JPS6054967B2 - 導電性プラスチツクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱可塑性プラスチックに金属繊維を充てん、分
散させる導電性プラスチックの製造方法に関するもので
ある。

更に詳しくは、熱可塑性プラスチックに金属繊維を混練
、充填する際の金属繊維の切断、絡みを減少し、かつ均
一に金属繊維をプラスチック中に分散せしめ、ばらつき
の少ない、優れた導電性を有する導電性プラスチックを
得るための導電性プラスチックの製造方法に関するもの
である。

導電性フィラーを充填した導電性プラスチックは導電性
塗料、金属溶射などの表面コーテングにみられるような
りラック、剥離、腐食の欠点がなく、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、導電性フィラーを充填した導電性プラスチックと
しては、例えば炭素粒子、炭素繊維を使用したものがあ
るが、より優れた導電性、即ち、体積固有抵抗で１０Ω
・】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、炭素粒子や炭
素繊維を多量に配合しなければならず、多量に配合する
と、プラスチックの物性、成形性が悪くなり実用性がな
くなるためである。このため、最近ではより優れた導電
性を得るため、導電性フィラーとして金属繊維を用いる
もの”が実用化されている。

しカルながら金属繊維を用いるものは、熱硬化性プラス
チックあるいは比較的長繊維を混入し易いＳＭＣＮＢＭ
Ｃ成形方法においては実用化されているもの、、熱可塑
性プラスチックの一般的な成・形方法である射出成形、
押出成形などにおいては導電性が劣るため実用化はされ
ていない。

例えば熱可塑性プラスチックに金属繊維を混入し、射出
成形によつて１０Ω・ｄ以下の体積固有抵抗を得ようと
すると、少くとも１喀量％の金属繊維の混入が必要であ
つた。この場合プラスチックの物性の低下、成形性の低
下、さらには成形機のスクリューの魔耗等が発生する問
題がある。本発明者は、熱可塑性プラスチックに金属繊
維を混入し、混練、射出成形する過程を詳細に検討した
結果、混入された金属繊維が、混練、射出成形の過程に
於て、絡みや切断を生じ、一部では金属繊維が綿状に偏
在したり、必要以上に切断され粉末状で分散したりする
ことを見出した。

そこで、これらの問題点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電磁波遮蔽用材料、面発
熱体材料に要求される体積固有抵抗１０Ω・ｏ以下の安
定した特性を有する導電性プラスチックの製造方法を見
出したものである。即ち本発明は熱可塑性プラスチック
に金属繊維を充填、分散した導電性プラスチックを製造
するに方法において、予め金属長繊維を複数本束ね、集
束剤を用いて集束し、前記集束した金属繊維を１〜１５
Ｔｆａの長さに切断し、この切断片を熱可塑性プラスチ
ックに混練、充填、金属繊維を分散させることを特徴と
する導電性プラスチックの製造方法である。

本発明において使用される金属単繊維は、種種のものが
可能であるが本発明の効果を十分得るためには連続した
長繊維（伸線加工したステンレス鋼）あるいは長さ１０
ＴＩｒＩｔ以上の長繊維（切削加工した鉄、鉄合金、銅
、銅合金、アルミニウムなど）が好ましい結果を与える
。

１０ｍ以下の短繊維であ一ると一方向に金属繊維を集束
することが難しいためである。

金属繊維の金属組成、線径についてはプラスチックの種
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できるだけ細いほど、同一充てん量
の場合導電性が良．くなる傾向にあり、また本発明によ
る方法の効果も大きいことから５０μ以下のものが好ま
しい。本発明において集束した金属繊維の切断する長さ
を１〜１５ｗ１．と定めたのは、１ｍ以下であると少な
い充てん量においては良い導電性が得られず、プラスチ
ックに金属繊維を多く充てんする必要があるからである
。１５ｍ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金属繊維が絡み、また成
形品中に金属繊維を均一に分散するのが難しい欠点があ
る。

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
またはエマルジョンが好ましく、充填する熱可塑性プラ
スチッ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、ポリウレタンな
どの）溶液またはエマルジョンが使用できる。本発明に
おいて、集束した金属繊維を切断する場合のアスペクト
比（金属単繊維の長さ対直径の比以下同じ）は１００〜
２０００の値であることが導電性プラスチックとして均
一で良い導電性を得る上で好ましい。

これは金属単繊維のプラスチックへの充てん量が少なく
て、良い導電性を得るための金属単繊維のアスペクト比
を検討した結果判明したものである。すなわちアスペク
ト比１００以下では本発明方法の集束剤による集束を行
なつても金属単繊維を容積含有量として５％以上プラス
チックに充てんしなければ体積固有抵抗１０Ω・ｄ以下
の優れた導電性が得られない場合がある。またアスペク
ト比が大きい方が同一充填量においては導電性が良くな
る傾向にあるが、アスペクト比２０００以上になるとプ
ラスチック中で金属単繊維の分散不良が生じ導電性にお
いてバラツキを生じる。したがつて優れた導電性プラス
チックを得るためには金属単繊維の長さが１〜１５Ｗ！
Ｒであつて、アスペクト比が１００〜２０００の金属単
繊維を熱可塑性プラスチックに充填することが好ましい
結果を得られ、最適アスペクト比は２００〜１５００で
ある。本発明に於て、集束した金属繊維の集束剤に対す
る金属繊維の比が２０〜７喀量％であることが、混練時
の金属繊維の切断を減少する上で好ましい。これは、複
数本の金属単繊維を一方向に集束することにより各金属
単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、集束された金属繊維の剛性、曲げ強さ等が
向上し、集束していない金属繊維に比べ混練時の金属繊
維の切断が防止されるものと考えられる。上記、集束剤
に対する金属繊維の比が２喀量％以下となると、集束剤
の中に金属繊維が分散した状態となり、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、金属繊維
が樹脂との混練中にスクリューなどで切断されることが
あり、優れた導電性が得られない場合がある。

一方、集束剤に対する金属繊維の比が７喀量％以上とな
ると金属繊維が充分に集束されず、単独の金属繊維が残
り、これが樹脂との混練中に切断！され、充分な導電性
が得られない場合があり好ましくない。

集束後、切断した金属繊維をプラスチックに充てんする
方法については熱可塑性複合プラスチックの混練に使用
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、より良い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金属繊維を充填した熱可
塑性プラスチックに適した成形加工方法が可能である。
本発明が適用できるプラスチックは熱可塑性プラスチッ
クであれば良く、塩化ビニル、ポリスチレン、，ＡＢＳ
ｌ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、な；ど全ての熱可塑性プラス
チックに可能であり、用途により選定すれば良い。

次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 直径１２μの連続したステンレス鋼単繊維、１００本を
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、ステンレス繊維が５喀量％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繊維
を、切断機にて１−の長さに切断しこの切断片を金属単
繊維の含有量としてそれぞれ１，２，３，４，５，１０
容量％となるように，ＡＢＳ樹脂にりポンプレンダで混
合し、ベント式押出機（池貝鉄工製ＧＴＲ６５）にて金
属繊維を充填した複合ペレットを製造した。その後、前
記ペレットを射出成形機（名機製作所製ＳＪ３５Ｃ）に
て射出成形し、１０ｄ角、厚さ３？の導電性プラスチッ
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ックはステンレ
ス繊維の分散状態が良好で、繊維の切断も非常に少くな
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、集束剤に対するステンレス繊維の比
が、１喀量％となるようにローラーにて絞つたものを、
他の条件は実施例１と同じにして導電性プラスチック成
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。

さらに、集束剤を使用せず、１２μのステンレス長繊維
を単に１０７ｎに切断したものを実施例１と同様に１，
２，３，４，５，１喀量％となるようにＡＢＳ樹脂に混
練し、以後の工程は実施例１と同じ方法で導電性プラス
チック成形板を作成した。

体積固有抵抗を測定した結果を比較例２として第１表に
示す。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単繊維含有量が、５容
量％以下でも１０Ω・ｄ以下の体積固有抵抗を有する導
電性プラスチックが得られるのに対し、比較例２ては１
喀量％以上のステンレス単繊維を混練、充填しなけれは
１０Ω・ｄ以下の体積固有抵抗を有する導電性プラスチ
ックとはならない。

実施例２ 直径３５μ、長さ１５順の鉄繊維を約５Ｄ７Ｋ一方向に
配合させたものに、集束剤として粘度１００ＣｐＳ／２
５℃のＥＶＡエマルジョンを含浸させ集束し、鉄繊維含
有量が６喀量％になるようにローラーにて絞り、常温で
乾燥した。

その後、上記集束した鉄ノ繊維を５Ｗ１１．に切断し、
この切断片を鉄単繊維含有量がそれぞれ１，２，３，４
，５，１喀量％となるようにポリプロピレンに混合し、
混練押出機（川田製作所製ＫＣＫ３５）にて１０ｃｍ角
、厚さ３顛のプレートに成形した。このようにして得ら
れた導電性プラスチックの体積固有抵抗は第２表に示す
通りであつた。

また、比較のため集束剤を用いないで、実施例２で用い
た鉄単繊維を５１！１１１．に切断し、実施例２と同じ
方法で導電性プラスチックを作成し、体積固有抵抗を測
定した結果を比較例３として第２表に示す。第２表より
明らかなように、本発明によるものは鉄単繊維含有量が
５容量％以下でも１０Ω・ｏ以下の体積固有抵抗を示す
のに対し、比較例３では１０Ｓ量％以上の鉄単繊維を含
有しなければ１０Ω．ｄ以下の体積固有抵抗を示さない
。

実施例３ 直径がそれぞれ４，８，１５，５０μのステンレス長繊
維を５００本束ねたものを、集束剤として３００ＣｐＳ
／２５℃のアクリル樹脂の溶液（溶剤：トルエン）に浸
漬し、次いで集束剤に対するステンレス繊維の比が、３
喀量％になるようローラーにて絞り、１２０℃の熱風に
て連続的に乾燥を行つた。

その後、この集束されたステンレス繊維をそれぞれのス
テンレス単繊維の直径が異ることにそれぞれ１，２，５
，１０，１５ｍに切断し、この切断片をＡＢＳ樹脂にス
テンレス単繊維が３容量％になるように二ーダー（森山
製作所製Ｄｌ−５）にて混練し、複合ペレットを製造し
た。その後、当該ペレットを射出成形機（名機製作所製
ＳＪ３５Ｃ）にて射出成形し１ｊ角、厚さ３？の導電性
プラスチック成形板を得た。

このようにして得られた導電性プラスチックはアスペク
ト比の違いによりそれぞれ第３表に示す体積固有抵抗を
示した。

第３表から明らかなように金属繊維の長さ対直径の比が
１００〜２０００のアスペクト比を有するステンレス単
繊維をプラスチックに充填したものが、導電性プラスチ
ックとして均一で優れた導電性を示す。

一方、アスペクト比が１００以下又は２０００以上のス
テンレス単繊維を用いたものは、良好な導電性を示す場
合もあるが均一ではなく、問題を有する。以上、詳細に
説明したように、本発明の製造方法によれば、金属繊維
の充填量を５％以下としても良好な導電性を有し、この
ため、プラスチックの物性及び成形性の劣化が少い導電
性プラスチックを製造することできる。

従つて従来のプラスチックの物性値を基準として商品設
計ができ、金型などの修正もあまり必要とはならず、電
磁波遮蔽用材料、面発熱体材料、着色の可能な導電材料
、静電防止材料としての使用が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性プラスチックに金属繊維を充填、分散した
   導電性プラスチックを製造する方法において、予め５０
   μｍ以下の線径の金属長繊維を複数本束ね、集束剤を用
   いて集束し、前記集束した金属繊維を１〜１５ｍｍの長
   さに切断し、この切断片を熱可塑性プラスチックに混練
   、充填、金属繊維を分散させることを特徴とする導電性
   プラスチックの製造方法。 ２ 集束剤に熱可塑性樹脂の溶液またはエマルジョンを
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の導
   電性プラスチックの製造方法。 ３ 集束、切断した金属繊維の金属単繊維の長さ対直径
   の比（アスペクト比）が１００〜２０００の値を有する
   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
   の導電性プラスチックの製造方法。 ４ 集束した金属繊維の集束剤に対する金属繊維の比が
   ２０〜７０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ッ
   クの製造方法。