JP2017107928A - 成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線を利用した各種検出装置のケースとして使用できる成形体の提供。【解決手段】（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）導電繊維および（Ｃ）電磁波吸収剤を含む組成物からなる成形体であって、前記（Ｂ）成分の導電繊維が、炭素繊維、金属繊維から選ばれるものであり、前記（Ｃ）成分の電磁波吸収剤が、カーボンブラック、カーボンナノファイバーおよびカーボンナノチューブから選ばれるものである、成形体。【選択図】なし

Description

本発明は、赤外線センサなどの赤外線検出素子を含む測定装置のケース用として適した成形体に関する。

赤外線の発光素子と受光素子（赤外線検出器）を利用した各種センサまたは検出装置が知られている（特許文献１、２）。
受光素子などが収容されたケースは、外部からの赤外線を含む電磁波の影響を這い乗するため、電磁波に対するシールド性が付与されているものが使用されている（特許文献３〜５）。

特開２００５−３７３２０号公報 特開２０１３−２２８２８９号公報 実開平３−２５２８２号公報 特開平６−２２０４１３号公報 特開平８−１２８８９０号公報

本発明は、赤外線センサなどの赤外線検出素子を収容するためのケース用として適した成形体を提供することを課題とする。

本発明は、（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）導電繊維および（Ｃ）電磁波吸収剤を含む組成物からなる成形体であって、
前記（Ｂ）成分の導電繊維が、炭素繊維、金属繊維から選ばれるものであり、
前記（Ｃ）成分の電磁波吸収剤が、カーボンブラック、カーボンナノファイバーおよびカーボンナノチューブから選ばれるものである、成形体を提供する。

本発明の成形体は、赤外線を含む電磁波シールド性と赤外線吸収性の両方が優れている。このため、赤外線検出素子などを収容するためのケース用として使用したとき、検出対象外である赤外線を含む電磁波の影響を排除できるので、検出精度を高めることができる。

＜（Ａ）成分＞
本発明で使用する組成物に含まれている（Ａ）成分の熱可塑性樹脂は、成形体の用途に応じて選択できるものであり、特に制限されるものではないが、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂などから選ばれるものが好ましい。

スチレン系樹脂は、ポリスチレン、スチレンと、アクリロニトリル、アクリル酸並びにメタクリル酸のようなビニル化合物及び／又はブタジエン、イソプレンのような共役ジエン化合物の単量体から構成される共重合体も含まれる。例えば、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＭＳ樹脂、ＳＢＳ樹脂を挙げることができる。

オレフィン系樹脂は、ポリプロピレン、高密度、低密度及線状低密度ポリエチレン、ポリ−１−ブテン、ポリイソブチレン、エチレンとプロピレンの共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（原料としてのジエン成分が１０質量％以下）、ポリメチルペンテン、エチレン又はプロピレン（５０モル％以上）と他の共重合モノマー（酢酸ビニル、メタクリル酸アルキルエステル、アクリル酸アルキルエステル、芳香族ビニル等）とのランダム、ブロック、グラフト共重合体などを挙げることができる。

ポリアミド系樹脂は、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミドを使用することができる。
脂肪族ポリアミドは、ポリアミド６、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド１２１２、ポリアミド１０１０、ポリアミド１０１２、ポリアミド１１１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６９、ポリアミド８１０などを挙げることができる。
芳香族ポリアミドは、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジアミン又は脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジアミンから得られるもの、例えば、ポリアミドMXD（メタキシリレンジアミンとアジピン酸）、ポリアミド6T（ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸）、ポリアミド6I（ヘキサメチレンジアミンとイソフタル酸）、ポリアミド9T（ノナンジアミンとテレフタル酸）、ポリアミドM5T（メチルペンタジアミンとテレフタル酸）、ポリアミド10T（デカメチレンジアミンとテレフタル酸）などを挙げることができる。

ポリエステル系樹脂は、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、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートなどから選ばれるものを挙げることができる。

＜（Ｂ）成分＞
本発明で使用する組成物に含まれている（Ｂ）成分の導電繊維は、赤外線を含む電磁波に対するシールド性を本発明の成形体に付与するための成分である。
導電繊維は、炭素繊維、金属繊維から選ばれるものであり、その他、金属で被覆処理された炭素繊維、有機繊維、無機繊維（ガラス繊維など）なども使用することができる。
炭素繊維は、公知のポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系などからなるものを挙げることができる。
金属繊維は、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、鉄などからなるものを挙げることができる。
炭素繊維、有機繊維、無機繊維などを金属で被覆処理する方法としては、電解めっき、無電解めっき、溶融めっきなどのめっき法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（例えば熱ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、プラズマＣＶＤなど）、ＰＶＤ法、およびスパッタリング法などを挙げることができる。
炭素繊維と金属繊維の長さは１〜１０ｍｍの範囲にすることができ、外径は２〜２０μmの範囲にすることができるが、これらに制限されるものではない。
金属で被覆処理された炭素繊維、有機繊維、無機繊維（ガラス繊維など）は、前記炭素繊維および金属繊維と同程度の寸法範囲にすることができる。

＜（Ｃ）成分＞
本発明で使用する組成物に含まれている（Ｃ）成分の電磁波吸収剤は、本発明の成形体に赤外線を含む電磁波の吸収性を付与するための成分である。
電磁波吸収剤は、カーボンブラック、カーボンナノファイバーおよびカーボンナノチューブから選ばれるものである。
（Ｃ）成分の電磁波吸収剤は、熱可塑性樹脂を含むマスターバッチ、公知の分散剤との混合物として使用することもできる。

組成物中の（Ａ）成分と（Ｂ）成分の含有割合は、（Ｂ）成分が炭素繊維であるとき、（Ａ）成分は５０〜９０質量％が好ましく、６０〜９０質量％がより好ましく、前記（Ｂ）成分は１０〜５０質量％が好ましく、１０〜４０質量％がより好ましい。
組成物中の（Ａ）成分と（Ｂ）成分の含有割合は、（Ｂ）成分が金属繊維であるとき、（Ａ）成分は８０〜９８質量％が好ましく、８５〜９６質量％がより好ましく、前記（Ｂ）成分は２〜２０質量％が好ましく、４〜１５質量％がより好ましい。
（Ｂ）成分が金属で被覆処理された炭素繊維、有機繊維、無機繊維（ガラス繊維など）であるときは、前記炭素繊維と同程度の含有割合にすることができる。
組成物中の（Ｃ）成分の含有割合は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０．０１〜１０質量部が好ましく、０．１〜５質量部がより好ましく、０．３〜５質量部がさらに好ましく、０．５〜３質量部がさらに好ましい。

組成物中における導電繊維の質量（Ｍ１）と電磁波吸収剤の質量（Ｍ２）の比（Ｍ１／Ｍ２）は１〜５００が好ましく、２〜３００がより好ましく、２〜１００がさらに好ましい。

本発明で使用する組成物は、上記成分のほかにも本発明の課題を解決できる範囲にて、公知の樹脂添加剤を含有することができる。
公知の樹脂添加剤としては、帯電防止剤、滑剤、離型剤、難燃剤、着色剤、可塑剤、軟化剤、分散剤、安定化剤（ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤などの酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定化剤など）、アンチブロッキング剤、結晶核成長剤、充填剤（シリカやタルクなどの粒状充填剤など）などを挙げることができる。

本発明で使用する組成物は、樹脂含浸繊維束と（Ｃ）成分の赤外性吸収剤、必要に応じて他の成分を混合したものを組成物として使用することができる。
前記樹脂含浸繊維束は、（Ｂ）成分の導電繊維を長さ方向に揃えた束ねた状態のものに対して、溶融させた（Ａ）成分の熱可塑性樹脂を含浸させ一体化させたものを３〜３０ｍｍに切断したものである。
前記樹脂含浸繊維束を使用したときは、前記樹脂含浸繊維束の長さと（Ｂ）成分の導電繊維の長さは同じになる。
前記樹脂含浸繊維束は、特開２０１２−１３１１０４号公報（段落番号００１３、製造例１、２）、特開２０１４−５１５８７号公報（段落番号００１５、比較例１）、特開２０１５−７２１６号公報（段落番号００１３、製造例１）に記載の樹脂含浸繊維束の製造方法と同様にして製造することができるほか、ダイセルポリマー（株）から販売されている炭素繊維または金属繊維と熱可塑性樹脂を含む円柱形状のマスターバッチペレット（プラストロンシリーズ）、特開２００６−４５３３０号公報の実施例（段落番号００４７）に記載の炭素繊維を含む市販品を使用することもできる。

本発明の成形体は、赤外線検出素子（赤外線受光素子）が収容されたケースに使用することができる。
前記ケースの形状および大きさは使用目的に応じて決まるものであるが、赤外線の導入孔（赤外線の入射孔）を有しているものである。
本発明の成形体は、赤外線検出素子（赤外線受光素子）が収容されたケースの一部または全部に使用することができる。
例えば、前記ケースが立方体形状であるとき、１〜６面のうち、所望の面が本発明の成形体からなるものにすることができる。
前記ケース内に収容するものは、赤外線検出素子のほか、赤外線発光素子、各種レンズ、回路基板、トランジスタ、光学フィルタ、電気的配線などを収容することができ、前記以外のものも使用目的（用途）に応じて収容することができるほか、外部電源と電気的に接続するための端子なども接続することができる。

本発明の成形体は、赤外線を含む電磁波シールド性を有していると共に、電磁波を含む赤外線の吸収性も有している。
なお、電磁波は、周波数の高いものから順に、Ｘ線、ガンマ線、紫外線、可視光線、赤外線、電波（テレビ、ラジオ、パソコン、携帯電話などから発生する電磁波）を含んでいる。
このため、本発明の成形体からなるケース（赤外線導入孔を有しているケース）内に赤外線検出素子（赤外線受光素子）が収容された赤外線検出器として使用したときには、前記赤外線導入孔を通らない外部からの赤外線を含む電磁波による影響を遮断することができる。
また、前記赤外線導入孔からケース内部に入った赤外線を含む電磁波の内、赤外線検出素子にて直接受光されずに前記ケースの内壁面に衝突して反射したものが繰り返し赤外線検出素子にて受光されると正確な検出ができなくなるおそれがあるが、本発明の成形体からなるケースは赤外線吸収作用を有しているため、前記のような赤外線を含む電磁波の反射による問題が生じることはない。

＜使用成分＞
＜（Ａ）成分＞
ＡＢＳ樹脂：セビアンV500（ダイセルポリマー（株）製）
＜（Ｂ）成分＞
（Ｂ−１）：炭素繊維（ダイヤリードK223SE；三菱樹脂（株）製）
（Ｂ−２）：ステンレス長繊維マスターバッチ（ABS樹脂60質量％とステンレス繊維40質量％からなるマスターバッチペレット（長さ７ｍｍ，ステンレス繊維長７ｍｍ）（ダイセルポリマー（株）製のプラストロン ABS-SF40-D1）
＜（Ｃ）成分＞
カーボンブラック（ＣＢ）：カーボンマスターバッチ PLASBLAK UN2014（カーボンブラック含有率48.5質量％）（Cabot Plastics Hong Kong Ltd．製）

＜電磁波シールド性（ＫＥＣ法）＞
ANRITSU製のMA8602B測定器を用いて、KEC法により近傍界の電界／磁界シールド特性を周波数１００MHzで測定した。

＜赤外線吸収性＞
日立ハイテクサイエンス社製のU-3900Hを使用して、波長600〜900nmの範囲の全光線透過率（％）を測定した。透過率が小さいほど赤外線の吸収性が良いことを示す。

実施例１〜４および比較例１、３
２軸押出機を使用して、実施例および比較例の各成分を溶融、混練した後、ストランド状に押し出し、冷却後、切断して各組成物のペレットを得た。
各ペレットを使用して、射出成形機により射出成形して、平板（縦120ｍｍ、横120ｍｍ、厚さ2ｍｍ）を得た。
得られた平板を使用して、各測定を実施した。結果を表１に示す。

実施例５、６および比較例２
２軸押出機を使用して、実施例および比較例の（Ａ）成分と（Ｃ）成分を溶融、混練した後、ストランド状に押し出し、冷却後、切断して組成物のペレットを得た。
このペレットと（Ｂ−２）成分のマスターバッチペレットを混合し、そのブレンドペレットを使用して、射出成形機により射出成形して、平板（縦120ｍｍ、横120ｍｍ、厚さ2ｍｍ）を得た。

本発明の成形体は、赤外線検出素子、または赤外線検出素子と赤外線発光素子が収容された公知の各種検出装置、測定装置などのケースとして使用することができる。

Claims (4)

1. （Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）導電繊維および（Ｃ）電磁波吸収剤を含む組成物からなる成形体であって、
   前記（Ｂ）成分の導電繊維が、炭素繊維、金属繊維から選ばれるものであり、
   前記（Ｃ）成分の電磁波吸収剤が、カーボンブラック、カーボンナノファイバーおよびカーボンナノチューブから選ばれるものである、成形体。
2. 前記（Ｂ）成分が炭素繊維であるとき、前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分含有割合が、前記（Ａ）成分が５０〜９０質量％、前記（Ｂ）成分が１０〜５０質量％であり、
   前記（Ｂ）成分が金属繊維であるとき、前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分含有割合が、前記（Ａ）成分が８０〜９８質量％、前記（Ｂ）成分が２〜２０質量％であり、
   前記（Ｃ）成分が、前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０．０１〜１０質量部である、請求項１記載の成形体。
3. 前記（Ｂ）の質量（Ｍ１）と前記（Ｃ）成分の質量（Ｍ２）の比（Ｍ１／Ｍ２）が１〜５００である、請求項１または２記載の成形体。
4. 前記成形体が、赤外線検出素子が収容されたケースである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形体。