JP2009532867A - 導電性物品 - Google Patents

Abstract

本発明は、導電性物品に関する。導電性物品は、射出成形可能ポリマーから作られる。導電性材料が、射出成形可能ポリマーに埋め込まれ、また炭素系材料も、射出成形可能ポリマーに埋め込まれる。導電性物品は、ペレット又はプレートの形態であり得、ＥＭＩ遮蔽物として使用され得る。

Description

本出願は、２００６年３月３１日に出願された米国仮出願第６０／７８８，１９７号（この出願の明細書は、参照によって本明細書に組み込まれる。）からの優先権の利益を請求する。

電磁波障害（ＥＭＩ）は、電子回路の回路性能に悪影響を与える、放射エネルギー又は伝送エネルギーである。放射ＥＭＩについては、遮蔽された包囲物及び遮蔽された材料の使用によって排除するか、又は減少させることができる。

電子回路の多くのタイプは、ＥＭＩを放射し、又はＥＭＩに影響されやすく、然るべき性能を確実にするためには遮蔽されなければならない。多くの電子機器の包囲物（筐体）において、様々な電磁波のノイズ及び信号が、周囲の環境中に漏れ出し、外部の信号が、包囲物の中に入り込まないように、シャーシ（機台）において開口部をシールするか、又はブロックすることが望ましい。例えば、このような電磁波ノイズは、近くのテレビ及びラジオ装置を妨害し、消費者を驚かせることがある。

過去においては、このタイプの電磁波ノイズ及び関連する信号については、関係する電磁波ノイズの波長よりはるかに小さい開口部を有する包囲物を設計することによってコントロールしてきた。

最近、ある種の導電性充填剤を材料へ添加することによって導電性プラスチックを製造する試みがなされてきている。具体的には、これらの充填剤は、導電性粉末、フレーク及び繊維を含んでいる。一般的に、効果的なＥＭＩ遮蔽物を得るためには、約２５〜４０重量％の導電性粉末、３６〜４９重量％の導電性フレーク、又は２５〜３０重量％の導電性繊維が存在しなければならない。

さらなる関連する開示は、米国特許第４，６６４，９７１号；同第４，５５９，２６２号；同第４，８１６，１８４号；同第４，９７３，５１４号；同第５，０１９，４５０号；同第５，１３７，７６６号；同第５，２１３，８８９号；同第５，３６６，６６４号；同第５，３９７，６０８号及びＷＯ０２／４３４５６（これらの開示は、参照によってこれらの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）の中に含まれている。

これらの開発及び他の開発は、改良されたＥＭＳ特性を示す材料の提供をもたらしたが、材料の遮蔽特性における改良の必要性が、継続して存在する。材料の可能な色の範囲を広げることによって、表面的外観を改良する必要性も増加している。

本発明の一態様は、さらに良好なＥＭＩ遮蔽特性を有する導電性物品を提供することである。

本発明の別の態様は、改良された表面的外観を有する導電性物品を提供することである。

本発明の別の態様は、広い範囲の可能な色で製造され得る導電性物品を提供することである。

本発明は、ＥＭＩ遮蔽物としての使用に適した導電性物品を提供する。導電性物品は、射出成形可能ポリマーで作られる。導電性粒子状材料及び炭素系材料を別々に射出成形可能ポリマーの中に埋め込み、ペレットを作り、これらのペレットを、射出成形機において機械的に混合し、導電性物品を生成する。充填剤の組合せは、より良好なＥＭＩ遮蔽効果を与える。

本発明の様々な実施形態によれば、ＥＭＩ遮蔽物としての使用に適した導電性物品が提供される。導電性物品は、射出成形可能ポリマーで作られる。射出成形可能ポリマーを導電性にするために、導電性粒子状材料及び炭素系材料が、射出成形可能ポリマーの中に別々に埋め込まれる。導電性粒子状材料及び炭素系材料は、射出成形可能ポリマー中において充填剤として機能する。二つの充填剤の組合せは、さらに良好なＥＭＩ遮蔽特性を与える。

本発明の様々な実施形態によれば、本材料で形成される導電性物品は、ＥＭＩ遮蔽物として使用されるためにペレット、プレート及び同様の形状であり得る。

本発明の様々な実施形態によれば、射出成形可能ポリマーは、熱硬化性プラスチック、エラストマー、熱可塑性物質又は他のポリマーであり得る。本発明の範囲を制限するものではないが、例として、本発明において使用され得るポリマーの非包括的なリストは、様々な組成を有する、オレフィン、ポリオレフィンホモポリマー、グラフトポリマー及びコポリマー、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニルポリマー、含フッ素ポリマー、ポリアセタール、ポリスチレン、スチレンコポリマー、芳香族、脂肪族及び混合ポリエステル、ポリアミド及びポリイミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ尿素及びポリイソシアネートの重付加のプロセスによって得られ得る他のポリマー、アクリル酸エステル／スチレンコポリマー、スチレン−ブタジエン及びスチレン−ブタジエン−Ｎ−ビニルピリジンコポリマー、クロロブタジエン及びポリブタジエン（コ）ポリマー、ブタジエン−アクリロニトリルポリマー、カルボキシル化スチレン−ブタジエンコポリマー、クロロプレン（コ）ポリマー、スチレン−アクリロニトリルポリマー、ポリアクリレート、ポリフェニレンオキシド、ポリスルフィド、ＰＰＳ、ポリスルホン、ポリエタンスルホン、セルロースエステル、アミノ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びアルキド樹脂及び同様のものを含む。

導電性粒子状材料については、導電性物品の約０から約５０重量％までのレベルで埋め込むことができる。導電性粒子状材料は、非晶質又は結晶質の固体で、多孔性又は中空であり、例えば粉末、ボール、小板、針、ダンベル、連続繊維、切断（ｃｈｏｐｐｅｄ）繊維などの形状を有することができる。

好ましい実施形態において、導電性粒子状材料は、金属繊維である。「金属繊維」は、金属的に導電する繊維、ワイヤ及びロッドとして定義される。この繊維は、個々の繊維、粗糸、ストランド、ヤーン、スレッド、ブレード又はロープの形状で存在し得る。本発明の範囲を限定するつもりはないが、例としてあげれば、使用され得る金属の非包括的なリストは、ステンレススチール、アルミニウム、金、銅及びこれらと他の金属との合金（これらの場合において、個々の繊維は、層ごとに異なる金属から構成され得る。）を含む。また、軟磁性金属、例えば鉄、ニッケル、コバルト及びこれらの合金などを使用することもできる。

また、金属繊維については、例えば別の金属のコアの上に、電解的に金属の被膜を被着することによって、二種又はそれ以上の金属から形成することができる。金属及び非導電体の組合せも含まれる。

同様に、異なった金属の繊維、又は金属と金属化された繊維のいかなる所望の組合せを使用することも可能である。金属繊維は、同じであるか、又は異なった直径を有することができる。

本発明の様々な実施形態によれば、炭素系材料は炭素繊維である。炭素系材料については、導電性物品の約０から約３０重量％のレベルにおいて、物品中に埋め込むことができる。導電性粒子状材料は、非晶質又は結晶質の固体で、多孔性又は中空であり得、例えば粉末、ボール、小板、針、ダンベル、連続繊維、切断繊維などの形状を有することができる。

導電性粒子状材料と炭素系材料との組合せは、高い周波数及び低い周波数の両方での導電性物品の電磁波の遮蔽特性を高めることにおいて好ましい相乗効果を与え、改良された導電性遮蔽材料をもたらす。相乗作用は、炭素の「損失性」の性質と、導電性粒子状物質の磁気的性質との組合せであることが理論づけられる。

導電性物品中に存在するこれらの成分の量については、具体的な応用に応じて変えることができる。本発明の最も好ましい実施形態において、導電性粒子状材料は、約１５重量％（重量％として表される全てのパーセントは、導電性物品の重量に基づいている。）のレベルで、導電性物品中に存在し、炭素系材料は、約１５重量％のレベルで存在する。

本発明による導電性物品については、次のようにして射出成形可能ポリマーから製造することができる。射出成形可能ポリマー中に導電性粒子状材料を埋め込むことによってペレットの第一集合体が得られる。射出成形可能ポリマー中に炭素系材料を埋め込むことによってペレットの第二集合体が得られる。射出成形機においてペレットの第一集合体とペレットの第二集合体とを混合して導電性物品を形成する。

本発明の様々な実施形態によれば、ペレットの第一集合体は、クロスヘッド押出し、単軸スクリュー混合及び二軸スクリュー混合を含む処理の集合体から選択される処理によって得られる。

本発明の様々な実施形態によれば、ペレットの第二集合体は、クロスヘッド押出し、単軸スクリュー混合及び二軸スクリュー混合を含む処理の集合体から選択される処理によって得られる。

本発明の導電性物品は、電磁波に関して予想外に高い遮蔽効果を有する。導電性材料の特定量に関して、本発明は、従来の技術に比較して、顕著に改良された遮蔽効果をもたらす。導電性粒子状材料と炭素系材料との組合せは、従来技術を超えた、改良された表面的外観を可能にする。また、導電性粒子状材料と炭素系材料の組合せは、導電性物品のより広い範囲の可能な色を可能にする。

次の実施例は、本発明を例証するために与えられ、いかなる点においても、これらの範囲を限定することを意図するものではない。全ての部及びパーセントは、他に示されない限り、重量によるものである。

（実施例１）
次の一般的な方法によって導電性物品を製造する。この実施例の目的のために、導電性粒子状材料としてステンレススチール繊維を使用し、炭素系材料として炭素繊維を使用する。両方の繊維を別々に射出成形可能ポリマー中に混合してペレットを形成し、これらのペレットを射出成形機中で機械的に混合し、この中に両方の繊維が分散した成形物品を製造する。次のデータは、これらの物品のＥＭＩ遮蔽に関して予想外の相乗効果を示す。使用したステンレススチール繊維は、長さ５ｍｍ及び直径８ミクロンであった。使用した炭素繊維は、長さ６ｍｍ及び直径７ミクロンであった。

表１に示された結果から解るように、ステンレススチール繊維と炭素繊維の配合物を有するサンプルは、炭素のみ、又はステンレススチールのみを充填したポリマーと比較して改良された遮蔽特性を示す。

ステンレススチール繊維の代わりにステンレススチール粉末又はフレークを使用し、炭素繊維の代わりに炭素フレーク又は粉末を使用することができる。

射出成形可能ポリマーは、成形に典型的に使用されるポリマー、例えばポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン樹脂及びビニル樹脂などのいずれかであり得るが、ポリマーはこれらに限定されない。

また、ステンレススチール繊維については、例えば銅繊維又は金属被覆繊維又は金属でメッキされ、又は被着された金属で被覆されたガラス繊維などのいずれかの金属繊維によって置換することができる。繊維の長さは、ペレットの長さとほとんど同じであり、典型的には、２から１５ｍｍ、特に３から７ｍｍである。

繊維の代わりに粉末を使用する場合、ステンレススチール粉末については、例えば銅、亜鉛及びフェライトなどの金属粉末、及び金属でメッキされ、又は被着金属で被覆されたマイカ粉末若しくはガラスビーズで置き換えることができる。

フレークを使用する場合、ステンレススチールフレークについては、例えばアルミニウムフレーク、銅フレーク、亜鉛フレーク及びフェライトフレークなどの金属フレークによって置換することができる。

また、ステンレススチール繊維については、連続繊維と切断繊維との組合せによって置換することができる。連続繊維及び切断繊維については、同じ材料又は異なる材料から構成することができる。切断繊維の長さは、例えば約０．１ｍｍから１０ｍｍまで、好ましくは、約２ｍｍから約６ｍｍであり得る。

また、本発明においては、前述の粉末、フレーク及び切断繊維からの二種類又はそれ以上の組合せを使用することができる。

導電性物品中の導電性粒子状材料及び炭素系材料の合計重量は、導電性物品の全重量の５重量％から６０重量％とするのが好ましい。

ペレット中に比較的長い繊維を実質的に均一に分散させるために、小さい粉末、フレーク又は短い繊維と共にペレットの長さを有する比較的長い繊維を埋め込むことによってペレットを製造する場合、比較的長い繊維の多くは、混合中の剪断力によって短く切断され、遮蔽効果の劣化をもたらすだろう。もちろん、ペレットを導電性物品に成形するときに、本発明における比較的長い繊維は、ある程度に切断される。しかし、ペレットの調製中のペレットにおける強力で長引いた埋め込みの間における長い繊維の破断を避けることが有利である。

本発明は、様々な変更及び代替の形態が可能であるが、特定の実施例については、図面において一例として示しており、本明細書中において詳細に記載している。しかし、本発明は、開示された特定の形に限定されることを意図していないと解釈されるべきである。むしろ、本発明は、付属する特許請求の範囲によって定義された発明の精神及び範囲内に入る、全ての変更、均等物及び代替物をカバーすることを意図している。

Claims (14)

1. 射出成形可能ポリマー；
   前記射出成形可能ポリマー中に埋め込まれている導電性粒子状材料；及び
   前記射出成形可能ポリマー中に埋め込まれている炭素系粒子状材料
   を含む導電性物品。
2. 導電性物品がＥＭＩ遮蔽物である、請求項１に記載の導電性物品。
3. 導電性物品がペレットの形状である、請求項１に記載の導電性物品。
4. 導電性物品がプレートの形状である、請求項１に記載の導電性物品。
5. 導電性粒子状材料がステンレススチールである、請求項１に記載の導電性物品。
6. 炭素系粒子状材料がカーボン繊維である、請求項１に記載の導電性物品。
7. 導電性粒子状材料が、粉末、フレーク、連続繊維、切断繊維及びこれらの混合物からなる群から選択される形状である、請求項１に記載の導電性物品。
8. 炭素系材料が、粉末、フレーク、連続繊維、切断繊維及びこれらの混合物からなる群から選択される形状である、請求項１に記載の導電性物品。
9. 導電性粒子状材料の重量％が、導電性物品の０％から５０％の範囲内にある、請求項１に記載の導電性物品。
10. 炭素系材料の重量％が、導電性物品の０％から３０％の範囲内にある、請求項１に記載の導電性物品。
11. 導電性粒子状材料が、金属繊維、金属メッキ繊維、金属粉末及び金属メッキ粉末からなる群から選択される、請求項１に記載の導電性物品。
12. 射出成形可能ポリマーから導電性物品を製造する方法であって、
    射出成形可能ポリマー中に導電性粒子状材料を埋め込むことによってペレットの第一集合体を得る工程；
    射出成形可能ポリマー中に炭素系粒子状材料を埋め込むことによってペレットの第二集合体を得る工程；及び
    射出成形機中でペレットの第一集合体とペレットの第二集合体とを混合する工程
    を含む、前記方法。
13. ペレットの第一集合体を得る工程が、クロスヘッド押出し、一段スクリュー式混合及び二段スクリュー式混合からなる群から選択される処理によって遂行される、請求項１２に記載の方法。
14. ペレットの第二集合体を得る工程が、クロスヘッド押出し、一段スクリュー式混合及び二段スクリュー式混合からなる群から選択される処理によって遂行される、請求項１２に記載の方法。