JP7135825B2 - Resin composition and resin molded parts - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂組成物および樹脂成形部品に関する。 The present invention relates to resin compositions and resin molded parts.
近年、自動車の燃費を改善したり、自動車を電動化したりするために、自動車部品を軽量化する技術が注目を集めている。このような技術の一つとして、樹脂製部品による金属製部品の代替が検討されている。樹脂の中でも特に注目を集めているのが、金属に近い強度を有する一方で金属よりも軽量である、熱可塑性炭素繊維強化樹脂(CFRTP)である。具体的な例を挙げると、CFRTPは、アルミニウム合金に近い強度を有しながら、アルミニウムよりも密度が小さい(アルミニウムの密度が2.7g/cm3であるのに対し、CFRTPの密度は1.0~1.5g/cm3である)。さらに、CFRTPは、一般的なプラスチックと同様に射出成形が可能であるから、複雑な立体形状の部品を作製できるという利点も有している。 BACKGROUND ART In recent years, technology for reducing the weight of automobile parts has attracted attention in order to improve the fuel efficiency of automobiles and electrify automobiles. As one of such techniques, replacement of metal parts with resin parts is being studied. Among resins, carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP), which has a strength close to that of metal but is lighter than metal, has attracted particular attention. To give a specific example, CFRTP has a strength close to that of an aluminum alloy, but has a lower density than aluminum (the density of aluminum is 2.7 g/cm 3 , whereas the density of CFRTP is 1.5 g/cm 3 ). 0-1.5 g/cm 3 ). Furthermore, CFRTP can be injection molded like general plastics, so it has the advantage of being able to produce parts with complicated three-dimensional shapes.
ところで、CFRTPに各種のフィラーを添加して、機能を向上させたり、さらなる機能を付与したりすることも検討されている。例えば特許文献1は、「炭素繊維とナノフィラーとが、前記炭素繊維強化プラスチック材料に無配向に分散していることを特徴とする炭素繊維強化プラスチック材料」を開示している。
By the way, addition of various fillers to CFRTP to improve its functions or to impart further functions is also under study. For example,
また、自動車部品への応用を例にとると、電装部品から発生する電磁波ノイズを遮断するためのシールド機能や、同じく電装部品から発生する熱を放散させるための熱伝導機能をCFRTPに付与することが検討されている。 Taking the application to automobile parts as an example, CFRTP should be provided with a shielding function to block electromagnetic noise generated from electrical parts and a heat conduction function to dissipate heat generated from the same electrical parts. is being considered.
シールド機能に関して言えば、一般的なCFRTPの体積抵抗値は103~106Ω・cm程度であり、不充分なシールド機能しか有していない。そのため、CFRTPに導電性フィラーを添加して導電性を付与し、入射した電磁波をCFRTP内部で誘導電流に変換させることによって、シールド機能を向上させる手法が採られている。この点に関して、特許文献2は、「(A)熱可塑性樹脂100質量部、(B)炭素繊維1~20質量部、及び(C)金属繊維1~20質量部を含有する、成形体の体積固有抵抗値が103Ω・cm以下のものである導電性樹脂組成物」を開示している。
As for the shielding function, the general CFRTP has a volume resistance value of about 10 3 to 10 6 Ω·cm, and has only an insufficient shielding function. Therefore, a method of improving the shield function by adding a conductive filler to the CFRTP to impart conductivity and converting the incident electromagnetic wave into an induced current inside the CFRTP is adopted. Regarding this point,
熱伝導機能に関して言えば、一般的なCFRTPの熱伝導率は1W/m・Kであり、不充分な熱伝導機能しか有していない。そのため、CFRTPに熱伝導性フィラーを添加して導電性を付与し、熱伝導機能を高める手法が採られている。この点に関して、特許文献3は、「(A)炭素繊維、(B)セラミックス系フィラーおよび(C)熱可塑性樹脂の合計100重量部に対して、(A)炭素繊維1~30重量部、(B)セラミックス系フィラー1~40重量部および(C)熱可塑性樹脂30~98重量部を含み、(A)炭素繊維の重量平均繊維長が300~3000μmである繊維強化熱可塑性樹脂成形品」を開示している。
As for the heat-conducting function, the general CFRTP has a heat conductivity of 1 W/m·K, and has an insufficient heat-conducting function. Therefore, a method of adding a thermally conductive filler to CFRTP to impart electrical conductivity to improve the thermal conduction function is adopted. Regarding this point,
しかし、前述の先行技術文献はいずれも、CFRTPにシールド機能および熱伝導機能の両方を付与するものではなかった。 However, none of the aforementioned prior art documents provided CFRTP with both shielding and heat conducting functions.
また、一般的に、CFRTPにシールド機能や熱伝導機能を付与するためには、フィラーの含有量を増やす必要がある。すると、フィラーは通常比重の高い材料であるから、CFRTP自体の比重も大きくなってしまう。つまり、フィラーの含有量を増やす手法を採用すると、CFRTPにシールド機能および熱伝導機能を付与する代わりに、CFRTPの長所である軽量性が損なわれてしまう傾向にある。 In addition, generally, in order to impart a shielding function and a heat conducting function to CFRTP, it is necessary to increase the content of the filler. Then, since the filler is usually a material with a high specific gravity, the specific gravity of the CFRTP itself also increases. In other words, if the technique of increasing the filler content is adopted, instead of imparting shielding and heat-conducting functions to CFRTP, there is a tendency for CFRTP to lose its advantage of light weight.
本発明の一態様は、充分なシールド機能および熱伝導機能が付与された樹脂組成物を提供することを課題とする。なお、ここでいう「充分なシールド機能および熱伝導機能」とは、樹脂組成物の用途に応じて適宜設定されるものであり、具体的な数値に拘束されるものではない。 An object of one aspect of the present invention is to provide a resin composition imparted with sufficient shielding function and heat conducting function. The "sufficient shielding function and heat conducting function" referred to here are appropriately set according to the application of the resin composition, and are not restricted to specific numerical values.
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る樹脂組成物は、熱可塑性樹脂、炭素繊維および導電性フィラーを含んでいる樹脂組成物であって;前記導電性フィラーは、前記熱可塑性樹脂中において網目状に分布している。 In order to solve the above problems, a resin composition according to one aspect of the present invention is a resin composition containing a thermoplastic resin, carbon fibers and a conductive filler; It is distributed like a network in the plastic resin.
また、本発明の他の態様に係る樹脂組成物は、熱可塑性樹脂、炭素繊維および導電性フィラーを含んでいる樹脂組成物であって;前記炭素繊維は、前記熱可塑性樹脂中において解繊された状態で等方的に分散しており;前記炭素繊維の近傍に、前記導電性フィラーが凝集している。 Further, a resin composition according to another aspect of the present invention is a resin composition containing a thermoplastic resin, carbon fibers and a conductive filler; The conductive filler is agglomerated in the vicinity of the carbon fiber.
前記の構成を有する樹脂組成物は、熱可塑性樹脂中に網目状に導電性フィラーが分布している。つまり、樹脂マトリクス中に導電性フィラーのネットワークが発達した形状となっている。この導電性フィラーのネットワークを通じて、電流を流したり、熱を伝導させたりすることができる。その結果、樹脂組成物にシールド機能および熱伝導機能が与えられる。 In the resin composition having the above structure, the conductive filler is distributed in a mesh pattern in the thermoplastic resin. That is, it has a shape in which a network of conductive filler is developed in the resin matrix. Electric current and heat can be conducted through this network of conductive fillers. As a result, the resin composition is endowed with a shielding function and a heat conducting function.
「導電性フィラーが網目状に分布している」とは、熱可塑性樹脂中における導電性フィラーの分布に線状領域および分岐点が存在しており、当該分岐点において2つ以上の線状領域が交差していることを意味する。導電性フィラーが網目状に分布しているか否かは、例えば、樹脂組成物のサンプルから電子顕微鏡像(SEM画像など)を撮像し、公知の画像処理ソフト(Image Jなど)を利用すれば判別することができる。 "The conductive filler is distributed in a network" means that the distribution of the conductive filler in the thermoplastic resin has linear regions and branch points, and two or more linear regions are present at the branch points. means that they intersect. Whether or not the conductive filler is distributed in a network can be determined, for example, by taking an electron microscope image (SEM image, etc.) from a resin composition sample and using known image processing software (Image J, etc.). can do.
「炭素繊維の近傍に導電性フィラーが凝集している」とは、樹脂組成物中の導電性フィラーの分布が炭素繊維近傍に局在していることを意味する。樹脂組成物中の導電性フィラーの分布が炭素繊維近傍に偏っているか否かは、例えば、樹脂組成物のサンプルから撮像した電子顕微鏡像(SEM画像など)における「炭素繊維の近傍領域」と「樹脂マトリクス領域」とを比較して、前者に含まれる導電性フィラーの量が、後者に含まれる導電性フィラーの3倍以上であるか否かによって判定することができる。このような判定には、公知の画像処理ソフト(Image Jなど)を利用することができる。 "The conductive filler is aggregated in the vicinity of the carbon fiber" means that the distribution of the conductive filler in the resin composition is localized in the vicinity of the carbon fiber. Whether or not the distribution of the conductive filler in the resin composition is biased toward the vicinity of the carbon fiber can be determined, for example, by examining the "area near the carbon fiber" and the " The amount of the conductive filler contained in the former is three times or more that of the conductive filler contained in the latter. Known image processing software (such as Image J) can be used for such determination.
「炭素繊維が解繊されている」とは、炭素繊維同士が凝集して束になることなく存在していることを意味する。炭素繊維が解繊されているか否かは、例えば、電子顕微鏡像(SEM画像など)による形態観察から判断することができる。 “The carbon fibers are defibrated” means that the carbon fibers are not agglomerated to form a bundle. Whether or not the carbon fibers are defibrated can be determined, for example, from morphological observation using an electron microscope image (SEM image, etc.).
「等方的に分散している」とは、炭素繊維の分布に配向性がない(または配向性が小さい)ことを意味する。樹脂組成物中において等方的に分散している炭素繊維は、当該炭素繊維の長軸方向がランダムな方向を向いている。炭素繊維が等方的に分散しているか否かは、例えば、サンプル中の局所的な熱伝導率の測定によって判断することができる。サンプル中の局所的な熱伝導率の測定には、例えば、繊維配向評価システムTEFOD(株式会社ベテル製)を用いることができる。あるいは、電子顕微鏡像(SEM画像など)による形態観察によって、炭素繊維が等方的に分散しているか否かを判断することもできる。 “Isotropically dispersed” means that the distribution of carbon fibers has no orientation (or little orientation). Carbon fibers isotropically dispersed in the resin composition are oriented in random directions. Whether or not the carbon fibers are isotropically dispersed can be determined, for example, by measuring local thermal conductivity in the sample. For example, a fiber orientation evaluation system TEFOD (manufactured by Bethel Co., Ltd.) can be used to measure the local thermal conductivity in the sample. Alternatively, it is possible to determine whether or not the carbon fibers are isotropically dispersed by morphological observation using an electron microscope image (such as an SEM image).
一実施形態において、JIS K 7194に基づいて測定される前記樹脂組成物の体積抵抗値は、102Ω・cm以下である。樹脂組成物の体積抵抗値は、100Ω・cm以下がより好ましく、10-1Ω・cm以下がさらに好ましい。体積抵抗値の下限は特に制限されないが、例えば、10-5Ω・cmとすることができる。 In one embodiment, the volume resistivity of the resin composition measured according to JIS K 7194 is 10 2 Ω·cm or less. The volume resistivity of the resin composition is more preferably 10 0 Ω·cm or less, more preferably 10 −1 Ω·cm or less. Although the lower limit of the volume resistance is not particularly limited, it can be, for example, 10 −5 Ω·cm.
一実施形態において、KEC法によって測定される前記樹脂組成物のシールド効果は、1MHz~10MHzにおいて30dB以上である。より好ましくは、樹脂組成物のシールド効果は、1MHz~1GHzにおいて30dB以上である。シールド効果の上限は特に制限されないが、例えば、1MHz~1GHzにおいて80dB以下とすることができる。 In one embodiment, the shielding effect of the resin composition measured by the KEC method is 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz. More preferably, the shielding effect of the resin composition is 30 dB or more at 1 MHz to 1 GHz. Although the upper limit of the shielding effect is not particularly limited, it can be 80 dB or less at 1 MHz to 1 GHz, for example.
前記の構成を有する樹脂組成物は、車載用パワーモジュール、モータ周辺部品、電子機器などへの応用を考慮した場合、充分なシールド機能を有していると言える。 It can be said that the resin composition having the above structure has a sufficient shielding function when considering application to automotive power modules, motor peripheral parts, electronic devices, and the like.
一実施形態において、円板熱流計法(ASTM E1530)によって測定される前記樹脂組成物の熱伝導率は、2W/m・K以上である。より好ましくは、樹脂組成物の熱伝導率は、5W/m・K以上である。樹脂組成物の熱伝導率の上限は特に制限されないが、例えば、20W/m・K以下とすることができる。 In one embodiment, the thermal conductivity of the resin composition is 2 W/m·K or more as measured by a disc heat flow meter method (ASTM E1530). More preferably, the thermal conductivity of the resin composition is 5 W/m·K or more. Although the upper limit of the thermal conductivity of the resin composition is not particularly limited, it can be, for example, 20 W/m·K or less.
一実施形態において、レーザーフラッシュ法によって測定される前記導電性フィラーの熱伝導率は、10W/m・K以上である。より好ましくは、導電性フィラーの熱伝導率は100W/m・K以上である。前記導電性フィラーの熱伝導率の上限は特に制限されないが、例えば、10,000W/m・K以下とすることができる。 In one embodiment, the thermal conductivity of the conductive filler measured by a laser flash method is 10 W/m·K or more. More preferably, the conductive filler has a thermal conductivity of 100 W/m·K or more. Although the upper limit of the thermal conductivity of the conductive filler is not particularly limited, it can be, for example, 10,000 W/m·K or less.
前記の構成を有する樹脂組成物は、車載用パワーモジュール、モータ周辺部品、電子機器などへの応用を考慮した場合、充分な熱伝導機能を有していると言える。 It can be said that the resin composition having the above structure has a sufficient heat conduction function when considering application to vehicle power modules, motor peripheral parts, electronic devices, and the like.
一実施形態において、前記導電性フィラーは、金属系フィラー、金属酸化物系フィラーおよび炭素系フィラーからなる群から選択される1種類以上である。好ましくは、前記導電性フィラーは、金属系フィラーおよび炭素系フィラーからなる群から選択される1種類以上である。 In one embodiment, the conductive filler is one or more selected from the group consisting of metal-based fillers, metal oxide-based fillers and carbon-based fillers. Preferably, the conductive filler is one or more selected from the group consisting of metal-based fillers and carbon-based fillers.
これらの導電性フィラーは、樹脂組成物の軽量性を損なわせることが少ない点において好ましい。また、導電性フィラーを金属系フィラーおよび炭素系フィラーからなる群から選択する態様は、シールド機能および熱伝導機能を両立させるという観点から好ましい。 These conductive fillers are preferable in that they hardly impair the lightness of the resin composition. In addition, a mode in which the conductive filler is selected from the group consisting of metal-based fillers and carbon-based fillers is preferable from the viewpoint of achieving both a shielding function and a heat-conducting function.
一実施形態において、前記熱可塑性樹脂を100重量部とすると、前記炭素繊維の含有量は5重量部~70重量部である。より好ましくは、炭素繊維の含有量は、10重量部~45重量部である。 In one embodiment, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the carbon fiber is 5 to 70 parts by weight. More preferably, the carbon fiber content is 10 to 45 parts by weight.
炭素繊維の含有量を前記の範囲とすることにより、導電性フィラーのネットワークが形成されやすくなり、充分なシールド機能および熱伝導機能を得ることができる。逆に、炭素繊維の含有量が5重量部未満であると、導電性フィラーのネットワークの形成が不良となる傾向にある。また、炭素繊維の含有量が70重量部超であると、導電性フィラーが炭素繊維表面に散在してしまい、導電性フィラーのネットワークが切断される傾向にある。 By setting the carbon fiber content within the above range, a network of the conductive filler is easily formed, and sufficient shielding and heat conduction functions can be obtained. Conversely, if the carbon fiber content is less than 5 parts by weight, the conductive filler network tends to be poorly formed. On the other hand, if the carbon fiber content is more than 70 parts by weight, the conductive filler tends to be scattered on the surface of the carbon fiber and the network of the conductive filler tends to be cut.
導電性フィラーのネットワークとは別の観点に関して、炭素繊維の含有量が5重量部未満であると、樹脂組成物の強度が不足する傾向にある。同様に、炭素繊維の含有量が70重量部超であると、樹脂組成物の製造時に炭素繊維を等方的に分散させにくい傾向にあり、さらに溶融粘度が上昇して良好な成形品が得にくい傾向にある。 Regarding a viewpoint different from the network of the conductive filler, if the content of the carbon fiber is less than 5 parts by weight, the strength of the resin composition tends to be insufficient. Similarly, when the carbon fiber content is more than 70 parts by weight, it tends to be difficult to isotropically disperse the carbon fibers during the production of the resin composition, and the melt viscosity increases to obtain a good molded product. tends to be difficult.
一実施形態において、前記熱可塑性樹脂を100重量部とすると、前記導電性フィラーの含有量は3重量部~80重量部である。より好ましくは、導電性フィラーの含有量は、5重量部~30重量部である。 In one embodiment, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the conductive filler is 3 to 80 parts by weight. More preferably, the content of the conductive filler is 5 to 30 parts by weight.
導電性フィラーの含有量を前記の範囲とすることにより、導電性フィラーのネットワークが形成されやすくなり、充分なシールド機能および熱伝導機能を得ることができる。逆に、導電性フィラーの含有量が3重量部未満であると、導電性フィラーのネットワークが形成されにくくなり、シールド機能および熱伝導機能に劣る傾向にある。また、導電性フィラーの含有量が80重量部超であると、樹脂組成物の製造時に導電性フィラーが上手く分散せず、樹脂組成物が脆くなる傾向にある。 By setting the content of the conductive filler within the above range, a network of the conductive filler is easily formed, and sufficient shielding function and heat conducting function can be obtained. Conversely, if the content of the conductive filler is less than 3 parts by weight, it becomes difficult to form a network of the conductive filler, and the shielding function and the heat-conducting function tend to be inferior. Moreover, when the content of the conductive filler exceeds 80 parts by weight, the conductive filler cannot be dispersed well during the production of the resin composition, and the resin composition tends to become brittle.
ところで、導電性フィラーの添加量が増えると、樹脂組成物の比重が増加するので、当該樹脂組成物を用いた成形品が重くなる。このような観点から、導電性フィラーの種類に応じて、当該導電性フィラーの含有量を適宜調節することが好ましい。導電性フィラーの含有量の上限は、例えば、40重量部、50重量部、60重量部、70重量部であってもよい。 By the way, when the amount of the conductive filler added increases, the specific gravity of the resin composition increases, so that the molded article using the resin composition becomes heavy. From such a point of view, it is preferable to appropriately adjust the content of the conductive filler according to the type of the conductive filler. The upper limit of the content of the conductive filler may be, for example, 40 parts by weight, 50 parts by weight, 60 parts by weight, or 70 parts by weight.
一実施形態において、前記樹脂組成物の密度は、2.68g/cm3未満である。より好ましくは、樹脂組成物の密度は1.98g/cm3未満である。樹脂組成物の密度の下限は特に制限されないが、例えば、0.90g/cm3以上とすることができる。 In one embodiment, the resin composition has a density of less than 2.68 g/cm 3 . More preferably, the density of the resin composition is less than 1.98 g/ cm3 . Although the lower limit of the density of the resin composition is not particularly limited, it can be, for example, 0.90 g/cm 3 or more.
前記の構成を有する樹脂組成物は、金属材と比較して軽量である。そのため、金属の代替となる材料として好適である。 The resin composition having the above structure is lighter than metal materials. Therefore, it is suitable as a material to replace metal.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物を含んでいる樹脂成形部品もまた、本発明の範囲に包含される。このような樹脂成形品は、例えば、車載用パワーモジュール、モータ周辺部品、電子機器(センサ、スイッチ、DCコンバータなど)などを構成する部品として使用される。 A resin molded part comprising a resin composition according to one embodiment of the present invention is also included within the scope of the present invention. Such resin-molded products are used, for example, as parts constituting vehicle-mounted power modules, motor peripheral parts, electronic devices (sensors, switches, DC converters, etc.).
本発明の一態様によれば、充分なシールド機能および熱伝導機能が付与された樹脂組成物が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a resin composition imparted with sufficient shielding function and heat conducting function.
以下、本発明の一側面に係る実施の形態(以下、「本実施形態」とも表記する)を説明する。しかし、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。 Hereinafter, an embodiment (hereinafter also referred to as "this embodiment") according to one aspect of the present invention will be described. However, the invention is not limited to these embodiments. Unless otherwise specified in this specification, "A to B" representing a numerical range means "A or more and B or less".
§1適用例
図1に基づいて、本発明の一態様に係る樹脂組成物の概要を説明する。図1の(a)は、一態様に係る樹脂組成物の構造を説明する模式図である。樹脂組成物10においては、熱可塑性樹脂3がマトリクスとなり、その中に炭素繊維1および導電性フィラー2が含まれている。
§1 Application Example An outline of a resin composition according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1(a) is a schematic diagram illustrating the structure of a resin composition according to one embodiment. In the
ここで、導電性フィラー2は、炭素繊維1の近傍に凝集している。このことは、図1の(b)により、さらに明確に示されている。図1の(b)は、図1の(a)における領域Aの拡大図であり、炭素繊維1の近傍に導電性フィラー2が局在している様子が示されている。つまり、図1の(a)において、炭素繊維1を表す長方形の輪郭となっている黒い領域には、導電性フィラー2が凝集している。
Here, the
炭素繊維1は、熱可塑性樹脂3の中で、解繊された状態で等方的に分布している。導電性フィラー2は、前述した通り、炭素繊維1の近傍に凝集して分布している。その結果、樹脂組成物10における導電性フィラー2は、網目状に分布することになる。つまり、導電性フィラー2同士が互いに接触しているネットワークが形成される。この導電性フィラー2のネットワークを通じて、電流を流したり、熱を伝導させたりすることが可能となり、結果として樹脂組成物10はシールド機能および熱伝導機能を得る。
The
樹脂組成物10は、導電性フィラー2を網目状に局在させることができるので、シールド機能および熱伝導機能を付与するために導電性フィラー2を増加させる必要がない。したがって樹脂組成物10は、軽量性を保ったまま、シールド機能および熱伝導機能を獲得することができる。
Since the
ここで、樹脂組成物10中における炭素繊維1および導電性フィラー2の分布が本発明の範疇に含まれるか否かは、例えば公知の画像処理技術により明確に判別できる。さらに、樹脂組成物10の物性によって、前記の判別をより確実にすることができる。例えば、樹脂組成物10が下記(i)~(iii)のうち1つ以上の物性を有していることは、「樹脂組成物10中における炭素繊維1および導電性フィラー2の分布が本発明の範疇に含まれる」ことの判断材料となりうる。
Here, whether or not the distribution of the
(i)JIS K 7194に基づいて測定される体積抵抗値が、102Ω・cm以下である。 (i) The volume resistivity measured according to JIS K 7194 is 10 2 Ω·cm or less.
(ii)KEC法によって測定されるシールド効果が、1MHz~10MHzにおいて30dB以上である。 (ii) The shielding effect measured by the KEC method is 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz.
(iii)円板熱流計法によって測定される熱伝導率が、2W/m・K以上である。 (iii) Thermal conductivity measured by a disk heat flow meter method is 2 W/m·K or more.
ところで、炭素繊維に沿って導電性物質を分布させる方法としては、導電性物質で被覆された炭素繊維を材料に用いることも考えられる。しかし、この方法では本発明の効果を得られないと考えられる。これは、材料段階の炭素繊維は、通常、未解繊の束状として存在しているからである。未解繊の炭素繊維の表面を被覆したとしても、この炭素繊維を解繊すると、被覆されていない表面が多く残ってしまう。 By the way, as a method of distributing the conductive substance along the carbon fibers, it is also conceivable to use carbon fibers coated with a conductive substance as the material. However, it is considered that this method cannot obtain the effect of the present invention. This is because carbon fibers at the material stage usually exist as undisentangled bundles. Even if the surface of the unfibrillated carbon fibers is covered, many uncovered surfaces remain after defibration of the carbon fibers.
これに対して、本発明の一態様に係る樹脂組成物においては、炭素繊維と導電性フィラーとが親和性に基づく相互作用によって集合する。その結果、炭素繊維の近傍に導電性フィラーが局在的に分布する構造を取ることができる。 On the other hand, in the resin composition according to one aspect of the present invention, the carbon fibers and the conductive filler aggregate due to interaction based on affinity. As a result, a structure in which the conductive filler is locally distributed near the carbon fibers can be obtained.
§2構成例
[熱可塑性樹脂]
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれている熱可塑性樹脂の例としては、オレフィン系樹脂、アミド系樹脂、エステル系樹脂、エーテル系樹脂、ニトリル系樹脂、メタクリレート系樹脂、ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、フッ素系樹脂、イミド系樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、1種類のみが含まれていてもよいし、2種類以上が含まれていてもよいし、これら樹脂の共重合体であってもよい。
§2 Configuration example [Thermoplastic resin]
Examples of thermoplastic resins contained in the resin composition according to one embodiment of the present invention include olefin-based resins, amide-based resins, ester-based resins, ether-based resins, nitrile-based resins, methacrylate-based resins, and vinyl-based resins. Examples include resins, cellulose resins, fluorine resins, and imide resins. These resins may contain only one type, may contain two or more types, or may be a copolymer of these resins.
オレフィン系樹脂の例としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン(アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレンなど)が挙げられる。 Examples of olefinic resins include high-density polyethylene, low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, and polypropylene (isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, etc.).
アミド系樹脂の例としては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、ナイロンMXD6、ナイロン6T、およびこれらの共重合体が挙げられる。 Examples of amide resins include nylon 6, nylon 66, nylon 46, nylon 11, nylon 12, nylon 610, nylon 612, nylon MXD6, nylon 6T, and copolymers thereof.
エステル系樹脂の例としては、ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリアリレート、ポリブチレンナフタレート、液晶ポリエステル、およびそれらの共重合体が挙げられる。 Examples of ester resins include polylactic acid, polycarbonate, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyarylate, polybutylene naphthalate, liquid crystal polyester, and copolymers thereof.
エーテル系樹脂の例としては、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトンが挙げられる。 Examples of ether-based resins include polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polysulfone, and polyetheretherketone.
ニトリル系樹脂の例としては、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルが挙げられる。 Examples of nitrile resins include polyacrylonitrile and polymethacrylonitrile.
メタクリレート系樹脂の例としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチルが挙げられる。 Examples of methacrylate resins include polymethyl methacrylate and polyethyl methacrylate.
ビニル系樹脂の例としては、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルが挙げられる。 Examples of vinyl resins include vinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinylidene chloride, and polyvinyl chloride.
セルロース系樹脂の例としては、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロースが挙げられる。 Examples of cellulosic resins include cellulose acetate and cellulose acetate butyrate.
フッ素系樹脂の例としては、ポリビニリデンフロライド、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレンが挙げられる。 Examples of fluorine-based resins include polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and polychlorotrifluoroethylene.
イミド系樹脂の例としては、芳香族ポリイミド、ポリアセタールが挙げられる。 Examples of imide-based resins include aromatic polyimides and polyacetals.
熱可塑性樹脂を自動車部品に用いる場合は、耐薬品性および耐油性に優れる、結晶性の熱可塑性樹脂が好ましい。本発明の一実施形態においては、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶性樹脂が好適に用いることができる。 When thermoplastic resins are used for automobile parts, crystalline thermoplastic resins, which are excellent in chemical resistance and oil resistance, are preferred. In one embodiment of the present invention, crystalline resins such as high-density polyethylene, polypropylene, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyacetal, polyphenylene sulfide, and polyetheretherketone can be suitably used.
[炭素繊維]
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれている炭素繊維は、ピッチ系、レーヨン系、PAN系など、公知のものを用いることができる。炭素繊維は、樹脂組成物の剛性を高める機能と、導電性フィラーのネットワーク形成の足場となる機能とを有している。
[Carbon fiber]
Known carbon fibers such as pitch-based, rayon-based, and PAN-based carbon fibers can be used in the resin composition according to one embodiment of the present invention. Carbon fiber has a function of increasing the rigidity of the resin composition and a function of serving as a scaffold for network formation of the conductive filler.
炭素繊維は、バージン材を使用してもよいし、再生材を使用してもよい。炭素繊維再生材は、例えば、熱分解法、化学溶解法、超臨界流体法などによって、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)からマトリックス樹脂を分離することによって得られる。 A virgin material or a recycled material may be used for the carbon fiber. A carbon fiber recycled material is obtained by separating a matrix resin from a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) by, for example, a thermal decomposition method, a chemical dissolution method, a supercritical fluid method, or the like.
炭素繊維の長さは、特に制限されない。熱可塑性樹脂中に炭素繊維を分散させるためには、長さが30mm以下であることが好ましい。また、導電性フィラーのネットワーク形成の足場となる観点からは、長さが0.1mm以上であることが好ましい。なお、炭素繊維の長さには分布があってもよく、この場合、前述の好ましい範囲に含まれない長さの炭素繊維が含まれていてもよい。一例において、前述の好ましい範囲に含まれる長さの炭素繊維の割合は、本数を基準として、炭素繊維全体の50%以上である。 The length of carbon fiber is not particularly limited. In order to disperse the carbon fibers in the thermoplastic resin, the length is preferably 30 mm or less. Moreover, the length is preferably 0.1 mm or more from the viewpoint of serving as a scaffold for network formation of the conductive filler. In addition, the length of the carbon fiber may have a distribution, and in this case, the carbon fiber having a length not included in the preferred range described above may be included. In one example, the proportion of carbon fibers having a length within the preferred range described above is 50% or more of the total carbon fibers based on the number of fibers.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物において、熱可塑性樹脂を100重量部とすると、炭素繊維の含有量は5重量部~70重量部が好ましく、10重量部~45重量部がより好ましい。この数値範囲が好適な理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 In the resin composition according to one embodiment of the present invention, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the carbon fiber content is preferably 5 parts by weight to 70 parts by weight, more preferably 10 parts by weight to 45 parts by weight. The reason why this numerical range is suitable is as described in [Means for Solving the Problems].
炭素繊維は、表面に凹凸形状を有するものが好ましい。このような炭素繊維は、比表面積が大きくなるため、導電性フィラーとの親和性による相互作用がより大きくなる。その結果、炭素繊維の近傍に導電性フィラーが凝集しやすくなる。 The carbon fiber preferably has an uneven surface. Since such carbon fibers have a large specific surface area, interaction due to affinity with the conductive filler becomes greater. As a result, the conductive filler tends to aggregate in the vicinity of the carbon fibers.
炭素繊維は、サイジング剤(無水マレイン酸変性ポリプロピレンなど)による表面処理を施されたものであってもよい。このような表面処理を施すことにより、炭素繊維と導電性フィラーとの親和性による相互作用を向上させたり、炭素繊維と熱可塑性樹脂との密着性を向上させたりすることができる。 The carbon fibers may be surface-treated with a sizing agent (such as maleic anhydride-modified polypropylene). By applying such a surface treatment, it is possible to improve the interaction due to the affinity between the carbon fibers and the conductive filler, and to improve the adhesion between the carbon fibers and the thermoplastic resin.
[導電性フィラー]
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれている導電性フィラーの例としては、金属系フィラー、金属酸化物系フィラー、炭素系フィラー、金属被覆系フィラー、金属酸化物被覆系フィラーが挙げられる。これらの導電性フィラーは、1種類のみが含まれていてもよいし、2種類以上が含まれていてもよい。
[Conductive filler]
Examples of the conductive filler contained in the resin composition according to one embodiment of the present invention include metal-based fillers, metal oxide-based fillers, carbon-based fillers, metal-coated fillers, and metal oxide-coated fillers. mentioned. Only one type of these conductive fillers may be contained, or two or more types may be contained.
金属系フィラーの例としては、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、ステンレス、黄銅などの金属または合金が挙げられる。金属系フィラーの形状には、粉末状、フレーク状、繊維状などがある。粉末状およびフレーク状の金属系フィラーの例としては、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛が挙げられる。繊維状の金属系フィラーの例としては、銅、ステンレス、黄銅が挙げられる。 Examples of metallic fillers include metals or alloys such as silver, copper, nickel, aluminum, zinc, stainless steel, and brass. The shape of the metallic filler includes powder, flake, fibrous and the like. Examples of powdered and flake metallic fillers include silver, copper, nickel, aluminum and zinc. Examples of fibrous metallic fillers include copper, stainless steel, and brass.
金属酸化物系フィラーの例としては、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンをドープした酸化スズが挙げられる。 Examples of metal oxide fillers include aluminum-doped zinc oxide, tin-doped indium oxide, and antimony-doped tin oxide.
炭素系フィラーの例としては、導電性カーボンブラック、金属型カーボンナノチューブ(単層および多層のいずれも)、グラフェンが挙げられる。 Examples of carbon-based fillers include conductive carbon black, metallic carbon nanotubes (both single-walled and multi-walled), and graphene.
金属被覆系フィラーの例としては、表面を金属で被覆された金属、無機物または有機物粒子が挙げられる。粒子表面を被覆する金属は、金、銀、銅、ニッケル、スズなどでありうる。 Examples of metal-coated fillers include metal, inorganic or organic particles whose surfaces are coated with metal. The metal coating the particle surface can be gold, silver, copper, nickel, tin, and the like.
金属酸化物系フィラーの例としては、表面を金属酸化物で被覆された金属、無機物または有機物粒子が挙げられる。粒子表面を被覆する金属酸化物は、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズなどでありうる。 Examples of metal oxide fillers include metal, inorganic or organic particles whose surfaces are coated with metal oxides. The metal oxide coating the particle surface can be zinc oxide, indium oxide, tin oxide, and the like.
前述した導電性フィラーの中でも、金属系フィラー、金属酸化物系フィラーおよび炭素系フィラーが好ましい。これらが好ましい理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 Among the conductive fillers described above, metal-based fillers, metal oxide-based fillers and carbon-based fillers are preferred. The reason why these are preferable is as described in [Means for Solving the Problems].
レーザーフラッシュ法によって測定した導電性フィラーの熱伝導率は、10W/m・K以上が好ましく、100W/m・K以上がより好ましい。この数値範囲が好ましい理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 The thermal conductivity of the conductive filler measured by a laser flash method is preferably 10 W/m·K or more, more preferably 100 W/m·K or more. The reason why this numerical range is preferred is as described in [Means for Solving the Problems].
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物において、熱可塑性樹脂を100重量部とすると、導電性フィラーの含有量は3重量部~80重量部が好ましく、5重量部~30重量部がより好ましい。この数値範囲が好適な理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 In the resin composition according to one embodiment of the present invention, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the conductive filler is preferably 3 parts by weight to 80 parts by weight, more preferably 5 parts by weight to 30 parts by weight. . The reason why this numerical range is suitable is as described in [Means for Solving the Problems].
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物においては、炭素繊維の近傍に導電性フィラーを局在させるため、パーコレーション閾値(フィラー粒子同士が繋がって、導電性、熱伝導性を発現するフィラー濃度)が低くなる傾向にある。つまり、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、一般的なフィラー複合樹脂よりも、フィラーの含有量を少なく抑えることができる。 In the resin composition according to one embodiment of the present invention, in order to localize the conductive filler in the vicinity of the carbon fiber, the percolation threshold (filler particles are connected to each other to express conductivity and thermal conductivity) tends to be lower. That is, the resin composition according to one embodiment of the present invention can contain less filler than a general filler composite resin.
本発明の効果を損なわない範囲で、導電性フィラーに表面処理を施してもよい。あるいは、本発明の効果を損なわない範囲で、樹脂組成物に分散剤を含有させてもよい。このような構成を採用することにより、炭素繊維と導電性フィラーとの親和性による相互作用を向上させたり、導電性フィラーの分散性を向上させたりすることができる。 The conductive filler may be surface-treated as long as the effects of the present invention are not impaired. Alternatively, the resin composition may contain a dispersant as long as the effects of the present invention are not impaired. By adopting such a configuration, it is possible to improve the interaction due to the affinity between the carbon fiber and the conductive filler, and to improve the dispersibility of the conductive filler.
導電性フィラーに施す表面処理の例としては、シランカップリング処理、めっき処理(銅めっき、金めっきなど)が挙げられる。 Examples of the surface treatment applied to the conductive filler include silane coupling treatment and plating treatment (copper plating, gold plating, etc.).
樹脂組成物に含有させる分散剤の例としては、スチレン・無水マレイン酸共重合物、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、オレフィン・無水マレイン酸共重合物、ポリスチレンスルホン酸塩、アクリルアミド・アクリル酸共重合物、アルギン酸塩、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリアルキレンポリアミン、ポリアクリルアミド、ポリオキシプロピレン・ポリオキシエチレンブロック体、ポリマーでんぷん、ポリエチレンイミン、アミノアルキル(メタ)アクリレート共重合物、ポリビニルイミダゾリン、サトキンサンが挙げられる。 Examples of dispersants to be contained in the resin composition include styrene/maleic anhydride copolymers, polyacrylates, carboxymethyl cellulose, olefin/maleic anhydride copolymers, polystyrene sulfonates, and acrylamide/acrylic acid copolymers. Alginate, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene alkyl ether, polyalkylenepolyamine, polyacrylamide, polyoxypropylene/polyoxyethylene block, polymer starch, polyethyleneimine, aminoalkyl (meth)acrylate copolymer, polyvinylimidazoline, Satokinsan is mentioned.
[その他の添加剤]
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、熱可塑性樹脂、炭素繊維、導電性フィラーの他の添加剤を含んでいてもよい。このような添加剤の例としては、分散剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、結晶核材、可塑剤、染料、顔料が挙げられる。
[Other additives]
The resin composition according to one embodiment of the present invention may contain other additives such as thermoplastic resin, carbon fiber, and conductive filler within a range that does not impair the effects of the present invention. Examples of such additives include dispersants, antioxidants, ultraviolet absorbers, antistatic agents, flame retardants, lubricants, crystal nucleating agents, plasticizers, dyes and pigments.
[樹脂組成物]
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、JIS K 7194に基づいて測定される体積抵抗値は、102Ω・cm以下が好ましく、100Ω・cm以下がより好ましく、10-1Ω・cm以下がさらに好ましい。
[Resin composition]
The volume resistivity of the resin composition according to one embodiment of the present invention measured according to JIS K 7194 is preferably 10 2 Ω·cm or less, more preferably 10 0 Ω·cm or less, and 10 -1 Ω. · cm or less is more preferable.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、KEC法によって測定されるシールド効果は、1MHz~10MHzにおいて30dB以上であることが好ましく、1MHz~1GHzにおいて30dB以上であることがより好ましい。 The shielding effect of the resin composition according to one embodiment of the present invention measured by the KEC method is preferably 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz, more preferably 30 dB or more at 1 MHz to 1 GHz.
ちなみに、体積抵抗値とシールド効果との間には相関関係がある。体積抵抗値が102Ω・cm以下ならば、KEC法で測定したシールド効果が1MHz~10MHzにおいて30dB以上(ただし、100MHz~1GHzでは30dB未満)となる傾向にある。体積抵抗値が100Ω・cm以下ならば、KEC法で測定したシールド効果が1MHz~1GHzにおいて30dB以上となる傾向にある。 Incidentally, there is a correlation between the volume resistance value and the shielding effect. If the volume resistance value is 10 2 Ω·cm or less, the shielding effect measured by the KEC method tends to be 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz (but less than 30 dB at 100 MHz to 1 GHz). If the volume resistivity is 10 0 Ω·cm or less, the shielding effect measured by the KEC method tends to be 30 dB or more at 1 MHz to 1 GHz.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、円板熱流計法(ASTM E1530)によって測定される熱伝導率は、2W/m・K以上が好ましく、5W/m・K以上がより好ましい。 The thermal conductivity of the resin composition according to one embodiment of the present invention measured by a disk heat flow meter method (ASTM E1530) is preferably 2 W/m·K or more, more preferably 5 W/m·K or more.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の密度は、2.68g/cm3未満が好ましく、1.90g/cm3未満がより好ましい。 The density of the resin composition according to one embodiment of the present invention is preferably less than 2.68 g/cm 3 and more preferably less than 1.90 g/cm 3 .
以上の数値範囲が好ましい理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 The reason why the above numerical ranges are preferable is as described in [Means for Solving the Problems].
また、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、ISO527-1およびISO527-2に基づいて測定される引張強度は、150MPa以上が好ましく、200MPa以上がより好ましい。引張強度の上限は特に制限されないが、例えば、500MPa以下とすることができる。引張強度が150MPa以上である樹脂組成物は、金属部品(アルミダイカスト(引張強度:310MPa)製の部品など)を樹脂部品で代替するに際に問題のない強度を有していると言える。つまり、樹脂組成物が150MPa以上の引張強度を有しているならば、強度の不足に起因する不具合を抑制することができる。 In addition, the tensile strength of the resin composition according to one embodiment of the present invention, measured based on ISO527-1 and ISO527-2, is preferably 150 MPa or more, more preferably 200 MPa or more. Although the upper limit of the tensile strength is not particularly limited, it can be, for example, 500 MPa or less. A resin composition having a tensile strength of 150 MPa or more can be said to have sufficient strength to replace metal parts (parts made of aluminum die casting (tensile strength: 310 MPa), etc.) with resin parts. That is, if the resin composition has a tensile strength of 150 MPa or more, problems caused by insufficient strength can be suppressed.
本発明の一実施形態に係る熱可塑性樹脂は、公知の加工技術によって、樹脂成形部品に加工することができる。このような加工技術の例としては、射出成形、プレス成形、ブロー成形、押出成形が挙げられる。 The thermoplastic resin according to one embodiment of the present invention can be processed into molded resin parts by known processing techniques. Examples of such processing techniques include injection molding, press molding, blow molding and extrusion.
§3製造例
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散されるような製造条件とすれば、製造することができる。炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散していると、炭素繊維の比表面積が大きくなる。すると、溶融状態の熱可塑性樹脂中において、炭素繊維と導電性フィラーとの親和力に基づく相互作用が発生しやすくなり、結果として炭素繊維の近傍に導電性フィラーが凝集する。このようにして、熱可塑性樹脂中において導電性フィラーが網目状に分布している樹脂組成物が製造される。
§3 Production Example The resin composition according to one embodiment of the present invention can be produced under production conditions such that the carbon fibers are isotropically dispersed in a fibrillated state. When the carbon fibers are isotropically dispersed in a fibrillated state, the specific surface area of the carbon fibers increases. Then, interaction based on affinity between the carbon fibers and the conductive filler is likely to occur in the molten thermoplastic resin, and as a result, the conductive filler agglomerates in the vicinity of the carbon fibers. In this way, a resin composition is produced in which the conductive filler is distributed in a mesh-like manner in the thermoplastic resin.
炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散される製造条件の例としては、剪断条件下での混練が挙げられる。剪断条件下での混練には、内部帰還型スクリューを有する高剪断加工機が好適に使用できるが、これに限定されるわけではない。例えば、通常の二軸押出機を用いても、炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散される製造条件とすることができる。 An example of manufacturing conditions for isotropically dispersing the carbon fibers in a fibrillated state includes kneading under shear conditions. For kneading under shear conditions, a high shear processing machine having an internal feedback screw can be suitably used, but is not limited to this. For example, even if an ordinary twin-screw extruder is used, the production conditions can be set such that the carbon fibers are isotropically dispersed in the fibrillated state.
内部帰還形スクリューの回転によって、溶融樹脂組成物は、以下の1、2を繰り返しながら流動する。
1.シリンダーの前部に押し出される。
2.スクリューの軸方向に設けられた通路を通ってシリンダーの後部に戻る。
Due to the rotation of the internal feedback screw, the molten resin composition flows while repeating 1 and 2 below.
1. It is extruded to the front of the cylinder.
2. It returns to the rear of the cylinder through the axial passage of the screw.
溶融樹脂組成物がこのように流動することによって、溶融樹脂組成物の内部に強い剪断流動場および伸長場が発生する。この剪断流動場および伸長場の働きによって、炭素繊維の解繊が促進され、さらに解繊された炭素繊維が等方的に分散するようになる。 Such flow of the molten resin composition generates a strong shear flow field and elongational field inside the molten resin composition. The functions of the shear flow field and the elongation field accelerate the disentanglement of the carbon fibers, and further isotropically disperse the disentangled carbon fibers.
内部帰還型スクリューを有する高剪断加工機を使用する製造方法の場合、製造条件(スクリューの回転数、滞留時間など)は、(i)使用する熱可塑性樹脂の種類、(ii)炭素繊維の配合量、(iii)導電性フィラーの種類および配合量に応じて、適宜設定することができる。 In the case of a manufacturing method using a high shear processing machine with an internal feedback screw, the manufacturing conditions (screw rotation speed, residence time, etc.) are determined by (i) the type of thermoplastic resin used, (ii) the blend of carbon fibers It can be appropriately set according to the amount, (iii) the type and blending amount of the conductive filler.
例えば、後述する実施例1に記載の樹脂組成物(ポリフェニレンサルファイド樹脂、炭素繊維、およびアルミニウムフィラーからなる)では、スクリューの回転数を1,200rpm、滞留時間を60秒間とすることができる。 For example, in the resin composition (composed of polyphenylene sulfide resin, carbon fiber, and aluminum filler) described in Example 1 described later, the screw rotation speed can be 1,200 rpm and the residence time can be 60 seconds.
スクリューの回転数が大きすぎたり(例えば、1,500rpm超)、滞留時間が長すぎたり(例えば、180秒間超)すると、熱可塑性樹脂および炭素繊維の剪断劣化が生じやすくなる。その結果、樹脂組成物の機械的物性が低下する傾向にある。逆に、スクリューの回転数が少なすぎたり(例えば、800rpm未満)、滞留時間が短すぎたり(例えば、30秒間未満)すると、炭素繊維の解繊および分散、ならびに導電性フィラーの分散が不充分となる。 If the screw speed is too high (eg, greater than 1,500 rpm) or the residence time is too long (eg, greater than 180 seconds), shear degradation of the thermoplastic resin and carbon fibers tends to occur. As a result, the mechanical properties of the resin composition tend to deteriorate. Conversely, if the screw rotation speed is too low (e.g., less than 800 rpm) or the residence time is too short (e.g., less than 30 seconds), defibration and dispersion of the carbon fibers and dispersion of the conductive filler will be insufficient. becomes.
二軸押出機を使用する製造方法の場合は、スクリューと適切なニーディングディスクとを組み合わせることにより、混練度を調節することができる。ニーディングディスクのディスク面相互の間で働く剪断作用と、不連続なディスクによる切り返し効果に起因する分配混合作用によって、解繊された炭素繊維が等方的に分散するようになる。 In the case of a production method using a twin-screw extruder, the degree of kneading can be adjusted by combining a screw and a suitable kneading disk. The disentangled carbon fibers are isotropically dispersed due to the shearing action between the disc surfaces of the kneading discs and the distributive mixing action caused by the cutting back effect of the discontinuous discs.
前記各項目で記載した内容は、他の項目においても適宜援用できる。本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。したがって、異なる実施形態にそれぞれ開示されている技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 The contents described in each of the above items can also be appropriately used in other items. The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the claims. Therefore, embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本明細書中に記載された学術文献および特許文献のすべてが、本明細書中において参考文献として援用される。 All scientific and patent documents mentioned herein are hereby incorporated by reference.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited only to the following examples.
[物性の測定方法]
(1)体積抵抗値
JIS K 7194(導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法)に準拠して計測を行った。
[Measurement method of physical properties]
(1) Volume resistivity Measured according to JIS K 7194 (resistivity test method for conductive plastics by four-probe method).
(2)シールド機能
KEC法により、1MHz~1GHzのシールド性能を評価した。
(2) Shielding function Shielding performance of 1MHz to 1GHz was evaluated by the KEC method.
(3)熱伝導率
円板熱流計法(ASTM E1530)に準拠して計測を行った。測定機器には、DTC-300(TA Instruments)を使用した。
(3) Thermal conductivity Measured according to the disk heat flow meter method (ASTM E1530). DTC-300 (TA Instruments) was used as a measuring instrument.
(4)密度
JIS K 7161-2に規定される試験片の寸法体積および実測重量に基づいて、密度を算出した。
(4) Density Density was calculated based on the dimensional volume and measured weight of the test piece specified in JIS K 7161-2.
〔実施例1~5、比較例1、2〕
導電性フィラーとして、アルミニウム(金属系フィラー、体積抵抗率:10-4~10-3Ω・cm、熱伝導率:約240W/m・K)を用いた。フィラーの含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。
[Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 and 2]
Aluminum (metallic filler, volume resistivity: 10 −4 to 10 −3 Ω·cm, thermal conductivity: about 240 W/m·K) was used as the conductive filler. Changes in the physical properties of the resin composition were examined while changing the content of the filler.
[実施例1]
熱可塑性樹脂としてポリフェニレンサルファイド(PPS樹脂)、炭素繊維としてPAN炭素繊維、導電性フィラーとしてアルミニウム(粒状)を用いた。
[Example 1]
Polyphenylene sulfide (PPS resin) was used as the thermoplastic resin, PAN carbon fiber was used as the carbon fiber, and aluminum (granular) was used as the conductive filler.
1.予備混練工程
PPS樹脂100重量部、PAN炭素繊維25重量部、アルミニウム10重量部を予備混練して、マスターバッチを作製した。予備混練には一般的な二軸押出機を使用し、PPS樹脂をホッパーから、PAN炭素繊維およびアルミニウムをサイドフィーダーから供給した。混練温度は300℃、スクリューの回転数は200rpmであった。
1. Preliminary kneading step 100 parts by weight of PPS resin, 25 parts by weight of PAN carbon fiber, and 10 parts by weight of aluminum were preliminarily kneaded to prepare a masterbatch. A general twin-screw extruder was used for pre-kneading, PPS resin was fed from a hopper, and PAN carbon fiber and aluminum were fed from a side feeder. The kneading temperature was 300° C. and the screw rotation speed was 200 rpm.
2.本混練工程
予備混練工程で得られたペレット状のマスターバッチを、内部帰還形スクリューを有する高剪断加工機に投入し、混練した。混練温度は320℃、スクリューの回転数は1,200rpm、滞留時間は60秒間であった。
2. Main kneading step The pellet-shaped masterbatch obtained in the preliminary kneading step was put into a high-shear processing machine having an internal feedback screw and kneaded. The kneading temperature was 320° C., the screw rotation speed was 1,200 rpm, and the residence time was 60 seconds.
3.射出成形工程
本混練工程で得られた樹脂組成物のペレットを射出成形して、JIS K 7194に準拠する体積抵抗率計測用のサンプル、およびKEC法に準拠するシールド評価用のサンプルを作製した。作製された樹脂組成物の物性を表1に示す。
3. Injection Molding Process Pellets of the resin composition obtained in this kneading process were injection molded to prepare a volume resistivity measurement sample conforming to JIS K 7194 and a shield evaluation sample conforming to the KEC method. Table 1 shows the physical properties of the prepared resin composition.
[実施例2~5、比較例1、2]
アルミニウムの配合量を変化させながら、実施例1と同様にしてJIS K 7194に準拠する体積抵抗率計測用のサンプル、およびKEC法に準拠するシールド評価用のサンプルを作製した。なお、製造条件は、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表1に示す。
[Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2]
A volume resistivity measurement sample conforming to JIS K 7194 and a shield evaluation sample conforming to the KEC method were prepared in the same manner as in Example 1 while changing the amount of aluminum mixed. The manufacturing conditions were appropriately adjusted according to the materials and compounding amounts. Table 1 shows the physical properties of the prepared resin composition.
(結果)
実施例1~5で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。特に、実施例1、2、4で作製された樹脂組成物は、これらの物性のバランスが良く、特に好ましい機能を有していると言える。一方、比較例1、2で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例1の場合は、導電性フィラーの量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例2の場合は、導電性フィラーの量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions produced in Examples 1 to 5 had density, volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity within preferred ranges. In particular, the resin compositions produced in Examples 1, 2, and 4 have a good balance of these physical properties and can be said to have particularly favorable functions. On the other hand, the resin compositions produced in Comparative Examples 1 and 2 were inferior in volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 1, it is considered that the amount of the conductive filler was too small and the formation of the network of the conductive filler was inhibited. In the case of Comparative Example 2, it is considered that the amount of the conductive filler was too large, making kneading difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition deteriorated.
〔実施例6~10、比較例3、4〕
導電性フィラーとして、導電性カーボンブラック(炭素系フィラー、体積抵抗率:10-1~100Ω・cm、熱伝導率:約150W/m・K)を用いた。フィラーの含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。樹脂組成物の製造方法は実施例1に準じ、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表2に示す。
[Examples 6 to 10, Comparative Examples 3 and 4]
Conductive carbon black (carbon-based filler, volume resistivity: 10 −1 to 10 0 Ω·cm, thermal conductivity: about 150 W/m·K) was used as the conductive filler. Changes in the physical properties of the resin composition were examined while changing the content of the filler. The production method of the resin composition was according to Example 1, and was appropriately adjusted according to the materials and compounding amounts. Table 2 shows the physical properties of the prepared resin composition.
(結果)
実施例6~10で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。特に、実施例6、7、9で作製された樹脂組成物は、これらの物性のバランスが良く、特に好ましい機能を有していると言える。一方、比較例3、4で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例3の場合は、導電性フィラーの量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例4の場合は、導電性フィラーの量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions produced in Examples 6 to 10 had density, volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity within preferred ranges. In particular, the resin compositions produced in Examples 6, 7, and 9 have a good balance of these physical properties and can be said to have particularly favorable functions. On the other hand, the resin compositions produced in Comparative Examples 3 and 4 were inferior in volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 3, it is considered that the amount of the conductive filler was too small and the formation of the network of the conductive filler was inhibited. In the case of Comparative Example 4, it is considered that the amount of the conductive filler was too large, making kneading difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition deteriorated.
〔実施例11~15、比較例5、6〕
導電性フィラーとして、カーボンナノチューブ(炭素系フィラー、体積抵抗率:10-4~10-2Ω・cm、熱伝導率:>2,000W/m・K)を用いた。フィラーの含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。樹脂組成物の製造方法は実施例1に準じ、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表3に示す。
[Examples 11 to 15, Comparative Examples 5 and 6]
A carbon nanotube (carbon-based filler, volume resistivity: 10 −4 to 10 −2 Ω·cm, thermal conductivity: >2,000 W/m·K) was used as the conductive filler. Changes in the physical properties of the resin composition were examined while changing the content of the filler. The production method of the resin composition was according to Example 1, and was appropriately adjusted according to the materials and compounding amounts. Table 3 shows the physical properties of the prepared resin composition.
(結果)
実施例11~15で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。他のフィラーと比較しても、体積抵抗率および熱伝導率に優れ、また密度も小さい傾向にある。したがって、カーボンナノチューブは、本発明において、特に優れた導電性フィラーと言える。一方、比較例5、6で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例5の場合は、導電性フィラーの量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例6の場合は、導電性フィラーの量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions produced in Examples 11 to 15 fell within preferred ranges of density, volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. Compared to other fillers, it tends to be superior in volume resistivity and thermal conductivity, and has a low density. Therefore, carbon nanotubes can be said to be a particularly excellent conductive filler in the present invention. On the other hand, the resin compositions produced in Comparative Examples 5 and 6 were inferior in volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 5, it is considered that the amount of the conductive filler was too small and the formation of the network of the conductive filler was inhibited. In the case of Comparative Example 6, it is considered that the amount of the conductive filler was too large, making kneading difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition also deteriorated.
〔比較例7、8〕
実施例1の製造方法において、炭素繊維を含めずに樹脂組成物を作製し、比較例7とした。また、実施例1の製造方法において、導電性フィラーを含めずに樹脂組成物を作製し、比較例8とした。作製された樹脂組成物の物性を表4に示す。
[Comparative Examples 7 and 8]
In the production method of Example 1, a resin composition was produced without including carbon fiber, and was designated as Comparative Example 7. Further, in the production method of Example 1, a resin composition was produced without including the conductive filler, and was designated as Comparative Example 8. Table 4 shows the physical properties of the prepared resin composition.
(結果)
比較例7で作製された樹脂組成物は、足場となる炭素繊維が含まれていないため、導電性フィラーのネットワークが形成されなかった。それゆえ、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導機能が劣っていた。比較例8で作製された樹脂組成物は、熱伝導フィラーが含まれていないため、通常のCFRTPと同等のシールド効果および熱伝導率しか示さなかった。
(result)
Since the resin composition produced in Comparative Example 7 did not contain carbon fibers serving as a scaffold, no conductive filler network was formed. Therefore, the volume resistivity, shielding effect and heat transfer function were inferior. Since the resin composition produced in Comparative Example 8 did not contain a thermally conductive filler, it exhibited only the shielding effect and thermal conductivity equivalent to those of ordinary CFRTP.
〔実施例16~19、比較例9、10〕
導電性フィラーとして、アルミニウム(金属系フィラー、体積抵抗率:10-4~10-3Ω・cm、熱伝導率:約240W/m・K)を用いた。炭素繊維の含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。樹脂組成物の製造方法は実施例1に準じ、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表5に示す。
[Examples 16 to 19, Comparative Examples 9 and 10]
Aluminum (metallic filler, volume resistivity: 10 −4 to 10 −3 Ω·cm, thermal conductivity: about 240 W/m·K) was used as the conductive filler. Changes in the physical properties of the resin composition were examined while changing the carbon fiber content. The production method of the resin composition was according to Example 1, and was appropriately adjusted according to the materials and compounding amounts. Table 5 shows the physical properties of the prepared resin composition.
(結果)
実施例16~19で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。特に、実施例16、19で作製された樹脂組成物は、これらの物性のバランスが良く、特に好ましい機能を有していると言える。一方、比較例9、10で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例9の場合は、炭素繊維の量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例10の場合は、炭素繊維の量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions produced in Examples 16 to 19 had density, volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity within preferred ranges. In particular, it can be said that the resin compositions produced in Examples 16 and 19 have a good balance of these physical properties and have particularly preferable functions. On the other hand, the resin compositions produced in Comparative Examples 9 and 10 were inferior in volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 9, the amount of carbon fiber was too small, and it is considered that the formation of the conductive filler network was inhibited. In the case of Comparative Example 10, the amount of carbon fibers was too large, making kneading difficult, and as a result, it is considered that the physical properties of the resin composition deteriorated.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、例えば、自動車部品に利用することができる。 A resin composition according to an embodiment of the present invention can be used, for example, in automobile parts.
1 炭素繊維
2 導電性フィラー
3 熱可塑性樹脂
10 樹脂組成物
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記炭素繊維は、前記熱可塑性樹脂中において解繊された状態で等方的に分散しており、
前記炭素繊維の近傍に、前記導電性フィラーが凝集している、樹脂組成物であって、
前記熱可塑性樹脂は、アミド系樹脂、エステル系樹脂、エーテル系樹脂、ニトリル系樹脂、メタクリレート系樹脂、ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、フッ素系樹脂およびイミド系樹脂からなる群より選択される1種類以上であり、
前記導電性フィラーは、粒子状の金属系フィラーであり、
前記熱可塑性樹脂を100重量部とすると、前記炭素繊維の含有量は5重量部~30重量部であり、
前記熱可塑性樹脂を100重量部とすると、前記導電性フィラーの含有量は3重量部~45重量部である、樹脂組成物。 A resin composition containing a thermoplastic resin, carbon fibers and a conductive filler,
The carbon fibers are isotropically dispersed in the thermoplastic resin in a defibrated state,
A resin composition in which the conductive filler is aggregated in the vicinity of the carbon fiber,
The thermoplastic resin is one selected from the group consisting of amide-based resins, ester-based resins, ether-based resins, nitrile-based resins, methacrylate-based resins, vinyl-based resins, cellulose-based resins, fluorine-based resins, and imide-based resins. and
The conductive filler is a particulate metallic filler ,
When the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the carbon fiber is 5 parts by weight to 30 parts by weight,
The resin composition, wherein the content of the conductive filler is 3 to 45 parts by weight when the thermoplastic resin is 100 parts by weight .
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