JPH0424368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は金属繊維を含有する粒状プラスチツク
複合体及びこれを用いて作られたプラスチツク製
品に関する。 ［従来の技術及びその課題］ プラスチツク製品を製造及び成型する場合、添
加材を含む粒状プラスチツクがしばしば用いら
れ、この場合、親練りの粒状体が先ず塑性化さ
れ、次に所定量のレジンと激しく混合され、粘性
物質を形成する。この粘性物質が次に押出し及び
又は金型法によつて製品に成型される。 本出願人によるUK特許第2150936号に、導電
性繊維即ちステンレス鋼の繊維を含む粒状複合体
の製造方法が記載されている。この複合体は電磁
放射に対し帯電防止特性即ち遮蔽特性を持つ熱可
塑性の製品を成型するのに用られる。この特許に
よれば、中間粒状複合体を用いることにより、繊
維がプラスチツクの中に導き入れられ又均一に分
散される。プラスチツク製品の中の繊維含有量を
低くして（容積％）しかるべき遮蔽効果を得る為
には、分散の間に繊維長Ｌを長く、特にＬ／Ｄ比
（≧100）を高く保つことが重要である、但しＤは
導電性繊維の相当径（equivalent diameter）を
現わす。 これは、製造段階に於いて、長いＬ又は高い
Ｌ／Ｄ値を保つ為に、プラスチツクに混合する課
程で繊維が過度に切れることを防ぐ必要があると
言うことである。この導電性繊維に加え、例えば
グラスフアイバーの如き非導電性の繊維が粒状複
合体の形で入れられ、プラスチツクを強化する。 この特許により良好な分散が得られるが、射出
成型法の作業条件を非常に正確に制御する必要が
ある。特に、射出成型される熱可塑性物質中での
剪断力を制御し、繊維が過度に切断されること無
く十分に均一な分散が得られる如くにしなければ
ならない。この為、この特許の場合生産能率が比
較的低くなる。 本出願人によるベルギー特許出願番号第
8700067号は歯車状のひだ（gear crimping）に
より繊維にひだの波を付けることを提案してい
る。このようにして作られた繊維の大きなバンド
ル即ち束がプラスチツクの中に埋め込まれ、この
ようにして作られた複合ストランド即ち素線が粒
状複合体に切り刻まれる。この粒状体（以下粒子
と言う）の中に繊維がルーズに入つていることに
より、及びプレーンのレジン単味の粒子と上述し
た複合粒子との混合物を熱可塑性化し合成してい
る間に、プラスチツクの中に繊維を容易に分散さ
せることが出来る。従つて、射出成型法の条件が
可なり広い制限範囲で選択出来、しかも良好な分
散が得られる。 然しながら、良好な繊維に分散を達成するばか
りでなく、色々な成型条件の下で（例えば高圧射
出成型又は高速射出）、考え得る最も広い周波数
範囲で最大の遮蔽効果を得る一方、プラスチツク
成型品の中の繊維の容積％を可能な限り低くする
ことが必要である。この目的は、可能な限り低い
繊維含有量で、実質的に連続した繊維の導電性ネ
ツトワークに可能な限り近付ける必要があると言
うことである。この点で、特に低周波数の場合、
高いＬ及びＬ／Ｄ値は有効である。この値は、繊
維の抗張力を高くすること、曲げ応力を高くする
こと、トルク抵抗を高めることによつて高められ
る。しかし、これと同様に重要なことは、繊維が
可能な限り長い有効長“１”を持たねばならない
と言うことである。この有効長１は、一般的に、
繊維がプラスチツクの中に直線的に伸ばされて埋
め込まれる程度が大きくなる程、Ｌに近付く。実
際には、このことは比較的高い曲げ剛性を持つた
繊維を使用すると言うことを意味する。この剛性
は繊維の径の大きなものを選択することによつて
増加させることが出来るが、これは、普通100か
ら2000の間の適正なＬ／Ｄ値に保つ必要性から制
限される。従つて、繊維の固有の曲げ剛性（モジ
ユラス）を増すことが一般的に好ましい効果をあ
げる。 従つて、本発明の目的は、レジンに混合する粒
状複合体を提供するに当たり、この粒状複合体
が、プラスチツク・ポリマーの中にバンドルとし
て埋め込まれた金属繊維を含む複合ストランドを
切り刻んで粒子にすることにより作られ、この場
合、幅広い処理条件の下において、非常に良好な
電磁遮蔽効果（例えば繊維濃度１％以下で、≧
35dBのＥ―フイールド遮蔽）が、高低いずれの
周波数（50Hzから10GHz）に於いても得られるよ
うにすることである。このことは、上述した如
く、分散された繊維のＬ，Ｌ／Ｄ、及び１の値を
特に高く保つことを意味する。 ［課題を解決するための手段及びその作用］ この目的が、本発明に基づき、ポリマーの中に
バンドル即ち束として埋め込まれた金属の繊維を
含むレジンへの混合用複合ストランド即ち素線
で、上記金属がオーステナイト系鉄合金の中から
選ばれ、又、この合金の中に存在するオーステナ
イトがマルテンサイトに少なくとも85容積％以上
変換されており、又、上記バンドルの少なくとも
１つが歯車状ひだの付いた繊維からなる、レジン
への混合用複合ストランドを用いることによつて
達成される。 一般的に、本発明は、導電性の繊維を非常導電
性又は弱導電性の材料の中に混ぜることによつて
行われ、この場合この繊維が、オーステナイトの
少なくとも85％以上がマルテンサイトに変換され
た、オーステナイト系鉄合金の中から選ばれた、
硬化された材料によつて形成されている。 更に特定して言うならは、上記硬化された材料
がステンレス合金鋼、即ち、オーステナイト
Fe／Cr／Ni鋼（18―８型で例えば302，347，
308，及び316シリーズ）であり、この場合、少な
くとも85％以上にマルテンサイトへの変換が（冷
間）塑性変形により行われている。広範囲の処理
条件の下で、又幅広い周波数範囲で、本発明によ
り、十分に高い遮蔽効果を達成するためには、オ
ーステナイトに少なくとも85％以上、好ましくは
90％以上がマルテンサイトに変換されていること
が好ましい。注目すべきは、マルテンサイトが増
加すると、破断耐力が増加し、従つて、好ましい
Ｌ及びＬ／Ｄ値が得られることである。同様に，
マルテンサイトが増加すると、繊維の剛性が非常
に増加し、従つて１値も増加する点である。 繊維の曲げ剛性を一様に保つために、この繊維
の断面は、好ましくは、その全長に亙りほぼ一定
で、又可能な限り丸く（円形）する。この断面は
例えば正多面体、例えば六角形、にしてもよい。
一定で略円形の断面は、所望の規則正しくほとん
ど滑らかな繊維表面を得るためにも好ましい。 Ｌ及びＬ／Ｄ値は比較的純粋な金属、即ち、粒
度３ミクロン以上の変形可能の介在物をほとんど
含んでいない金属又は合金、を用いることによつ
て向上させることが出来る。実際、この介在物の
付近で繊維が破断することがしばしば観察され
る。 又、見出だしたことで重要なことは、表面の導
電性が良好で、その表面がほとんど又は余り酸化
していない繊維を用いることである。実際、その
表面に導電性の低いものが付着している場合、隣
接する繊維間の接触抵抗が相当に増加する。（こ
れは、例えば、強絶縁性のA1₂O₃の酸化被膜が付
着しているA1繊維の場合に発生する。） 繊維の径を増加させると、一般的に、剛性が増
加するが、繊維の相当径Ｄは15ミクロン以下にす
るのが好ましい。これはプラスチツクのマトリツ
クスを乱さず、従つてその機械的物理的性質を損
なわないようにする為である。 本発明によるストランドはバンドルとして500
から35000本の繊維を含んでいる。熱間成型の間
に作用する引き剥がし力により繊維がバンドルか
ら徐々に解きほぐされ、これが先ずバンドルの外
側から始まり、次いで徐々に中心部へと広がつて
行き、最終的にこの解きほぐされた繊維がプラス
チツクのマトリツクスの中に分散して行く。しか
し繊維を解きほぐした後、この引き剥がし力を長
時間又は余りにも強烈に掛けると、繊維が粉々に
なり、場合によつては粉末の如くになる傾向があ
る。この場合、繊維の塊りが無くなるので、成型
された製品の表面はきれいになるが、遮蔽効果が
著しく低下する。 このバンドルが極く細い場合は、余りにも早く
バンドルが解きほぐされ、従つて繊維の破断が起
り易くなる。一方、非常に太いバンドルを使用す
ると、バンドルの外側から繊維が解かれて分散し
た最初の繊維が、バンドルの中心の繊維が未だ解
かれていない内に破断し易くなる。これも又処理
の間のＬ及びＬ／Ｄ値の不測の変化に繋がり、遮
蔽効果に影響する。バンドルの解かれ易さ及び分
散のし易さは又バンドルの断面形状にもより、円
形のバンドルの方が、幅より厚さが小さい薄い板
状のバンドルよりゆつくり解きほぐされる。バン
ドルの厚さに加え重要な因子は、繊維の引張り強
さと、ストランドから刻まれ細かくされた繊維の
長さと、レジンの中に詰込まれた繊維の密度及び
その量（容積％）と、その溶融粘度とである。 好ましい繊維の硬化及び繊維の引張り強さが得
られた場合、粒子の切刻み長さを好ましくは2.5
から10mmの間にする。これは、その中に埋め込ま
れ、粒子の中を端から端まで貫通した繊維の長さ
でもある。 本発明による粒状の複合体が熱可塑性のレジン
を含む場合、導電性の繊維の所定含有量に基づく
ある比率で、他の（１つの）熱可塑性のレジン
（例えばペレツト）と“空混合”（dry mixing）
することが出来る。この混合物が次に塑性化装置
に挿入され、加熱作業の後、一般的方法によりプ
ラスチツク製品に成型される（親練り）。この時
導電性繊維が製品全体に又は所定局部に可能な限
り均一に分散される。この時好ましくは、複数粒
子の長さは2.5が６mmの間である。 成型は放出成型、押出し成型、プルトルージヨ
ン（pultrusion）、圧縮成型等によつて行われる。 必要な場合、この加熱体を、中に繊維を分散さ
せた別のストランドの中に押出すことも出来る。
この複合したストランドが再たび切り刻まれ、複
合粒子を形成し、他のレジン粒子と“空混合”さ
れる。次にこの混合物が熱加工され、上述した如
く成型装置又は金型に装入され、いずれにして
も、導電性プラスチツク製品が作られる。事前複
合処理手順（複合粒子を含む）選択により、用い
られる時点での複合粒子の長さは４から８mmの間
である。 ストランドに少なくとも１つの歯車状ひだの付
いた繊維のサブバンドルを用いることにより、ス
トランド及び（複合）粒子の中の繊維の密度を制
御することが出来る。上述したベルギー特許出願
番号第8700067号によば、このひだはシヌソイ
ド・ジグザグ状のひだ（sinusoidal
zigzagcrimp）で、その波の長さＷが２から30mm
（好ましくは４から20mm）で、波の高さＡが0.2か
ら７mmで、Ｗ／Ａ＞２、好ましくは≧４である。
このひだの波の形は幾重にも重なつたジグザグひ
だにすることも出来る。バンドルの嵩は、例え
ば、ひだの形の異なつたいくつものバンドルを組
合わせることによつて変えることが出来る。更
に、金属繊維を同じストランドの中で他の繊維、
非導電性繊維（例えばガラス繊維）又は0.5％以
下の銅標準導電率の繊維（例えば炭素繊維）、と
組合わすことも出来る。マルチ・フイラメントバ
ンドル又は短繊維のスリバー（sliver）は単独で
又は組合わせて使用することが出来る。 ストランドの中のレジンの量は20から80容積％
の間でなければならない。レジンの容積が20％以
下だと、余りに結合力の小さい弱いストランドに
なる危険性があり、一方、80％以上だと、効果薄
く、繊維の緩やかなほどけ及び分散が阻害された
りする。当然のことながら、ストランドの中のレ
ジンは、成型される製品の主体をなすレジンに科
学的に実質的に適合するものでなければならな
い。 迅速な分散を促進するために、ストランドのポ
リマーは比較的低い溶融粘度を持つていることが
好ましく、好ましくは、成型される製品の主要成
分のレジンの溶融粘度より低くする。ストランド
のポリマーは又良好なフイルム形成特性を持つて
いるのが好ましい。場合によつては、主要成分の
レジンとほとんど同じ組成にするが、これは例え
ば細いバンドル（±1000フイラメント）が用いら
れる場合である。可塑剤及び又は潤滑剤を加え、
製造課程での流動性を改善することも出来る。 必要ならば、非常に細かく分割された極性の高
い有機化合物をストランドに加えることが出来
る。これらは製品の中に隣接して分散している繊
維の間に導電性ブリツジを形成することを促進す
る。この化合物又は材料は繊維の表面の弱導電性
の金属化合物の存在を相殺する働きをする。同様
に、ストランドのポリマーにある結合又は漏れ
剤、例えばシラン、チタン酸塩、及びジルコニウ
ム酸塩、を添加し、これらの繊維が分散されるべ
きポリマーのマトリツクスへの繊維の表面の付着
力を制御することが出来る。これらの添加物はプ
ラスチツク製品のエイジング特性に好ましい影響
を与える。（この頃に於ける“エイジング”には、
時間及び又は温度変化と共に変化する遮蔽効果の
減少を含む。） 上述した細かく分割された導電性又は極性の化
合物（防蝕剤、結合剤又は濡れ剤との組合わせの
場合がある）を選択すし、導電性及び付着性の改
善に加え、耐腐蝕性及び流動性の改善を行なうこ
とができる。必要な場合、この結合剤により繊維
上の弱導電性の酸化物を化学的に変換させ、繊維
からポリマー・マトリツクスへの導電性のブリツ
ジを形成を促進することも出来る。 最後に、上述したレジンを含浸させたバンドル
は押出し法により更に別のポリマー層で被覆する
ことが出来、この層が、繊維のバンドルの前の含
浸に用いたポリマーと同じ又はほとんど同じ組成
を持つている。この追加ポリマーは場合によつて
は、プラスチツク製品の主成分たるポリマーと同
じ又は略同じ組成を持ち、例えば、ポリカーボネ
ートが用いられる。同様に、繊維のバンドルの含
浸レジンの組成はプラスチツク製品の主ポリマー
に相当し、希望によつては、上記繊維のバンドル
を同じポリマーの層で被覆することが出来る。 ［実施例］ 例 １ 多くの異なつた組成にレジンが、本発明による
粒状複合体とレジンの粒子とを混合することによ
つて準備され、広い範囲の周波数に於いて電磁遮
蔽特性を持つプラスチツク製品の射出成型に用い
られた。 上述した粒子複合体が、実質的に上述したUK
特許の例１と同様に準備された。各粒子は、綿状
ポリエステル（Dynapol L850）及び良好な流動
性を持つモデイフアイされたアルキツド・レジン
の被覆の中に埋め込まれた、ステンレス鋼の歯車
状ひだを持つフイラメントを含んでいる。上記歯
車状ひだを持つフイラメントのひだが、それぞれ
波の長さが7.5と５mmで波の高さが１と0.7mmの２
つのジグザグ波を重ね合せることによつて作られ
た。円筒形の複合ストランドは径が約２mmで、金
属繊維の含有量が約30容積％である。これが長さ
４mmの複合粒子に刻まれた。次に、この粒子が一
般的ABCレジン・ベースの粒（RONFALIN
VE−30）と空混合され、１容器％に金属繊維を
含む親練り混合物が作られた。この混合物がスタ
ツプ射出成型機（上述UK特許の例６と同じ）に
装入された。押出し機のノズル温度が220〜240℃
に制御され、スクリユー速度が70及び100rpmで
あつた。射出成型された方形試験片（square
plaque）（150×150mm）の厚さは３mmであつた。
マルテンサイト量（％）を異にするFe／Cr／Ni
ステンレス繊維が４種類使用された、表１参照。

【表】 316L型合金は純度が非常に高く、非変形性介
在物をほとんど含んでいない。Fe／Cr／Ni系合
金の中ではNi量が比較的低いもの（≦10.5％）が
一般的に好ましく、これは繊維製造の間の塑性変
形課程で容易にマルテンサイトを形成するからで
ある。この塑性変形及び硬化は、US特許第
2050298号又は3277564号に記載した如く、製造
中、バンドル引き抜きの過程で行なうのが好まし
い。高いマルテンサイト比は、引き抜きのパラメ
ーター、即ち合金組成の関数としての、温度、引
き抜き回数、１引き抜き当りの減面率、及び最終
減面率を適宜選択することによつて得られる。 マルテンサイト量は、強磁性特性、即ち、シグ
マメーターB3513を用い、繊維の中の強磁性材料
の容積％を測定することにより、一般的な形で決
定された。この為に、繊維が飽和点まで磁化さ
れ、急速にその磁場から取出され、コイルに隣接
して発生する誘導電流を起こさせ、この電流が弾
動検流計（ballistic galvanometer）によつて記
録された。この記録から繊維の中の強磁性材料の
比率が推定された。 いくつかの塑性化圧力及びスクリユー速度に於
ける反射値Ｒ％（遠領域の10GH_Zでマイクロ波
測定の間に得られる）が表２に記録されている。

【表】 表２に於いて、８ミクロンの繊維と87％以上の
マルテンサイト量とを持つ試料番号３，４，７，
10のものが平均して最高の反射値を示しているこ
とがわかる。注意すべきことは、最高のマルテン
サイト量の試料の反射値が高低いずれの塑性化圧
力に対しても最善であることである。更に、これ
らは、平均して、低マルテンサイト量の試料よ
り、剪断力の増加による減少が緩慢である。 本発明による硬化された金属繊維を非又は弱導
電性物質の中への挿入及び分散させることは、必
ずしも、上述した如くにして複合粒子を添加し
て、達成する必要性はない。これは又織物、編
物、又は非織物の形で添加することも出来る。繊
維に他の低溶融温度のポリマーを含ませることも
出来る。 プラスチツクの中への挿入及び続いて行われる
熱間成型の間に、低溶融温度のポリマーは溶融
し、意図する導電性の複合製品の主体をなすレジ
ン（両立するもの）と共に流れる。 本考案は、高いマルテンサイト量を持つオース
テナイト系の鉄合金から作られる金属繊維を推賞
しているが、硬化されたFe／Cr系鉄合金（例え
ば430シリーズ）、又はFe／Cr系マルテンサイト
合金（例えば410又は416シリーズ）又はその他の
強磁性合金を使用して、好ましい遮蔽効果を得る
ことを排除するものではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリマーの中にバンドル即ち束として埋め込
   まれた金属の繊維を含む、レジンへの混合用複合
   ストランド即ち複合素線において、上記金属がオ
   ーステナイト系鉄合金の中から選ばれ、又、この
   合金の中に存在するオーステナイトがマルテンサ
   イトに少なくとも85容積％以上変換されており、
   又、上記バンドルの少なくとも１つが歯車状ひだ
   の付いた繊維からなる、レジンへの混合用複合ス
   トランド。 ２ 上記金属が塑性変形によつて硬化されてい
   る、請求項１記載のレジンへの混合用複合ストラ
   ンド。 ３ 上記金属がオーステナイト系ステンレスの
   Fe／Cr／Ni鋼で、上記鋼のマルテンサイトが塑
   性変形により形成されている、請求項１記載のレ
   ジンへの混合用複合ストランド。 ４ 少なくとも90％のオーステナイトがマルテン
   サイトに変換されている、請求項５記載のレジン
   への混合用複合ストランド。 ５ 上記繊維がほぼ一定で円形に近い断面を持つ
   ている、請求項１記載のレジンへの混合用複合ス
   トランド。 ６ 上記金属が、３ミクロン以上の粒度の非変形
   性介在物を含んでいない、請求項１記載のレジン
   への混合用複合ストランド。 ７ 上記繊維が15ミクロン以下の同一の直径を持
   つている、請求項１記載のレジンへの混合用複合
   ストランド。 ８ 上記バンドルが500から35000本の間の本数の
   上記繊維を含んでいる、請求項１記載のレジンへ
   の混合用複合ストランド。 ９ 上記ストランドの中に上記金属の繊維が20か
   ら80容積％の間含まれている、請求項１記載のレ
   ジンへの混合用複合ストランド。 １０ 上記金属の繊維に加えて別種の繊維が加え
   られている、請求項１記載のレジンへの混合用複
   合ストランド。 １１ 上記別種の繊維の少なくとも１部分が非導
   電性である、請求項１０記載のレジンへの混合用
   複合ストランド。 １２ 上記別種の繊維の少なくとも１部分が導電
   性で、その導電率が銅標準試料の0.5％以下であ
   る、請求項１０記載のレジンへの混合用複合スト
   ランド。 １３ 上記ポリマーが比較的低い溶融粘性を持つ
   ている、請求項１記載のレジンへの混合用複合ス
   トランド。 １４ 上記ポリマーの成分が主体をなすレジンの
   成分と同じ又は略同じである、請求項１記載のレ
   ジンへの混合用複合ストランド。 １５ 上記ポリマーが非常に微細に分割された導
   電性材料を含んでいる、請求項１記載のレジンへ
   の混合用複合ストランド。 １６ 上記ポリマーが、上記ポリマーと繊維表面
   との粘着を制御する為の結合剤を含んでいる、請
   求項１記載のレジンへの混合用複合ストランド。 １７ 上記ストランドが、レジンを含浸させた多
   数の繊維のバンドルを含み、上記バンドルの配列
   体が更に別のポリマー層によつて囲まれている、
   請求項１記載のレジンへの混合用複合ストラン
   ド。 １８ 上記別のポリマー層が上記バンドルに含浸
   させる為に用いられるポリマーと同じ又は略同じ
   組成を持つている、請求項１７記載のレジンへの
   混合用複合ストランド。 １９ 上記別のポリマー層が作ろうとするプラス
   チツク製品の主たるレジン成分と同じ又は略同じ
   組成を持つている、請求項１７記載のレジンへの
   混合用複合ストランド。 ２０ 上記ストランドの幅がその厚さより大き
   い、請求項１記載のレジンへの混合用複合ストラ
   ンド。 ２１ 上記請求項のいずれか１つによるストラン
   ドから粒状体を切り刻むことにより得られる粒状
   複合体で、上記繊維が上記粒状体の端から反対側
   の端まで貫通している、粒状複合体。 ２２ プラスチツク製品を成型する為に用いられ
   る成型用混合物で、請求項２０による粒状複合体
   と、別のレジンとの混合物を含む、成型用混合
   物。 ２３ 請求項２２による混合物を成型することに
   より得られるプラスチツク製品で、上記導電性繊
   維が上記製品の所定部分に又は上記製品の全体に
   均等に分散している、プラスチツク製品。 ２４ 非導電性の材料の中に混合するための導電
   性繊維の使用方法で、上記導電性繊維が、オース
   テナイト系鉄合金の中から選ばれた、硬化された
   材料を含み、上記合金のオーステナイトが少なく
   とも85％以上マルテンサイトに変換されている、
   導電性繊維の使用方法。