JP2005139316A

JP2005139316A - 導電性熱可塑性樹脂発泡シート及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005139316A
Application number: JP2003377829A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamaguchi; 崇山口; Kiyobumi Tanaka; 清文田中
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】導電剤にナノカーボンチューブを用いて均一に分散しシートに弾性を付与するのに十分な形状の発泡セルを生成して発泡シート本来の機械的強度を維持し、安定した導電性を兼ね備え、しかも導電性を付与するための二次加工が不要な導電性熱可塑性樹脂発泡シート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】導電剤であるカーボンナノチューブを含み、概ね球状の発泡セルがシート全体に均一に分散した導電性熱可塑性樹脂発泡シートである。
【選択図】なし

Description

本発明は導電性熱可塑性樹脂発泡シートに関し、静電対策を必要とする電子機器・装置並びに電子部品の保管，搬送等に使用されるキャリアテープ或いは包装・梱包等に用いられる導電性熱可塑性樹脂発泡シート及びその製造方法に関するものである。

周知のように、電子部品では搬送や保管に際し、静電対策が必要である場合が多く、図２に示す従来のキャリアテープ１では、基材２と導電層３との二層からなる基材を用いて部品収納部４が形成されており、電子部品を収納する収納部４の内面が導電性カーボン等が含有する導電層３である。収納部４の内面に導電層３とすることによって、収納された部品に摩擦などにより電荷が帯電するのを防止して、キャリアテープ１による電子部品の搬送や部品供給時における静電対策が行われている。（例えば、特許文献１参照）

特開２００１−１９０３３号公報（明細書全文，図面全図）

上記従来例では、絶縁層と導電層の二層のシートを用いて電子部品の静電対策が行われているが、一層の熱可塑性樹脂シートで導電性を有する熱可塑性シートが製造可能であれば、生産コストが低減されることは明らかである。即ち、導電剤として、カーボンブラック、グラファイト、金属塩などを熱可塑性樹脂に配合して押出成形により発泡シートの成形が可能であれば安価に製造できることになる。しかし、これらの導電剤は押出成形の際、分散不良や凝集を起こし易く、しかも、これらの導電剤が、球状の発泡セル及び均一な発泡セルの生成を阻害していた。このようなことから生産性を考慮すると、導電性を付与した熱可塑性樹脂発泡シートを押出成形により製造するのは事実上、困難とされていた。

また、熱可塑性樹脂発泡シートに導電性を付与する方法としては、共押出成形により発泡シートの表層のみにソリッド状の導電性熱可塑性樹脂層を形成する方法がある。また、熱可塑性樹脂発泡シート上にコーティングやラミネーションにより導電処理を施す方法があるが、これらの方法は余分な設備や二次加工工程を必要とし、また柔軟性や弾性等の発泡シートとしての機械的特性が損なうといった問題があった。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであって、導電剤にカーボンナノチューブを用いて均一に分散しシートに弾性を付与するのに十分な形状の発泡セルを生成して発泡シート本来の機械的強度を維持し、安定した導電性を兼ね備え、しかも導電性を付与するための二次加工が不要な導電性熱可塑性樹脂発泡シート及びその製造方法を提供することを目的するものである。

本発明は上記課題を解消したものであって、請求項１の発明は、導電剤を含み、発泡セルが均一に分散した熱可塑性樹脂発泡シートであって、その導電剤がカーボンナノチューブであることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂発泡シートである。

また、請求項２の発明は、前記カーボンナノチューブの直径が、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の導電性熱可塑性樹脂発泡シートである。

また、請求項３の発明は、導電剤としてカーボンナノチューブを用い、該カーボンナノチューブの直径が０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍのものを選択的に樹脂に配合して混練し、押出成形機で発泡生成したことを特徴とする導電性熱可塑性樹脂発泡シートの製造方法である。

また、本発明の導電性熱可塑性樹脂発泡シートの代表的成形方法としては、一般的な押出成形設備であるＴダイ或いはリングダイを使用した押出機を使用して形成することができるし、溶融樹脂の流動性が良好であり、他の成形機を使用することもできる。導電性熱可塑性樹脂発泡シートの配合組成は、熱可塑性樹脂６０〜９０重量％、カーボンナノチューブ１０〜４０重量％が好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン系樹脂、及びこれらの樹脂二種以上を混合したポリマーアロイを使用することができる。

また、導電剤のカーボンナノチューブは、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、及びこれらを混合したナノチューブの混合体を使用することができる。また、カーボンナノチューブの螺旋形状はアームチェアー型、キラル型、ジグザグ型等を用いることができ、特に、高い導電性を示すアームチェアー型が好ましい。また、これらの型が混在したものであってもよいし、アームチェアー型の混合率の高いカーボンナノチューブを使用するのが好ましい。

また、発泡形成に当たっては、発泡倍率が１．５〜２０倍となるように発泡させる。その発泡形成には、所定量のガス（二酸化炭素、窒素、プロパン、ブタン等）を注入して高圧から急激な減圧して成形する物理発泡法、或いは発泡剤を混合して成形する化学発泡法との何れの方法であってもよい。

請求項１の発明によれば、導電剤を含み、発泡セルが均一に分散した熱可塑性樹脂発泡シートであって、その導電剤がカーボンナノチューブである熱可塑性樹脂発泡シートであるので、導電剤である長尺の分子構造を有するカーボンナノチューブを混合した溶融樹脂であって、その溶融樹脂の流動性が良好であるので、発泡生成が良好であり、直径が１００μｍを中心に分布を有する概ね球状の発泡セルが均一に分散し、発泡セルがシート全体に均一に分散させることができるし、しかも発泡シートとしての十分な機械的特性を維持しており、また、安定した表面固有抵抗を兼ね備えた導電性熱可塑性樹脂発泡シートであり、押出成形により容易に成形できる利点がある。この発泡シートは、熱可塑性であるので、二次加工が容易である利点がある。

また、請求項２の発明によれば、前記カーボンナノチューブの直径が、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の導電性熱可塑性樹脂発泡シートであり、カーボンナノチューブは、チューブ長が従来の導電剤よりも長尺であるので、発泡成形する際に発泡セルを形成を阻害することがない利点があり、発泡セルの形成が良好となる利点がある。

また、請求項３の発明によれば、導電剤としてカーボンナノチューブを用い、該カーボンナノチューブの直径が０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍのものを選択的に樹脂に配合して混練し、押出成形機で発泡生成する導電性熱可塑性樹脂発泡シートの製造方法であるので、導電剤を混合した溶融樹脂の流動性が良好であり、導電剤の分散不良や凝集を起こしてしまうといった課題が解消された。

また、本発明の導電性熱可塑性樹脂発泡シートは、カーボンナノチューブの特性に合わせた樹脂、例えば耐熱性を有する樹脂を選択して、このような特性の樹脂にカーボンナノチューブを混合することによって、導電性を有し、しかも耐熱性に優れたシートとすることができるし、耐摩耗性に優れた樹脂発泡シート、耐薬品性の優れた樹脂発泡シート等を形成することができる利点がある。

以下、本発明に係る導電性熱可塑性樹脂発泡シート及びその製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態は、導電剤を含んだ熱可塑性樹脂発泡シートであって、その導電剤がカーボンナノチューブを配合したものである。本実施形態では、熱可塑性樹脂として発泡用ポリプロピレン樹脂コンパウンド８０重量％、カーボンナノチューブ１８重量％、有機系化学発泡剤２重量％を用意して、高速撹拌器（例えば、ヘンシェルミキサー）で撹拌して十分に分散混合した後、シングル押出機（成形温度２００℃）にて溶融混練を行ってＴダイにより、厚み２．０ｍｍ、発泡倍率３倍のポリプロピレン発泡単層シートを押出成形した。このポリプロピレン発泡単層シートには直径が約１００μｍを中心分布する独立球状の発泡セルがシート全体に均一に形成された。

カーボンナノチューブは何れの方法によって製造されたものでもよいが、好ましくは、カーボンナノチューブの直径が０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍを用いる。また、導電剤のカーボンナノチューブは、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、及びこれらを混合したナノチューブの混合体を使用することができる。また、カーボンナノチューブの螺旋形状は、例えばアームチェアー型、キラル型、ジグザグ型を用いることができるが、好ましくは、高い導電性を示すアームチェアー型とする。また、これらの型が混在したカーボンナノチューブであってもよいし、アームチェアー型の混合率の高いカーボンナノチューブを使用するのが好ましい。

上記実施形態では、発泡セルの形成に当たり、熱可塑性樹脂に化学発泡剤を混練した後、所定の温度条件（２００℃）分解反応により低分子ガスを発生させて発泡シートを製造しているが、二酸化炭素、窒素、プロパン、ブタンといったガスを所定の温度、圧力で熱可塑性樹脂に直接注入し、急激な減圧により発泡シートを形成してもよい。

このポリプロピレン発泡単層シートは、引張強度を測定した結果、１０ＭＰａであった。そして、このポリプロピレン発泡単層シートの表面固有抵抗をシート両端及び中央の三箇所を１ｍ置きに１０点測定した結果、２×１０^６Ω〜８×１０^６Ωであり、十分な導電性を有し、シート全体に導電性が付与されていることを確認した。

なお、熱可塑性樹脂としては、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッソ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、及びこれらの樹脂を適宜に２種以上を選択した混合したポリマーアロイを使用することができる。

続いて、本実施形態の導電性熱可塑性樹脂発泡シートについて、比較例を参照して説明する。本実施形態では、発泡用ポリプロピレン樹脂コンパウンド８０重量％、カーボンナノチューブ１８重量％、有機系化学発泡剤２重量％を配合して、ヘンシェルミキサーで高速撹拌して十分に分散混合した後、押出機により成膜した。比較例は、前記配合の内、カーボンナノチューブ１８重量％を、導電性カーボンブラック１８重量％に置き換えて配合し、ヘンシェルミキサーで高速撹拌して十分に分散混合した後、押出機により成膜した。その結果、比較例では、厚さ２．０ｍｍ、発泡倍率１．２倍のポリプロピレン発泡単層シートが得られた。

この比較例のポリプロピレン発泡単層シートの発泡セル形状について、電子顕微鏡で確認した所、発泡セル形状が、厚み１０〜１００μｍ、幅２００〜６００μｍの扁平したセルであり、また不均一な分布であることが確認された。また、このポリプロピレン発泡単層シートは、引張強度を測定した結果、３ＭＰａであり、本実施形態が１０ＭＰａであるのに対して著しく強度が低下した。また、この比較例の表面固有抵抗をシート両端及び中央の三箇所を１ｍ置きに１０点測定した結果、６×１０^５Ωから１×１０^１０Ωであり、導電性が不均一であることが判明した。これら引張強度の低下や表面固有抵抗値の不安定さは、導電性カーボンブラックの二次凝集が発泡セルの生成を阻害するために不均一なセル形状・セル分布となってしまうことが原因である。本発明の導電性熱可塑性樹脂発泡シートは導電性が均一であり、発泡生成が良好であることを確認した。

本発明の導電性熱可塑性樹脂発泡シートは、電子部品の保管、搬送、表面実装機や組立装置へ電子部品の供給に使用されるキャリアテープに利用される。このキャリアテープの一実施例について図１を参照し説明する。なお、図１（ａ）はキャリアテープの平面図であり、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。

先ず、導電性熱可塑性樹脂発泡シートは、一定幅にスリット加工し、これらを接続して長尺化した後、周知のプレス加工、真空成形、圧空成形法等により加工することによって、キャリアテープが形成できる。図１に示すように、キャリアテープ５には、電子部品や微細部品Ｐを収納する凹部７が一定間隔に形成されるとともに、シートの長手方向の少なくとも片側に送り孔８が一定間隔に形成されてキャリアテープ本体６が形成される。凹部７に部品Ｐが挿入され、部品Ｐを覆うようにカバーテープ９がキャリアテープ本体６にテーピングされる。なお、部品Ｐを収納する凹部７の形状は種々なものがあり、図１に限定されるものではない。

上記キャリアテープは、特に、電子部品の外形サイズが数ｍｍ前後又は１ｍｍ以下の微細な電子部品を収納するのに適している。このような微細な電子部品を収納する凹部は、長尺の導電性熱可塑性樹脂発泡シートに凸部型を用いて一定間隔でプレスするだけで容易に形成できるし、導電性熱可塑性樹脂発泡シートであるので、電子部品に静電気による障害を起こすことがなく、しかも、搬送途中の衝撃も緩和できるので、収納された電子部品を衝撃から守ることができる。

本発明は、電子機器や電子部品のキャリアテープ或いは包装・梱包材料として利用することができる。また、カーボンナノチューブが鋼鉄の数十倍の強さを持ち、曲げにも強く、耐熱性にも優れていることから、これらの性質を損なうことのない素材にカーボンナノチューブを配合することによって、その利用可能な用途はエレクトロニクス分野に限定されることなく、広い分野で利用することができる。

（ａ）は、本発明の導電性熱可塑性樹脂発泡シートを利用したキャリアテープの一実施例を示す平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。従来の二層の基材によるキャリアテープの断面図である。

符号の説明

５キャリアテープ
６キャリアテープ本体
７凹部
８送り孔
９カバーテープ

Claims

導電剤を含み、発泡セルが均一に分散した熱可塑性樹脂発泡シートであって、その導電剤がカーボンナノチューブであることを特徴とする導電性熱可塑性樹脂発泡シート。
前記カーボンナノチューブの直径が、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の導電性熱可塑性樹脂発泡シート。
導電剤としてカーボンナノチューブを用い、該カーボンナノチューブの直径が０．５ｎｍ〜１００ｎｍであり、チューブ長が１００ｎｍ〜１００μｍのものを選択的に樹脂に配合して混練し、押出成形機で発泡生成したことを特徴とする導電性熱可塑性樹脂発泡シートの製造方法。