JPS6234931A - 導電性複合材料 - 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】 く技術分野〉 本発明は１例えば電磁波シールド効果等の導電性にすぐ
れた高分子複合材料に関する。

〈従来技術〉 近年、コンピューター、通信機器など各種の電子機器の
普及に伴い機器の内部あるいは外部からの電磁波等によ
る障害を防止しようとすることがさかんに試みられてい
る。

その一手段としては、その筐体材料であるプラスチック
等の高分子材料に粉末状、りん片状、繊維状などでなる
導電性フィラーを、均一かつ互いに当接して分散させる
乙とにより達成されるが、特に繊維状フィラーにおいて
は、小径かつアスペクト比（長さ／繊維径）の大なる素
材を選択使用することによって、その混入量の低減が可
能となることが知られている。

例えば、日経メカニカル・１９８３年５月２３日号によ
れば、アスペクト比の大きな金属繊維をわずか１〜２重
量％程度の低率で混入させただけでも４０　ｄｂ以上（
Ｉ　ＧＨｚ）のシールド効果が得られることが報告され
、大きな注目を集めている。

しかしながら、その一方においては溶融状態にあるゴム
、プラスチック等の高分子材料は、極めて高い粘性を有
し、例えば熱可塑性プラスチックの代表的成形法である
射出成形機での加工においては、シリンダー中での混練
やあるいはノズル通過時での流動性その他加工諸条件に
影響され、該フィラーにはそれに伴うかなり大きな引っ
張り力。

曲げ力、せん断力等の外力が加わる。その結果それに耐
えられないような低強度フィラーには曲りなどの変形や
折損が発生する為、良好な導電回路の形成がむずかしく
所望の特性が得られ難いという重要な問題があった。

従来においては例えば特開昭５７−１５０２０３号公報
に示されるように、そのほとんどは加工方法や作業条件
の改良に係るものであって、フィラー材料についての材
料特性は未だ十分に検討されたとはいいがたい。

（発明の目的） 本発明は、このような問題に対し積極的に検討した結果
なされたものであって、所定特性の繊維状フィラーを用
いることによって、加工処理中でのフィラーの折損や変
形を防ぎ、その混入率低下を図ると共に導電性をも向上
させた高分子複合材料の提供を目的とする。

（発明の開示） 本発明において使用されろ繊維状導電性フィラーは、２
〜３０μｍｍの繊維径と、長さ１〜１０ｒｎｍの寸法を
有しているとともに、該フィラー（とは加工率６０〜９
８％の範囲内での冷間加工が施された５ＵＳ３０４系ス
テンレス鋼繊維材料を用したものである。

このようなステンレス鋼繊維には、例えば特公昭５６−
１１５２３号明細書が開示するようにＳＵＳ　３０４系
ステンレス錆でなるフィラメント素材を、他の金属でな
るマトリック材で被包した複合線材の集束線に、所定の
冷間加工あるいは、その間に熱処理工程を押入し目的の
繊維径になるよう最終での加工率６０〜９８％を施し、
さらに前記マトリックス材のみを溶解除去することによ
って連続フィラメントのトウを製造する。

その後その長さは、１〜１０ＩＩＷｌ範囲内での短ｗＡ
維状になるよう、例えばカッター等で切断することによ
って前記導電性フィラーを得ることができる。

ここで、前記フィラーの繊維径を２〜３０μｍｍとする
理由は、３０μｍｍを越えると例えば射出成形などでの
混練２押出し時において金型等との摩耗が激しくなり、
また得られる製品にもその表面上に前記フィラーが突出
、Ｗ＆出しゃすくなるため外観上好＝　　３　− ましくない。また、導電性においてもその直径が大きい
ことは必然的に混入率の増加を意味し、本発明の主旨に
反するものとなる。

すなわち、所定混入量という制約を考えた場合、その導
電性を少しでも向上させるためには混入されるフィラー
のアスペクト比（長さ／繊維径）を太き（する必要があ
り、この場合より細い繊維径のフィラーを用いることは
有効である。しかし、２μｍｍ以下では逆に細くなりす
ぎる為、強度に劣ることとなり好ましくない。乙のよう
な観点より、＄ａ維径は２〜３０μｍｍ、より好ましく
は２−２０μｍｍとする。

一方その長さについては、高分子材料内に均一分散しや
すい１〜１０ｍｍの範囲で設定されるが、１０Ｉを越え
ると混練中でのフィラー同志のからまりが多発しやすい
問題がある。また逆に１ｍｍ未満ではその形状が粉末状
となる為、分散性は向上するものの、少量の混入量で、
は十分な導電回路の形成が困難となり、導電性に劣った
ものとなる。

さらに本発明においては前記フィラー処理中で−４＝ の折損や変形を防ぐ為、その強度と靭性とをバランスよ
く兼ね備えるように、フィラー材料ば５ＵＳ３０４系ス
テンレス紹ａｔ維材料を加工率６０〜９８％範囲内で冷
ｒ！Ｒ加工を施こしたものであることを特徴としている
。

一般に溶融状態での高分子材料はポリマー状で粘性が高
く、また強加工の一種である射出成形での混練や射出時
には、その加工に伴って該フィラーには非常に大きな引
っ張り、せん断２曲げ等の外力が加わる。従って、それ
に耐えほぼ真直状で分散させろためには一、フィラーに
は所定の強度が備わっていなければならない。

また、ステンレス鋼は高い強度と、加工に伴う加工硬化
率が大きいことは周知であるが、半面加工に伴ってもろ
くなり、曲げなどによって折損しやすくなるという性質
を有している。

このような傾向はフィラー材料中の各種元素の添加量に
よって異な秒、特にＳＵＳ　　３０４系でなるステンレ
ス鋼は、少ない加工率でも非常に高い強度を容易に得る
ことができる利点があり、例えば加工率６０％以下での
冷間加工では、フィラーは引っ張り強さ１４０　Ｋｇ／
ｍｍ２以上の強度と、例えばθ＝２００エルステッドで
は、μ＝１０息上という高い透磁率を得ることもでき、
複合充填させた場合には、それらが作用して電界波や磁
界波の両シールド性改善に寄与する。

また、前記加工率”の上限は繊維材料の前記靭性低下を
防ぎ、また処理中での折損防止という観点より９８％以
下で行なうのがよい。

以上説明したように、高粘性状態中で強加工を受ける導
電性フィラーには、所定の強度（弾性、引っ張り強さ）
と靭性を有していなければならず、前記加工率６０〜９
８％はバランスされた最も好ましい範囲と考えられる。

また、フィラー状にあらかじめ切断するその長さについ
ては、前記引っ張り強さとアスペクト比（長さ／繊維径
）との間にも関係があるものと考えられる。

すなわち、引っ張り強さの低い繊維材料では、弾性に劣
り小さい力でも容易に変形、切断する為、前記アスペク
ト比をあまり大きく設定することができず、その長さも
おのずと短いものとしなければならない。

このような関係は、例えば次式で示すこともでき、この
場合その好ましい値（Ａ）の範囲は２〜２５程度であっ
て、その値（Ａ）は大きくなるほど変形しにくいことを
意味している。

このような関係から、例えば高分子材料の溶融粘性の高
いものに対しては、前記（Ａ）の値が高いフィラーを選
択し、その中でもよりアスペクト比が大きなフィラーを
用いることにより、折損、変形を防ぎ且つ導電性をより
向上させることができる。

なお本発明に用いる高分子材料としては、例えば塩化ビ
ニール樹脂、Ａ　Ｂ　Ｓ＠脂、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、などの熱可塑性樹脂
はその一例であり、それ以外にも熱硬化性樹脂や合成ゴ
ム等種々な材料に応用でき次に、本発明の実施例をその
効果と共に説明する。

〈実施例−１〉 最終冷間伸線加工率７５％によって得たＳＵＳ　３０４
ステンレス鋼繊維は、引っ張り強さｌ　ｇ　ｌ　Ｋｇ／
ｍ＋＋＋２と繊維径８μｌｌｌｌ１１を有する３００本
の集束トウでなり、これらを連続してスチロール樹脂の
溶液中に浸せきし、１２５℃の熱風にて乾燥した。この
時の充填率は５０Ｖｏ１％であった。

その後、この複合集束材を５關の長さになるようカッタ
ーにて切断し、複合ペレットとしたのち、ＡＢＳ＠脂純
粋ペレットと所定の割合で混合、混練する為の射出成形
機（ζ投入し、フィラー充填率が５　ｗｔ、％、１０ｗ
ｔ、％、１５ｗｔ％になるよう処理し、大きさ１０ｃｍ
角、厚さ３１１１１の試料Ａ　−１〜３を得た。

その結果得られた各試料には、フィラーの変形や折損の
発生が少なく、はとんどは真直状で分散していることが
認められた。また、その試料のシー・　　　　−８− ルド性は第−表に示すようにきわめて良好であった。

〈比較例〉 最終加工率５０％で集束伸線加工した５ＵＳ３１６Ｌス
テンレス鋼繊維材料は、平均繊維径８μｍｌ１１と１２
０　Ｋｇ／＋ｗ２の引っ張り強さを備えており、これを
使用して長さ５ＩＩＩＩ１１に切断したのち、実施例１
と同様の処理を施すことによって、５ｗｔ％、１０ｗｔ
％、１５ｗｔ。

％の比較試料Ｂ−１〜３を得た。

その結果を第−表に示す。

第−表 〈実施例−２〉 次に、先の実施例−１で得たＳＵＳ　３０４．８μステ
ンレスｍｍ維フィラーを１０　ｗｔ％混入させた試料Ａ
−２と、比較材として同様ζこＳＵＳ　３１６Ｌステン
レスｆｆ！！ｍ維フィラー１０　ｗｔ％混入させた試料
Ｂ−２とを各々用いて、ヒートサイクル試験を行ない、
シールド効果の変化を調査した。

なお、その試験方法には、前記各試料を、Ａ１＋８０℃
炉中に３０分間保持した後、Ｂ、−４０℃炉中に移し替
え、同様に３０分間保持する。

とのＡ、　Ｂ、工程を１サイクルとして、合計３サイク
ルの繰り返し処理する方法をもちいた。

その結果を第２表に述べる 息下余白 第２表 〈効果〉 す上詳述したように、本発明はそのフィラー材料として
６０〜９８％で冷間加工したＳＵＳ　　３０４ステンレ
ス鋼繊維材料を用いることにより、強度と靭性とのバラ
ンスを保ｔこせており、その為混線などでの処理中にお
けろ折損、変形の発生を防ぐことができ、その結果シー
ルド性においても大きな向上を見る乙とができた。

つまり第１表に示されたように、例えば１．００　Ｍｌ
（ｚで４５　ｄｂの電界波のシールド効果を得ようとす
る場合には、従来ては、１０ｗｔ％の混入率を、必要と
したのに対し、本発明てはわずか５ｗｔ％と約半分の混
入率で達成でき、同様に磁界波についてもその混入率の
半減が可能となった。

また、実施例−２では、複合量にとって苛酷な試験の１
つであるヒートサイクル試験の結果が示されているが、
この結果から解かるように、本発明の複合材料では、加
熱、冷却等熱影響によるシールド性の変化は、５６程度
の減少にとどまり非常に良好であった。

これは、その内部フィラーの有する強度弾性等によって
、樹脂材料母材の熱変形にもよく追従し得ることの効果
と考えられる。

このように本発明の複合材料は、フィラーの混入率低減
が図れるとともに、得られたものにおいても使用環境に
よる特性の変化も少なく理想的であり、本発明の持つ工
業的価値は非常に高いものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維径２〜３０μｍｍ、長さ１〜１０ｍｍの導電
   性フィラーをランダムに高分子材料内に混入してなる複
   合材料であって、前記導電性フィラーは加工率６０〜９
   ８％の範囲内での冷間加工を施したＳＵＳ３０４系ステ
   ンレス鋼繊維材料を用いたものであることを特徴とする
   導電性複合材料。