JP2022509638A - 熱可塑性樹脂組成物及びそれを用いた成形品の製造方法 - Google Patents

熱可塑性樹脂組成物及びそれを用いた成形品の製造方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022509638000001
本発明は、機械的物性及び電磁波遮蔽性能に優れた熱可塑性樹脂組成物に関する。
【選択図】図１

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１９年１０月３１日付の韓国特許出願第１０－２０１９－０１３８１６１号及びそれを基に２０２０年１０月２６日付で再出願された韓国特許出願第１０－２０２０－０１３９４７０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、熱可塑性樹脂組成物及びそれを用いた成形品の製造方法に関する。
電気／電子技術の発達と共に各種産業分野の電子化がなされる趨勢にあり、自動車分野、電気／電子製品分野などにおいても、ユーザのニーズを満たすために性能、安定性、利便性の向上のためのシステムの電子化が進んでいる。
最近は、電子機器から発生する電磁波が他の機器又は人体に対して悪影響を及ぼすという結果が発表されることで、電磁波遮蔽材料の開発に関する研究が活発に進められている。
伝導性素材として代表される金属材料の場合には、重量がかなり重いと同時に、価格が高い欠点があることを勘案して、最近は、電子機器及び自動車部品の軽量化、価格、デザインなどの観点で有利な高分子樹脂が多く用いられている。
しかし、ほとんどの高分子樹脂は、電磁波に対して透過する特性を有しているため、電磁波を効果的に遮蔽することが難しい実情である。
そこで、電磁波遮蔽用材料の開発の必要性が高まっている点を勘案すると、機械的物性を同時に達成できる素材が求められている。
本発明は、機械的物性及び電磁波遮蔽性能に優れた熱可塑性樹脂組成物及びそれを用いた成形品の製造方法に関する。
但し、本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、以下の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
上記の目的を解決するために、本発明の一実施状態は、熱可塑性樹脂、炭素繊維、炭素ナノチューブ、板状型グラファイト、及び金属繊維を含む熱可塑性樹脂組成物を提供する。
本発明の一実施状態は、熱可塑性樹脂、炭素ナノチューブ及び板状型グラファイトを混練して第１混練物を形成するステップと；前記第１混練物に炭素繊維を投入し、混練して第２混練物を形成するステップと；前記第２混練物に金属繊維を投入し、混練して熱可塑性樹脂組成物を形成するステップと；前記熱可塑性樹脂組成物を成形して成形品を製造するステップと；を含む成形品の製造方法を提供する。
本発明の一実施状態は、前記熱可塑性樹脂組成物から製造された成形品を提供する。
本発明の一実施状態に係る熱可塑性樹脂組成物は、機械的物性及び電磁波遮蔽性能に優れ得る。
また、本発明の一実施状態に係る成形品の製造方法は、機械的物性及び電磁波遮蔽性能に優れた成形品を容易に製造することができる。
本発明の効果は上述した効果に限定されるものではなく、言及していない効果は、本願明細書及び添付の図面から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明の一実施例に係る成形品の製造方法に用いられる押出機の断面を示した図である。
本願明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。
本願明細書の全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとするとき、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、両部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本願明細書の全体において、単位「重量部」は、各成分間の重量の比率を意味することができる。
以下、本発明の熱可塑性樹脂組成物及びそれを用いた成形品の製造方法についてより詳細に説明する。
本発明の一実施状態は、熱可塑性樹脂と；炭素繊維、炭素ナノチューブ、板状型グラファイト、及び金属繊維を含む充填剤と；を含む熱可塑性樹脂組成物を提供する。
本発明の一実施状態に係る熱可塑性樹脂組成物は、機械的物性及び電磁波遮蔽性能に優れ得る。
本発明の一実施状態によれば、前記熱可塑性樹脂は、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアルキレンテレフタレート樹脂及び無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂のうちの少なくとも１つを含むことができ、この場合に、熱可塑性樹脂組成物は、機械的物性に優れた成形品を容易に実現することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記熱可塑性樹脂は、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及び無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂のうちの少なくとも１つを含むことができる。ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性樹脂組成物は、機械的物性に優れた成形品を容易に実現することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂は、ポリオレフィン樹脂に無水マレイン酸がグラフト率０．５重量％以上２重量％以下でグラフトされた重合体であってもよい。無水マレイン酸が０．５重量％以上２重量％以下のグラフト率でグラフトされたポリオレフィン樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物は、引張強度、衝撃強度などの機械的物性に優れた成形品を提供することができる。
本記載において、グラフト率は、変性ポリオレフィン樹脂を酸－塩基滴定して得られた結果から測定することができ、具体例として、変性ポリオレフィン樹脂１ｇを、水で飽和された１５０ｍｌのキシレンに入れ、約２時間還流した後、１重量％チモールブルー－ジメチルホルムアミド溶液を少量加え、０．０５Ｎの水酸化ナトリウム－エチルアルコール溶液で若干超過滴定して群青色の溶液を得た後、このような溶液を再び０．０５Ｎの塩酸－イソプロピルアルコール溶液で黄色を示すまで逆滴定して酸価を求め、これから、変性ポリオレフィン樹脂にグラフトされた化合物、すなわち、無水マレイン酸の含有量（重量％）を算出することができる。ここで、変性ポリオレフィン樹脂に含有された無水マレイン酸の含有量がグラフト率に該当する。
前記無水マレイン酸がグラフトされたポリオレフィンは、炭素数１～５のオレフィンを含む単量体の重合体であってもよい。具体的には、本発明は、無水マレイン酸が０．５重量％以上２重量％以下のグラフト率でグラフトされたポリエチレンを用いることができる。
本発明の一実施状態によれば、前記炭素繊維は、直径が５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。具体的には、前記炭素繊維は、直径が７μｍ以上１３μｍ以下、８．５μｍ以上１２．５μｍ以下、５μｍ以上７．５μｍ以下、９μｍ以上１２．５μｍ以下、または１２μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。直径が前述した範囲を満たす炭素繊維を含む熱可塑性樹脂組成物は、加工性及び成形性に優れながらも強度が改善され得る。また、前記炭素繊維の直径が前述した範囲内である場合に、前記炭素繊維を含む熱可塑性樹脂組成物は電磁波遮蔽物性が向上することができる。
本記載において、炭素繊維の直径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定することができ、具体的には、走査電子顕微鏡を用いて繊維ストランド２０本を選出し、直径を測ることができるアイコンバー（ｂａｒ）を用いてそれぞれの直径を測った後、これを算術平均して平均直径として算出する。
本発明の一実施状態によれば、前記炭素繊維の含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、５重量部以上６０重量部以下であってもよい。具体的には、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、前記炭素繊維の含有量は、１０重量部以上５０重量部以下、１５重量部以上４５重量部以下、１７．５重量部以上４０重量部以下、または２０重量部以上３５重量部以下であってもよい。より具体的には、前記炭素繊維の含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、５重量部以上２０重量部以下、７．５重量部以上２５重量部以下、１０重量部以上３５重量部以下、２０重量部以上４０重量部以下、２５重量部以上４５重量部以下、または３０重量部以上６０重量部以下であってもよい。
前記熱可塑性樹脂と前記炭素繊維の相対的な含有量を前述した範囲に調節することによって、前記熱可塑性樹脂組成物の強度が向上し、前記熱可塑性樹脂組成物の成形品の外観品質が優れ得る。また、前記炭素繊維の含有量が前述した範囲内である場合に、前記熱可塑性樹脂組成物は、剛性に優れ、電磁波遮蔽効率が向上した成形品をより容易に実現することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記炭素ナノチューブのＢＥＴ表面積は、２００ｍ2／ｇ以上３００ｍ2／ｇ以下であってもよい。具体的には、前記炭素ナノチューブのＢＥＴ表面積は、２２０ｍ2／ｇ以上２８０ｍ2／ｇ以下、２５０ｍ2／ｇ以上２７０ｍ2／ｇ以下、２１０ｍ2／ｇ以上２４０ｍ2／ｇ以下、２４５ｍ2／ｇ以上２６５ｍ2／ｇ以下、または２７５ｍ2／ｇ以上３００ｍ2／ｇ以下であってもよい。ＢＥＴ表面積が前述した範囲を満たす前記炭素ナノチューブを含む熱可塑性樹脂組成物は、伝導性及び電磁波遮蔽効率が向上することができる。
本記載において、ＢＥＴ表面積は、窒素ガス吸着法を用いて、ＢＥＴ分析装備（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社のＳｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ ａｎｄ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ａｎａｌｙｚｅｒ ＡＳＡＰ ２０２０装備）で測定することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記炭素ナノチューブの含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１重量部以上５重量部以下であってもよい。具体的には、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、前記炭素ナノチューブの含有量は、１重量部以上３重量部以下、１重量部以上２重量部以下、１重量部以上２．５重量部以下、または３重量部以上５重量部以下であってもよい。
前記熱可塑性樹脂と前記炭素ナノチューブの相対的な含有量を前述した範囲に調節することによって、熱可塑性樹脂組成物の伝導性及び電磁波遮蔽効率を効果的に向上させることができる。また、前記炭素ナノチューブの含有量が前述した範囲内である場合に、前記熱可塑性樹脂組成物の機械的物性が低下することを抑制することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記熱可塑性樹脂組成物は板状型グラファイトを含むことができる。板状型グラファイトを使用することによって、前記熱可塑性樹脂組成物の電磁波遮蔽効率をさらに向上させることができる。
本記載において、板状型グラファイトは、本発明の属する技術分野で通常認識される板（ｐｌａｔｅ）状のグラファイトであれば、特に制限されず、このような板状型グラファイトは、高い縦横比を有するものと説明され得るが、自然的に板状であるか、または層構造から化学的又は物理的に分離されて板状を有するものであってもよく、具体例として、縦横比が２以上、５以上、７以上、２～２００以下、５～２００、または７～２００であってもよいが、これに制限されるものではない。
本記載において、縦横比は、本発明の属する技術分野で通常用いられる測定方法により測定すれば特に制限されない。
本発明の一実施状態によれば、前記板状型グラファイトの含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１重量部以上１０重量部以下であってもよい。具体的には、前記板状型グラファイトの含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１．５重量部以上８重量部以下、３重量部以上５重量部以下、１重量部以上５重量部以下、２．５重量部以上５．５重量部以下、または６重量部以上１０重量部以下であってもよい。
前記熱可塑性樹脂組成物に含まれる前記板状型グラファイトの含有量を前述した範囲に調節することによって、前記熱可塑性樹脂組成物の電磁波遮蔽効率をさらに向上させることができる。また、前記熱可塑性樹脂と前記板状型グラファイトの相対的な含有量が前述した範囲内である場合に、前記熱可塑性樹脂組成物の機械的物性が低下することを防止することができ、外観品質に優れた成形品を実現することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記金属繊維は、直径が５μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。具体的には、前記金属繊維は、直径が７μｍ以上１８μｍ以下、９μｍ以上１５μｍ以下、５μｍ以上１０μｍ以下、７．５μｍ以上１４．５μｍ以下、または１６μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。前記金属繊維の直径が前述した範囲内である場合に、前記熱可塑性樹脂組成物の電磁波遮蔽性能がさらに向上することができる。
本記載において、金属繊維の直径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定することができ、具体的には、走査電子顕微鏡を用いて金属繊維ストランド２０本を選出し、直径を測ることができるアイコンバー（ｂａｒ）を用いてそれぞれの直径を測った後、これを算術平均して平均直径として算出する。
本発明の一実施状態によれば、前記金属繊維の含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１重量部以上２０重量部以下であってもよい。具体的には、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、前記金属繊維の含有量は、３重量部以上１８重量部以下、５重量部以上１５重量部以下、７重量部以上１０重量部以下、１重量部以上７重量部以下、３．５重量部以上１７．５重量部以下、または１２重量部以上２０重量部以下であってもよい。
前記金属繊維の含有量を前述した範囲内に調節することによって、前記熱可塑性樹脂組成物の剛性及び電磁波遮蔽性能をさらに向上させることができる。
さらに、前記熱可塑性樹脂と前記金属繊維の相対的な含有量が前述した範囲内である場合に、前記熱可塑性樹脂組成物は、外観品質に優れた成形品を提供することができる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠した引張強度が、好ましくは１５０ＭＰａ以上、より好ましくは１６０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１６５ＭＰａ以上であってもよく、好ましい例として、１５０～２００ＭＰａ、より好ましい例として１６０～１９０ＭＰａ、さらに好ましくは１６５～１９０ＭＰａであり、この範囲内で、引張強度に優れながらも物性バランスに優れるという利点がある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、ＩＳＯ １８０Ａに準拠した衝撃強度が、好ましくは６０Ｊ／ｍ以上、より好ましくは６５Ｊ／ｍ以上、さらに好ましくは７０Ｊ／ｍ以上であってもよく、好ましい例として、６０～１３０Ｊ／ｍ、より好ましい例として６５～１２０Ｊ／ｍ、さらに好ましくは７０～１２０Ｊ／ｍであり、この範囲内で、衝撃強度に優れながらも物性バランスに優れるという利点がある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠した屈曲弾性率が、好ましくは１８，０００ＭＰａ以上、より好ましくは１９，０００ＭＰａ以上、さらに好ましくは２１，０００ＭＰａ以上であってもよく、好ましい例として、１８，０００～２６，０００ＭＰａ、より好ましい例として１９，０００～２５，０００ＭＰａ、さらに好ましくは２１，０００～２５，０００ＭＰａであり、この範囲内で、屈曲弾性率に優れながらも物性バランスに優れるという利点がある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、エレクトロ・メトリクス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）社のＥＭ２１０７Ａを用いて１０ＭＨｚの条件での電磁波遮蔽性能が、好ましくは６５ＭＨｚ以上、より好ましくは７０ＭＨｚ以上、さらに好ましくは７３ＭＨｚ以上であってもよく、好ましい例として６５～９０ＭＨｚ、より好ましい例として７０～８５ＭＨｚ、さらに好ましくは７３～８５ＭＨｚであり、この範囲内で、電磁波遮蔽物性に優れながらも機械的物性バランスに優れるという利点がある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、エレクトロ・メトリクス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）社のＥＭ２１０７Ａを用いて１ＧＨｚの条件での電磁波遮蔽性能が、好ましくは６５ＧＨｚ以上、より好ましくは７０ＧＨｚ以上、さらに好ましくは７３ＧＨｚ以上であってもよく、好ましい例として、６５～９０ＧＨｚ、より好ましい例として７０～８５ＧＨｚ、さらに好ましくは７３～８５ＧＨｚであり、この範囲内で、電磁波遮蔽物性に優れながらも機械的物性バランスに優れるという利点がある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、好ましくは自動車部品又は電気電子部品に使用されるものであってもよく、より好ましくはＭＨｚとＧＨｚの周波数領域で５０ｄＢ以上の電磁波遮蔽が求められる自動車部品又は電気電子部品に使用されるものであり、さらに好ましくは自動車金属部品又は電気電子金属部品の代替品に使用されるものであり、より一層好ましくは電気自動車部品又はハイブリッド電気自動車部品に使用されるものである。このとき、前記自動車部品又は電気電子部品は、本発明の熱可塑性樹脂組成物を含むもの、又は、本発明の熱可塑性樹脂組成物から製造されるものとして定義することができる。
本発明の一実施状態は、熱可塑性樹脂、炭素ナノチューブ及び板状型グラファイトを混練して第１混練物を形成するステップと；前記第１混練物に炭素繊維を投入し、混練して第２混練物を形成するステップと；前記第２混練物に金属繊維を投入し、混練して熱可塑性樹脂組成物を形成するステップと；前記熱可塑性樹脂組成物を成形して成形品を製造するステップと；を含む成形品の製造方法を提供する。
本発明の一実施状態に係る成形品の製造方法は、機械的物性及び電磁波遮蔽性能に優れた成形品を容易に製造することができる。
本発明の一実施状態に係る成形品の製造方法は、前述した一実施状態に係る熱可塑性樹脂組成物を用いて成形品を製造する方法であってもよい。
具体的には、本発明の一実施状態に係る成形品の製造方法に用いられる熱可塑性樹脂、炭素繊維、炭素ナノチューブ、板状型グラファイト及び金属繊維は、前述した熱可塑性樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂、炭素繊維、炭素ナノチューブ、板状型グラファイト及び金属繊維とそれぞれ同一であってもよい。
本発明の一実施状態に係る成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂、炭素繊維、炭素ナノチューブ、板状型グラファイト及び金属繊維を混練する順序を調節することによって、機械的物性及び電磁波遮断性能に優れた成形品をより効果的に製造することができる。
下記の図１は、本発明の一実施例に係る成形品の製造方法に用いられる押出機の断面を示した図である。図１を参照すると、押出機１００は、第１～第３投入口１１，１２，１３、及び第１～第３混練ブロック２１，２２，２３を含むことができ、第１方向ＤＲ１に沿って投入される物質が混練されて吐出され得る。具体的には、第１投入口１１に注入された材料は、第１混練ブロック２１に移動する過程で混練されて、第１混練物が第１混練ブロック２１に形成され得る。第２投入口１２に注入された材料は、第１混練物と混合され、第２混練ブロック２２に移動する過程で混練されて、第２混練物が第２混練ブロック２２に形成され得る。また、第３投入口１３に注入された材料は、第２混練物と混合され、第３混練ブロック２３に移動する過程で混練されて、第３混練ブロック２３に最終製品が形成され得る。
本発明の一実施状態によれば、熱可塑性樹脂、炭素ナノチューブ及び板状型グラファイトを混練して第１混練物を形成することができる。図１を参照すると、熱可塑性樹脂、炭素ナノチューブ、及び板状型グラファイトを第１投入口１１に注入し、混練することによって、第１混練ブロック２１には第１混練物が形成され得る。
本発明の一実施状態によれば、炭素ナノチューブの投入量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１重量部以上５重量部以下であってもよい。具体的には、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、前記炭素ナノチューブの投入量は、１重量部以上３重量部以下、１重量部以上２重量部以下、１重量部以上２．５重量部以下、または３重量部以上５重量部以下であってもよい。
前記熱可塑性樹脂と前記炭素ナノチューブの相対的な投入量を前述した範囲に調節することによって、製造される成形品の伝導性及び電磁波遮蔽効率を効果的に向上させることができる。また、前記炭素ナノチューブの投入量が前述した範囲内である場合に、前記成形品の機械的物性が低下することを抑制することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記板状型グラファイトの投入量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１重量部以上１０重量部以下であってもよい。具体的には、前記板状型グラファイトの投入量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１．５重量部以上８重量部以下、３重量部以上５重量部以下、１重量部以上５重量部以下、２．５重量部以上５．５重量部以下、または６重量部以上１０重量部以下であってもよい。
前記板状型グラファイトの投入量を前述した範囲に調節することによって、前記成形品の電磁波遮蔽効率をさらに向上させることができる。また、前記熱可塑性樹脂と前記板状型グラファイトの相対的な投入量が前述した範囲内である場合に、前記成形品の機械的物性が低下することを防止することができ、外観品質に優れた成形品を実現することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記第１混練物に前記炭素繊維を投入し、混練して第２混練物を形成することができる。図１を参照すると、前記炭素繊維を第２投入口１２に注入し、第１混練物と混練することによって、第２混練ブロック２２には第２混練物が形成され得る。
本発明の一実施状態によれば、前記炭素繊維の投入量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、５重量部以上６０重量部以下であってもよい。具体的には、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、前記炭素繊維の投入量は１０重量部以上５０重量部以下、１５重量部以上４５重量部以下、１７．５重量部以上４０重量部以下、または２０重量部以上３５重量部以下であってもよい。
前記熱可塑性樹脂と前記炭素繊維の相対的な投入量を前述した範囲に調節することによって、強度が向上し、外観品質に優れた成形品を製造することができる。また、前記炭素繊維の投入量が前述した範囲内である場合に、剛性に優れ、電磁波遮蔽効率が向上した成形品をより容易に実現することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記第２混練物に前記金属繊維を投入し、混練して熱可塑性樹脂組成物を形成することができる。図１を参照すると、前記金属繊維を第３投入口１３に注入し、第２混練物と混練することによって、第３混練ブロック２３には熱可塑性樹脂組成物が形成され得る。
本発明の一実施状態によれば、前記金属繊維の投入量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１重量部以上２０重量部以下であってもよい。具体的には、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、前記金属繊維の投入量は３重量部以上１８重量部以下、５重量部以上１５重量部以下、７重量部以上１０重量部以下、１重量部以上７重量部以下、３．５重量部以上１７．５重量部以下、または１２重量部以上２０重量部以下であってもよい。
前記金属繊維の投入量を前述した範囲内に調節することによって、前記成形品の剛性及び電磁波遮蔽性能をさらに向上させることができる。さらに、前記熱可塑性樹脂と前記金属繊維の相対的な投入量が前述した範囲内である場合に、外観品質に優れた成形品を提供することができる。
本発明の一実施状態によれば、前記熱可塑性樹脂組成物を成形するステップは、前記熱可塑性樹脂組成物を押出成形又は射出成形して前記成形品を製造することができる。すなわち、前記成形品は、前記熱可塑性樹脂組成物を射出成形して形成されたものであってもよく、押出成形して形成されたものであってもよい。当業界で用いられる方法を制限なしに採択して、前記熱可塑性樹脂組成物を射出成形するか、または押出成形することができる。
例えば、前記成形品は、前記熱可塑性樹脂組成物を混練及び押出して形成されたものであってもよい。前記混練及び押出は、通常の押出機を使用することができ、好ましい一例として、一軸押出機、二軸押出機などを使用することができる。
本発明の成形品は前記熱可塑性樹脂組成物を含んでなってもよい。
前記成形品は、好ましくは、自動車部品又は電気電子部品であってもよく、より好ましくはＭＨｚとＧＨｚの周波数領域で５０ｄＢ以上の電磁波遮蔽が求められる自動車部品又は電気電子部品であり、さらに好ましくは自動車金属部品又は電気電子金属部品の代替品であり、より一層好ましくは電気自動車部品又はハイブリッド電気自動車部品であってもよい。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は様々な他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が、以下に記述する実施例に限定されるものと解釈されない。本明細書の実施例は、当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。
［成形品の製造］
下記の実施例及び比較例で使用した材料は、以下の通りである。
Ａ）熱可塑性樹脂：
ａ１）ポリカーボネート樹脂：ＬＧ化学社の１３３０製品を使用した。
ａ２）ナイロン６６樹脂：インビスタ（Ｉｎｖｉｓｔａ）社の３６０２製品を使用した。
ａ３）ポリブチレンテレフタレート樹脂：ＬＧ化学社のＧＰ２０００製品を使用した。
ａ４）変性ポリオレフィン樹脂：無水マレイン酸が約１．５重量％のグラフト率でグラフトされたポリエチレンを使用した。
ａ５）ナイロン６樹脂：ＴＫケミカル社の２４５１製品を使用した。
ａ６）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂：ＳＫケミカル社のＢＢ８０５５製品を使用した。
Ｂ）炭素繊維：
ゾルテック（Ｚｏｌｔｅｋ）社のＰｙｒｏｆｉｌ製品を使用した。
Ｃ）炭素ナノチューブ：
ｃ１）ＢＥＴ表面積が約２５０ｍ2／ｇであるＬＧ化学社のＣＰ１００２Ｍ製品を使用した。
ｃ２）ＢＥＴ表面積が約１５０ｍ2／ｇである大直径の製品を使用した。
ｃ３）ＢＥＴ表面積が約４００ｍ2／ｇである小直径の製品を使用した。
Ｄ）板状型グラファイト：
日本黒鉛社の板状型グラファイト製品であるＣＢ－１００を使用した。
Ｅ）金属繊維：
平均直径が９μｍであるＢＥＫＡＥＲＴ社のステンレス繊維を使用した。
（実施例１）
熱可塑性樹脂組成物及び成形品を製造するために、下記の図１のような押出機を準備した。このとき、押出機の温度を約２５０℃～３２０℃に設定し、回転数を３００回転／分に設定した。
押出機１００に対して、第１投入口１１に、熱可塑性樹脂としてナイロン６６樹脂、炭素ナノチューブ、及び板状型グラファイトを投入し、混練して、第１混練物を形成した。このとき、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、炭素ナノチューブの投入量は１重量部、板状型グラファイトの投入量は３重量部であった。
その後、第２投入口１２に炭素繊維を投入し、混練して、第２混練物を形成した。このとき、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、炭素繊維の投入量は３５重量部であった。
その後、第３投入口１３に金属繊維を投入し、混練して、熱可塑性樹脂組成物を形成した。このとき、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、金属繊維の投入量は５重量部であった。
その後、押出機を通じて熱可塑性樹脂組成物をペレット状に成形して、成形品を製造した。
（実施例２～実施例１１）
下記の表１のように押出機に投入される成分及び含有量を調節した以外は、前記実施例１と同様の方法で熱可塑性樹脂組成物及び成形品を製造した。
Figure 2022509638000002
（比較例１～比較例４）
下記の表２のように押出機に投入される成分及び含有量を調節した以外は、前記実施例１と同様の方法で熱可塑性樹脂組成物及び成形品を製造した。
Figure 2022509638000003
［成形品の物性測定実験］
前記実施例１～実施例１１、及び比較例１～比較例４で製造された成形品を射出機（エンゲル社、８０トン）を用いて、物性測定試片に成形した。
試片の物性は、下記のような方法で測定し、その結果を下記の表３及び表４に示した。
＊引張強度：ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定し、試片の厚さは３．２ｍｍであり、測定速度は５ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
＊衝撃強度：ＩＳＯ １８０Ａに準拠してノッチ付きアイゾット（Ｎｏｔｃｈｅｄ Ｉｚｏｄ）衝撃強度を測定した。このとき、試片の厚さは４ｍｍであり、試片にノッチを付けた後に常温（２３℃）で測定した。
＊屈曲弾性率：ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定し、試片の厚さは３．２ｍｍであり、測定速度は１．３ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
＊電磁波遮蔽性能：エレクトロ・メトリクス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）社のＥＭ２１０７Ａを用いて、試片の１０ＭＨｚと１ＧＨｚでの電磁波遮蔽性能を測定した。
＊外観品質：射出成形された試片の外観を目視で評価し、成形性及び外観が非常に優れた場合には「◎」と評価し、成形性及び外観が優れた場合には「○」と評価し、外観が優れた場合には「△」と評価し、外観が低下した場合には「×」と評価し、外観品質が非常に劣る場合には「××」と評価した。
Figure 2022509638000004
Figure 2022509638000005
前記表１～表４を参照すると、本発明の実施例１～実施例１１による成形品は、比較例１～比較例４と比較して、機械的物性に優れると同時に、電磁波遮蔽物性が著しく優れることを確認した。特に、本発明の実施例１～実施例１１による成形品は、１０ＭＨｚで７０ｄＢ以上の電磁波遮蔽性能を示し、１ＧＨｚで７０ｄＢ以上の電磁波遮蔽性能を示した。
したがって、本発明の一実施状態に係る熱可塑性樹脂組成物は、機械的物性及び電磁波遮蔽物性に優れるので、電磁波遮蔽が求められる自動車部品及びその他の電気電子部品に容易に適用できることがわかる。
１００ 押出機
１１ 第１投入口
１２ 第２投入口
１３ 第３投入口
２１ 第１混練ブロック
２２ 第２混練ブロック
２３ 第３混練ブロック
ＤＲ１ 第１方向
本記載において、板状型グラファイトは、本発明の属する技術分野で通常認識される板（ｐｌａｔｅ）状のグラファイトであれば、特に制限されず、このような板状型グラファイトは、高い縦横比を有するものと説明され得るが、自然的に板状であるか、または層構造から化学的又は物理的に分離されて板状を有するものであってもよく、具体例として、縦横比が２以上、５以上、７以上、２～２００、５～２００、または７～２００であってもよいが、これに制限されるものではない。

本発明の熱可塑性樹脂組成物は、エレクトロ・メトリクス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）社のＥＭ２１０７Ａを用いて１０ＭＨｚの条件での電磁波遮蔽性能が、好ましくは６５ｄＢ以上、より好ましくは７０ｄＢ以上、さらに好ましくは７３ｄＢ以上であってもよく、好ましい例として６５～９０ｄＢ、より好ましい例として７０～８５ｄＢ、さらに好ましくは７３～８５ｄＢであり、この範囲内で、電磁波遮蔽物性に優れながらも機械的物性バランスに優れるという利点がある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、エレクトロ・メトリクス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）社のＥＭ２１０７Ａを用いて１ＧＨｚの条件での電磁波遮蔽性能が、好ましくは６５ｄＢ以上、より好ましくは７０ｄＢ以上、さらに好ましくは７３ｄＢ以上であってもよく、好ましい例として、６５～９０ｄＢ、より好ましい例として７０～８５ｄＢ、さらに好ましくは７３～８５ｄＢであり、この範囲内で、電磁波遮蔽物性に優れながらも機械的物性バランスに優れるという利点がある。

Claims (14)

  1. 熱可塑性樹脂、炭素繊維、炭素ナノチューブ、板状型グラファイト、及び金属繊維を含むことを特徴とする、熱可塑性樹脂組成物。
  2. 前記熱可塑性樹脂は、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアルキレンテレフタレート樹脂、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  3. 前記無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂は、ポリオレフィン樹脂に無水マレイン酸がグラフト率０．５重量％以上２重量％以下でグラフトされた重合体であることを特徴とする、請求項２に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  4. 前記炭素繊維は、直径が５μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  5. 前記炭素繊維の含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して５重量部以上６０重量部以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  6. 前記炭素ナノチューブのＢＥＴ表面積は２００ｍ2／ｇ以上３００ｍ2／ｇ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  7. 前記炭素ナノチューブの含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して１重量部以上５重量部以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  8. 前記板状型グラファイトの含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して１重量部以上１０重量部以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  9. 前記金属繊維は、直径が５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  10. 前記熱可塑性樹脂組成物は、エレクトロ・メトリクス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）社のＥＭ２１０７Ａを用いて１０ＭＨｚの条件での電磁波遮蔽性能（ｄＢ）が６５ＭＨｚ以上、または１ＧＨｚの条件での電磁波遮蔽性能（ｄＢ）が６５ＭＨｚ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  11. 前記熱可塑性樹脂組成物は、ＭＨｚとＧＨｚの周波数領域で５０ｄＢ以上の電磁波遮蔽が求められる自動車部品又は電気電子部品に使用されることを特徴とする、請求項１０に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  12. 前記金属繊維の含有量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して１重量部以上２０重量部以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  13. 熱可塑性樹脂、炭素ナノチューブ及び板状型グラファイトを混練して第１混練物を形成するステップと、
    前記第１混練物に炭素繊維を投入し、混練して第２混練物を形成するステップと、
    前記第２混練物に金属繊維を投入し、混練して熱可塑性樹脂組成物を形成するステップと、
    前記熱可塑性樹脂組成物を成形して成形品を製造するステップとを含むことを特徴とする、成形品の製造方法。
  14. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂組成物を含んでなることを特徴とする、成形品。
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