JP2000072905A

JP2000072905A - 導電性樹脂複合体

Info

Publication number: JP2000072905A
Application number: JP24430298A
Authority: JP
Inventors: Saeki Nakamura; 才恵樹中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-07
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP3645717B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温での変形が少なく、軽量で、抵抗値の調整
を容易に行える導電性樹脂複合体を得る。【解決手段】内部に多数の気孔を有する導電性樹脂複合
体であって、表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さ
くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性、軽量性に
優れ、かつ導電性を有する樹脂複合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、導電性樹脂複合体に於いて
は、導体フィラーとして、カーボン繊維、黒鉛、カーボ
ンブラック、金属繊維、金属粉等が用いられている。更
に摺動性を付与するには、黒鉛を利用するのが一般的で
ある。この他に機械強度を付与するためには有機、無機
の繊維状のフィラーが用いられる。通常無機フィラーと
してはガラス繊維が一般的である。

【０００３】この導電性樹脂複合体は、例えば、フェノ
ール系の熱硬化性樹脂中に、銅、鉄、ニッケル、亜鉛、
アルミニウム、ステンレス、カーボン等の導電性材料
と、アルミナ、シリカ、ガラス繊維等の無機物質を所定
の比率で配合して構成されており、樹脂単体に比し、導
電性が付与していることから、導電性を有する部品に利
用される。

【０００４】具体的には、ICのトレー、保管用マガジン
レール、静電気除去、発熱体、モーターブラシ、モータ
ーワッシャ、プラスチック電極、電磁波遮蔽材料等、こ
れまでに導電性樹脂組成物が用いられている、あるいは
将来、用いられることが期待されている分野にて利用さ
れるものである。

【０００５】そして、このような導電性樹脂複合体は、
通常、従来周知の射出成形法、即ち、所定形状の金型内
に樹脂スラリーを注入し、これを加熱・硬化させること
により製作される（特開昭57-200440,特開昭58-206638,
特開昭59-75944, 特開平1-212452, 特開平3-126296号各
公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の樹脂複合体を前述の射出成形法によって製作する場
合、金型内に注入される樹脂スラリーにはある程度の流
動性をもたせておかなければならないことから、その中
に添加するフィラーの添加量には所定の制約があり、耐
熱性、軽量性に優れ、かつ導電性を有する部品として必
要とされる諸特性を満たすようなフィラー添加量にする
ことが、困難であった。

【０００７】また、射出成形法によって製作された導電
性樹脂複合体は、樹脂担身の抵抗率10¹²Ω・cmが、わず
かに導体フィラーを添加することによって、10²〜10³
Ω・cmまで急激に抵抗率が落ちるため、この間で抵抗値
を制御することが困難であった。

【０００８】そこで本発明者は、前述の課題を解消する
ために、従来周知の粉末加圧成形法を採用する事によっ
て、フィラーの添加量を20〜70体積％にまで高めた新規
な樹脂複合体を提案した。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱硬化性樹脂
中に5 〜70体積％の導体フィラーと、65体積％以下の無
機物質を含有する導電性樹脂複合体において、両者の全
含有率が20〜70体積％であり、かつ内部に多数の気孔を
有することを特徴とする。また、本発明は、表層部の気
孔率を内部の気孔率よりも小さくしたことを特徴とする
ものである。

【００１０】また、本発明の導電性樹脂複合体は、前記
表層部が表面から10〜50μｍまでの深さ領域であって、
該表層部の気孔率が３％未満、内部の気孔率が3 〜30％
であることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１２】本発明の導電性樹脂複合体は、熱硬化性樹
脂中に5 〜70体積％の導体フィラーと、65体積％以下の
無機物質を含有する導電性樹脂複合体において、両者の
全含有率が20〜70体積％であり、かつ内部に多数の気孔
を有するものである。

【００１３】ここで、導体フィラーの含有率を5 〜70体
積％としたのは、導体フィラーの含有率が5 体積％未満
になると、樹脂複合体に導電性が付与されず、体積固有
抵抗を１０⁸Ω・ｃｍ以下とできないからであり、逆に
導体フィラーの含有率が70体積％より多くなると、粉末
加圧成形した後の形状を保持することが困難になるから
である。

【００１４】また、無機物質の含有率を65体積％以下と
したのは、無機物質の含有率が65体積％を超えると、導
体フィラーと無機物質の全含有率が70体積％より多くな
り、粉末加圧成形した後の形状を保持することが困難に
なるからである。導体フィラーの含有率が20体積％以上
であれば、無機物質は添加しなくても構わない。

【００１５】また、導体フィラーと無機物質の全含有率
を20〜70体積％としたのは、両者の全含有率が20体積％
未満になると、加熱・硬化時の変形が大きく、高い保形
性（寸法精度）が得られなくなると共に、荷重たわみ温
度が低くなるからであり、逆に導体フィラーと無機物質
の全含有率が70体積％より多くなると、粉末加圧成形し
た後の形状を保持することが困難になるからである。

【００１６】このような導電性樹脂複合体を構成する熱
硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ポリブタジエン樹脂等の
樹脂を使用することができ、これらの中でも耐熱性、寸
法安定性、耐薬品性等の点からフェノール樹脂が好適で
ある。

【００１７】一方、導体フィラーとして、金属・非金属
系では、Cu、Fe、Al、Pb、Ti、Sn、Ni、Mo、Ag、Pt、T
a、Nb、ZnO 、SnO₂、B₂O₃、TiO₂、又はその合金の粉
末、繊維、箔を使用する。カーボン系では、オイルファ
ーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラッ
ク、サーマルブラック、アセチレンブラック、天然黒
鉛、人造黒鉛、PAN 系カーボン繊維、ピッチ系カーボン
繊維等を使用することができ、これらを前述の配合量で
もって熱硬化性樹脂中に添加することにより、導電性、
耐熱性、寸法安定性等を高めることができる。特に炭素
繊維は、自己潤滑特性を有することから、この樹脂複合
体を摺動部材として用いた際の摺動特性をより優れたも
のになすことができる。

【００１８】無機物質として、シリカ(SiO₂）、アルミ
ナ(Al₂O₃）、窒化ケイ素(SiN) 、ステアタイト(MgO・Si
O₂）、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN) 、フォ
ルステライト(2MgO ・SiO₂）、ムライト(3Al₂O₃・2SiO
₂）、コージライト(3MgO ・2Al₂O₃・5SiO₂）、ジルコ
ニア(ZrO₂)、チタニア(TiO₂）、ガラス等の1 種以上の
粒子、繊維を使用することができる。

【００１９】上記導体フィラーや無機物質として粒子を
用いる場合、粒子の平均粒径は、20μｍを超えると樹脂
複合体の表面粗度が粗くなり、実用的でなかったため、
20μｍ以下にすることが好ましい。

【００２０】なお、粒子の平均粒径は、樹脂とフィラー
の複合体の任意の表面または断面を画像解析装置で分析
し、この面に存在する粒子の円相当径の平均値を算出す
ることによって測定することができる。

【００２１】また、上記導体フィラーや無機物質として
繊維を用いる場合、繊維状フィラーの最大糸長は200 μ
ｍ以下にするのが好ましい。これは、繊維状フィラーの
最大糸長が200 μｍより長くなると、樹脂との混合時に
おける分散性が悪い為に、樹脂複合体の内部及び表層部
において繊維状フィラーの疎な部分と密な部分ができて
耐熱性、耐摩耗性を十分に高めることができず、また、
後述する粉末加圧成形後の離型時において欠けが発生し
易くなるからである。ただし、最大糸長が5 μｍよりも
短くなると補強作用が得られにくくなる為、繊維状フィ
ラーの最大糸長は5 〜200 μｍ、好ましくは、5 〜150
μｍとするのが良い。

【００２２】なお、繊維状フィラーの糸長とは、前後、
左右、上下の寸法を測定した時に最も長い部分の長さで
あるが、図１で樹脂複合体の表層部(a) 及び内部(b) の
断面を示すように、繊維状フィラーは、樹脂複合体中に
おいてランダムな方向を向いて存在している。その為、
便宜的に、樹脂複合体の任意の表面又は断面の5 箇所を
画像解析装置で分析し、この面に存在する繊維状フィラ
ーの中で、最も長い繊維状フィラーの長さを最大糸長と
する。

【００２３】また、本発明の導電性樹脂複合体において
は、内部に多数の気孔を有することが重要である。

【００２４】即ち、本発明の内部に多数の気孔を有する
導電性樹脂複合体によれば、図２に示すように導体フィ
ラー、即ちカーボンファイバーの添加量が増加するに従
い、従来品は、急激に抵抗率が低下するが、本発明品の
抵抗率は、緩やかに低下する。よって、本発明品の抵抗
値は、10⁸〜10²Ω・cmの間で、従来品より容易に制御
ができる。

【００２５】また、本発明の導電性樹脂複合体において
は、図１(a)(b)に示すように表層部の気孔率を内部の気
孔率よりも小さくなすこと、より具体的には、前記表層
部を表面から10〜50μｍまでの深さ領域とし、この領域
の気孔率を３％未満、内部の気孔率を３〜30％とするこ
とが重要である。

【００２６】即ち、本発明の導電性樹脂複合体によれ
ば、粉末加圧成形によって製作される導電性樹脂複合体
の気孔を、その表層部に少量、或いは、殆ど存在しない
ようにし、逆に内部には比較的多く存在させることによ
って、全体を軽量に維持した上、表面を緻密化し、導電
性樹脂複合体の機械的強度を大幅に向上することができ
る。これによって、部品の小型化、軽量化に供したもの
となる。

【００２７】ここで、気孔率が３％未満となる領域を導
電性樹脂複合体の表面より深さ10〜50μｍまでとしたの
は、表層部を10μｍより薄くすると、導電性樹脂複合体
の機械的強度を十分に高く保つことができなくなるから
であり、逆に、表層部の厚みが50μｍを超えると、比重
が大きくなってしまい、軽量化を図ることが困難になる
からである。

【００２８】尚、気孔率の測定方法としては、導電性樹
脂複合体の表面と略平行な表層部の断面や内部の断面を
画像解析し、気孔の占有面積率を算出することによって
行われる。

【００２９】そしてこのような導電性樹脂複合体を製作
するには、まず、熱硬化性樹脂に導体フィラー又は無機
物質を含有するとともに、加熱時に前記熱硬化性樹脂を
硬化させるための硬化剤を含有する。この硬化剤として
は、熱硬化性樹脂がノボラック型フェノール樹脂の場
合、ヘキサメチレンテトミンを用いることができる。

【００３０】また、混合にあたっては、公知の方法を用
いて均一に混合すれば良く、例えば、熱硬化性樹脂に炭
素繊維と硬化剤をミキサーで混合し、ブラベンダーで混
練した後、粉砕したり、或いは、炭素繊維と硬化剤を混
合した熱硬化性樹脂を加熱ロールで溶融・混練した後、
粉砕する方法等がある。また、必要に応じて所定の粒度
となるように造粒しても良い。

【００３１】さらに、これらの他に前述したような着色
剤を配合しても良く、必要に応じて、硬化助剤、滑剤、
可塑剤、分散剤、離型剤等の公知の添加剤を、実用上問
題ない程度に加えても良い。

【００３２】また、フィラーの表面状態や形状によって
は、混合時の分散が悪くなる恐れがあるため、このよう
な時には、フィラーの表面にカップリング剤を被覆する
ことで分散性を高めることができる。

【００３３】次に、それぞれの割合で均一に混合した原
料を金型に充填し、常温にて0.5 〜5ton/cm²の圧力で粉
末加圧成形したあと成形体を金型から離型し、しかる
後、該成形体を研磨等によって所定形状に加工し、これ
を熱硬化性樹脂の性状、フィラーの含有率、製品の寸法
等に合わせて80〜250 ℃の温度で加熱硬化させる。この
時、成形体中の硬化剤は分解され、熱硬化性樹脂と反応
して樹脂が硬化し、それと共に、硬化剤の分解に伴って
生成されたガスが導電性樹脂複合体の内部から抜け、導
電性樹脂複合体の内部に多数の気孔を形成する。

【００３４】そして、上記加熱硬化時の昇温速度、最高
温度でのキープ時間、冷却速度等を適宜制御して導電性
樹脂複合体の表層部の気孔率を３％未満に、また、内部
の気孔率を３〜30％、気孔の平均径を10〜80μｍとす
る。尚、加熱硬化時の温度を80〜250 ℃とするのは、80
℃未満では、樹脂の硬化が不十分であり、逆に、250 ℃
より高くなると樹脂が炭化されるからである。

【００３５】このような導電性樹脂複合体の製法によれ
ば、粉末加圧成形法を採用することで、フィラーの充填
量を、射出成形では困難であった高いレベルまで、具体
的には70体積％にまで高めることができ、これによって
樹脂複合体の耐熱性、耐摩耗性を向上させることが可能
になるとともに、気孔を有する導電性を付与された樹脂
複合体を得ることができる。

【００３６】そのため、本発明の導電性樹脂複合体を用
いれば、ICのトレー、保管用マガジンレール、静電気除
去、プラスチック電極、面状発熱体、感圧抵抗体、紡績
用ロール、謄写用ロール、モーターブラシ、モーターワ
ッシャ、電磁波遮蔽材料等を形成する材料として好適に
使用することができる。

【００３７】尚、本発明は上述の実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々の変更、改良等が可能であり、例えば、上述の形態
において、気孔率が内部から表層部に向かって漸次小さ
くなるように構成しても構わない。

【００３８】

【実施例】実施例１熱硬化性樹脂としてノボラック型フェノール樹脂を用
い、導体フィラーとして炭素繊維、無機物質としてアル
ミナを用いた。フェノール樹脂、炭素繊維、アルミナの
配合比を種々変化させた原料を調合し、常温で加圧成形
した後、80℃〜250 ℃で加熱硬化し、試験片を作製し
た。

【００３９】得られた試験片について、比重、体積抵抗
率、荷重たわみ温度、曲げ破壊強さを測定し、その結果
を表１に示す。なお、比重の測定は、JIS K 6911、体積
抵抗率の測定は、JIS K 6911、荷重たわみ温度の測定
は、JIS K 7207、曲げ試験は、JIS K 7203の方法にて行
った。

【００４０】表１によれば、炭素繊維と無機物質の全充
填率が20重量％未満では、加熱硬化時の形状保持が出来
ないため実用的でなかった。また、70重量％を超えると
常温での加圧成形後の成形体の形状保持ができなかっ
た。

【００４１】これに対し、炭素繊維と無機物質の全充填
率を20体積％〜70体積％の範囲内としたものでは、全て
荷重たわみ温度200 ℃以上となった。

【００４２】また、炭素繊維４体積％、アルミナ20体積
％からなる比較例（No.3）では、導体フィラーの充填率
が４体積％と本発明の範囲外であるために樹脂複合体に
導電性を付与することができなかった。

【００４３】これに対し、本発明の範囲内のもの（No.6
〜No.9）では、導電性を付与することができた。

【００４４】また、表面層、内部の気孔率が本発明の範
囲外のもの（No.1、No.2）では、比重が大きくなった
り、或いは、曲げ破壊強さが低下するといった問題があ
った。これに対し、本発明の範囲内のもの（No.6〜No.
9）では、低比重で、かつ、曲げ破壊強さの高いものが
できた。

【００４５】

【表１】

【００４６】実施例２熱硬化性樹脂としてノボラック型フェノール樹脂を用
い、導体フィラーとして炭素繊維、無機物質としてアル
ミナを用いた。フェノール樹脂、炭素繊維、アルミナの
配合比を種々変化させた原料を調合し、常温で加圧成形
した後、80℃〜250 ℃で加熱硬化し、試験片を作製し
た。

【００４７】また、従来品は、インジェクション成形に
より作製した。

【００４８】得られた試験片について体積抵抗率を測定
し、その結果を図２に示す。なお、体積抵抗率の測定
は、JIS K 6911の方法にて行った。

【００４９】図２によれば、従来品は、炭素繊維を５体
積％添加すると、抵抗率が10²Ω・cmまで、急激に低下
する。これに対し、本発明のものは、気孔が存在するこ
とによって緩やかに抵抗値が下がっていることから、抵
抗値の調整を容易に行えることがわかる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の導電性樹脂複合体を構成するこ
とによって、高温での変形が少なく、軽量で、導電性が
あることからさまざまな用途に使用することができ、抵
抗値の調整を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の樹脂複合体の表層部の断
面、（ｂ）は、内部の断面を模式的に示す図である。

【図２】本発明及び従来例の樹脂複合体の体積固有抵抗
率と炭素繊維添加量の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F074 AA61 AC02 AC20 AG08 BA20 BB08 CA25 DA02 DA19 DA34 DA47 4J002 AC031 CC031 CC161 CC181 CD001 CF211 CH121 CM041 DA016 DA026 DA036 DA076 DA086 DA096 DA106 DA116 DC006 DE096 DE097 DE106 DE136 DE147 DF017 DJ007 DJ017 DK006 DK007 DL007 FA016 FA046 FD016 GM00 GQ00 GQ05 5E321 BB32 BB34 GG01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱硬化性樹脂中に 5〜70体積％の導体フィ
ラーと、65体積％以下の無機物質とを合計20〜70体積％
含有して体積固有抵抗を１０⁸Ω・ｃｍ以下とし、かつ
内部に多数の気孔を有することを特徴とする導電性樹脂
複合体。
【請求項２】表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さ
くしたことを特徴とする請求項１に記載の導電性樹脂複
合体。
【請求項３】表面から10〜50μｍまでの表層部における
気孔率が３％未満、これよりも内部の気孔率が３〜30％
であることを特徴とする請求項２に記載の導電性樹脂複
合体。