JPH0555961B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は熱可塑性プラスチツクに金属繊維を充
填、分散させた導電性プラスチツクの製造方法に
関するものである。更に詳しくは、熱可塑性プラ
スチツクに10μｍ以下の金属繊維を混練、充填す
る際の金属細繊維の切断、絡みを防止し、かつプ
ラスチツク中に均一に分散せしめ、バラツキの少
ない優れた導電性プラスチツクを得るための製造
方法に関する。 〔従来の技術〕 導電性フイラーを充填した導電性プラスチツク
は、導電性塗料、金属溶射などの表面コーテイン
グ法にみられるような、クラツク、剥離などの欠
点がなく、かつ成形後の二次加工が不用であるな
どの利点がある。 従来、導電性フイラーを充填した導電性プラス
チツクとしては、例えば炭素粒子、炭素繊維を使
用したものなどがあるが、優れた導電性、即ち、
体積固有抵抗値で10Ω・cm以下の特性を得ること
は困難であつた。これは導電性を向上させようと
すると導電性フイラーを多量に配合しなければな
らず、多量に配合するとプラスチツクの成形性、
物性が悪くなり、実用性がなくなるためである。 このため、最近では優れた導電性を得るため、
導電性フイラーとして金属繊維を用いるものが実
用化されている。 しかし熱可塑性プラスチツクに金属繊維を混入
し、射出成形によつて10Ω・cm以下の体積固有抵
抗値を得ようとすると、少なくとも10容量％の金
属繊維の混入が必要であり、プラスチツクの物性
低下、成形性の悪化、成形機のスクリユー摩耗、
成形品が重くなるなどの問題があつた。 本発明者は以前に、これらの問題を種々検討し
た結果、金属繊維を５容量％以下混入することで
体積固有抵抗値10Ω・cm以下の導電性を有する導
電性プラスチツクの製造方法を見出し、本発明の
出願人と同一出願人により特許出願をした（特許
公報昭60−54967号公報）。 しかし、電卓、ポータブルテレビ、ポータブル
ビデオ、ワープロなど精密成形部品用途に対して
は、成形性、表面外観などから、より細線の金属
繊維を混入する必要があり、この場合、成形条件
によつて金属繊維の偏在が認められることが有
る。すなわち、単繊維直径10μｍ以下の金属繊維
を使用し、アスペクト比（金属繊維の長さ対直径
の比）を大きくして、少ない充填量で優れた導電
性を得ようとすると、プラスチツク中に金属繊維
を均一に分散させることが難しく、導電性のバラ
ツキが生じる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 細線の金属繊維を熱可塑性プラスチツクに充填
し、均一に分散させるためには、分散し易い集束
剤を選定し、金属繊維の集束本数を少なくし、均
一に分散するように強く混練すれば良いが、この
製造方法は金属繊維を切断し易い条件となり、分
散性は良くなるが導電性が悪くなり好ましい方法
ではない。さらに使用する金属繊維が細線になれ
ばなるほど繊維の価格が高くなり、実用化のため
には、より少ない充填量で導電性を得る方法も必
要である。 本発明者は、細線の金属繊維をできるだけ切断
せずに、プラスチツク中に均一に分散する方法を
見出すために種々の検討を行つた結果、本発明の
方法を完成したものである。 〔問題を解決するための手段〕 即ち、本発明は熱可塑性プラスチツクに金属繊
維を充填、分散した導電性プラスチツクを製造す
る方法において、単繊維直径が10μｍ以下の金属
長繊維と、単繊維直径が10μｍ以下のガラス及び
炭素の少なくとも１種の長繊維を複数本束ね、集
束剤を用いて集束し、前記集束した金属とガラス
及び炭素の集合繊維束を１〜15mmの長さに切断
し、この切断片を熱可塑性プラスチツクに混練、
充填し、金属繊維を均一に分散させることを特徴
とする、導電性プラスチツクの製造方法である。 本発明において使用される金属繊維とは、複数
本束ねた時に、連続した糸状にできるある長さを
持つた長繊維であれば可能であるが、本発明の効
果を十分得るためには、引抜き法で製造されるス
テンレス鋼、鉄、銅など、比較的連続した繊維が
良い。金属繊維の金属組成、線径についてはプラ
スチツクの種類、成形条件、用途に適したものを
選定すれば良いが、金属線径については、精密な
射出成形を行う用途には細いほど良く、また本発
明による方法の効果も大きいことから、単繊維直
径で10μｍ以下が好ましい。 ガラス繊維、炭素繊維は通常市販されているガ
ラスヤーンあるいはトウと言われる長繊維を使用
すれば良い。ガラス繊維及び炭素繊維の線径は金
属繊維と同程度もしくは細かいものを使用した方
が好ましい。 本発明において、集束した金属とガラス及び炭
素繊維の切断する長さを１〜15mmと定めたのは１
mm以下であると少ない充填量において良い導電性
が得られず、プラスチツクに金属繊維を多く充填
する必要があるからである。 15mm以上であると、カレンダー加工方法では問
題とならないが、一般に使用する成形方法である
射出成形、押出成形では、金型ゲート部に繊維が
長いためつまり成形できなくなる。 本発明において複数本束ねた集合繊維の金属繊
維とガラス繊維及び炭素繊維の比率が、繊維本数
で金属繊維90〜30％、ガラス及び炭素繊維10〜70
％であることが、優れた導電性を得る上で好まし
い。ガラス及び炭素繊維の比率を70％以上とする
と、プラスチツクの剛性等を高める上での効果は
有るが、導電性を目的とした場合ガラス及び炭素
繊維が金属繊維同士の接触を阻害し、金属繊維を
より多く充填する必、要があり、好ましくない。
ガラス及び炭素繊維の比率が10％以下であると金
属繊維を均一にプラスチツクに分散させる効果が
少なくなる。 金属繊維とガラス繊維、炭素繊維を別々に集束
して熱可塑性プラスチツクに混練、充填した場合
には、混練中に切断力が強まるためか、短く切断
された金属繊維の魂が非常に多く認められる。 ガラス繊維、炭素繊維ともに金属繊維を分散さ
せる効果は同じであり、どちらか一方あるいは混
合して使用しても良い。ガラス繊維を使用する利
点としては炭素繊維より安価であり、また炭素繊
維は得られた導電性プラスチツクの導電性のバラ
ツキを防止する効果があり、使用目的に合わせ
て、選定すれば良い。 本発明において使用される集束剤は熱可塑性樹
脂の溶液又はエマルジヨンが好ましく、充填する
熱可塑性プラスチツクの特性を阻害するものでな
ければ使用可能である。例えば、塩化ビニル樹
脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ア
クリル樹脂、スチロール樹脂、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ
スチレンなどの溶液又はエマルジヨンが使用でき
る。 本発明において、集束した繊維の収束剤に対す
る比率が20〜85容量％であることが、混練時の金
属繊維切断を減少する上で好ましい。これは複数
本の金属繊維とガラス及び炭素繊維を一方に集束
することにより、各繊維間に集束剤が充填されバ
インダーの役目をする。 このため金属繊維はガラス及び炭素繊維により
補強された形態となり、プラスチツク中に均一に
分散されるまで切断力を受けても曲がりが少なく
長いまま残つていると考えられる。 上記集束剤に対する繊維の比が容量で20％以下
となると、集束剤の中に繊維が分散した状態とな
り、各繊維の複合化による剛性、曲げ強さの向上
が期待できず、このため混練中にスクリユーなど
で金属繊維が早い時期に切断されやすく、優れた
導電性が得られないことが有る。 一方集束剤に対する繊維の比が容量で85％以上
となると繊維同士を接着させるのが難しく、単独
の金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維が多く残り、
やはり混練中に切断されて導電性が悪くなる場合
があり好ましくない。 集束後、切断した金属繊維とガラス及び炭素繊
維をプラスチツクに充填する方法については熱可
塑性複合プラスチツクの混練に使用するロール、
二軸混練機、ニーダなど一般的なもので良いが、
より優れた導電性とより少ない充填量で導電性を
得るためには、低速で切断応力の少ない混練機が
適している。 成形加工法としては射出成形、押出成形、ブロ
ー成形、圧縮成形、カレンダー加工など、使用樹
脂、目的に適した成形加工法が可能である。 本発明が適用できるプラスチツクは熱可塑性プ
ラスチツクであれば良く、塩化ビニル、ポリスチ
レン、ABS、ポリウレタン、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ナイロン、ポリカーボネート、ポ
リブチレンテレフタレート、ポリアセタールなど
全ての熱可塑性プラスチツクに可能であり、用途
により選定すれば良い。 〔作用〕 金属繊維とガラス及び炭素繊維を複数本束ねる
ことにより、金属繊維の分散性が良くなり、かつ
少ない充填量で良好な導電性が得られる理由につ
いては次のことが考えられる。 金属繊維は細線になればなるほど一般に混練、
成形中にスクリユー等の切断力を受けて切断され
曲がり易くなる。一般的にプラスチツク混練中に
切断された金属繊維は本発明者の調査によれば平
均0.5mmであり、かつその形状は、曲がつている。
一方、ガラス繊維あるいは炭素繊維も混練、成形
中に切断されて平均0.4mm前後の短繊維となるが、
その形状は曲つておらず折れた状態になつてい
る。 プラスチツク中で導電性を得るためのネツトワ
ーク構成には曲がつたものが、絡み合つた方が良
いが、金属繊維だけだと非常に絡みやすいため綿
状に偏在し、細線の金属繊維を使用しても成形性
を悪くしたり、表面状態を悪くしたり、導電性の
バラツキとなることがある。 金属繊維とガラス及び炭素繊維をあらかじめ複
数本束ねて集束する本発明の方法によると、まず
プラスチツクに混練、充填してペレツトを製造す
る過程において、金属繊維をガラス及び炭素繊維
が補強し、切断あるいは曲るのを少なくする。こ
れは集束剤がバインダーの役目をし、単独繊維で
は得られない複合化による剛性、曲げ強さの向上
効果が得られたのであろう。 次に射出成形機等により目的とする最終成形品
を成形する過程において、温度と切断力により金
属繊維とガラス及び炭素繊維の集束が解かれて金
型等内に分散されていく。この時の状態は、金属
繊維は曲がり、ガラス及び炭素繊維は曲がらずに
短繊維として移動していると推察される。 特に切断力を弱くして、しかも細線の金属繊維
を長いままプラスチツク中に分散させようとする
場合、直線状のガラス及び炭素繊維が金属繊維の
絡みを防止し、かつ曲がつた金属繊維を分散させ
る力が働くのであろう。 〔実施例〕 次に本発明の実施例を示す。 実施例 １ 単繊維直径8μｍの連続したステンレス鋼繊維、
1000本と6μｍのガラス繊維500本を束ね、集束剤
として粘度1000cps／25℃に調整したスチロール
樹脂の溶液（溶剤：メチルエチルケトン）に浸漬
し、取り出すと同時に、繊維が50容量％となるよ
うにローラーにて絞り、次いで120℃の熱風にて
連続的に乾燥を行つた。 以上のようにして集束剤により集束したステン
レス鋼とガラスの集合繊維を、切断機にて10mmの
長さに切断し、この切断片をステンレス鋼繊維含
有量としてそれぞれ１、２、３容量％となるよう
にABS樹脂にリボンブレンダーで混合し、ベン
ト式押出機（池具鉄工製CTR65）にて繊維を充
填した複合ペレツトを製造した。 その後、前記ペレツトを射出成形機（各機製作
所製SJ35C）にて射出成形し、10cm角、厚さ３mm
の導電性プラスチツク成形板を得た。 このようにして得られた導電性プラスチツク
は、ステンレス鋼繊維の分散状態が良好で、偏在
もなく、繊維の切断も非常に少なくなつているこ
とが認められ体積固有抵抗は第１表に示す通りで
あつた。 なお比較のため本実施例で使用したステンレス
鋼繊維だけを1000本集束したものを、他の条件は
実施例１と同じにして導電性プラスチツク成形板
を作成し、体積固有抵抗を測定した結果を比較例
(1)として第１表に示す。

【表】 第１表から明らかなように本発明による方法に
よればABS樹脂中のステンレス鋼繊維の含有量
が１容量％でも10Ω・cm以下の体積固有抵抗値を
有する導電性プラスチツクが得られる。 ステンレス鋼繊維だけを集束した比較例(1)の場
合、導電性は同じようなレベルであるが、成形品
の表面にステンレス鋼繊維の絡み合つた魂が多く
認められ、外観上悪いものであつた。 プラスチツク中に分散されたステンレス鋼繊維
を顕微鏡にて測定した結果、本実施例の場合、
0.5〜1.5mm長の繊維が均一に分散されていたが比
較例(1)の場合0.8mm長以下に切断され不均一に分
散されていた。 実施例 ２ 単繊維直径8μｍの連続したステンレス鋼繊維、
2000本と8μｍの炭素繊維3000本を束ね、集束剤
として粘度300cps／25℃に調整したアクリル樹脂
の溶液（溶剤：トルエン）に浸漬し、取り出すと
同時に、繊維が70容量％となるようにローラーに
て絞り、次いで120℃の熱風にて連続的に乾燥を
行つた。 以上のようにして集束剤により集束したステン
レス鋼と炭素の集合繊維を、切断機にて５mmの長
さに切断し、この切断片をステンレス鋼繊維含有
量としてそれぞれ１、２、３容量％となるように
ABS樹脂にリボンブレンダーで混合し、ベント
式押出機（池具鉄工製CTR65）にて繊維を充填
した複合ペレツトを製造した。 その後、前記ペレツトを実施例１と同じ方法で
射出成形し導電性プラスチツク成形板を得た。 このようにして得られた導電性プラスチツク
は、ステンレス鋼繊維の集束本数が多いにもかか
わらず、均一にプラスチツク中に分散されてお
り、体積固有抵抗は第２表に示す通りであつた。 なお、比較のため、集束剤に対するステンレス
鋼繊維と炭素繊維の比が10容量％となるようにア
クリル樹脂量を増加したものを、他の条件は実施
例２と同じにして導電性プラスチツク成形板を作
成し、体積固有抵抗を測定した結果を比較例(2)と
して第２表に示す。

【表】 第２表から明らかなように本発明による方法に
よればABS樹脂中のステンレス鋼繊維の含有量
が１容量％でも1Ω・cmと安定した導電性プラス
チツクが得られる。 集束剤量を多くして射出成形した比較例(2)の場
合、混練、成形中の切断力を受けてステンレス鋼
繊維が切断されるため、導電性の悪いものであつ
た。 プラスチツク中に分散されたステンレス鋼繊維
の長さを顕微鏡にて測定した結果、本実施例の場
合、0.5〜1.5mmであつたが、比較例(2)の場合0.3mm
長以下に切断されていた。 実施例 ３ 単繊維直径6μｍの連続したステンレス鋼繊維
と単繊維直径6μｍの炭素繊維の総本数を5000本
にして、ステンレス鋼繊維と炭素繊維の比率を90
対10、70対30、50対50、30対70と束ね、集束剤と
してスチレンアクリル共重合のエマルジヨン溶液
に浸漬し、取り出すと同時に、繊維が70容量％と
なるようにローラーにて絞り、次いで80℃の熱風
にて連続的に乾燥を行つた。 以上のようにして集束剤により集束したステン
レス鋼と炭素の集合繊維を、切断機にて３mmの長
さに切断した。この切断片をステンレス鋼繊維含
有量として２容量％となるようにポリブチレンテ
レフタレートに混合し、混練押出成形機（川田製
作所製KCK35）にて10cm角、厚さ３mmの導電性
プラスチツク成形板を得た。 このようにして得られた導電性プラスチツクの
体積固有抵抗ならびに分散状態は第３表に示す通
りであつた。 また比較のため実施例３で使用したステンレス
鋼繊維だけを2500本集束したものを他の条件は実
施例３と同じにして導電性プラスチツクを製造し
た結果を比較例(3)として第３表に示す。 金属繊維に対して炭素繊維の比率が多い比較例
として、実施例３で使用したステンレス鋼繊維
500本、炭素繊維4500本（10対90の比率）を束ね
実施例３と同じ方法にて導電性プラスチツクを製
造した結果を比較例(4)として第３表に示す。

【表】 第３表から明らかなように本発明による方法に
よれば単繊維直径が6μｍの細線を使用しても、
プラスチツク中に均一に金属繊維が分散され、優
れた導電性プラスチツクの製造が可能となつた。
金属繊維に対する炭素繊維の比率が高すぎる場合
は、分散性良好であるが、金属繊維が切断され、
優れた導電性プラスチツクとはならなかつた。 実施例 ４ 単繊維直径10μｍの連続した鉄繊維500本と単
繊維直径10μｍのガラス繊維100本、単繊維直径
6μｍの炭素繊維500本を束ね、集束剤として粘度
2000cps／25℃塩化ビニル樹脂に浸漬し、取り出
すと同時に、繊維が30容量％となるようにローラ
ーにて絞り、次いで80℃の熱風にて連続的に乾燥
を行つた。 以上のようにして集束剤により集束した鉄繊維
とガラス、炭素繊維の集合繊維を切断機にて１、
２、５、10、15mmの長さに切断した。この切断片
を塩化ビニル樹脂に鉄繊維が２容量％となるよう
に配合し、混練押出成形機（川田製作所製
KCK35）にて10cm角、厚さ３mmの導電性プラス
チツク成形板を得た。 このようにして得られた導電性プラスチツクの
体積固有抵抗ならびに分散状態は第４表に示す通
りであつた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明の製造方法
によれば、単繊維直径が10μｍ以下の細線の金属
繊維を使用してもプラスチツク中に均一に分散
し、かつ金属繊維の充填容量を２％以下としても
良好な導電性を有し、このためプラスチツクの物
性及び成形性、表面外観が悪くならない導電性プ
ラスチツクを製造することができる。 従つて、従来のプラスチツクの物性値を基準と
して商品設計ができ、金型及び成形条件の修正が
あまり必要とならず、電磁波遮蔽用材料、面発熱
材料、静電気防止材料として大型成形品のみなら
ず精密成形部品まで使用可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性プラスチツクに金属繊維を充填、分
   散した導電性プラスチツクを製造する方法におい
   て、単繊維直径が10μｍ以下の金属長繊維と、単
   繊維直径が10μｍ以下のガラス及び炭素の少なく
   とも１種の長繊維を複数本束ね、集束剤を用いて
   集束し、前記集束した金属とガラス及び炭素の集
   合繊維束を１〜15mmの長さに切断し、この切断片
   を熱可塑性プラスチツクに混練、充填し、金属繊
   維を均一に分散させることを特徴とする、導電性
   プラスチツクの製造方法。 ２ 複数本束ねた集合繊維束とは、金属繊維とガ
   ラス及び炭素繊維の比率が、繊維本数で、金属繊
   維90〜30％、ガラス及び炭素繊維10〜70％である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の導
   電性プラスチツクの製造方法。 ３ 集束剤に熱可塑性樹脂の溶液又はエマルジヨ
   ンを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の導電性プラスチツクの製造方
   法。 ４ 集束した繊維の集束剤に対する比率が、20〜
   85容量％であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第３項のいずれかに記載の導電性プラス
   チツクの製造方法。