨胀石墨薄片(例如可获自GrafTechInternational，Ltd.的商品名为GRAFGUARD的那些)等；纳米粘土；及溴化化合物。示例性的阻燃材料是氢氧化镁、纳米粘土和溴化化合物。在一个实施方案中，聚合物泡沫的阻燃性满足某些Underwriter’s Laboratories(UL)阻燃标准。例如，该聚合物泡沫具有按UL标准94的V-0级。

还可存在的一些其它添加剂包括染料、颜料(例如二氧化钛和氧化铁)、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线(UV)稳定剂、导电填料、固化聚合物用的催化剂、交联剂等，以及包括至少一种上述添加剂的组合。

在制备导电泡沫的一般方法中，将用来形成泡沫的聚合物组合物与导电填料组合物(和任何其它任选添加剂)结合，并用于形成具有第一表面和相反第二表面的层。取决于聚合物，发泡可以在流延前；流延期间；或流延后进行。无需将所述层置于磁场内以使导电颗粒基本排列。在一个优选实施方案中，使颗粒排列成从所述层的第一表面延伸至相反第二表面的隔开的柱。

图1给出了导电聚合物泡沫10的截面示意图。该导电聚合物泡沫10包括具有第一表面12a和第二表面12b的聚合物泡沫12及导电颗粒14。导电颗粒14组织成沿导电聚合物泡沫10的z轴，即垂直于第一表面12a和第二表面12b的柱16。该泡沫沿z轴的厚度是孔18的平均高度的1.0～1.5倍。

在一个实施方案中，聚合物泡沫表面基本平整。在垫应用中光滑表面提供改进的密封。在特定实施方案中，泡沫的每一表面都基本没有因存在排列的填料颗粒而引起的突起或凹坑。更尤其，泡沫的x和y表面基本没有因填料颗粒的排列而引起的并改变x和y表面的突起或凹坑。

有利地，所述层通过将泡沫或可发泡组合物流延到载体基材上形成。因此，提供第一载体基材，在该基材上设置具有第一表面和相反第二表面的层，其中第一表面与基材接触。更有利的是在所述层的第二表面上设置第二(顶部)载体基材。将该层发泡可以在设置第二载体基材之前或之后进行。在一个实施方案中，所述层在设置第二载体基材之前发泡。在另一个实施方案中，所述层在设置第二载体基材之后发泡。使用顶部载体提供质量改进的泡沫。

实践中，载体可以从供料辊上引出，并在最后与固化泡沫分离后被重新收卷在卷取辊上。顶部、底部载体材料的选择将取决于如下因素：所要求的支撑程度和柔性、所要求的与固化泡沫的脱离程度、成本及类似考虑。纸、铜或铝之类金属的薄片或聚对苯二甲酸乙二酯、聚硅氧烷、聚碳酸酯、PTFE、聚酰亚胺之类的聚合物膜都可以使用。该材料可涂有脱离涂层。

在一个实施方案中，载体上涂有要被转移到固化泡沫表面的材料，例如可脱离该载体的聚氨酯薄膜、可脱离该载体的压敏粘附剂或可脱离该载体的导电粘附剂。纤维网或其它填料材料可以设置在载体表面上，从而最终结合到固化泡沫中。在另一个实施方案中，泡沫固化到所述载体中的一个或两个上。因此载体之一或两者构成最终产品的一部分，而不是与泡沫分离并被重新收卷到卷取辊上。例如，可以将泡沫流延到铜箔之类的导电层上。在一个特定实施方案中，铜箔还包括含导电颗粒的弹性体层。将泡沫流延到该弹性体层上，以提供包括导电层和泡沫及设置在它们之间的弹性体/颗粒层的制品。或者，也可以使用输送带作为底部载体。

载体可具有光滑表面或结构化表面，例如粗糙表面。在特定实施方案中，载体具有光滑表面。利用具有光滑表面的载体所制成的导电泡沫层具有比不使用光滑载体所制成的导电泡沫层明显更光滑的表面。尤其用都具有光滑表面的顶部载体和底部载体所制成的导电泡沫层可以具有更光滑的表面，更低的密度，表面上无颗粒突出、密封更好和接近于单层孔以使颗粒柱的破坏最小而获得最大电导率的厚度。

参考附图，图2～4是具有约单个孔厚度且在无磁场条件下制成的泡沫层的SEM照片。该泡沫层利用光滑表面载体基材制成。如可见的，颗粒没有从层的表面突出。因此，在一个实施方案中，固化的聚合物泡沫层的厚度是该泡沫内孔平均高度的1.0～1.5倍。在另一个实施方案中，固化的聚合物泡沫层的厚度是该泡沫内孔平均高度的1.0～1.3倍。在又一个实施方案中，固化的聚合物泡沫层的厚度是该泡沫内孔平均高度的1.0～1.2倍。应理解，虽然顶部载体的使用提供质量很好的泡沫，但不使用顶部载体也可以获得如本文所述的导电泡沫。

如本领域已知的，聚合物泡沫由发泡前混合的前体组合物制成。发泡可以是机械发泡或发泡(利用化学和/或物理发泡剂)，或机械起泡与发泡(利用化学和/或物理发泡剂)组合。当泡沫仅通过机械发泡产生时，在不限定泡沫厚度是孔高度的1～1.5倍的情况下仍可能获得合适的导电性。不受理论的限制，认为在流延后不再进一步发泡使得可以形成稳定的柱。但是，在一个实施方案中，本文所述的泡沫是经化学或物理发泡的。

适用于制造泡沫的具体聚合物包括聚氨酯泡沫和聚硅氧烷泡沫。聚氨酯泡沫由包含有机多异氰酸酯组分、对该多异氰酸酯组分呈反应性的含活性氢组分、表面活性和催化剂的前体组合物形成。形成泡沫的方法可以使用化学或物理学发泡剂，或者泡沫可以通过机械发泡形成。例如，一种形成泡沫的方法包括通过机械搅打上述组合物的混合物使惰性气体充分而均匀地分散在整个混合物内，以形成结构上和化学上基本稳定但在环境条件下可加工的可热固化泡沫；然后将该泡沫固化以形成固化的泡沫。在一个实施方案中，在交联过程中将物理发泡剂引进泡沫以进一步减小泡沫密度。在另一个实施方案中，聚氨酯泡沫由反应性组合物在仅利用物理或化学发泡剂而不用任何机械发泡的情况下形成。

适用的有机多异氰酸酯包括通式如下的异氰酸酯：

Q(NCO)_i

其中i是等于或大于2的整数，Q是i价的有机基团，并且i的平均值大于2。Q可以是取代或未经取代的烃基(即亚烷基或亚芳基)或通式为Q¹-Z-Q¹的基团，其中Q¹是亚烷基或亚芳基，Z是-O-、-O-Q¹-S、-CO-、-S-、-S-Q¹-S-、-SO-、-SO₂-、亚烷基或亚芳基。这类多异氰酸酯的实例包括1，6-己二异氰酸酯，1，8-二异氰酸根合-对-甲烷，二异氰酸二甲苯酯，二异氰酸根络环己烷，二异氰酸亚苯酯，二异氰酸亚甲苯酯包括二异氰酸2，4-亚甲苯酯、二异氰酸2，6-亚甲苯酯和粗二异氰酸亚甲苯酯，双(4-异氰酸苯基)甲烷，二异氰酸亚氯苯酯，二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯(也称作4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，或MDI)及其加成物，萘-1，5-二异氰酸酯，三苯基甲烷-4，4’，4”-三异氰酸酯，异丙基苯-α-4-二异氰酸酯以及异氰酸酯聚合物如聚亚甲基聚苯基异氰酸酯。

Q也可代表i价的聚氨酯基团，在这种情况下Q(NCO)_i是称作预聚物的组合物。这类预聚物通过化学计量过量的上述多异氰酸酯与含活性氢组分，尤其下述含多羟基的物质或多元醇反应形成。在一个实施方案中，多异氰酸酯以约30％～约200％的化学计量过量的比例使用，所述化学计量基于多元醇中每当量羟基的异氰酸酯基的当量。多异氰酸酯的用量随正制备的聚氨酯的性质略有变化。

含活性氢的组分可包括聚醚多元醇和聚酯多元醇。适用的聚酯多元醇包括多元醇与二羧酸或其形成酯的衍生物(如酸酐、酯和卤化物)的缩聚产物，可以在多元醇存在下由内酯的开环聚合得到的聚内酯多元醇，可由碳酸二酯与多元醇反应获得的聚碳酸酯多元醇和蓖麻油多元醇。适用于生成缩聚聚酯多元醇的合适二羧酸和二羧酸衍生物是脂族或环脂族二羧酸如戊二酸、己二酸、癸二酸、富马酸和马来酸；二聚酸；芳族二羧酸，例如但不限于邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸；三元或更高官能度的多元羧酸，如均苯四酸；以及酸酐和二烷基酯，例如但不限于马来酸酐、邻苯二甲酸酐和对苯二甲酸二甲酯。

其它含活性氢组分是环酯的聚合物。适用的环酯单体包括但不限于δ-戊内酯、ε-己内酯、ζ-庚内酯、单烷基戊内酯类如单甲基-、单乙基-和单己基-戊内酯。适用的聚酯多元醇包括己内酯基聚酯多元醇、芳族聚酯多元醇、己二酸乙二醇酯基多元醇和包括任何一种上述聚酯多元醇的混合物。示例性的聚酯多元醇是由ε-己内酯、己二酸、邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯制成的聚酯多元醇。

聚醚多元醇通过环氧烷与水或多羟基有机组分化学加成获得，所述环氧烷例如环氧乙烷、环氧丙烷和它们的混合物，所述多羟基有机组分例如乙二醇、丙二醇、三亚甲基二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，2-己二醇、1，10-癸二醇、1，2-环己烷二醇、2-丁烯-1，4-二醇、3-环己烯-1，1-二甲醇、4-甲基-3-环己烯-1，1-二甲醇、3-亚甲基-1，5-戊二醇、二甘醇、(2-羟基乙氧基)-1-丙醇、4-(2-羟基乙氧基)-1-丁醇、5-(2-羟基丙氧基)-1-戊醇、1-(2-羟基甲氧基)-2-己醇、1-(2-羟基丙氧基)-2-辛醇、3-烯丙氧基-1，5-戊二醇、2-烯丙氧基甲基-2-甲基-1，3-丙二醇、[(4，4-戊氧基)-甲基]-1，3-丙二醇、3-(邻-丙烯基苯氧基)-1，2-丙二醇、2，2’-二异亚丙基双(对-亚苯基氧)二乙醇、甘油、1，2，6-己三醇、1，1，1-三羟甲基乙烷、1，1，1-三羟甲基丙烷、3-(2-羟基乙氧基)-1，2-丙二醇、3-(2-羟基丙氧基)-1，2-丙二醇、2，4-二甲基-2-(2-羟基乙氧基)-甲基戊二醇-1，5；1，1，1-三[(2-羟基乙氧基)甲基]乙烷、1，1，1-三[(2-羟基丙氧基)-甲基]丙烷、二甘醇、二丙二醇、季戊四醇、山梨醇、蔗糖、乳糖、α-甲基葡糖苷、α-羟烷基葡糖苷、酚醛清漆树脂、磷酸、苯磷酸、三聚磷酸和四聚磷酸之类的多磷酸、三元缩合产物等。在生成聚氧化亚烷基多元醇中所用的环氧烷一般含2～4个碳原子。示例性的环氧烷是环氧丙烷及环氧丙烷与环氧乙烷的混合物。以上所列的多元醇本身可用作该活性氢组分。

适用的一类聚醚多元醇一般用下式表示：

R[(OC_nH_2n)_zOH]_a

其中R是氢或多价烃基；a是等于R价数的整数(即1或2～6～8)，n每种情况下都是包括2和4在内的2～4的整数(尤其是3)，z每种情况下都是2～约200的整数，尤其是15～约100。在一个实施方案中，聚醚多元醇包括二丙二醇、1，4-丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇等中的一种或多种的混合物，或包括至少一种上述聚醚多元醇的组合。

可用的其它类含活性氢物质是通过在多元醇中使烯属不饱和单体聚合得到的聚合物多元醇组合物。生成这类组合物的适用单体包括丙烯腈、氯乙烯、苯乙烯、丁二烯、偏二氯乙烯和其它烯属不饱和单体。聚合物多元醇组合物包含大于或等于约1wt％，尤其大于或等于约5wt％，更尤其大于或等于约10wt％在多元醇中聚合的单体，其中wt％以多元醇的总量为基准计算。在一个实施方案中，聚合物多元醇组合物包含少于或等于约70wt％，尤其少于或等于约50wt％，更尤其少于或等于约40wt％在多元醇中聚合的单体。这类组合物方便地通过在自由基聚合催化剂如过氧化物、过硫酸盐、过碳酸盐、过硼酸盐和偶氮化合物的存在下，在所选定的多元醇中于40～150℃的温度下使单体聚合制得。

含活性氢的组分还可包含含多羟基的化合物，如羟基封端的聚烃类、羟基封端的聚甲缩醛类、甘油三脂肪酸酯类、羟基封端的聚酯类、羟甲基封端的全氟亚甲基类、羟基封端的聚亚烷基醚二醇类、羟基封端的聚亚烷基亚芳基醚二醇类和羟基封端的聚亚烷基醚三醇类。

所述多元醇的羟值可在宽范围内变化。多元醇，包括其它交联添加剂(如果使用)的羟值一般为约28～约1000和更高，尤其约100～约800。羟值定义为完全中和由1g多元醇或多元醇的混合物(存在或不存在其它交联添加剂)所制成的全乙酰化衍生物的水解产物所用的氢氧化钾的毫克数。羟值也可利用以下方程定义：

$\mathrm{OH}=\frac{56.1\×1000\×f}{M.W.}$

其中OH是多元醇的羟值，f是平均官能度，即每个多元醇分子的平均羟基数，M.W.是多元醇的平均分子量。

使用时，很多合适的发泡剂或发泡剂的混合物都适用，尤其是水。水与异氰酸酯组分反应产生CO₂气体，这一定提供额外的发泡。在一个实施方案中，当水用作发泡剂时，通过选择性使用催化剂来控制固化反应。在一个实施方案中，也可以使用分解释放气体的化合物(例如偶氮化合物)。

特别适用的发泡剂是包含含氢原子组分的物理发泡剂，它可以单独使用或作为彼此之间的混合物或与另一类发泡剂如水或偶氮化合物的混合物使用。这些发泡剂可以选自宽范围的物质，包括烃类、醚类、酯类和部分卤化的烃类、醚类和酯类等。适用物理发泡剂的沸点在约-50℃～约100℃，尤其约-50℃～约50℃。可用的含氢发泡剂有HCFC类(卤属氯氟烃类)如1，1-二氯-1-氟乙烷、1，1-二氯-2，2，2-三氟-乙烷、一氯二氟甲烷和1-氯-1，1-二氟乙烷；HFC类(卤属氟烃类)如1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、2，2，4，4-四氟丁烷、1，1，1，3，3，3-六氟-2-甲基丙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷、1，1，1，2，2-五氟丙烷、1，1，1，2，3-五氟丙烷、1，1，2，3，3-五氟丙烷、1，1，2，2，3-五氟丙烷、1，1，1，3，3，4-六氟丁烷、1，1，1，3，3-五氟丁烷、1，1，1，4，4，4-六氟丁烷、1，1，1，4，4-五氟丁烷、1，1，2，2，3，3-六氟丙烷、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷、1，1-二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和五氟乙烷；HFE类(卤属氟醚类)如甲基-1，1，1-三氟乙醚和二氟甲基-1，1，1-三氟乙醚；以及烃类如正戊烷、异戊烷和环戊烷。

使用时，包括水在内的发泡剂一般占聚氨酯液相组合物的大于或等于1wt％，尤其大于或等于5wt％。在一个实施方案中，发泡剂以少于或等于约30wt％，尤其少于或等于20wt％聚氨酯液相组合物的量存在。当发泡剂的沸点等于或低于环境温度时，它们在与其它组分混合之前一直保持在压力下。

用来催化异氰酸酯组分与含活性氢组分反应的适用催化剂包括下列金属的有机和无机酸盐以及有机金属衍生物：铋、铅、锡、铁、锑、铀、镉、钴、钍、铝、汞、锌、镍、铈、钼、钒、铜、锰和锆，以及膦和有机叔胺。这类催化剂的实例是二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、辛酸亚锡、辛酸铅、环烷酸钴、三乙胺、三亚乙基二胺、N，N，N′，N′-四甲基亚乙基二胺、1，1，3，3-四甲基胍、N，N，N′，N′-四甲基-1，3-丁二胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二乙基乙醇胺、1，3，5-三(N，N-二甲基氨基丙基)-s-六氢三嗪、邻-和对-(二甲基氨基甲基)苯酚、2，4，6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、N，N-二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、1，4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、N-羟基-烷基季铵羧酸盐和四甲基铵甲酸盐、四甲基铵乙酸盐、四甲基铵2-乙基己酸盐等，以及包含任一上述催化剂的组合物。

在一个实施方案中，催化剂包括乙酰丙酮酸金属盐。适用的乙酰丙酮酸金属盐包括基于如下金属的乙酰丙酮酸金属盐：铝、钡、镉、钙、铈(III)、铬(III)、钴(II)、钴(III)、铜(II)、铟、铁(II)、镧、铅(II)、锰(II)、锰(III)、钕、镍(II)、钯(II)、钾、钐、钠、铽、钛、钒、钇、锌和锆。示例性的催化剂是双(2，4-戊二酮酸)镍(II)(也称作乙酰丙酮酸镍或二乙酰丙酮酸镍)及其衍生物，如二乙腈二乙酰丙酮酸镍、二苯腈二乙酰丙酮酸镍、双(三苯膦)二乙酰基乙酰丙酮酸镍等。乙酰丙酮酸铁(FeAA)，因其相对的稳定性、良好的催化活性和无毒性，也是适用的催化剂。在一个实施方案中，乙酰丙酮酸金属盐通过预先溶解在合适的溶剂如二丙二醇或其它含羟基组分(然后参与反应并变成最终产物的一部分)中而方便地加入。

在制备聚氨酯泡沫的一种方法中，首先将用于制备泡沫的组分，即异氰酸酯组分、含活性氢组分、表面活性剂、催化剂、任选的发泡剂、导电体、阻燃填料和其它添加剂混合在一起，然后利用空气使其机械发泡。或者，也可以在机械发泡过程中将这些组分相继加入液相中。泡沫中的气相最优选是空气，因为它便宜且容易得到。但是，如果需要，也可以使用在环境条件下呈气态并对液相中任何组分基本呈惰性或无反应性的其它气体。这类其它气体包括例如氮气、二氧化碳和环境温度下通常是气态的氟碳烃。通过在高剪切设备如Hobart混合器或Oakes混合器内机械搅打液相，将惰性气体混入液相中。气体可以在压力下引进，如在Oakes混合器的通常操作中那样，或者也可以通过击打或搅打作用从上覆的气氛中引入，如在Hobart混合器中那样。机械搅打操作尤其在不高于7～14kg/cm²(100～200lb/in²(psi))的压力下进行。可以使用容易获得的混合设备，并且一般无需特殊设备。搅打进液相的惰性气体的量通过气流计量设备控制，以生成所需密度的泡沫。机械搅打在Oakes混合器内进行数秒，或在Hobart混合器内进行约3～约30分钟，或进行任意长的时间以在所用的混合设备内得到所需的泡沫密度。随机械搅打操作产生的泡沫基本是化学稳定和结构稳定的，但在环境温度例如约10℃～约40℃下易加工。

发泡后，将反应混合物以受控的速率通过软管或其它导管转移以沉积到第一载体上。为方便起见，该第一载体可称作“底部载体”，而且一般是能或不能容易地脱离固化泡沫的移动载体。第二载体，本文也称之为“表面保护层”或“顶部载体”，可以置于泡沫顶上。顶部载体也是能或不能容易地脱离固化泡沫的移动载体。顶部载体可以几乎在发泡同时施加。在施加顶部载体之前，可以使用刮刀或其它合适的铺展工具将泡沫铺成所需厚度的层。或者，可以利用顶部载体的放置来铺展泡沫并将发泡层调节到所需厚度。在又一个实施方案中，可以在放置顶部载体之后用涂覆器调节泡沫的高度。在施加顶部载体之后，已发泡的泡沫在物理或化学发泡剂的影响下发泡。在一个实施方案中，载体赋予泡沫表面基本平整的表面。

将载体和泡沫层的组合件(在任选的发泡后)输送到加热区，以将该泡沫固化。温度保持在适合固化泡沫的范围内，例如约90℃～约220℃，这取决于泡沫材料的组成。为了在泡沫的外表面上形成整体表皮或在泡沫上施加相对重的层，可以设置温差。

在泡沫被加热和固化后，可接着将其送到冷却区，在这里泡沫被任何适用的冷却设备如鼓风机冷却。如果合适，除去载体，并可以将泡沫收卷在辊上。或者，可以对泡沫进行进一步加工，例如层合(利用热和压力粘结)到顶部和/或底部载体层上。

在一个实施方案中，导电聚氨酯泡沫具有与不含涂覆的阻燃颗粒的相同聚氨酯泡沫类似的机械性能。如果使用助发泡剂，则所得泡沫的体积密度可低达约1pcf。

也可以使用包含聚硅氧烷聚合物和导电颗粒的聚硅氧烷泡沫。

在一个实施方案中，聚硅氧烷泡沫由水与聚硅氧烷聚合物前体组合物中的氢化物基团反应释放出氢气而生成。该反应一般使用贵金属催化，尤其是铂催化剂。在一个实施方案中，聚硅氧烷聚合物在25℃的粘度为约100～1,000,000泊，并具有选自下列的链取代基：氢化物基团、甲基、乙基、丙基、乙烯基、苯基和三氟丙基。聚硅氧烷聚合物的端基可以是氢化物、羟基、乙烯基、乙烯基二有机甲硅烷氧基、烷氧基、酰氧基、烯丙基、肟基、氨基氧基、异丙烯氧基、环氧基、巯基或其它已知的反应性端基。适用的聚硅氧烷泡沫也可通过利用各自具有不同分子量(例如双峰或三峰分子量分布)的若干种聚硅氧烷聚合物生成，只要该组合的粘度落在上述规定值内。还可以利用具有不同官能基或反应性基团的若干种聚硅氧烷基聚合物以产生所需的泡沫。在一个实施方案中，聚硅氧烷聚合物包含约0.2摩尔氢化物(Si-H)基团/摩尔水。

根据所用聚硅氧烷聚合物的化学特性，可以使用催化剂，一般是铂或含铂催化剂来催化发泡和固化反应。催化剂可以沉积在惰性载体如硅胶、氧化铝或炭黑上。在一个实施方案中，使用选自氯铂酸、其六水合物形式、其碱金属盐和它与有机衍生物的配合物的无负载催化剂。示例性的催化剂是氯铂酸与乙烯基聚硅氧烷如1，3-二乙烯基四甲基二硅氧烷的反应产物，它们经碱性试剂处理以部分或完全除去氯原子；氯铂酸与醇、醚和醛的反应产物；以及与膦、氧化膦和与烯烃如乙烯、丙烯和苯乙烯的铂螯合物和氯化亚铂配合物。根据聚硅氧烷聚合物的化学性质，使用其它催化剂如二月桂酸二丁基锡代替铂基催化剂也可以是合适的。

还可以使用多种铂催化剂抑制剂来控制发泡和固化反应的动力学，以控制聚硅氧烷泡沫的孔隙率和密度。这类抑制剂的实例包括聚甲基乙烯基硅氧烷环状化合物和炔醇类。这些抑制剂不应以损害泡沫的方式干扰发泡和固化。

物理或化学发泡剂可以用来产生聚硅氧烷泡沫，包括以上针对聚氨酯所列的物理和化学发泡剂。化学发泡剂的其它实例包括苄醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丁二醇和硅烷醇。在一个实施方案中，利用几种发泡方法的组合来获得具有期望特性的泡沫。物理发泡剂如氯氟烃可以作为第二发泡剂加入反应性混合物内，其中主要发泡模式是因水与聚硅氧烷上的氢化物取代基之间反应而释放氢气。

在聚硅氧烷泡沫的制备中，前体组合物的反应性组分被储存在两个包装内，一个包装包含铂催化剂，另一个包含含氢化物基团的聚硅氧烷聚合物，这防止了过早反应。每个包装内都可以包括导电颗粒。在另一种制备方法中，将聚硅氧烷聚合物与导电颗粒、水、如果必要的物理发泡剂和其它所需添加剂一起引入挤出机中。然后将铂催化剂计量送入挤出机中，以开始发泡和固化反应。将物理发泡剂如液态二氧化碳或超临界二氧化碳与化学发泡剂如水一起使用产生密度低得多的泡沫。在又一方法中，将液态聚硅氧烷组分计量、混合并分配到设备如模具或连续涂覆生产线中。然后发泡在模具内或在连续涂覆生产线上发生。

导电聚硅氧烷泡沫可以具有与不含导电颗粒的相同聚硅氧烷泡沫相同或基本类似的机械性能。

或者，可以通过前体组合物的反应来形成软质导电聚硅氧烷组合物，所述前体组合物包括液态聚硅氧烷组合物，其包含每个分子具有至少两个链烯基的聚硅氧烷；其量有效地使组合物固化的具有至少两个与硅键合的氢原子的聚硅氧烷；催化剂；和任选的粘度约100～约1000厘泊的反应性或非反应性聚硅氧烷流体。适用的反应性聚硅氧烷组合物是低硬度的1∶1液态硅橡胶(LSR)或液态注射成型(LIM)组合物。由于它们低的固有粘度，利用低硬度的LSR或LIM方便了更高填料量的添加，并导致形成软泡沫。

反应性或非反应性聚硅氧烷流体使得更高量的填料可以引入固化的聚硅氧烷组合物，从而降低所得的体积电阻率和表面电阻率值。在一个实施方案中，聚硅氧烷流体留在固化的聚硅氧烷内且不被提取出或移出。这样，反应性聚硅氧烷流体成为聚合物基体的一部分，导致使用期间低放气和很少或不迁移到表面。在一个实施方案中，非反应性聚硅氧烷流体的沸点足够高，使得当它分散在聚合物基体内时，它在固化期间或固化后不会蒸发，而且不会迁移到表面或放气。

在一个实施方案中，LSR或LIM体系作为适合以约1∶1的体积比混合的双组分制剂提供。该制剂的“A”组分包括一种或多种带两个或更多个链烯基的聚硅氧烷，且具有小于约500克/分钟的挤出速率。适用链烯基的实例有乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基和庚烯基，乙烯基尤其适用。链烯基可键合在分子链末端和/或键合成分子链的侧基。具有两个或更多个链烯基的聚硅氧烷中的其它与硅键合的有机基团的实例有取代和未取代的单价烃基，例如烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基；芳基，如苯基、甲苯基和二甲苯基；芳烷基，如苄基和苯乙基；以及卤代烷基，如3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基。示例性的取代基是甲基和苯基。

含链烯基的聚硅氧烷可具有直链、部分支化的直链、支化链或网状分子结构，或者可以是两种或更多种具有所列举分子结构的聚硅氧烷的混合物。含链烯基聚硅氧烷的实例有三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、三甲基甲硅烷氧基封端的甲基乙烯基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的甲基乙烯基聚硅氧烷、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的甲基乙烯基苯基硅氧烷、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基乙烯基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物、包含R₃SiO_1/2和SiO_4/2单元的聚硅氧烷、包含RSiO_3/2单元的聚硅氧烷、包含R₂SiO_2/2和RSiO_3/2单元的聚硅氧烷、包含R₂SiO_2/2、RSiO_3/2和SiO_4/2单元的聚硅氧烷以及两种或更多种前述聚硅氧烷的混合物。R代表取代和未经取代的单价烃基，例如烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基；芳基，如苯基、甲苯基和二甲苯基；芳烷基，如苄基和苯乙基；以及卤代烷基，如3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基，条件是每个分子中至少两个R基是链烯基。

LSR或LIM体系的“B”组分包含一种或多种每个分子含至少两个与硅键合的氢原子且挤出速率小于约500克/分钟的聚硅氧烷。氢可以键合在分子链末端和/或键合成分子链的侧基。其它与硅键合基团例如是如下的有机基团：非链烯基、取代和未经取代的单价烃基，例如烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基；芳基，如苯基、甲苯基和二甲苯基；芳烷基，如苄基和苯乙基；以及卤代烷基，如3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基。示例性的取代基是甲基和苯基。

含氢聚硅氧烷组分可具有直链、部分支化的直链、支化链、环状、网状分子结构，或者可以是两种或更多种具有所列举分子结构的聚硅氧烷的混合物。含氢聚硅氧烷的实例有三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢聚硅氧烷、三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物、三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷、二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢聚硅氧烷、二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物、二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物以及二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基苯基聚硅氧烷。

含氢聚硅氧烷组分以足以固化组合物的量加入，尤其以含链烯基聚硅氧烷中每个链烯基对应约0.5～约10个与硅键合氢原子的量加入。

聚硅氧烷组合物还包含一般作为组分“A”的一部分的催化剂如铂以加速固化。可以使用称作氢化硅烷化反应催化剂的铂和铂化合物，例如铂黑、在氧化铝上的铂粉末、在二氧化硅上的铂粉末、在碳上的铂粉末、氯铂酸、氯铂酸铂-烯烃配合物的醇溶液、铂-链烯基硅氧烷配合物以及由上述铂加成反应催化剂在热塑性树脂如甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷等中的分散体的微粒化所提供的催化剂。也可以使用催化剂的混合物。催化剂固化本组合物的有效量一般是以链烯基和氢组分总量为基准计算为10^-7～10^-3份(重量)铂金属。

该组合物还任选地包含一种或多种粘度低于或等于约1000厘泊，尤其低于或等于约750厘泊，更尤其低于或等于约600厘泊，最尤其低于或等于约500厘泊的聚硅氧烷流体。聚硅氧烷流体的粘度也可大于或等于约100厘泊。加入聚硅氧烷流体组分的目的是降低组合物的粘度，从而可以实现增加的填料载量、增强的填料润湿性和更好的填料分布中的至少一种效果，而且得到具有较低的电阻和电阻率值的固化组合物。使用聚硅氧烷流体组分还可以减小电阻值对温度的依赖性和/或减小电阻和电阻率值随时间的变化。使用聚硅氧烷流体组分省去在加工过程中对除去流体的额外步骤以及在使用过程中可能的放气和稀释剂迁移。聚硅氧烷流体不应该抑制组合物的固化反应，即加成反应，但它可以参与或可以不参与固化反应。

非反应性聚硅氧烷流体具有高于约500°F(260℃)的沸点，而且可以是支化或直链的。非反应性聚硅氧烷流体包含例如如下与硅键合的非链烯基有机基团：取代和未经取代的单价烃基，例如烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基；芳基，如苯基、甲苯基和二甲苯基；芳烷基，如苄基和苯乙基；以及卤代烷基，如3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基。示例性的取代基是甲基和苯基。因此，非反应性聚硅氧烷流体可包含R₃SiO_1/2和SiO_4/2单元、RSiO_3/2单元、R₂SiO_2/2和RSiO_3/2单元或R₂SiO_2/2、RSiO_3/2和SiO_4/2单元，其中R代表选自下面的取代和未经取代的单价烃基：烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基；芳基，如苯基、甲苯基、二甲苯基；芳烷基，如苄基、苯乙基；卤代烷基，如3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基。由于非反应性聚硅氧烷是流体，而且具有明显更高的沸点(高于约230℃(500°F))，所以可允许加入更高量的填料，但不会迁移或放气。非反应性聚硅氧烷流体的实例包括Dow Corning Corporation的DC200。

反应性聚硅氧烷流体与含链烯基的聚硅氧烷和具有至少两个与硅键合的氢原子的聚硅氧烷共固化，并因此本身可以含有链烯基或与硅键合的氢基团。这类化合物的结构与前面针对含链烯基的聚硅氧烷和具有至少两个与硅键合氢原子的聚硅氧烷所述的相同，但它还具有低于或等于约1000厘泊(cps)，尤其低于或等于约750cps，更尤其低于或等于约600cps，最尤其低于或等于约500cps的粘度。在一个实施方案中，反应性聚硅氧烷流体的沸点高于加成固化反应的固化温度。

聚硅氧烷流体组分以允许加入、混合和润湿更高量的导电填料和/或方便引入导电颗粒，例如方便解缠和/或分散的有效量存在。在一个实施方案中，聚硅氧烷流体组分在组合物内的加入量是：对于每100重量份总量的每分子具有至少两个链烯基的聚硅氧烷、其量有效地使组合物固化的含至少两个与硅键合氢原子的聚硅氧烷和催化剂，加入约5～约50重量份。聚硅氧烷流体组分的用量尤其大于或等于约5重量份，更尤其大于或等于约7.5重量份，甚至更尤其大于或等于约10重量份。对于每分子含至少两个链烯基的聚硅氧烷、其量有效地使组合物固化的含至少两个与硅键合氢原子的聚硅氧烷和催化剂的总量，聚硅氧烷流体组分少于或等于约50重量份，更尤其少于或等于约25重量份，更尤其少于或等于约20重量份也是合适的。

聚硅氧烷泡沫还可以任选地包含可固化的聚硅氧烷凝胶制剂。有机硅凝胶是轻度交联的流体或欠固化的弹性体。它们的独特之处在于它们从触感很软和发粘直到中等柔软和仅略微发粘。使用凝胶制剂降低组合物的粘度，从而可以实现增加的填料载量、增强的填料润湿和/或更好的填料分布中的至少一种效果，而且得到具有较低的电阻和电阻率值和增加柔软度的固化组合物。适用的凝胶制剂可以是双组分可固化制剂或单组分制剂。双组分可固化凝胶制剂的组分与以上针对LSR体系(即每个分子含至少两个链烯基的有机聚硅氧烷和每个分子含至少两个与硅键合的氢原子的有机聚硅氧烷)所述的类似。主要差别在于不存在填料，以及与硅键合氢基(Si-H)与链烯基之摩尔比通常小于1且可改变，以产生具有固化凝胶的松散度和柔软度的“欠交联”聚合物。具体地，与硅键合氢原子与链烯基之比小于或等于约1.0，尤其小于或等于约0.75，更尤其小于或等于约0.6，最尤其小于或等于约0.1。合适双组分硅凝胶制剂的实例是可从DowCorning Corporation商购的

527凝胶。

聚硅氧烷泡沫可以如前所述仅使用底部载体或使用底部载体和顶部载体进行流延和加工。

排列的导电颗粒的存在允许使用较少量的导电填料制成具有优良导电性的聚合物泡沫。填料用量较少使得泡沫具有改进的物理性能，尤其是压缩永久变形性和/或柔软性。这些特性使聚合物泡沫可以用作很多制品，如衬垫材料、电接地垫、电池接触导电弹簧元件等，尤其是需要电磁和/或无线电屏蔽或静电消除性能的情况。这些材料可用在需要密封、吸震和/或缓冲以及导电性的情况。如果导电填料还导热，或如果存在导电和导热的填料，则泡沫层也可以用来提供导热性。在一个实施方案中，可以使用导热填料代替导电填料来提供具有导热性的层。

导电泡沫也可以与或不与导电层(如铜箔)和图案化非导电粘合剂一起使用。如已知的，非导电粘合剂因它们的成本远低于导电粘合剂是期望的。前述制品构型允许泡沫层与导电层之间电连接并使用较便宜的粘合剂。在另一个实施方案中，固化聚合物泡沫的配方通过已知方法调节，以使聚合物泡沫具有粘附性。可以得到导电泡沫粘合剂。

这些制品适用于很多商业应用，如手机，掌上电脑，计算机，医疗诊断设备，电子产品如卡带机和DVD机以及迄今为止仅使用金属片和金属化网的其它商品。其它应用包括机动车、船舶和航空器。

排列的导电颗粒的使用使得能够制得100psi压力下体积电阻率约10^-3Ω-cm～10³Ω-cm的导电聚合物泡沫。在该范围内，体积电阻率可以小于或等于约10²Ω-cm，更尤其小于或等于约10Ω-cm，最尤其小于或等于约1Ω-cm。

在一个实施方案中，聚合物泡沫提供大于或等于约50分贝(dB)，尤其大于或等于约70dB，甚至更尤其大于或等于约80dB的电磁屏蔽。测量电磁屏蔽的一种方法是MIL-G-83528B中所述的。

在特定实施方案中，聚合物泡沫的体积电阻率小于或等于约1Ω-cm，电磁屏蔽大于或等于约80dB。

在另一个实施方案中，泡沫还具有下面性能中的至少一种：25％形变的压缩力(CFD)为约0.007～约10.5kg/cm²(约0.1～约150psi)；断裂伸长率大于或等于约20％；压缩永久变形(50％)小于或等于约30％，以及体积密度约1～约125pcf。

形变压缩力(CFD)所反映的模量在Instron上测定：使用堆叠到最小0.6cm(0.250英寸)，通常约0.9cm(0.375英寸)的5×5cm冲切试样，每批或每次试验用两堆，并且Instron底部安装9090kg(20,000lb)载荷传感器。CFD通过计算按照ASTM D1056将试样压缩到原厚度的25％所需的力(单位为lb/in²(psi))来测得。

拉伸强度和伸长率利用装有20kg(50lb)载荷传感器的Instron并根据厚度和密度在4.5～9.0kg范围进行测量。拉伸强度按断裂时的力的大小(以kg/cm²为单位)除以试样厚度并乘以2计算。伸长率记录为伸长百分数。

已经发现，当泡沫内孔的平均直径接近泡沫层的厚度时，即单个孔可以跨越泡沫的第一表面与相反第二表面之间的距离时，发泡泡沫具有改进的导电性。不受理论的限制，认为当孔在z方向上的直径接近泡沫厚度时，更易形成连续柱。同样不受理论的限制，认为发泡期间孔筋形成倾向于聚集颗粒并使颗粒取向进孔间的筋内，由此形成给泡沫带来导电性的柱。在一个实施方案中，各个柱由颗粒单链组成，这些颗粒链与其它颗粒链彼此隔开。当各个链由2～12个，尤其3～8个导电颗粒组成时，实现良好的导电性。

为了使泡沫具有良好的机械性能，尤其是泡沫片材的良好密封性，泡沫的孔直径是约20～约500μm，优选约20～约300μm。因此泡沫的最佳孔直径是泡沫片材的所需厚度与所需密封能力之间的折衷。

下列示例性而非限制性的实施例说明本文所述的电磁屏蔽和/或静电消除和/或导电聚合物泡沫的各种实施方案中的一些方案的组合物及其制造方法。

实施例

以下试验用来测定导电性。如已知的，体积电阻率和静电屏蔽的具体值将取决于具体试验方法和条件。例如，已知体积电阻率和屏蔽效率可以随试验期间施加到试样上的压力而变化。测量下面试样的体积电阻率的适用电设备和试验固定装置如下。该固定装置是具有2.5cm×2.5cm(1英寸×1英寸)镀金方板和电触头的定制压机。该固定装置配有使得操作者可以控制和调节施加到试样表面上的力的数字测力计。电源能够为试样表面提供0～2安培的电流。试样两端的电压降和欧姆值利用HP 34420A Nano Volt/Micro Ohmmeter测量。将该固定装置的电子部件预热，而且在使用HP 34420A的情况下进行内部标准检查。将试样于试验环境条件平衡24小时。合适的试验环境是50％相对湿度(％RH)和23℃(70°F)室温。将待测试样放在试验固定装置的压板之间并对表面施加载荷。所施载荷依赖于被测试样的类型：试验软泡沫时使用小载荷，试验实心体时使用约63,279～约210,930kg/m²(90～300psi)的载荷。一旦已施加载荷，就对试样施加电流并测量通过试样厚度的电压降。适合的试验包括在4个不同安培设定值，即0.5、1.0、1.6和2.0安培下进行测量。对于导电复合材料，所有4个安培设定值下得到的体积电阻率计算值接近。体积电阻率计算如下：

体积电阻率(Ω-cm)＝(E/I)＊(A/T)

其中E＝电压降(V)，I＝电流(安培)，A＝面积(cm²)和T＝厚度(cm).

对弹性体试样，类似进行体积电阻率测量：切取矩形试样，两端涂银漆，使漆干燥，并用伏特计进行电阻测量。

制备一系列在Dow Corning的两种不同聚硅氧烷树脂制剂中具有100％镍(“Ni”)球和涂有不锈钢的镍(“Ni-ss”)球的泡沫。试验1～4经过磁场(750高斯，1分钟)作用。试验5中没有使用磁场。条件和性能示于表1。

表1

对于约500～800μm的层厚，表1中的泡沫组合物表现出良好的导电性。意外的是，在所述层没有暴露于磁场的试验5中也观察到明显的导电性。试验5的体积电阻率是暴露于磁场中的相当层(试验1和2)的体积电阻率的约2倍。

如本文所用，术语“第一”、“第二”等并不表示任何次序、量或重要性，而是用来区分一个要素与另一个要素。使用量词时并不表示对量的限制，而是表示存在至少一个所提到的项。与数量一起使用的修饰词“约”包括所述值并具有上下文所确定的意思(例如，包括与特定量的测量相关的误差程度)。本说明书中所公开的所有范围都包括所述的端点，而且可以独立地组合。所有参考文献都全文引于此供参考。

虽然已参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解：在不偏离本发明的范围下可以进行各种改变，而且其中的要素可以替换为等同物。此外，在不偏离本发明的基本范围下可以进行很多修改以使具体情况或材料适合本发明的教导。因此，旨在不将本发明限于作为实施本发明最佳方式所公开的具体实施方案。

Claims (23)

1.一种发泡的聚合物泡沫层，包括：

第一表面和相反的第二表面；

在聚合物泡沫层的第一表面与相反第二表面之间的多个孔，其中聚合物泡沫层在第一表面与相反第二表面之间的厚度是所述多个孔平均高度的1.0～1.5倍；和

在聚合物泡沫层的第一表面与相反第二表面之间排列成基本连续地跨越所述泡沫的多个柱的多个导电颗粒。

2.权利要求1的层，其中聚合物泡沫层在第一表面和相反第二表面之间的厚度是所述多个孔平均高度的1.0～1.4倍。

3.权利要求1的层，其中导电颗粒包含镍、银、金、铜、铝、钴、铁、铁、镍或包括至少一种前述金属的组合。

4.权利要求1的层，其中所述颗粒包含镍、银或镍与银的组合。

5.权利要求1的层，其中所述颗粒包括涂镍的铁颗粒、涂银的镍颗粒或包括至少一种前述类型颗粒的组合。

6.权利要求1的层，其包含2～30体积％导电颗粒。

7.权利要求1的层，其中导电颗粒的平均直径为20～300μm。

8.权利要求1的层，其中各个柱由2～12个导电颗粒的独立链组成。

9.权利要求1的层，其中各个柱由含3～8个导电颗粒的独立链组成。

10.权利要求1的层，其中所述颗粒没有从聚合物泡沫的表面突出。

11.权利要求1的层，其中聚合物泡沫是聚氨酯泡沫、聚硅氧烷泡沫或包括至少一种前述泡沫的组合。

12.权利要求1的层，其中聚合物泡沫层的电磁屏蔽能力大于或等于约50dB。

13.权利要求1的层，其中聚合物泡沫层在689kPa下的体积电阻率为约10^-3Ω-cm～约10³Ω-cm。

14.权利要求1的层，其中聚合物泡沫层按ASTM 1056测定的25％形变下的形变压缩力值为约70～约10,500kg/m²。

15.权利要求1的层，其中所述泡沫是化学发泡的。

16.一种制备聚合物泡沫层的方法，所述方法包括：

形成具有第一表面和相反第二表面的层，所述层包含：

聚合物泡沫前体组合物；和

包含多个导电颗粒的填料组合物；和

将所述泡沫前体组合物发泡，以在所述层内形成多个孔并使导电颗粒在所述层的第一表面与相反第二表面之间排列成多个柱；以及

固化发泡的层，其中固化层的厚度是固化层中所述多个孔的平均高度的1.0～1.5倍。

17.权利要求16的方法，其中泡沫流延到第一载体基材上。

18.权利要求17的方法，还包括在泡沫的与第一载体基材相反的那侧上设置第二载体基材。

19.权利要求18的方法，包括在设置第二载体基材之后使泡沫发泡。

20.一种制备聚硅氧烷泡沫的方法，包括：

挤出包含带氢化物取代基的聚硅氧烷聚合物、发泡剂、铂基催化剂和包含多个导电颗粒的填料组合物的混合物；和

将所述混合物发泡和固化，以使导电颗粒在泡沫的第一表面与相反第二表面之间排列成基本连续地跨越所述泡沫的多个柱，其中泡沫的厚度是固化层中所述多个孔平均高度的1.0～1.5倍。

21.一种制备聚合物泡沫的方法，包括：

将包含带氢化物取代基的聚硅氧烷聚合物、发泡剂、铂基催化剂和多个导电颗粒的组合物计量供给和/或流延到模具或连续涂覆生产线；

将所述组合物发泡，以得到具有第一表面和相反第二表面的泡沫并使导电颗粒在泡沫的第一表面和第二表面之间排列成基本连续地跨越所述泡沫的多个柱，其中泡沫的厚度是固化层中所述多个孔的平均高度的1.0～1.5倍。

22.一种包括权利要求1的泡沫层的制品。

23.权利要求22的制品，其形式是用于电磁屏蔽的垫、接地板或电池接触导电弹簧元件。

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