JP2006159569A

JP2006159569A - 導電性樹脂成形体

Info

Publication number: JP2006159569A
Application number: JP2004352966A
Authority: JP
Inventors: Shuji Inoue; 修二井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】少量の導電性物質を熱可塑性樹脂に添加することによって導電性を向上させることができる導電性樹脂成形体を提供すること。
【解決手段】導電性物質を含む熱可塑性樹脂を射出成形機で可塑化するとともに、高圧ガス供給部から不活性ガスを前記熱可塑性樹脂が可塑化されている部分に供給し、前記可塑化部の中で溶融した前記熱可塑性樹脂と前記不活性ガスが混練され、前記熱可塑性樹脂と前記不活性ガスの混合体を射出することにより得られた、前記導電性物質が連結して導電ネットワークを形成して導電性樹脂成形体を構成する。ここで、導電性物質は、カーボンナノチューブである。
【選択図】図１

Description

本発明は、優れた導電性を有する導電性樹脂成形体に関するものである。

従来から一般的に電気絶縁性である熱可塑性樹脂に例えば導通を確保する用途に熱可塑性樹脂を用いる場合、熱可塑性樹脂にカーボンブラック、炭素繊維等のカーボン系導電性フィラー、黒鉛を添加することにより、所望の導電性を有する導電樹脂成形体を得てきた。

しかし、これらのカーボン系導電性フィラーを用いた樹脂成形物では導電ネットワークを形成するために、多量のフィラーを添加するために、耐衝撃性や流動性の特性が損なわれる。又、金型を摩耗する等の問題があった。

これに対してカーボン系導電性フィラーの添加量を制限させる以外に近年、成形性、導電性、力学特性、外観品位を付与するために、従来のカーボンブラックや炭素繊維に代わり導電性フィラーとしてカーボンナノチューブを用いた導電性樹脂組成物が検討されている。理由としては、カーボンナノチューブは、それ自体の導電性が優れていること、アスペクト比が高く、樹脂中にネットワークを形成し易いこと、非常に微細で嵩密度が小さく、単位重量当たりの本数が多いために従来のカーボン系の導電性フィラーよりも、少量の添加量で導電性を向上させられることが知られている。又、リサイクル性にも優れていることから、導電性フィラーとしてカーボンナノチューブの使用が望まれている。

特開２００３−０１２９３９号公報

しかし、カーボン系導電性フィラーの添加量を制限させることは導電性を低下させる。又、カーボンナノチューブは非常に高価であるために、これを使用して得られた導電性樹脂成形体はコストアップが避けられない。

又、カーボンナノチューブの導電性を向上させる技術としては、例えば前記特許文献１（特開２００３−０１２９３９号公報）に挙げられるように、導電性物質としてカーボンナノチューブを熱可塑性樹脂に添加する以外に他の充填剤を添加することによりカーボンナノチューブの分散性を向上させる技術がある。

しかし、他の添加剤を使用する必要があり、本来所望する材料の特性から異なるものとなる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、少量の導電性物質を熱可塑性樹脂に添加することによって導電性を向上させることができる導電性樹脂成形体を提供することにある。

本発明は係る課題を解決するために鋭意研究を重ね、次のような手段を採用することにより解決することができた。

上記目的を達成するために、本発明は、導電性物質を含む熱可塑性樹脂を射出成形機で可塑化するとともに、高圧ガス供給部から不活性ガスを前記熱可塑性樹脂が可塑化されている部分に供給し、前記可塑化部の中で溶融した前記熱可塑性樹脂と前記不活性ガスが混練され、前記熱可塑性樹脂と前記不活性ガスの混合体を射出することにより得られた前記導電性物質が連結して導電ネットワークが形成されている導電性樹脂成形体であることを特徴とする。

上記手段において前記導電性樹脂成形体は、不活性ガスと可塑化された導電性樹脂が混合することにより、可塑性が向上し、可塑化樹脂中において添加された導電性物質の分散性が向上される。

このように導電性物質の分散性が向上した導電性樹脂を射出することにより得られた導電性樹脂成形体の内部の導電性物質同士は連結して導電ネットワークが形成される。

これにより同量の導電性物質を含む熱可塑性樹脂に対して本発明を用いて射出成形して得られた導電樹脂成形体の表面抵抗率は、本発明を用いずに射出成形して得られた導電樹脂成形体の表面抵抗率よりも格段に下がる効果を生じる。

又、本発明は、導電性物質を含む熱可塑性樹脂を加圧された不活性ガス中に置き、前記熱可塑性樹脂中に前記不活性ガスを浸透させた後、射出成形機により射出することにより得られた前記導電性物質が連結して導電ネットワークが形成されている導電性樹脂成形体であることを特徴とする。

上記手段において前記導電性樹脂成形体は、不活性ガスが導電性樹脂中に浸透することにより、不活性ガスが浸透した導電性樹脂を可塑化することにより、可塑性が向上し、可塑化樹脂中において添加された導電性物質の分散性が向上される。

本発明によれば、少量の導電性物質を熱可塑性樹脂に添加することで、導電性を向上させることができる導電性樹脂成形体を提供することができる。

例えば、プリンタ、複写機、カメラ等の製品の導通性が求められるプラスチック部品に導電性樹脂成形体が採用される場合に、前記導電性物質の添加量を減少させることにより、前記導電性物質を通常必要な添加量だけ添加した熱可塑性樹脂よりも、少量の添加量で性能が満足するために経済的に優位である。

本発明の導電樹脂成形体に用いる熱可塑性樹脂としては特に制限されない。

本発明で用いる導電性物質は導電ネットワークが成形されるものであれば特に制限されないが、導電ネットワークを少量で形成できることから特にカーボンナノチューブを使用することが好ましい。

カーボンナノチューブは一般に円柱状軸に実質的に同心的に沿って沈着されているグラファイト外層を有し、その繊維中心軸は直線状でなく、曲がりくねった管状の形態を有する。この管状の形態を有するカーボンナノチューブの壁厚は、通常３．５〜７５ｎｍ程度である。これは通常カーボンナノチューブの外径の約０．１〜０．４倍に相当する。このカーボンナノチューブの繊維径は製法に依存し、ほぼ均一である。

本発明において導電性物質にカーボンナノチューブの平均繊維直径が１００ｎｍよりも大きいと、熱可塑性樹脂中でのカーボンナノチューブ同士の接触が不十分となり、安定した導電性が得られ難い。従って、カーボンナノチューブの平均繊維直径は１００ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下のものが良い。

但し、カーボンナノチューブの平均繊維直径が小さ過ぎると、製造が著しく困難になり、製品のコストアップを招くので、カーボンナノチューブの平均繊維直径は０．１ｎｍ以上、好ましくは０．５ｎｍ以上のものが良い。

又、カーボンナノチューブは平均繊維長さと平均繊維直径との比、即ちアスペクト比が５以上のもの、好ましくは１００以上のものが良い。このようなアスペクト比であれば導電ネットワークを形成し易い。

カーボンナノチューブはその少なくとも一部分が凝縮体の形態である場合、樹脂組成物中に面積ベースで測定しても約５０μｍ、特に１０μｍよりも大きい径を有する凝縮体を含有しないことが望ましい。

カーボンナノチューブ以外の導電性物質では、例えば、炭素繊維、金属繊維、グラファイト、カーボンブラック等がある。これらは特に制限はなく、本発明では前述の導電性物質を１種類又は複数の種類で使用しても良い。

導電性物質の導電性樹脂に対する添加量は、０．５〜３０重量％が良く、添加量が０．５重量％未満では導電ネットワークの形成が困難になる。又、添加量が３０重量％を超えると耐衝撃性や流動性の特性が損なわれる。又、金型を摩耗する等の問題がある。従って、導電性物質の添加量は１〜２０重量％が好ましい。

次に、本発明の導電性樹脂成形体の製造方法について説明する。

初めに本実施の形態の導電性物質を含む熱可塑性樹脂に不活性ガスを混練させる成形装置の一例の模式図を図１に示す。

図１において、１は成形機ホッパー、２はガスボンベ、３は金型、４は射出成形機、５は高圧ガス供給部、６は樹脂材料に高圧ガスを浸透する可塑化ユニット、７は成形機ホッパーへの材料供給部である。この成形装置では、高圧ガスを供給する高圧ガス供給部５と加圧ガスが供給される部分とを有する可塑化ユニット６が必要となる。材料供給部７に供給されたペレット状の樹脂材料は射出成形機４の可塑化ユニット６に繋がる成形機ホッパー１に送られ、そこから可塑化ユニット６の可塑化部に送られ、可塑化ユニット６に設けられたスクリュの回転とヒータ熱とにより樹脂材料が加熱混練され可塑化するとともに、高圧ガス供給部５から炭酸ガス、窒素等の不活性ガスが供給路を経由して可塑化部６に供給される。

可塑化部の中で溶融した導電性物資を含む熱可塑性樹脂材料と不活性ガスが混練され、導電性物資を含む熱可塑性樹脂材料と不活性ガスの混合体（樹脂材料中に不活性ガスが吸収されたもの）は金型３内に射出されて樹脂成形体となる。高圧ガス供給部５から可塑化ユニット６に至る回路の圧力、供給量は管理、制御されている。

上記のような装置を用い、射出成形することにより本発明を施した導電性樹脂成形体を得ることができる。

次に、本実施の形態の導電性物質を含む熱可塑性樹脂に不活性ガスを浸透させる成形装置の一例の模式図を図２に示す。

図２において、８は高圧容器、１は成形機ホッパー、２はガスボンベ、３は金型、４は射出成形機、９は高圧容器８へ樹脂材料を供給するための材料供給部、１０は高圧容器８から成形機ホッパー１へ材料を供給する材料供給部である。この成形装置では射出成形機４の他に高圧容器８が必要となる。高圧容器８に材料供給部９から樹脂材料を供給し、更に高圧容器８に炭酸ガスをガスボンベ２から供給して高圧容器８を所定の圧力に加圧する。一定時間加圧状態を維持することにより、高圧容器８内の導電性物資を含む熱可塑性樹脂材料に不活性ガスを浸透させる（樹脂材料中に不活性ガスを吸収させる）。

尚、高圧容器８に撹拌部を備え、所定の回転速度で材料を撹拌しても良い。又、材料の種類により、高圧容器８内の温度を制御しても良い。通常、温度は２５〜３５℃で管理され、圧力は４〜２０ＭＰａ、不活性ガスの浸透処理時間は０．１〜２時間程度である。予め設定された時間経過後、樹脂材料は射出成形機４に設けられたホッパー１へと適量移送され、混練された後、金型３内に射出されて樹脂成形体となる。

図３と図４を用いて、本発明を用いなかった場合と用いた場合との導電ネットワークの状態を説明する。

図３は本発明を用いずに射出成形して得られた導電性樹脂成形体断面の模式図であり、図４は本発明を用いて射出成形して得られた導電性樹脂成形体断面の模式図である。図３では熱可塑性樹脂１１中に存在する導電性物質１２同士の接触が不十分であり、導電ネットワークが充分に形成されていない状況である。この場合、結果として本来所望される導電性や帯電防止性を得られない可能性がある。

図４では導電性物質１２の分散性が向上することにより、熱可塑性樹脂１１中に導電性物質１２同士が積極的に接触し、導電ネットワークが充分に形成されている状況である。この場合、結果として本来所望される導電性や帯電防止性を得ることができる。

表１に示す熱可塑性樹脂にカーボンナノチューブを添加した導電性樹脂材料とカーボンファイバーを添加した導電性樹脂材料を射出成形した。

カーボンナノチューブ及びカーボンファイバーの添加量、浸透ガスの種類、ガス浸透方法は表１に記載の通りである。

［実施例１〜８］
製造例１〜８で得られた導電性樹脂成形体の表面抵抗率をＪＩＳ−Ｋ７１４９とＪＩＳ−Ｋ６９１１に従い測定した。表面抵抗率の測定はロレスタＧＰＭＣＰ−Ｔ６００（三菱化学製）とハイレスタＵＰＭＣＰ−Ｔ４５０（三菱化学製）を用いて行った。表面抵抗率測定結果を表２に示す。

表面抵抗率を測定するために用いられた成形体は平板であり、サイズは８０×５０×１．５である。

＜比較例１〜８＞
表１に記載の導電性物質を添加した導電性樹脂材料を本発明を用いずに射出成形して得られた導電性樹脂成形体の表面抵抗率を表２に示す。表面抵抗率の測定方法は上記と同様である。

不活性ガスを可塑化樹脂に混練させ、射出成形する成形装置の一例を示す模式図である。不活性ガスを導電性樹脂材料に浸透させ、射出成形する成形装置の別の一例を示す模式図である。本発明を用いずに成形して得られた導電性樹脂成形体の導電ネットワークの状態を表す模式図である。本発明を用いて成形して得られた導電性樹脂成形体の導電ネットワークの状態を表す模式図である。

符号の説明

１成形機ホッパー
２ガスボンベ
３金型
４射出成形機
５高圧ガス供給部
６樹脂材料に高圧ガスを浸透する可塑化ユニット
７成形機ホッパーへの材料供給部
８高圧容器
９高圧容器への材料供給部
１０高圧容器から成形機ホッパーへの材料供給部
１１熱可塑性樹脂
１２導電性物質

Claims

導電性物質を含む熱可塑性樹脂を射出成形機で可塑化するとともに、高圧ガス供給部から不活性ガスを前記熱可塑性樹脂が可塑化されている部分に供給し、前記可塑化部の中で溶融した前記熱可塑性樹脂と前記不活性ガスが混練され、前記熱可塑性樹脂と前記不活性ガスの混合体を射出することにより得られた、前記導電性物質が連結して導電ネットワークが形成されている導電性樹脂成形体。
導電性物質を含む熱可塑性樹脂を加圧された不活性ガス中に置き、前記熱可塑性樹脂中に前記不活性ガスを浸透させた後、射出成形機により射出することにより得られた前記導電性物質が連結して導電ネットワークが形成されている導電性樹脂成形体。
前記導電性物質がカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性樹脂成形体。