WO2018123496A1 - 樹脂組成物および樹脂成形物 - Google Patents

樹脂組成物および樹脂成形物 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a resin composition and a resin useful as conductive members of various electronic and electrical devices such as laser printers, digital single-lens reflex cameras, compact digital cameras, smartphones, personal computers, and the like as conductors using high conductivity. It relates to a molded product.
  • Conductive resin moldings are widely used as conductive members for digital single-lens reflex cameras, compact digital cameras, smartphones, personal computers, and the like as materials to replace metals because of their high conductivity.
  • Patent Document 1 describes that a conductive resin sheet obtained by mixing carbon black with EVA resin is used as a capacitance detection member of a laser printer.
  • Patent Document 2 describes that carbon fiber, metal fiber, and the like are mixed in a thermoplastic resin to provide high conductivity and can be used as an electromagnetic shielding member.
  • the resin molding which has high electroconductivity is implement
  • an object of the present invention is to produce a resin composition and a resin composition that can achieve high conductivity and high surface property in a resin after molding by blending a relatively small amount of carbon fiber and carbon black. It is to provide a method.
  • the present invention is a resin composition
  • a resin composition comprising a thermoplastic resin, carbon black, and carbon fibers coated with a conductive liquid, wherein the content of the thermoplastic resin is 65% by mass or more and 94.9% by mass or less, The carbon black content is 5.0% by mass or more and 30% by mass or less, and the carbon fiber content covered with the conductive liquid is 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less.
  • the present invention relates to a resin composition.
  • this invention relates to the manufacturing method of a conductive resin sheet including the process of following (a), (b), and (c).
  • a step of coating carbon fiber with a conductive liquid and preparing a carbon fiber coated with the conductive liquid (b) A thermoplastic resin, carbon black, and the conductive liquid prepared in step (a) The coated carbon fiber is coated with the conductive liquid having a thermoplastic resin content of 65 mass% to 94.9 mass%, and a carbon black content of 5.0 mass% to 30 mass%.
  • Step (c) of compounding and compounding in a proportion of 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less of the content of the carbon fiber formed is combined in the step (b) Process for extruding the resin composition
  • this invention relates to the manufacturing method of a conductive resin sheet including the process of following (a), (b), and (d).
  • a step of coating carbon fiber with a conductive liquid and preparing a carbon fiber coated with the conductive liquid (b) A thermoplastic resin, carbon black, and the conductive liquid prepared in step (a) The coated carbon fiber is coated with the conductive liquid having a thermoplastic resin content of 65 mass% to 94.9 mass%, and a carbon black content of 5.0 mass% to 30 mass%.
  • the present invention is a molded product of a resin composition comprising a thermoplastic resin, carbon black, and carbon fibers coated with a conductive liquid, wherein the content of the thermoplastic resin is 65% by mass or more. 9 mass% or less, the carbon black content is 5.0 mass% or more and 30 mass% or less, and the carbon fiber content coated with the conductive liquid is 0.1 mass% or more and 5.0 mass% or less.
  • the present invention relates to a resin molded product.
  • high electrical conductivity and high surface property can be realized by blending a relatively small amount of carbon fiber and carbon black, so that an insulating resin member such as a casing and a conductive material such as wiring can be obtained. Even if the members are molded integrally, it is possible to realize a conductive resin molded product that is difficult to separate or peel off.
  • the resin molded product of the present invention as a conductive member that has conventionally used a metal member, it is possible to reduce the material cost and product assembly cost, and increase the degree of freedom in member design and product design. Play.
  • the resin composition of the present invention is a resin composition comprising a thermoplastic resin, carbon black, and carbon fibers coated with a conductive liquid, and the content of the thermoplastic resin is 65% by mass or more and 94.9% by mass.
  • the carbon black content is 5.0% by mass or more and 30% by mass or less
  • the carbon fiber content covered with the conductive liquid is 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less. is there.
  • a resin composition having high conductivity can be realized even with a small amount of carbon fiber and carbon black.
  • FIG. 1 is a schematic view of a resin molded product including a thermoplastic resin 103 in which carbon fibers 101 and carbon black 102 are blended.
  • the conductivity of the molded product containing the thermoplastic resin 103 is expressed by contact between the carbon fibers 101, contact between the carbon blacks 102, or contact between the carbon fibers 101 and the carbon black 102.
  • the thermoplastic resin 103 is an insulator (about 10 10 ⁇ / ⁇ or more), conductivity does not develop when there is no such contact. Therefore, normally, in order to achieve desired conductivity, it is necessary to increase the amount of carbon fiber 101 and carbon black 102 added and to add a large amount of carbon fiber 101 and carbon black 102 to the thermoplastic resin 103 as shown in FIG. There is.
  • the inventor of the present invention pays attention to the contact between the carbon fiber 101 and the carbon black 102, and if the contact between the carbon fiber 101 and the contact between the carbon fiber 101 and the carbon black 102 can be increased, the addition amount of these is increased. It was thought that the conductivity could be improved.
  • the inventor of the present invention provides the carbon fiber 101 and the carbon fiber 101 by locally imparting electrical conductivity to the carbon fibers 101 and between the carbon fibers 101 and the carbon black 102 but not contacting each other. It was thought that the same effect as the case where the addition amount of carbon black 102 was increased could be obtained.
  • the amount of the carbon fiber 101 and the carbon black 102 is increased by treating only the carbon fiber 101 with the liquid conductive agent. It was found that the same effect as the case can be obtained.
  • the conductive liquid 107 when the conductive liquid 107 is treated on the surface of the carbon fiber 101, the conductive liquid 107 is placed on the surface of the carbon fiber 101 at the portion 104 where the carbon fiber 101 and the carbon black 102 are close to each other. Retained. Therefore, the carbon fiber 101 and the carbon black 102 are not in an insulated state, and the current that flows from the current inlet 105 can reach the current outlet 106.
  • the surface resistivity of the resin molded product of the present invention shown in FIG. 4 is about the same as the surface resistivity of the resin molded product shown in FIG. It was considered to be about 10 3 to 10 4 ⁇ / ⁇ .
  • the resin molded product of the present invention using the carbon fiber 101 has an extremely small surface resistivity of about 10 2 to 10 0 ⁇ / ⁇ . It was found to have
  • the carbon black 102 is generally a composite called a structure in which a large number of primary particles are fused, and even if the conductive liquid 107 is added, the carbon black 102 is taken into the space inside the structure. Therefore, the conductive liquid 107 is not held on the surface of the carbon black 102, and the contact between the carbon blacks 102 and the contact between the carbon fibers 101 and the carbon black 102 cannot be increased.
  • thermoplastic resin carbon black, conductive liquid, and carbon fiber used in the resin composition of the present invention will be described.
  • the carbon fibers used in the resin composition of the present invention are classified into a PAN system using polyacrylonitrile as a raw material, and a pitch system using coal tar pitch or petroleum pitch as a raw material, depending on the starting materials. Carbon fibers are classified into a mesophase pitch system and an isotropic pitch system depending on the crystal state of the pitch used for spinning, and can be selected according to the application.
  • the blending amount of the carbon fibers is 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less. If it is less than 0.1% by mass, the distance between the carbon fibers or between the carbon fibers and the carbon black is increased, and the gap cannot be filled with the conductive liquid, so that sufficient conductivity cannot be obtained. On the other hand, if it is more than 5.0% by mass, the carbon fibers are easily exposed on the surface, and the surface roughness of the molded product of the resin composition of the present invention is deteriorated.
  • Examples of the carbon black used in the resin composition of the present invention include, but are not limited to, furnace black, acetylene black, thermal black, channel black, and ketjen black.
  • the blending amount of the carbon black is 5.0 mass% or more and 30.0 mass% or less. . If the amount is less than 5.0% by mass, the distance between the carbon fiber and the carbon black is increased, and the gap cannot be filled with the conductive liquid, so that sufficient conductivity cannot be obtained. On the other hand, if it is more than 30.0% by mass, the carbon black is easily exposed on the surface, and the surface roughness of the molded product of the resin composition of the present invention is deteriorated.
  • the conductive liquid used in the resin composition of the present invention has good workability and the like, and is preferably an ionic conductive liquid having uniform ionic conductivity.
  • the ion conductive liquid having good workability and the like a mixture of a salt having ion conductivity and a solvent that dissolves the salt when ion dissociated, or a substance that is ion dissociated at a temperature of 0 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, That is, an ionic liquid or the like is used.
  • Salts that have ionic conductivity when ion dissociated include tetraalkylammonium salts, ammonium salts, alkyl sulfonates, alkyl benzene sulfonates, alkyl sulfates, lithium perchlorates, etc., but are incorporated into thermoplastic resins. Therefore, a sulfonate salt of a perfluoro compound having high heat resistance of the salt, an amideimide of a perfluoro compound, and the like are preferable.
  • sulfonate salts of perfluoro compounds include potassium trifluoromethanesulfonate, potassium pentafluoroethanesulfonate, potassium heptafluoropropanesulfonate, and potassium nonafluorobutanesulfonate.
  • Examples of the amide imide of the perfluoro compound include potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, potassium bis (nonafluorobutanesulfonyl) imide, potassium N, N-hexafluoropropane-1,3-disulfonylimide, and the like.
  • Polyethylene glycol is preferable. Since polyethylene glycol cannot maintain a liquid state at a temperature of 0 ° C. or higher and 40 ° C. or lower as the molecular weight increases, an appropriate molecular weight is selected according to the application. Since polyethylene glycol having a molecular weight of about 600 is a liquid having a viscosity of 150 mm 2 / s at 25 ° C., the effect of the present invention can be obtained.
  • tri-n-butylmethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide 1-propyl-3-methylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, methyltri-n-octylammonium
  • bis (trifluoromethanesulfonyl) imide 1-hexyl-3-methylimidazolium, hexafluorophosphate, and the like, which can be selected according to the use temperature of the thermoplastic resin to be used.
  • the carbon fiber coated with the conductive liquid used in the resin composition of the present invention can obtain the effects of the present invention as long as 50% to 100% of the carbon fiber surface is coated with the conductive liquid. .
  • the coverage is less than 50%, contact between carbon fibers or between carbon fibers and carbon black cannot be formed, so that the resin composition of the present invention cannot obtain sufficient conductivity.
  • thermoplastic resin used in the resin composition of the present invention is not particularly limited as long as it is insulative.
  • additives can be added to the resin composition of the present invention in addition to the carbon fiber and the conductive liquid.
  • Various additives include various additives used for thermoplastic resins, such as fillers, dispersants, antioxidants, weathering agents, and decomposition inhibitors.
  • the filler to be added is not particularly limited, but examples of inorganic fillers include mica, glass fiber, glass sphere, cryolite, zinc oxide, titanium oxide, calcium carbonate, clays, talc, silica, and wollastonite. , Zeolite, diatomaceous earth, silica sand, pumice powder, slate powder, alumina, alumina white, aluminum sulfate, barium sulfate, lithopone, calcium sulfate, molybdenum disulfide, and the like, but are not limited thereto.
  • Organic fillers include ethylene tetrafluoride resin particles, ethylene trifluoride chloride resin particles, ethylene tetrafluoride hexafluoropropylene resin particles, vinyl fluoride resin particles, vinylidene fluoride resin particles, difluoride difluoride.
  • One or more kinds of wood pulp and the like are appropriately selected, but are not necessarily limited thereto.
  • thermoplastic elastomer is not particularly limited, and examples thereof include, but are not limited to, polystyrene elastomers, polyolefin elastomers, polyester elastomers, polyurethane elastomers, polyamide elastomers, and fluoropolymer elastomers.
  • the resin composition of the present invention is produced by a production method including the following steps (a) and (b).
  • (A) A step of coating the carbon fiber with the conductive liquid by mixing and stirring the carbon fiber and the conductive liquid, and preparing a carbon fiber coated with the conductive liquid
  • (b) a thermoplastic resin, carbon
  • the carbon fiber coated with black and the conductive liquid prepared in the step (a) has a thermoplastic resin content of 65 mass% to 94.9 mass%, and a carbon black content of 5.0 mass. % To 30% by mass or less, and a step of producing a composite resin composition in which the content of carbon fiber coated with a conductive liquid is blended at a rate of 0.1% by mass to 5.0% by mass
  • an immersion method, a spray method, or the like can be selected, but is not limited thereto.
  • the dipping method is a method of preparing carbon fibers coated with a conductive liquid by dipping carbon fibers in a dipping tank immediately before molding a thermoplastic resin containing carbon black and carbon fibers coated with a conductive liquid. It is. Since this method can easily measure the mass change of the immersion tank and the carbon fiber mass change, it is easy to manage the amount of treatment for treating the conductive liquid on the carbon fiber surface.
  • the spray method can apply a strong pressure, the conductive liquid is more easily impregnated on the carbon fiber surface. However, since the sprayed conductive liquid does not all adhere to the carbon fiber surface, it is more difficult to accurately measure the amount of the conductive liquid that has lost the adhesion than the dipping method.
  • 1% by mass to 400% by mass of the conductive liquid with respect to the carbon fiber More preferably, it is used in an amount of from 300 to 300% by mass.
  • thermoplastic resin, the carbon black, and the carbon fiber coated with the conductive liquid were combined to melt the thermoplastic resin and coated with the carbon black and the conductive liquid.
  • Carbon fiber may be added and sufficient shearing may be applied. Examples of applying shear include a method using various mixers such as a twin-screw extruder, a multi-screw extruder kneader, a Banbury mixer, and a method using various roll mills such as a two-roll mill and a three-roll mill, but is not limited thereto. .
  • the thermoplastic resin content is 65% by mass or more and 94.9% by mass or less, and the carbon black content is 5.0% by mass or more and 30% by mass or less, which is prepared in the step (a).
  • the carbon fibers coated with the conductive liquid are blended so as to have a ratio of 0.1% by mass to 5.0% by mass and combined.
  • a method for obtaining the resin molded product of the present invention there is a method in which after melting and plasticizing the resin composition of the present invention, the molten resin is discharged toward a mold, a roller or the like.
  • a resin composition of the present invention is melted by a screw
  • the resin molded product of the present invention is a conductive resin sheet, it is manufactured by a manufacturing method including the following step (c) or (d).
  • (d) Extruding the resin composition compounded in step (b) of step (c) of injection molding examples include a method of extruding the molten resin composition to have a thickness of 10 ⁇ m or more and 1 mm or less in the extrusion molding method described above.
  • the method of injection molding in the step (d) include a method in which, in the injection molding method described above, a molten resin composition is fed into a mold having a thickness of 1 mm or less and injection molding is performed.
  • the thickness of the sheet-shaped resin composition is more preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the resin molded product of the present invention can be used for a conductive portion where a metal member has been conventionally used.
  • the metal plate used in the cartridge can be replaced with the resin molded product of the present invention.
  • the resin molding of this invention can be used as a capacitance detection member of a cartridge.
  • the cartridge of the present invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view shown in FIG.
  • the capacitance detection member 21 is made of the resin molded product of the present invention, and is molded integrally with the frame body 25.
  • the capacitance detecting member 21 has a contact member (not shown) that is electrically connected to the capacitance detecting member 21.
  • the contact member is provided so that it can be electrically connected to an external device.
  • the developer storage unit 26 stores the developer and is fixed to the frame 25 by means such as welding. In this example, toner 24 is used as a developer.
  • the cartridge B has a developing roller 22.
  • the resin molded product of the present invention has high conductivity, it is possible to accurately detect the capacitance between the capacitance detection member 21 made of the resin molded product and the developing roller 22. Therefore, it is possible to accurately detect a change in capacitance according to a change in the amount of toner 24 existing in the developer storage unit 26.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
  • the image forming apparatus A has an opening / closing door 13 for attaching and detaching the cartridge B.
  • FIG. 6 shows a state where the open / close door 13 is opened.
  • the developer remaining amount detection unit (not shown) in the image forming apparatus A and the contact member of the cartridge B are electrically connected. .
  • the image forming apparatus A of the present invention can accurately detect the amount of toner 24 remaining in the cartridge B and display the amount.
  • the measurement method relating to the resin composition of the present invention and the resin molded product is shown below.
  • ⁇ Method of measuring electrical resistance> The electrical resistance measuring device uses a Loresta GP MCP-T610 type (Mitsubishi Chemical Analytech Co., JIS-K7194 compliant) for the resistance meter, and a series 4-probe probe (ASP) for the electrode.
  • ASP 4-probe probe
  • As measurement conditions an arbitrary five points are measured at an applied voltage of 10 V, and the average value is taken as measurement data.
  • the measurement environment is 25 ° C. ⁇ 3 ° C. and relative humidity 55 ⁇ 5%.
  • the surface resistivity is desirably 100 ⁇ / ⁇ or less.
  • the surface roughness is measured according to JIS B 0601-1994 surface roughness standards, and is measured using a surface roughness measuring instrument “SE-3500” (trade name, manufactured by Kosaka Laboratory Ltd.). The sample is arbitrarily measured at six locations, and the average value is obtained. In the measurement, the cut-off value is set to 0.8 mm, and the evaluation length is set to 8 mm. In order to integrally mold with other members, it is desirable that the maximum height (Rz) of the surface roughness be 1.0 ⁇ m or less.
  • ⁇ Measurement method of coverage> As a method for confirming that the conductive liquid is present on the surface of the carbon fiber, a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscopy: TEM) and EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) are combined, and the resin portion and the carbon fiber are combined. It is confirmed at what ratio each conductive liquid is present on the surface. In the present invention, the abundance ratio is calculated by analyzing the atoms present in the conductive liquid that are different from the atoms present in the thermoplastic resin.
  • the sample was cut at an arbitrary cross section, and a part of each obtained cross section was further cut out with a microtome or the like and observed with a TEM at a magnification of 200,000 times.
  • the elemental analysis of any 100 points at least 10 ⁇ m or more away from the carbon fiber and carbon black is performed using EDX, the concentration of the element contained only in the conductive liquid is calculated, and the average value (X) is obtained.
  • elemental analysis of arbitrary 100 points on the interface between the carbon fiber and the resin is performed, and the concentration of the element contained only in the conductive liquid is calculated at each point, and this concentration is an average value (X). If it was 1.3 times or more, the interface of the part was defined as being covered with a liquid conductor. In addition, the number of points covered among the 100 points measured was defined as the coverage (%).
  • the coverage of the carbon fiber surface with the conductive liquid is 50% or more.
  • Example 1 ⁇ Adjustment of conductive liquid-coated carbon fiber>
  • DIALEAD K223HM-200 ⁇ (C1-1) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used.
  • C2-1 was blended at a ratio of 50 g to 950 g of C1-1, and stirred for 10 minutes using a tumbler to obtain carbon fiber (C-1) whose surface was coated with a conductive liquid.
  • thermoplastic resin Everflex EV450 (A-1) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. was used.
  • A-1), (B-1), and (C-1) were blended in the following proportions, stirred for 10 minutes using a tumbler, and this was mixed using a biaxial kneader PCM-30 manufactured by Ikegai Co., Ltd. And kneading to obtain a resin composition.
  • Example 2 A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1. ⁇ Injection molding> The obtained resin composition was injection molded using an injection molding machine SE180D manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. and a plasticizing apparatus C360. A plate-like sample of 150 mm ⁇ 150 mm ⁇ 2 mm was obtained. ⁇ Sample evaluation> When the surface resistivity of the obtained flat sample was measured, it was 0.47 ⁇ / ⁇ , and good conductivity was obtained. Moreover, when the surface roughness was measured, it was 0.5 ⁇ m, and good surface properties were obtained. Further, the coverage of C1-1 by C2-1 was measured and found to be 96%.
  • Example 3 the material types and ratios were changed as shown in Table 1, and resin compositions were obtained in the same manner as in Example 1.
  • a plate-like sample was obtained from the obtained resin composition by the same method as the injection molding described in Example 2.
  • a sheet-like sample was obtained from the obtained resin composition by the same method as the extrusion molding described in Example 1.
  • Table 1 summarizes the evaluation results of the samples of each example.
  • Each material type is as follows.
  • Thermoplastic resin A-1 Everflex EV450 manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.
  • Thermoplastic resin A-2 HDPE F3001 manufactured by Keiyo Polyethylene
  • Carbon black B-1 Denka black granular product manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
  • Carbon black B-2 Toka black # 4400 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.
  • Carbon fiber C1-1 DIALEAD K223SE-200 ⁇ m manufactured by Mitsubishi Rayon Co.
  • Carbon fiber C1-2 DIALEAD K223Y1 manufactured by Mitsubishi Rayon Co.
  • Conductive liquid C2-1 Tri-n-butylmethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • Conductive liquid C2-1 Tri-n-butylmethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • Conductive liquid C2-1 Tri-n-butylmethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • Conductive liquid C2-1 Tri-n-butylmethylammonium bis (trifluoromethanesulf
  • Example 1 ⁇ Preparation of conductive liquid-coated carbon fiber> in Example 1 was omitted, and all materials were simultaneously charged into a biaxial extruder to obtain a resin composition.
  • the obtained resin composition was extruded in the same manner as in Example 1 to obtain a sheet sample.
  • Sample evaluation> When the surface resistivity of the obtained sheet-like sample was measured, it was 356 ⁇ / ⁇ , and the conductivity was low. Moreover, when the surface roughness was measured, it was 0.6 ⁇ m, and good surface properties were obtained. Further, the coverage of C1-1 by C2-1 was measured and found to be 5%.
  • Example 2 (Comparative Example 2) Instead of carbon fiber, the surface of carbon black was coated with a conductive liquid. Except that, a flat sample was obtained in the same manner as in Example 2. ⁇ Sample evaluation> When the surface resistivity of the obtained sample was measured, it was 213 ⁇ / ⁇ and the conductivity was low. Moreover, when the surface roughness was measured, it was 0.7 ⁇ m, and good surface properties were obtained.
  • Comparative Examples 3 to 7 the material type, ratio, and pretreatment were changed as shown in Table 2, and resin compositions were obtained in the same manner as in Comparative Example 1.
  • a plate-like sample was obtained from the obtained resin composition by the same method as the injection molding described in Example 2.
  • a sheet-like sample was obtained from the obtained resin composition by the same method as the extrusion described in Example 1.
  • Table 2 The evaluation results of the samples of each comparative example are summarized in Table 2.

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Abstract

高濃度の炭素繊維を配合しなくても高い導電性を有する樹脂組成物を提供する。 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維からなる樹脂組成物を成形した樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物。

Description

樹脂組成物および樹脂成形物
本発明は、高い導電性を利用した導電体として、レーザープリンタ、デジタル一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラ、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等の各種の電子・電気機器の導電部材に有用な、樹脂組成物および樹脂成形物に関する。
導電性樹脂成形物は、導電性が高いことで、金属に代わる材料として、デジタル一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラ、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等の導電部材として広く使用されている。
導電性樹脂成形物の一例として、特許文献１には、ＥＶＡ樹脂にカーボンブラックを混ぜた導電性の樹脂シートを、レーザープリンタの静電容量検知部材として用いていることが記載されている。
また、特許文献２には、熱可塑性樹脂に炭素繊維と金属繊維等を混ぜることで、高い導電性を持たせ、電磁波シールド部材として用いられることが記載されている。
このように、カーボンブラック、炭素繊維、金属繊維等の導電性の高いフィラーを樹脂に混ぜることによって、高い導電性を有する樹脂成形物が実現されている。
特開２０１５－３４９８４号公報 特開２０１２－２２９３４５号公報
しかし、金属繊維は、少量で高い導電性成形物が得られるが、繊維と樹脂との接着性が著しく悪いために成形物の表面性の点で優れない。また、本発明の発明者による検討の結果、炭素繊維やカーボンブラックについては、金属繊維より導電性が低いため、高い導電性を得るには、炭素繊維を概ね１０％質量以上、カーボンブラックを３５％質量以上と樹脂成形物中に大量に配合する必要がある。しかし、炭素繊維およびカーボンブラックを成形物に大量に配合した場合、やはり成形物の表面性が悪くなってしまうことが分かった。表面性が悪いと、例えば、筺体等の絶縁性の樹脂部材と配線等の導電性の部材を一体で成形した場合に、樹脂界面の空気が、抜けきらないで、分離や剥離等が発生することがあった。
従って、本発明の課題は、比較的少量の炭素繊維およびカーボンブラックを配合することで、成形後の樹脂において高い導電性と高い表面性の実現が可能である樹脂組成物、樹脂組成物の製造方法を提供することにある。
本発明は、熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物に関する。
また、本発明は、下記の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の工程を含む、導電性樹脂シートの製造方法に関する。
（ａ）　炭素繊維を導電性液体で被覆し、該導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
（ｂ）　熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および工程（ａ）で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下の割合で、配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
（ｃ）　工程（ｂ）で複合化された該樹脂組成物を、押出成形する工程
さらに、本発明は、下記の（ａ）、（ｂ）、および（ｄ）の工程を含む、導電性樹脂シートの製造方法に関する。
（ａ）　炭素繊維を導電性液体で被覆し、該導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
（ｂ）　熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および工程（ａ）で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下の割合で、配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
（ｄ）　（ｂ）工程で複合化された該樹脂組成物を、射出成形する工程
またさらに、本発明は、熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む樹脂組成物の成形物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下であることを特徴とする樹脂成形物に関する。
　本発明のさらなる特徴は、添付の図面を参照として、以下の例示的な実施形態により明らかとなる。
本発明によれば、比較的少量の炭素繊維およびカーボンブラックを配合することで高い導電性と高い表面性を実現することができるので、筺体等の絶縁性の樹脂部材と配線等の導電性の部材を一体で成形しても、分離や剥離等がしづらい導電性の樹脂成形物を実現することができる。
また、従来、金属部材が用いられていた導電部材を、本発明の樹脂成形物とすることで、材料費や製品の組み立て費用の削減、部材設計や製品設計の自由度が増すといった、効果を奏する。
炭素繊維が少ない場合の炭素繊維、カーボンブラック、および熱可塑性樹脂を含む樹脂成形物の概略を示す図である。 炭素繊維が多い場合の炭素繊維、カーボンブラック、および熱可塑性樹を含む樹脂成形物の概略を示す図である。 炭素繊維、カーボンブラック、および熱可塑性樹脂を含む樹脂成形物の導電経路の概略を示す図である。 導電性液体で被覆された炭素繊維、カーボンブラック、および熱可塑性樹脂を含む樹脂成形物の導電経路の概略を示す図である。 本発明のカートリッジの一実施態様を示す断面概略図である。 本発明の画像形成装置の一実施態様を示す概略図である。
本発明の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維からなる樹脂組成物であって、熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下を含有させたものである。このことで、少ない炭素繊維とカーボンブラックの含有量であっても高い導電性を有する樹脂組成物を実現することができる。
以下に本発明の説明を行う。
図１は、炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２を配合した熱可塑性樹脂１０３を含む樹脂成形物の概略図である。熱可塑性樹脂１０３を含む成形物の導電性は炭素繊維１０１間の接触、カーボンブラック１０２間の接触、または炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２間の接触により発現する。熱可塑性樹脂１０３が絶縁物（１０１０Ω／□程度以上）であるため、これらの接触がない場合には導電性が発現しない。そのため、通常は所望の導電性を実現するため、図２のように、炭素繊維１０１およびカーボンブラック１０２の添加量を増やし、大量の炭素繊維１０１およびカーボンブラック１０２を熱可塑性樹脂１０３に配合する必要がある。
本発明の発明者は、炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２の接触について注目し、炭素繊維１０１間の接触および炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２間の接触を増やすことができれば、これらの添加量を増やすことなく、導電性が向上できると考えた。
そこで、本発明の発明者は、炭素繊維１０１間および炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２間が近接しているが、接触していない部分に局所的に導電性を付与することで、炭素繊維１０１およびカーボンブラック１０２の添加量を増やす場合と同じ効果が得られると考えた。
そこで、炭素繊維１０１およびカーボンブラック１０２の表面に処理すべき導電剤を検討した結果、液体状の導電剤を炭素繊維１０１にのみ処理することで、炭素繊維１０１およびカーボンブラック１０２の添加量を増やす場合と同じ効果が得られることを見出した。
これは導電性液体１０７を炭素繊維１０１に処理していない状態（図３）では炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２が近接している部分１０４では、炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２が実質的に接触していない。そのため、電流入口１０５から流れようとする電流は、炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２が近接している部分１０４において、絶縁体である熱可塑性樹脂１０３が存在するために、電流出口１０６まで達することができず、結果として電流が流れない状態になる。このような樹脂組成物の表面抵抗率は、１０３～１０４Ω／□程度となる。しかし、図４に示すように、導電性液体１０７を炭素繊維１０１の表面に処理すると炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２が近接している部分１０４で、導電性液体１０７が炭素繊維１０１の表面上に保持される。そのため、炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２が絶縁状態とはならず、電流入口１０５から流れようとする電流は、電流出口１０６まで達することができるようになる。
導電性液体１０７の体積抵抗率が１０４Ω・ｃｍ程度であるため、図４に示す本発明の樹脂成形物の表面抵抗率は、図３に示す樹脂成形物の表面抵抗率と同程度の１０３～１０４Ω／□程度となると考えられた。しかし、驚くべきことに、導電性液体１０７を炭素繊維１０１の表面に処理すると炭素繊維１０１を用いた、本発明の樹脂成形物は、１０２～１００Ω／□程度と極めて小さい表面抵抗率を有することが分かった。
一方、カーボンブラック１０２に導電性液体１０７を処理した場合は、このような効果は得られない。カーボンブラック１０２は、一般的に一次粒子が多数融着したストラクチャーと呼ばれる複合体になっており、導電性液体１０７を添加しても、ストラクチャーの内部の空間に取り込まれてしまう。そのため、導電性液体１０７がカーボンブラック１０２の表面上に保持されることはなく、カーボンブラック１０２間の接触および炭素繊維１０１とカーボンブラック１０２間の接触を増やすことができない。
以下、本発明の樹脂組成物に用いられる熱可塑性樹脂、カーボンブラック、導電性液体、および炭素繊維について説明する。
本発明の樹脂組成物に用いられる炭素繊維としては、出発原料の違いにより、ポリアクリロニトリルを原料とするＰＡＮ系と、コールタールピッチや石油ピッチを原料とするピッチ系に分類され、さらに、ピッチ系炭素繊維は紡糸に供するピッチの結晶状態により、メソフェーズピッチ系と等方性ピッチ系に分類され、用途に応じて選択することができる。
熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維の合計質量量を１００％とした時、炭素繊維の配合量は、０．１質量％以上５．０質量％以下である。０．１質量％より少なければ、炭素繊維どうし、あるいは炭素繊維とカーボンブラック間の距離が離れてしまい、導電性液体でその間隔を埋めることができないため、十分な導電性が得られない。一方で、５．０質量％より多ければ、炭素繊維が表面に露出しやすくなり、本発明の樹脂組成物の成形物の表面粗さが悪化する。
本発明の樹脂組成物に用いられるカーボンブラックとしては、例えばファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等が挙げられるが、これらに限らない。
熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維の合計質量量を１００％をとした時、カーボンブラックの配合量は、５．０質量％以上３０．０質量％以下である。５．０質量％より少なければ、炭素繊維とカーボンブラック距離が離れてしまい、導電性液体でその間隔を埋めることができないため、十分な導電性が得られない。一方で、３０．０質量％より多ければ、カーボンブラックが表面に露出しやすくなり、本発明の樹脂組成物の成形物の表面粗さが悪化する。
本発明の樹脂組成物に用いられる導電性液体は作業性等が良く、均一なイオン導電性を有するイオン導電性の液体が好ましい。
作業性等が良いイオン導電性の液体としては、イオン解離したときにイオン導電性を有する塩と塩を溶解する溶媒の混合物、もしくは０℃以上４０℃以下の温度でイオン解離している物質、すなわちイオン液体などが用いられる。
イオン解離したときにイオン導電性を有する塩としては、テトラアルキルアンモニウム塩、アンモニウム塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルサルフェート、過塩素酸リチウムなどがあるが、熱可塑性樹脂に配合するため、塩の耐熱性が高いパーフルオロ化合物のスルホン酸塩、パーフルオロ化合物のアミドイミドなどが好ましい。
パーフルオロ化合物のスルホン酸塩としては、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム、ペンタフルオロエタンスルホン酸カリウム、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸カリウム、ノナフルオロブタンスルホン酸カリウムなどがある。
パーフルオロ化合物のアミドイミドとしては、カリウム　ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、カリウム　ビス（ノナフルオロブタンスルホニル）イミド、カリウム　Ｎ，Ｎ－ヘキサフルオロプロパン－１，３－ジスルホニルイミドなどがある。
塩を溶解する溶媒としては特に制限はないが、ポリエチレングリコールが好ましい。ポリエチレングリコールは分子量が高くなるにつれて０℃以上４０℃以下の温度で液体状態を保つことができなくなるため、用途に応じて適切な分子量を選択する。分子量が約６００のポリエチレングリコールは、２５℃で１５０ｍｍ２／ｓの粘度を有する液体であるため、本発明の効果を得ることができる。
イオン液体としてはトリ－ｎ－ブチルメチルアンモニウム　ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１－プロピル－３－メチルイミダゾリウムヨージド、　１－エチル－３－メチルイミダゾリウム　トリフルオロメタンスルホネート、メチルトリ－ｎ－オクチルアンモニウム　ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウム　ヘキサフルオロホスフェイトなどがあり、使用する熱可塑性樹脂の使用温度に応じて選定することができる。
本発明の樹脂組成物に用いられる導電性液体で被覆された炭素繊維は、炭素繊維表面の５０％以上１００％以下が導電性液体で被覆されていれば、本発明の効果を得ることができる。被覆率が５０％未満の場合、炭素繊維間、または炭素繊維とカーボンブラック間の接触を形成することができないため、本発明の樹脂組成物が十分な導電性を得られない。
本発明の樹脂組成物に用いられる熱可塑性樹脂としては、絶縁性であれば特に制限はないが、例えばポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン－酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル－酢酸ビニル共重合体、ポリエチレンやポリプロピレンおよびポリブタジエン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニリデン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）樹脂およびエチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、エチレン－エチルアクリレート共重合体、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂および変性ポリフェニレンオキサイド樹脂等、ならびにこれらの変性樹脂からなる群より選ばれる１種類あるいは２種類以上を使用することができる。ただし、上記材料に限定されるものではない。
本発明の樹脂組成物には炭素繊維および導電性液体以外に各種添加剤を添加することができる。各種添加剤としては、フィラー、分散剤、酸化防止剤、耐候剤、分解防止剤など、熱可塑性樹脂に用いられる各種添加剤がある。
添加されるフィラーとしては特に制限はないが、例えば無機系のフィラーとしては、雲母、ガラス繊維、ガラス球、クリオライト、酸化亜鉛、酸化チタン、炭酸カルシウム、クレー類、タルク、シリカ、ウォラストナイト、ゼオライト、けい藻土、けい砂、軽石粉、スレート粉、アルミナ、アルミナホワイト、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、二硫化モリブデンなどがあるが、これらに限らない。
また、有機系フィラーとしては、四フッ化エチレン樹脂粒子、三フッ化塩化エチレン樹脂粒子、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン樹脂粒子、フッ化ビニル樹脂粒子、フッ化ビニリデン樹脂粒子、二フッ化二塩化エチレン樹脂粒子およびそれらの共重合体、フッ化炭素、シリコーン樹脂粒子、シリコーンゴム粒子などのシリコーン系の化合物ゴム粉末、エボナイト粉末、セラミック、木粉、ココナッツやし殻粉、コルク粉末、セルロースパウダー、木材パルプなどの中から１種あるいはそれ以上が適宜選択されるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
また、上記熱可塑性樹脂組成物には、用途に応じて熱可塑性エラストマーを配合しても良い。熱可塑性エラストマーとしては特に制限はないが、例えばポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、フッ素ポリマー系エラストマーなどが挙げられるが、これらに限らない。
以下、本発明の樹脂組成物の製造方法について説明する。
本発明の樹脂組成物は、以下の（ａ）および（ｂ）の工程を含む製造方法で製造される。
（ａ）　炭素繊維と導電性液体を混合および攪拌することによって、該炭素繊維を該導電性液体で被覆し、導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
（ｂ）　熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および工程（ａ）で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
工程（ａ）の導電性液体を炭素繊維に被覆する方法としては、浸漬法、スプレー法などを選択することができるが、これらに限らない。
浸漬法は、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む熱可塑性樹脂を成形する直前に、浸漬槽に炭素繊維を浸漬させ、導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する方法である。この方法は浸漬槽の質量変化と炭素繊維質量変化を簡易に測定することができるので、炭素繊維表面に導電性液体を処理する処理量の管理をすることが容易である。
スプレー法は、強い圧力をかけることが可能であるため、炭素繊維表面に、より導電性液体が含浸しやすくなる。但し、スプレーは吐出した導電性液体が全て炭素繊維表面に付着することはないので、付着ロスした導電性液体の量を正確に測定することが浸漬法より難しい。
上記方法により、炭素繊維表面の５０％以上１００％以下が導電性液体で被覆されるためには、炭素繊維に対して、導電性液体を１質量％～４００質量％用いることが好ましく、２質量％～３００質量％用いることがより好ましい。
工程（ｂ）の、熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を複合化する方法としては、熱可塑性樹脂を溶融し、そこへカーボンブラックおよび導電性液体で被覆された炭素繊維を添加し、十分なせん断を加えればよい。せん断を加える例として、２軸押し出し機、多軸押出し機ニーダー、バンバリーミキサーなどの各種ミキサーによる方法、２本ロールミル、３本ロールミルなどの各種ロールミルを用いる方法などがあげられるが、これらに限らない。
本発明の樹脂組成物では、熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、工程（ａ）で準備した導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下の割合となるように配合し、複合化する。
本発明の樹脂成形物を得る方法としては、本発明の樹脂組成物を溶融・可塑化した後、金型やローラー等に向けて溶融した樹脂を放出する方法がある。例として、スクリューによって本発明の樹脂組成物を溶融した後に、開閉式の金型に溶融した樹脂を送り込む射出成形法、およびスクリューによって本発明の樹脂組成物を溶融した後に、ローラー対して連続的に押出し、これを引き取る押出成形法等があるが、これらに限らない。
特に、本発明の樹脂成形物が導電性樹脂シートである場合、以下の（ｃ）または（ｄ）の工程を含む製造方法で製造される。
（ｃ）工程（ｂ）で複合化された樹脂組成物を、押出成形する工程
（ｄ）工程（ｂ）で複合化された樹脂組成物を、射出成形する工程
工程（ｃ）の押出成形する方法としては、例えば、上記に記載の押出成形法において、溶融した樹脂組成物を１０μｍ以上１ｍｍ以下の厚さになるように押出成形する方法が挙げられる。
工程（ｄ）の射出成形する方法としては、例えば、上記に記載の射出成形法において、溶融した樹脂組成物を厚さ１ｍｍ以下の金型に送り込み射出成形する方法が挙げられる。また、シート形状の樹脂組成物の厚さは、１０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。
本発明の樹脂成形物は、従来金属部材が使われていた導電部分に用いることができる。具体的には、カートリッジに用いられている金属プレートを、本発明の樹脂成形物に置き換えることが可能である。好適には、カートリッジの静電容量検知部材として、本発明の樹脂成形物を用いることができる。
　本発明のカートリッジを図５に示す断面概略図を用いて説明する。
　静電容量検知部材２１は本発明の樹脂成形物からなり、枠体２５と一体に成形されている。また、静電容量検知部材２１は前記静電容量検知部材２１と電気的に接続された不図示の接点部材を有する。接点部材は外部機器と電気的に接続可能にするために設けられている。現像剤収納部２６は現像剤を収納するものであり、枠体２５と溶着等の手段で固定されている。この例においては、現像剤としてトナー２４を用いている。またカートリッジＢは、現像ローラー２２を有する。本発明の樹脂成形物は高い導電性を有するため、前記樹脂成形物からなる静電容量検知部材２１と現像ローラー２２との間の静電容量を精度よく検知することができる。そのため、現像剤収納部２６内に存在するトナー２４の量の変化に応じた静電容量の変化を精度よく検知することができる。
　図６は本発明の画像形成装置の一実施態様を示す概略図である。画像形成装置ＡはカートリッジＢを着脱するための、開閉扉１３を有する。図６は開閉扉１３が開放された状態を示している。カートリッジＢはガイドレール１２に沿って画像形成装置Ａに装着されると、画像形成装置Ａ内にある不図示の現像剤残量検知部と、カートリッジＢの接点部材とが電気的に接続される。このような構成を採ることにより、本発明の画像形成装置Ａは、カートリッジＢに残存するトナー２４の量を精度よく検知し、その量を表示することが可能となる。
以下に本発明の樹脂組成物、および樹脂成形物に関わる測定方法を示す。
＜電気抵抗の測定方法＞
電気抵抗の測定装置は、抵抗計にロレスタＧＰ　ＭＣＰ－Ｔ６１０型（三菱化学アナリテック社製、ＪＩＳ－Ｋ７１９４準拠）を、そして電極に直列４探針プローブ（ＡＳＰ）を使用する。測定条件は印加電圧１０Ｖで任意の５点を測定し、その平均値を測定データとする。
また、測定環境は２５℃±３℃、相対湿度５５±５％とする。
導電用部材として用いるには、表面抵抗率は、１００Ω／□以下であることが望ましい。
＜表面粗さの測定方法＞
表面粗さは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－１９９４表面粗さの規格に準じて測定し、表面粗さ測定器「ＳＥ－３５００」（商品名、株式会社小坂研究所製）を用いて行う。サンプルを任意に６箇所測定し、その平均値である。測定に際し、カットオフ値は０．８ｍｍ、評価長さは８ｍｍに設定する。
他部材と一体成形するには、表面粗さの最大高さ（Ｒｚ）が１．０μｍ以下であることが望ましい。
＜被覆率の測定方法＞
導電性液体が炭素繊維表面に存在していることを確認する方法としては、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＥＭ）とＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を組み合わせて、樹脂部分と炭素繊維表面にそれぞれ導電性液体がどのような比率で存在するかを確認する。本発明においては導電性液体に存在する原子が熱可塑性樹脂に存在する原子と異なるものについて分析を行い存在量比率を算出する。
具体的には、サンプルを任意の断面で切断し、得られた各々の断面の一部をさらにミクロトーム等で切り出して、ＴＥＭにて２０万倍の倍率で観察した。同時にＥＤＸを用いて炭素繊維とカーボンブラックから少なくとも、１０μｍ以上離れた任意の１００点の元素分析を行い、導電性液体にのみ含まれる元素の濃度を算出、その平均値（Ｘ）を得る。また、同様に、炭素繊維と樹脂の界面上の任意の１００点の元素分析を行い、導電性液体にのみ含まれる元素の濃度を各点において算出し、この濃度が、平均値（Ｘ）の１．３倍以上であれば、その部分の界面は、液状導電体で被覆されていると定義した。また、測定した１００点のうち被覆されている点の数を被覆率（％）と定義した。
本発明の樹脂組成物の成形物が十分な導電性を発揮するには、導電性液体による炭素繊維表面の被覆率が５０％以上であることが望ましい。
（実施例１）
＜導電性液体被覆炭素繊維の調整＞
炭素繊維として、三菱レイヨン社製ダイアリード　Ｋ２２３ＨＭ－２００μ（Ｃ１－１）を用いた。
導電性液体として和光純薬工業社製トリ－ｎ－ブチルメチルアンモニウム　ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ｃ２－１）を用いた。
Ｃ１－１の９５０ｇに対して、Ｃ２－１を５０ｇの割合で、配合し、タンブラーを用いて１０分間攪拌し、表面を導電性液体で被覆処理した炭素繊維（Ｃ－１）を得た。
＜樹脂組成物の作成＞
熱可塑性樹脂として、三井デュポンポリケミカル社製エバフレックスＥＶ４５０（Ａ－１）を用いた。
カーボンブラックとして電気化学工業社製デンカブラック粒状品（Ｂ－１）を用いた。下記の割合で（Ａ－１）、（Ｂ－１）、および（Ｃ－１）を配合し、タンブラーを用いて１０分間攪拌し、これを池貝社製２軸混練機ＰＣＭ－３０を用いて、混練し、樹脂組成物を得た。
（Ａ－１）　７６．０　質量％
（Ｂ－１）　２０．０　質量％
（Ｃ－１）　　４．０　質量％
＜シート成形＞
得られた樹脂組成物をプラスチック工学研究所製単軸押出し機に幅３００ｍｍのコートハンガーダイを接続したシート押出し機を用いて押出成形し、厚み１００μｍのシート状サンプルを得た。
＜サンプル評価＞
得られたシート状サンプルの表面抵抗率を測定したところ、０．８６Ω／□であり、良好な導電性が得られた。また、表面粗さを測定したところ、０．７μｍであり、良好な表面性が得られた。また、Ｃ１－１のＣ２－１による被覆率を測定したところ、９６％であった。
（実施例２）
実施例１と同様の方法で樹脂組成物を調整した。
＜射出成形＞
得られた樹脂組成物を住友重機械工業製射出成形機ＳＥ１８０Ｄ、可塑化装置Ｃ３６０を用いて、射出成形した。１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍの平板状サンプルを得た。
＜サンプル評価＞
得られた平板状サンプルの表面抵抗率を測定したところ、０．４７Ω／□であり、良好な導電性が得られた。また、表面粗さを測定したところ、０．５μｍであり、良好な表面性が得られた。また、Ｃ１－１のＣ２－１による被覆率を測定したところ、９６％であった。
実施例３～６は、材料種と割合を表１に示すように変更し、実施例１と同様の方法で樹脂組成物を得た。実施例３では、得られた樹脂組成物から、実施例２に記載の射出成形と同様の方法で平板状サンプルを得た。実施例４～６では、得られた樹脂組成物から、実施例１に記載の押出成形と同様の方法でシート状サンプルを得た。各実施例のサンプルの評価結果を表１にまとめる。
なお、各材料種は下記のとおりである。
熱可塑性樹脂Ａ－１：三井デュポンポリケミカル社製エバフレックスＥＶ４５０
熱可塑性樹脂Ａ－２：京葉ポリエチレン社製　ＨＤＰＥ　Ｆ３００１
カーボンブラックＢ－１：電気化学工業社製デンカブラック粒状品
カーボンブラックＢ－２：東海カーボン社製トーカブラック　＃４４００
炭素繊維Ｃ１－１：三菱レイヨン社製ダイアリードＫ２２３ＳＥ－２００μｍ
炭素繊維Ｃ１－２：三菱レイヨン社製ダイアリードＫ２２３Ｙ１
導電性液体Ｃ２－１：トリ－ｎ－ブチルメチルアンモニウム　ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド
導電性液体Ｃ２－２：１－プロピル－３－メチルイミダゾリウムヨージド
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
（比較例１）
実施例１の＜導電性液体被覆炭素繊維の調整＞を省略し、すべての材料を同時に２軸押し出し機に投入し、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を、実施例１と同様の押出成形を行い、シート状サンプルを得た。
＜サンプル評価＞
得られたシート状サンプルの表面抵抗率を測定したところ、３５６Ω／□であり、導電性が低かった。また、表面粗さを測定したところ、０．６μｍであり、良好な表面性が得られた。また、Ｃ１－１のＣ２－１による被覆率を測定したところ、５％であった。
（比較例２）
炭素繊維に代わって、カーボンブラックの表面に導電性液体で被覆処理を行った。それ以外は、実施例２と同様の方法で平板状サンプルを得た。
＜サンプル評価＞
得られたサンプルの表面抵抗率を測定したところ、２１３Ω／□であり、導電性が低かった。また、表面粗さを測定したところ、０．７μｍであり、良好な表面性が得られた。
比較例３～７は、材料種、割合、および事前処理を表２に示すように変更し、比較例１と同様の方法で樹脂組成物を得た。比較例３では、得られた樹脂組成物から、実施例２に記載の射出成形と同様の方法で平板状サンプルを得た。比較例４～７では、得られた樹脂組成物から、実施例１に記載の押出成形と同様の方法でシート状サンプルを得た。各比較例のサンプルの評価結果を表２にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　この出願は２０１６年１２月２６日に出願された日本国特許出願第２０１６－２５１３７１、および２０１７年１２月４日に出願された日本国特許出願２０１７－２３２３４３の優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。
１０１　炭素繊維
１０２　カーボンブラック
１０３　熱可塑性樹脂
１０４　炭素繊維とカーボンブラックが近接している部分
１０５　電流入口
１０６　電流出口
１０７　導電性液体
２１　静電容量検知部材
２２　現像ローラー
２４　トナー
２５　枠体
２６　現像剤収納部
Ｂ　カートリッジ
１２　ガイドレール
１３　開閉扉
Ａ　画像形成装置

 

Claims (11)

  1. 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物。
  2. 前記導電性液体による前記炭素繊維の表面の被覆率が、５０％以上であることを特徴とする請求項１記載の樹脂組成物。
  3. 請求項１または２に記載の樹脂組成物を成形して得られることを特徴とする樹脂成形物の製造方法。
  4. 下記の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の工程を含む、請求項３に記載の樹脂成形物の製造方法。
    （ａ）　前記炭素繊維を前記導電性液体で被覆し、前記導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
    （ｂ）　前記熱可塑性樹脂、前記カーボンブラック、および工程（ａ）で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
    （ｃ）　工程（ｂ）で複合化された該樹脂組成物を、押出成形する工程
  5. 下記の（ａ）、（ｂ）、および（ｄ）の工程を含む、請求項３に記載の樹脂成形物の製造方法。
    （ａ）　前記炭素繊維を前記導電性液体で被覆し、前記導電性液体で被覆された炭素繊維を準備する工程
    （ｂ）　前記熱可塑性樹脂、前記カーボンブラック、および工程（ａ）で準備した該導電性液体で被覆された炭素繊維を、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下の割合で配合し、複合化した樹脂組成物を製造する工程
    （ｄ）　工程（ｂ）で複合化された該樹脂組成物を、射出成形する工程
  6. 熱可塑性樹脂、カーボンブラック、および導電性液体で被覆された炭素繊維を含む樹脂組成物の成形物であって、該熱可塑性樹脂の含有量が６５質量％以上９４．９質量％以下、該カーボンブラックの含有量が５．０質量％以上３０質量％以下、該導電性液体で被覆された炭素繊維の含有量が０．１質量％以上５．０質量％以下であることを特徴とする樹脂成形物。
  7. 前記導電性液体による前記炭素繊維の表面の被覆率が、５０％以上であることを特徴とする請求項６記載の樹脂成形物。
  8. 表面抵抗率が１００Ω／□以下かつ表面粗さ（Ｒｚ）が１．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項６または７に記載の樹脂成形物。
  9. シート形状であることを特徴とする、請求項６～８のいずれか１項に記載の樹脂成形物。
  10. 　静電容量検知部材と、前記静電容量検知部材と電気的に接続された接点部材とを有するカートリッジであって、
    　前記静電容量検知部材が請求項６～９のいずれか１項に記載の樹脂成形物からなることを特徴とするカートリッジ。
  11. 　現像剤残量検知部を有する画像形成装置であって、
    　前記現像剤残量検知部と請求項１０に記載のカートリッジの接点部材が電気的に接続されたことを特徴とする画像形成装置。
     

     
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