DE19964364A1 - Thermoplastischer Formkörper, der Kohlefasern enthält - Google Patents

Thermoplastischer Formkörper, der Kohlefasern enthält

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Abstract

Formkörper, umfassend: DOLLAR A (1) 70 bis 99,5 Gew.-% eines thermoplastischen Harzes und DOLLAR A (2) 0,5 bis 30 Gew.-% Kohlefasern, DOLLAR A wobei die Kohlefaser folgendes umfaßt: DOLLAR A (a) Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in einer Menge von 0,1 bis 4,7 Gew.-%; DOLLAR A (b) Kohlefasern mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 10,7 Gew.-%, und DOLLAR A (c) Kohlefasern mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 14,6 Gew.-%; wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Formkörper, der ein thermoplastisches Harz umfaßt, das Kohlefasern enthält. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Formkörper, der ein thermoplastisches Harz und Kohlefasern umfaßt und der ausgezeichnet hinsichtlich des Aussehens, der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Eigenschaften ist.
  • Aufgrund der raschen Ausbreitung elektrischer Geräte nimmt das Bedürfnis nach einer Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung zu, indem man die Gehäuse von PCs, Mobiltelefonen, Autoteilen und dergleichen leitfähig macht, um die schlechten Wirkungen zu verhindern, die mit den durch die elektrischen Geräte verursachten elektromagnetischen Feldern verbunden sind. Bei integrierten Schaltkreisen (IC) wird der IC-Tray, der einen IC enthält, herkömmlicherweise aus thermoplastischen Harzen mit guter Formbarkeit hergestellt. Um den IC vor den schädlichen Wirkungen statischer Elektrizität zu schützen, ist es notwendig, die IC-Trays aus einem leitfähigen thermoplastischen Harz herzustellen, das ihnen eine antistatische Funktion verleiht. Weiterhin werden die Metallteile von Spulen für Magnetbänder und Papierzufuhrrollen für Kopierer zur Zeit durch formbare thermoplastische Harze ersetzt. Entsprechend gibt es ein zunehmendes Bedürfnis, die Cassettenspulen und Papierzufuhrrollen leitfähig zu machen, um statische Elektrizität zu verhindern.
  • Zu den Versuchen, thermoplastische Formkörper leitfähig zu machen, gehört die Verwendung leitfähiger Polymerharze. Leitfähige Polymerharze sind jedoch sehr teuer und für die praktische Verwendung nicht geeignet. Entsprechend werden auf dem Markt erhältliche herkömmliche thermoplastische Harze verwendet, um Formkörper leitfähig zu machen. Zwei typische Verfahren werden verwendet, um den gewöhnlichen thermoplastischen Formkörper leitfähig zu machen. Das erste umfaßt die Bildung einer leitfähigen Hülle auf der Oberfläche eines thermoplastischen Formkörpers durch Plattieren oder Aufdampfen. Das zweite umfaßt das Mischen von leitfähigen Materialien, wie einem Metallpulver, Metallfaser, Ruß oder Kohlefaser, mit dem thermoplastischen Harz und das Formen des Verbundstoffharzes zu einem Formkörper.
  • Von den obigen zwei Verfahren ist das erste hinsichtlich der Produktivität unterlegen, da es zwei Schritte umfaßt, d. h. einen Schritt des Formens und einen Schritt des Bildens einer leitfähigen Hülle. Andererseits ist das zweite produktiver, da es nur einen Schritt, d. h. einen Schritt des Formens, umfaßt.
  • Bei dem Verfahren des Mischens von leitfähigen Materialien mit einem thermoplastischen Harz liegen die leitfähigen Materialien im allgemeinen in Form von Pulvern oder Fasern vor. Wenn die leitfähigen Materialien und das Harz in gleichen Anteilen miteinander gemischt werden, zeigt ein Formkörper, der faserige Materialien enthält, eine bessere Leitfähigkeit als einer, der pulverförmige Materialien enthält. Im Hinblick auf die Tatsache, daß Leitfähigkeit über die gesamte Länge des Formkörpers ein kontinuierliches leitfähiges Medium zwischen den elektrischen Kontakten erfordert, muß die elektrische Ladung in der Lage sein, den Zwischenraum zwischen den einzelnen leitfähigen Fasern/Teilchen, die im thermoplastischen Harz dispergiert sind, zu überqueren, und daher ist es bei den Materialien in Form einer Faser wahrscheinlicher, daß sie miteinander in "elektrischem Kontakt" sind als bei denen in Form von Pulver. Daraus folgt natürlicherweise, daß längere Fasern eine bessere Leitfähigkeit ergeben als kürzere Fasern. Wie oben erklärt, ist bekannt, daß Kohle- und Metallfasern eine gute Leitfähigkeit bewirken. Von diesen ist eine Kohlefaser mit ausgezeichneter Affinität zum Harz, insbesondere eine lange Kohlefaser, am meisten zu bevorzugen, da sie eine in hohem Maße leitfähige Funktion bewirkt.
  • Herkömmliche Verfahren, um Formkörper unter Verwendung langer Kohlefasern leitfähig zu machen, werden in zwei Typen eingeteilt.
  • Das erste Verfahren umfaßt die Schritte des Zerkleinerns eines Rovings der Kohlefaser, des Mischens der zerkleinerten Kohlefaser mit einem thermoplastischen Harz in der Schmelze unter Verwendung eines Extruders, so daß man ein Granulat erhält, das die Kohlefasern enthält, und dann des Formens des Granulats zu einem Formkörper. Der erhaltene Formkörper hat jedoch gewöhnlich nicht die erforderlichen Eigenschaften, insbesondere eine gute Abschirmung elektromagnetischer Störungen, da eine gleichmäßige Verteilung und ausreichende Länge der Kohlefaser in dem Formkörper nicht erhalten werden kann.
  • Um die mit dem obigen Verfahren verbundenen Mängel zu vermeiden, wurde ein zweites Verfahren vorgeschlagen. Dieses zweite Verfahren umfaßt die Schritte des Beschichtens eines Rovings der Kohlefaser mit einem geschmolzenen Harz, wobei man entweder einen Extruder oder ein Bad verwendet, während das Roving durch Spannung ausgerichtet wird, des Zerschneidens des mit dem Harz beschichteten Rovings zu einem Granulat und des Formens des resultierenden Granulats, so daß man einen Formkörper erhält. Zum Beispiel wurde gemäß diesem Verfahren ein Formkörper vorgeschlagen, in dem die Kohlefaser eine relativ große Länge beibehält (Japanische Patentschrift Nr. 5-26828). Insbesondere umfaßt der Formkörper ein thermoplastisches Harz und 5 bis 35 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Teile des Harzes, einer Kohlefaser mit einer Länge von 1,5 bis 15 mm (die 5 bis 35 Teile der Kohlefaser entsprechen 4,8 bis 26 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser). Beim Vergleich mit dem gemäß dem ersten Verfahren erhaltenen Formkörper ergibt sich, daß die Festigkeit und die Abschirmung elektromagnetischer Störungen bei dem nach dem zweiten Verfahren erhaltenen Formkörper verbessert sind. Diese Verbesserungen sind jedoch nicht ausreichend, um das derzeitige Bedürfnis nach noch höherer Festigkeit und besseren Abschirmungseigenschaften zu befriedigen. Außerdem haben diese Formkörper, die Kohlefasern enthalten, die entweder länger sind oder in einer höheren Konzentration vorliegen, bei dem Versuch, eine ausgezeichnete Festigkeit und Abschirmung elektromagnetischer Störungen zu erreichen, ein so schlechtes Aussehen erhalten, daß man sie nicht für praktische Verwendungen einsetzen könnte.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Formkörper bereit, umfassend:
    • 1. 70 bis 99,5 Gew.-% eines thermoplastischen Harzes und
    • 2. 0,5 bis 30 Gew.-% Kohlefasern,
      wobei die Kohlefaser folgendes umfaßt:
      • a) Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in einer Menge von 0,1 bis 4,7 Gew.-%;
      • b) Kohlefasern mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 10,7 Gew.-%; und
      • c) Kohlefasern mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 14,6 Gew.-%; wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen.
  • Ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Formkörper mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften, ausgezeichnetem Aussehen und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit zu erhalten.
  • Es wurde gefunden, daß ein thermoplastischer Formkörper mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften, ausgezeichnetem Aussehen und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit erhalten werden kann, indem man die Menge der darin dispergierten langen Kohlefasern anpaßt.
  • Das thermoplastische Harz der vorliegenden Erfindung kann beliebig ausgewählt werden aus den thermoplastischen Harzen, die herkömmlicherweise als Formmaterialien eingesetzt wurden. Zu diesen thermoplastischen Harzen gehören ein Styrolharz, ein Polyphenylenetherharz, ein Polyolefinharz, ein Polyvinylchloridharz, ein Polyamidharz, ein Polyesterharz, ein Polyacetalharz, ein Polycarbonatharz, ein Acrylharz und dergleichen.
  • Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Styrolharzen gehören Homopolymere, wie solche von Styrol und α-Methylstyrol, sowie Copolymere, die die obigen Monomere und gegebenenfalls noch weitere ungesättigte Monomere, die mit diesen copolymerisierbar sind, enthalten. Insbesondere sind für die vorliegende Erfindung unter anderem geeignet Allzweck-Polystyrol (GPPS), hochschlagzähes Polystyrol (HIPS), wärmeresistentes Polystyrol, wie ein Homopolymer oder Copolymer, das α-Methylstyrol umfaßt, ein ABS-Harz (ein Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer), ein Acrylnitril/Butadien/Styrol/α-Methylstyrol-Copolymer (wärmeresistentes ABS des α-Methylstyrol-Typs), ein Acrylnitril/Butadien/Styrol/Phenylmaleinimid-Copolymer (wärmeresistentes ABS des Phenylmaleinimid-Typs), ein Acrylnitril/Styrol-Copolymer (AS), ein Acrylnitril/Chlorpolystyrol/Styrol-Copolymer (ACS), ein Acrylnitril/Ethylen-Propylen-Kautschuk/Styrol-Copolymer (AES), ein Acrylatkautschuk/Acrylnitril/Styrol-Copolymer (AAS), syndiotaktisches Polystyrol (SPS) und dergleichen. Weiterhin kann ein Gemisch der obigen Styrolharze verwendet werden.
  • Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polyphenylenethern (PPE) gehören Homopolymere, wie Poly(2,6-dimethyl-1,4- phenylen)ether und Poly(2-methyl-6-ethyl-1, 4-phenylen)ether und Copolymere davon. Außerdem kann PPE für die Verwendung auch mit Styrolharzen modifiziert sein.
  • Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyolefinharze sind Homopolymere, die α-Olefine umfassen, wie Ethylen, Propylen, 1-Buten, 3-Methyl-1-buten, 3-Methyl-1-penten und 4-Methyl- 1-penten, sowie Copolymere, die diese Monomere sowie gegebenenfalls weitere, damit copolymerisierbare ungesättigte Monomere umfassen. Beispiele dafür sind Polyethylene, wie Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen geringer Dichte, lineares Polyethylen geringer Dichte, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, ein Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, ein Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer und ein Ethylen/α- Olefin-Copolymer, die unter Verwendung eines Metallocen- Katalysators erhältlich sind, wie ein Ethylen/Octen-1- Copolymer, Polypropylene, wie ataktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, isotaktisches Polypropylen, ein Propylen/Ethylen-Blockcopolymer und ein statistisches Propylen/Ethylen-Copolymer, Polymethylen-1-penten und dergleichen.
  • Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyvinylchloridharze sind ein Vinylchlorid-Homopolymer und ein Copolymer, das Vinylchlorid und damit copolymerisierbare ungesättigte Monomere umfaßt. Beispiele dafür sind ein Vinylchlorid/Acrylat-Copolymer, ein Vinylchlorid/Methacrylat-Copolymer, ein Vinylchlorid/ Ethylen-Copolymer, ein Vinylchlorid/Propylen-Copolymer, ein Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymer, ein Vinylchlorid/Vinylidenchlorid-Copolymer und dergleichen. Die Polyvinylchloridharze können chloriert sein, um den Chloridgehalt für die Verwendung zu erhöhen.
  • Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyamidharze sind Nylon-6, Nylon-6, 6, Nylon-6,10, Nylon-6,12, Nylon-12 und dergleichen. Nylon-6 wird durch Ringöffnungspolymerisation von Caprolactam erhalten. Nylon-6, 6, Nylon-6,10, Nylon-6,12 und dergleichen werden durch Polykondensation von aliphatischem Diamin und aliphatischer Dicarbonsäure sowie gegebenenfalls Copolykondensation von aromatischem Diamin und aromatischer Dicarbonsäure erhalten.
  • Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyesterharze können durch Polykondensation einer aromatischen Dicarbonsäure und eines Alkylenglycols, wie Ethylenglycol, Propylenglycol und Butylenglycol, erhalten werden. Insbesondere seien genannt Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylenterephthalat (PPT), Polybutylenterephthalat (PBT) und dergleichen.
  • Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Acetalharzen gehören ein Polyoxymethylen-Homopolymer, ein Formaldehyd/Ethylenoxid-Copolymer, das aus Trioxan und Ethylenoxid erhalten wird, und dergleichen.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polycarbonatharze können aus Homopolycarbonaten und Copolycarbonaten ausgewählt werden. Insbesondere seien genannt Polycarbonate des 4,4'-Dihydroxydiarylalkan-Typs, des Bisphenol-A-Typs, des modifizierten Bisphenol-A-Typs und des flammhemmenden Bisphenol-A- Typs.
  • Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Acrylharzen gehören Homopolymere von Methacrylat und Acrylat sowie Copolymere, die diese Monomere und gegebenenfalls andere, damit copolymerisierbare ungesättigte Monomere umfassen. Zu den Methacrylat- und Acrylat-Monomeren gehören Methylmethacrylat, Methyl- acrylat, Ethylmethacrylat, Ethylacrylat, n-Propyl-, Isopropyl-, Butylester und dergleichen. Als typisches Acrylharz, das in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, sei ein Methacrylharz (PMMA) genannt.
  • Die oben genannten thermoplastischen Harze können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Weiterhin können in diese thermoplastischen Harze ein Hitzestabilisator, ein UV-Absorber, ein Lichtstabilisator, ein Antioxidans, ein Weichmacher, ein Formentrennmittel, ein Gleitmittel, ein flammhemmendes Mittel, ein Färbemittel, wie ein Farbstoff und ein Pigment, und dergleichen eingebaut sein. Um eine höhere Leitfähigkeit zu erreichen, können auch andere leitfähige Materialien eingesetzt werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kohlefaser kann unter Verwendung verschiedener Rohstoffe, wie Polyacrylnitril und Pech, hergestellt werden. Weiterhin kann eine Kohlefaser eingesetzt werden, deren Oberfläche mit einem leitfähigen Metall beschichtet ist. Die leitfähige Metallbeschichtung kann durch Plattieren oder Tauchen gebildet werden, um die Leitfähigkeit der resultierenden Formkörper zu verbessern. Der Durchmesser der Kohlefaser beträgt vorzugsweise 2 bis 10 µm. Wenn der Durchmesser kleiner als 2 µm ist, ist es unwahrscheinlich, daß die Kohlefasern gleichmäßig in dem Formkörper dispergiert sind. Wenn er größer als 10 µm ist, ist es schwierig, die Länge der im Formkörper enthaltenen Kohlefasern zu steuern, da die Fasern während des Formvorgangs leicht in kleine Stücke zerbrechen oder pulverartige Materialien bilden.
  • In der vorliegenden Erfindung beträgt der Kohlefasergehalt des Formkörpers 0,5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 25 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von thermoplastischem Harz und Kohlefaser. Wenn der Gehalt geringer als 0,5 Gew.-% ist, ist es schwierig, den Formkörper leitfähig zu machen. Wenn er mehr als 30 Gew.-% beträgt, nimmt die Fließfähigkeit wahrscheinlich ab, und der Formkörper bekommt ein schlechtes Aussehen. Weiterhin ist es notwendig, daß der Gehalt an der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm 0,1 bis 4,7 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge von thermoplastischem Harz und Kohlefaser. Wenn der Gehalt an der 1,5 mm langen Kohlefaser kleiner als 0,1 Gew.-% ist, ist die Leitfähigkeit des resultierenden Formkörpers gering. Wenn er mehr als 4,7 Gew.-% beträgt, hat der resultierende Formkörper nicht nur ein schlechtes Aussehen, was seinen kommerziellen Wert reduziert, sondern außerdem nimmt seine Leitfähigkeit ab, obwohl der Gehalt der Kohlefaser in dem Harz derselbe ist. Mit anderen Worten, wenn die Kohlefasern zu lang sind, besteht die Tendenz, daß die Scherspannung reduziert wird, so daß sich die Kohlefasern in dem thermoplastischen Harz lokalisieren, d. h. nicht gleichmäßig verteilt sind. Als Ergebnis wird das Aussehen des Formkörpers aufgrund von freiliegenden Kohlefasern verschlechtert, und die Agglomeration der Kohlefasern verleiht der Oberfläche eine rauhe Textur, und ihre Leitfähigkeit wird trotz des gleichen Kohlefasergehalts gering, da die Lokalisierung der Kohlefasern bewirkt, daß der von der Ladung zu überquerende Zwischenraum zu groß ist.
  • Wie oben beschrieben, umfaßt der Formkörper der vorliegenden Erfindung: (a) die Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) die Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) die Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm, in Anteilen von 0,1 bis 4,7 Gew.-%, 0,2 bis 10,7 Gew.-% bzw. 0,2 bis 14,6 Gew.-%, wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) beträgt vorzugsweise 1/0,5-2,5/0,5-3,0, noch mehr bevorzugt 1/1,0-2,5/0,8-3,0. Ein bemerkenswertes Merkmal der vorliegenden Erfindung, ist die Tatsache, daß es möglich ist, einen Formkörper mit einer ausgezeichneten Ausgewogenheit von mechanischer Festigkeit, Aussehen und Leitfähigkeit herzustellen, wenn die Kohlefasern in der oben angegebenen Weise dispergiert sind. Der Grund dafür mag. sein, daß die längeren und die kürzeren Fasern sich innig ineinander verschlingen.
  • In der vorliegenden Erfindung können entweder nackte oder beschichtete Kohlefasern verwendet werden. Vorzugsweise werden Kohlefasern verwendet, die mit einem Harz beschichtet sind, das mit dem Matrixharz verträglich ist. Wenn ein Kohlefaserroving verwendet wird, wird vorzugsweise die Oberfläche entweder jedes Filaments des Rovings, von mehreren Filamenten oder des gesamten Rovings mit einem Harz beschichtet, das mit dem Matrixharz verträglich ist. Unter dem Aspekt des bevorzugten gleichmäßigeren Dispergierens der Kohlefaser im Matrixharz wird vorzugsweise die Oberfläche jedes Filaments beschichtet. Jedes Harz, das eine Affinität zum Matrixharz aufweist, kann verwendet werden.
  • Zu den Harzen, die mit dem Matrixharz verträglich sind, gehören thermisch gehärtete Harze und thermoplastische Harze. Die thermisch gehärteten Harze können solche des Epoxy-Typs, des Urethan-Typs oder dergleichen sein. Bei den thermoplastischen Harzen kann es sich um ein Polyolefinharz oder dergleichen handeln. Unter dem Aspekt der industriellen Herstellung werden vorzugsweise Harze verwendet, die zurü Beschichten der Kohlefaser geeignet sind. Bei thermisch gehärteten Harzen wird die Kohlefaser mit einem Monomer der Harze beschichtet und dann mit einem Kopplungsmittel gehärtet. Bei thermoplastischen Harzen wird ein Harz nach einem Schmelzextrusionsverfahren oder einem Verfahren, das das Beschichten der Kohlefaser mit einer Lösung, einer wäßrigen Aufschlämmung oder Emulsion des Harzes mit anschließendem Trockungsschritt umfaßt, auf die Oberfläche der Kohlefaser aufgetragen. Das Schmelzextrusionsverfahren und das Verfahren, bei dem eine Emulsion des Harzes verwendet werden, sind unter industriellen und Umweltschutzaspekten zu bevorzugen.
  • Insbesondere umfaßt die oben genannte Emulsion eine Emulsion des Styroltyps, wie eine Styrol/Butadien-Copolymerharz-Emulsion. (SB-Latex), eine Acrylnitril/Styrol-Copolymerharz-Emulsion und eine Styrol/Acryl-Copolymer-Emulsion; eine Acrylemulsion, wie eine Methylmethacrylat-2-Ethylhexylacrylat/Butylacrylat-Copolymerharz-Emulsion; eine Emulsion des Ethylentyps, wie eine Ethylen/Vinylacetat-Copolymerharz-Emulsion und eine Methylen/Methacryl-Copolymerharz-Emulsion; eine Emulsion des Vinylacetattyps; eine Emulsion des Urethantyps; und dergleichen.
  • Vorzugsweise wird eine Emulsion gewählt, die sich gemäß den Typen der thermoplastischen Matrixharze auf die Kohlefaser auftragen läßt. Mit anderen Worten, eine Emulsion, die mit dem thermoplastischen Matrixharz ausreichend verträglich ist, wird bevorzugt. Ein Matrixharz, bei dem es sich um ein Polystyrolharz oder modifiziertes PPE handelt, und eine Styrol/Butadien- Copolymerharz-Emulsion werden bevorzugt. Für die folgenden Matrixharze, AS-, ABS-, PMMA-, PET- und PC-Harz, ist eine Acrylnitril/Styrol-Copolymerharz-Emulsion vorzuziehen. Wenn das Matrixharz ein Harz des Polyolefintyps oder POM ist, ist eine Ethylen/Vinylacetat-Copolymerharz-Emulsion vorzuziehen. Wenn das Matrixharz ein Polyamidharz ist, ist eine Emulsion des Urethantyps vorzuziehen. Als Emulsion können kommerziell erhältliche mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 70% unverändert oder nach Verdünnung verwendet werden.
  • Die Kohlefaser kann zum Beispiel mit dem Harz beschichtet werden, indem man eine Lösung oder Emulsion des Harzes auf ein Kohlefaserroving sprüht oder indem man ein Kohlefaserroving in eine Lösung oder Emulsion des Harzes eintaucht.
  • Die Beschichtung kann aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren Schichten bestehen, und sie kann gebildet werden, indem man das oben genannte Verfahren einmal oder mehrmals anwendet. Im Falle einer mehrschichtigen Beschichtung kann jede der Schichten aus demselben oder aus verschiedenen Harzen bestehen.
  • Die Kohlefaser, die mit einem thermisch gehärteten Harz, wie Epoxy oder Urethan, beschichtet ist, kann weiterhin mit einem thermoplastischen Emulsionsharz beschichtet werden.
  • Unter dem Aspekt der Dispergierbarkeit der Kohlefaser im Matrixharz und der Kosten der Rohstoffe beträgt die Menge des auf die Kohlefaser aufgetragenen Harzes vorzugsweise 0,5 bis 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt. Wenn die Menge des Harzes weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, ist es schwierig, eine gute Dispergierbarkeit zu erreichen. Wenn sie größer als 50 Gew.-% ist, ist sie kommerziell kaum konkurrenzfähig.
  • Der Formkörper kann nach den folgenden beiden Verfahren hergestellt werden.
    • 1. Bei einem Verfahren wird zum Formen des Formkörpers ein Granulat eingesetzt, das ein Matrixharz und eine Kohlefaser enthält. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte des Beschichtens des Kohlefaserrovings mit dem Matrixharz, des Zerschneidens des beschichteten Rovings zu einem Granulat und des Formens des resultierenden Granulats zu einem Formkörper, wobei es bei diesem Verfahren vorzuziehen ist, wenn das Kohlefaserroving mit einem Harz beschichtet wird, das mit dem Matrixharz verträglich ist, und wenn es gegebenenfalls getrocknet wird, bevor es mit dem Matrixharz beschichtet wird, und weiter mit dem Matrixharz beschichtet wird, vorzugsweise durch Extrusionsbeschichten mit anschließendem Zerschneiden zur Herstellung eines Granulats. Beim Formen des resultierenden Granulats kann dieses für sich oder zusammen mit zusätzlichem Granulat, das aus einem Matrixharz ohne Kohlefasern hergestellt ist, geformt werden. Das Harz ohne Kohlefasern kann das gleiche wie das auf die Kohlefaser aufgetragene thermoplastische Harz oder von diesem verschieden sein. Falls es verschieden ist, ist das Harz ohne Kohlefasern vorzugsweise mit dem auf die Kohlefaser aufgetragenen Harz verträglich und läßt sich nicht leicht abschälen.
    • 2. Bei dem anderen Verfahren werden beim Formen eine Kohlefaser, die nicht mit dem Matrixharz beschichtet ist, und ein Matrixharz eingesetzt. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte des Schneidens oder Zerkleinerns des Kohlefaserrovings, des Mischens der geschnittenen oder zerkleinerten Kohlefaser mit dem Matrixharz und des Formens des resultierenden Gemischs zu einem Formkörper. Vorzugsweise wird das Kohlefaserroving im voraus mit einem Harz beschichtet, das mit dem Matrixharz verträglich ist, und gegebenenfalls getrocknet, bevor es geschnitten oder zerkleinert wird. Bei dem mit der geschnittenen oder zerkleinerten Kohlefaser zu mischenden Matrixharz kann es sich um ein einzelnes Harz oder eine Kombination von Harzen handeln.
  • Die Länge der Kohlefaser vor dem Schritt des Formens ist einer der Faktoren, die die Länge oder Verteilung von Kohlefasern im Formkörper bestimmen. Mit anderen Worten, die Länge der Pellets, die das thermoplastische Matrixharz und die Kohlefaser umfassen, oder die der geschnittenen oder zerkleinerten Kohlefaser beeinflußt stark die Länge oder Verteilung von Kohlefasern im Formkörper. Die Länge der Kohlefasern vor dem Formen beträgt vorzugsweise 2 bis 20 mm, noch mehr bevorzugt 3 bis 7 mm. Wenn sie kleiner als 2 mm ist, bricht die Kohlefaser leicht in so kleine Stücke, daß die Leitfähigkeit des resultierenden Formkörpers reduziert sein kann. Wenn sie größer als 10 mm ist, bewirkt die Kohlefaser leicht eine Verbrückung am Einfülltrichter der Formmaschine, so daß die Produktivität reduziert sein kann.
  • Der Formkörper der vorliegenden Erfindung kann durch Extrusionsformen, Spritzgießen, Blasformen und dergleichen hergestellt werden.
  • Es gibt verschiedene Faktoren, um die Länge der Kohlefaser im Formkörper zu steuern. Von diesen sind die Länge der Kohlefaser vor dem Schritt des Formens und die Scherspannung während des Formens die Hauptfaktoren. Entsprechend kann die Länge der Kohlefaser im Formkörper eingestellt werden, indem man die Länge entweder der Pellets oder der zerkleinerten Kohlefaser, die Schmelzviskosität des Matrixharzes sowie die Formbedingungen, wie Formtemperatur, Gegendruck, Schneckenstruktur, Zahl der Schneckenumdrehungen pro Minute (U/min), Einspritzgeschwindigkeit, Düsenform, Angußform und Angußgröße, steuert.
  • Da die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Formkörper aus dem thermoplastischen Harz, das die Kohlefasern enthält, eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und ein ausgezeichnetes Aussehen haben, können sie wie folgt verwendet werden.
    • (1) Ein Formkörper mit einer Abschirmfunktion gegen elektromagnetische Störung
  • Der leitfähige Formkörper der vorliegenden Erfindung kann für Gehäuse oder innere Teile von elektronischen und elektrischen Geräten eingesetzt werden, wie PCs, elektronische Schreibmaschinen, CD-Player, tragbare Stereogeräte, Mobiltelephone, Sende- und Empfangsgeräte und Kameras sowie als innere Teile für Münzautomaten und dergleichen. In diesem Fall beträgt der Kohlefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 2 bis 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugsweise 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 4,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers beträgt vorzugsweise 10-4 bis 103 Ω.cm, noch mehr bevorzugt 10-4 bis 10 Ω.cm und am meisten bevorzugt 10-4 bis 1 Ω.cm.
    • (2) Harzwiderstand
  • Der leitfähige Formkörper der vorliegenden Erfindung kann für elektrische Harzwiderstände eingesetzt werden, wie einen Regelwiderstand und einen Widerstand für eine elektrische Schaltung, insbesondere für Widerstände mit hohem spezifischem Widerstand. In diesem Fall beträgt der Kohlefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1,0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugsweise 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers beträgt vorzugsweise 102 bis 1013 Ω.cm.
    • (3) Antistatisches Gleitteil
  • Der leitfähige Formkörper der vorliegenden Erfindung kann wegen seiner ausgezeichneten Abriebfestigkeit für gleitende Elemente verwendet werden, die während der Bewegung mit anderen Elementen in Kontakt sind, zum Beispiel Spulen für Magnetbänder, Papierzufuhrrollen für Kopierer, Lager für verschiedene rotierende Elemente und dergleichen. In diesem Fall beträgt der Kohlefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1,0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1, 5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugsweise 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 4,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers beträgt vorzugsweise 100 bis 1012 Ω.cm.
    • (4) IC-Tray
  • Der leitfähige Formkörper der vorliegenden Erfindung kann für einen IC-Tray für den IC-Transport verwendet werden. Der IC- Tray muß antistatisch sein, um einen IC vor statischer Elektrizität zu schützen. In diesem Fall beträgt der Kohlefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 0,5 bis 5,0 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1,0 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1, 5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugsweise 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Oberflächenwiderstand des Formkörpers beträgt vorzugsweise 102 bis 1010 Ω.
  • Um die Leitfähigkeit des Formkörpers der vorliegenden Erfindung zu verbessern, kann der Formkörper plattiert werden. Weiterhin kann der Formkörper elektrostatisch beschichtet werden, um den Oberflächenglanz zu verbessern.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführlicher beschrieben, die jedoch den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen.
  • Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen eingesetzten Geräte, Materialien, Meß- und Bewertungsverfahren sind wie folgt: 1. Granulator Trommelmischer: Doppelkegeltyp mit 20 bis 40 U/min. hergestellt von Nichiei Denki K. K., Japan
    Einschneckenextruder: VS-30, hergestellt von Tanabe Plastics K. K., Japan
    Doppelschneckenextruder: TEM-35B, hergestellt von Toshiba Machine Co., Ltd., Japan 2. Spritzgußmaschine Spritzgußmaschine-1: IS55EPN, hergestellt von Toshiba Machine Co., Ltd., Japan
    Spritzgußmaschine-2: IP1050, hergestellt von Komatsu Ltd., Japan 3. Thermoplastisches Harz HIPS: Styron® EXG11, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PMMA: Delpet® 80N, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    AS: Stylac® AS783, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    ABS-1: Stylac® ABS100, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    ABS-2: Stylac® ID32F, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PPE-1: Xyron® X9830, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PPE-2: Xyron® X9830, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PE-1: Suntec® HD.J340, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PE-2: Suntec® HD.J751, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PP: J-ALLOMER®, hergestellt von Japan Polyolefins Co., Ltd., Japan
    POM: Tenac® C4510, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan
    PA: Leona® 13005, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan 4. Mit dem Matrixharz verträgliches Harz (Schlichtemittel für Kohlefaser) SB-Emulsion: Styrol/Butadien-Copolymerharz-Latex (Feststoffgehalt: 40 Gew.-%)
    AS-Emulsion: Acrylnitril/Styrol-Copolymerharz-Latex (AN: 25%; Feststoffgehalt: 50 Gew.-%)
    EVA-Emulsion: Ethylen/Vinylacetat-Copolymerharz-Latex (Vinylacetat: 20%; Feststoffgehalt: 50 Gew.-%)
    Urethanemulsion: Urethanharzlatex (Feststoffgehalt: 40 Gew.-%) 5. Leitfähiges Material (Kohlefaser) Kohlefaserroving (CF-R): HTA-12K, hergestellt von Toho Rayon K. K., Japan
    Zerkleinerte Kohlefaser (C-CF): A6000, hergestellt von Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Japan
    • 6. Meß- und Bewertungsverfahren (a) Glanz
  • Aus einem thermoplastischen Harz wurde, falls notwendig, ein getrocknetes Granulat gebildet, das dann im allgemeinen Preßzyklus unter Verwendung der Spritzgußmaschine-1 spritzgegossen wurde, wobei die Zylindertemperatur so eingestellt war, daß sie für einen Einsatz des thermoplastischen Harzes ausreichte, und die Formtemperatur betrug 60°C, so daß man eine Platte mit einer Spiegeloberfläche (50 mm breit × 90 mm lang × 2,5 mm dick) erhielt. Der Glanz der resultierenden Platte wurde unter Verwendung eines tragbaren Glanzmessers, Modell HG-268, hergestellt von Suga Test Instruments Co., Ltd., Japan, bei einem Meßwinkel von 60° gemessen.
    • (b) Spezifischer Volumenwiderstand (Ω.cm)
  • Beide Endflächen der oben erhaltenen Platten, die sich an den Enden der Längsrichtung befanden, d. h. der Fließrichtung des Harzes beim Formen, wurden vollständig mit einer Silberpaste beschichtet und getrocknet, um den Widerstand (RL) mit einem Ohmmeter zu messen. Dann wurde der spezifische Volumenwiderstand R1 (Ω.cm) mit der Formel R1 = RL × AL/L berechnet (wobei AL: Querschnittsfläche; L: Länge).
    • (c-1) Spezifischer Oberflächenwiderstand (im Falle von 107 Ω oder weniger)
  • Beide Kanten auf der Oberfläche der oben erhaltenen Platten, die sich an den Enden der Längsrichtung befanden, d. h. der Fließrichtung des Harzes beim Formen, wurden in einer Breite von 2 mm parallel mit einer Silberpaste beschichtet und getrocknet, um den Widerstand (RS) mit einem Tester zu messen. Dann wurde der spezifische Oberflächenwiderstand R2 (Ω) mit der Formel R2 = RS × Y/Z2 berechnet. (wobei Y: Länge der Silberpastenlinien; Z2: Abstand zwischen den beiden Silberpastenlinien).
    • (c-2) Spezifischer Oberflächenwiderstand (im Falle von mehr als 107 Ω)
  • Die oben erhaltene Platte wurde 45 Sekunden lang mit 500 V aufgeladen, wobei ein Leitfähigkeitsmeßgerät SME-8310, hergestellt von Toa Dempa Kogyo K. K., Japan, verwendet wurde, und anschließend wurde weiter entladen. Nach 15 Sekunden Entladung wurde der spezifische Widerstand (Ω) gemessen.
    • (d) Dispersibilität der Kohlefaser im Formkörper
  • Eine Platte wurde nach demselben Verfahren wie oben in (a) hergestellt, außer daß TiO2 in einer Menge von 1 Teil pro 100 Teile des Harzes zu dem thermoplastischen Harz gegeben wurde, so daß die Platte grau wurde, was die Bewertung erleichtert. Die Agglomeration von Kohlefasern in dem Formkörper wurde durch visuelle Untersuchung bewertet. Keine Agglomeration wurde als ○ definiert. Eine leichte Agglomeration wurde als Δ definiert. Ein hoher Anteil an Agglomeration wurde als × definiert.
    • (e) Aussehen des Formkörpers
  • Das Aussehen der für die Glanzmessung verwendeten Platte wurde durch visuelle Untersuchung bewertet. Eine Platte ohne Probleme beim Aussehen, die vermarktbar war, wurde als ○ definiert. Eine Platte mit zum Teil schlechtem Aussehen aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer durch Agglomeration der Kohlefasern verursachten rauhen Oberfläche wurde als Δ definiert. Eine Platte mit erheblich schlechtem Aussehen aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer durch Agglomeration der Kohlefasern verursachten rauhen Oberfläche wurde als × definiert.
    • (f) Länge der Kohlefasern im Formkörper
  • Unter Verwendung der Spritzgußmaschine-1 wurde nach demselben Verfahren wie oben in (a) ein Formkörper erhalten. Eine Probe wurde fast aus der Mitte der Platte herausgeschnitten. Der Teil, wo die Probe herausgeschnitten wurde, befand sich auf der Geraden zwischen Anguß und Endteil und fast in der Mitte der mittleren 80% des Abstandes dazwischen. Die Probe wurde 30 Minuten an der Luft bei 500 bis 600°C calciniert und mit einem Lichtmikroskop untersucht, um die Länge und Verteilung der Kohlefasern im Formkörper zu messen.
    • (g) Biegefestigkeit und Biegemodul
  • Die Biegefestigkeit und der Biegemodul wurden gemäß ASTM-D 790 gemessen.
    • (h) Abschirmung elektromagnetischer Störungen
  • Aus einem thermoplastischen Harz wurde, falls notwendig, ein getrocknetes Granulat gebildet, das dann im allgemeinen Preßzyklus unter Verwendung der Spritzgußmaschine-2 spritzgegossen wurde, wobei die Zylindertemperatur so eingestellt war, daß sie ausreichte, damit das thermoplastische Harz eine Platte (100 mm breit × 100 mm lang × 2 mm dick) bildete. Unter Verwendung eines Network Analyzers MS4661A, hergestellt von der Anritsu Corporation, Japan, wurde die Wirkung der resultierenden Platte im Sinne einer Abschirmung elektromagnetischer Störungen bei einer Frequenz von 100 bis 1000 MHz in einer elektromagnetischen Black-Box gemessen. Die in der Tabelle gezeigten Ergebnisse sind die Dämpfungswerte bei 500 MHz.
    • (i) Dynamischer Reibungskoeffizient und Abriebverschleiß
  • Die für die Glanzmessung verwendete Platte wurde auf den Probenhalter eines Reciprocating Abrasion Tester AFT-15M5, hergestellt von ORIENTEC Co., Ltd., Japan, aufgesetzt. Eine aus SUSS304 hergestellte Präzisionskugel mit einem Durchmesser von 5 mm wurde unter einer Belastung von 29,4 N (3 kg) auf die Platte gedrückt und darauf mit 30 mm/s innerhalb von 20 mm hin- und herbewegt. Die Reibung bei der 100. Hin- und Herbewegung wurde gemessen und in einen dynamischen Reibungskoeffizienten umgerechnet. Der Abriebverschleiß wurde gemessen, indem man die Hin- und Herbewegung 1000mal unter denselben Bedingungen wie bei der Reibungsmessung durchführte und eine Reibungsspur auf der Oberfläche der Platte beobachtete, wobei man ein Instrument für Oberflächenrauheit, Surfcom 575A-3D, hergestellt von ORIENTEC Co., Ltd., Japan, verwendete.
    • Beispiel 1
  • Das Roving einer Kohlefaser (CF-R) mit einem Durchmesser von 7 µm wurde in eine AS-Emulsion eingetaucht, ausgewrungen, so daß der Gehalt an daran haftender fester Emulsion im trockenen Zustand 20 Gew.-% betrug, und getrocknet. Dann wurde das Kohlefaserroving unter Verwendung eines Extruders weiterhin mit dem ABS-1-Harz beschichtet, so daß der Kohlefasergehalt im Granulat 15 Gew.-% betrug. Unter Verwendung eines Schneiders wurde der resultierende Strang in Pellets mit einer Länge von 5,5 mm und einem Kohlefasergehalt von 15 Gew.-% geschnitten. Als der Strang geschnitten wurde, wurden die Kohlefasern nicht freigelegt und schlüpften auch nicht aus den Pellets heraus.
  • Unter Verwendung der Spritzgußmaschine-1 wurde das oben erhaltene Granulat spritzgegossen, so daß man einen Formkörper erhielt, wobei die Einstellungen für die Zylindertemperatur 220°C betrugen, der Gegendruck 19,6 MPa (20 kg/cm2) betrug, die Schneckendrehgeschwindigkeit 100 U/min betrug, die Injektionsgeschwindigkeit auf 80% der maximalen Injektionsgeschwindigkeit eingestellt wurde, die in der Beschreibung der Spritzgußmaschine vorgeschrieben war, und der Anguß zu einem Punktanguß mit einem Durchmesser von 1 mm geformt wurde. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,3 Gew.-%, 5,0 Gew.-% bzw. 6,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,5/2,0.
  • Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 75%, eine Biegefestigkeit von 167 MPa (17 kg/mm2), einen Biegemodul von 10, 8 GPa (1100 kg/mm2) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,5 Ω.cm. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
    • Vergleichsbeispiel 1
  • Das in Beispiel 1 erhaltene kohlefaserhaltige Granulat wurde unter den Bedingungen spritzgegossen, daß die Zylindertemperatur 270°C betrug und der Gegendruck, die Schneckendrehgeschwindigkeit und die Einspritzgeschwindigkeit auf das Minimum eingestellt wurden, das in den Beschreibungen der Formmaschine vorgeschrieben war, so daß die Scherspannung so klein wie möglich wurde. Der resultierende Formkörper enthielt 8,2 Gew.-% der Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm. Sein Aussehen war aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer durch Agglomeration der Kohlefasern verursachten rauhen Oberfläche erheblich schlecht (×), so daß sich der Formkörper nicht vermarkten ließ. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers betrug 5 Ω.cm.
    • Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 2 bis 4
  • In den Beispielen 2, 4 und 5 und in Vergleichsbeispiel 2 wurden Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Kohlefasergehalte in den Granulaten geändert wurden. In Beispiel 3 und 6 und Vergleichsbeispiel 3 wurden Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß das ABS-1-Harz eingesetzt wurde und die Kohlefasergehalte in den Granulaten geändert wurden. In Vergleichsbeispiel 4 wurde ein Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein Granulat hergestellt wurde, indem man die zerkleinerten Fasern (C-CF) und das thermoplastische Harz ABS-1 mit einem Trommelmischer mischte und das Gemisch mit einem Doppelschneckenextruder extrudierte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
    • Beispiel 7
  • Das in Beispiel 1 erhaltene ABS-1-Granulat mit dem Kohlefasergehalt von 15 Gew.-% wurde in einem Verhältnis von 1/2 mit ABS- 1-Granulat ohne Kohlefasern gemischt. Unter Verwendung des resultierenden Gemischs wurde ein Formkörper hergestellt. Der resultierende Formkörper war ausgezeichnet in bezug auf die Dispergierbarkeit der Kohlefasern. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 1,2 Gew.-%, 1,7 Gew.-% bzw. 2,1 Gew.-%. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,4/1,8.
  • Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 90%, eine Biegefestigkeit von 108 MPa (11 kg/mm2), einen Biegemodul von 10,8 GPa (1100 kg/mm2) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 9 × 102 Ω.cm.
    • Beispiele 8 bis 23
  • Formkörper wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß für die Herstellung der kohlefaserhaltigen Granulate die in Tabelle 2 und 3 aufgeführten thermoplastischen Harze und Kopplungsmittel eingesetzt wurden und die Zylindertemperaturen beim Formen je nach dem eingesetzten thermoplastischen Harz geeignet abgeändert wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 3 gezeigt.
    • Vergleichsbeispiel 5
  • Ein Formkörper wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein Granulat hergestellt wurde, indem man 25 Gew.-% 6 mm lange zerkleinerte Fasern (C-CF), die mit einem Schlichtemittel des Epoxytyps beschichtet waren, und 75 Gew.-% Granulat aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit einer relativen Dichte von 0,95 und einer Fließfähigkeit von 3,0 g/10 min miteinander mischte. Das Polyethylen hoher Dichte wurde durch Mischen von PE-1 (relative Dichte: 0,95; Fließfähigkeit: 7 g/10 min) mit PE-2 (relative Dichte: 0,95; Fließfähigkeit: 1,3 g/10 min) und anschließende Extrusion hergestellt. Der resultierende Formkörper bestand aus (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in Anteilen von 3,0 Gew.-%, 12,8 Gew.-% bzw. 9,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohlefasern und Harz. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/4,3/3,1. Das Aussehen war aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer rauhen Oberfläche durch Agglomeration der Kohlefasern schlecht. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers betrug 10 Ω.cm. Der Formkörper von Beispiel 12, dessen Kohlefasergehalt 15 Gew.-% betrug, hatte einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,3 Ω.cm. Dagegen hatte der hier erhaltene Formkörper trotz eines höheren Kohlefasergehalts, 25 Gew.-%, einen schlechteren spezifischen Volumenwiderstand als der von Beispiel 12. Es wird vermutet, daß dieses schlechte Aussehen und diese schlechten elektrischen Eigenschaften auf die Länge und Dispergierbarkeit der Kohlefasern zurückzuführen sind.
    • Vergleichsbeispiel 6
  • Ein Formkörper wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein Granulat hergestellt wurde, indem man 0,5 Gew.-% 5,5 mm lange zerkleinerte Fasern (C-CF), die mit einem Schlichtemittel des Epoxytyps beschichtet waren, und 99,5 Gew.-% ABS-1-Granulat miteinander mischte und anschließend mit einem Doppelschneckenextruder extrudierte. Der resultierende Formkörper bestand aus (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in Anteilen von 0 Gew.-%, 0,3 Gew.-% bzw. 99,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohlefasern und Harz. Der resultierende Formkörper hatte eine gute Dispergierbarkeit der Kohlefasern, ein gutes Aussehen und einen Oberflächenglanz von 97%. Der spezifische Volumenwiderstand betrug jedoch 1014 Ω.cm oder mehr; dies ist fast der gleiche Wert wie bei dem ABS-Harz ohne Kohlefasern.
    • Beispiel 24
  • Das Kohlefaserroving (CF-R) wurde in AS-Emulsion eingetaucht, ausgewrungen, so daß der Gehalt an daran haftender fester Emulsion im trockenen Zustand 20 Gew.-% betrug, und getrocknet. Anschließend wurde der Rovingstrang in Pellets mit einer Länge von 5,5 mm geschnitten. 15 Gew.-% der mit AS-Emulsion beschichteten geschnittenen Kohlefasern wurden mit 85 Gew.-% ABS-1- Pellets ohne Kohlefasern gemischt. Das resultierende Gemisch wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 zu einem Formkörper gepreßt. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte. (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,0 Gew.-%, 4,9 Gew.-% bzw. 7,1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,6/2,4.
  • Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 75%, eine Biegefestigkeit von 157 MPa (16 kg/mm2), einen Biegemodul von 10,3 GPa (1050 kg/mm2) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,3 Ω.cm.
    • Beispiel 25
  • Das mit Nickelmetall plattierte Kohlefaserroving (CF-R) wurde in AS-Emulsion eingetaucht, ausgewrungen, so daß der Gehalt an daran haftender fester Emulsion im trockenen Zustand 20 Gew.-% betrug, und getrocknet. Dann wurde das Kohlefaserroving unter Verwendung eines Einschneckenextruders mit dem geschmolzenen ABS-1-Harz beschichtet, so daß der Kohlefasergehalt im Granulat 15 Gew.-% betrug. Unter Verwendung eines Schneiders wurde der resultierende Strang in Pellets mit einer Länge von 5,5 mm und einem Kohlefasergehalt von 15 Gew.-% geschnitten.
  • Unter Verwendung des resultierenden Granulats wurde ein Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,5 Gew.-%, 5,2 Gew.-% bzw. 6,3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,5/1,8.
  • Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 76%, eine Biegefestigkeit von 157 MPa. (16 kg/mm2), einen Biegemodul von 10,3 GPa (1050 kg/mm2) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,08 Ω.cm.
    • Beispiel 26
  • Das Kohlefaserroving (CF-R) wurde nach dem Pultrusionsverfahren mit geschmolzenem PP-Harz beschichtet. Mit anderen Worten, das PP-Harz wurde unter Verwendung eines Extruders auf das Roving aufgetragen, während das Roving durch Spannung ausgerichtet wurde. Nach dem Schritt des Entwirrens, um jede Kohlefaser vollständig mit dem PP-Harz zu beschichten, wurde das beschichtete Roving in Pellets geschnitten. Die Menge des an dem Roving haftenden (darauf aufgetragenen) PP-Harzes wurde auf 30 Gew.-% eingestellt. 50 Gew.-% der mit dem PP-Harz beschichteten Kohlefasern wurden mit 50 Gew.-% PP-Harz-Pellets ohne Kohlefasern gemischt. Unter Verwendung des resultierenden Gemischs wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 ein Formkörper hergestellt. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,3 Gew.-%, 5,0 Gew.-% bzw. 6,8 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,5/2,1.
  • Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 75% und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,3 Ω.cm.
    • Beispiel 27
  • Bei einigen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Formkörper wurde die Abschirmung elektromagnetischer Störungen gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Im allgemeinen beträgt die Abschirmung elektromagnetischer Störungen vorzugsweise 20 dB oder mehr, um eine ausreichende Wirkung zu erzielen. Damit ein Formkörper eine ausreichende Abschirmung elektromagnetischer Störungen aufweist, sollte sein spezifischer Volumenwiderstand 10-4 bis 103 Ω.cm betragen.
    • Beispiel 28
  • Bei einigen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Formkörper wurde die Eignung als gleitendes Element bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Wenn der Formkörper als gleitendes Element verwendet wurde, betrug der Abriebverschleiß vorzugsweise 32 µm oder weniger. Um dem Formkörper antistatische Eigenschaften zu verleihen, betrug der spezifische Volumenwiderstand 109 Ω.cm oder weniger, vorzugsweise 100 bis 109 Ω.cm. Ein Formkörper mit diesem spezifischen Volumenwiderstand zog auch dann, wenn man ihn in einem Raum stehen ließ, nur wenige Staubteilchen an.
    • Beispiel 29
  • Bei einigen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Formkörper wurde die Eignung als IC-Tray bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Da die Eignung als IC- Tray im allgemeinen anhand des spezifischen Oberflächenwiderstands beurteilt wird, wurde der spezifische Oberflächenwiderstand jedes Formkörpers zusammen mit dem spezifischen Volumenwiderstand gemessen. Ein Formkörper mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 102 bis 1010 Ω zog auch dann, wenn man ihn in einem Raum stehen ließ, nur wenige Staubteilchen an.






    Tabelle 4

    Tabelle 5

    Tabelle 6

Claims (15)

1. Formkörper, umfassend:
1. 70 bis 99,5 Gew.-% eines thermoplastischen Harzes und
2. 0,5 bis 30 Gew.-% Kohlefasern,
wobei die Kohlefaser folgendes umfaßt:
a) Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in einer Menge von 0,1 bis 4,7 Gew.-%;
b) Kohlefasern mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 10,7 Gew.-%; und
c) Kohlefasern mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 14,6 Gew.-%; wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen.
2. Formkörper gemäß Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) der Kohlefasern (a), (b) und (c) 1/0,5-2,5/ 0,5-3,0 beträgt.
3. Formkörper gemäß Anspruch 1, wobei die Kohlefasern mit einem Harz beschichtet sind, das mit dem thermoplastischen Harz verträglich ist.
4. Formkörper gemäß Anspruch 1, der nach einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfaßt:
1. Extrusionsbeschichten eines Rovings der Kohlefaser mit dem thermoplastischen Harz unter Verwendung eines Extruders;
2. Zerschneiden des mit dem thermoplastischen Harz beschichteten Rovings zu Pellets, so daß man ein Granulat erhält; und
3. Formen des in Schritt (2) erhaltenen Granulats zu einem Formkörper.
5. Formkörper gemäß Anspruch 1, der nach einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfaßt:
1. Extrusionsbeschichten eines Rovings der Kohlefaser mit dem thermoplastischen Harz unter Verwendung eines Extruders;
2. Zerschneiden des mit dem thermoplastischen Harz beschichteten Rovings zu Pellets, so daß man ein Granulat erhält;
3. Mischen des in Schritt (2) erhaltenen Granulats mit einem Granulat des thermoplastischen Harzes; und
4. Formen des in Schritt (3) erhaltenen Gemischs zu einem Formkörper.
6. Formkörper gemäß Anspruch 1, der nach einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfaßt:
1. Zerschneiden eines Rovings der Kohlefaser zu Pellets, so daß man ein Granulat erhält;
2. Mischen des in Schritt (1) erhaltenen Granulats mit einem Granulat des thermoplastischen Harzes; und
3. Formen des in Schritt (2) erhaltenen Gemischs zu einem Formkörper.
7. Formkörper gemäß Anspruch 4, wobei das Roving der Kohlefaser mit einem Harz beschichtet ist, das mit dem thermoplastischen Harz verträglich ist.
8. Formkörper gemäß Anspruch 7, wobei das Harz, das mit einem thermoplastischen Harz verträglich ist und das auf die Kohlefaser aufgetragen wird, ein Emulsionsharz ist.
9. Formkörper gemäß Anspruch 7, wobei die Kohlefaser nach einem Schmelzextrusions-Beschichtungsverfahren beschichtet wird.
10. Formkörper gemäß Anspruch 1, wobei auf der Oberfläche der Kohlefaser eine leitfähige Schicht gebildet wird.
11. Formkörper gemäß Anspruch 10, wobei die leitfähige Schicht durch Plattieren oder Tauchen gebildet wird.
12. Verwendung des Formkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 als Formkörper mit Abschirmung elektromagnetischer Störungen, der einen spezifischen Volumenwiderstand von 10 bis 103 Ω.cm aufweist.
13. Verwendung des Formkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 als Widerstand mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 102 bis 1013 Ω.cm.
14. Verwendung des Formkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 als leitfähiges Gleitteil mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 100 bis 109 Ω.cm.
15. Verwendung des Formkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 als IC-Tray mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 102 bis 1010 Ω.
DE19964364A 1999-01-30 1999-01-30 Thermoplastischer Formkörper, der Kohlefasern enthält und dessen Verwendung Expired - Lifetime DE19964364B4 (de)

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