JPH0813904B2 - 導電性樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、導電性、特に高温における導電性の経時安
定性に優れた、信頼性の高い導電性樹脂組成物に関す
る。

（従来の技術） 従来より、熱可塑性樹脂に導電性繊維を配合して導電
性樹脂組成物とし、該組成物は導電性樹脂成形品に利用
されてきた。これらには多くの場合炭素系の導電性繊維
が配合されてきたが、その用途は静電気防止が主で、近
年問題となっている電磁波シールドに対して導電性が低
くあまり有効でない。そこで電磁波シールド用には金属
系の導電性繊維を使用して導電性を向上させることが行
われてきた。

しかし、金属系の導電性繊維（以下金属繊維という）
を配合すると比重が大きくなり、樹脂がもつ本来の特性
を大きく損なうという問題があり、その配合量を最小限
にすることが要求されている。ところが金属繊維の配合
量を減少させると、導電性が低下し、また使用環境に大
きな制約を受ける。すなわち、使用する樹脂と金属繊維
とに熱膨張の差があるため、高温になると導電性が劣化
する問題が生ずる。そのため、現状では金属繊維の配合
量を多くして導電性の低下・劣化を防止し、かつ使用環
境を限定することによって実用化されている。そのよう
に、従来の金属繊維の導電性樹脂組成物は用途に制約が
あり、かつ特性も不安定で信頼性も低いという問題があ
った。

また、低融点金属を樹脂と混合して導電性樹脂組成物
とすることは知られているが、低融点金属は樹脂との密
着性が悪くて分離するので、樹脂の物性を低下させ、ま
た射出成形機で材料の色替えの際の空打では、低融点金
属のみが飛散する等成形加工の作業上極めて危険である
という問題があった。さらに、金属繊維は成形前の乾燥
等によって、その表面に酸化膜が発生し、金属繊維が腐
食し、その結果導電性が劣化するという問題もあった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、導電性繊維と導電性繊維とが低融点金属を介して
強固な結合をもち、高温においても導電性が劣化せずに
導電性の経時安定性に優れ、成形加工時においても樹脂
と低融点金属とが分離・飛散することがなく、また樹脂
の物性が低下することのない信頼性の高い導電性樹脂組
成物を提供するものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ね
た結果、導電性繊維と金属粉末と低融点金属とを併用
し、それにフラックスおよびリン系酸化防止剤を配合す
ることによって、高温においても導電性が低下せずに導
電性の経時安定性に優れ、成形加工時においても樹脂と
低融点金属との分離・飛散などがなく成形作業性が向上
した信頼性の高い導電性樹脂組成物が得られることを見
いだし、本発明を完成したものである。すなわち、本発
明は、 （Ａ）導電性繊維、（Ｂ）金属粉末、（Ｃ）低融点金属
及び（Ｄ）フラックスからなる導電性充填材の表面に
（Ｅ）リン系酸化防止剤を含む（Ｆ）熱可塑性樹脂の被
覆形成一体化し、ペレット状に切断してなることを特徴
とする導電性樹脂組成物である。そして導電性繊維が長
繊維状の金属繊維、表面に金属層を有する無機又は有機
繊維である。低融点金属は一般半田、低温半田、高温半
田など、フラックスは有機酸系又は樹脂系のもの、また
リン系酸化防止剤は後述する構造式を有するものを配合
した導電性樹脂組成物である。

本発明に用いる（Ａ）導電性繊維としては、長繊維状
のものが好ましく、銅繊維、銅合金繊維、ステンレス繊
維、アルミニウム繊維、ニッケル繊維等の金属繊維、ま
た銅、アルミニウム、ニッケル等の金属層を有する有機
若しくは無機の繊維、等が挙げられる。導電性繊維の径
は８〜100μｍ程度が好ましく、また100〜10,000本収束
したものを用いる。導電性繊維の配合量は、全体の組成
物に対して５〜80重量％含有することが望ましい。５重
量％未満では導電性が低く、また80重量％を超えると組
成物の流動性、樹脂の物性が低下し好ましくないからで
ある。

本発明に用いる（Ｂ）金属粉末としては、金属の粉末
で後記の低融点金属と融着するものであればよく特に制
限はない。具体的なものとしては銅粉末、黄銅粉末、ニ
ッケル粉末、アルミニウム粉末、亜鉛粉末、錫粉末等が
挙げられ、これらは１種で又は２種以上混合して用い
る。金属粉末の粒径は通常１〜10μｍが望ましい。１μ
ｍ未満では分散が不充分となり、また10μｍを超えると
物性が低下し好ましくない。配合割合は、使用する導電
性繊維、低融点金属、樹脂等によって異なるが、導電性
繊維に対して１〜20重量％の割合で含有することが望ま
しい。配合量が１重量％未満では導電性に効果なく、ま
た20重量％を超えると樹脂の物性が低下し好ましくな
い。金属粉末の配合方法は特に限定はないが通常樹脂に
配合しておくことが望ましい。

本発明に用いる（Ｃ）低融点金属としては、Sn又はSn
−Pbを主成分とする一般半田合金、Sn−Pb−Cd−Ag−Zn
を主成分とする高温半田合金、更にはSn−Pb−Cd−Biを
主成分とする低温半田合金等が挙げられる。これらの低
融点金属は繊維状、粒状、棒状、線状のいずれでもよ
く、特にその形状に限定されるものではない。また低融
点金属の使用は、導電性繊維の束の内に繊維状の低融点
金属を収束させる、導電性繊維の表面を低融点金属で被
覆したものを収束させる、また束にした導電性繊維全体
を低融点金属で被覆する、或いは導電性繊維の表面に粒
状の低融点金属をまぶして付着させる等、いずれでもよ
く、導電性繊維と低融点金属が一緒に収束されておれば
よい。低融点金属は、導電性充填材を被覆する熱可塑性
樹脂の成形加工温度と適合するように選択することが望
ましい。また、射出成形機の加熱シリンダーの最も温度
の高い部分で選択することが望ましい。低融点金属の配
合割合は、導電性繊維と金属粉末とを結合、被覆するに
充分な量、すなわち導電性繊維に対して５〜30重量％量
含有することが望ましい。含有量が５重量％未満では、
導電性繊維と金属粉末とを結合、被覆させることが不充
分で導電性が低下し、また30重量％を超えると低融点金
属のみが遊離して樹脂の物性が低下し、好ましくない。

本発明に用いる（Ｄ）フラックスとしては、有機酸系
や樹脂系のフラックスが好ましく、具体的には有機酸系
のステアリン酸、乳酸、オレイン酸、グルタミン酸等、
樹脂系のロジン、活性ロジン等が挙げられ、これらは１
種で又は２種以上混合して使用する。フラックスのうち
でもハロゲンやアミン系のものは導電性繊維、金属粉
末、金型等を腐食させるので、その使用が好ましくな
い。フラックスの配合割合は、低融点合金に対し0.1〜
５重量であることが望ましい。含有量が0.1重量％未満
では導電性繊維、金属粉末の半田ぬれ性に効果なく、ま
た５重量％を超えると樹脂の物性が低下し、また金型の
腐食・汚れの原因となり好ましくない。このフラックス
は、通常、低融点金属に充填させておくことが望まし
い。

本発明に用いる（Ｅ）リン系酸化防止剤としては次の
構造式のものが挙げられ、これらは１種又は２種以上混
合して使用することができる。

リン系酸化防止剤の配合量は、熱可塑性樹脂に対して0.
1〜５重量％の割合で含有することが望ましい。配合量
が0.1重量％未満では導電性繊維や金属粉末の酸化膜除
去に不十分で、導電性繊維、金属粉末の半田ぬれ性が悪
く、また５重量％を超えると樹脂の熱変形温度が下がる
等、物性が低下し好ましくない。リン系酸化防止剤は通
常熱可塑性樹脂に配合しておくことが望ましい。

本発明に用いる（Ｆ）熱可塑性樹脂としては、ポリプ
ロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、
アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、変性ポ
リフェニレンオキサイド樹脂、ポリブチレンテレフタレ
ート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リエーテルイミド樹脂等が挙げられ、これらは１種又は
２種以上混合して使用する。

以下図面を参照して、本発明の導電性樹脂組成物の製
造を説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は長繊維状の導電性繊維と低融
点金属を集合させた導電性充填材の見取図である。すな
わち第１図（ａ）に示すように導電性繊維２の束の中に
フラックスを含有する繊維状の低融点金属３を一定数の
本数加えて収束させて導電性充填材1とする。そのほ
か、第１図（ｂ）のように導電性繊維２の表面に低融点
金属３を被覆したものを収束させたり、、第１図（ｃ）
のように束にした導電性繊維２全体を低融点金属３で被
覆したり、また第１図（ｄ）のように導電性繊維２の表
面に粒状の低融点金属３を付着集合させたりして、導電
性充填材1とする。第１図（ｅ）〜（ｈ）は、この導電
性充填材1の表面に金属粉末５とリン系酸化防止剤を含
有した熱可塑性樹脂層４を被覆形成し切断したペレット
10の断面図である。ペレット10を示す第１図（ｅ）〜
（ｈ）は、導電性繊維と低融点金属とを集合させた第１
図（ａ）〜（ｄ）の導電性充填材1にそれぞれ対応させ
て示したものである。ペレット10は通常その断面が円形
であるが、偏平、その他のものでも良く、特に形状に制
限されるものではない。

ペレットは、第２図に示したように、第１図（ａ）〜
（ｄ）に集合させた導電性充填材11を押出機12のダイス
13を通して導電性充填材11の表面に金属粉末５およびリ
ン系酸化防止剤を含む熱可塑性樹脂14を被覆形成一体化
し、次いでカッティング15を行って、ペレット16とす
る。ペレットの製造工程は連続的に行うことが経済的に
有利であるが、必ずしも連続的でなくバッチ方式で製造
してもよい。

こうして製造された導電性樹脂組成物は低融点金属の
融点以上の温度で射出成形して成形品とし、電磁波シー
ルドを必要とする電子機器、計測機器、通信機器等のハ
ウジングや部品として使用することができる。

（作用） 本発明によれば、導電性繊維、金属粉末、低融点金
属、フラックス、リン系酸化防止剤および熱可塑性樹脂
は、次のように作用し、優れた導電性が得られる。

すなわち、導電性樹脂組成物は射出成形機の加熱シリ
ンダー内において、導電性繊維および金属粉末が熱可塑
性樹脂に分散し、金型内に注入冷却固化する過程におい
て、低融点金属が融けて導電性繊維と融着結合し、導電
性繊維と導電性繊維とが低融点金属によって融着して網
目状態となり、そのまま冷却固化する。この場合、金属
粉末が導電性繊維と導電性繊維との仲立ちを行い、低融
点金属との結合を容易かつ強固にする。つまり、導電性
繊維間が離れている場合でも、その間に金属粉末があれ
ば、金属粉末を介して低融点金属で融着結合することが
できる。次に、導電性繊維と金属粉末と低融点金属とが
融着する際、製造工程中や乾燥時に形成された導電性繊
維と金属粉末の酸化膜が、リン系酸化防止剤の還元作用
によって除去され、フラックスによって導電性繊維およ
び金属粉末にぬれ性が付与されるために、導電性繊維と
金属粉末と低融点金属が強固に網目状態を形成する。も
し、導電性繊維と金属粉末に酸化膜が残っていたり、導
電性繊維のぬれ性が悪いと、導電性繊維の腐蝕や低融点
金属の遊離が起こり、樹脂の物性を低下させ、また導電
性も悪くなる。導電性繊維と導電性繊維が低融点金属と
強固に結合して網目状態となることによって、導電性が
著しく向上し、かつ樹脂の物性を損なうことがなくな
る。このことは成形品の樹脂分を溶剤で溶かしてみると
導電性繊維と金属粉末と低融点金属の結合した網目状態
を確認することができる。このような導電性の向上によ
って導電性繊維の配合量を低減できるし、また低融点金
属の分離や飛散がなくなり、作業上安全となる。

（実施例） 次に本発明を実施例によって説明する。

実施例 直径約50μｍの長尺の銅繊維300本と、フラックス２
重量％を含有する直径約300μｍの長尺の低融点金属（S
n60％、Pb40％）１本とを集合させた導電性充填材の表
面に、粒径５μｍの銅粉末５重量％とMARK PEP24（アデ
カアーガス化学社製、リン系酸化防止剤商品名）２重量
％とを含有するタフレックス410（三菱モンサント化成
社製ABS樹脂、商品名）を押出機のダイスを通して被覆
形成一体化し、冷却後切断して直径3mm、長さ6mmの導電
性樹脂組成物を製造した。この組成物を用いて低融点金
属の融点以上の温度で射出成形を行い成形品を得た。こ
の成形品について体積抵抗率、電磁波シールド効果およ
び機械的強度の試験を行ったのでその結果を第１表に示
した。成形品は80℃で3000時間の環境試験後において
も、体積抵抗率、電磁波シールド効果とも劣化せず、ま
た、機械的強度も初期値の80％以上保持しており、本発
明の極めて顕著な効果が確認された。

比較例 実施例において、銅粉末、低融点金属、フラックスお
よびリン系酸化防止剤を除いた以外すべて実施例と同一
にして直径3mm、長さ6mmの導電性樹脂組成物を製造し
た。また同様にして成形品を得、実施例と同様な諸試験
を行ったのでその結果を第１表に示した。

［発明の効果］ 以上の説明および第１表からも明らかなように、本発
明の導電性樹脂組成物は、導電性繊維と金属粉末と低融
点金属を併用し、かつフラックスとリン系酸化防止剤を
配合したことによって、導電性繊維のぬれ性が良好とな
り導電性繊維同士が低融点金属によって強固に結合され
て、高温における環境変化にも導電性が低下することな
く、シールド効果の経時安定性に優れている。また導電
性が優れていることから、導電性充填材の充填量を低減
することが可能であり、更に樹脂の本来の物性を保持す
ることができる。低融点金属が導電性繊維と強固に結合
したことによって、低融点金属の分離や飛散がなく安全
となり、成形加工性が向上した。この導電性樹脂組成物
を用いた本発明の成形品を電子機器、計測機器、通信機
器等に使用すれば極めて高い信頼性を付与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないし（ｄ）は本発明における導電性充填
材を示す斜視図、第１図（ｅ）ないし（ｈ）は本発明の
導電性樹脂組成物（ペレット）の断面図、第２図は本発
明の導電性樹脂組成物の製造工程を説明するための概念
図である。 1,11……導電性充填材、２……導電性繊維、３……低融
点金属、4,14……熱可塑性樹脂、５……金属粉末、10,1
6……ペレット。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）導電性繊維、（Ｂ）金属粉末、
   （Ｃ）低融点金属及び（Ｄ）フラックスからなる導電性
   充填材の表面に（Ｅ）リン系酸化防止剤を含む（Ｆ）熱
   可塑性樹脂を被覆形成一体化し、ペレット状に切断して
   なることを特徴とする導電性樹脂組成物。
2. 【請求項２】導電性繊維が、長繊維状の銅繊維、銅合金
   繊維、ステンレス繊維、アルミニウム繊維、ニッケル繊
   維、表面に金属層を有する有機繊維、又は無機繊維であ
   る特許請求の範囲第１項記載の導電性樹脂組成物。
3. 【請求項３】金属粉末が、銅粉末、黄銅粉末、ニッケル
   粉末、アルミニウム粉末、亜鉛粉末又は錫粉末である特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の導電性樹脂組成
   物。
4. 【請求項４】低融点金属が、Sn若しくはSn−Pbを主成分
   とする半田合金、Sn−Pb−Cd−Ag−Znを主成分とする高
   温半田合金、又はSn−Pb−Cd−Biを主成分とする低温半
   田合金である特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれ
   か記載の導電性樹脂組成物。
5. 【請求項５】フラックスが、ステアリン酸、乳酸、オレ
   イン酸、グルタミン酸、ロジン又は活性ロジンである特
   許請求の範囲第１項ないし第４項いずれか記載の導電性
   樹脂組成物。
6. 【請求項６】導電性繊維が、組成物全体に対して５〜80
   重量％の割合で含有する特許請求の範囲第１項ないし第
   ５項いずれか記載の導電性樹脂組成物。
7. 【請求項７】低融点金属が、導電性繊維に対して５〜30
   重量％の割合で含有する特許請求の範囲第１項ないし第
   ６項いずれか記載の導電性樹脂組成物。
8. 【請求項８】フラックスが、低融点金属に対して0.1〜
   ５重量％の割合で含有する特許請求の範囲第１項ないし
   第７項いずれか記載の導電性樹脂組成物。
9. 【請求項９】リン系酸化防止剤が、熱可塑性樹脂に対し
   て0.1〜５重量％の割合で含有する特許請求の範囲第１
   項ないし第８項いずれか記載の導電性樹脂組成物。