JP3985074B2

JP3985074B2 - 導電性樹脂組成物及びその成形品

Info

Publication number: JP3985074B2
Application number: JP2000242643A
Authority: JP
Inventors: 林　　達也; 慎司泥谷
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JP2002053757A

Description

【０００１】
本発明は、極めて高度の導電性、及び優れた成形性や機械的強度を有する導電性樹脂組成物及びそれを用いたシート又は成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種樹脂からなる成形品に導電性を付与した導電性樹脂成形品として、合成樹脂に導電性フィラーを分散、混合した複合材料を用い成形した成形品が知られている。導電性フィラーとして金属系、カーボン系などが使用されているが、高度の導電性を付与するには導電性フィラーの添加量を大幅に増加せざるを得なく、その結果、成形性の悪化や、脆弱となり機械的強度が低下するため添加量は制限され、得られる成形品の導電性も体積固有抵抗値で１０^−１Ω・ｃｍが限界であった。
また、近年では特開平１０−２３７３３１のようにハンダを樹脂中に高度に分散させた系により体積固有抵抗値１０^−３Ω・ｃｍ以下を実現しているが、溶融物は脆弱であり射出成形は可能であるが、押出成形やカレンダー成形は不可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、極めて高度の導電性を有するとともに、押出加工やカレンダー加工が可能で機械的強度も優れた導電性樹脂組成物が求められていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。即ち本発明の要旨は、（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーを基質とし、（ｂ）融点が３００℃以下の低融点金属、及び（ｃ）金属粉末、（ｄ）溶融張力向上剤としてのポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物を混合してなる樹脂組成物及びそれによって得られた導電性樹脂シート又は導電性樹脂成形品にある。
【０００５】
本発明の好ましい実施態様としては、下記が挙げられる。（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーが成形品の２０〜８０容量％、また（ｂ）融点が３００℃以下の低融点金属及び（ｃ）金属粉末を合わせた金属成分が１９．９〜７９．９容量％であって、かつ（ｂ）及び（ｃ）を合わせた金属成分中の（ｃ）金属粉末の割合が１０〜３０容量％、（ｄ）溶融張力向上剤としてのポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物が０．１〜５容量％の範囲であることを特徴とする樹脂組成物及び導電性樹脂シート又は成形品であり、（ｂ）成分の低融点金属が、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ｂｉ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ａｇ、Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ系から選ばれた低融点合金からなることを特徴とし、（ｃ）成分の金属粉末がＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金粉末からなり、その平均粒径が１〜５０μｍの範囲であることを特徴とする。また、（ｄ）成分の溶融張力向上剤がポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物からなることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。本発明の導電性樹脂組成物及びシート又は成形品は、その材料が（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマー、（ｂ）融点が３００℃以下の低融点金属、及び（ｃ）金属粉末（ｄ）溶融張力向上剤としてのポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物の混合物（以下、「混合材」という）からなることに特徴がある。このように熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーと導電性を付与するための金属成分を特定の組合せとすることにより、極めて高度の導電性と他の特性をバランス良く付与できることを見出し、さらに溶融張力向上剤の添加により優れた押出成形性をも発現させたものである。混合材においては、（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーを組成物全体の２０〜８０容量％、好ましくは４０〜６０容量％の範囲で含有することが好ましい。樹脂成分が８０容量％を越えると導電性が発現し難い傾向にあり、２０容量％未満では、流動性が低下して成形性に劣り易い。また、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーと低融点金属との接着強度を向上させるために酸変成ポリオレフィンなどの界面接着剤を添加することも好適である。（ｂ）及び（ｃ）を合わせた金属成分が１９．９〜７９．９容量％である。（ｃ）の金属粉末は低融点金属の分散助剤として作用し、金属成分中の（ｃ）金属粉末の割合を１０〜３０容量％、好ましくは１５〜２５容量％の範囲とすることが好ましい。１０容量％未満では、分散状態が悪くなり、また３０容量％を越えると流動性が低下するとともに脆化しやすく、さらに導電性も低下する傾向が見られる。（ｄ）溶融張力向上剤は０．１〜５容量％好ましくは０．２〜３容量％の範囲が好適である。０．１容量％未満では十分な溶融張力を得ることができず成形性が向上せず、５容量％以上では溶融張力向上剤の分散性が低下するほか、樹脂の物性を損ない易い。また、溶融張力向上剤中のポリフルオロエチレンと炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーの重量比は０．２以上が好ましい。０．２未満ではポリフルオロエチレンの分散性が低下する恐れがある。
【０００７】
混合材に用いられる（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーとしては、オレフィン系、スチレン系、塩ビ系、ウレタン系、エステル系、アミド系など種々のタイプのものが使用可能である。押出シート化やカレンダー成形においては軟質系のものが好適である。
【０００８】
（ｂ）の融点が３００℃以下の低融点金属には各種のものが使用できる。融点の測定方法は示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）に示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）ににより測定すればよく、融点が３００℃を越える金属では成形性が劣るという問題がある。
具体的にはＰｂ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ｂｉ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ａｇ、Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ系から選ばれたはんだ合金が好適に使用できる。
（ｃ）成分の金属粉末は上記低融点金属の分散助剤となるものであり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金粉末が好適に使用でき、その平均粒径が１〜５０μｍの範囲のものが好ましい。平均粒径は試料を透過型電子顕微鏡により撮影し、写真から求めた数平均粒子径である。平均粒径が１μｍ未満では混合の際のハンドリングが困難であり、また５０μｍを越えるものでは分散性が低下し易い傾向がある。
（ｄ）成分の溶融張力向上剤は、ポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物であり、混合剤の溶融時の張力を向上させ、押出やカレンダー加工時の引き取り性を改良する。市販のものとしては三菱レイヨンのメタブレンＡ−３０００などが知られている。
【００１０】
本発明の導電性樹脂組成物の製造方法は、上記混合材の各成分を用い、混合したものを所定の温度でニーダや二軸押出機等の混練機により混練後、造粒したものである。
混練においては（ｃ）低融点金属が半溶融状態となる温度が好ましく、マトリックスとなる熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーの溶融温度に応じて適切な金属組成を選択し、低融点金属と分散助剤となる銅粉、ニッケル粉末等の添加比率を適宜選択する必要がある。
以上の方法で得られた造粒物は、十分な溶融張力を有する事からＴダイ押出成形機やカレンダーによりシート化が可能である。また、使用目的に対応する形状の金型を用いて射出成形法、トランスファー成形法、プレス成形法等の通常の成形法により賦形し、成形品とすることもできる。
【００１１】
以上述べたように、本発明の導電性シートや成形品は、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーに低融点金属が含有されていることから、極めて高度の導電性を有する一方で、溶融張力が大きいため、溶融物が脆弱にならず、成形性及び機械的強度に優れており、導電性隔壁、導電性部材、帯電防止材、電磁波シールド材、電極、コネクター、センサー、発熱体等の幅広い分野への適用が可能である。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例）
熱可塑性エラストマーとして「サントプレン２０３−４０」ＡＥＳジャパン製、界面接着改質剤として酸変成ポリオレフィン（「アドテックスＥＲ３２０Ｐ」日本ポリオレフィン（株）製）を用い、低融点金属として鉛フリーハンダ（Ｓｎ−４Ｃｕ−２Ｎｉ融点固相線２２５℃−液相線４８０℃）、金属粉末として平均粒径１０μｍの銅粉を用いた。また溶融張力向上剤として「メタブレンＡ−３０００」（三菱レイヨン（株）製）を用いた。あらかじめ各原料粉末を物理混合し（熱可塑性エラストマー４０容量％、酸変成ポリオレフィン９容量％、低融点金属４５容量％、金属粉末５容量％、溶融張力向上剤１容量％）、混練機（森山製作所製、２軸加圧タイプ）を用いて溶融混練後、プランジャー押出造粒機を用いて低融点金属含有樹脂ペレットを作成した。
【００１３】
混練条件は以下の通りである。
混練温度：２００℃
回転数：３５ｒ．ｐ．ｍ．
その後、１５０ｍｍ幅コートハンガーダイを具備した２軸押出機φ２５（東洋精機２Ｄ２５ＷＳ）を用いて肉厚０．５ｍｍの押出シート化を行った。押出条件は下記の通りである。
シリンダー温度：２００℃
スクリュ回転数：５０ｒ．ｐ．ｍ．
供給量：２４５ｇ／ｍｉｎ
【００１４】
引き落とし時に溶融シートが切断されることなく目的とする０．５ｍｍ厚のシートを得た。得られた成形品の特性は以下の通り
であった。
シャルピー衝撃値：破壊せず
体積固有抵抗値：３．３４×１０^−４Ω・ｃｍ
衝撃試験はＪＩＳＫ７１１１に準拠（シャルピ−フラットワイズノッチなし
試験片幅１０ｍｍ、支点間距離２０ｍｍ、試験速度０．５ｍｍ／分）
【００１５】
（比較例）
実施例１において溶融張力向上剤を添加せず、その他は全く同様としてシート作成を実施した。配合比は熱可塑性エラストマー４０容量％、酸変成ポリオレフィン１０容量％、低融点金属４５容量％、金属粉末５容量％とした。
引き落とし時に溶融シートが破壊し、目的とするシートが得られなかった。
【００１６】
実施例及び比較例から明らかなように本発明の組成物は、成形性が大幅に改善され、得られた成形品においても高い体積固有抵抗値及び強度を維持していることが分かる。
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の導電性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーに低融点金属が含有されていることから、極めて高度の導電性を示し、さらに溶融張力向上剤により、優れた成形性も得られる。そのシート又は成形品は機械的強度に優れており、導電性隔壁、導電性部材、帯電防止材、電磁波シールド材、電極、コネクター、センサー、発熱体などの幅広い分野への適用が可能である。

Claims

（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーが樹脂組成物の２０〜８０容量％、（ｂ）融点が３００℃以下の低融点金属及び（ｃ）金属粉末を合わせた金属成分が１９．９〜７９．９容量％であって、かつ（ｂ）及び（ｃ）を合わせた金属成分中の（ｃ）金属粉末の割合が１０〜３０容量％、（ｄ）溶融張力向上剤としてのポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物が０．１〜５容量％の範囲であることを特徴とする樹脂組成物。
（ａ）熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーが樹脂組成物の２０〜８０容量％、（ｂ）融点が３００℃以下の低融点金属及び（ｃ）金属粉末を合わせた金属成分が１９．９〜７９．９容量％であって、かつ（ｂ）及び（ｃ）を合わせた金属成分中の（ｃ）金属粉末の割合が１０〜３０容量％、（ｄ）溶融張力向上剤としてのポリテトラフルオロエチレン及び炭素数５〜３０のアルキル（メタ）アクリレート系ポリマーからなる組成物が０．１〜５容量％の範囲である樹脂組成物から得たことを特徴とする導電性樹脂シート又は成形品。
（ｂ）成分の低融点金属が、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ｂｉ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ａｇ、Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ系から選ばれた低融点合金からなることを特徴とする請求項１記載の樹脂組成物。
（ｂ）成分の低融点金属が、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ｂｉ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ａｇ、Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ系から選ばれた低融点合金からなることを特徴とする請求項２記載の導電性樹脂シート又は成形品。
（ｃ）成分の金属粉末がＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金粉末からなり、その平均粒径が１〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は３記載の樹脂組成物。
（ｃ）成分の金属粉末がＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金粉末からなり、その平均粒径が１〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項２又は４記載の導電性樹脂シート又は成形品。