JPS58209004A - 導電材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気固有抵抗が材料の応力荷重と関係がある導
電材料に関するものである。

電気固有抵抗が材料の応力荷重と関係がある導電材料は
「圧電固有抵抗」と称されることがあり、広い範囲の用
途をもつ既知の材料で構成される。

既知の材料の例は多く、これらの製造と用途は１９７０
年にｌｉ；１ｓｅｖｉｅｒ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃ
ｏ、　Ｌｔｄ、から刊行されたアール・エイチ・ノーマ
ン著「導電性ゴムとプラスチックス」に記載されており
、この刊行物はニー・ニス　ライブラリー　オプ　コン
ブレス　カタログ　カード番号７８−１２２９５８でカ
タログが作られている。

本発明の目的は、電気固有抵抗が比較的吐く材料の応力
荷重と関係がある、新規の改良された導電材料を提供す
ることＱこある。

本発明Ｏこよれば、電気固有抵抗が応力荷重と関係があ
る導電材料を提供し、この材料はシリコーンゴム、黒鉛
炭素および複数の脂肪酸を混和した植物油の均質配合か
ら成り、シリコーンゴムと植物油は共にシリコーンゴム
が７０〜９０％、植物油が３０〜１０％の範囲Ｇこある
単位容量を形成し、黒鉛炭素が前記単位容量ｄ当り５０
〜９０％の範囲の７重量であり、その構成は材料が５０
０　Ｍｔｎ−を超えない応力荷重Ｇこ対し５００　ｏｈ
ｍ−ｍを超えない電気固有抵抗を有し、５００９７ｋｒ
ａ”の応力変化に対し固有抵抗、変化の大きざが少なく
とも１　ｏｈｍ−ｍである。

本発明の範囲内でシリコーンゴムはアイ・シー・アイや
ダウ・コーニングで製造されるような多数の既知のシリ
コーンゴムのいずれか１種であり、同様に植物油は複数
の脂肪酸を混和した多数の既知の植物油のいずれか１種
であってもよい。組成および黒鉛炭素の相対量に対する
シリコーンゴムと植物油の相対量を選択するＱこは、材
料の物理的電気的特性を測定する。この選択は材料の意
図する用途に依存する。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

本発明による材料の各実施例は組成およびＣ物理的電気
的）性質において記載しており、各材料は、成分を均質
に配合するための回転シャーミキサー（例えばケンウッ
ド・シェフこね混ぜ機）（こおいて同定した分量と割合
で成分を充分に混合して製造した。シリコーンゴムがシ
リコーンガムとこのガムのための加硫剤から成る場合は
すべて材料を厚さ１ｍｓのシートに固め、各試料を１５
ＱｓｍｘｌＱｍｍに切断し、少なくとも５時間２８°Ｃ
で６５％、の相対温度に一定に保ち、少なくとも１６時
間経過後に試験した。採用した試験法は最初１０Ｑｓｍ
間隔で各試料をはさみ道具のあご部ではさみ、一方のあ
ご部を固定した位置に保持し、他方のあご部を試料が引
伸ばされるように動かした。破壊するまで引伸ばした試
験では、可動あご部を一定速度２５．４Ｃｍ（１０イン
チ）７分にて動かした。動的試験Ｃｍ（５０インチ）７
分にて、直接連続して一定した時間数で５０％伸びるま
で引伸ばした。各場合において、可動あご部に加えた荷
重を２で表し、試料の断面積の応力を７／４−で計算す
ることができるようにする。

第１〜４図は黒鉛炭素の種々の荷重を有する試料（こ対
する応力／ひすみ特性を示す。第１図は植物油を含有し
ない試料を示す。第２図はオリーブ油を含有する試料を
示す。第８図はやし油を含有する試料、第４図は落花生
油を含有する試料を示す。第２．８．４図は各々５０％
、７０％および９０％での黒鉛荷重に対する特性を示す
。油がゼロの第１図から落花生油含有の第４図まで物理
的性質が改良されている。第２〜４図の試料は一定の１
７容量％の適当な油を混入したが、特定のシリコーンゴ
ム（Ｊ　−Ｓｉ１社製の「０２００５Ｊは室温加硫であ
り、ジルコセット（Ｓ１１ｃｏｓｅｔ　）　１０５　、
すなわちアイ・シー・アイ社製の強化用炭酸カルシウム
充てん剤を充てんしたＫＰ　４１１と正に同じである）
および黒鉛炭素の粒径（５５μｍ）は各場合に同じであ
る。

第５〜９図は第１〜４図に関連した一定の試料に対する
電気抵抗／応力荷重特性を示しており、試料に６０％ひ
ずみに対し５サイクルの伸びをかけた。伸び率は２５．
５Ｃｔｎ／分または５０　、８　Ｃｍ１分または１２７
．０ｃｍ／分である。従って第５図は油を含有しない試
料を示しており、各サイクルはかなりのヒステリシス効
果を示し、ヒステリシスループの性質は各サイクルで異
なる。従ってヒステリシス効果の予測性の度合は最小で
ある。この試料は５０％の黒鉛炭素を含有していた。７
０％の黒鉛炭素を含有する（油を含有していない）試料
に対する、同様の試験は、試料の破壊が早過ぎたので良
い結果が得られなかった。

第６図はやし油の存在で５０％の黒鉛炭素を充てんした
試料を示し、１分間当り２５．４Ｃｍ、５０．８ｃｍお
よび１２７　、０ｃｍにて循環する伸びを与えた。各場
合において、ヒステリシスループがあるが、各サイクル
のループはサイクル当り１の伸び率から他の伸び率まで
ほぼ一定のままであり、従って予測することができ、ヒ
ステリシス効果は第５図に示したものより実質的しこ小
さい。

１２７．９ｃｍの伸びを与えた。最低の伸び率でヒステ
リシスループがあるが、効果は極めて小さく無視できる
ことが観察される。１分間当り５０．８ｃｍの中間伸び
率では、再びヒステリシスループはほぼ無視することが
でき、各サイクルは一定である。

１分間当り１２７．０ｃｍの伸び率では、ヒステリシス
ループは幾らか重要であるが、やし油の場合よりも顕著
性が小さく、サイクルからサイクルまで一定である点で
予測がつく。

第８図は落花生油の存在で７０％の黒鉛炭素を充てんし
た試料を示し、１分間当り２５　、４Ｃｍ、　５０．８
”＋　１２７　、　Ｑｃｍの伸び率を与えた。各場合に
おいて、ヒステリシスループは１の伸び率から他の伸び
率まで極めて小さい範囲でほぼ同じであり、サイクルか
らサイクルまで一定のままである点で予測がつく。

第９図は落花生油の存在で９０％の黒鉛炭素を充てんし
た試料を示し、１分間当り２５　、４ｃｍ、　５０．８
１０ｍ＋１２７．Ｑｃｒｎの伸び率を与えた。各場合に
おいて、ヒステリシスループの大きさは極めて小さく、
サイクルからサイクルまで、１の伸び率から他の伸び率
まで一定のままで予測がつく。

各第６〜９図は実際に、比較可能性の関心から配列され
る８種のグラフの合成であり、抵抗と応力の数値が同じ
である。特に抵抗の変化は各場合において著しい。やし
油は抵抗の変化が約１０にΩから数百にΩまでであるが
、落花生油は１または２にΩ程度の極めて低い初期抵抗
を示し、その変化（７） は約４０にΩまでである。

各第１θ〜１２図は落花生油の存在で黒鉛炭素を充てん
した試料を示し、１分０間当り２５．４Ｃｍ。

５０．８ｃｍ　、　１２７　、０ｃｍの割合で５０％の
ひずみまで伸びをくり返し循環させて、応力／ひすみ特
性を示すようにした。第１０図において、５０％の黒鉛
炭素では、試料の物理的性質におけるヒステリシス効果
はどの伸び率でも無視できる程小さい。

第１１図は落花生油の存在で７０％の黒鉛炭素を充てん
した試料からほぼ同じ効果が得られ、第１２図は落花生
油の存在で９０％の黒鉛炭素を充てんした試料からほぼ
同じ効果が得られることを示している。

各第１８〜１５図は、やし油の存在で黒鉛炭素を充てん
した試料を示し、１分間当り２５．４Ｃｍ。

５０．８ｃｉ、　１２７．Ｑｃｍの割合で５０％のひず
みまで伸びをくり返し循環させた応力／ひすみ特性を示
す。第１８図において、５０％の黒鉛炭素では試料の物
理的性質Ｑこおけるヒステリシス効果はどの伸び率でも
極めて小さい。第１４図はやし油の存（８） 、在で７０％の黒鉛炭素を充てんした試料からほぼ同じ
効果が得られ、第１５図はやし油の存在で９０％の黒鉛
炭素を充てんした試料からほぼ同じ効果が得られること
を示している。第１０〜１２図および第１８〜１６図の
比較から、特に、落花生油を含有する試料の物理的性質
におけるヒステリシスの大きさがやし油を含有する試料
よりも著しく良好であるが、各場合において、油を含有
しない試料によって示されるものよりもヒステリシス効
果が実質的に小さい。

第１表には第１〜１５図に示した特性を有する試料の種
々のパラメーターの各数値を示す。

第　　１　　表 １０％植物油と種々の肘の黒鉛を含有するシリコセット
１０５０こ対する電気的伸びデータ 第１〜１５図および第１表に示した種々の植物油すなわ
ち、オリーブ油、やし油、パーム油および落花生油はそ
れぞれ不揮発性植物油と表現されるが、この「不揮発性
」の粕は油中に揮発性成分がないことを意味する。実質
的にすべての植物油はオレイン酸とリノール酸を含有し
、これらの酸は共に不飽和脂肪酸であり、上記物理的電
気的性質が認められる植物油において、これら２種の不
飽和脂肪酸が配合されていると信じられている。

特【、オレイン酸成分は試料の製造中可塑剤として働く
が、リノール酸成分は黒鉛粒子に対する分散剤として働
くと考えられる。配合におけるこれら酸成分は、回転シ
ャーミキサーによる材料中の成分の混合の持続により、
接近した分子の大きさまで黒鉛炭素を物理的に破壊する
と思われる。この理論は若干の試料における電子顕微鏡
試験によって支持されたが、試験は全部の試料には行わ
なかった。しかし、油におけるこれら不飽和脂肪酸の比
較量は、落花生油がオリーブ油よりも実質的に良い結果
を生むので、材料によって達成される、特性の本質に影
響される。同時に飽和脂肪酸成分の効果は、ココナツ油
を含有する試料によって達成された良好な特性によって
示されるようＱこ無視できない。第２表Ｇこは先Ｇこ述
べた種々の植物油の脂肪酸成分を示す。

以下、実験例に基づき本発明を説明する。

実験例１ １０ｍｊ（８２，６４％）のシリコーン重合体ガム（ｇ
’ｐ４１１−工０工）、（０，８８％）重合体用加硫削
、２ｍ（１６，５８％）の落花生油を含有する圧電固有
抵抗組成混合物を混合し、、１１（８，８％）の黒鉛粉
末８００またはこれ以上のメツシュサイズ（英国標準４
１０によりく５８μｍ）を混合物に混合し、回転シャー
ミキサーで混合した。得られた弾性材料を型に入れ固め
た。材料の試料を試験した結果、５０９段階で加えた荷
重（９）に対する電気抵抗の変化を２５０９まで記録し
た。記録した抵抗は２０ＭΩ以下がなかった。２，８．
４および８ｇの分量の黒鉛を含有する試料についてそれ
ぞれ相当する試験をした。また試料を破壊するまで引っ
張り、たわみ性を、破壊によって失敗する前に連続１８
０°ベンドまたは曲げの数をかぞえて評価した。

これらの試験結果を第８表および第１６図に示した。

（１５） 第　　８　　表 黒鉛粉末の分量が増加すると試料の電気抵抗が減少する
ことは明らかである。また破壊ひずみは減少するが、試
料のたわみ性の増加は大きい。約１５％以上の黒鉛含量
に対し、静的電気抵抗はにΩの範囲であり、応力荷重全
体にわたってにΩの範囲の１１である。

また、固定した量で応力を与えた場合、抵抗値は最初変
化し、次いで僅かな量で減ったが、最初にくり返して荷
重をかけ次に除いた場合、すなわ（１６） ち荷重をかけ次に荷重をかけないことをくり返した場合
、静的荷重に対する抵抗には変化がながった。従って観
察された抵抗クリープ応答は試料の必須条件（すなわち
くり返した荷重サイクル）によって抑えることができる
と考えられる。

黒鉛粉末８９を含有する試料をさらに試験しも実際に加
えたひずみの変化に対する抵抗の変化が注目され、その
結果を第１８図に示した。２種の試料を試験しく１〜２
闘厚さ）、その結果を平均した。第１８図の曲１！　（
ａ）は抵抗かにΩの範囲にあり、抵抗の変化も少なくと
も７５％ひずみについてにΩの範囲にあることを示して
いる。このグラフがほぼ直線であることは注目される。

実験例２ 実験例１に類似の組成物を調製したが、ＥＰ４１１の代
りにダウ・コーニング・シリコーン・エラストマー（Ｑ
８−８８２１）を用い、８９の黒鉛粉末を用いた。試料
の大きさと試験はくり返して行い、得られた結果を第４
表および第１７図、第１８図の曲ｉ　（ｂｊ　＆こ示す
。

第４表 この実施例では静的抵抗はにΩの範囲であり、抵抗は約
７５％のひずみの変化についてにΩの範囲でかなり増加
する。

実験例８ 実験例１と同じ組成物で８グの黒鉛粉末を含有する組成
物を調製し、非配向性炭素繊維（１，５Ｇｉ）を混合物
に添加した後、硬化剤を添加した。得られたエラストマ
ー材料を試料に切断し、試験してその結果を平均した。

各試料の厚さはｌ　ａ＠であった。静的抵抗はにΩの範
囲であり、２０’０９の全荷重を５０９段階で加えた。

測定した抵抗の変化はにΩの範囲（１，８にΩ〜７０に
Ω）であった。平均破壊ひずみは２８８％であり、４０
０回以上の１８０°曲げを破壊まで行った。静的抵抗は
０．６５にΩであった。

実験例４ １ＱＱｉｔのＲ８（ラジオ・スペアーズ）シリコーンコ
ムガム、２０４の落花生油、および８０ｇの黒鉛粉末か
ら成る組成物を調製した。このゴムガムは空気中で硬化
するので硬化剤は添加しなかった。混合物を硬化するま
で放置しく２４〜４８時間）、その間に酢酸を放出させ
た。８種の試料を試験し、その結果を平均した。静的抵
抗はにΩの範囲であツタ（８，８にΩ；　４．１５０ｈ
ｍ−ｍ）。２００９　（ｒ）全応力荷重を５０９段階で
加えた。抵抗の変化を１００９までにΩの範囲で測定し
た後、抵抗は２０ＭΩを超えた。平均破壊ひずみは５５
０％で、４００回以上１８０’曲げを破壊するまで試料
に加えた。この組成物は約１００９までの荷重を加えた
ＥＥ１ｉＥ抵抗器として用いるのに適している。

試験した種々の試料および上記の実験例において、シリ
コーンゴム（特にこれはイソプレンゴム、ネオプレンゴ
ムおよびラテックスゴムとは区別される）は、ダウコー
ニング組成物またはアイ・シー・アイ組成物またはラジ
オ・スペアーズ組成物であったが、いずれの場合にも製
造業者が勧める適当な硬化剤を添加した。しかし、他の
種類のシリコーンゴムを使用することができ、エラスト
マーの性質を得るためにゴムガムを硬化する必要がない
場合、ガムを硬化しないままにしてもよい。

非硬化シリコーンゴムを適当な膜で被覆すると、ひずみ
荷重がないときに応力荷重に電気的に反応しやすいこと
が考えられる。同様に材料の炭素分は他の種類の炭素と
は違って黒鉛炭素である。黒鉛炭素は例えばアセチレン
ブラック（−［１７）炭−Ｘである）に見られる球状形
とは違った一般に線状形に構成された板状体として存在
することが知られている。

シリコーンゴムは２種類存在し、ひとつは高温で加硫し
、他のひとつは室温で加硫し、それぞれシリコーン鎖の
橋かけ結合が起こる。使用したいシリコーンゴムは、ジ
ブチル錫ジラウレー）（ＤＢ’ｌ’Ｌ）を用いる縮合反
応によって都合よく室温で加硫されるゴムである。これ
は植物油を除去しないで硬化させることができるからで
ある。実験例の方法では落花生油は９５°Ｃで沸とうす
る。

また、我々は材料中の植物油の分量をかなり変化させる
ことができるが、上記の単位容量の約１０％以下の濃度
では、材料の成分の一様でない分配のために際立った傾
向があり、植物油がないときに示したものと類似して比
較的物理的性質が劣ることを見出した。

単位容量の約８０％以上の濃度では、物理的に望ましく
ない小滴の形で材料の表面に蓄積する過剰油のために際
立った傾向があり、濃度が実質的に単位容量の８０％以
上である場合、材料の硬化を妨げるかまたは少なくとも
大いに遅らせる傾向がある。植物油が１０〜８０％の範
囲内では、材料の応力荷重によって変化する低い抵抗値
を有する種々の用途に対し、許容し得る品質を材料がも
っことを見出した。植物油に落花生油を選ぶ場合、単位
容量の約２０％の油濃度で最適の特性が得られた。

引用した固有抵抗図は測定した電気抵抗および既知の試
料の寸法から計算した。

【図面の簡単な説明】

第１−４図は黒鉛炭素の種々の荷重および種々の植物油
含有量での材料の応力／ひすみ特性を示したグラフであ
り、 第５〜９図は第１〜４図に関連した材料を選択し、電気
抵抗／応力特性を示したグラフであり、第１０〜１２図
は８種の固定した循環速度で循環させて、くり返し引伸
ばした（ひずみをかけた）落花生前混入材料に対する応
力／ひすみ特性を示したグラフであり、 第１８〜１５図は第１０〜１２図に相当するがやし油混
人材料に対する応力／ひすみ特性を示したグラフであり
、 第１６．１７図は特定材料Ｇこ対する特定の試験結果を
示したグラフであり、 第１８図は２種のシリコーンゴムに基づく２種の特定オ
料のひずみ／ｒ１Ｌ気抵抗特性を示したグラフである。 得 掘 手続補正書 昭和５８年　６月　１６日 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願第　４６１０８　　号２、発明
の名称 導電材料 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 名称　　　ユニバーシティ・オブ・ストラスクライト５
゜ ６、補正の対象　　　願書の特許出願人の欄、委任状、
図面２６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電気固有抵抗が応力荷重に関係があり、材料がシリ
   コーンゴムと黒鉛炭素の均質配合から成る導電材料にお
   いて、 材料がさらに複数の脂肪酸を混和した植物油を含有し、
   シリコーンゴムと植物油は共にシリコーンゴムが７０〜
   ９０％、植物油が８０〜１０％の範囲にある単位容量を
   形成し、黒鉛炭素が前記単位容量の−当り５０〜９０％
   の範囲のり重量で存在し、そのＷＩ！成は材料が５　Ｑ
   　Ｑ　９／ｍｔ”を超えない応力荷重に対し５００　ｏ
   ｈｍ−ｍを超えない電気固有抵抗を有し、５Ｑ０９／ａ
   ｘ”の応力変化に対し固有抵抗変化の大きさが少なくと
   も１　ｏｈｍ−ｍであることを特徴とする導電材料。 ｌ　　前記シリコーンゴムがシリコーンガムとこのガム
   のための硬化剤とから成り、前記ガムと硬化剤が各々１
   ００対１の容量割合で存在する特許請求の範囲第１項記
   載の導電材料。 ＆　　５００９／ａｍを超えない応力荷重に対し、応力
   ／ひすみ関係が弾性である特許請求の範囲第２項記載の
   導電材料。 森　前記シリコーンゴムが不活性光てん剤を充てんした
   シリコーンガムから成る特許請求の範囲第１〜８項のい
   ずれか１項に記載の導電材料。 五　前記植物油をオリーブ油、ココナツ油、パーム油お
   よび落花生油から成る植物油群から選ぶ特許請求の範囲
   第１〜４項のいずれか１項に記載の導電材料。 ａ　前記黒船炭素が５５μｍを超えない大きさを有する
   粒状形である特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項
   に記載の導電材料。