JP2006213839A - 導電性樹脂成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】靭性が低くなく，導電性及び機械的強度に優れた導電性樹脂成形体。
【解決手段】 平均粒径０．３ミクロンのカーボンブラックと接着剤成分ジフェニルメタンジイソシアネートとをトルエンに分散させて液を調整し，コポリパラフェニレン３，４’オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維をこの分散液に含浸せしめ乾燥し，導電性繊維を作製する。この繊維とコポリパラフェニレン３，４’オキシジフェニレンテレフタルアミド樹脂粉末を同一金型中に配合した後，所定の条件で圧縮成型を行い樹脂成型体を得る。この製造方法によって，表面に導電性剤が付着した繊維束を、全重量を基準として６０〜９７％含有させた導電性樹脂成形体とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は導電性樹脂成形体に関する。更に詳しくは、導電性、機械的強度に優れた導電性樹脂成形体に関する。

従来樹脂成型体に導電性を付与する方法には様々なものが知られている。例えばポリパラフェニレンテレフタルアミドやポリメタフェニレンイソフタルアミドからなる芳香族ポリアミド樹脂成形体に各種の機能を付与する方法としては、紡糸した後の水で膨潤した状態にある繊維状物に、導電性を付与する剤を含有する処理剤を接触させることにより、繊維中に該剤を含浸させる方法により得られた樹脂成形体が知られている（例えば特許文献１及び２）。しかし、かかる樹脂成形体は導電性がまだ十分なものではない。

また、芳香族ポリアミド樹脂に導電性を付与する目的で、芳香族ポリアミド樹脂粉末と炭素繊維などの導電性フィラーを乾式混合して樹脂コンパウンドを作製した後、高温圧縮成形により導電性芳香族ポリアミド樹脂成形体が開示されている（例えば特許文献３など）。しかしこのような方法では芳香族ポリアミド樹脂粉末と導電性フィラーとを均一に混合することが難しい上に、請求項１に記載したような高比率で導電性フィラーを充填した際に、得られる樹脂成形体の靭性が低いため、導電性樹脂成形体としての使用が限定されるという問題を抱えている。

特開昭６２−１８４１２７号公報 特開昭６３−１４５４１２号公報 特開昭６２−１６１８５５号公報

本発明は、従来のかかる問題点を解決し、導電性及び機械的強度に優れた導電性樹脂成形体を提供することにある。

本発明らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、導電剤が付与された繊維を配合して樹脂成形体を製造することにより、導電性及び機械的強度に優れた導電性樹脂成形体を得ることに成功し、本発明に至った。
かくして、本発明によれば、表面に導電性剤が付着した繊維が全重量を基準として６０〜９７％含有されていることを特徴とする導電性樹脂成形体が提供される。

本発明によれば、従来なし得なかった導電性、機械的強度に優れた導電性樹脂成形体を提供することができる。特に、本発明の導電性樹脂成形体においては導電性剤がランダムに充填されるのではなく繊維周方向にそって配列されるため相対的に少量導電剤を使用するのみで導電剤のパスが形成され導電性が向上しているものと推測される。

本発明の導電性樹脂成形体は、表面に導電性剤が付着した繊維が全重量を基準として６０〜９７％含有されている導電性樹脂成形体であることが肝要である。

本発明で使用する繊維束の太さは特に限定はされないが、繊維束の太さが細すぎた場合には単に樹脂中に導電剤を分散した場合と同様の効果となり本発明の効果が薄れる。また繊維束の太さが太すぎる場合には繊維束と樹脂とを配合し導電性樹脂とする際の工程が困難となる。好ましい繊維束の太さの範囲は２０００ｄｔｅｘ以上であり、かつ樹脂の厚みの１／１０以下となる範囲である。

本出願に使用される繊維束及び樹脂としては目標となる耐熱性、力学物性などの物性を得られるものならば特に限定されないが、繊維と樹脂が同一ポリマーである場合には繊維と樹脂のなじみが良好となるため良好な力学物性の樹脂を得ることができる。中でも繊維及び樹脂として芳香族ポリアミドを使用すると優れた物性を持つ導電性樹脂成形体を得ることができる。

本発明で用いる芳香族ポリアミドとは、ポリアミドを構成する繰り返し単位の８０モル％以上（好ましくは９０モル％以上）が、下記式（１）で表される芳香族ホモポリアミド、または、芳香族コポリアミドからなるものである。

ここでＡｒ_１、Ａｒ_２は芳香族基を表し、なかでも下記式（２）から選ばれた同一の、または、相異なる芳香族基からなるものが好ましい。但し、芳香族基の水素原子は、ハロゲン原子、低級アルキル基、フェニル基などで置換されていてもよい。

このような芳香族ポリアミド樹脂成形体の製造方法や成形体特性については、例えば、英国特許第１５０１９４８号公報、米国特許第３７３３９６４号明細書、第３７６７７５６号明細書、第３８６９４２９号明細書、日本国特許の特開昭４９−１００３２２号公報、特開昭４７−１０８６３号公報、特開昭５８−１４４１５２号公報、特開平４−６５５１３号公報などに記載されており、具体的には、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド、あるいはポリメタフェニレンイソフタルアミド等が例示される。

また、本発明で使用する導電性剤として、カーボンブラック、メソカーボン小球体、黒鉛、炭素繊維、ピッチ系炭素繊維ミルド、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれる一種、もしくは二種以上の炭素材料が好ましく例示される。

上記炭素材料の中には粉末状物、繊維状物の二種の形態が存在するが、繊維束表面に均一に付着させるためには、全炭素材料中にしめる粉末状物の割合は６０％以上、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％とする。
全炭素材料中にしめる粉末状物の割合が６０％未満の場合には、繊維束表面に均一に付与することが困難となる。

また、上記粉末状炭素材料の平均粒径としては、０．００１〜１００μｍ、好ましくは、０．１〜５０μｍの範囲である。０．００１μｍ未満の場合には、得られた樹脂組成物の成形性が低下し、また、１００μｍを超える場合には、得られた樹脂成形体の機械的強度が低下するため好ましくない。
これら炭素材料は、必要に応じて、焼成条件を調整したり、薬品、ガス等による親水化、疎水化処理が施されていてもよい。

繊維束表面に付着する導電性剤の重量としては特に限定はされないが、少なすぎると導電性が低くなる傾向にあり、多すぎると樹脂の導電性に悪影響を及ぼす傾向にある。繊維束の表面に付着する導電性剤の量は繊維重量の５重量％以上であることが好ましい。より好ましくは８％以上５０％以下、さらに好ましくは１０％以上３０％以下である。

本発明においては、繊維束の表面に導電性剤が付着していることにより通電経路を固定する狙いがある。そのため繊維束としては樹脂成型時に移動しやすい短繊維状のものではなく、長繊維であることが好ましい。短繊維であっても撚り合わせて長繊維状のものとして使用するのが好ましい。

本発明の樹脂成形体は上記の導電剤が付着した繊維束が全重量の６０〜９７％含有されている樹脂成形体である。樹脂成形体中に繊維はランダムに配列されているよりも平面状に配列されているのことが好ましい。平面状の配列とは繊維配列を示す方向ベクトルが、一定の平面上にあり垂直方向成分を持たないことである。繊維を平行に配列すればより好ましい。導電性樹脂に対する該繊維の重量は６０％未満では十分な導電性が得られない。より好ましくは６５〜９７％、さらに好ましくは７０〜９７％である。

以上に説明した本発明の導電体成形体は以下の方法に製造することができる。まず、繊維の表面に導電剤を付与する方法としては以下のような方法を例示できる。
（ａ）導電剤を接着剤中に分散させた液を作製、繊維を該液に含浸せしめた後乾燥する。
（ｂ）繊維束表面に金属めっきを施す。
（ｃ）導電性を持つペースト状化合物を繊維表面に塗布する。
中でも（ａ）の方法が、方法の容易さの観点から好ましい。

また本樹脂における導電剤有効成分は繊維束表面のものであるため、繊維束内部への導電剤含浸を防ぐ観点から、繊維束に一定の撚りを加えて使用することが好ましい。好ましい撚数は下記式（Ｉ）で示される範囲の撚数であることが好ましい。
３０００≦Ｔ×（Ｄ）^1/2≦１００００ （Ｉ）
（ただし、Ｄは繊維束の繊度（ｄｔｅｘ）、Ｔは撚数（ｔ／ｍ）を示す。）

また、樹脂成形体を製造する方法として、例えばまず繊維束表面に導電性剤の付与された繊維７００部を平面状に配列せしめ、その後、例えば芳香族ポリアミド樹脂を用いる場合は、アミド系の極性溶媒、例えばＮ−メチル−２−ピロリドンなどに芳香族ポリアミドを溶解して芳香族ポリアミドのアミド系極性溶媒溶液を作成し、繊維を含浸せしめる。その後高温化で溶媒を蒸発させた後高温高圧化で成型することにより樹脂組成物を得ることができる。導電性向上に樹脂に導電性剤を含有させても良い。

その他の成形方法としては、例えば芳香族ポリアミド樹脂の場合には、成形する方法として従来公知の方法を採用することができる。例えば特公昭５６−２０９２号公報、特開昭５５−１３１０２４号公報などに開示されているような、不活性雰囲気（通常窒素ガス）中での焼結法、特開昭６０−２０３４１８号公報などに開示されているような、高温高圧下での圧縮成形法などが例示されるが、得られる成形体の導電性、機械的物性の観点から、後者の方法がより好ましい。

上記のようにして得られた本発明の樹脂成形体は、導電性及び機械的強度に優れ、薄板化しても導電性材料の脱落や破損等がなく、燃料電池セパレータ等の高い導電性と機械的強度が要求される部材としても好適に使用できる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の内容に限定されるものではない。なお、実施例中における物性の評価方法は以下の通りである。
（１）樹脂成形体の固有抵抗
ＪＩＳ Ｋ７１９４に準拠し、四探針法により測定した。
（２）曲げ強度
ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠し、試験片（１２０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）をスパン間隔８０ｍｍ、曲げ速度２ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点式曲げ強度測定法により測定した。

［実施例１］
平均粒径０．３μｍのカーボンブラックＭＰＳ−１５０４ Ｂｌａｃｋ（Ｔ）（大日精化工業(株)製）２０部、接着剤成分ジフェニルメタンジイソシアネート３部、エピコート８２８（ジャパン エポキシレジン社製）２部をトルエン中に分散させて、分散液を調製した。

次に、繊度３０４０ｄｔｅｘ、撚数１５０ｔ／ｍのコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維（帝人テクノプロダクツ製テクノーラ）を上記分散液に含浸せしめ、引き続き２００℃で６０秒乾燥した。導電剤の付着量は繊維重量を基準として２０重量％であった。

上記処理を行った繊維１００部を金型中一定方向に配列した。引き続きコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド樹脂粉末（帝人テクノプロダクツ製）、２５部を同一金型中に配合した後、成形圧力１５０ｋｇ／ｃｍ^２で３２０℃３０分圧縮成形を行い、樹脂成形体を得た。結果を表１に示す。

［実施例２］
導電性剤の付与量を変更し、繊維重量を基準として該導電剤の付着量が１０重量％となるようにした以外は実施例１と同様にして樹脂成形体を得た。結果を表１に示す。

［実施例３］
導電性剤を、平均粒径１５μｍの人造黒鉛ＳＰ−２０（日本黒鉛（株）製）に変更した以外は実施例１と同様にして樹脂成形体を得た。結果を表１に示す。

［実施例４］
実施例１において、使用する芳香族ポリアミド粉末を、ポリメタフェニレンイソフタルアミド（帝人テクノプロダクツ製コーネックス）に変更した以外は実施例１と同様にして樹脂成形体を得た。結果を表１に示す。

［比較例１］
コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（帝人テクノプロダクツ製テクノーラ）粉体１００部と、平均粒径０．３μｍのカーボンブラックＭＰＳ−１５０４ Ｂｌａｃｋ（Ｔ）（大日精化工業(株)製）２０部とを粉体混合し、この混合物を金型中で成形圧力１５０ｋｇ／ｃｍ^２で４０分圧縮成形し樹脂成形体を得た。結果を表１に示す。

［比較例２］
コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（帝人プロダクツ製テクノーラ）粉体１００部と、平均粒径０．３μｍのカーボンブラックＭＰＳ−１５０４ Ｂｌａｃｋ（Ｔ）（大日精化工業(株)製）１５０部とを粉体混合し、この混合物を、金型中で成形圧力１５０ｋｇ／ｃｍ^２で４０分圧縮成形を行し樹脂成形体を得た。結果を表１に示す。

本発明によれば、導電性及び機械的強度に優れた導電性樹脂成形体を提供することができる。このため、本発明の導電性樹脂成形体は、固体高分子型燃料電池のセパレータ等に好適に用いることができる。

Claims (7)

1. 表面に導電性剤が付着した繊維束が全重量を基準として６０〜９７％含有されていることを特徴とする導電性樹脂成形体。
2. 繊維束が芳香族ポリアミド繊維束である請求項１記載の導電性樹脂成形体。
3. 樹脂が芳香族ポリアミド樹脂である請求項１記載の導電性樹脂樹脂成形体。
4. 芳香族ポリアミドが、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミド及びコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドからなる群から選ばれる一種、もしくは二種以上である請求項２または３記載の導電性樹脂成形体。
5. 繊維束の太さが２０００ｄｔｅｘ以上である請求項１記載の導電性樹脂成形体。
6. 導電性剤が、カーボンブラック、メソカーボン小球体、黒鉛、炭素繊維、ピッチ系炭素繊維ミルド、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれる一種もしくは二種以上である請求項１記載の導電性樹脂成形体。
7. 導電性剤の重量が繊維重量を基準として５重量％以上である請求項１記載の導電性樹脂成形体。