JP2018104680A - 樹脂組成物および樹脂成形物 - Google Patents
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Abstract
Description
このように、カーボンブラック、炭素繊維、金属繊維等の導電性の高いフィラーを樹脂に混ぜることによって、高い導電性を有する樹脂成形物が実現されている。
(a) 炭素繊維を導電性液体で被覆し、該導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
(b) 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および工程(a)で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、該カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下の割合で、配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
(c) 工程(b)で複合化された該樹脂組成物を、押出成形する工程
(a) 炭素繊維を導電性液体で被覆し、該導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
(b) 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および工程(a)で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、該カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
(d) (b)工程で複合化された該樹脂組成物を、射出成形する工程
図1は、炭素繊維101とカーボンブラック102を配合した熱可塑性樹脂103を含む樹脂成形物の概略図である。熱可塑性樹脂103を含む成形物の導電性は炭素繊維101間の接触、カーボンブラック102間の接触、または炭素繊維101とカーボンブラック102間の接触により発現する。熱可塑性樹脂103が絶縁物(1010Ω/□程度以上)であるため、これらの接触がない場合には導電性が発現しない。そのため、通常は所望の導電性を実現するため、図2のように、炭素繊維101およびカーボンブラック102の添加量を増やし、大量の炭素繊維101およびカーボンブラック102を熱可塑性樹脂103に配合する必要がある。
本発明の樹脂組成物は、以下の(a)および(b)の工程を含む製造方法で製造される。
(a) 炭素繊維と導電性液体を混合および攪拌することによって、該炭素繊維を該導電性液体で被覆し、導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
(b) 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および工程(a)で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
(c)工程(b)で複合化された樹脂組成物を、押出成形する工程
(d)工程(b)で複合化された樹脂組成物を、射出成形する工程
工程(c)の押出成形する方法としては、例えば、上記に記載の押出成形法において、溶融した樹脂組成物を10μm以上1mm以下の厚さになるように押出成形する方法が挙げられる。
工程(d)の射出成形する方法としては、例えば、上記に記載の射出成形法において、溶融した樹脂組成物を厚さ1mm以下の金型に送り込み射出成形する方法が挙げられる。また、シート形状の樹脂組成物の厚さは、10μm以上200μm以下であることがより好ましい。
静電容量検知部材21は本発明の樹脂成形物からなり、枠体25と一体に成形されている。また、静電容量検知部材21は前記静電容量検知部材21と電気的に接続された不図示の接点部材を有する。接点部材は外部機器と電気的に接続可能にするために設けられている。現像剤収納部26は現像剤を収納するものであり、枠体25と溶着等の手段で固定されている。この例においては、現像剤としてトナー24を用いている。またカートリッジBは、現像ローラー22を有する。本発明の樹脂成形物は高い導電性を有するため、前記樹脂成形物からなる静電容量検知部材21と現像ローラー22との間の静電容量を精度よく検知することができる。そのため、現像剤収納部26内に存在するトナー24の量の変化に応じた静電容量の変化を精度よく検知することができる。
<電気抵抗の測定方法>
電気抵抗の測定装置は、抵抗計にロレスタGP MCP−T610型(三菱化学アナリテック社製、JIS−K7194準拠)を、そして電極に直列4探針プローブ(ASP)を使用する。測定条件は印加電圧10Vで任意の5点を測定し、その平均値を測定データとする。
また、測定環境は25℃±3℃、相対湿度55±5%とする。
導電用部材として用いるには、表面抵抗率は、100Ω/□以下であることが望ましい。
表面粗さは、JIS B 0601−1994表面粗さの規格に準じて測定し、表面粗さ測定器「SE−3500」(商品名、株式会社小坂研究所製)を用いて行う。サンプルを任意に6箇所測定し、その平均値である。測定に際し、カットオフ値は0.8mm、評価長さは8mmに設定する。
他部材と一体成形するには、表面粗さの最大高さ(Rz)が1.0μm以下であることが望ましい。
導電性液体が炭素繊維表面に存在していることを確認する方法としては、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Miccroscopy:TEM)とEDX(Energy Dispersive X−ray Spectroscopy)を組み合わせて、樹脂部分と炭素繊維表面にそれぞれ導電性液体がどのような比率で存在するかを確認する。本発明においては導電性液体に存在する原子が熱可塑性樹脂に存在する原子と異なるものについて分析を行い存在量比率を算出する。
(実施例1)
<導電性液体被覆炭素繊維の調整>
炭素繊維として、三菱レイヨン社製ダイアリード K223HM−200μ(C1−1)を用いた。
導電性液体として和光純薬工業社製トリ−n−ブチルメチルアンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(C2−1)を用いた。
C1−1の950gに対して、C2−1を50gの割合で、配合し、タンブラーを用いて10分間攪拌し、表面を導電性液体で被覆処理した炭素繊維(C−1)を得た。
<樹脂組成物の作成>
熱可塑性樹脂として、三井デュポンポリケミカル社製エバフレックスEV450(A−1)を用いた。
カーボンブラックとして電気化学工業社製デンカブラック粒状品(B−1)を用いた。下記の割合で(A−1)、(B−1)、および(C−1)を配合し、タンブラーを用いて10分間攪拌し、これを池貝社製2軸混練機PCM−30を用いて、混練し、樹脂組成物を得た。
(A−1) 76.0質量%
(B−1) 20.0質量%
(C−1) 4.0質量%
<シート成形>
得られた樹脂組成物をプラスチック工学研究所製単軸押出し機に幅300mmのコートハンガーダイを接続したシート押出し機を用いて押出成形し、厚み100μmのシート状サンプルを得た。
<サンプル評価>
得られたシート状サンプルの表面抵抗率を測定したところ、0.86Ω/□であり、良好な導電性が得られた。また、表面粗さを測定したところ、0.7μmであり、良好な表面性が得られた。また、C1−1のC2−1による被覆率を測定したところ、96%であった。
実施例1と同様の方法で樹脂組成物を調整した。
<射出成形>
得られた樹脂組成物を住友重機械工業製射出成形機SE180D、可塑化装置C360を用いて、射出成形した。150mm×150mm×2mmの平板状サンプルを得た。
<サンプル評価>
得られた平板状サンプルの表面抵抗率を測定したところ、0.47Ω/□であり、良好な導電性が得られた。また、表面粗さを測定したところ、0.5μmであり、良好な表面性が得られた。また、C1−1のC2−1による被覆率を測定したところ、96%であった。
なお、各材料種は下記のとおりである。
熱可塑性樹脂A−1:三井デュポンポリケミカル社製エバフレックスEV450
熱可塑性樹脂A−2:京葉ポリエチレン社製 HDPE F3001
カーボンブラックB−1:電気化学工業社製デンカブラック粒状品
カーボンブラックB−2:東海カーボン社製トーカブラック #4400
炭素繊維C1−1:三菱レイヨン社製ダイアリードK223SE−200μm
炭素繊維C1−2:三菱レイヨン社製ダイアリードK223Y1
導電性液体C2−1:トリ−n−ブチルメチルアンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド
導電性液体C2−2:1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨージド
実施例1の<導電性液体被覆炭素繊維の調整>を省略し、すべての材料を同時に2軸押し出し機に投入し、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を、実施例1と同様の押出成形を行い、シート状サンプルを得た。
<サンプル評価>
得られたシート状サンプルの表面抵抗率を測定したところ、356Ω/□であり、導電性が低かった。また、表面粗さを測定したところ、0.6μmであり、良好な表面性が得られた。また、C1−1のC2−1による被覆率を測定したところ、5%であった。
炭素繊維に代わって、カーボンブラックの表面に導電性液体で被覆処理を行った。それ以外は、実施例2と同様の方法で平板状サンプルを得た。
<サンプル評価>
得られたサンプルの表面抵抗率を測定したところ、213Ω/□であり、導電性が低かった。また、表面粗さを測定したところ、0.7μmであり、良好な表面性が得られた。
102 カーボンブラック
103 熱可塑性樹脂
104 炭素繊維とカーボンブラックが近接している部分
105 電流入口
106 電流出口
107 導電性液体
21 静電容量検知部材
22 現像ローラー
24 トナー
25 枠体
26 現像剤収納部
B カートリッジ
12 ガイドレール
13 開閉扉
A 画像形成装置
Claims (11)
- 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、該カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とする樹脂組成物。
- 前記導電性液体による前記炭素繊維の表面の被覆率が、50%以上であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
- 請求項1または2に記載の樹脂組成物を成形して得られることを特徴とする樹脂成形物の製造方法。
- 下記の(a)、(b)、および(c)の工程を含む、請求項3に記載の樹脂成形物の製造方法。
(a) 前記炭素繊維を前記導電性液体で被覆し、前記導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
(b) 前記熱可塑性樹脂、前記カーボンブラック、および工程(a)で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、該カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
(c) 工程(b)で複合化された該樹脂組成物を、押出成形する工程 - 下記の(a)、(b)、および(d)の工程を含む、請求項3に記載の樹脂成形物の製造方法。
(a) 前記炭素繊維を前記導電性液体で被覆し、前記導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
(b) 前記熱可塑性樹脂、前記カーボンブラック、および工程(a)で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、該カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
(d) 工程(b)で複合化された該樹脂組成物を、射出成形する工程 - 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む樹脂組成物の成形物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が65質量%以上94.9質量%以下、該カーボンブラックの含有量が5.0質量%以上30質量%以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が0.1質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とする樹脂成形物。
- 前記導電性液体による前記炭素繊維の表面の被覆率が、50%以上であることを特徴とする請求項6記載の樹脂成形物。
- 表面抵抗率が100Ω/□以下かつ表面粗さ(Rz)が1.0μm以下であることを特徴とする、請求項6または7に記載の樹脂成形物。
- シート形状であることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の樹脂成形物。
- 静電容量検知部材と、前記静電容量検知部材と電気的に接続された接点部材とを有するカートリッジであって、
前記静電容量検知部材が請求項6〜9のいずれか1項に記載の樹脂成形物からなることを特徴とするカートリッジ。 - 現像剤残量検知部を有する画像形成装置であって、
前記現像剤残量検知部と請求項10に記載のカートリッジの接点部材が電気的に接続されたことを特徴とする画像形成装置。
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