JPS63286468A - 炭素繊維複合樹脂組成物 - 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〕 本発明は炭素繊維複合樹脂組成物に関し、さらに詳しく
は気相成長法による炭素繊維、合成樹脂およびパルプ状
粒子を含有する炭素繊維複合樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

近年、エレクトロニクス分野の発展に伴い電子部品など
での静電気の発生や、外部から電磁波による障害などが
問題となり、このような分野において、導電性や制電性
に優れた成形材料が求められている。

従来、補強用として用いられている炭素繊維は、その電
気型導度が低いために、樹脂組成物とじたときに、所望
の強度、弾性率を持たせることはできるものの、体積固
有抵抗は大きなものであった。

このためコンピュータなどの電子部品用に成形し、使用
した時に電磁波シールド性や制電性などの点で十分満足
できるものに到っていない。従って、成形後に所望の強
度、弾性率を有し、かつ表面抵抗が低い樹脂組成物が要
求されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決し、機械物
性、電気伝導性に優れた複合樹脂組成物を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、これまで新しい炭素材料として気相成長
法による炭素繊維の開発およびこの素材の複合樹脂組成
物について基礎的な研究を進めていた。

気相成長法炭素繊維は、従来の炭素繊維に比較して優れ
た結晶性、配向性を有し、高強度、高弾性率、高電気伝
導性を兼備しているため、各種複合材やその他の用途で
の展開が期待されている。

本発明者らはこの気相成長法炭素繊維の特性や他の物質
との分散状態によって、優れた機械物性、電気特性を発
現できることを見出し、さらに鋭意研究の結果、本発明
に到達した。

本発明の炭素繊維複合樹脂組成物は、気相成長法炭素繊
維と、パルプ状粒子と、合成樹脂とを含有してなるもの
である。

本発明において、気相成長法炭素繊維とは、炭化水素な
どの炭素源を触媒の存在下に加熱して気相成長させて作
られる繊維状の炭素質の物質、これを粉砕したり切断し
たりした種々の形態の炭素質物質、またはこれらを加熱
処理した炭素質もしくは黒鉛質物質である０本発明の気
相成長法炭素繊維は、電子顕微鏡で観察すると、芯の部
分と、これを取巻く、−見して、年輪状の炭素層からな
る特異な形状の繊維およびこれが粉砕、破砕、切断混練
などの加工を受けたものである。

本発明において、気相成長法炭素繊維の直径は特に限定
されないが、一般には直径５μｍ以下、好ましくは０．
０１〜４μｍ、さらに好ましくは０００１〜１μｍ、最
も好ましくは０．０１〜０．５μｍである。繊維のアス
ペクト比は特に制限されないが、１０〜１０日が好まし
く、特に５０〜１０’が好ましい。アスペクト比の大き
い繊維の方が絡抱性に優れている傾向にあるが、アスペ
クト比が大きすぎると射出成形物の均一性が低下する傾
向にある。

本発明において、気相成長法炭素繊維は、酸性官能基を
有していてもよく、その場合、繊維の表面積光たり１〜
１００μｓ　ｑ　／　ｎ？が好ましく、２〜５０ｕｅｑ
／ｎｆ、特に４〜３０１１　ｅ　ｑ　／　ｒｒｒが好ま
しい。酸性官能基を有している繊維は、成形体の機械物
性に優れる傾向にある。酸性官能基は、気相成長法炭素
繊維を酸素などの酸化性ガスや硝酸などの酸化剤などで
酸化することによって導入され、−ＣＯ２Ｈｌ−ＯＨ等
の酸性官能基を有する気相成長法炭素繊維が得られる。

本発明において、パルプ状粒子とは、植物を原料として
、機械的、化学的な処理をし、その構成繊維を集めたも
のや、樹脂または合成繊維を機械的、化学的にフィブリ
ル化させたものをいう。公知のパルプ状粒子や芳香族環
またはへテロ芳香族環を含有するポリマーのパルプ状粒
子が好ましく用いられる。特に芳香族ポリアミドおよび
芳香族ポリエステルのパルプ状粒子が好ましく用いられ
る。

本発明において、パルプ状粒子の直径は特に限定されな
いが、直径５００μｍ以下のものが好ましく、また気相
成長法炭素繊維の直径に対して０゜８〜５ＱＯＯ倍のも
のが好ましく、特に２〜５００倍のものが好ましい。極
細の気相成長法炭素繊維とそれより直径の太い短繊維と
を組み合わせることにより、組成物としたときに優れた
機械物性および電気伝導性を発現させることができる。

パルプ状粒子の長さは特に制限されないが、組成物中の
気相成長法炭素繊維の長さに対して０．１〜１０１０倍
、特に２〜１０４倍が好ましく、この範囲においてさら
に機械物性や電気伝導性を向上させることができる。

本発明において合成樹脂とは、熱可塑性樹脂、不融性樹
脂または熱硬化性樹脂をいい、例えばポリアセタール、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメ
チルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル
、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリエステル、ポリア
クリロニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオ
キサイド、ポリケトン、ポリスルホン、ポリフェニレン
スルフィド、フッ素樹脂、ケイ素樹脂、ポリイミド、ポ
リベンズイミダゾール等、また熱硬化性樹脂としては、
フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン
樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、アニリ
ン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂等が挙げられる。

本発明において、気相成長法炭素繊維とパルプ状粒子の
組成比は、１　：　１００〜１００：１（重量比）が好
ましく、特に１：１０〜５０：１が好ましい。また気相
成長法炭素繊維と合成樹脂との組成比は、１：１００〜
５０：１（重量比）が好ましく、特に１：２０〜ｌＯ：
１が好ましい。好ましい範囲において、特に機械物性お
よび電気伝導性に優れる傾向にある。

本発明の組成物においては、他の無機や有機の繊維状物
、粉状や粒状物を含有していてもよく、また結晶核剤、
増粘剤、難燃剤、希釈剤、安定剤、酸化防止剤、成形の
際の金型からの離型性をよくするための添加剤等、公知
の種々の配合剤を含有していてもよい。

本発明の組成物は、多孔質、緻密質のいずれでもよいが
、多孔質の場合、気孔率が９５％以下のものが好ましく
、また気孔が均一に分散しているものが好ましい。

本発明におけるパルプ状粒子の作用は明確ではないが、
パルプ状粒子と気相成長法炭素繊維の何らかの相互作用
により、機械物性および電気伝導性に優れると解される
。なお、本発明の組成物の断面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、パルプ状粒子の周囲に気相成長法炭素繊
維が集まっている所が見られた。

本発明の組成物は、例えば以下に示したように製造され
る。

気相法炭素繊維を均一な形態に粉砕する。粉砕は公知の
方法でよく、例えば、適当なミル、ミキサー等で使用さ
れる。次に、攪拌可能な容器中に液体、例えば水、アル
コール等の樹脂を完全には溶解させないものを入れ、こ
れに前記繊維を投入して攪拌する。液体の量は前記繊維
の量を考慮し、適宜決定される。攪拌時間および回転数
は、これらの混合物がスラリー状になるまで任意に設定
される。次いで所望の種類の樹脂の粉末を投入し、さら
に攪拌を続ける。この時間および回転数は任意に設定さ
れるが、例えば、容器の底に樹脂粉末が残らないまで攪
拌する。その後パルプ状粒子を投入し、さらに攪拌を続
ける。この時間および回転数は任意に設定されるが、例
えば、パルプ状粒子が分散し、スラリー状になるまで攪
拌を続ける。

その後、このスラリーを濾過し、乾燥する。濾過は気相
成長法炭素繊維が透過しない濾過材を選定し行えばよ（
、乾燥は樹脂が分解しないような公知の方法で行えばよ
い。乾燥後、それを適当な形状に粉砕または圧縮等によ
って形態を調整し、加熱（必要に応じて加圧）すること
により、本発明の組成物を得ることができる。

〔実施例〕

実施例１ トリスアセチルアセトン鉄、トルエンおよび水素ガスを
１５００℃の加熱空間に導入し、直径０゜０５〜０．１
０．ｃｚｍアスペクト比５００〜１０００の気相成長法
炭素繊維を得た。この気相成長法炭素繊維を粉砕した後
、０２／ＨＣβ／Ｎ２ガス雰囲気下で酸化処理して、酸
性官能基を単位表面接当たり９．０　／ｌ　ｅ　ｑ／ｎ
ｆ　（ＢＥＴ法（Ｎ２）による比表面積の測定とＮａＯ
Ｈ水溶液含没後ＨＣ７！による滴定によって求めた）有
する気相成長法炭素繊維を得た。粉砕後のこの繊維のア
スペクト比を電子顕微鏡で測定したところ、１００〜５
００の範囲のものが多かった。１００１の攪拌羽根付混
合槽に気相成長法炭素繊維を２００ｇ入れ、これに水を
加えて完全にスラリー状にした。次にナイロン６６樹脂
粉末（レオナ、登録商標、タイプ１３００Ｓ、旭化成工
業社製、粒径１龍に調整したもの）７００ｇを前記スラ
リーに攪拌しながら加えた。その後、芳香族ポリアミド
のパルプ状粒子（径５〜６０μｍ、長さ２０〜５００μ
ｍ）１００ｇを加えてよく攪拌した。この攪拌物を遠心
脱水機で脱水後、８０℃で減圧下乾燥した。次にこれを
ヘンシェルミキサーでかさ密度を０．４０ｇ１０１１３
に調整した後、３００ｇ二輪混線押出し機でペレット化
し、射出成形機（シリンダ一温度３００℃、金型温度８
０℃）でダンベル型試験片（ＡＳＴＭＩ号）を得た。得
られたダンベルの機械物性、電気特性を評価した。これ
らの結果を第１表に要約した。

実施例２〜５ 気相成長法炭素繊維、パルプ状粒子および樹脂の混合比
を第１表に示した組成比になるように変化させた以外は
、実施例１と同様にしてダンベル型試験片を作成し、評
価した。これらの結果を第１表に要約した。

第１表 比較例１〜３ パルプ状粒子を用いないで、第１表に示した気相成長法
炭素繊維と樹脂の組成比を変化させた以外は、実施例１
と同様に行なった。これらの結果を第１表に要約した。

実施例６ 気相成長法炭素繊維として、実施例１で用いたものを粉
砕し、さらに酸性官能基を導入したものを用い、パルプ
状粒子として芳香族ポリアミドのパルプ状粒子（径５〜
６０μｍ、長さ２０〜５００μｍ）、および合成樹脂と
してビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＡＥＲ−３３１
硬化剤ジアミノジフェニルスルホン）を用いた。上記樹
脂１００重量部に対して、気相成長法炭素繊維２０重量
部、パルプ状粒子１重量部をアセトン中で攪拌、混合し
た後、アセトンを蒸発させ、さらにニーダ−で攪拌した
。次にこれを減圧下（２ｔｏｒｒ）に圧力２００ｋｇ／
ｃｆｆｌ、温度２００℃でシート状に成形した。

得られたシートを８０＋ｕＸＩＱｍｓＸ４ｍｍに切断し
、ＪＩＳＫ６９１１の方法で曲げ試験を行なったところ
、曲げ強度２３００　ｋｇ／ｃｒＡであった。またシー
トの体積固有抵抗は１．８Ｘ１０−２Ω・ｃｍであった
・ 比較例４ パルプ状粒子を用いなかった以外は、実施例６と同様に
行なった。その結果、曲げ強度１９００ｋｇ　／　ｃｎ
ｌ、体積固有抵抗は２．３ｘｌＯＯΩ’　ｃｍであった
。

〔発明の効果〕

本発明の組成物は、機械強度、電気伝導性に優れている
ため、その成形体はコンピューターハウジング、ＯＡ機
器の構造材、シールド特性、制電性を要する機器の構成
部材としては、また住宅材料、建材タンク、容器、工業
材料として好適に使用することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気相成長法炭素繊維と、パルプ状粒子と、合成樹脂とを
   含有してなる炭素繊維複合樹脂組成物。