JPS61155461A - 熱可塑性導電材料 - Google Patents

熱可塑性導電材料

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JPS61155461A
JPS61155461A JP60285387A JP28538785A JPS61155461A JP S61155461 A JPS61155461 A JP S61155461A JP 60285387 A JP60285387 A JP 60285387A JP 28538785 A JP28538785 A JP 28538785A JP S61155461 A JPS61155461 A JP S61155461A
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filler
weight
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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、例えば導電結合、燃料電池の二極素子、他の
電気化学的装置等で使用され得る高導電性の熱可塑性材
料に係る。
このような材料は以下の特徴を同時に備えている必要か
ある。
一電気抵抗率ができるだけ小さく、例えば数Ωｃｍ〜敗
十Ωｃａｔ程度である、 一組成及び特性、特に電気的及び機械的特性の均一性に
優れている、 一該当する電気化学的装置で使用され得る触媒に対して
有害な添加剤を含んでいない、 −使用動作温度で電気化学的装置内を循環し得る流体に
対して化学的に十分不活性である、−原価が非常に安い
、 一押出、カレンダー加工、熱圧縮、射出等の作業工程に
よる経済的な工業生産が可能であって、一般に１ミリメ
ートル程度の厚さと数平方デンメートル〜ｌ平方メート
ルに達し得る表面積とを有するような表面積が大きく薄
板状の部品を大規模に生産できる、 −この材料から作成された板が脆弱でなく、しから電気
化学的装置その他の組立方法に適合し得、従ってそれ等
の部材を構成し得るような低温及び高ｒ：Ａ−１？の曲
げ強さか得られるような機械的特性を有している、 −Ｆｊ記部品の厚さにおいて十分な気密性及び液密性を
有している、 一該当用途に適合できるように特性が経時的に安定して
いる。
抵抗については、熱可塑性材料に金属充填物を配合する
ことにより満足できる材料を得ることが可能であるが、
このような材料の費用は非常に高価であり、更に金属充
填物は周囲媒体に対して化学的に不活性であり得ない。
以上の理由から、非常に安価で且つ反応性が全般的に極
めて低い炭素充填物を使用することがより有利である。
炭素充填物を含有する熱可塑性導電材料として既に種々
のものが製造されており、以下の論文中にも示されてい
るように多くが市販されている。
−炭素充填ポリマーの導電メカニズム（Ｅｌｅｃｔｒｉ
−ｃａｌ　　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｍｅｃｈａｎｉ
ｓａ＋　　ｉｎ　　ｃａｒｂｏｎ　　ｒｉｌｌｅｄｐｏ
ｌｙｍｅｒｓ）（’ｉｔｉ気・ｄｊ′−１，学゛′ｉ会
講ｌすｊ１°１゛１＋１・８．１１９月イ１．）月／６
月、９１３〜９１６頁）、 一モダン・プラスチックス・インターナショナル（Ｍｏ
ｄｅｒｎ　　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ）１９７６年３月、４５〜４７頁、 一電子工学誌（ＪＥＥ）１９７８年１１月、４２〜４５
頁、−モダン・プラスチックス・インターナショナル１
９８３年８月、３８〜４ｏ頁、 一リサーチ・アンド・ディヘロツブメント（Ｒｅｓｅａ
ｒｃｈ　ａｎｄ　　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｅｎｔ）１９８４
年５月、ｌ１８〜１２３頁、 −アドヒージブ・エイジ（Ａｄｈｅｓｉｖｅ　Ａｇｅ）
１９８４年６月１７〜２０頁。
しかしながら、これらの論文中に記載されてぃ憤 る製品で７記の特徴の全部を満たしているしのはない。
下記の第１表は、現在市販されている既知の製品の電気
抵抗率、製造方法、炭素充填率、及び高温での粘度指数
（メルトフローインデックス）を示したしのである。尚
前記指数は、表面積が大きく薄い部品の製造を経済的に
実施できるかどうかを条件付けるものである。
第１表 （１）：パルカン・エックス・シー（Ｖｕｌｃａｎ　Ｘ
Ｃ７２）カーボンブラック使用 （２）：カーボンファイバー使用。
従来方法（開放型混合機又はバンバリー型内部混合機）
で低い電気抵抗率を得るには、炭素充填率を非常に高く
しなければならないことが確認されよう。
こうして得られる製品は、高温での流動性が不十分であ
るか又は得られた製品が脆弱であるため、表面積が大き
く薄い部品を作成する経済的な射出成形には使用できな
い。
米国特許第４１２４７４７号は、予熱されたバンバリー
型混合機内で熱可塑性プロピレン・エチレン共重合体と
３０重量％程度の微粒状炭素との混合物を混練する不連
続式方法を開示している。予熱は１００°程度とし、混
線は３〜５分程度の間実施される。
このようにして得られる熱可塑性材料は、厚さ１５０〜
５００ミクロン、抵抗数ΩＣ輪程度のシート状に押出し
成形される。しかしながら、薄く大表面積の部品を得る
べく射出成形することは、既に述べた理由から実際には
不可能である。
本願出願人は、開放型又は閉止型（バンバリー型）混合
機を使用し、粉末状態の２成分を超高速混合機内で予め
混合した後、この混合物を押出機内で可塑化することに
より、上記の現状を改良するべく種々の実験を試みた。
第２表はこれらの実験の主な結果を要約したものである
。
第２表 この結果から判断すると、従来使用されている各種の方
法では、高温での流動性指数が著しく低いために表面積
が大きく薄い部品を射出成形し得ないような炭素濃度を
使用しなければ、十分導電性の材料を製造し得ないよう
である。
本発明の目的は、従来材料よりも小さい抵抗率、即ち数
十ΩｃＩｌ程度の抵抗率を有すると共に、非常に薄く且
つ破壊しにくい２導電性シートを得るべく工業的に上記
成形工程を実施し得るに十分な高温流動性を有する熱可
塑性導電材料を製造することにある。
本発明の一目的は、熱可塑性樹脂と３０〜５０％の粒状
炭素充填物との混合物を主成分とする熱可塑性導電材料
を提供することにあり、前記材料は更に、１０重量％未
満の繊維状炭素充填物を含有していることを特徴とする
。
予期しないことに、導電率が数倍という顕著な電気的特
性を有する製品が得られる。
−改良例によると、本発明の材料は以下のよう合機を使
用し、２本スクリューの回転速度を１５０〜２５０ｒｐ
自、各ゾーンの温度を１６５℃〜３００℃とし、前記２
本スクリューの第１のゾーン内に前記熱可塑性樹脂を連
続的に導入して圧縮及び予熱し、次に前記樹脂を２本ス
クリューの第２のゾーン内に位相して混練及び可塑化さ
せ、３０〜５０重屯％の粒状炭素充填物を分散させるべ
く２本スクリューの第３のゾーンに連続的に導入し、そ
の後、この混合物を押出ヘッドの出口で回収する。粒状
炭素充填物と同時又は別に、１０重量％未満の繊維状炭
素充填物を導入した。
好ましくは、大気圧から敢ミリバールの圧力下で前記混
合物を脱気するべく第３のゾーンに続いて形成された第
４のゾーンを有する２本スクリューが使用される。
前記方法を使用すると、予期せぬことに本発明の製品を
更に著しく改良することができる。
熱可塑性樹脂としてはエチレンとプロピレンの共重合体
、炭素充填物としては各種のカーボンブラックを選択す
ることができる。これらの炭素充填物は、樹脂への混入
が容易でありながら高導電性で且つできるだけ安価でな
ければならない。密度が小さければ小さいほど分散は良
好であるが、混入はより困難になる。従って、超微粒カ
ーボンブラックによる低充填率と、より粗粒で且つ混入
容易なカーボンブラックによる高充填率との間で可塑性
樹脂と粒状及び繊維状炭素充填物とを連続的に供給する
と、前記結果は容易に得られる。
本発明の他の特徴及び利６点は、本発明の材料の各実施
例に関する以下の記載から明らかになろう。
実施例１ 商品名プロパテン・ジー・ワイア０２エム（ＰＲＯＰＡ
−ＴＨＥＮＥ　ＧＹ　７Ｇ２　Ｍ）で市販されている種
のエチレン・プロピレン共重合体と商品名パルカン・エ
ックス−シー７２（ＹＵＬＣＡＮ　ＸＣ７２）テ市販さ
れテいルカーボンブラックとをバンバリー型内部混合機
（第２表参照）内で混合することにより従来技術の材料
を製造した。カーボンブラックの充填率は４７％とした
。予熱温度は１００℃、混練温度はｉ　５０　”Ｃ〜２
００℃とし、混練時間は５〜１０分とした。
この結果、抵抗率０．５４Ωｃｍの熱可塑性材料が得ら
れた。
本発明に従い、商品名モルガニト（ＭＯＲＧＡＮ　ＩＴ
Ｅ）■−８で市販されているカーボンファイバーを混合
物に添加することにより、前記と同一の条件で工程を実
施した。
前記ファイバを混合物の３重虫％の割合で添加した場合
、０，５４〜０．２Ωｃｍの抵抗率が得られた。
前記ファイバを混合物の６重量％の割合で添加した場合
、同様に０．５４〜０．２ΩＣｌ１１の抵抗率が得られ
た。このように、ファイバの添加により抵抗率は著しく
改良された。
実施例２ 実施例１と同一の主成分から出発し、第１図の混合機１
１を用いて３８％の粒状充填物を含有する熱可塑性材料
を製造した。
使用した混合機は、商標名ヴエルナー・ラント・ブライ
プラー（ＩＩＥＲＮＥＲｕｎｄ　ＰＥＬＥＩＤＥＲＥＲ
）で市販商品番号２ＳＫ３０及びＸ５Ｋ５７で市販され
ている混合機の直径は夫々３０ｍａ＋及び５７ｕ＋であ
る。
２本スクリューはスリーブ１−１ｏに包囲されており、
前記スリーブは後述するように１６５６Ｃ〜３００℃の
温度に調節される。２本スクリューはケーシング２０と
して略示したモータにより駆動され、そのプロピレン・
エチレン共重合体２２は、装置２５により、スリーブｌ
に包囲された２本スクリューの第１のゾーン内に導入さ
れ、樹脂は該ゾーンで圧縮及び予熱されるが、ゲル化は
完全に避けられなければならない。スリーブ２及び３で
２本スクリューは樹脂を混練及び可塑化し、スリーブ２
は２２０℃、スリーブ３は２９５℃に調節される。同様
に２９５℃に調節されたスリーブ４で、カーボンブラッ
ク型炭素充填物２４が導入される。該充填物は、予め重
量分析計２３において高精度で３８重量％に定量してお
く。
こうして樹脂内にカーボンブラック２４か混入及び分散
される。
混練及び分散はスリーブ５〜ｌＯにおける２本スクリュ
ー内で実施され、スリーブ５は２９５℃、スリーブ６〜
１０は２００℃に調節される。混合物の脱気は、スリー
ブ９において例えば５５ミリバールで実施される。
得られた混合物は、２５０℃程度の温度に調節された押
出ヘッド３０を通る。押出は、夫々直径数ミリメートル
の１０個の孔部を有するダイを介して実施され、ダイの
出口における材料の温度は２７０℃程度である。こうし
て形成された線状体は水槽に通され、造粒機に導入され
る。
２本スクリューを２５Ｏｒｐｍで回転させた場合、例え
ば５５Ｋｇ／時程度の材料生産高が得られる。
得られる材料の抵抗率は０．７０Ωｃｍであった。この
場合、カーボンブラックの充填物は実施例１よりも著し
く小さいことに留意されたい。
本発明に従い、既に３８％のカーボンブラック、パルカ
ン・エックス・シー７２を含有している前記混合物に、
３〜９重量％の繊維状炭素充填物を添加した。驚くべき
ことに、３〜６倍の導電率が観察された。第２図に示す
ように、カーボンファイバーの添加量Ｃが３％、６％及
び９％の場合、抵抗率ρは順に０．２５．０．１４及び
０．１２ΩＣｌ１１であった。
カーボンファイバーを単独で使用すると、従来使用され
ているより著しく高い充填率とした場合でも、大きな抵
抗率となった。例えば、６０％のナイロン６／６と４０
％のり、Ｎ、Ｐ、製カーボンファイバーとの混合物の抵
抗率は５〜２０Ωａｍであった。
出願人は、本発明に従って長さの短いカーボンファイバ
ーを６％充填した導電性混合物により、先述と同一の条
件で非常に優れた導電率及び以トの全品質 一硬度＝６０〜７０ショア、 一可撓性：厚さ１．５ｍｍ＋の部材で破損することなく
直径１５０ａ＋ａの円孤状に撓曲可能である、−引張り
強さ二館記部材が耐え得る最大応力２．５〜３．５ｄａ
Ｎ／＋ｍ’（延び率４．０〜７．５％）、−熱的不活性
及び化学的不活性、 を有する燃料電池の二極部材を製造した。
当然のことながら本発明は、特に２本スクリュー型とい
う混合機の型、各スリーブの調節温度、熱可塑性樹脂及
び炭素充填物の性質に関して、上記の具体例に限定され
ない。
特にカーボンブラックのパルカンの代わりに別の粒状炭
素充填物を使用してもよい。例えば、アクゾ（ＡＫＺＯ
）社の商標ケラトジエン・ブラック（ＫＥＴＪＥＮ　Ｂ
ＬＡＣＫ）は、充填率２５％でパルカン３８％と同一の
抵抗率が得られた。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の材料の製造用装置の一興体例を示す
概略図、第２図は、本発明の材料の繊維状炭素充填物濃
度Ｃ（％）の変化に伴う抵抗ρ（０ｃｍ）の変化を示す
グラフ（曲線Ｆ）である。 ２４・・・・・・カーボンブラック、３０・・・・・・
押出ヘッド。 ＦＩＧ、１

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）熱可塑性樹脂と３０から５０重量％の粒状炭素充
    填物との混合物から成る熱可塑性導電材料であって、更
    に１０重量％未満の繊維状炭素充填物を含有しているこ
    とを特徴とする前記材料。
  2. （２）前記熱可塑性樹脂がプロピレンとエチレンの共重
    合体であり、前記粒状炭素充填物が３５から４５重量％
    のカーボンブラックであることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の材料。
JP60285387A 1984-12-18 1985-12-18 熱可塑性導電材料 Pending JPS61155461A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8419359A FR2574803B1 (fr) 1984-12-18 1984-12-18 Materiau thermoplastique conducteur de l'electricite et procede de fabrication d'un tel materiau
FR8419359 1984-12-18

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