JPS62190605A - 導電性プラスチツクの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱可塑性プラスチックに金属繊維を充填、分散
させた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、かつプラスチッ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ックを得るた
めの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

４電性フイラーを充填した４電性プラスチ／りは、導電
性塗料、金属溶射などの表面コーティング法にみられる
ような、クラック、判面１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など
があるが、優れた導電性、即ち、体積固有抵抗値で１０
Ω・ｃｍ以下の特性を得ることは困難であった。これは
導電性を向上させようとすると導電性フィラーを多量に
配合しなければならず、多■に配合するとプラスチック
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
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
。

しかし熱可塑性プラスチックに金属繊維を混入し、射出
成形によって１０Ω・ｃｍ以下の体積固有抵抗値、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、プラスチックの物性低下、成形性の悪
化、成形機のスクリュー摩耗、成形品が重くなるなどの
問題があった。

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５８星％以下混入することで体積固有抵抗値
ｌＯΩ・ｃｍ以下の導電性を有する導電性プラスチック
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「江、ポータプルテレビ、ポータプルビデオ
、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、成形条件によっ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以下の金属繊維番使用し
、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、
プラスチッ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３ ｍ線の金属繊維を熱可塑性プラスチックに充填し、均一
に分散させるためには、分＋ｌｋ　Ｌ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１１にす
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、
プラスチック中に均一に分散する方法を見出すために種
々の検胴を行った結果、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
、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（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ックに
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、感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った長繊維で
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、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１０μ
ｍ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ｌｍｍ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
ラスチッ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、プラスチックの剛性
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ッ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
塑性プラスチックに混練、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Ｗ電性プラスチ
ッ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、
ポリスチレンなどの溶液又はエマルジョンが使用できる
。

本発明において、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、プラスチッ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っていると
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ュ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８里で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
スチックに充填する方法については熱可塑性複合プラス
チックの混純に使用するロール、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（、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ックに可能
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１）シ性が良くなり、かつ少ない充填
量で良好な導電性が得られる理由にっいては次のことが
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
スクリュー等の切断力を受けて切断され曲がり易くなる
。一般的にプラスチッ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、曲がっている。

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　＠後の短繊維となるが、その
形状は曲っ七おらず折れた状態になっている。

プラスチック中で導電性を得るためのネットワーク構成
には曲がったものが、絡み合った方が良いが、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
（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、まずプラスチックに
混練、充填してペレッ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（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
まプラスチック中に分１１４１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、
かつ曲がっ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、１００
０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（溶剤二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容匿％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
った。

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（池貝鉄工製ＣＴＲ
６５）にて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ａ製作所製５Ｊ
３５Ｃ）にて射出成形し、１０ｃｍ角、厚さ３ｍｍ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っていることが認められ体積固有抵
抗は第１表に示す通りであった。

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本集束レムものを、他の条件は実施例（１
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。

第１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Ａ
ＢＳ樹脂中のステンレス鋼繊維の含を量が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
スチックが得られる。

ステンレス鋼繊維だけを集束した比較例ｆｌ）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った魂が多く認められ、外観上
悪いものであった。

プラスチッ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〜］　、　
５ｍｍ長の繊維が均一に分散されていたが比較例（１１
の場合０．８ｍｍｍｍ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、２００
０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）に浸清し、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った。

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５１の長さに切断し、こ
の切断片をステンレス鋼繊維含有■としてそれぞれｌ、
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、ヘント式押出機（並置鉄工製ＣＴＲ６５）
にて繊維を充填した複合ペレットを製造した。

その後、前記ペレットを実施例（１）と同じ方法で射出
成形し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
ラスチック中に分散されており、体積固有抵抗は第２表
に示す通りであった。

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（２）として第２表に示す。

第２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Ａ
ＢＳ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ックが得られる。

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った。

プラスチッ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
　、５ｗｍであったが、比較例（２）の場合０．３ｍｍ
ｍｍ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ｊＹＬ
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ｌ０１７
０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ョン溶液に浸清し
、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
を行った。

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ａ（用田製作所製ＫＣＫ３５）にて１０ｃｍ
角、厚さ３ｍｍ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表に示す通りであった。

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本集束レム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ックを製造した結果を
比較例（３）として第３表に示す。

全屈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＋＆Ｍ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ックを製造した
結果を比較例（４）として第３表に示す。

第３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、プラスチック中
に均一に金属繊維が分散され、優れた導電性プラスチッ
クの製造が可能となった。

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
プラスチックとはならなかった。

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２０００
ｃｐｓ／２５°Ｃ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った。

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ａ（用田製作所製ＫＣＫ３５）にて１０ｃｍ角、厚さ
３ｍｍ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の体積固を
抵抗ならびに分散状態は第４表に示す通りであった。

第４表 第４表から明らかなように切断長さによりプラスチック
の導電性に変化が認められるが、１〜１５ｍｍの長さで
あれば、使用可能な導電性を有していた。

〔発明の効果〕

以」二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
してもプラスチッ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
ためプラスチッ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デックを製造することができる。

従って、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、単繊維直
   径が１０μｍ以下の金属長繊維と、単繊維直径が１０μ
   ｍ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ックに混練、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
   電性プラスチックの製造方法。 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ック
   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ョンを用
   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ックの製造方法。 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ックの製造方
   法。