JP2013095784A - 複合樹脂成形体の製造方法及び複合樹脂成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱可塑性樹脂と、グラフェン構造を有する炭素材料とを、80秒−1未満のせん断速度により総せん断ひずみ量を140000以上与えるように、前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度により溶融混練することにより、溶融混練物を得る工程と、前記溶融混練物を成形する工程とを備える、複合樹脂成形体の製造方法、及び前記樹脂複合成形体の断面において、断面積が10μm2以上の前記炭素材料の占める面積が、前記断面全体の面積に対して、式(1)により示されるAMAX%以下である複合樹脂成形体。
【数1】
Xは前記熱可塑性樹脂100重量部に対する前記炭素材料の重量部、ρPは前記熱可塑性樹脂の密度[g/cm3]、ρGは前記炭素材料の密度[g/cm3]である。
【選択図】なし
Description
本発明の複合樹脂成形体は、熱可塑性樹脂と、グラフェン構造を有する炭素材料とを溶融混練して得られた溶融混練物を成形することにより得られる複合樹脂成形体であって、上記樹脂複合成形体の断面において、断面積が10μm2以上の上記炭素材料の占める面積が、上記断面全体の面積に対して、式(1)により示されるAMAX%以下である。
本発明の複合樹脂成形体に含まれる熱可塑性樹脂は特に限定されず、様々な公知の熱可塑性樹脂を用いることができる。上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチレンなどを挙げることができる。上記熱可塑性樹脂は1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
本発明の複合樹脂成形体では、上記グラフェン構造を有する炭素材料が、上記熱可塑性樹脂中に分散されている。それによって、本発明の樹脂複合成形体の機械的強度を高めることができる。さらに、場合によっては、本発明の樹脂複合成形体に導電性を発現させることもできる。そのため、本発明の樹脂複合成形体は、導電性を発現する材料としても用いることができる可能性を有する。
本発明に係る複合樹脂成形体の製造方法では、まず、上記熱可塑性樹脂と、上記グラフェン構造を有する炭素材料とを、80秒−1未満のせん断速度により総せん断ひずみ量を140000以上与えるように、上記熱可塑性樹脂の融点以上の温度により溶融混練することにより、溶融混練物を得る工程を行う。本発明において、総せん断ひずみ量とは、混練に係る原料に与えられるせん断力の総量を表すものであり、せん断速度(秒−1)×混練時間(秒)により表される数値をいう。
ポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製、商品名:MA3H、23℃におけるJIS K7113により求められた引張弾性率:1.8GPa、密度0.9g/cm3)100重量部と、グラフェン構造を有する炭素材料として薄片化黒鉛(xGSciences社製、商品名「xGnPM5」、面方向平均寸法5.0μm、グラフェン積層数=90層、アスペクト比:170、密度2.2g/cm3)20重量部とを、同方向型プラストミルに供給し、チップクリアランスにおけるせん断速度を70秒−1として、180℃の温度で85分間溶融混練して、溶融混練物を得た。このとき、上記溶融混練物に加えられた総せん断ひずみ量は、355700であった。得られた上記溶融混練物を、180℃に温度調節された熱プレス装置により直ちにプレス成形することによって、複合樹脂成形体として肉厚が0.5mmの樹脂シートを得た。
プラストミルでの総せん断ひずみ量を150000となるように、チップクリアランスでのせん断速度を70秒−1にして36分間混錬したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練物を得、該溶融混練物を成形し、樹脂シートを得た。
プラストミルでの総せん断ひずみ量を150000となるように、チップクリアランスでのせん断速度を42秒−1にして60分間混錬したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練物を得、該溶融混練物を成形し、樹脂シートを得た。
実施例1での薄片化黒鉛の添加割合を30重量部に変更したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練物を得、該溶融混練を成形して樹脂シートを得た。
実施例1で用いた薄片化黒鉛に代えて、グラフェン構造を有する炭素材料としてカーボンナノチューブ(CNT社製、商品名「Ctube100」、外径:10〜40nm、長さ:1〜25μm、密度2.2g/cm3)を20重量部添加したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練し、かつ溶融混練物を成形し、樹脂シートを得た。
プラストミルでの総せん断ひずみ量を510000となるように、チップクリアランスでのせん断速度を100秒−1にして85分間混錬したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練物を得、該溶融混練物を成形し、樹脂シートを得た。
プラストミルでの総せん断ひずみ量を355700となるように、チップクリアランスでのせん断速度を198秒−1にして30分間混錬したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練物を得、該溶融混練物を成形し、樹脂シートを得た。
プラストミルでの総せん断ひずみ量を84000となるように、チップクリアランスでのせん断速度を70秒−1にして20分間混錬したことを除いては、実施例1と同様にして溶融混練物を得、該溶融混練物を成形し、樹脂シートを得た。
上記のようにして得た実施例1〜5及び比較例1〜3の樹脂シートについて、1)炭素材料の面積率/分散性並びに2)常温での引張弾性率及び80度での引張弾性率/耐熱性を以下の要領でそれぞれ評価した。
炭素材料の占める面積率を、以下のようにして求めた。樹脂シートから観察断面が樹脂の流動方向と平行になるように断面積が9mm2になるように切り出し、その断面中で確認される最大の凝集体が画像に入るように、走査型電子顕微鏡(SEM)により1000倍で撮影した。このようにして撮影された上記断面の部分の画像において、上記画像に観察される上記炭素材料の占める面積を測定した。このとき、1000倍で撮影した上記画像では、断面積が10μm2未満に分散した炭素材料は小さすぎて観察できないため、このようにして観察される上記炭素材料は、断面積が10μm2以上の上記炭素材料となる。このようにして測定された上記炭素材料の占める面積を、上記画像の視野の面積全体により除することによって、上記面積率を算出した。
△:面積率が16%超かつ20%以下
×:面積率が20%超
JIS K7113に従って、得られた樹脂シートの23℃における引張弾性率を測定した。結果を下記の表1に示す。
Claims (9)
- 熱可塑性樹脂と、グラフェン構造を有する炭素材料とを、80秒−1未満のせん断速度により総せん断ひずみ量を140000以上与えるように、前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度により溶融混練することにより、溶融混練物を得る工程と、
前記溶融混練物を成形する工程とを備える、複合樹脂成形体の製造方法。 - 前記グラフェン構造を有する炭素材料が、黒鉛、薄片化黒鉛、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択された少なくとも1種の炭素系材料である、請求項1に記載の複合樹脂成形体の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂である、請求項1または2に記載の複合樹脂成形体の製造方法。
- 前記溶融混練物を得る工程において、グラフェン構造を有する炭素材料が、前記熱可塑性樹脂100重量部に対し、1〜50重量部用いられる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合樹脂成形体の製造方法。
- 23℃における引張弾性率が3.3GPa以上であり、かつ80℃における引張弾性率が0.8GPaである、請求項5に記載の複合樹脂成形体。
- 前記グラフェン構造を有する炭素材料が、黒鉛、薄片化黒鉛、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択された少なくとも1種の炭素材料である、請求項5または6に記載の複合樹脂成形体。
- 前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂である、請求項5〜7のいずれか1項に記載の複合樹脂成形体。
- 前記熱可塑性樹脂100重量部に対し、前記グラフェン構造を有する炭素材料が1〜50重量部含有されている、請求項5〜8のいずれか1項に記載の複合樹脂成形体。
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