JPH0987417A

JPH0987417A - 導電性薄肉樹脂成形品

Info

Publication number: JPH0987417A
Application number: JP7244886A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hirano; 康雄平野; Koichi Hashimoto; 孝一橋本; Naoki Kikuchi; 直樹菊池; Ikou Shino; 医晃示野; Keiko Tanaka; 桂子田中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】２ｍｍ以下の薄肉成形品であっても、優れた
導電性を示し、かつケーシング材として必要な剛性を示
す導電性薄肉成形品を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂を主体とするマトリックス
樹脂に導電性繊維およびカーボンブラックが複合された
導電性複合材料からなる厚さ２ｍｍ以下の薄肉の樹脂成
形品であって、該成形品から樹脂分を除去した後に残存
する導電性繊維の平均長さが０．５ｍｍ以上であり、か
つ該導電性繊維が三次元的に重なり合っている導電性薄
肉樹脂成形品である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気絶縁性のマト
リックス樹脂に、導電性繊維およびカーボンブラックを
複合した導電性複合材料を用いて成形される薄肉樹脂成
形品に関し、詳細には電子機器用のハウジング・ケーシ
ング等に有用な導電性と曲げ剛性等の力学的特性を兼ね
備えた薄肉の樹脂成形品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁波シールド材は、例えば電子機器、
電子装置等を内蔵する電子部品において、その部品のハ
ウジング・ケーシングに利用され、電子部品中の高周波
回路から発生する電磁波が部品外に漏れて他の電子部品
に悪影響を及ぼすことを防止する働きと、他の部品から
発生した電磁波が電子部品内に侵入して誤動作を引き起
こすことを防止する働きを有する。

【０００３】プラスチック成形品に単に導電性塗料ある
いは金属メッキを施して電磁波シールド材を製造する
と、外力を受けたときの衝撃で、塗膜やメッキ膜の部分
的剥離が起き、内部回路が短絡してしまうという問題
や、塗装工程やメッキ工程が必要なため製造コストが上
がるという問題があった。これは、帯電防止性能を付与
するための静電塗料にも言えることでもある。

【０００４】このような観点から、電磁波シールド材に
は、主に導電性プラスチック材料が利用されている。導
電性プラスチック材料とは、高分子マトリックス中に、
カーボン系、金属系、金属メッキ無機材料系等の導電性
フィラーが配合されたものである。高分子マトリックス
としては、ポリアミド、変性ポリフェニレンエーテル
（ＰＰＳ）、ポリカーボネート、ポリエステル等熱可塑
性のエンジニアプラスチック材料や、ポリプロピレン、
ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、スチレン系
ブロックコポリマー等汎用の熱可塑性樹脂等、あるいは
エポキシ樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂等、用途に応じて種々の樹脂が適用されてい
る。

【０００５】最近になって、ノート型パソコン、電子手
帳、携帯電話等、携帯用電子機器の目覚ましい普及に伴
い、電磁波シールド材の軽量化、薄肉化が特に要求され
る様になっている。しかし一方では、これらの電子機器
のケーシング材として、簡単に破壊しない程度の剛性、
衝撃性も必要であり、また薄肉化によって、より高いレ
ベルの電磁波シールド性が要求されるため、ケーシング
材の開発が盛んに行われている。

【０００６】その中で、炭素繊維で強化した熱可塑性樹
脂系導電性複合材料は、炭素繊維が軽量で、かつ導電性
を有していることから、ケーシング材を製造する上で好
ましい材料である。一般的に、炭素繊維強化型熱可塑性
樹脂（ＣＦＲＰ）系導電性材料はペレット状で供給さ
れ、射出成形でケーシング成形が行われている。しか
し、ここで以下の様な問題が起こっている。すなわち、
ＣＦＲＰ系導電性材料をペレット状にする工程や、また
その後の射出成形工程において、炭素繊維の切断が頻発
するということである。実際、ケーシング材の中では繊
維長が０．１ｍｍ以下になっていることがある。高い電
磁波シールド性を発現させるためには、ケーシング中
で、炭素繊維が不連続であってはならない（常に、隣接
する炭素繊維と接触している必要がある）のに、炭素繊
維の長さが確保できないので、どうしても炭素繊維含量
を多くせざるを得ない。しかし、炭素繊維は高価な材料
であるため製品コストに直接響くこと、また炭素繊維を
多くすることによって成形材料の流動性が極めて悪くな
って成形加工が難しくなる、という問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、２
ｍｍ以下の薄肉成形品であっても、優れた導電性を示
し、かつケーシング材として必要な剛性を示す導電性薄
肉成形品を提供することを課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の導電性薄肉樹脂
成形品は、熱可塑性樹脂を主体とするマトリックス樹脂
に導電性繊維およびカーボンブラックが複合された導電
性複合材料からなる厚さ２ｍｍ以下の薄肉の樹脂成形品
であって、該成形品から下記方法で樹脂分を除去した後
に残存する導電性繊維の平均長さが０．５ｍｍ以上であ
り、かつ該導電性繊維が三次元的に重なり合っていると
ころに要旨を有する。

【０００９】・樹脂分除去方法：空気と窒素の１対１
（体積比）混合雰囲気下で、５ｃｍ×５ｃｍ（厚みは２
ｍｍ以下）の試験片を４０℃で４０分保持した後、昇温
速度５℃／分で４５０℃まで加熱し、４５０℃で２０分
保持することによって、試験片から全ての樹脂分を除去
する。

【００１０】導電性複合材料が、１０〜４０重量％の導
電性繊維と、１〜２０重量％のカーボンブラックを含む
こと、導電性繊維が炭素繊維であること、熱可塑性樹脂
がポリアミド樹脂であることは本発明の好ましい実施態
様である。また、導電性複合材料が、２０重量％以下の
熱硬化性樹脂、特にフェノール樹脂を含有すると、薄肉
の成形品であっても反りのほとんどない成形品を製造す
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者らは、高い電磁波シール
ド性と剛性を兼ね備えた薄肉の樹脂成形品を製造するた
め、導電性繊維の長さとその存在状態に着目した。そし
て、成形工程等の間に導電性繊維が切断したとしても、
成形後の製品において、導電性繊維の長さが平均０．５
ｍｍ以上あり、かつ繊維が三次元的に重なり合った状態
（連続した状態）であれば、電磁波シールド性と剛性に
優れた薄肉の成形品が得られることを見出し、本発明に
到達したものである。以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明の導電性薄肉樹脂成形品は、熱可塑
性樹脂を主体とするマトリックス樹脂に導電性繊維およ
びカーボンブラックが複合された導電性複合材料からな
るものである。なお本発明では、厚さ２ｍｍ以下の成形
品を「薄肉」成形品と定義する。

【００１３】マトリックス樹脂の主体となる熱可塑性樹
脂としては、電子機器用のケーシングに用いられている
公知の熱可塑性樹脂が好ましく利用できる。例えば、ポ
リエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系、ポ
リスチレン系、ポリアミド系、変性ポリフェニレンオキ
サイド系、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＳ）系、
ポリフェニレンサルファイド系、ポリカーボネート系、
ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレ
ート等のポリエステル系、ポリカーボネート系、ＡＢ
Ｓ、ＡＳ、ＡＥＳ等の樹脂が挙げられ、これらのうちの
１種を、または２種以上のポリマーをアロイ化して用い
ることができる。

【００１４】本発明の成形品は一般的に射出成形で製造
されるので、使用する熱可塑性樹脂は、各樹脂の加工に
適した温度においてその溶融粘度が３０００ポイズ以下
であるものを選択することが推奨される。成形圧が低く
ても流動性が確保でき、炭素繊維に対する含浸性に優れ
るという利点も享受できるためである。これらの観点か
ら、結晶性の高い樹脂の方が溶融粘度が低いため、本発
明の実施に好適である。なかでも、ポリアミド樹脂は、
成形性（流動性）や成形品の力学的特性等に優れてお
り、炭素繊維やカーボンブラックとのなじみが良いの
で、好ましく用いることができる。ポリアミド樹脂は、
脂肪族、半芳香族に限定されないが、芳香族系で結晶性
が高いものの方が、強度や耐熱性、耐湿性等の点で好ま
しい。

【００１５】本発明における導電性複合材料のマトリッ
クス樹脂は、上記熱可塑性樹脂が主体であるが、複合材
料中２０重量％以下の範囲であれば熱硬化性樹脂を含有
したポリマーアロイであっても良い。熱硬化性樹脂が少
量共存することによって、成形時の流動性を損なうこと
なく成形品の強度を向上させることができる。また熱硬
化性樹脂とのアロイ化によって、理由は明確ではないが
薄肉成形品の反りが改善されることも見出された。熱硬
化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミ
ド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア・メラ
ミン樹脂等が利用できる。特に、熱可塑性樹脂としてポ
リアミドを用い、レゾール型フェノール樹脂粉末を添加
して用いると、反りが全くなくなり、かつ優れた剛性を
示す。

【００１６】本発明の導電性複合材料には、導電性繊維
繊維とカーボンブラックが含まれる。導電性繊維は１０
〜４０重量％、カーボンブラックは１〜２０重量％の範
囲で使用することが好ましい。これらの範囲より少ない
と充分な導電性が得られず、電磁波シールド材として不
適であり、多過ぎると成形が困難になる。

【００１７】導電性繊維としては、炭素繊維、ステンレ
ス、アルミニウム、銅や他の合金系等の金属繊維、金属
コート炭素繊維、金属コートガラス繊維等が挙げられ
る。特に本発明では、強度に優れ、かつ安価な炭素繊維
の使用が好ましい。繊維の直径は特に限定されないが、
５〜２０μｍ程度が一般的であり、より好ましくは５〜
１５μｍである。これらの導電性繊維は、公知のシラン
カップリング剤等の表面処理材で樹脂との親和性を高め
たものであってもよい。

【００１８】本発明の導電性薄肉樹脂成形品は、成形品
からマトリックス樹脂分を除去した後に残存する導電性
繊維の平均長さが０．５ｍｍ以上であり、かつ該導電性
繊維が実質的に、三次元的に重なり合っていなければな
らない。

【００１９】マトリックス樹脂の除去方法は、空気と窒
素の体積比１対１で混合された雰囲気下で、成形後の試
験片（５ｃｍ×５ｃｍ、厚みは２ｍｍ以下）を４０℃で
４０分保持した後、昇温速度５℃／分で４５０℃まで加
熱し、４５０℃で２０分保持する方法を採用する。この
方法によれば、成形品中での導電性繊維の存在状態を変
化させることなく樹脂分のみを除去することができる。
樹脂分を除去した後の導電性繊維の平均長さが０．５ｍ
ｍより短いと、良好な導電性と、成形品の剛性が発現し
ないため、このような成形品は本発明の範囲外となる。
より好ましい導電性繊維の平均長さは０．８ｍｍ以上で
ある。

【００２０】また導電性繊維が実質的に、三次元的に重
なり合っていることも導電性発現のための不可欠な条件
である。これは、高い電磁波シールド性を得るには、成
形品中で、導電性繊維が不連続な部分があってはなら
ず、隣接する導電性繊維が接触している必要があるため
である。

【００２１】上記要件を満足する導電性薄肉樹脂成形品
を得るためには、導電性複合材料として、長繊維ペレッ
トを用いることが推奨される。長繊維ペレットは、溶融
させたカーボンブラックを含有する熱可塑性樹脂浴中に
連続繊維を通過させ、繊維に樹脂を充分含浸させた後、
冷却して所定の長さに切断することによって得られるも
のである。繊維の長さはペレットの長さと略同等であり
適宜選択できるが、通常１０ｍｍ前後である。この長繊
維ペレットを使用すれば、複合材料をスクリュー式混練
機等で撹拌しながら調製するといった従来方法に比べ
て、成形前の繊維の長さをかなり長くすることができる
ため、射出成形時に繊維の破断が起こったとしても、成
形後の導電性繊維の平均長さを０．５ｍｍ以上にするこ
とができる。そして、繊維長を長く保持することが可能
になったため、導電性繊維を多量に配合しなくても、こ
れらの繊維が成形品中において三次元的に重なり合った
状態で存在するので、良好な電磁波シールド性を呈す
る。

【００２２】本発明の導電性薄肉樹脂成形品は、公知の
射出成形法やその他の成形方法で製造することができ、
特に成形条件は限定されず、選択したマトリックス樹
脂、あるいは用途、成形品の大きさ等に応じて適宜設定
すれば良い。また成形材料中には必要に応じて公知の添
加剤や充填材を加えても良く、このような添加剤として
は、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、顔
料、着色剤、可塑剤、流動性調製剤等が挙げられ、充填
材としては、ガラス繊維や有機繊維等の非導電性強化繊
維や、無機あるいは有機系フィラーが挙げられる。

【００２３】

【実施例】以下実施例によって本発明をさらに詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。

【００２４】実施例１ポリカーボネート７０重量％とポリエチレンテレフタレ
ート３０重量％がアロイ化されたアロイポリマー（２９
０℃での溶融粘度：１５００ポイズ）に、カーボンブラ
ックを６重量％添加して、連続炭素繊維束に溶融含浸さ
せ、直径４．２ｍｍの炭素繊維強化樹脂ストランドを製
造し、これを長さ１０ｍｍに切断してペレットを得た。
得られたペレットの炭素繊維含有率は、１５重量％であ
った。

【００２５】このペレットをシリンダー温度２９０℃の
射出成形機に入れて、金型温度１２０℃、９８０ｋｇｆ
／ｃｍ² の射出圧力で成形を行い、肉厚１．５ｍｍ、１
５０ｍｍ×１５０ｍｍの平板状成形品を得た。この成形
品から試験片を切出し、曲げ試験による曲げ強度、曲げ
弾性率と体積固有抵抗を測定した。・曲げ試験：ＪＩＳＫ７２０３に準じて測定した。・体積固有抵抗：ＳＲＩＳ２３０１の電圧・電流法に準
じて測定した。

【００２６】その結果、得られた成形品の曲げ強度は１
８ｋｇｆ／ｍｍ² 、曲げ弾性率は１０５０ｋｇｆ／ｍｍ
² 、体積固有抵抗は３０Ω・ｃｍであり、剛性および導
電性の両方に優れた成形品が得られた。また、試験片の
樹脂分を除去し、炭素繊維の重なり具合を見たところ、
三次元的に重なり合っており、不連続の部分は認められ
ず、炭素繊維の平均長は０．８ｍｍであった。

【００２７】・樹脂分除去方法：空気と窒素の１対１
（体積比）混合雰囲気下で、５ｃｍ×５ｃｍの試験片を
４０℃で４０分保持した後、昇温速度５℃／分で４５０
℃まで加熱し、２０分そのままで保持することによっ
て、試験片から全ての樹脂分をきれいに除去した。

【００２８】実施例２熱可塑性樹脂として、メタキシリレンジアミンとアジピ
ン酸から構成された半芳香族ナイロン「レニー」（三菱
エンジニアリングプラスチックス社製、２８０℃での溶
融粘度１３００ポイズ）を用いた以外は、ほぼ実施例１
と同様にして、直径３．６ｍｍ、長さ１０ｍｍ、炭素繊
維含量３０重量％のペレットを製造した。このペレット
を用いて、実施例１と同様にして、肉厚１．５ｍｍ、１
５０ｍｍ×１５０ｍｍの平板状成形品を得た。実施例１
と同様にして曲げ試験を行ったところ、この成形品の曲
げ強度は、４６ｋｇｆ／ｍｍ² 、曲げ弾性率は４０７０
ｋｇｆ／ｍｍ² であった。

【００２９】また、電波シールド性は５０ｄＢ（３００
ＭＨｚ）と良好であった。なお、電波シールド性は、Ｋ
ＥＣ法（財団法人関西電子工業振興センター法）に準
じて行い、隔絶されたボックスを平板状成形品で２つに
仕切り、片方に発振子を、もう一方に受信子を入れ、発
振子から電磁波を発生させたときの減衰量である。さら
に、樹脂除去後の繊維を観察したところ、平均長さ１．
５ｍｍの炭素繊維が三次元的に絡み合っていることが確
認された。

【００３０】実施例３実施例２で用いた半芳香族ナイロン「レニー」に、カー
ボンブラック６重量％およびフェノール樹脂を１２重量
％添加して、実施例１と同様にして、直径３．６ｍｍ、
長さ１０ｍｍ、炭素繊維含量３０重量％、カーボンブラ
ック含量５重量％のペレットを製造した。このペレット
を用いて、実施例１と同様にして、肉厚１．５ｍｍ、１
５０ｍｍ×１５０ｍｍの平板状成形品を得た。実施例１
と同様にして曲げ試験および電波シールド試験を行った
ところ、この成形品の曲げ強度は、４４ｋｇｆ／ｍｍ
² 、曲げ弾性率は４１５０ｋｇｆ／ｍｍ² 、電波シール
ド性は４８ｄＢであった。さらに樹脂除去後の繊維を観
察したところ、平均長さ１．７ｍｍの炭素繊維が三次元
的に絡み合っていることが確認された。

【００３１】実施例４実施例２および３で製造したペレットを用いて、肉厚を
１．０ｍｍに薄くした平板状成形品を作製した。反りの
状態を目視で観察したところ、フェノール樹脂が配合さ
れた実施例３のペレットで作製した成形品は全く反りが
認められなかったが、実施例２のペレットで作製した成
形品には若干の反りが生じていた。

【００３２】比較例１実施例２と同じポリアミド樹脂とカーボンブラックを同
量と、長さ１０ｍｍの炭素繊維を３０重量％になる様に
スクリュー式押出機に入れて、樹脂を加熱溶融させなが
ら、混練した。その後は、実施例２と同様にして、同大
の平板状成形品を作製した。この成形品の曲げ試験結果
は、曲げ強度、４４．２ｋｇｆ／ｍｍ²、曲げ弾性率３
９６０ｋｇｆ／ｍｍ² 、電波シールド性は３５ｄＢであ
り、いずれも実施例２に比べて劣っていた。また樹脂分
を除去し、炭素繊維の状態をみたところ、炭素繊維の平
均長さは、０．１ｍｍであり、炭素繊維が不連続な部分
がところどころ存在していた。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、熱
可塑性樹脂を主体とするマトリックス樹脂からなる導電
性薄肉樹脂成形品において、成形品中の導電性繊維を平
均長さ０．５ｍｍ以上で、かつ該繊維を三次元的に重な
り合った状態（連続した状態）で存在させているので、
電磁波シールド性および剛性に優れた薄肉の成形品を提
供することができた。また特に、熱硬化性樹脂の共存に
よって、成形性を悪化させることなく剛性を向上させる
ことができ、しかも反りが全く見られない超薄肉の成形
品を提供することができた。従って、本発明の導電性薄
肉樹脂成形品は、ノート型パソコン、電子手帳、携帯電
話等の携帯用電子機器のハウジング・ケーシング材や、
他の導電性を必要とする薄肉成形品として、非常に有用
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｋ 7/02 ＫＣＪＣ０８Ｋ 7/02 ＫＣＪＣ０８Ｌ 61/06 ＬＭＳＣ０８Ｌ 61/06 ＬＭＳ 77/00 ＫＬＣ 77/00 ＫＬＣ 101/00 101/00 Ｈ０５Ｋ 9/00 Ｈ０５Ｋ 9/00 Ｘ (72)発明者示野医晃兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者田中桂子神戸市中央区御幸通６丁目１−12 株式会社神戸製鋼所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂を主体とするマトリックス
樹脂に導電性繊維およびカーボンブラックが複合された
導電性複合材料からなる厚さ２ｍｍ以下の薄肉の樹脂成
形品であって、該成形品から下記方法で樹脂分を除去し
た後に残存する導電性繊維の平均長さが０．５ｍｍ以上
であり、かつ該導電性繊維が三次元的に重なり合ってい
ることを特徴とする導電性薄肉樹脂成形品。・樹脂分除去方法：空気と窒素を１対１（体積比）混合
雰囲気下で、試験片（５ｃｍ×５ｃｍ）を４０℃で４０
分保持した後、昇温速度５℃／分で４５０℃まで加熱
し、４５０℃で２０分保持することによって、試験片か
ら全ての樹脂分を除去する。
【請求項２】導電性複合材料が、１０〜４０重量％の
導電性繊維と、１〜２０重量％のカーボンブラックを含
むものである請求項１に記載の導電性薄肉樹脂成形品。
【請求項３】導電性繊維が炭素繊維である請求項１ま
たは２に記載の導電性薄肉樹脂成形品。
【請求項４】熱可塑性樹脂が、ポリアミド樹脂である
請求項１〜３のいずれかに記載の導電性薄肉樹脂成形
品。
【請求項５】導電性複合材料が、２０重量％以下の熱
硬化性樹脂を含有するものである請求項１〜４のいずれ
かに記載の導電性薄肉樹脂成形品。
【請求項６】熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である請
求項５に記載の導電性薄肉樹脂成形品。