JPH0791418B2 - 導電性プラスチック成形品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばコンピュータ、通信用電子機器などに
おいて電磁波シールドのために用いうる導電性プラスチ
ック成形品に関する。

〔従来技術〕

コンピュータ、ロボットなどをはじめとする電子機器
は、該機器及びその周囲から生じた電磁波による誤動
作、障害を防ぐことが要請されている。この電磁波シー
ルドのためには、機器自身を包む筐体を、導電性プラス
チックを用いて形成することが好ましい。

またこのような導電性プラスチックのシールド性に関し
ては、アメリカのFCC機関は周波数1MH_Zで60db以上のシ
ールド特性を具えることを必要としている。

他方このような条件を満足するべく、例えば特開昭57−
150203号、特公昭60−54967号などの各公報は、導電性
繊維をプラスチック中のランダムに分散、複合化させる
方法を開示している。

そして前記各公報は、所定の特性を具えつつ導電性繊維
の使用量を抑制する為には、より細い繊維をより長い状
態で分散させることが有効であることを示唆している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、一般的にこのような筐体等の樹脂成形品
は、そのほとんどが射出成型、押出成型によって製造さ
れ、又このような成形に際しては強度の剪断状態での混
練段階を経る為、その加工中における繊維の折損によっ
て、予定される導電性を達成しがたいという問題が生じ
ている。

この結果、従来、繊維自身がある程度の荷重に耐え得る
だけの太さを備えることが必要とされ、ステンレス鋼の
場合においても８μｍ以下のものが用いられるこのとは
なかった。しかもその繊維についても、そのほとんどは
真円状に近い断面形状であったことから、例えば前記シ
ールド特性を得るには最低10重量％程度の混入が必要と
されて、また場合によっては、前記折損を見越した余分
の繊維を使用するなどの対策がとられ、その結果成形性
の低下、機械的強度の劣化、コスト上昇などの問題が伴
っていた。

本発明は、導電性プラスチック成形品に用いられる導電
性繊維の断面形状に着目し、より少重量の充填率で高い
シールド効果を果たし得る導電性プラスチック成形品の
提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、呼称繊維径Ｄが30μｍ以下かつアスペクト比
が300〜2000のステンレス鋼繊維をプラスチック材料内
に実質的にランダムに分散させるとともに前記ステンレ
ス鋼繊維間の接触によって導電性を備えたプラスチック
成形品であって、前記ステンレス鋼繊維は、該繊維断面
での短辺ａと長片ｂとの寸法比が1:1〜４でありかつ該
ステンレス鋼繊維の横断面周長Ｌが、Ａを前記ステンレ
ス鋼繊維の横断面面積とするとき の範囲内にある導電性プラスチック成形品である。

〔作用〕

このようなステンレス鋼繊維は横断面外周に大きな凹凸
形状が付与されることとなる。従って、見掛けの呼称繊
維径に比して、実質的に軽量化でき、プラスチック材に
同じ重量％を混入するときにも、多数本を混入でき、導
電性を向上する。又凹凸によりプラスチックとの付着力
が増し補強に役立つとともに、短辺、長辺の比を1:1〜
４とすることにより、成形に際しての偏向を減じ、ラン
ダムに分散され、導電性を高めることとなる。

〔実施例〕

第１図は、例えば板状に成形された本願発明の導電性プ
ラスチック成形品（以下、単に“成形品”という）１に
おける混入されたステンレス鋼繊維２の一部の配置状態
を例示した斜視図であり、また第２図は該成形品１の製
造に好適に使用される複合ペレット10の一例の同様に拡
大して示す斜視図である。さらに第３図（ａ）はステン
レス鋼繊維２の斜視図および第３図（ｂ）は横断面図で
ある。

成形品１は、プラスチック材料３中にステンレス鋼繊維
２を実質的にランダムに分散させるとともに、前記ステ
ンレス鋼繊維２間の接触によって成形品１に導電性を与
える。

ステンレス鋼繊維２は、呼称繊維径Ｄが30μｍ以下、長
さ／直径比であるアクペクト比が300〜2000である。又
ステンレス鋼繊維２は、横断面における短辺ａと長辺ｂ
との寸法比が1:1〜４、横断面周長Ｌが、Ａを前記ステ
ンレス鋼繊維２の横断面面積とするとき、 の範囲内にある。

又前記呼称繊維径Ｄとは、本明細書において、横断面に
おける最大巾位置における巾寸法である長辺ｂと、長辺
ｂに略直交する方向の巾寸法である短辺ａとの平均値と
して定義される。

また前記ステンレス鋼として、Ni系ステンレス鋼として
知られている例えばSUS302、304、305、316、316L材を
はじめ、種々なものが使用できるが、成形品が射出成
型、押出し成型などのような強度の加工によって製造さ
れる場合には、前記SUS302、304材など、製造工程にお
ける加工硬化率が大きく、強度、靱性にすぐれたものが
好適に利用できる。このようなものとして、例えば、Ｃ
≦0.1％、Ni:83、10.5％、Cr:17〜20％を基本組成と
し、さらにSi≦1.0％、Mn≦2.0％、Ｐ≦0.05％、Ｓ≦0.
03％と若干の不可避不純物及び残部鉄を含むステンレス
鋼がある。さらに、前記Ｃは0.06〜0.10％程度含有させ
ることが好ましい。

又ステンレス鋼繊維２は、引張強さを160kg/mm²以上、
好ましくは200kg/mm²以上のものが、混練などでの加工
に耐え、破断を防ぐとともに、成形品１中に混入された
状態も比較的直線状を保ちつつ分散することから、導電
性を高めることとなる。

なお一般的に、プラスチック中に繊維材をランダムに分
散させた、板状、シート状、ブロック状などのような成
形品では、その内部の繊維材は、第１図、第４図に例示
されるようにランダムな三次元分散状態となり、この場
合には各繊維同志がお互いに非平行状態で接触する接触
部Ｓを形成することとなる。

この接触状態は本発明に係る導電性プラスチック成形品
１においても同様であり、また導電性については、前記
繊維同志の接触が点状で接触する点接触、あるいは線状
で接触する線接触の場合であっても導電性については差
異はなく、成形品１内に前記繊維２同志がいかなる状態
であれば接触していることによって導電回路を形成で
き、導電性を保有することとなる。

しかしながら、導電特性の良否自体は前記接触部Ｓの発
生ケ数、導電回路の状態によっては影響される。

このような傾向は、例えば一定の太さをもつ繊維の使用
を前提とし、かつそれらが非平行状態（交わる方向）で
接触する場合においては、断面真円な繊維と、見掛けで
同等の直径を有する断面不規則な繊維の場合とでは、導
電特性については両者に差異はないものの、後者の場合
には繊維自身の横断面が凹部を持つことから、１本当り
の実質重量は第３図（ｂ）からも明らかなように、減少
したものとなる。

したがって、もし一定の重量％の繊維充填量のプラスチ
ック成形品を得る場合においては、前者の場合に比べ、
後者すなわちその周囲に不規則な複数の比較的鋭利な凸
部４を形成することにより横断面全周に凹凸部を設けた
ものは、軽量化されることによって、より多数本の繊維
を使用することができることから、さらに接触部Ｓの個
数が増し導電性を高めうる効果となる。

特にステンレス鋼繊維においては、繊維自身の比重が大
きく、かつ高価でもあることからその使用量を減少させ
ることは、成形品のコストを引き下げまた成形性を高め
る効果も生じうる。

このような観点からステンレス鋼繊維２として、横断面
における呼称繊維径Ｄが前記30μｍ以下であって、かつ
横断面における短辺ａと長辺ｂとの寸法比率が1:1〜
４、その横断面周長Ｌが、該繊維２の横断面面積をＡと
するとき 好ましくは の範囲とする。

呼称繊維径Ｄが30μｍを越える場合には、例えば射出成
形などでの混練、押し出しに際して金型の磨耗が激しく
なり、また得られた製品はその表面上にステンレス鋼繊
維２が突出、露出しやすくなるなど外観的にも好ましく
ない。従ってその上限を30μｍ、より好ましくは20μｍ
であり、さらに好ましいのは２〜15μｍの範囲である。
なお前記種々の加工に耐え得るならば細い繊維の使用は
導電性を高める面から好ましいのは明らかである。

又アスペクト比（長さ／呼称繊維径Ｄ）は、良好な導電
回路の形成のためには300〜2000である。すなわち300以
下の場合には、ステンレス鋼繊維２が短く、又切損した
ときには粉末状となり易く、導電性が低下する。またそ
の値が2000を越えることは強度の混練加工を伴う射出成
型などでは製造が困難となる。この場合一般的にステン
レス鋼繊維２の長さは0.5〜20m/mm程度が好ましい。

また前記短辺ａと長辺ｂとの寸法比率を1:1〜４として
いる。1:4を越える場合には該繊維２が箔状態に近付
き、また成型時には樹脂材料の流れに押されて実質的に
積層状態と成り偏向しやすく、該繊維の各々が方向性を
持つことから前記接触部Ｓの個数が減少し、導電性を低
下させることとなる。従って、その範囲は１〜４、より
好ましい範囲は1:1〜2.5である。

さらに周長Ｌと横断面面積Ａとの間において、周長Ｌが 以下の場合には、実質的に断面円形に近付くことから、
凹凸による効果が発揮できない。また逆にその値が を越えるような凹凸の激しい断面形状の繊維はその製造
コストを増大する。このような理由からその範囲は、 好ましくは とする。この範囲内において、好ましくは、第３図
（ｂ）に示すようにその横断面全周にわたって鋭利な凸
部４を形成し、かつそれを長手方向に連続させた複数の
稜５を設けることが有効である。

またステンレス鋼繊維２の横断面をこのような断面不規
則な連続形状にすることは、互いに交わる２つの繊維間
が実質的に前記稜５で接触しすることにより、点接触と
なり、見掛上の呼称繊維径Ｄで十分な導電性を与え、繊
維の余分な部分を連続的に除去する結果となり、軽量化
を図ることができる。

さらに樹脂材料との接着面積増加により成形品１の強度
が増し又繊維自身の曲げに対する抵抗性をいくぶんでも
向上させることもできる。

また前記凸部４は、第３図（ｃ）のように繊維周面に、
半球状などの尖塔状凸部4Aを形成させたものでよく、さ
らに第３図（ｄ）のように正多角形状であってもよい。

なお前記稜５を有するステンレス鋼繊維２は、例えば公
知の集束引抜き法を利用し、各部材の材質、形状、寸法
などを選定した上、加工条件の調整、熱処理方法を工夫
することによって達成できる。又集束引抜き法とは、例
えば第５図に示すように、繊維素材2Aの外周に潤滑、分
離層を設けた複数の素線2Bを、外装材11で包んでなる複
合体12を熱処理加工と引抜き加工との繰り返しによって
所定の太さに縮径した後、前記外装材11等を化学的等の
手段により除去することによって、所定の断面形状を持
つ連得したステンレス鋼繊維２の束、すなわちトウを得
る方法であり、前記形成条件の調整によって不規則断面
のステンレス鋼繊維２をうることができる。又繊維素材
2Aとして予め予定形形状のものを使用することも有効で
ある。

他方、前記プラスチック材料３については、例えばポリ
スチレン樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリエチレン樹
脂、ポリエステル樹脂など、種々な熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂を用いることもでき、さらに各種の添加剤など
も付加できる。

又混入される前記ステンレス鋼繊維２を、例えば、３〜
10重量％（0.3〜2.0容積％）の範囲内としても十分な導
電性のものをえられることが判明している。

つぎに第２図は、成形品１の製造に好適に使用できる場
合ペレット10を例示している。

ペレット10は、その内部に長手方向に添って複数本の前
記繊維２をほぼ平行に配置させ、所定のプラスチック3a
によって集束一体化するとともに、これを所定長さ、例
えば３〜25mm程度に切断することによって製作されてお
り、ここでは断面円形の円筒状にしたものが示されてい
る。又ペレット10は、ステンレス鋼繊維２の複数本、例
えば300〜3000本をほぼ平行に配置し、ステンレス鋼繊
維２間には前記プラスチック3aを完全に含浸させるとと
もに、その太さを例えば8mm以下にしている。

またここで用いるプラスチック3a材料については、種々
のものが使用できるが、ステンレス鋼繊維２がその外周
に凹凸を有することから、できるだけ樹脂を完全に被覆
するべく、粘性の低い状態で用いることが好ましい。ま
たその材料は前記成型品１で用いるものと同種あるいは
異種であってもよく、２種以上の混合、積層であっても
よい。

第６図は、ペレット10の製造工程の一例を示したもので
あり、前記プラスチック材料3aを溶融させる槽15内に前
記連続したトウ13を通すことにより溶融液中に浸漬し、
樹脂3aが十分に各繊維２の表面、特に前記凸部４に付着
するように、例えばロール14等で押圧しながら被覆す
る。樹脂材料3aが被覆された複合長尺材は、乾燥をへて
所定長さに切断され、ペレット10となる。その形状は角
型、偏平、楕円などさまざまな断面形状とすることがで
きる。

〔実施例−１〕 繊維製造条件の異なる３種類の集束加工法によりそれぞ
れ得たSUS304のステンレス鋼繊維3000本のトウを、ポリ
エステル樹脂で集束、切断して第１表の資料Ａ〜Ｃまで
のペレットを得た。

なお、ここで用いた繊維は、呼称繊維径が略８μｍ、引
張強さは193〜208kg/mm²であり、またペレットの直径は
3mmとした。

これらペレットの断面を研磨して、前記各繊維の横断面
面積と周長との関係を画像処理装置によって求めた結
果、各試料での繊維周長Ｌの平均値は であり、又その寸法は短辺約７〜11μｍ、周辺８〜13μ
ｍ程度の範囲であった。なお、このときを拡大写真を第
７図（ａ）〜第７図（ｂ）にそれぞれ示している。

〔実施例−２〕 実施例−１より得られた３種類の複合ペレットA.B.C
と、純粋なプラスチックペレットとを乾式で混合し、前
記繊維が５及び10重量％となるように混合したうえ、射
出成形機により、232℃の加熱を経て厚さ5mmで10×10cm
の大きさの試験片に形成した。製作した試験片は合計６
種類である この場合、繊維周面の凹凸の激しいものほど分散が進み
にくく、この為混練条件を調整することで各資料ともほ
ぼ同程度の試験片が得られた。

つぎにこの結果得られた各試験片体積抵抗率を測定し
た。第１表はその結果をまとめたものである。

〔実施例−３〕 呼称繊維径12μｍのSUS302ステンレス鋼繊維であって、
短辺と長辺との比率がほぼ1:1.5〜2.8、かつ横断面面積
が91.6μm²、周長Ｌが50.3μｍの繊維1000本からなるト
ウを、長さ8mmのチョップ状態に切断するとともに、低
粘性状態で溶融したポリ塩化ビニール樹脂中に分散させ
ながら投入し、繊維充填率４重量％の試料（5mm×100×
100mm）を製造した。

その結果、２×100Ωcmの体積抵抗率を持つ導電性材料
が得られた。

〔比較例−１〕 実施例１、２に対応させて、繊維径約８μｍのSUS−316
ステンレス鋼繊維を用い、前記実施例と同様に繊維充填
率５及び10重量％の成形板を製作した。

なおこのとき比較例−１の繊維横断面における周長Ｌ
は、平均値で の関係を持ち、比較的円形に近い断面形状のものであっ
た。また比較例−２のものは熱間圧延により得たかなり
偏平な繊維であった。この繊維は平均で の関係にあったが横断図における短辺ａと長辺ｂとの比
率は4.5倍に達していた。これらの成型板での導電性
は、同じく第１表に示すようにあまり満足できるもので
はなかった。

〔発明の効果〕

このように、本発明の成形品は、混入されるステンレス
鋼繊維の断面を前記形状とすることにより、各繊維間の
接触に必要のない部分が除去でき、軽量化しうるため、
従来の繊維を用いた場合と同程度の導電性を少量のステ
ンレス鋼を用いて達成でき、軽量化した成形品を得るこ
とができる。

またそれに伴ってコスト引き下げが可能となるととも
に、このようなステンレス鋼繊維は、プラスチック材料
との接触面積と高め、ステンレス鋼繊維による補強効果
が向上する。

したがって本発明の成形品は、繊維混入に伴うプラスチ
ック本来の特性劣化を最小限に抑え、軽量かつ安価であ
って、電子、電気機器の電磁シールト用の筐体として特
に好適に使用しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す斜視図、第３図は前
記成形品の製造に使用されるペレットの一例を示した斜
視図、第３図（ａ）は、本発明に用いられるステンレス
鋼繊維の形状を示した拡大斜視図、第３図（ｂ）はその
横断面図、第３図（ｃ）（ｄ）はステンレス鋼繊維の他
の例を示す斜視図、第４図は繊維間の接触状態を説明す
る斜視図、第５図は繊維の製造工程を示す斜視図、第６
図はペレットの製造工程を示す線図、第７図（ａ）〜
（ｃ）は繊維の横断面形状を示す拡大写真である。 １……プラスチック成形品、２……ステンレス鋼繊維、
３……プラスチック材料、４……凸部、５……稜、10…
…ペレット、Ｓ……接触部、ａ……短辺、ｂ……長辺。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】呼称繊維径Ｄが30μｍ以下かつアスペクト
   比が300〜2000のステンレス鋼繊維をプラスチック内に
   実質的にランダムに分散させるとともにステンレス鋼繊
   維間の接触によって導電性をもつプラスチック成形品で
   あって、前記ステンレス鋼繊維は、該繊維横断面での短
   辺ａと長辺ｂとの寸法比が1:1〜４でありかつ該ステン
   レス鋼繊維の横断面周長Ｌが次式の範囲内にある導電性
   プラスチック成形品。 但し、Ａは前記ステンレス鋼繊維の横断面面積。
2. 【請求項２】前記ステンレス鋼繊維は、実質的に点状態
   で接触することにより導電性をもつことを特徴とする請
   求項１記載の導電性プラスチック成形品。
3. 【請求項３】前記ステンレス鋼繊維は、前記周長Ｌが の範囲であることを特徴とする請求項１記載の導電性プ
   ラスチック成形品。
4. 【請求項４】前記ステンレス鋼繊維は、その横断面全周
   に不規則な凸部を設けるとともに、該凸部を繊維長手方
   向に沿って連続させたことを特徴とする請求項２又は３
   記載の導電性プラスチック成形品。
5. 【請求項５】ステンレス鋼繊維は、プラスチック材料内
   に３〜10重量％含有されていることを特徴とする請求項
   １、２、３又は４記載の導電性プラスチック成形品。