JP3493710B2 - 炭素繊維強化樹脂複合材料 - Google Patents
炭素繊維強化樹脂複合材料Info
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Description
電防止用材料として用いられる炭素繊維強化樹脂複合材
料に関する。
０12〜１０5Ωｃｍ程度の抵抗を有するものが好ましい
ことが知られており、かかる抵抗値の樹脂を得るために
有機系の帯電防止剤を混入するもの、ないしは樹脂にカ
ーボンブラック、炭素繊維、金属繊維、導電性酸化チタ
ン等の導電性フィラーを混入するもの等が用いられてき
た。
場合は帯電防止剤が表面にブリードアウトすることによ
り帯電防止効果を発揮するため、経時変化が起こった
り、材料のある環境に左右されたり、ひどい場合は効果
が失われたりする。また導電性フィラーを用いる場合、
カーボンブラックや導電性酸化チタンの様なアスペクト
比が小さいフィラーでは導電性を付与するに足るフィラ
ー量を添加すると樹脂複合材料の機械的物性の低下が大
きい。機械的物性を向上するためにガラス繊維等の補強
等も考えられるが、カーボンブラックのような粉体を用
いていると帯電防止の効果は得られるが粉体が樹脂から
脱落することによる環境の汚染があり、クリーンルーム
等の様な環境で使用するのに問題があった。また従来か
ら機械的物性向上を考慮して使用されてきた炭素繊維や
金属繊維の様な繊維状の導電性フィラーにおいてはかか
る導電性フィラーの電気抵抗が低く配合量を多くすると
電気抵抗が前述の好適な範囲の中の値にならず、スパー
クを起こしてしまう。一方、配合量を少ない範囲とする
ことにより、前述の好適な電気抵抗の樹脂複合材料を得
ようとすると、わずかな配合量のズレの電気抵抗への影
響が大きく、最終製品の製造ロット間や製品の各部位の
電気抵抗のバラツキが大きくなり問題があった。また電
気抵抗が所望の値にうまくコントロールされた場合にお
いても、炭素繊維や金属繊維の様な繊維状の導電性フィ
ラーはそのものの電気抵抗が低いため、局所的な低導電
性部が生じ、例えば２００Ｖ程度の高電圧がかかるとそ
の部分でスパークがおこることがある。そのため、その
様な電気的衝撃を嫌う半導体、ＩＣ、ＯＡ機器関連の材
料として不向きであった。また、炭素繊維の量を減らせ
ば、当然強度等の機械的特性も低下してしまう。
ような帯電防止性の経時変化が無く、また、樹脂からの
フィラーの脱落が無く、かつ所望の電気抵抗値を製造ロ
ット間、製品の各部位でばらつくフィラー含有量による
バラツキがなく、高電圧下でもスパークが起こらない機
械的特性にも優れた炭素繊維強化樹脂複合材料を供する
ことである。
題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の炭素繊維を使
用し、特定の体積固有抵抗値を持つ炭素繊維強化複合材
料の場合に、上記目的が達成されることを見いだし、本
発明に到達した。即ち、本発明は体積固有抵抗値が１０
12〜１０5Ωｃｍであり、２００Ｖの電圧下で実質的に
スパークが起こらないことを特徴とする炭素繊維強化樹
脂複合材料に存する。
に樹脂材料は帯電防止剤を用いない場合、ポリアミドの
一部が１．０×１０11Ωｃｍ程度になる場合を除き、
１．０×１０12Ωｃｍ以上の体積抵抗値をもつものが多
い。本発明で使用する樹脂としては、複合材としての所
望の体積抵抗値より低い体積抵抗値を有する樹脂であれ
ばよく、例えば上記ポリアミドの一部のように１．０×
１０11Ωcm程度のものであっても、それより低い体積抵
抗値の複合材を製造する場合には使用できる。しかしな
がら好ましくは１．０×１０14Ωｃｍ以上の体積抵抗値
をもつものであり、例えばポリカーボネート、ポリブチ
レンテレフタレート、通常のポリアミド、ＡＢＳ樹脂、
ＡＳ樹脂ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセター
ル、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンオ
キシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンス
ルホン、ポリスチレン、熱可塑性ポリウレタン、ポリ塩
化ビニル、ふっ素樹脂等の熱可塑性樹脂あるいはこれら
の混合物、フェノール、エポキシイミド、ウレタン等熱
硬化性樹脂あるいはこれらの混合物が挙げられる。これ
らは使用する目的に応じて機械的強度、成形性等の特性
から適宜選択する事ができる。
５．０×１０8μΩｃｍ以下４５００μΩｃｍ以上であ
ることが好ましく、より好ましくは１０7μΩｃｍ以下
１０5μΩｃｍ以上である。更に機械的強度として引っ
張り強度が９０ｋｇ／ｍｍ 2 以上、かつ引っ張り弾性率
が３ｔ／ｍｍ2以上、好ましくは５ｔ/ｍｍ2以上である
ことが好ましい。
されるものではないが、例えば、光学異方性の割合が８
０％以上、炭素含有率が９３％以上、灰分量３０ｐｐｍ
以下の液晶ピッチを紡糸、不融化後、７００〜８５０℃
で焼成すること等により得ることができる。本発明の炭
素繊維強化樹脂複合材料には本発明の効果を損なわない
範囲において、炭素繊維以外に、その他ガラス繊維、ア
ラミド繊維等の強化繊維、ガラスフレーク、無機物等の
各種フィラー、可塑剤、着色剤、安定剤、難燃性付与剤
等の各種樹脂用添加剤を用い得る。炭素繊維の添加量は
使用する樹脂、炭素繊維の機械的強度や電気抵抗によ
り、最適の範囲は相違するが通常は５重量％以上４０％
重量以下、好ましくは８重量％以上３０重量％以下であ
る。
方法としては、特に限定されることなく採用できるが、
例えば通常０．２〜１０重量％、好ましくは０．５〜７
重量％のサイジング剤を用いて集束させた炭素繊維集合
体を製造し、該炭素繊維集合体を通常１〜３０ｍｍ、好
ましくは３〜１０ｍｍの任意の長さに切断したチョップ
ドストランドを樹脂と混合すること等が挙げられる。こ
こで、サイジング剤としては公知のものが使用可能だ
が、前述の樹脂との相溶性等を考慮して選択することが
好ましい。具体的なものとしてはエポキシ化合物、ポリ
アミド化合物、ポリウレタン化合物等が挙げられる。次
に樹脂にチョップドストランド等の形状の炭素繊維を混
合する方法としては、樹脂と炭素繊維を混練装置、押出
し装置にて複合化する方法、あるいは溶融樹脂を炭素繊
維に含浸する方法、樹脂と炭素繊維の混合物を加熱下圧
縮する方法等が用いられるがその他の方法を用いてもよ
い。
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。 （炭素繊維の製造例１）コールタール１重量部に、沸点
範囲が２４０〜２９０℃の予め水添された芳香族油を１
重量部加え混合した後に、濾過助剤として、市販の珪藻
土濾過助剤“セライト５０５”（商品名、セライト社
製）を０．０１重量部加え、目開き１０μｍのキャンド
ルフィルターを通して、濾過を行なった。得られた濾液
を、温度４５０℃、水素圧力１５０ｋｇ／ｃｍ2 に維持
されたオートクレーブに連続的に供給した。平均滞留時
間は６０分とした。得られた反応物を目開き０．５μｍ
の焼結フィルターを通してさらに濾過を行った後、濾液
を減圧下、蒸留して水添ピッチを得た。得られた水添ピ
ッチを窒素ガスバブリング下、４３０℃で１４０分加熱
処理し、光学的異方性割合１００％、メトラー軟化点３
０２℃で、炭素含有率９６重量％、灰分量２０ｐｐｍの
紡糸ピッチを調製した。
で集束させながら口金温度３３０℃で紡糸し、フィラメ
ント数８０００本、繊維径１３μｍの連続長ピッチ繊維
トウを得た。次いで、ピッチ繊維トウを空気中で不融化
処理後、窒素ガス中７７０℃、滞留時間２分の条件で焼
成し炭素繊維を調製した。得られた炭素繊維は、炭素含
有率８９％、繊維径１２．４μ、引張強度１００ｋｇ／
ｍｍ2 、引張弾性率５．０ｔｏｎ／ｍｍ2 であり、３５
０００００μΩｃｍという高い体積固有電気抵抗を示し
た。
で製造した引張強度１００kg/mm2、引張弾性率が５t/mm
2でありかつ電気抵抗が３５０００００μΩｃｍである
ものを用いた。炭素繊維にサイジング剤としてエポキシ
樹脂を６重量％添着した後、カッティングしたカット長
６ｍｍのチョップドストランドを炭素繊維の含有率を８
重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％と変えポ
リカーボネート樹脂とドライブレンドした後スクリュー
押出し機にて混合し炭素繊維強化樹脂複合材料を得た。
この物を射出成形機を用いて試験片を作成した。この試
験片の曲げ試験（ＡＳＴＭーＤ７９０）、電気抵抗測定
（日本ゴム工業協会試験法）および横河ヒューレッドパ
ッカード社ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＭＥＴＥＲ
を用いたスパークテストを行った。テスト法としては測
定用端子の一方を試験片（平板８０ｍｍ×８０ｍｍ×３
ｍｍ）にクリップで固定し、もう一方の端子を試験片上
で軽く接触させながら走査させ、その端子と試験片の接
点近傍でのスパーク発生状況を観察した。
７０ｋｇ／ｍｍ2引張弾性率が１１ｔ／ｍｍ2でありかつ
電気抵抗が４８００μΩｃｍであるものを用い、実施例
１と同様の処理を行い試験片を作成し、同様に試験片の
曲げ試験、電気抵抗測定およびスパークテストを行っ
た。
ン社製「ＨＴＡＣ６Ｓ」チョップドストランド（引張強
度４００ｋｇ／ｍｍ2、引張弾性率が２４ｔ／ｍｍ2であ
りかつ電気抵抗が１５００μΩｃｍ）を用いた。炭素繊
維の含有率を５ｗｔ％、１０ｗｔ％、２０ｗｔ％と変え
ポリブチレンテレフタレート樹脂とドライブレンドした
後スクリュー押出し機にて混合し炭素繊維強化樹脂複合
材料を得た。この物を射出成形機を用いて試験片を作成
した。実施例１と同様に試験片の曲げ試験、電気抵抗測
定およびスパークテストを行った。
製「ダイアリード」（登録商標）Ｋ２２３ＧＥチョップ
ドストランド（引張強度２４０ｋｇ／ｍｍ2、引張弾性
率が２２ｔ／ｍｍ2でありかつ電気抵抗が１８００μΩ
ｃｍ）を用いた。比較例１と同様にして試験片を作成
し、同様に試験片の曲げ試験、電気抵抗測定およびスパ
ークテストを行った。 以上の結果を表１に示す。実施
例１、２の樹脂複合材は、炭素繊維の添加率が大きくな
っても体積固有抵抗率が１０12〜１０5Ωｃｍの樹脂複
合材を安定して得られるので、所望の強度の樹脂複合材
を得ることができ、さらにスパーク開始電圧も高いもの
が安定して得られる。
が無く、樹脂からのフィラーの脱落が無く、かつ所望の
電気抵抗値を製造ロット間、製品の各部位でフィラー含
有量によるバラツキがなくスパークが起こらない半導体
及びＯＡ機器関連用の樹脂複合材料を供することができ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 体積抵抗値が１×１０ 14 Ωｃｍ以上であ
るマトリクス樹脂に炭素繊維を５重量％以上４０重量％
以下添加してなり、体積固有抵抗値が１０12〜１０5Ω
ｃｍ、曲げ強度が１２００ｋｇ／ｃｍ 2 以上、曲げ弾性
率が３００００ｋｇ／ｃｍ 2 以上であり、且つ、２００
Ｖの電圧下で実質的にスパークが起こらないことを特徴
とする炭素繊維強化樹脂複合材料。 - 【請求項２】 電気抵抗が５．０×１０6μΩｍ以下４
５μΩm以上である炭素繊維を使用することを特徴とす
る請求項１記載の炭素繊維強化樹脂複合材料。 - 【請求項３】 引っ張り強度が９０ｋｇ／ｍｍ2以上１
７０ｋｇ／ｍｍ 2 以下、引っ張り弾性率が３ｔｏｎ／ｍ
ｍ2以上１１ｔｏｎ／ｍｍ 2 以下である炭素繊維を使用す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素繊維強化
樹脂複合材料。
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| JP02412394A JP3493710B2 (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 炭素繊維強化樹脂複合材料 |
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