WO2021166343A1 - 樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる成形品 - Google Patents

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容史 藤田
洋二 西澤
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a resin composition, a resin composition having an electromagnetic wave shielding property, and a molded product composed of the resin composition.
  • the present invention relates to a resin composition having an excellent electromagnetic wave shielding property in the gigahertz band.
  • a housing made of metal As a technology to block electromagnetic waves to prevent malfunction due to electromagnetic waves, a housing made of metal is used, and a resin housing is made of resin with conductive fillers such as metal fibers, carbon fibers, metal-coated carbon fibers, and carbon nanotubes. It is known to apply treatments such as conductive film, painting, and plating to be added to. (Patent Document 1)
  • the metal housing has good performance, the weight increase and the degree of freedom in design are low, and the method of applying film, painting, or plating to the resin housing may peel off, so it is suitable for use with a long life cycle. It is said that it is not.
  • Patent Documents 2 and 3 The combined use of carbon black and carbon fiber is known to have electromagnetic wave shielding properties without using metal. These documents show a shielding property of about 1 GHz, and it is described that a sufficient electromagnetic wave shielding property cannot be obtained when the amount of carbon fibers is small, and a high electromagnetic wave shielding property can be obtained by imparting conductivity.
  • An object of the present invention is to provide a resin composition having a shielding property against high frequency electromagnetic waves of 10 GHz or more and excellent electrical insulating property.
  • An object of the present invention has been achieved by: 1. 1. It contains at least 100 parts by mass of thermoplastic resin A, 2 to 6 parts by mass of carbon black B, and 0.3 to 4 parts by mass of carbon fiber C, and the total of the carbon black B and the carbon fiber C is 7 mass. A resin composition having a volume resistance of 1 ⁇ 10 10 to 1 ⁇ 10 17 ⁇ ⁇ cm, a transmission loss of -30 dB or less in the band of 75 to 110 GHz, and an electromagnetic wave absorption rate of 30. % Or more resin composition. 2. The resin composition according to 1 above, wherein the carbon black B is Ketjen black. 3. A molded product comprising the resin composition according to 1 or 2 above.
  • the resin composition of the present invention contains at least 100 parts by mass of thermoplastic resin A, 2 to 6 parts by mass of carbon black B, and 0.3 to 4 parts by mass of carbon fiber C, and the total of B and C is A resin composition having 7 parts by mass or less, having a volume resistance of 1 ⁇ 10 10 to 1 ⁇ 10 17 ⁇ ⁇ cm, a transmission loss of -30 dB or less in the band of 75 to 110 GHz, and an electromagnetic wave absorption rate. Is 30% or more.
  • thermoplastic resin A of the present invention a crystalline thermoplastic resin or an amorphous thermoplastic resin is preferably used.
  • the crystalline thermoplastic resin include polyacetal resin (POM), polybutylene terephthalate resin (PBT), polyethylene terephthalate resin (PET), polyphenylene sulfide resin (PPS), polyamide resin (PA) and the like.
  • thermoplastic resin A of the present invention can be produced by a conventional method.
  • the carbon black B of the present invention is a carbon black having a primary particle size of 5 to 40 nm and a nitrogen adsorption specific surface area of 100 m 2 / g or more. Then, the carbon black can be contained in an amount of 2 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin A.
  • the primary particle size in the present invention is determined by pouring carbon black into a solvent and dispersing it by ultrasonic vibration, fixing the dispersed sample to a support film, and photographing this with a transmission electron microscope (TEM). , The particle size was measured from the diameter.
  • the primary particle size can be determined by the arithmetic mean of those values (1000 or more).
  • carbon black B furnace black, acetylene black, ketjen black, etc. can be used, and ketjen black is preferable from the viewpoint of the balance between transmission loss and electromagnetic wave absorption rate.
  • the carbon fiber C of the present invention is a PAN-based, pitch-based, rayon-based or other carbon fiber. Further, a metal-coated carbon fiber in which a carbon fiber is coated with a metal such as nickel or copper can also be used in the present invention. Carbon fibers have a high effect of reflecting electromagnetic waves, but since the reflected electromagnetic waves may cause electronic devices to malfunction, the amount of carbon fiber added is 0.3 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin A. It is preferably 0.5 to 3 parts by mass, and more preferably 1 to 2 parts by mass.
  • a carbon fiber having a tensile elongation at break of at least 1.5% is preferable.
  • the tensile elongation at break is 1.5% or more, more preferably the elongation at break is 1.7% or more, and more preferably the elongation at break is 1.9% or more. It is better to use carbon fiber.
  • the diameter of the carbon fiber is preferably 4 to 20 ⁇ m, more preferably 5 to 10 ⁇ m.
  • a PAN-based carbon fiber having an excellent balance between strength and elastic modulus is preferable as the carbon fiber.
  • the tensile elastic modulus is preferably 100 to 600 GPa, more preferably 200 to 500 GPa, and particularly preferably 230 to 450 GPa.
  • the tensile strength is 2000 MPa to 10000 MPa, preferably 3000 to 8000 MPa.
  • these carbon fibers are surface-treated with a silane coupling agent, an aluminate coupling agent, a titanate coupling agent, etc., or urethane-based resin, epoxy-based resin, polyester-based resin, styrene-based resin, olefin-based resin, etc. It may be focused with an amide resin, an acrylic resin, a phenol polymer, a liquid crystal resin, an alcohol, a water-soluble resin, or the like.
  • the molded product of the present invention preferably contains an inorganic filler in order to improve heat resistance and mechanical strength.
  • the type of the inorganic filler is not particularly limited as long as it does not hinder the effect of the present application, but conductive substances such as metal fibers and carbon nanotubes should be avoided because they reduce the insulating property, for example, glass fibers, glass flakes, and the like. Glass beads, silica, talc, mica and the like are preferable, and glass fiber is particularly preferable.
  • the fiber length of the glass fiber (state before preparation into the composition by melt-kneading or the like) is preferably 1 to 10 mm, and the diameter of the glass fiber is preferably 5 to 20 ⁇ m.
  • the inorganic filler preferably contains 20 to 150 parts by mass, more preferably 30 to 100 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin A, from the viewpoint of improving heat resistance and mechanical strength.
  • thermoplastic resins and thermosetting resins that is, burr suppressors, mold release agents, and lubricants, as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Agents, plasticizers, flame retardants, colorants such as dyes and pigments, crystallization accelerators, crystal nucleating agents, various antioxidants, heat stabilizers, weather resistance stabilizers, corrosion inhibitors and the like may be blended.
  • the resin composition of the present invention has a volume resistivity of 1 ⁇ 10 10 to 1 ⁇ 10 17 ⁇ ⁇ cm, a transmission loss of ⁇ 30 dB or less in the band of 75 to 110 GHz, and an electromagnetic wave absorption rate of 30% or more. be. These properties can be achieved by adjusting the addition amounts of carbon black B and carbon fiber C.
  • the volume resistivity By setting the volume resistivity to 1 ⁇ 10 10 to 1 ⁇ 10 17 ⁇ ⁇ cm, it is possible to obtain insulation when used in an electronic device.
  • the transmission loss is ⁇ 30 dB or less in the band of 75 to 110 GHz and the electromagnetic wave absorption rate is 30% or more, excellent electromagnetic wave shielding property can be obtained.
  • a molded product can be produced from the resin composition of the present invention, and the method is not particularly limited, and a known method can be adopted.
  • the resin composition can be put into an extruder, melt-kneaded and pelletized, and the pellets can be put into an injection molding machine equipped with a predetermined mold and injection-molded.
  • the molded product of the present invention is useful for electronic devices and the like.
  • the present invention has an excellent electromagnetic wave shielding property at high frequencies and a high volume resistivity.

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Abstract

本発明の目的は、１０ＧＨｚ以上の高周波電磁波に対してシールド性を有し、かつ電気絶縁性に優れた樹脂組成物を提供することにある。　本発明の目的は、少なくとも、熱可塑性樹脂Ａを１００質量部、カーボンブラックＢを２～６質量部および炭素繊維Ｃを０．３～４質量部含有し、かつ該Ｂと該Ｃの合計が７質量部以下である樹脂組成物であって、体積抵抗率が１×１０１０～１×１０１７Ω・ｃｍであり、透過損失が７５～１１０ＧＨｚの帯域で－３０ｄＢ以下で、かつ電磁波吸収率が３０％以上である樹脂組成物、によって達成された。

Description

樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる成形品
　本発明は、樹脂組成物であって、電磁波シールド性を有する樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる成形品に関する。特にギガヘルツ帯域において優れた電磁波シールド性を有する樹脂組成物に関する。
　近年電子機器はあらゆる分野で使用されている。特に通信機器はラジオなどの比較的長波長の電波を利用しているものから、携帯電話や衛星放送、無線ＬＡＮといった短波長の電波を利用している機器が増えており、電磁波シールドは重要な技術となっている。
　電磁波による誤動作を防ぐために電磁波を遮蔽する技術としては、金属などの筐体を使用する、樹脂製の筐体に金属繊維や炭素繊維、金属コーティングした炭素繊維、カーボンナノチューブといった導電性のフィラーを樹脂に添加する、導電フィルムや塗装、メッキといった処理を施すことが知られている。（特許文献１）
　金属の筐体は性能が良いものの重量増や設計の自由度が低く、樹脂の筐体にフィルムや塗装、メッキを施すといった手法は剥がれる恐れがあるためライフサイクルの長いものに使用することは適していないとされている。
　金属を使用せずに電磁波シールド性を有するものとしてカーボンブラックと炭素繊維の併用が知られている（特許文献２、３）。これらの文献では１ＧＨｚ程度のシールド性が示されており炭素繊維量が少ないと十分な電磁波シールド性が得られず、導電性を付与することで高い電磁波シールド性が得られると記載されている。
特開２０１２－２２９３４５号公報 特開２０１０－３１２５７号公報 特開２００６－４５３８５号公報
　電子機器の発達により１０ＧＨｚ以上の高周波電磁波に対する電磁波シールド性が求められており従来の導電性の電磁波シールド材は、電気絶縁性も必要となる電気機器部品に使用する際、電気絶縁材などを複合して使用する必要があった。
　本発明の目的は、１０ＧＨｚ以上の高周波電磁波に対してシールド性を有し、かつ電気絶縁性に優れた樹脂組成物を提供することにある。
　本発明の目的は、下記によって達成された。
１．　少なくとも、熱可塑性樹脂Ａを１００質量部、カーボンブラックＢを２～６質量部および炭素繊維Ｃを０．３～４質量部含有し、かつ該カーボンブラックＢと該炭素繊維Ｃの合計が７質量部以下である樹脂組成物であって、体積抵抗率が１×１０１０～１×１０１７Ω・ｃｍであり、透過損失が７５～１１０ＧＨｚの帯域で－３０ｄＢ以下で、かつ電磁波吸収率が３０％以上である樹脂組成物。
２．　前記カーボンブラックＢがケッチェンブラックである前記1記載の樹脂組成物。
３. 前記１又は２記載の樹脂組成物からなる成形品。
　本発明によれば、高周波電磁波に対してシールド性を有し、かつ電気絶縁性に優れた樹脂組成物を提供することができる。
　本発明の樹脂組成物は、少なくとも、熱可塑性樹脂Ａを１００質量部、カーボンブラックＢを２～６質量部および炭素繊維Ｃを０．３～４質量部含有し、かつＢとＣの合計が７質量部以下である樹脂組成物であって、体積抵抗率が１×１０１０～１×１０１７Ω・ｃｍであり、透過損失が７５～１１０ＧＨｚの帯域で－３０ｄＢ以下で、かつ電磁波吸収率が３０％以上であることを特徴とする。
＜熱可塑性樹脂Ａ＞
　本発明の熱可塑性樹脂Ａとして、結晶性熱可塑性樹脂や非晶性熱可塑性樹脂が好適に用いられる。結晶性熱可塑性樹脂としては、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等が挙げられる。
　非晶性熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン（共）重合体（ＣＯＰ、ＣＯＣ）等が挙げられるが、耐熱性面で特にポリカーボネート樹脂、環状オレフィン（共）重合体が好適に用いられる。本発明の熱可塑性樹脂Ａは、慣用の方法により製造できる。
＜カーボンブラックＢ＞
　本発明のカーボンブラックＢは、１次粒子径が５～４０ｎｍであり、かつ窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上のカーボンブラックである。そして、当該カーボンブラックを、熱可塑性樹脂Ａ１００質量部に対して２～６質量部含有することができる。
　なお、本発明における１次粒子径は、カーボンブラックを溶媒中投入し超音波振動にて分散させた後、分散試料を支持膜に固定し、これを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で写真撮影し、直径より粒子径を計測した。（１０００個以上）それらの値の算術平均により1次粒子径を求めることができる。
　カーボンブラックＢは、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどを使用することができ、透過損失と電磁波吸収率のバランスからケッチェンブラックが好ましい。
＜炭素繊維Ｃ＞
　本発明の炭素繊維Ｃは、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維である。また、炭素繊維にニッケルや銅などの金属を被覆した金属被覆炭素繊維なども本発明で使用できる。炭素繊維は電磁波を反射する効果が高いが、反射した電磁波が電子機器を誤作動させることがあるため、添加量は熱可塑性樹脂Ａ１００質量部に対して炭素繊維Ｃは０．３～4質量部、好ましくは０．５～３質量部、更に好ましくは１～２質量部である。
　本発明の炭素繊維としては、引張破断伸度は少なくとも１．５％以上の炭素繊維が好ましい。高い力学的特性を付与するためには、引張破断伸度が１．５％以上、より望ましくは引張破断伸度が１．７％以上、更に望ましくは引張破断伸度が１．９％以上の炭素繊維を用いるのがよい。本発明で使用する炭素繊維の引張破断伸度に上限はないが、一般的には５％未満である。炭素繊維の直径は４～２０μｍが好ましく、５～１０μｍがより好ましい。
　炭素繊維として更に望ましくは、強度と弾性率とのバランスに優れるＰＡＮ系炭素繊維がよい。引張弾性率は、１００～６００ＧＰａであることが好ましく、より好ましくは２００～５００ＧＰａであり、２３０～４５０ＧＰａであることが特に好ましい。また、引張強度は２０００ＭＰａ～１００００ＭＰａ、好ましくは３０００～８０００ＭＰａである。
　また、これらの炭素繊維は、シランカップリング剤、アルミネートカップリング剤、チタネートカップリング剤などで表面処理されたり、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、アミド系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系重合体、液晶性樹脂、アルコールまたは水可溶性樹脂などで集束処理されたりしていてもよい。
＜無機充填材＞
　本発明の成形品において、耐熱性及び機械強度を向上させるために無機充填材を含有することが好ましい。無機充填材の種類は、本願の効果を阻害しない限り特に限定されないが、金属繊維やカーボンナノチューブ等の導電性の物質は絶縁性を低下させるため避けた方がよく、例えばガラス繊維、ガラスフレーク、ガラスビーズ、シリカ、タルク、マイカ等が好ましく、ガラス繊維が特に好ましい。ガラス繊維の繊維長（溶融混練などにより組成物に調製する前の状態）は１～１０ｍｍのものが好ましく、ガラス繊維の直径は５～２０μｍのものが好ましい。
　本発明において、無機充填材は、耐熱性及び機械強度を向上させる観点から、熱可塑性樹脂Ａ１００質量部に対して２０～１５０質量部含むことが好ましく、３０～１００質量部含むことがより好ましい。
＜他の成分＞
　本発明においては、本発明の効果を害さない範囲で、上記各成分の他、一般に熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂に添加される公知の添加剤、即ち、バリ抑制剤、離型剤、潤滑剤、可塑剤、難燃剤、染料や顔料等の着色剤、結晶化促進剤、結晶核剤、各種酸化防止剤、熱安定剤、耐候性安定剤、腐食防止剤等を配合してもよい。
＜樹脂組成物の性質＞
　本発明の樹脂組成物は、体積抵抗率が１×１０１０～１×１０１７Ω・ｃｍであり、透過損失が７５～１１０ＧＨｚの帯域で－３０ｄＢ以下で、かつ電磁波吸収率が３０％以上である。これらの性質は、カーボンブラックＢと炭素繊維Ｃの添加量を調整することによって達成することができる。
　体積抵抗率を１×１０１０～１×１０１７Ω・ｃｍにすることにより、電子機器に使用した場合の絶縁性を得ることができる。透過損失が７５～１１０ＧＨｚの帯域で－３０ｄＢ以下で、かつ電磁波吸収率が３０％以上であるにより、優れた電磁波シールド性を得ることができる。
＜成形品＞
　本発明の樹脂組成物から、成形品を作製することができ、その方法としては特に限定はなく、公知の方法を採用することができる。例えば、樹脂組成物を押出機に投入して溶融混練してペレット化し、このペレットを所定の金型を装備した射出成形機に投入し、射出成形することで作製することができる。本発明の成形品は、電子機器等に有用である。
　以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜材料＞
Ａ　熱可塑性樹脂ポリプブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）ポリプラスチックス社製
Ｂ１　カーボンブラック（ケッチェンブラック）：ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製　ＥＣＸ
Ｂ２　カーボンブラック（ファーネスブラック）：三菱ケミカル社製＃７５０Ｂ
Ｂ３　カーボンブラック（アセチレンブラック）：デンカ社製デンカブラック粒状
Ｃ　　炭素繊維：東邦テナックス社製　ＨＴＣ４３２
酸化防止剤：ＢＡＳＦジャパン社製　イルガノックス１０１０
ガラス繊維：日本電気硝子製　ＥＣＳ０３Ｔ―１8７
＜樹脂組成物試験片の作製＞
　上記の材料を以下の表１に示す割合（単位は質量部）でドライブレンドし、３０ｍｍφのスクリューを有する２軸押出機（（株）日本製鋼所製）にホッパーから供給して２５０℃で溶融混練し、ペレット状の熱可塑性樹脂組成物を得、射出成形により試験片を作製した。
＜評価＞
　評価は以下の通り行った。結果を表１に示す。なお特に断りの無い限り、測定は２３℃５０％ＲＨ雰囲気下で行った。
　≪体積抵抗率（Ω・ｃｍ）≫
　ＩＥＣ６００９３に準拠し、測定装置超高抵抗計Ｒ８３４０(アドバンテスト社製)を用い、印加電圧５００Ｖにて測定した。試験片は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍｔとした。
　≪透過損失（ｄＢ）≫
　以下の装置、測定方法、周波数で測定した。試験片は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍｔとした。
・測定装置：
　　　　ホーンアンテナ：ＦＳＳ－０５（ＨＶＳ社製）
　　　　誘電体レンズ：ＦＳＳ－０６（ＨＶＳ社製）
　　　　ネットワークアナライザー：Ｎ５２２７Ａ(キーサイトテクノロジー社製)
　　　　ミリ波コントローラー：Ｎ５２６１Ａ(キーサイトテクノロジー社製)
・測定方法：自由空間法
・周波数：７５～１１０ＧＨｚ
　≪電磁波吸収率≫
　以下の式で算出した。
反射損失｜Ｓ１１｜＝反射波電磁波強度／入射波電磁波強度(入射波と反射波の振幅比)
Ｓ１１（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ｜Ｓ１１｜
透過損失｜Ｓ２１｜＝透過電磁波強度/入射波電磁波強度(入射波と透過波の振幅比)
Ｓ２１（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ｜Ｓ２１｜
電磁波吸収率（％）＝（１－（｜Ｓ１１｜＾２+｜Ｓ２１｜＾２））×１００
＜評価結果＞
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表1に示すように、本発明では、高周波において優れた電磁波シールド性を有し、体積抵抗率の高いことが分かる。

 

Claims (3)

  1. 　少なくとも、熱可塑性樹脂Ａを１００質量部、カーボンブラックＢを２～６質量部および炭素繊維Ｃを０．３～４質量部含有し、かつ該カーボンブラックＢと該炭素繊維Ｃの合計が７質量部以下である樹脂組成物であって、体積抵抗率が１×１０１０～１×１０１７Ω・ｃｍであり、透過損失が７５～１１０ＧＨｚの帯域で－３０ｄＢ以下で、かつ電磁波吸収率が３０％以上である樹脂組成物。
  2. 　前記カーボンブラックＢがケッチェンブラックである請求項1記載の樹脂組成物。
  3. 　請求項１又は２記載の樹脂組成物からなる成形品。

     
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