JP2006037001A - Electrode made from thermoplastic resin - Google Patents

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Mitsunari Togawa
三成 外川
Seiichiro Eto
誠一郎 江藤
Toshihiro Hatsu
敏博 発
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode made from a thermoplastic resin, equipped with a high electroconductivity, molding processability and mass production property jointly. <P>SOLUTION: This electrode made from the thermoplastic resin is characterized by containing 10-50 wt.% electroconductive fiber having 0.35-2 mm weight-average fiber length. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高い導電性、成形加工性、量産性を兼ね備えた熱可塑性樹脂製電極に関する。   The present invention relates to a thermoplastic resin electrode having high conductivity, moldability and mass productivity.

一般的に電極には金属が使用されるが、水存在下で錆びると、導電性が低下すること、成形品の形状自由度が低くコストアップに繋がりやすいことから、近年、樹脂材料の適用が検討されている。   In general, metal is used for the electrode, but if it rusts in the presence of water, the conductivity will decrease, and the degree of freedom of the shape of the molded product will be low, leading to increased costs. It is being considered.

樹脂材料を電極へ適用するためには、導電性の付与が必要である。樹脂材料への導電性付与は、マトリクス樹脂へ金属や炭素の繊維またはフィラーなど高導電性材料を添加する方法が一般的であり、近年では、ナノ技術による改良も盛んに検討されている。   In order to apply the resin material to the electrode, it is necessary to impart conductivity. In order to impart conductivity to the resin material, a method of adding a highly conductive material such as a metal or carbon fiber or filler to the matrix resin is generally used, and in recent years, improvement by nanotechnology has been actively studied.

例えば、熱可塑性樹脂と平均繊維直径が100nm以下の微細炭素繊維とを含む樹脂組成物を成形してなる高導電性樹脂成形品が開示されている(特許文献1)。この技術は、微細炭素繊維をある程度凝集した状態でマトリックス樹脂中に分散して連続状のネットワークを形成することで高い導電性が得られるというものである。また、マトリクス中にカーボンナノチューブなどの炭素繊維を分散してなり、且つ、成形表面において該炭素繊維の先端が突している高導電部材として、また電子を放出する電極素子として利用することが開示されている(特許文献2)。   For example, a highly conductive resin molded article formed by molding a resin composition containing a thermoplastic resin and fine carbon fibers having an average fiber diameter of 100 nm or less is disclosed (Patent Document 1). In this technique, fine carbon fibers are aggregated to some extent and dispersed in a matrix resin to form a continuous network, whereby high conductivity can be obtained. Further, it is disclosed that carbon fibers such as carbon nanotubes are dispersed in a matrix and used as a highly conductive member in which the tip of the carbon fiber protrudes on a molding surface and as an electrode element that emits electrons. (Patent Document 2).

しかしながら、これらの技術では、実施例に記載のとおり、成形品の導電性は、体積抵抗値が10−1Ω・mより大きく、電極として使用するには不十分なレベルである。 However, in these techniques, as described in the examples, the conductivity of the molded product is larger than 10 −1 Ω · m, which is insufficient for use as an electrode.

他にも、特定の粘度を有する硬化性樹脂と炭素質材料からなる導電性硬化性樹脂組成物とその硬化体からなる電極などの導電部材が開示されている(特許文献3)。また、軸方向に沿って配向された長繊維の炭素繊維とマトリクス樹脂からなる棒状電極材が開示されている(特許文献4)。これらの方法によれば、高い導電性が得られるものの、金属材料と同様、成形品の形状自由度が低く、さらに成形加工も困難なため量産性に劣りひいてはコスト的に不利である。   In addition, a conductive member such as an electrode made of a conductive curable resin composition made of a curable resin having a specific viscosity and a carbonaceous material and a cured product thereof is disclosed (Patent Document 3). Further, a rod-shaped electrode material made of a long-fiber carbon fiber oriented along the axial direction and a matrix resin is disclosed (Patent Document 4). According to these methods, although high conductivity can be obtained, like a metal material, the degree of freedom of shape of a molded product is low, and further, molding processing is difficult, so that it is inferior in mass productivity and disadvantageous in cost.

以上のように、高い導電性と成形加工性、量産性を兼ね備えた電極の開発が強く望まれていた。
特開2004−35826号公報 特開2004−107534号公報 特開2003−268249号公報 特開平7−11466号公報
As described above, there has been a strong demand for the development of an electrode having high conductivity, moldability, and mass productivity.
JP 2004-35826 A JP 2004-107534 A JP 2003-268249 A JP 7-11466 A

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、高い導電性、成形加工性、量産性を兼ね備えた電極を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electrode having high conductivity, molding processability, and mass productivity in view of the background of the conventional technology.

すなわち本発明は、熱可塑性樹脂100重量部に対し、重量平均繊維長が0.35〜2mmである導電性繊維を10〜100重量部含有することを特徴とする熱可塑性樹脂製電極を提供する。   That is, the present invention provides a thermoplastic resin electrode characterized by containing 10 to 100 parts by weight of conductive fibers having a weight average fiber length of 0.35 to 2 mm with respect to 100 parts by weight of a thermoplastic resin. .

本発明により、高い導電性、成形加工性、量産性を兼ね備えた電極を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrode having high conductivity, molding processability, and mass productivity.

以下、本発明について具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described.

本発明の電極は、熱可塑性樹脂をベースとしたものである。このことにより、金属に比べ優れた防錆性と成形加工性、量産性を得ることができる。   The electrode of the present invention is based on a thermoplastic resin. Thereby, it is possible to obtain rust prevention, molding processability and mass productivity superior to those of metals.

前記熱可塑性樹脂には、電極の導電性を付与するために熱可塑性樹脂100重量部に対し、導電性繊維を10〜100重量部含むことが必要である。10重量部未満では、電極に十分な導電性を付与することができず、また100重量部を超えると、成形時の流動性が低下するため問題がある。   The thermoplastic resin needs to contain 10 to 100 parts by weight of conductive fibers with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin in order to impart conductivity of the electrode. If the amount is less than 10 parts by weight, sufficient conductivity cannot be imparted to the electrode. If the amount exceeds 100 parts by weight, there is a problem because the fluidity during molding decreases.

導電性繊維としては例えば、炭素繊維、金属繊維(ステンレス鋼繊維、銅繊維など)などの単独で導電性を示す繊維を採用することができる。   As the conductive fiber, for example, a fiber exhibiting conductivity alone such as carbon fiber, metal fiber (stainless steel fiber, copper fiber, etc.) can be employed.

また、絶縁性繊維(有機繊維としてはアラミド繊維、PBO繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維など、無機繊維としてはガラス繊維、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維など)や導電性繊維(金属繊維、炭素繊維)に、導電体(金属、金属酸化物、カーボン等)を被覆した繊維も使用できる。導電体の被覆はメッキ法(電解、無電解)、CVD法、PVD法、イオンプレーティング法、蒸着法などが適用でき、ニッケル、イッテルビウム、金、銀、銅などの金属による被覆が可能である。   Insulating fiber (organic fiber such as aramid fiber, PBO fiber, polyphenylene sulfide fiber, polyester fiber, acrylic fiber, nylon fiber, polyethylene fiber, etc., inorganic fiber such as glass fiber, silicon carbide fiber, silicon nitride fiber, etc.) Alternatively, a fiber in which a conductive material (metal, metal oxide, carbon, etc.) is coated on a conductive fiber (metal fiber, carbon fiber) can also be used. The conductor can be coated by plating (electrolytic or electroless), CVD, PVD, ion plating, vapor deposition, etc., and can be coated with a metal such as nickel, ytterbium, gold, silver, or copper. .

これらは、単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。その中でも、力学的特性、導電性、比重のバランスに優れる炭素繊維が好ましい。   These may be used alone or in combination of two or more. Among these, carbon fiber excellent in the balance of mechanical properties, conductivity, and specific gravity is preferable.

炭素繊維としては例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維等が挙げられるが、なかでも、強度と弾性率などの力学的特性等のバランスに優れるPAN系炭素繊維が好ましい。   Examples of the carbon fiber include polyacrylonitrile (PAN), pitch-based, cellulose-based, vapor-grown carbon fiber by hydrocarbon, graphite fiber, etc. Among them, mechanical properties such as strength and elastic modulus, etc. A PAN-based carbon fiber having an excellent balance is preferred.

導電性繊維の重量平均繊維長は、0.35〜2mmであることが必要である。0.35mm未満では、導電性が不十分となる。0.5mm以上とすると、優れた電磁波シールド性や機械強度を得ることができるため好ましい。また上限については、長い方が導電性の観点でより好ましいが、現状の熱可塑性樹脂の成形技術では、成形時の剪断応力により2mmが限界であるためこれを上限とした。   The weight average fiber length of the conductive fibers needs to be 0.35 to 2 mm. If it is less than 0.35 mm, the conductivity is insufficient. The thickness of 0.5 mm or more is preferable because excellent electromagnetic shielding properties and mechanical strength can be obtained. As for the upper limit, the longer one is more preferable from the viewpoint of conductivity. However, in the present thermoplastic resin molding technique, 2 mm is the limit due to the shear stress at the time of molding.

重量平均繊維長Lwは、個々の繊維の繊維長Liと、重量Wiに対して、
Lw=Σ(Wi×Li)/ΣWi
で表されるが、繊維径および密度が一定の場合には、繊維長Liを有する繊維の本数をNiとして、
Lw=Σ(Ni×Li)/Σ(Ni×Li)
として測定することができる。なお、熱可塑性樹脂中の繊維の重量平均繊維長を測定するサンプルを得るには、繊維は溶解せずに熱可塑性樹脂を溶解する溶媒を用い、熱可塑性樹脂成分を十分溶解させ、濾過することにより繊維を分離すればよい。
The weight average fiber length Lw is based on the fiber length Li of each fiber and the weight Wi.
Lw = Σ (Wi × Li) / ΣWi
In the case where the fiber diameter and density are constant, Ni represents the number of fibers having a fiber length Li,
Lw = Σ (Ni × Li 2 ) / Σ (Ni × Li)
Can be measured as In addition, in order to obtain a sample for measuring the weight average fiber length of fibers in the thermoplastic resin, use a solvent that dissolves the thermoplastic resin without dissolving the fibers, sufficiently dissolve the thermoplastic resin component, and filter. The fibers may be separated by

本発明において用いるベースとなる熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、変性ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート等のポリエステル、ポリアリーレート、ポリカーボネート、ポリスチレン(PS)、HIPS、ABS、AES、AASなどのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル樹脂、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。また、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/ジエン共重合体、エチレン/一酸化炭素/ジエン共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸グリシジル、エチレン/酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、ポリエーテルエステルエラストマー、ポリエーテルエーテルエラストマー、ポリエーテルエステルアミドエラストマー、ポリエステルアミドエラストマー、ポリエステルエステルエラストマーなどの各種エラストマー類などが挙げられる。これらのうち1種を単独で用いても良いし2種以上を併用しても良い。   Examples of the thermoplastic resin used as a base in the present invention include polyamide, modified polyphenylene ether (PPE), polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polyester, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polycyclohexane dimethyl terephthalate. , Polyarylate, polycarbonate, polystyrene (PS), styrene resin such as HIPS, ABS, AES, AAS, acrylic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyolefin such as vinyl chloride, polyethylene, polypropylene, modified polyolefin, phenol Examples thereof include resins and phenoxy resins. Also, ethylene / propylene copolymer, ethylene / 1-butene copolymer, ethylene / propylene / diene copolymer, ethylene / carbon monoxide / diene copolymer, ethylene / ethyl (meth) acrylate copolymer, Various types such as ethylene / glycidyl (meth) acrylate, ethylene / vinyl acetate / glycidyl (meth) acrylate copolymer, polyether ester elastomer, polyether ether elastomer, polyether ester amide elastomer, polyester amide elastomer, polyester ester elastomer Examples include elastomers. Among these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

電極の強度、耐薬品性、耐摩耗性の観点からはPPS、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタールが好ましく、中でも強度、耐摩耗性などの機械特性、表面外観品位、経済性のバランスに優れたポリアミドが、より好ましい。   From the viewpoint of electrode strength, chemical resistance, and abrasion resistance, PPS, polyamide, polyester, and polyacetal are preferable. Among them, polyamide having excellent balance of mechanical properties such as strength and abrasion resistance, surface appearance quality, and economic efficiency is preferable. More preferred.

ポリアミドとしては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6/ナイロン66の共重合体、ナイロンXD6、ナイロンMXD6、ナイロン6T/6I、ナイロン66/6I、およびナイロン6/66/6Iコポリマーなどが挙げることができる。中でも、ナイロン6、ナイロン66、ナイロンMXD6、ナイロン6/66/6Iは、成形時の高い流動性が得られるとともに、成形後の収縮やヒケを抑制でき、高い成形性と外観品位に優れるので特に好ましい。ポリアミドはこれらのうち1種を単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。   Examples of polyamides include nylon 6, nylon 66, nylon 6 / nylon 66 copolymer, nylon XD6, nylon MXD6, nylon 6T / 6I, nylon 66 / 6I, and nylon 6/66 / 6I copolymer. . Among them, nylon 6, nylon 66, nylon MXD6, and nylon 6/66 / 6I can obtain high fluidity at the time of molding, can suppress shrinkage and sink after molding, and are excellent in high moldability and appearance quality. preferable. Among these, polyamides may be used alone or in combination of two or more.

これらポリアミドは、成形時の流動性の観点から、相対粘度ηrが、1.5〜2.5が好ましい。特に好ましくは1.8〜2.4の範囲である。
相対粘度ηrは、熱可塑性樹脂1gを98%硫酸100mLに溶解し、オストワルド粘度計を使用して25℃にて測定できる(98%硫酸法)。なお、熱可塑性樹脂の相対粘度ηrを測定するには、当該熱可塑性樹脂を溶解しうる溶媒にて十分溶解させ、濾過することにより熱可塑性樹脂を分離した後、測定することができる。(電極の熱可塑性樹脂の含有量は、他の成分(導電性繊維、導電性フィラー)の含有量から定まる。)
本発明の電極は、さらに導電性を付与するために導電性フィラーを添加することもできる。導電性フィラーとしては例えば、カーボンブラック、アモルファスカーボン粉末、天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末、膨張黒鉛粉末、ピッチマイクロビーズ、金属粉末などを採用でき、その中でも導電性向上の観点からカーボンブラックが好ましい。
These polyamides preferably have a relative viscosity ηr of 1.5 to 2.5 from the viewpoint of fluidity during molding. Especially preferably, it is the range of 1.8-2.4.
The relative viscosity ηr can be measured at 25 ° C. using an Ostwald viscometer by dissolving 1 g of a thermoplastic resin in 100 mL of 98% sulfuric acid (98% sulfuric acid method). In order to measure the relative viscosity ηr of the thermoplastic resin, it can be measured after sufficiently dissolving the thermoplastic resin in a solvent capable of dissolving it and separating the thermoplastic resin by filtration. (The thermoplastic resin content of the electrode is determined from the content of other components (conductive fiber, conductive filler).)
The electrode of the present invention may further contain a conductive filler in order to impart conductivity. Examples of the conductive filler that can be used include carbon black, amorphous carbon powder, natural graphite powder, artificial graphite powder, expanded graphite powder, pitch microbeads, metal powder, and the like. Among these, carbon black is preferable from the viewpoint of improving conductivity.

カーボンブラックとしては例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラックなどを採用することができ、これらのうち1種を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。中でも、価格、導電性付与効果などの総合的な面から、ファーネスブラックが好ましい。   As the carbon black, for example, furnace black, acetylene black, thermal black, channel black, and the like can be employed. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination. Of these, furnace black is preferable from the viewpoints of price, conductivity, and the like.

電極の導電性フィラーの含有量としては、熱可塑性樹脂100重量部に対し、1〜65重量部とすることが好ましい。1重量部未満では導電性フィラーの添加効果が発現せず、65重量部を超えると、成形時の流動性が悪くなるからである。   As content of the conductive filler of an electrode, it is preferable to set it as 1-65 weight part with respect to 100 weight part of thermoplastic resins. When the amount is less than 1 part by weight, the effect of adding the conductive filler is not exhibited, and when the amount exceeds 65 parts by weight, the fluidity during molding deteriorates.

また樹脂組成物には、要求される特性に応じ、本発明の目的を損なわない範囲で無機充填材や添加剤を添加しても良い。   Moreover, you may add an inorganic filler and an additive to a resin composition in the range which does not impair the objective of this invention according to the characteristic requested | required.

無機充填材としては例えば、ガラス繊維、ガラス粉末、ガラスビーズ、アラミド繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石膏繊維、層状珪酸塩(モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、バーミキュライトなどのスメクタイト系粘土鉱物、ハロイサイト、カネマイト、ケニヤイト、燐酸ジルコニウム、燐酸チタニウムなどの各種粘土鉱物、Li型フッ素テニオライト、Na型フッ素テニオライト、Na型四珪素フッ素雲母、Li型四珪素フッ素雲母等の膨潤性合成雲母等)、焼成クレイ、タルク、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、珪酸カルシウム、ワラステナイト、ゼオライト、セリナイト、カオリン、ベントナイト、アルミナシリコート、マイカ、酸化チタン、チタン酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ハイドロタルサイト、酸化鉄、フェライト、水酸化鉄、窒化硼素などを挙げることができる。   Examples of the inorganic filler include glass fiber, glass powder, glass bead, aramid fiber, alumina fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, ceramic fiber, asbestos fiber, gypsum fiber, layered silicate (montmorillonite, beidellite, nontronite, Smectite clay minerals such as saponite, hectorite, saconite, vermiculite, various clay minerals such as halloysite, kanemite, kenyanite, zirconium phosphate, titanium phosphate, Li-type fluorine teniolite, Na-type fluorine teniolite, Na-type tetrasilicon fluorine mica, Li Swellable synthetic mica such as type tetrasilicon fluorine mica), calcined clay, talc, silica, magnesium oxide, titanium oxide, calcium silicate, wollastonite, zeolite, serinite, kaolin, bentonite, alumina Recoating, mica, titanium oxide, potassium titanate, calcium carbonate, magnesium carbonate, zinc carbonate, hydrotalcite, iron oxide, ferrite, iron hydroxide, and the like boron nitride.

上記のような無機充填材は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。また、その形状としては、パウダー状、フレーク状、繊維状、ウィスカーバルーン状などを採用できる。   The inorganic fillers as described above may be used alone or in combination of two or more. Moreover, as the shape, powder shape, flake shape, fiber shape, whisker balloon shape, or the like can be adopted.

添加剤としては、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、耐電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤、難燃剤などを挙げることができる。   Additives include crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration control agents, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, coloring inhibitors, heat stabilizers, mold release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants , Colorants, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, coupling agents, flame retardants and the like.

本発明の電極は、樹脂組成物の体積抵抗率が10−5〜10−3Ω・mであることが好ましい。より好ましくは10−5〜10−4Ω・mである。10−3Ω・m以下の導電性で有すれば、電極として好適に使用することができる。また体積抵抗率は、低い方がより好ましいが、熱可塑性樹脂製電極で達成することができる限界が10−5Ω・mであることからこれを下限とした。 In the electrode of the present invention, the volume resistivity of the resin composition is preferably 10 −5 to 10 −3 Ω · m. More preferably, it is 10 <-5 > -10 <-4> ( omega | ohm) * m. If it has conductivity of 10 −3 Ω · m or less, it can be suitably used as an electrode. The lower volume resistivity is more preferable, but the lower limit is set to 10 −5 Ω · m because the limit that can be achieved by the thermoplastic resin electrode is 10 −5 Ω · m.

ここで体積抵抗率とは、IEC60093規格にそって測定した値である。IECとは国際電気標準会議のことで、IEC60093規格は、JIS K7194規格に準拠している。かかる体積抵抗率は、前述のように導電性繊維や補助的に導電性フィラーを適宜採用することにより達成することができる。   Here, the volume resistivity is a value measured according to the IEC 60093 standard. IEC stands for International Electrotechnical Commission, and IEC 60093 standard conforms to JIS K7194 standard. Such volume resistivity can be achieved by appropriately adopting conductive fibers or auxiliary conductive fillers as described above.

本発明の熱可塑性樹脂製電極の製造方法としては、生産性・量産性の観点からは、熱可塑性樹脂組成物のペレットを作製し、これを成形に供するのが好ましい。   As a method for producing the thermoplastic resin electrode of the present invention, from the viewpoint of productivity and mass productivity, it is preferable to prepare a pellet of a thermoplastic resin composition and use it for molding.

熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法としては、各必須成分及び任意の添加剤を一括して溶融混練する方法、成分の一部を溶融混練しその途中から残りの成分を添加する方法、成分の一部を予め溶融混練して一旦ペレットとし残りの成分と再度溶融混練する方法、また特定成分同士を別途溶融混練して複数種のペレットとし、これらをブレンドする方法などを採用することができる。   As a method for producing pellets of a thermoplastic resin composition, a method of melting and kneading each essential component and optional additives at once, a method of melting and kneading a part of the components, and adding the remaining components from the middle, components It is possible to adopt a method of melting and kneading a part of the pellets in advance to form pellets once again and melt-kneading the remaining components again, a method of melting and kneading specific components separately to form a plurality of pellets, and blending them. .

溶融混練には、単軸押出機、二軸押出機やニーダーなど、溶融状態下での機械的剪断を行うことができる装置を用いると良い。また、溶融混練装置の好ましい態様として、溶融混練時に発生する水分や低分子量の揮発成分を除去するためにベント口を設けても良い。また、溶融混練の途中から成分を添加できるようにホッパー口を複数個設けても良い。   For melt kneading, it is preferable to use an apparatus capable of performing mechanical shearing in a molten state, such as a single screw extruder, a twin screw extruder, or a kneader. As a preferred embodiment of the melt-kneading apparatus, a vent port may be provided in order to remove moisture and low-molecular-weight volatile components generated during melt-kneading. Further, a plurality of hopper ports may be provided so that components can be added during the melt kneading.

また、導電性繊維として炭素繊維を採用し、これを熱可塑性樹脂等と溶融混練する場合には、機械的剪断がかかるシリンダー(ただし原料供給部付近は除く)の温度を樹脂組成物の熱可塑性樹脂の融点(変性PPEやポリアリレートなどの非晶性樹脂の場合には流動開始点)より10℃以上高くすることが好ましい。そうすることで、剪断による炭素繊維の過剰な折損を防ぐことができる。炭素繊維の過剰な折損を防ぐその他の手段としては、強い剪断のかかるようなスクリューの形状は避けること、スクリューの溝深さを深くとること、ダイス径を大きくすることなどが挙げられる。   In addition, when carbon fiber is used as the conductive fiber and this is melt-kneaded with a thermoplastic resin, etc., the temperature of the cylinder to which mechanical shearing is applied (except for the vicinity of the raw material supply part) is the thermoplasticity of the resin composition. The melting point of the resin (preferably the flow starting point in the case of an amorphous resin such as modified PPE or polyarylate) is preferably 10 ° C. or higher. By doing so, excessive breakage of the carbon fiber due to shearing can be prevented. Other means for preventing excessive breakage of the carbon fiber include avoiding the shape of the screw that is subject to strong shearing, increasing the groove depth of the screw, and increasing the die diameter.

また、炭素繊維を採用する他の態様として、溶融させた熱可塑性樹脂中に連続した炭素繊維を通過させて、炭素繊維の表面に熱可塑性樹脂を被覆させ、得られたストランドを冷却後に所定の長さに切断することによって、炭素繊維を含む長繊維ペレットとすることも好ましい。本ペレットの製法によれば、ペレットの長手方向にペレットの長さとほぼ同一の導電性繊維が配列した長繊維ペレットが得られる。長繊維ペレットから電極を成形する場合、炭素繊維は成形時の剪断により折損が進むので、成形品における所望の繊維長にあわせてペレットの切断長さ(すなわちペレット中の繊維長)を設定すると良く、前述のように成形品中で0.35〜2mmとするには、長繊維ペレットとしては3mm〜15mmとすることが好ましく、より好ましくは5〜10mmである。   Further, as another embodiment employing the carbon fiber, the continuous carbon fiber is passed through the molten thermoplastic resin so that the surface of the carbon fiber is coated with the thermoplastic resin, and the obtained strand is cooled to a predetermined state. It is also preferable to obtain long fiber pellets containing carbon fibers by cutting into lengths. According to the method for producing the pellet, a long fiber pellet in which conductive fibers substantially the same as the length of the pellet are arranged in the longitudinal direction of the pellet is obtained. When forming electrodes from long fiber pellets, carbon fiber breaks due to shear during molding, so it is better to set the cut length of the pellets (ie, the fiber length in the pellets) according to the desired fiber length in the molded product. In order to obtain 0.35 to 2 mm in the molded product as described above, the long fiber pellet is preferably 3 mm to 15 mm, more preferably 5 to 10 mm.

本発明の電極は、かくして得られる樹脂組成物を射出成形、押出成形、圧縮成形などの方法で成形することによって得られる。なかでも射出成形は、生産性が高く、複雑な形状の成形品、薄肉成形品にも好適である。   The electrode of the present invention can be obtained by molding the resin composition thus obtained by a method such as injection molding, extrusion molding or compression molding. In particular, the injection molding has high productivity and is suitable for a molded product having a complicated shape and a thin molded product.

射出成形においては、以下の点に配慮して、炭素繊維の過剰な折損を抑制することがより好ましい。すなわち好ましい成形条件の傾向としては、背圧を低くすること、射出速度を遅くすること、スクリュー回転数を遅くすること、また射出成形機において、ノズル径を太くすること、スクリューの溝深さを深くすること、テーパー角度を小くすること、圧縮比を低くすること、また成形用金型において、スプルー径、ランナー径、ゲート径を大きくすることなどである。   In injection molding, in consideration of the following points, it is more preferable to suppress excessive breakage of carbon fibers. That is, preferable trends in molding conditions include lower back pressure, slower injection speed, slower screw rotation speed, and larger nozzle diameter in the injection molding machine, and screw groove depth. These include deepening, reducing the taper angle, reducing the compression ratio, and increasing the sprue diameter, runner diameter, and gate diameter in the molding die.

以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明する。   The following examples illustrate the present invention more specifically.

[測定・評価方法]
(1)熱可塑性樹脂の相対粘度ηr
熱可塑性樹脂1gを98%硫酸100mLに溶解し、オストワルド粘度計を用いて25℃にて測定した。
[Measurement and evaluation method]
(1) Relative viscosity ηr of thermoplastic resin
1 g of thermoplastic resin was dissolved in 100 mL of 98% sulfuric acid and measured at 25 ° C. using an Ostwald viscometer.

(2)成形下限圧
100mm×100mm×3mmの角板を射出成形により作製したときの成形下限圧を測定した。成形下限圧が低いほど成形が容易で、成形加工性、量産性に優れていることを表している。この条件では150kgf/cmより大きい値で成形が困難なレベルである。
(2) Molding lower limit pressure The molding lower limit pressure when a square plate of 100 mm x 100 mm x 3 mm was produced by injection molding was measured. The lower the molding lower limit pressure, the easier the molding and the better the moldability and mass productivity. Under these conditions, molding is difficult at a value greater than 150 kgf / cm 2 .

(3)体積抵抗率
100mm×100mm×3mmの角板を射出成形により作製し、IEC60093規格にそって体積抵抗率を測定した。抵抗値は小さいほど導電性に優れていること表している。本発明の電極に使用する樹脂材料としては、10−3Ω・m未満が好ましく、10−4Ω・m未満がより好ましい。
(3) Volume resistivity A square plate of 100 mm × 100 mm × 3 mm was produced by injection molding, and the volume resistivity was measured according to IEC 60093 standard. The smaller the resistance value, the better the conductivity. The resin material used for the electrode of the present invention is preferably less than 10 −3 Ω · m, and more preferably less than 10 −4 Ω · m.

(4)電極抵抗値
図1に示すような形状の電極を射出成形し、上面と下面間の抵抗値を一般的なテスターで測定した。抵抗値は小さいほど導電性に優れていることを表している。電極に使用するには140Ω未満の抵抗値が必要であり、100Ω未満がより好ましい。
(4) Electrode Resistance An electrode having a shape as shown in FIG. 1 was injection molded, and the resistance value between the upper surface and the lower surface was measured with a general tester. The smaller the resistance value, the better the conductivity. In order to use it for an electrode, a resistance value of less than 140Ω is required, and less than 100Ω is more preferable.

(5)重量平均繊維長
作製した電極の一部から約0.5gを切り出し、蟻酸100ccに浸漬して12時間放置した。樹脂等の成分が溶解したのを確認した後、ペーパーフィルターを用いて繊維を濾過した。濾過して得た繊維を顕微鏡にて観察し、無作為に抽出した400本の繊維の繊維長を測定し、繊維径および密度が一定であるという前提のもと、次式を用いて算出した。
Lw=Σ(Ni×Li2)/Σ(Ni×Li)
ここで、Lwは重量平均繊維長、Liは繊維長、Niは繊維長Liを有する繊維の本数とする。
(5) Weight average fiber length About 0.5 g was cut out from a part of the produced electrode, immersed in 100 cc of formic acid and left for 12 hours. After confirming that the components such as the resin were dissolved, the fibers were filtered using a paper filter. The fibers obtained through filtration were observed with a microscope, the fiber lengths of 400 randomly extracted fibers were measured, and calculated using the following formula under the assumption that the fiber diameter and density were constant. .
Lw = Σ (Ni × Li 2 ) / Σ (Ni × Li)
Here, Lw is the weight average fiber length, Li is the fiber length, and Ni is the number of fibers having the fiber length Li.

(6)総合評価
上記成形性、導電性(抵抗率)から総合的に判断し、悪い方から×,○,◎の順に3段階で評価した。○,◎が電極に使用可能なレベルである。
(6) Comprehensive evaluation It judged comprehensively from the said moldability and electroconductivity (resistivity), and evaluated in three steps in order of *, (circle), (double-circle) from the worse one. ○ and ◎ are levels that can be used for electrodes.

[材料]
各実施例・比較例に用いた成分は以下のとおりのものを指す。
[material]
The components used in each example and comparative example are as follows.

(熱可塑性樹脂)
A−1:ナイロン6樹脂(ηr=2.4)
A−2:ナイロン66樹脂(ηr=2.2)
(導電性繊維)
B−1:長炭素繊維(東レ(株)製トレカT700SC−12K)
B−2:短炭素繊維(東レ(株)製チョップドトレカTS−12)
(導電性付与剤)
C−1:カーボンブラック(三菱化学(株)製3050B)
[実施例1]
材料A−1の全量を単軸押出機にて、その先端に取り付けたクロスヘッドダイ中に十分混練された状態で押し出すと同時に、長炭素繊維B−1の糸条も上記クロスヘッドダイ中に連続的に供給することによって、溶融した熱可塑性樹脂等を長炭素繊維B−1の糸条の表面に被覆した。
(Thermoplastic resin)
A-1: Nylon 6 resin (ηr = 2.4)
A-2: Nylon 66 resin (ηr = 2.2)
(Conductive fiber)
B-1: Long carbon fiber (Toray Industries, Inc. trading card T700SC-12K)
B-2: Short carbon fiber (Chopped trading card TS-12 manufactured by Toray Industries, Inc.)
(Conductivity imparting agent)
C-1: Carbon black (Mitsubishi Chemical Corporation 3050B)
[Example 1]
The entire amount of the material A-1 is extruded in a single-screw extruder in a sufficiently kneaded state in a crosshead die attached to the tip thereof, and at the same time, the yarn of the long carbon fiber B-1 is also put in the crosshead die. By continuously supplying, the melted thermoplastic resin or the like was coated on the surface of the long carbon fiber B-1.

得られたストランドを、引き続きオンラインで冷却後、オンラインでカッターにて7mmの長さに切断して成形用ペレットとした。   The obtained strand was subsequently cooled online and then cut online to a length of 7 mm with a cutter to form a pellet for molding.

得られたペレットを80℃、5時間以上真空下で乾燥させた後、試験片および電極の射出成形に供し、日本製鋼所(株)製J350E2−SP型射出成形機を用いて、100mm×100mm×3mmの角板および図1に示すような電極モデル成形品を成形した。かかる電極モデル成形品は、上面φ10mm、下面φ20mm、高さ30mmの形状である。射出成形の条件は、シリンダー温度280℃、金型温度70℃、冷却時間30秒、射出速度70%とした。   The obtained pellets were dried under vacuum at 80 ° C. for 5 hours or more, then subjected to injection molding of test pieces and electrodes, and using a J350E2-SP type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works, Ltd., 100 mm × 100 mm A 3 mm square plate and an electrode model molded product as shown in FIG. 1 were molded. Such an electrode model molded product has a shape of an upper surface φ10 mm, a lower surface φ20 mm, and a height 30 mm. The injection molding conditions were a cylinder temperature of 280 ° C., a mold temperature of 70 ° C., a cooling time of 30 seconds, and an injection speed of 70%.

[実施例2〜6、比較例1,2,4]
表1,2に示すような組成比で、熱可塑性樹脂、導電性フィラーの全量を単軸押出機にて、その先端に取り付けたクロスヘッドダイ中に十分混練された状態で押し出すと同時に、長炭素繊維B−1の糸条も上記クロスヘッドダイ中に連続的に供給することによって、溶融した熱可塑性樹脂等を長炭素繊維B−1の糸条の表面に被覆した。
[Examples 2-6, Comparative Examples 1, 2, 4]
With the composition ratios shown in Tables 1 and 2, the entire amount of thermoplastic resin and conductive filler was extruded with a single screw extruder in a sufficiently kneaded state in a crosshead die attached to the tip of the thermoplastic resin and conductive filler. The yarn of carbon fiber B-1 was also continuously fed into the crosshead die so that the molten thermoplastic resin or the like was coated on the surface of the yarn of long carbon fiber B-1.

得られたストランドを、引き続きオンラインで冷却後、オンラインでカッターにて7mmの長さに切断して成形用ペレットとした。   The obtained strand was subsequently cooled online and then cut online to a length of 7 mm with a cutter to form a pellet for molding.

得られたペレットを80℃、5時間以上真空下で乾燥させ、以降は実施例1と同様にして角板と電極モデル成形品を成形した。   The obtained pellets were dried under vacuum at 80 ° C. for 5 hours or more, and thereafter, square plates and electrode model molded products were formed in the same manner as in Example 1.

[比較例3,5]
表1、2に示すような組成比で、2軸押出機(日本製鋼所(株)製TEX30α)を使用し、材料A−1,C−1の全量をメインフィーダーより供給し、次いで材料B−2の全量をサイドフィーダーより供給してコンパウンドした。シリンダー温度及びダイス温度は270℃とし、スクリュー回転数は200rpmに設定した。また、サイドフィード部とダイスの中間に減圧ベント部を設け、スクリュー形状はサイドフィード後にフルフライトにアレンジした。
[Comparative Examples 3 and 5]
Using a twin screw extruder (TEX30α manufactured by Nippon Steel Works) at a composition ratio as shown in Tables 1 and 2, the entire amount of materials A-1 and C-1 was supplied from the main feeder, and then material B -2 was fed from the side feeder and compounded. The cylinder temperature and the die temperature were set to 270 ° C., and the screw rotation speed was set to 200 rpm. Moreover, the decompression vent part was provided between the side feed part and the die, and the screw shape was arranged for full flight after the side feed.

得られたストランドを引き続きオンラインで冷却後、オンラインでカッターにて成形用ペレットとした。   The obtained strand was continuously cooled online and then formed into pellets for molding with a cutter online.

得られたペレットを80℃、5時間以上真空下で乾燥させ、以降は実施例1と同様にして角板と電極モデル成形品を成形した。   The obtained pellets were dried under vacuum at 80 ° C. for 5 hours or more, and thereafter, square plates and electrode model molded products were formed in the same manner as in Example 1.

実施例1〜6、比較例1〜5の組成および評価結果を表1,2に示す。   The compositions and evaluation results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2006037001
Figure 2006037001

Figure 2006037001
Figure 2006037001

表1,2のとおり、実施例1〜6は、角板の成形下限圧が良好で電極抵抗値も130Ω未満であった。また、これら電極の重量平均繊維長は0.44〜0.48mmの範囲であった。これに対し、比較例1,3,5は体積抵抗値と電極抵抗値が大きく、電極として使用できない。また比較例2,4は、角板の成形ができず成形加工性に劣る。 As shown in Tables 1 and 2, Examples 1 to 6 had a good molding lower limit pressure of the square plate and an electrode resistance value of less than 130Ω. Moreover, the weight average fiber length of these electrodes was in the range of 0.44 to 0.48 mm. On the other hand, Comparative Examples 1, 3, and 5 have large volume resistance values and electrode resistance values, and cannot be used as electrodes. Further, Comparative Examples 2 and 4 are inferior in moldability because the square plate cannot be molded.

電極モデル成形品の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of an electrode model molded product.

符号の説明Explanation of symbols

1:電極モデル成形品
L1:上円板直径
L2:下面板直径
H1:高さ
1: Electrode model molded product L1: Upper disc diameter L2: Lower plate diameter H1: Height

Claims (7)

熱可塑性樹脂100重量部に対し、重量平均繊維長が0.35〜2mmである導電性繊維を10〜100重量部含有することを特徴とする熱可塑性樹脂製電極。 A thermoplastic resin electrode, comprising 10 to 100 parts by weight of conductive fibers having a weight average fiber length of 0.35 to 2 mm with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. 導電性繊維以外の導電性フィラー1〜65重量部を含有する請求項1に記載の熱可塑性樹脂製電極。 The thermoplastic resin electrode according to claim 1, comprising 1 to 65 parts by weight of a conductive filler other than conductive fibers. ペレットの長手方向にペレットの長さとほぼ同一の導電性繊維が配列した長繊維ペレットを成形して得られる請求項1または2記載の熱可塑性樹脂製電極。 The thermoplastic resin electrode according to claim 1 or 2, which is obtained by molding a long fiber pellet in which conductive fibers substantially the same as the length of the pellet are arranged in the longitudinal direction of the pellet. 導電性繊維が炭素繊維である請求項1〜3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂製電極。 The thermoplastic resin electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive fiber is a carbon fiber. 体積抵抗率が10−5〜10−3Ω・mの範囲内であることを特徴とする請求項1〜4記載の熱可塑性樹脂製電極。 The volume resistivity is in the range of 10 −5 to 10 −3 Ω · m, and the thermoplastic resin electrode according to claim 1. 熱可塑性樹脂がポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタールから選ばれる1種または2種以上の混合物であることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の熱可塑性樹脂製電極。 The thermoplastic resin electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermoplastic resin is one or a mixture of two or more selected from polyamide, polyester, polyphenylene oxide, and polyacetal. 熱可塑性樹脂がポリアミドであることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の熱可塑性樹脂製電極。 The thermoplastic resin electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermoplastic resin is polyamide.
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