JPS63150808A

JPS63150808A - 複合材料

Info

Publication number: JPS63150808A
Application number: JP29676886A
Authority: JP
Inventors: 政道倉元; 南潟　信一; 保幸蔵田; 宮川　博司
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1986-12-15
Publication date: 1988-06-23

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】Ａ産業上の利用分野この発明は、高い誘電率を有する複合材料に関するもの
である。

Ｂ従来の技術現在使用されているコンデンサ（低電圧用）には、大き
く分けて紙コンデンサ、プラスチックフィルム、電解コ
ンデンサ、セラミックコンデンサの４つのタイプのもの
がある。

このうちのセラミックコンデンサは、誘電率が大きく、
高周波における損失が小さいという利点があることが知
られている。

一方、プラスチックフィルムコンデンサは、加工性が良
＜　ｔａｎ　δ（誘電正接）が小さいという利点を有す
るものである。

Ｃ発明が解決しようとする問題点ところで、セラミックスは、その木質的な特性として硬
質であることが挙げられるが、このことは逆に加工性の
点から見ると柔軟性、脆性、靭性が不足するものである
ということができ、工作を行う場合には難点となって現
れてくる。

また、プラスチックフィルムについて見ると、このもの
の出発原゛料の特性から話電率（６１゛）が本来的に小
さいという欠点を免れない。

このことから、プラスチックフィルムと同様の加工性を
有しながら、しかもε１”の大きな材料を見出すことが
この業界においては急務となっていたのである。

Ｄ問題点を解決するための手段この発明は、上述のような要請に応えるべく検討を加え
た結果到達したものであって、ａ、ポリオレフィン、ポ
リ塩化ビニル、アクリル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン
、ポリカーボネート、ポリスチレン樹脂、ポリエステル
樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン
、フッ素ゴムなどの群から選ばれた１種または２　ｆ！
ｉ以上の熱可塑性樹脂とｂ　、　Ｐ　Ｚ　Ｔ　、　Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏｓおよび
ＰＬＺＴのうちから選ばれた１種または２種以上のセラ
ミックスとｃ、カーボンブラック、とを複合させた製膜が可能なコンデンサ用複合材料、に
関するものである。

Ｅ作　用この発明で使用する熱可塑性樹脂としては、通常、熱可
塑性樹脂と指称されているものであれはいずれも使用す
ることが可能であるが、そのなかでも入手し易い材料で
あることから、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、アク
リル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート
、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン、フッ素ゴムなどの
群のうちから適宜選択して使用する。

また、セラミックスとしては、圧電性を有するものを使
用し、具体的にはＰＺＴ％　ＢａＴｉＯ３およびＰＬＺ
Ｔおよびその同等機能を存する高誘電率誘電体を使用す
る。

そして上述の熱可塑性合成樹脂とセラミックスとの量的
関係は、熱可塑性樹脂３０〜５０重量％に対してセラミ
ックス５０〜７０重量％、より好ましくは熱可塑性樹脂
３５〜４５重量％に対してセラミックス５５〜６５重量
％とすることにより好適な結果を得ることができる。

また、カーボンブラックの使用量としては、１〜１０ｐ
ｈｒ、より好ましくは３〜５ｐｈｒとする。

ここで使用するカーボンブラックの粒径は、例えば複合
材料を薄膜状に形成したときに、その膜の厚さよりも小
さい直径とするべきであって、具体的には、膜厚が５０
μｍであるときには、およそ５μｍの粒径のものを使用
すればよい６カーボンブラツクとしては、ＥＣＸを使用
したときに好ましい結果が安定的に得られるが、このＥ
ＣＸの添加量は、実施例において示した表中の最高添加
量、すなわち、複合系の比抵抗が１０１０Ωｃｍ以上に
なる添加量を上限とする。

セラミックスの粒径は、平均粒径が膜厚に対して３０％
以下が望ましい。

この価を超えた粒径のものを使用すると、膜の平滑度に
支障が起こるようになる。

セラミックス粉末と熱可塑性合成樹脂との２成分系での
ε、°は、理論的には次式で表すことができる。

ε、′：複合系の銹電率 ε１　・ポリマーの読電率 ε２　：セラミックスの３１を率 φ　・セラミックスの体積分率そして、２成分系のεどを向上させるには、■　セラミ
ックスのε、°を大きなものを使う、■　セラミックス
の含有率をあげる、 ■　ポリマーのε、′を大きなものを使う、の３点が考
えられる。

この前式を使ってセラミックスのεＩを２倍にした場合
と、ポリマーのε、゛を２倍にした場合を計算してみる
と、複合の６、°は前者が５％程度しか向上しないのに
対して、後者は９０％も向上することがわかった。

そこでこの発明では、前述の知見を利用し、ポリマーの
Ｃｒｏを向上させることに着目しているのである。

一般にポリマーは絶縁体であるが、絶縁体に導電性の微
粉末を分散させると、例えば第１図に示したように界面
分極の効果によりε、°が高くなることが知られている
。

なお、第１図ではポリマーとしてＰＶＤＦを使用し、導
電物質としてはカーボンブラック（ＥＣＸ）を使用した
場合の界面分極の効果を示したものである。

この傾向は、特に合成樹脂としてＰＶＤＦ　（呉羽化学
工業■製）とテクノフロン（日本ゼオン■製）を使用し
たときに、ε、′が高いので有利である。

この発明で使用するセラミックスは、耐電圧やε１°の
バラつきなどから、粉体の平均粒径が、複合フィルムの
１／１０程度以下であるものが望ましい。

Ｆ実施例以下、具体的に実例を示してこの発明の４Ｎ成および効
果をより詳細に説明する。

■　平均粒径５μｍに分級したＰＺＴ（富士チタン■製
ＰＥ−６０Ａ）を５５〜６５容量％■　ＰＶＤＦ　（呉
羽化学工業■製）４５〜３５容量％ ■　カーボンブラック（ライオン・アクシー製ＥＣＸ）
３〜５ｐｈｒ前記のように用意した各成分を２００℃に加熱している
加圧ニーグー中に投入して溶融、混練させたのち、この
混合物体を２００℃に加熱したカレンダーロールでシー
ト化を行った。

なお、当然のことながら、使用する合成樹脂の種類によ
りその合成樹脂の融点が異るので、成形あるいは加工時
の温度は２００℃に固定されるものではない。

実施例　　重合体　　カーボンブラック　　複合材料の
Ｉ　　　　　　　　ＨＤＰＥ　　　　　　Ｏ５０２ＰＰ
　　　　０　　　　　　６０３　　　　ＰＶＤＦ　　　Ｏ１１５４ＰＵ　　　　　　　　Ｏ９０５ｌ　６０実施例　　重合体　　カーボンブラック　　複合材料の
Ｎｏ、　　　の種類　　　ｐｈｒ　　　　ａ　、’、１
００Ｈｚ５　　　　　　　　　ＦＲＯ１３５なお、前記の表中の略号は、それぞれ、ＨＤＰＥ：高密
度ポリエチレン、ＰＰ：ポリプロピレン、ＰＶＤＦ：ポ
リフッ化ビニリデン、ＰＵ：ポリウレタンを示すもので
あり、これらの合成樹脂の３７容量％に対して、６３容
量％のセラミックスを配合したが、この時に使用しセラ
ミックスは、平均粒径５μｍのＰＺＴ　（冨チタン製、
商品名ＰＥ−６０Ｅ）である。

また、ＰＺＴ６３容量％、テクノフロン３７容二％にカ
ーボンブラックを添加した場合の添加量によるε、゛と
比抵抗の挙動の変化を示したものが第２図である。

複合のε、“が向上するにしたがって、比抵抗は低下し
ていく傾向にあることがわかる。

このときにカーボンブラックの添加量か、４〜４．５ｐ
ｈｒ附近で比抵抗は１０１０Ωｃｍより低くなるが、こ
れ以下ではコンデンサー材料としては不適切である。

このように、比抵抗が急激に低下するときのカーボンブ
ラックの添加量は、使用している合成樹脂によって多少
異なる。

さらに第３図には、ＰＶＤ　Ｆ＋ＰＺＴ＋ＥＣＸ系とし
たときのε、°の周波数特性を示したが、この場合には
ＰＺＴは富士チタン社製ＰＥ−６０Ａ（５μｍ平均粒径
）６３容量％、ＰＶＤＦ３７容量％、ＥＣＸ５ｐｈｒ、
膜厚は５０μｍのものを使用した。

第３図のグラフを見てもわかるように、１０ｋＨｚで２
００以上のε、°をキープしている。

ＰＺＴを使用するかわりにＢａＴｉ０ｉ、ＰＬＺＴを同
様にして複合にした場合の特性を調べたところ、次のよ
うな結果を得た。なお、このときに使用したＥＣＸは、
５．０ｐｈｒである。

セラミックス　　　合成樹脂の　　複合体の種類　　ε
、６ｒ・　　　　　６ｒ・ＰＺＴ　　　１５００−　　　ＰＶＤＦ　　１３　　　
　．２４０ＰＬＺＴ　　２６００　　　　ＰＶＤＦ　　
１３　　　　．３００Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ、２６００Ｐ
Ｖ　Ｄ　Ｆ　　１３　　　　　；　２４０Ｈ発明の効果この発明は、熱可塑性合成樹脂、高話電率誘電体および
カーボンブラックを特定量配合して複合材料としたので
、次に述べるような効果を期待することができる。

１、熱可塑性合成樹脂と同様の加工性の良さを有するも
のであり、薄い高話電率材料を得ることができる。

２、第１表に示しε、′は、比抵抗が１０１０Ωｃｍ以
上の値とする範囲を示したものであるが、この表に示し
たように、基体となる熱可塑性合成樹脂によって多少異
なるが、ε、°を２００までの範囲の値を得るにはＥＣ
Ｘの添加量をコントロールすることにより行うことがで
きる。

３６複合材料の膜厚を３０μｍ程度まで薄くすることが
でき、通常の熱可塑性合成樹脂に比較しておよそ５０〜
１００倍の６１°をもつので、プラスチックコンデンサ
と比較すると同じ容量のコンデンサを作る場合、非常に
小型化できる。

４、複合材料の耐電圧は、膜厚により多少異なるが、Ｅ
ＣＸの添加量を増やしてε、°を２００附近にした場合
でも１０　　ｋｖ／ｍｍ−１５ｋｖ／ｍｍ　（Ｄ　Ｃ）
の値である。ＥＣＸの添加量が少なければこの値以上を
とる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱可塑性合成樹脂に導電物質を混練したときの
界面分極の挙動を示したグラフ、第２図は複合材料にカ
ーボンブラックを添加したときのε、”と比抵抗を示し
たグラフ、第３図は熱可塑性合成樹脂、セラミックスお
よびカーボンブラックを添加したときのε、゛の周波数
特性を示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱可塑性樹脂、セラミックス、カーボンブラック
を必須成分として含有させるに際して、ａ、ポリオレフ
ィン、ポリ塩化ビニル、アクリル系樹脂、ポリフッ化ビ
ニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン樹脂、ポリ
エステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ
ウレタン、フッ素ゴムなどの群から選ばれた１種または
２種以上の熱可塑性樹脂とｂ、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ＿３およびＰＬＺＴのうちから
選ばれた１種または２種以上のセラミックスとｃ、カーボンブラック、とを複合させた製膜が可能な複合材料。
（２）熱可塑性樹脂３０〜５０重量％、セラミックス５
０〜７０重量％およびカーボンブラック１〜１０ｐｈｒ
を配合したことからなる特許請求の範囲第１項に記載の
複合材料。
（３）複合材料の膜厚に対して３０％にあたる平均粒径
を有するセラミックスを使用することからなる特許請求
の範囲第１項に記載の複合材料。