JP2020097684A - Resin composition and resin molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂組成物および樹脂成形部品に関する。 The present invention relates to a resin composition and a resin molded part.
近年、自動車の燃費を改善したり、自動車を電動化したりするために、自動車部品を軽量化する技術が注目を集めている。このような技術の一つとして、樹脂製部品による金属製部品の代替が検討されている。樹脂の中でも特に注目を集めているのが、金属に近い強度を有する一方で金属よりも軽量である、熱可塑性炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＴＰ）である。具体的な例を挙げると、ＣＦＲＴＰは、アルミニウム合金に近い強度を有しながら、アルミニウムよりも密度が小さい（アルミニウムの密度が２．７ｇ／ｃｍ３であるのに対し、ＣＦＲＴＰの密度は１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３である）。さらに、ＣＦＲＴＰは、一般的なプラスチックと同様に射出成形が可能であるから、複雑な立体形状の部品を作製できるという利点も有している。 2. Description of the Related Art In recent years, a technique for reducing the weight of automobile parts has attracted attention in order to improve the fuel efficiency of automobiles and electrify automobiles. As one of such technologies, replacement of metal parts with resin parts is being considered. Among the resins, the thermoplastic carbon fiber reinforced resin (CFRTP), which has strength similar to that of metal but is lighter than metal, is particularly attracting attention. As a specific example, CFRTP has a strength close to that of an aluminum alloy, but has a smaller density than aluminum (the density of aluminum is 2.7 g/cm 3 while the density of CFRTP is 1. is a 0~1.5g / cm 3). Further, since CFRTP can be injection-molded like general plastics, it also has an advantage that parts having a complicated three-dimensional shape can be manufactured.
ところで、ＣＦＲＴＰに各種のフィラーを添加して、機能を向上させたり、さらなる機能を付与したりすることも検討されている。例えば特許文献１は、「炭素繊維とナノフィラーとが、前記炭素繊維強化プラスチック材料に無配向に分散していることを特徴とする炭素繊維強化プラスチック材料」を開示している。 By the way, it is also considered to add various fillers to CFRTP so as to improve the function or give the further function. For example, Patent Document 1 discloses "a carbon fiber reinforced plastic material characterized in that carbon fibers and nanofillers are dispersed in the carbon fiber reinforced plastic material in a non-oriented manner".
また、自動車部品への応用を例にとると、電装部品から発生する電磁波ノイズを遮断するためのシールド機能や、同じく電装部品から発生する熱を放散させるための熱伝導機能をＣＦＲＴＰに付与することが検討されている。 In addition, taking the application to automobile parts as an example, it is necessary to add to CFRTP a shielding function for blocking electromagnetic noise generated from electrical components and a heat conduction function for dissipating heat generated from electrical components. Is being considered.
シールド機能に関して言えば、一般的なＣＦＲＴＰの体積抵抗値は１０３〜１０６Ω・ｃｍ程度であり、不充分なシールド機能しか有していない。そのため、ＣＦＲＴＰに導電性フィラーを添加して導電性を付与し、入射した電磁波をＣＦＲＴＰ内部で誘導電流に変換させることによって、シールド機能を向上させる手法が採られている。この点に関して、特許文献２は、「（Ａ）熱可塑性樹脂１００質量部、（Ｂ）炭素繊維１〜２０質量部、及び（Ｃ）金属繊維１〜２０質量部を含有する、成形体の体積固有抵抗値が１０３Ω・cm以下のものである導電性樹脂組成物」を開示している。
Regarding the shield function, a general CFRTP has a volume resistance value of about 10 3 to 10 6 Ω·cm, and has an insufficient shield function. Therefore, a method has been adopted in which a conductive filler is added to CFRTP to impart conductivity and the incident electromagnetic wave is converted into an induced current inside the CFRTP to improve the shield function. In this regard,
熱伝導機能に関して言えば、一般的なＣＦＲＴＰの熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋであり、不充分な熱伝導機能しか有していない。そのため、ＣＦＲＴＰに熱伝導性フィラーを添加して導電性を付与し、熱伝導機能を高める手法が採られている。この点に関して、特許文献３は、「（Ａ）炭素繊維、（Ｂ）セラミックス系フィラーおよび（Ｃ）熱可塑性樹脂の合計１００重量部に対して、（Ａ）炭素繊維１〜３０重量部、（Ｂ）セラミックス系フィラー１〜４０重量部および（Ｃ）熱可塑性樹脂３０〜９８重量部を含み、（Ａ）炭素繊維の重量平均繊維長が３００〜３０００μｍである繊維強化熱可塑性樹脂成形品」を開示している。
Regarding the heat conduction function, the thermal conductivity of general CFRTP is 1 W/m·K, and it has only an insufficient heat conduction function. Therefore, a method has been adopted in which a thermally conductive filler is added to CFRTP to impart electrical conductivity to enhance the thermal conductivity function. In this regard,
しかし、前述の先行技術文献はいずれも、ＣＦＲＴＰにシールド機能および熱伝導機能の両方を付与するものではなかった。 However, none of the above-mentioned prior art documents give CFRTP both a shield function and a heat conduction function.
また、一般的に、ＣＦＲＴＰにシールド機能や熱伝導機能を付与するためには、フィラーの含有量を増やす必要がある。すると、フィラーは通常比重の高い材料であるから、ＣＦＲＴＰ自体の比重も大きくなってしまう。つまり、フィラーの含有量を増やす手法を採用すると、ＣＦＲＴＰにシールド機能および熱伝導機能を付与する代わりに、ＣＦＲＴＰの長所である軽量性が損なわれてしまう傾向にある。 In addition, it is generally necessary to increase the content of the filler in order to give CFRTP a shielding function or a heat conduction function. Then, since the filler is usually a material having a high specific gravity, the specific gravity of CFRTP itself also increases. That is, if a method of increasing the content of the filler is adopted, the lightweight property which is an advantage of CFRTP tends to be impaired, instead of giving the CFRTP a shielding function and a heat conduction function.
本発明の一態様は、充分なシールド機能および熱伝導機能が付与された樹脂組成物を提供することを課題とする。なお、ここでいう「充分なシールド機能および熱伝導機能」とは、樹脂組成物の用途に応じて適宜設定されるものであり、具体的な数値に拘束されるものではない。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a resin composition having a sufficient shielding function and heat conduction function. The “sufficient shield function and heat conduction function” here is appropriately set according to the application of the resin composition, and is not limited to a specific numerical value.
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る樹脂組成物は、熱可塑性樹脂、炭素繊維および導電性フィラーを含んでいる樹脂組成物であって；前記導電性フィラーは、前記熱可塑性樹脂中において網目状に分布している。 In order to solve the above problems, a resin composition according to an aspect of the present invention is a resin composition containing a thermoplastic resin, carbon fibers and a conductive filler; It is distributed like a mesh in the plastic resin.
また、本発明の他の態様に係る樹脂組成物は、熱可塑性樹脂、炭素繊維および導電性フィラーを含んでいる樹脂組成物であって；前記炭素繊維は、前記熱可塑性樹脂中において解繊された状態で等方的に分散しており；前記炭素繊維の近傍に、前記導電性フィラーが凝集している。 A resin composition according to another aspect of the present invention is a resin composition containing a thermoplastic resin, carbon fibers and a conductive filler; the carbon fibers are defibrated in the thermoplastic resin. And isotropically dispersed in the state where the conductive filler is aggregated in the vicinity of the carbon fiber.
前記の構成を有する樹脂組成物は、熱可塑性樹脂中に網目状に導電性フィラーが分布している。つまり、樹脂マトリクス中に導電性フィラーのネットワークが発達した形状となっている。この導電性フィラーのネットワークを通じて、電流を流したり、熱を伝導させたりすることができる。その結果、樹脂組成物にシールド機能および熱伝導機能が与えられる。 In the resin composition having the above-mentioned constitution, the conductive filler is distributed in the thermoplastic resin in a mesh shape. That is, it has a shape in which a network of conductive fillers is developed in the resin matrix. Electric current can be passed and heat can be conducted through this network of conductive fillers. As a result, the resin composition is provided with a shielding function and a heat conduction function.
「導電性フィラーが網目状に分布している」とは、熱可塑性樹脂中における導電性フィラーの分布に線状領域および分岐点が存在しており、当該分岐点において２つ以上の線状領域が交差していることを意味する。導電性フィラーが網目状に分布しているか否かは、例えば、樹脂組成物のサンプルから電子顕微鏡像（ＳＥＭ画像など）を撮像し、公知の画像処理ソフト（Image Jなど）を利用すれば判別することができる。 "The conductive filler is distributed in a mesh shape" means that the conductive filler in the thermoplastic resin has a linear region and a branch point, and two or more linear regions at the branch point. Means that they intersect. Whether or not the conductive filler is distributed in a mesh shape can be determined, for example, by taking an electron microscope image (SEM image or the like) from a resin composition sample and using a known image processing software (Image J or the like). can do.
「炭素繊維の近傍に導電性フィラーが凝集している」とは、樹脂組成物中の導電性フィラーの分布が炭素繊維近傍に局在していることを意味する。樹脂組成物中の導電性フィラーの分布が炭素繊維近傍に偏っているか否かは、例えば、樹脂組成物のサンプルから撮像した電子顕微鏡像（ＳＥＭ画像など）における「炭素繊維の近傍領域」と「樹脂マトリクス領域」とを比較して、前者に含まれる導電性フィラーの量が、後者に含まれる導電性フィラーの３倍以上であるか否かによって判定することができる。このような判定には、公知の画像処理ソフト（Image Jなど）を利用することができる。 The phrase "the conductive filler is aggregated in the vicinity of the carbon fiber" means that the distribution of the conductive filler in the resin composition is localized in the vicinity of the carbon fiber. Whether or not the distribution of the conductive filler in the resin composition is biased to the vicinity of the carbon fibers may be determined by, for example, “a region near the carbon fibers” in an electron microscope image (SEM image or the like) taken from a sample of the resin composition It can be determined by comparing with the “resin matrix region” and whether the amount of the conductive filler contained in the former is three times or more that of the conductive filler contained in the latter. Known image processing software (Image J or the like) can be used for such determination.
「炭素繊維が解繊されている」とは、炭素繊維同士が凝集して束になることなく存在していることを意味する。炭素繊維が解繊されているか否かは、例えば、電子顕微鏡像（ＳＥＭ画像など）による形態観察から判断することができる。 “The carbon fibers are defibrated” means that the carbon fibers are present without aggregating into a bundle. Whether or not the carbon fibers are defibrated can be determined, for example, by morphological observation based on an electron microscope image (SEM image or the like).
「等方的に分散している」とは、炭素繊維の分布に配向性がない（または配向性が小さい）ことを意味する。樹脂組成物中において等方的に分散している炭素繊維は、当該炭素繊維の長軸方向がランダムな方向を向いている。炭素繊維が等方的に分散しているか否かは、例えば、サンプル中の局所的な熱伝導率の測定によって判断することができる。サンプル中の局所的な熱伝導率の測定には、例えば、繊維配向評価システムＴＥＦＯＤ（株式会社ベテル製）を用いることができる。あるいは、電子顕微鏡像（ＳＥＭ画像など）による形態観察によって、炭素繊維が等方的に分散しているか否かを判断することもできる。 “Isotropically dispersed” means that the distribution of carbon fibers has no orientation (or orientation is small). In the carbon fiber that isotropically dispersed in the resin composition, the major axis direction of the carbon fiber is oriented in a random direction. Whether or not the carbon fibers are isotropically dispersed can be determined, for example, by measuring the local thermal conductivity in the sample. For local measurement of thermal conductivity in the sample, for example, a fiber orientation evaluation system TEFOD (manufactured by Bethel Co., Ltd.) can be used. Alternatively, whether or not the carbon fibers are isotropically dispersed can be determined by morphological observation using an electron microscope image (SEM image or the like).
一実施形態において、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に基づいて測定される前記樹脂組成物の体積抵抗値は、１０２Ω・ｃｍ以下である。樹脂組成物の体積抵抗値は、１００Ω・ｃｍ以下がより好ましく、１０−１Ω・ｃｍ以下がさらに好ましい。体積抵抗値の下限は特に制限されないが、例えば、１０−５Ω・ｃｍとすることができる。 In one embodiment, the volume resistance value of the resin composition measured according to JIS K 7194 is 10 2 Ω·cm or less. The volume resistivity of the resin composition is more preferably from 10 0 Ω · cm or less, more preferably less 10 -1 Ω · cm. The lower limit of the volume resistance value is not particularly limited, but can be set to, for example, 10 −5 Ω·cm.
一実施形態において、ＫＥＣ法によって測定される前記樹脂組成物のシールド効果は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚにおいて３０ｄＢ以上である。より好ましくは、樹脂組成物のシールド効果は、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおいて３０ｄＢ以上である。シールド効果の上限は特に制限されないが、例えば、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおいて８０ｄＢ以下とすることができる。 In one embodiment, the shielding effect of the resin composition measured by the KEC method is 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz. More preferably, the shielding effect of the resin composition is 30 dB or more at 1 MHz to 1 GHz. The upper limit of the shield effect is not particularly limited, but may be 80 dB or less at 1 MHz to 1 GHz, for example.
前記の構成を有する樹脂組成物は、車載用パワーモジュール、モータ周辺部品、電子機器などへの応用を考慮した場合、充分なシールド機能を有していると言える。 It can be said that the resin composition having the above-mentioned structure has a sufficient shielding function in consideration of application to in-vehicle power modules, motor peripheral parts, electronic devices and the like.
一実施形態において、円板熱流計法（ＡＳＴＭ Ｅ１５３０）によって測定される前記樹脂組成物の熱伝導率は、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。より好ましくは、樹脂組成物の熱伝導率は、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。樹脂組成物の熱伝導率の上限は特に制限されないが、例えば、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることができる。 In one embodiment, the thermal conductivity of the resin composition measured by the disk heat flow meter method (ASTM E1530) is 2 W/m·K or more. More preferably, the thermal conductivity of the resin composition is 5 W/m·K or higher. The upper limit of the thermal conductivity of the resin composition is not particularly limited, but can be, for example, 20 W/m·K or less.
一実施形態において、レーザーフラッシュ法によって測定される前記導電性フィラーの熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。より好ましくは、導電性フィラーの熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。前記導電性フィラーの熱伝導率の上限は特に制限されないが、例えば、１０，０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることができる。 In one embodiment, the thermal conductivity of the conductive filler measured by the laser flash method is 10 W/m·K or more. More preferably, the thermal conductivity of the conductive filler is 100 W/m·K or more. The upper limit of the thermal conductivity of the conductive filler is not particularly limited, but may be 10,000 W/m·K or less, for example.
前記の構成を有する樹脂組成物は、車載用パワーモジュール、モータ周辺部品、電子機器などへの応用を考慮した場合、充分な熱伝導機能を有していると言える。 It can be said that the resin composition having the above structure has a sufficient heat conduction function in consideration of application to vehicle power modules, motor peripheral parts, electronic devices and the like.
一実施形態において、前記導電性フィラーは、金属系フィラー、金属酸化物系フィラーおよび炭素系フィラーからなる群から選択される１種類以上である。好ましくは、前記導電性フィラーは、金属系フィラーおよび炭素系フィラーからなる群から選択される１種類以上である。 In one embodiment, the conductive filler is one or more selected from the group consisting of a metal-based filler, a metal oxide-based filler, and a carbon-based filler. Preferably, the conductive filler is one or more selected from the group consisting of metal-based fillers and carbon-based fillers.
これらの導電性フィラーは、樹脂組成物の軽量性を損なわせることが少ない点において好ましい。また、導電性フィラーを金属系フィラーおよび炭素系フィラーからなる群から選択する態様は、シールド機能および熱伝導機能を両立させるという観点から好ましい。 These conductive fillers are preferable in that they do not impair the lightness of the resin composition. Further, the mode in which the conductive filler is selected from the group consisting of the metal-based filler and the carbon-based filler is preferable from the viewpoint of achieving both the shielding function and the heat conduction function.
一実施形態において、前記熱可塑性樹脂を１００重量部とすると、前記炭素繊維の含有量は５重量部〜７０重量部である。より好ましくは、炭素繊維の含有量は、１０重量部〜４５重量部である。 In one embodiment, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the carbon fiber is 5 parts by weight to 70 parts by weight. More preferably, the content of carbon fiber is 10 parts by weight to 45 parts by weight.
炭素繊維の含有量を前記の範囲とすることにより、導電性フィラーのネットワークが形成されやすくなり、充分なシールド機能および熱伝導機能を得ることができる。逆に、炭素繊維の含有量が５重量部未満であると、導電性フィラーのネットワークの形成が不良となる傾向にある。また、炭素繊維の含有量が７０重量部超であると、導電性フィラーが炭素繊維表面に散在してしまい、導電性フィラーのネットワークが切断される傾向にある。 By setting the content of carbon fibers within the above range, a network of conductive fillers is easily formed, and a sufficient shielding function and heat conduction function can be obtained. On the contrary, when the content of carbon fiber is less than 5 parts by weight, the formation of the network of the conductive filler tends to be poor. If the content of the carbon fibers is more than 70 parts by weight, the conductive fillers are scattered on the surface of the carbon fibers and the network of the conductive fillers tends to be cut.
導電性フィラーのネットワークとは別の観点に関して、炭素繊維の含有量が５重量部未満であると、樹脂組成物の強度が不足する傾向にある。同様に、炭素繊維の含有量が７０重量部超であると、樹脂組成物の製造時に炭素繊維を等方的に分散させにくい傾向にあり、さらに溶融粘度が上昇して良好な成形品が得にくい傾向にある。 Regarding the viewpoint different from the network of the conductive filler, if the content of the carbon fiber is less than 5 parts by weight, the strength of the resin composition tends to be insufficient. Similarly, if the content of the carbon fibers is more than 70 parts by weight, it tends to be difficult to disperse the carbon fibers isotropically during the production of the resin composition, and the melt viscosity is further increased to obtain a good molded product. It tends to be difficult.
一実施形態において、前記熱可塑性樹脂を１００重量部とすると、前記導電性フィラーの含有量は３重量部〜８０重量部である。より好ましくは、導電性フィラーの含有量は、５重量部〜３０重量部である。 In one embodiment, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the conductive filler is 3 parts by weight to 80 parts by weight. More preferably, the content of the conductive filler is 5 to 30 parts by weight.
導電性フィラーの含有量を前記の範囲とすることにより、導電性フィラーのネットワークが形成されやすくなり、充分なシールド機能および熱伝導機能を得ることができる。逆に、導電性フィラーの含有量が３重量部未満であると、導電性フィラーのネットワークが形成されにくくなり、シールド機能および熱伝導機能に劣る傾向にある。また、導電性フィラーの含有量が８０重量部超であると、樹脂組成物の製造時に導電性フィラーが上手く分散せず、樹脂組成物が脆くなる傾向にある。 By setting the content of the conductive filler within the above range, a network of the conductive filler is easily formed, and a sufficient shielding function and heat conduction function can be obtained. On the contrary, when the content of the conductive filler is less than 3 parts by weight, the network of the conductive filler is hard to be formed, and the shielding function and the heat conduction function tend to be poor. When the content of the conductive filler is more than 80 parts by weight, the conductive filler is not well dispersed during the production of the resin composition, and the resin composition tends to be brittle.
ところで、導電性フィラーの添加量が増えると、樹脂組成物の比重が増加するので、当該樹脂組成物を用いた成形品が重くなる。このような観点から、導電性フィラーの種類に応じて、当該導電性フィラーの含有量を適宜調節することが好ましい。導電性フィラーの含有量の上限は、例えば、４０重量部、５０重量部、６０重量部、７０重量部であってもよい。 By the way, since the specific gravity of the resin composition increases as the amount of the conductive filler added increases, the molded article using the resin composition becomes heavy. From such a viewpoint, it is preferable to appropriately adjust the content of the conductive filler depending on the type of the conductive filler. The upper limit of the content of the conductive filler may be, for example, 40 parts by weight, 50 parts by weight, 60 parts by weight, or 70 parts by weight.
一実施形態において、前記樹脂組成物の密度は、２．６８ｇ／ｃｍ３未満である。より好ましくは、樹脂組成物の密度は１．９８ｇ／ｃｍ３未満である。樹脂組成物の密度の下限は特に制限されないが、例えば、０．９０ｇ／ｃｍ３以上とすることができる。 In one embodiment, the resin composition has a density of less than 2.68 g/cm 3 . More preferably, the resin composition has a density of less than 1.98 g/cm 3 . The lower limit of the density of the resin composition is not particularly limited, but can be, for example, 0.90 g/cm 3 or more.
前記の構成を有する樹脂組成物は、金属材と比較して軽量である。そのため、金属の代替となる材料として好適である。 The resin composition having the above structure is lighter in weight than the metal material. Therefore, it is suitable as a material that substitutes for metal.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物を含んでいる樹脂成形部品もまた、本発明の範囲に包含される。このような樹脂成形品は、例えば、車載用パワーモジュール、モータ周辺部品、電子機器（センサ、スイッチ、ＤＣコンバータなど）などを構成する部品として使用される。 A resin molded component containing the resin composition according to one embodiment of the present invention is also included in the scope of the present invention. Such a resin molded product is used, for example, as a component constituting an in-vehicle power module, a motor peripheral component, an electronic device (sensor, switch, DC converter, etc.).
本発明の一態様によれば、充分なシールド機能および熱伝導機能が付与された樹脂組成物が提供される。 According to one aspect of the present invention, a resin composition provided with a sufficient shielding function and heat conduction function is provided.
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を説明する。しかし、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。 Hereinafter, an embodiment according to one aspect of the present invention (hereinafter, also referred to as “the present embodiment”) will be described. However, the present invention is not limited to these embodiments. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” representing a numerical range means “A or more and B or less”.
§１適用例
図１に基づいて、本発明の一態様に係る樹脂組成物の概要を説明する。図１の（ａ）は、一態様に係る樹脂組成物の構造を説明する模式図である。樹脂組成物１０においては、熱可塑性樹脂３がマトリクスとなり、その中に炭素繊維１および導電性フィラー２が含まれている。
§1 Application example The outline of the resin composition according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic diagram illustrating the structure of the resin composition according to one aspect. In the
ここで、導電性フィラー２は、炭素繊維１の近傍に凝集している。このことは、図１の（ｂ）により、さらに明確に示されている。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）における領域Ａの拡大図であり、炭素繊維１の近傍に導電性フィラー２が局在している様子が示されている。つまり、図１の（ａ）において、炭素繊維１を表す長方形の輪郭となっている黒い領域には、導電性フィラー２が凝集している。
Here, the
炭素繊維１は、熱可塑性樹脂３の中で、解繊された状態で等方的に分布している。導電性フィラー２は、前述した通り、炭素繊維１の近傍に凝集して分布している。その結果、樹脂組成物１０における導電性フィラー２は、網目状に分布することになる。つまり、導電性フィラー２同士が互いに接触しているネットワークが形成される。この導電性フィラー２のネットワークを通じて、電流を流したり、熱を伝導させたりすることが可能となり、結果として樹脂組成物１０はシールド機能および熱伝導機能を得る。
The carbon fibers 1 are isotropically distributed in the
樹脂組成物１０は、導電性フィラー２を網目状に局在させることができるので、シールド機能および熱伝導機能を付与するために導電性フィラー２を増加させる必要がない。したがって樹脂組成物１０は、軽量性を保ったまま、シールド機能および熱伝導機能を獲得することができる。
Since the
ここで、樹脂組成物１０中における炭素繊維１および導電性フィラー２の分布が本発明の範疇に含まれるか否かは、例えば公知の画像処理技術により明確に判別できる。さらに、樹脂組成物１０の物性によって、前記の判別をより確実にすることができる。例えば、樹脂組成物１０が下記（i）〜（iii）のうち１つ以上の物性を有していることは、「樹脂組成物１０中における炭素繊維１および導電性フィラー２の分布が本発明の範疇に含まれる」ことの判断材料となりうる。
Here, whether or not the distribution of the carbon fibers 1 and the
（i）ＪＩＳ Ｋ ７１９４に基づいて測定される体積抵抗値が、１０２Ω・ｃｍ以下である。 (I) The volume resistance value measured according to JIS K 7194 is 10 2 Ω·cm or less.
（ii）ＫＥＣ法によって測定されるシールド効果が、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚにおいて３０ｄＢ以上である。 (Ii) The shield effect measured by the KEC method is 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz.
（iii）円板熱流計法によって測定される熱伝導率が、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。 (Iii) The thermal conductivity measured by the disc heat flow meter method is 2 W/m·K or more.
ところで、炭素繊維に沿って導電性物質を分布させる方法としては、導電性物質で被覆された炭素繊維を材料に用いることも考えられる。しかし、この方法では本発明の効果を得られないと考えられる。これは、材料段階の炭素繊維は、通常、未解繊の束状として存在しているからである。未解繊の炭素繊維の表面を被覆したとしても、この炭素繊維を解繊すると、被覆されていない表面が多く残ってしまう。 By the way, as a method of distributing the conductive substance along the carbon fibers, it is also possible to use carbon fibers coated with the conductive substance as the material. However, it is considered that the effect of the present invention cannot be obtained by this method. This is because the carbon fibers at the material stage usually exist as undisentangled bundles. Even if the surface of undisentangled carbon fiber is coated, when this carbon fiber is disentangled, many uncoated surfaces remain.
これに対して、本発明の一態様に係る樹脂組成物においては、炭素繊維と導電性フィラーとが親和性に基づく相互作用によって集合する。その結果、炭素繊維の近傍に導電性フィラーが局在的に分布する構造を取ることができる。 On the other hand, in the resin composition according to one aspect of the present invention, the carbon fibers and the conductive filler are aggregated by the interaction based on the affinity. As a result, a conductive filler can be locally distributed in the vicinity of the carbon fiber.
§２構成例
［熱可塑性樹脂］
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれている熱可塑性樹脂の例としては、オレフィン系樹脂、アミド系樹脂、エステル系樹脂、エーテル系樹脂、ニトリル系樹脂、メタクリレート系樹脂、ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、フッ素系樹脂、イミド系樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、１種類のみが含まれていてもよいし、２種類以上が含まれていてもよいし、これら樹脂の共重合体であってもよい。
§2 Configuration example [Thermoplastic resin]
Examples of the thermoplastic resin contained in the resin composition according to the embodiment of the present invention include olefin resins, amide resins, ester resins, ether resins, nitrile resins, methacrylate resins, vinyl resins. Examples thereof include resins, cellulose resins, fluorine resins and imide resins. These resins may contain only one kind, may contain two kinds or more, and may be a copolymer of these resins.
オレフィン系樹脂の例としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン（アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレンなど）が挙げられる。 Examples of the olefin resin include high density polyethylene, low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene (isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, etc.).
アミド系樹脂の例としては、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６Ｔ、およびこれらの共重合体が挙げられる。 Examples of the amide resin include nylon 6, nylon 66, nylon 46, nylon 11, nylon 12, nylon 610, nylon 612, nylon MXD6, nylon 6T, and copolymers thereof.
エステル系樹脂の例としては、ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリアリレート、ポリブチレンナフタレート、液晶ポリエステル、およびそれらの共重合体が挙げられる。 Examples of ester-based resins include polylactic acid, polycarbonate, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyarylate, polybutylene naphthalate, liquid crystal polyester, and copolymers thereof.
エーテル系樹脂の例としては、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトンが挙げられる。 Examples of the ether resin include polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polysulfone, and polyether ether ketone.
ニトリル系樹脂の例としては、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルが挙げられる。 Examples of the nitrile resin include polyacrylonitrile and polymethacrylonitrile.
メタクリレート系樹脂の例としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチルが挙げられる。 Examples of the methacrylate resin include polymethylmethacrylate and polyethylmethacrylate.
ビニル系樹脂の例としては、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルが挙げられる。 Examples of vinyl-based resins include vinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinylidene chloride, and polyvinyl chloride.
セルロース系樹脂の例としては、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロースが挙げられる。 Examples of the cellulose-based resin include cellulose acetate and cellulose acetate butyrate.
フッ素系樹脂の例としては、ポリビニリデンフロライド、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレンが挙げられる。 Examples of the fluorine-based resin include polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and polychlorotrifluoroethylene.
イミド系樹脂の例としては、芳香族ポリイミド、ポリアセタールが挙げられる。 Examples of the imide resin include aromatic polyimide and polyacetal.
熱可塑性樹脂を自動車部品に用いる場合は、耐薬品性および耐油性に優れる、結晶性の熱可塑性樹脂が好ましい。本発明の一実施形態においては、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶性樹脂が好適に用いることができる。 When a thermoplastic resin is used for automobile parts, a crystalline thermoplastic resin having excellent chemical resistance and oil resistance is preferable. In one embodiment of the present invention, crystalline resins such as high density polyethylene, polypropylene, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyacetal, polyphenylene sulfide, and polyether ether ketone can be preferably used.
［炭素繊維］
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれている炭素繊維は、ピッチ系、レーヨン系、ＰＡＮ系など、公知のものを用いることができる。炭素繊維は、樹脂組成物の剛性を高める機能と、導電性フィラーのネットワーク形成の足場となる機能とを有している。
[Carbon fiber]
As the carbon fibers contained in the resin composition according to one embodiment of the present invention, known ones such as pitch-based, rayon-based, and PAN-based carbon fibers can be used. The carbon fiber has a function of increasing the rigidity of the resin composition and a function of forming a scaffold for forming a network of the conductive filler.
炭素繊維は、バージン材を使用してもよいし、再生材を使用してもよい。炭素繊維再生材は、例えば、熱分解法、化学溶解法、超臨界流体法などによって、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からマトリックス樹脂を分離することによって得られる。 As the carbon fiber, a virgin material or a recycled material may be used. The carbon fiber recycled material is obtained by separating the matrix resin from the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) by, for example, a thermal decomposition method, a chemical dissolution method, a supercritical fluid method or the like.
炭素繊維の長さは、特に制限されない。熱可塑性樹脂中に炭素繊維を分散させるためには、長さが３０ｍｍ以下であることが好ましい。また、導電性フィラーのネットワーク形成の足場となる観点からは、長さが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。なお、炭素繊維の長さには分布があってもよく、この場合、前述の好ましい範囲に含まれない長さの炭素繊維が含まれていてもよい。一例において、前述の好ましい範囲に含まれる長さの炭素繊維の割合は、本数を基準として、炭素繊維全体の５０％以上である。 The length of the carbon fiber is not particularly limited. In order to disperse the carbon fibers in the thermoplastic resin, the length is preferably 30 mm or less. In addition, the length is preferably 0.1 mm or more from the viewpoint of becoming a scaffold for forming the network of the conductive filler. The length of the carbon fibers may have a distribution, and in this case, the carbon fibers having a length not included in the preferable range described above may be included. In one example, the ratio of the carbon fibers having a length included in the above-described preferable range is 50% or more of the entire carbon fibers based on the number of carbon fibers.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物において、熱可塑性樹脂を１００重量部とすると、炭素繊維の含有量は５重量部〜７０重量部が好ましく、１０重量部〜４５重量部がより好ましい。この数値範囲が好適な理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 In the resin composition according to one embodiment of the present invention, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of carbon fibers is preferably 5 parts by weight to 70 parts by weight, more preferably 10 parts by weight to 45 parts by weight. The reason why this numerical range is preferable is as described in [Means for Solving the Problems].
炭素繊維は、表面に凹凸形状を有するものが好ましい。このような炭素繊維は、比表面積が大きくなるため、導電性フィラーとの親和性による相互作用がより大きくなる。その結果、炭素繊維の近傍に導電性フィラーが凝集しやすくなる。 The carbon fiber preferably has an uneven surface. Since such a carbon fiber has a large specific surface area, interaction with the conductive filler due to its affinity is further increased. As a result, the conductive filler easily aggregates near the carbon fibers.
炭素繊維は、サイジング剤（無水マレイン酸変性ポリプロピレンなど）による表面処理を施されたものであってもよい。このような表面処理を施すことにより、炭素繊維と導電性フィラーとの親和性による相互作用を向上させたり、炭素繊維と熱可塑性樹脂との密着性を向上させたりすることができる。 The carbon fiber may be surface-treated with a sizing agent (maleic anhydride-modified polypropylene, etc.). By performing such a surface treatment, it is possible to improve the interaction due to the affinity between the carbon fiber and the conductive filler, and to improve the adhesion between the carbon fiber and the thermoplastic resin.
［導電性フィラー］
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれている導電性フィラーの例としては、金属系フィラー、金属酸化物系フィラー、炭素系フィラー、金属被覆系フィラー、金属酸化物被覆系フィラーが挙げられる。これらの導電性フィラーは、１種類のみが含まれていてもよいし、２種類以上が含まれていてもよい。
[Conductive filler]
Examples of the conductive filler contained in the resin composition according to an embodiment of the present invention include a metal-based filler, a metal oxide-based filler, a carbon-based filler, a metal-coated filler, and a metal oxide-coated filler. Can be mentioned. Only one kind of these conductive fillers may be contained, or two or more kinds thereof may be contained.
金属系フィラーの例としては、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、ステンレス、黄銅などの金属または合金が挙げられる。金属系フィラーの形状には、粉末状、フレーク状、繊維状などがある。粉末状およびフレーク状の金属系フィラーの例としては、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛が挙げられる。繊維状の金属系フィラーの例としては、銅、ステンレス、黄銅が挙げられる。 Examples of metal-based fillers include metals or alloys such as silver, copper, nickel, aluminum, zinc, stainless steel and brass. The shape of the metal-based filler includes powder, flake, fiber and the like. Examples of powdered and flake-shaped metallic fillers include silver, copper, nickel, aluminum and zinc. Examples of the fibrous metallic filler include copper, stainless steel, and brass.
金属酸化物系フィラーの例としては、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンをドープした酸化スズが挙げられる。 Examples of metal oxide fillers include aluminum-doped zinc oxide, tin-doped indium oxide, and antimony-doped tin oxide.
炭素系フィラーの例としては、導電性カーボンブラック、金属型カーボンナノチューブ（単層および多層のいずれも）、グラフェンが挙げられる。 Examples of the carbon-based filler include conductive carbon black, metallic carbon nanotubes (both single-layer and multi-layer), and graphene.
金属被覆系フィラーの例としては、表面を金属で被覆された金属、無機物または有機物粒子が挙げられる。粒子表面を被覆する金属は、金、銀、銅、ニッケル、スズなどでありうる。 Examples of metal-coated fillers include metal, inorganic or organic particles whose surface is coated with a metal. The metal coating the surface of the particles can be gold, silver, copper, nickel, tin and the like.
金属酸化物系フィラーの例としては、表面を金属酸化物で被覆された金属、無機物または有機物粒子が挙げられる。粒子表面を被覆する金属酸化物は、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズなどでありうる。 Examples of metal oxide fillers include metal, inorganic or organic particles whose surface is coated with a metal oxide. The metal oxide coating the surface of the particles may be zinc oxide, indium oxide, tin oxide or the like.
前述した導電性フィラーの中でも、金属系フィラー、金属酸化物系フィラーおよび炭素系フィラーが好ましい。これらが好ましい理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 Among the above-mentioned conductive fillers, metal-based fillers, metal oxide-based fillers and carbon-based fillers are preferable. The reason why these are preferable is as described in [Means for Solving the Problems].
レーザーフラッシュ法によって測定した導電性フィラーの熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。この数値範囲が好ましい理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 The thermal conductivity of the conductive filler measured by the laser flash method is preferably 10 W/m·K or more, more preferably 100 W/m·K or more. The reason why this numerical range is preferable is as described in [Means for Solving the Problems].
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物において、熱可塑性樹脂を１００重量部とすると、導電性フィラーの含有量は３重量部〜８０重量部が好ましく、５重量部〜３０重量部がより好ましい。この数値範囲が好適な理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 In the resin composition according to one embodiment of the present invention, when the thermoplastic resin is 100 parts by weight, the content of the conductive filler is preferably 3 parts by weight to 80 parts by weight, more preferably 5 parts by weight to 30 parts by weight. .. The reason why this numerical range is preferable is as described in [Means for Solving the Problems].
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物においては、炭素繊維の近傍に導電性フィラーを局在させるため、パーコレーション閾値（フィラー粒子同士が繋がって、導電性、熱伝導性を発現するフィラー濃度）が低くなる傾向にある。つまり、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、一般的なフィラー複合樹脂よりも、フィラーの含有量を少なく抑えることができる。 In the resin composition according to an embodiment of the present invention, in order to localize the conductive filler in the vicinity of the carbon fiber, percolation threshold value (filler particles are connected to each other, conductivity, filler concentration to develop thermal conductivity) Tends to be low. That is, the resin composition according to the embodiment of the present invention can suppress the content of the filler to be smaller than that of a general filler composite resin.
本発明の効果を損なわない範囲で、導電性フィラーに表面処理を施してもよい。あるいは、本発明の効果を損なわない範囲で、樹脂組成物に分散剤を含有させてもよい。このような構成を採用することにより、炭素繊維と導電性フィラーとの親和性による相互作用を向上させたり、導電性フィラーの分散性を向上させたりすることができる。 The conductive filler may be surface-treated so long as the effect of the present invention is not impaired. Alternatively, the resin composition may contain a dispersant as long as the effect of the present invention is not impaired. By adopting such a configuration, the interaction due to the affinity between the carbon fiber and the conductive filler can be improved, and the dispersibility of the conductive filler can be improved.
導電性フィラーに施す表面処理の例としては、シランカップリング処理、めっき処理（銅めっき、金めっきなど）が挙げられる。 Examples of the surface treatment applied to the conductive filler include silane coupling treatment and plating treatment (copper plating, gold plating, etc.).
樹脂組成物に含有させる分散剤の例としては、スチレン・無水マレイン酸共重合物、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、オレフィン・無水マレイン酸共重合物、ポリスチレンスルホン酸塩、アクリルアミド・アクリル酸共重合物、アルギン酸塩、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリアルキレンポリアミン、ポリアクリルアミド、ポリオキシプロピレン・ポリオキシエチレンブロック体、ポリマーでんぷん、ポリエチレンイミン、アミノアルキル（メタ）アクリレート共重合物、ポリビニルイミダゾリン、サトキンサンが挙げられる。 Examples of the dispersant contained in the resin composition include styrene/maleic anhydride copolymer, polyacrylate, carboxymethyl cellulose, olefin/maleic anhydride copolymer, polystyrene sulfonate, acrylamide/acrylic acid copolymer. Substance, alginate, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene alkyl ether, polyalkylene polyamine, polyacrylamide, polyoxypropylene/polyoxyethylene block, polymer starch, polyethyleneimine, aminoalkyl (meth)acrylate copolymer, polyvinylimidazoline, Satkin sun is mentioned.
［その他の添加剤］
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、熱可塑性樹脂、炭素繊維、導電性フィラーの他の添加剤を含んでいてもよい。このような添加剤の例としては、分散剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、結晶核材、可塑剤、染料、顔料が挙げられる。
[Other additives]
The resin composition according to one embodiment of the present invention may contain other additives such as a thermoplastic resin, carbon fiber, and a conductive filler, as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such additives include dispersants, antioxidants, ultraviolet absorbers, antistatic agents, flame retardants, lubricants, crystal nucleus materials, plasticizers, dyes and pigments.
［樹脂組成物］
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に基づいて測定される体積抵抗値は、１０２Ω・ｃｍ以下が好ましく、１００Ω・ｃｍ以下がより好ましく、１０−１Ω・ｃｍ以下がさらに好ましい。
[Resin composition]
One resin composition according to the embodiment, the volume resistivity value measured based on JIS K 7194 of the present invention is preferably less 10 2 Ω · cm, more preferably at most 10 0 Ω · cm, 10 -1 Ω -It is more preferable that the value is cm or less.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、ＫＥＣ法によって測定されるシールド効果は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚにおいて３０ｄＢ以上であることが好ましく、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおいて３０ｄＢ以上であることがより好ましい。 The shielding effect of the resin composition according to the embodiment of the present invention measured by the KEC method is preferably 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz, and more preferably 30 dB or more at 1 MHz to 1 GHz.
ちなみに、体積抵抗値とシールド効果との間には相関関係がある。体積抵抗値が１０２Ω・ｃｍ以下ならば、ＫＥＣ法で測定したシールド効果が１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚにおいて３０ｄＢ以上（ただし、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚでは３０ｄＢ未満）となる傾向にある。体積抵抗値が１００Ω・ｃｍ以下ならば、ＫＥＣ法で測定したシールド効果が１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおいて３０ｄＢ以上となる傾向にある。 By the way, there is a correlation between the volume resistance value and the shield effect. When the volume resistance value is 10 2 Ω·cm or less, the shielding effect measured by the KEC method tends to be 30 dB or more at 1 MHz to 10 MHz (however, less than 30 dB at 100 MHz to 1 GHz). If volume resistivity of 10 0 Ω · cm or less, the shielding effect was measured by the KEC method tends to be 30dB or more at 1MHz～1GHz.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、円板熱流計法（ＡＳＴＭ Ｅ１５３０）によって測定される熱伝導率は、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。 The thermal conductivity of the resin composition according to one embodiment of the present invention measured by the disc heat flow meter method (ASTM E1530) is preferably 2 W/m·K or more, more preferably 5 W/m·K or more.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の密度は、２．６８ｇ／ｃｍ３未満が好ましく、１．９０ｇ／ｃｍ３未満がより好ましい。 Density of the resin composition according to an embodiment of the present invention is preferably less than 2.68 g / cm 3, less than 1.90 g / cm 3 is more preferable.
以上の数値範囲が好ましい理由は、〔課題を解決する手段〕に記載の通りである。 The reason why the above numerical range is preferable is as described in [Means for Solving Problems].
また、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の、ＩＳＯ５２７−１およびＩＳＯ５２７−２に基づいて測定される引張強度は、１５０ＭＰa以上が好ましく、２００ＭＰa以上がより好ましい。引張強度の上限は特に制限されないが、例えば、５００ＭＰａ以下とすることができる。引張強度が１５０ＭＰa以上である樹脂組成物は、金属部品（アルミダイカスト（引張強度：３１０ＭＰａ）製の部品など）を樹脂部品で代替するに際に問題のない強度を有していると言える。つまり、樹脂組成物が１５０ＭＰa以上の引張強度を有しているならば、強度の不足に起因する不具合を抑制することができる。 Further, the tensile strength of the resin composition according to the embodiment of the present invention measured based on ISO527-1 and ISO527-2 is preferably 150 MPa or more, more preferably 200 MPa or more. The upper limit of the tensile strength is not particularly limited, but may be 500 MPa or less, for example. It can be said that the resin composition having a tensile strength of 150 MPa or more has sufficient strength when substituting resin parts for metal parts (such as parts made of aluminum die cast (tensile strength: 310 MPa)). That is, if the resin composition has a tensile strength of 150 MPa or more, it is possible to suppress a defect due to insufficient strength.
本発明の一実施形態に係る熱可塑性樹脂は、公知の加工技術によって、樹脂成形部品に加工することができる。このような加工技術の例としては、射出成形、プレス成形、ブロー成形、押出成形が挙げられる。 The thermoplastic resin according to one embodiment of the present invention can be processed into a resin molded part by a known processing technique. Examples of such processing techniques include injection molding, press molding, blow molding, and extrusion molding.
§３製造例
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散されるような製造条件とすれば、製造することができる。炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散していると、炭素繊維の比表面積が大きくなる。すると、溶融状態の熱可塑性樹脂中において、炭素繊維と導電性フィラーとの親和力に基づく相互作用が発生しやすくなり、結果として炭素繊維の近傍に導電性フィラーが凝集する。このようにして、熱可塑性樹脂中において導電性フィラーが網目状に分布している樹脂組成物が製造される。
§3 Production Example The resin composition according to one embodiment of the present invention can be produced under the production conditions in which carbon fibers are isotropically dispersed in a disentangled state. When the carbon fibers are isotropically dispersed in a disentangled state, the specific surface area of the carbon fibers becomes large. Then, in the molten thermoplastic resin, an interaction based on the affinity between the carbon fiber and the conductive filler is likely to occur, and as a result, the conductive filler aggregates near the carbon fiber. Thus, the resin composition in which the conductive filler is distributed in the thermoplastic resin in a mesh shape is manufactured.
炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散される製造条件の例としては、剪断条件下での混練が挙げられる。剪断条件下での混練には、内部帰還型スクリューを有する高剪断加工機が好適に使用できるが、これに限定されるわけではない。例えば、通常の二軸押出機を用いても、炭素繊維が解繊された状態で等方的に分散される製造条件とすることができる。 Kneading under shearing conditions may be mentioned as an example of the manufacturing conditions under which the carbon fibers are isotropically dispersed in a defibrated state. For kneading under shearing conditions, a high shearing machine having an internal feedback type screw can be preferably used, but the kneading is not limited to this. For example, even if a normal twin-screw extruder is used, the production conditions can be such that the carbon fibers are isotropically dispersed in the defibrated state.
内部帰還形スクリューの回転によって、溶融樹脂組成物は、以下の１、２を繰り返しながら流動する。
１．シリンダーの前部に押し出される。
２．スクリューの軸方向に設けられた通路を通ってシリンダーの後部に戻る。
By the rotation of the internal feedback type screw, the molten resin composition flows while repeating the following 1 and 2.
1. Extruded on the front of the cylinder.
2. Return to the rear of the cylinder through a passage provided in the axial direction of the screw.
溶融樹脂組成物がこのように流動することによって、溶融樹脂組成物の内部に強い剪断流動場および伸長場が発生する。この剪断流動場および伸長場の働きによって、炭素繊維の解繊が促進され、さらに解繊された炭素繊維が等方的に分散するようになる。 Such flow of the molten resin composition generates a strong shear flow field and extension field inside the molten resin composition. The action of the shear flow field and the extension field promotes defibration of the carbon fibers, and the defibrated carbon fibers are isotropically dispersed.
内部帰還型スクリューを有する高剪断加工機を使用する製造方法の場合、製造条件（スクリューの回転数、滞留時間など）は、（i）使用する熱可塑性樹脂の種類、（ii）炭素繊維の配合量、（iii）導電性フィラーの種類および配合量に応じて、適宜設定することができる。 In the case of a manufacturing method using a high shearing machine with an internal feedback screw, manufacturing conditions (screw rotation speed, residence time, etc.) are (i) the type of thermoplastic resin used, (ii) carbon fiber blending The amount can be appropriately set depending on the amount, (iii) the kind and the blending amount of the conductive filler.
例えば、後述する実施例１に記載の樹脂組成物（ポリフェニレンサルファイド樹脂、炭素繊維、およびアルミニウムフィラーからなる）では、スクリューの回転数を１，２００ｒｐｍ、滞留時間を６０秒間とすることができる。 For example, in the resin composition described in Example 1 (which is composed of polyphenylene sulfide resin, carbon fiber, and aluminum filler) described later, the rotation speed of the screw can be 1,200 rpm and the residence time can be 60 seconds.
スクリューの回転数が大きすぎたり（例えば、１，５００ｒｐｍ超）、滞留時間が長すぎたり（例えば、１８０秒間超）すると、熱可塑性樹脂および炭素繊維の剪断劣化が生じやすくなる。その結果、樹脂組成物の機械的物性が低下する傾向にある。逆に、スクリューの回転数が少なすぎたり（例えば、８００ｒｐｍ未満）、滞留時間が短すぎたり（例えば、３０秒間未満）すると、炭素繊維の解繊および分散、ならびに導電性フィラーの分散が不充分となる。 If the rotation speed of the screw is too high (for example, more than 1,500 rpm) or the residence time is too long (for example, more than 180 seconds), shear deterioration of the thermoplastic resin and the carbon fiber is likely to occur. As a result, the mechanical properties of the resin composition tend to deteriorate. Conversely, if the screw rotation speed is too low (for example, less than 800 rpm) or the residence time is too short (for example, less than 30 seconds), defibration and dispersion of carbon fibers and dispersion of conductive filler are insufficient. Becomes
二軸押出機を使用する製造方法の場合は、スクリューと適切なニーディングディスクとを組み合わせることにより、混練度を調節することができる。ニーディングディスクのディスク面相互の間で働く剪断作用と、不連続なディスクによる切り返し効果に起因する分配混合作用によって、解繊された炭素繊維が等方的に分散するようになる。 In the case of the manufacturing method using a twin-screw extruder, the kneading degree can be adjusted by combining a screw and an appropriate kneading disk. The shearing action exerted between the disc surfaces of the kneading disc and the distributive mixing action caused by the turning back effect of the discontinuous disc cause the disentangled carbon fibers to be isotropically dispersed.
前記各項目で記載した内容は、他の項目においても適宜援用できる。本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。したがって、異なる実施形態にそれぞれ開示されている技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 The contents described in each of the above items can be appropriately incorporated into other items. The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims. Therefore, embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本明細書中に記載された学術文献および特許文献のすべてが、本明細書中において参考文献として援用される。 All of the academic and patent documents mentioned herein are incorporated by reference herein.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
［物性の測定方法］
（１）体積抵抗値
ＪＩＳ Ｋ ７１９４（導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法）に準拠して計測を行った。
[Measurement method of physical properties]
(1) Volume resistance value The measurement was performed according to JIS K 7194 (resistivity test method for conductive plastics by 4-probe method).
（２）シールド機能
ＫＥＣ法により、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚのシールド性能を評価した。
(2) Shield function The shield performance of 1 MHz to 1 GHz was evaluated by the KEC method.
（３）熱伝導率
円板熱流計法（ＡＳＴＭ Ｅ１５３０）に準拠して計測を行った。測定機器には、DTC-300（TA Instruments）を使用した。
(3) Thermal conductivity Measurement was performed according to the disk heat flow meter method (ASTM E1530). DTC-300 (TA Instruments) was used as the measuring instrument.
（４）密度
ＪＩＳ Ｋ ７１６１−２に規定される試験片の寸法体積および実測重量に基づいて、密度を算出した。
(4) Density The density was calculated based on the dimensional volume and the measured weight of the test piece specified in JIS K7161-2.
〔実施例１〜５、比較例１、２〕
導電性フィラーとして、アルミニウム（金属系フィラー、体積抵抗率：１０−４〜１０−３Ω・ｃｍ、熱伝導率：約２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。フィラーの含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。
[Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 and 2]
Aluminum (metal-based filler, volume resistivity: 10 −4 to 10 −3 Ω·cm, thermal conductivity: about 240 W/m·K) was used as the conductive filler. The change in the physical properties of the resin composition was examined while changing the content of the filler.
［実施例１］
熱可塑性樹脂としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）、炭素繊維としてＰＡＮ炭素繊維、導電性フィラーとしてアルミニウム（粒状）を用いた。
[Example 1]
Polyphenylene sulfide (PPS resin) was used as the thermoplastic resin, PAN carbon fiber was used as the carbon fiber, and aluminum (granular) was used as the conductive filler.
１．予備混練工程
ＰＰＳ樹脂１００重量部、ＰＡＮ炭素繊維２５重量部、アルミニウム１０重量部を予備混練して、マスターバッチを作製した。予備混練には一般的な二軸押出機を使用し、ＰＰＳ樹脂をホッパーから、ＰＡＮ炭素繊維およびアルミニウムをサイドフィーダーから供給した。混練温度は３００℃、スクリューの回転数は２００ｒｐｍであった。
1. Pre-kneading step 100 parts by weight of PPS resin, 25 parts by weight of PAN carbon fiber, and 10 parts by weight of aluminum were pre-kneaded to prepare a masterbatch. A general twin-screw extruder was used for pre-kneading, and PPS resin was supplied from a hopper, and PAN carbon fiber and aluminum were supplied from a side feeder. The kneading temperature was 300° C., and the screw rotation speed was 200 rpm.
２．本混練工程
予備混練工程で得られたペレット状のマスターバッチを、内部帰還形スクリューを有する高剪断加工機に投入し、混練した。混練温度は３２０℃、スクリューの回転数は１，２００ｒｐｍ、滞留時間は６０秒間であった。
2. Main Kneading Step The pelletized masterbatch obtained in the preliminary kneading step was put into a high shearing machine having an internal feedback screw and kneaded. The kneading temperature was 320° C., the screw rotation speed was 1,200 rpm, and the residence time was 60 seconds.
３．射出成形工程
本混練工程で得られた樹脂組成物のペレットを射出成形して、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠する体積抵抗率計測用のサンプル、およびＫＥＣ法に準拠するシールド評価用のサンプルを作製した。作製された樹脂組成物の物性を表１に示す。
3. Injection molding step Pellets of the resin composition obtained in this kneading step were injection molded to prepare a sample for measuring volume resistivity according to JIS K 7194 and a sample for evaluating a shield according to KEC method. Table 1 shows the physical properties of the resin composition produced.
［実施例２〜５、比較例１、２］
アルミニウムの配合量を変化させながら、実施例１と同様にしてＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠する体積抵抗率計測用のサンプル、およびＫＥＣ法に準拠するシールド評価用のサンプルを作製した。なお、製造条件は、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表１に示す。
[Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2]
Samples for volume resistivity measurement according to JIS K 7194 and samples for shield evaluation according to KEC method were prepared in the same manner as in Example 1 while changing the blending amount of aluminum. The manufacturing conditions were appropriately adjusted depending on the material and the blending amount. Table 1 shows the physical properties of the resin composition produced.
（結果）
実施例１〜５で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。特に、実施例１、２、４で作製された樹脂組成物は、これらの物性のバランスが良く、特に好ましい機能を有していると言える。一方、比較例１、２で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例１の場合は、導電性フィラーの量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例２の場合は、導電性フィラーの量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions prepared in Examples 1 to 5 had the density, volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity within the preferable ranges. In particular, it can be said that the resin compositions produced in Examples 1, 2, and 4 have a good balance of these physical properties and have a particularly preferable function. On the other hand, the resin compositions prepared in Comparative Examples 1 and 2 were inferior in the values of volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 1, it is considered that the formation of the network of the conductive filler was hindered because the amount of the conductive filler was too small. In the case of Comparative Example 2, it is considered that the amount of the conductive filler was too large and kneading became difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition were deteriorated.
〔実施例６〜１０、比較例３、４〕
導電性フィラーとして、導電性カーボンブラック（炭素系フィラー、体積抵抗率：１０−１〜１００Ω・ｃｍ、熱伝導率：約１５０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。フィラーの含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。樹脂組成物の製造方法は実施例１に準じ、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表２に示す。
[Examples 6 to 10, Comparative Examples 3 and 4]
As the conductive filler, conductive carbon black (carbon filler, volume resistivity: 10 -1 ~10 0 Ω · cm , the thermal conductivity: about 150W / m · K) was used. The change in the physical properties of the resin composition was examined while changing the content of the filler. The method for producing the resin composition was in accordance with Example 1, and was appropriately adjusted according to the material and the amount of the compound. Table 2 shows the physical properties of the resin composition produced.
（結果）
実施例６〜１０で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。特に、実施例６、７、９で作製された樹脂組成物は、これらの物性のバランスが良く、特に好ましい機能を有していると言える。一方、比較例３、４で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例３の場合は、導電性フィラーの量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例４の場合は、導電性フィラーの量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions prepared in Examples 6 to 10 had the density, volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity within the preferred ranges. In particular, it can be said that the resin compositions produced in Examples 6, 7, and 9 have a good balance of these physical properties and have a particularly preferable function. On the other hand, the resin compositions prepared in Comparative Examples 3 and 4 were inferior in the values of volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 3, it is considered that the formation of the network of the conductive filler was hindered because the amount of the conductive filler was too small. In the case of Comparative Example 4, it is considered that the amount of the conductive filler was too large and kneading became difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition were deteriorated.
〔実施例１１〜１５、比較例５、６〕
導電性フィラーとして、カーボンナノチューブ（炭素系フィラー、体積抵抗率：１０−４〜１０−２Ω・ｃｍ、熱伝導率：＞２，０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。フィラーの含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。樹脂組成物の製造方法は実施例１に準じ、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表３に示す。
[Examples 11 to 15, Comparative Examples 5 and 6]
As the conductive filler, carbon nanotubes (carbon-based filler, volume resistivity: 10 −4 to 10 −2 Ω·cm, thermal conductivity: >2,000 W/m·K) were used. The change in the physical properties of the resin composition was examined while changing the content of the filler. The method for producing the resin composition was in accordance with Example 1, and was appropriately adjusted according to the material and the amount of the compound. Table 3 shows the physical properties of the resin composition produced.
（結果）
実施例１１〜１５で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。他のフィラーと比較しても、体積抵抗率および熱伝導率に優れ、また密度も小さい傾向にある。したがって、カーボンナノチューブは、本発明において、特に優れた導電性フィラーと言える。一方、比較例５、６で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例５の場合は、導電性フィラーの量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例６の場合は、導電性フィラーの量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions prepared in Examples 11 to 15 had the density, volume resistivity, shielding effect, and thermal conductivity within the preferable ranges. Compared with other fillers, the volume resistivity and thermal conductivity are excellent, and the density tends to be low. Therefore, it can be said that carbon nanotubes are particularly excellent conductive fillers in the present invention. On the other hand, the resin compositions prepared in Comparative Examples 5 and 6 were inferior in the values of volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 5, it is considered that the amount of the conductive filler was too small and the formation of the network of the conductive filler was hindered. In the case of Comparative Example 6, it is considered that the amount of the conductive filler was too large and kneading became difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition were deteriorated.
〔比較例７、８〕
実施例１の製造方法において、炭素繊維を含めずに樹脂組成物を作製し、比較例７とした。また、実施例１の製造方法において、導電性フィラーを含めずに樹脂組成物を作製し、比較例８とした。作製された樹脂組成物の物性を表４に示す。
[Comparative Examples 7 and 8]
In the production method of Example 1, a resin composition was produced without including carbon fiber, and was set as Comparative Example 7. In addition, in the manufacturing method of Example 1, a resin composition was prepared without including the conductive filler, and was set as Comparative Example 8. Table 4 shows the physical properties of the resin composition produced.
（結果）
比較例７で作製された樹脂組成物は、足場となる炭素繊維が含まれていないため、導電性フィラーのネットワークが形成されなかった。それゆえ、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導機能が劣っていた。比較例８で作製された樹脂組成物は、熱伝導フィラーが含まれていないため、通常のＣＦＲＴＰと同等のシールド効果および熱伝導率しか示さなかった。
(result)
Since the resin composition prepared in Comparative Example 7 did not contain the carbon fiber as the scaffold, the network of the conductive filler was not formed. Therefore, the volume resistivity, the shield effect and the heat conduction function were poor. The resin composition produced in Comparative Example 8 contained no heat conductive filler, and thus exhibited only the same shielding effect and heat conductivity as those of ordinary CFRTP.
〔実施例１６〜１９、比較例９、１０〕
導電性フィラーとして、アルミニウム（金属系フィラー、体積抵抗率：１０−４〜１０−３Ω・ｃｍ、熱伝導率：約２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。炭素繊維の含有量を変化させながら、樹脂組成物の物性の変化を検討した。樹脂組成物の製造方法は実施例１に準じ、材料および配合量に応じて適宜調節した。作製された樹脂組成物の物性を表５に示す。
[Examples 16 to 19, Comparative Examples 9 and 10]
Aluminum (metal-based filler, volume resistivity: 10 −4 to 10 −3 Ω·cm, thermal conductivity: about 240 W/m·K) was used as the conductive filler. Changes in the physical properties of the resin composition were examined while changing the content of carbon fibers. The method for producing the resin composition was in accordance with Example 1, and was appropriately adjusted according to the material and the amount of the compound. Table 5 shows the physical properties of the resin composition produced.
（結果）
実施例１６〜１９で作製された樹脂組成物はいずれも、密度、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率が好ましい範囲に収まった。特に、実施例１６、１９で作製された樹脂組成物は、これらの物性のバランスが良く、特に好ましい機能を有していると言える。一方、比較例９、１０で作製された樹脂組成物は、体積抵抗率、シールド効果および熱伝導率の値が劣っていた。比較例９の場合は、炭素繊維の量が少なすぎて、導電性フィラーのネットワークの形成が阻害されたと考えられる。比較例１０の場合は、炭素繊維の量が多過ぎて混練が困難となり、結果として樹脂組成物の物性も悪化したと考えられる。
(result)
All of the resin compositions prepared in Examples 16 to 19 had the density, volume resistivity, shielding effect, and thermal conductivity within the preferred ranges. In particular, it can be said that the resin compositions produced in Examples 16 and 19 have a good balance of these physical properties and have a particularly preferable function. On the other hand, the resin compositions prepared in Comparative Examples 9 and 10 were inferior in the values of volume resistivity, shielding effect and thermal conductivity. In the case of Comparative Example 9, it is considered that the formation of the network of the conductive filler was hindered because the amount of carbon fiber was too small. In the case of Comparative Example 10, it is considered that the amount of carbon fibers was too large and kneading became difficult, and as a result, the physical properties of the resin composition deteriorated.
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、例えば、自動車部品に利用することができる。 The resin composition according to one embodiment of the present invention can be used, for example, in automobile parts.
１ 炭素繊維
２ 導電性フィラー
３ 熱可塑性樹脂
１０ 樹脂組成物
1
Claims (11)
前記導電性フィラーは、前記熱可塑性樹脂中において網目状に分布している、樹脂組成物。 A resin composition comprising a thermoplastic resin, carbon fiber and a conductive filler,
The resin composition in which the conductive filler is distributed in a network in the thermoplastic resin.
前記炭素繊維は、前記熱可塑性樹脂中において解繊された状態で等方的に分散しており、
前記炭素繊維の近傍に、前記導電性フィラーが凝集している、樹脂組成物。 A resin composition comprising a thermoplastic resin, carbon fiber and a conductive filler,
The carbon fibers are isotropically dispersed in the thermoplastic resin in a defibrated state,
A resin composition in which the conductive filler is aggregated in the vicinity of the carbon fiber.
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