JPH0639930A - 導電性強化プラスチック - Google Patents

導電性強化プラスチック

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JPH0639930A
JPH0639930A JP5086690A JP8669093A JPH0639930A JP H0639930 A JPH0639930 A JP H0639930A JP 5086690 A JP5086690 A JP 5086690A JP 8669093 A JP8669093 A JP 8669093A JP H0639930 A JPH0639930 A JP H0639930A
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JP
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fibers
conductive
carrier material
assembly
resin
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JP5086690A
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English (en)
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Dirk A Bovenschen
ディーク．アルバーツ．ボヴェンシェン
Rudolf G Goossens
ルドルフ．ギズバーツ．グーッセンス
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Lantor BV
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RANTOOLE BV
Lantor BV
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラスチックに導電性を付与し、各種分野で
の使用に適したプラスチックにするシステムを提供する
こと。 【構成】 本発明は、少くとも１つの非導電性又は略非
導電性の担体材料と、該担体材料の少くとも片側に付与
された少くとも１つの導電性繊維ウェブとからなり、該
導電性ウェブの繊維が担体材料を通じて担体材料の反対
側に導電接触状態に配置された組立体に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
内に導電性繊維を組み込むことにより、これら繊維強化
プラスチックの電気抵抗値を低下させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】可燃性物質の貯蔵タンク、及び電気装置
のハウジングにプラスチック材料を使用することは、特
に耐食性に優れ且つプラスチックの重量が軽いことを理
由として広く復及している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、電
気抵抗値が大きいために、静電気の帯電が生じるという
問題点を伴うことが多い。
【０００４】放電に伴って火花が生じ、この火花が爆発
の原因となる危険がある。（繊維強化した）プラスチッ
クの表面抵抗値は、略少くとも１０１４Ω＃である。表
面抵抗値が≦１０９Ω＃（ＶＤＥ０３０３第３部に従っ
て測定した値）のとき、体積抵抗値は≦１０６Ωｃｍ
（ＤＩＮ５１９５３）となる。
【０００５】可燃性ガス、水蒸気及び乾燥物質／空気混
合体は、静電荷の放電現象（スパークオーバ）によって
発火する虞れがある。爆発性混合体を等級付ける最小の
所要発火エネルギは、次の３つの等級に区分される。即
ち、 等級１−発火エネルギ≧０．３０ｍＷｓ。乾燥物質／空
気混合体の必要エネルギは、１０乃至１００ｍＷｓの範
囲である。
【０００６】等級２−発火エネルギ０．０２５−０．３
０ｍＷｓ。溶剤及び石油のベーパ。
【０００７】等級３−発火エネルギ≦０．０２５ｍＷ
ｓ。水素、アセチレン。
【０００８】導電性添加剤を添加することにより、プラ
スチックを導電性にする可能性は、一般に公知である。
グラファイト、炭素、アルミニウム、銀及び銅粉末のよ
うな導電性添加剤をプラスチックに添加することによ
り、所望の導電性が得られる。又、短い金属繊維及び短
い金属被覆繊維の使用も公知である。１９７７年１２月
の「ポリマー・エンジニアリング及び科学（Ｐｏｌｙｍ
ｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃ
ｅ）」のＶｏ．１７、Ｎｏ．１２において、「導電性重
合組成物（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）」という標題の論文が導
電性繊維の使用について記述している。この論文におい
て、繊維状導電体は、粉末、薄片及びビードよりも著し
く優れていることが明らかにされている。この論文は、
最大アスペクト比が３５対１の導電性粒子及び繊維に限
定している。この「アスペクト比」という語は、粒子の
長さ対直径の比を意味する。
【０００９】しかし、短い導電性繊維の使用は、所望の
効果、即ち、導電性回路を得るのに必要とされる量の点
でコスト高のものとなる。このためには、重量比で約４
０％の材料をプラスチックに添加することが必要であ
る。このことは、金属粉末を使用する場合にも当て嵌ま
る。更に、導電性添加剤が分散された樹脂を射出する間
（ＲＴＭ技術）、強化材でこれら材料を除去すること
は、１つの問題を生じさせる。又、仕上げ製品の機械的
性質は、これら「フィラー」による悪影響を受ける。導
電性プラスチックは古くから公知であるにも拘わらず、
これらプラスチックを多数の用途に使用することは、経
済的、機械的及び加工上の理由から制限がある。
【００１０】電気装置のハウジングは、典型的に、電磁
放射線を遮蔽するために必要とされる。実際上、この遮
蔽効果は、ハウジング内に遮蔽材料を配置することで得
られることが多い。性質上、遮蔽作用を備えるプラスチ
ック材料をハウジング用に使用することは、遮蔽効果を
得るためには、材料は極めて高価となり、その材料の使
用が制限され、又はその性質が極めて劣るため、その材
料が適正な使用には適用し得ないという不利益を伴う。
【００１１】本発明の１つの目的は、プラスチックに導
電性を付与し、上述の技術分野での使用に適したプラス
チックにするシステムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、少くとも１つ
の非導電性又は略非導電性の担体材料と、該担体材料の
少くとも片側に付与された少くとも１つの導電性繊維ウ
ェブと、からなる組立体であって、導電性ウェブの繊維
が、強化プラスチック材料を形成すべく担体材料を介し
て、担体材料の反対側に導電接触状態に配置されること
を特徴とする組立体に関する。
【００１３】又、本発明は、少くとも１つの非導電性又
は略導電性の担体材料と、該担体材料の少くとも片側に
設けられた少くとも１つの繊維ウェブと、からなる組立
体で強化されたマトリックス樹脂を備えるプラスチック
物品であって、導電性ウェブの繊維が、担体材料を介し
て、担体材料の反対側に導電接触状態に配置されたこと
を特徴とするプラスチック物品に関する。
【００１４】
【作用】プラスチック、特にポリエステル樹脂及びエポ
キシ樹脂のような熱硬化性プラスチックの既存の強化材
を利用することにより、優れた材料の性質を維持しつ
つ、十分な導電性が実現可能であることが確認された。
この強化材を調節することで、通常、使用される担体材
料上に導電性繊維ウェブを付与することが可能となり、
繊維は、例えば、針で縫合させることにより、基部材料
を通じて配置される。このようにして、材料の全体を通
じて導電性が得られる。このように製造された強化プラ
スチック材料は、かくしていわゆる連続的な導電性が得
られる。
【００１５】故に、本発明は、プラスチック材料を上記
３種類の爆発性混合体に使用可能にする効果のあるシス
テムを提供するものである。更に、この強化材料を使用
してプラスチックに遮蔽性を付与することも可能であ
る。
【００１６】使用すべき導電性繊維は、導電性繊維ウェ
ブである。その例としては、金属被覆繊維、金属繊維、
又は導電性添加剤が添加された繊維のウェブがある。繊
維ウェブの一部、又はその全体が金属繊維からなる場
合、その繊維用の金属は、導電性金属及びその合金から
選択される。適当な金属の例としては、鋼、銅等があ
る。金属被覆繊維を使用する場合、ニッケル、銅又は銀
で金属被覆され、合金がこれら１又は２以上の金属から
なり、又は順次、これら金属の２以上からなる繊維を使
用することが望ましい。適当な金属繊維は、最初に銅で
金属被覆し、次に、ニッケルを被覆したアクリル系繊維
である。
【００１７】導電性繊維ウェブは、導電性繊維のみから
なるが、ウェブ中に導電性繊維及び非導電性繊維を組み
合わせて使用することも可能である。良好な導電性が得
られるためには、導電性繊維は、長さ４０乃至７０ｍｍ
のものであることが望ましい。該ウェブは、熱的、化学
的又は機械的に結合させることができる。所望であれ
ば、織地又は編地を使用することも可能である。導電性
繊維の量は、所望の導電性を得るのに十分なものでなけ
ればならない。これは、簡単な実験で求めることができ
る。一般に、繊維ウェブ中の導電性繊維の量は、重量比
で５乃至１００％の範囲である。この量は、重量比で５
乃至２５％であることが望ましい。
【００１８】本発明による担体材料として、あらゆる種
類の材料を使用することが可能である。該担体材料は、
強化担体材料とし、又は強化担体材料でなくともよい。
又、担体材料としてコア材料を使用してもよい。強化コ
ア材料を使用することも可能であるが、かかるコア材料
は一般に強化機能はない。最後に、強化材料とし、又は
強化材料でなくともよい担体材料は、その上に導電性ウ
ェブを備えて、強化機能があり、又は強化機能のないコ
ア材料と組み合わせて使用することも可能である。
【００１９】本発明によれば、あらゆる種類の材料を担
体材料として使用することができる。かかる担体材料の
例としては、発泡プラスチック、ハニカム材料、有孔又
は有孔でない薄片があり、特に、織地又は不織繊維ウェ
ブである。
【００２０】使用することが望ましい担体材料の例とし
ては、ガラスマット、ガラスウーブン、炭素ウーブン、
織地、編地、及び芳香族ポリアミドのようなその他の種
類の繊維マットである。
【００２１】膨張ミクロビードが付与された繊維ウェブ
のようなコア材料は、又本発明に従い有利に導電性を付
与することができる。
【００２２】導電性の性質は、担体材料に導電性繊維を
付与し、その繊維を担体材料（強化材料）上に配置し且
つ縫合することにより得られる。導電性繊維のアスペク
ト比は、５００又はそれ以上であることが望ましい。典
型的に、そのアスペクト比は、４，０００乃至５，００
０付近である。繊維を均一に配分する実際的な方法は、
例えば、カードウェブを使用する方法である。その後、
繊維マットは、強化材料により機械的に固着される。こ
の機械的な固着は、例えば、ミシン、又は液圧撚り装置
を使用して行うことができる。又、強化材料は、該強化
材料を通じて導電性系／ワイヤ／フィラメントを縫うこ
とにより、導電性を付与することもできる。導電性繊維
が強化材料を通って垂直に伸長する全ての固着方法が採
用可能である。又、導電性ワイヤ又は垂直方向に使用す
ることを条件として、編み又は織り技術を使用し、これ
により、いわゆる２−１／２、又は三次元的編み又は織
り繊維を得ることが可能である。
【００２３】導電性ウェブの製造は、繊維ウェブ、特に
不織ウェブを製造する全ての公知の技術を利用して行う
ことができる。導電性繊維をその他の繊維と混合させる
ことにより、実質的に任意の所望の少い添加量を均一に
分配し且つ正確に配分することができる。
【００２４】プラスチック積層品の製造工程で従来から
行われているように、このようにして形成された導電性
ウェブを積み重ねることにより、完全な導電性（体積導
電性）の材料が形成される。これは、例えば、これら材
料を鉱山で使用するときに必要とされる性質である。
【００２５】導電性が付与された強化材料を頂部層にだ
け使用することにより、表面導電性のみを得ることが可
能である。多くの事例において、これで十分であり、し
かも、組立体の操作及び取り扱いがはるかに簡単になる
という利点が得られる。実際上、本発明の利点の１つ
は、本発明による組立体を使用する時、積層及び含浸に
必要な操作数がはるかに少くて済むことである。これは
又、最終材料の性質の再現性を向上させる点で有利であ
る。
【００２６】又、積層品の任意の所望の箇所に導電層を
付与することが可能である。更に、導電性繊維ウェブが
積層品の外側となるように組立体を配置する結果、積層
品のより平滑な導電性面が得られる。強化材料の外形は
補正される（緩衝作用）。強化材料に少量の（導電性）
繊維のみを付与する限り、強化材料の加工性（含浸性）
及び最終物品の機械的性質は、全然ではないにしても、
殆ど悪影響を受けることはない。
【００２７】本発明による物品は、熱可塑性又は熱硬化
性プラスチックで形成することができる。熱硬化性プラ
スチックの例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂及びポリウレタン樹脂がある。使
用可能な熱可塑性プラスチックには、ポリプロピレン、
ＡＢＳ及び関連するスチレンポリマー、ポリカーボネー
ト、ポリエチレンイミド、酸化ポリフェニレン、硫化ポ
リフェニレン及びこれらプラスチックの混合体のような
各種のエンジニアリングプラスチックがある。これらプ
ラスチックは又、繊維で強化することができる。
【００２８】導電性繊維ウェブ、及び担体材料用として
使用される繊維は、特にアクリル繊維、ポリエステル繊
維、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維である。勿
論、この繊維の選択は、一部、製造及び使用中に材料が
耐えなければならない温度及び機械的荷重に左右され
る。
【００２９】本発明による物品は、使用すべき材料いか
んにより、異なる方法で製造することができる。かかる
システムにおいて、一般に閉金型が使用される。導電性
繊維ウェブが設けられた組立体、又は２或いはそれ以上
のかかる組立体の組み合わせを金型内に導入し、プラス
チックの強化材として機能し得るその他の材料を選択随
意に共に導入し、例えば、繊維強化積層品を形成するこ
とができる。本発明の範囲内で使用に適した方法は、樹
脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、真空射出法、コール
ドプレス法、ハンドレイアップ法、吹き付け法、引き抜
き成形及びＧＴＭ（ガラスマット熱可塑性プラスチッ
ク）である。
【００３０】ＲＴＭ及び真空射出法において、熱硬化性
ポリエステル樹脂のような液体樹脂は、上述のような、
１又は２以上の組立体がその内部に既に配置された閉金
型内に射出される。コールドプレス法は、ＲＴＭと同一
の技術に基づくものであり、その相違は、樹脂が金型が
閉じる間に射出されず、組立体内に積層される点であ
る。
【００３１】ハンドレイアップ及び吹き付けは、積層体
が一層づつ（組立体及び樹脂）形成される技術である。
押出し法において、樹脂が添加された組立体は、圧力
下、ダイを通じて引き抜き成形され、その後に硬化させ
る。
【００３２】ＧＴＭにおいて、熱可塑性樹脂が含浸され
た、例えばガラスウェブのような繊維ウェブは積層体を
形成し得るように金型内で変形させる。開始材料は、本
発明による少くとも１つの組立体と組み合わせた１又は
２以上のかかるウェブとすることができる。しかし、熱
可塑性樹脂を含浸させた組立体をこのように変形させる
ことも可能である。
【００３３】液体樹脂と組み合わせて閉金型システムを
作動させるとき、使用すべき組立体に対し湿潤剤及び／
又はガス抜き剤を加え、材料表面の品質を向上させるこ
とが望ましい。このようにして、気泡が存在しない平滑
なプラスチック面を得ることができる。
【００３４】最後に、又、本発明は針でガラスマットに
縫合された少くとも１つの導電性繊維ウェブからなる組
立体に関するものである。
【００３５】次に、単に一例としてのみ本発明の実施例
を掲げるが、本発明は、この実施例にのみ限定されるも
のではない。
【００３６】
【実施例】約４５０ｇ／ｍ２のガラスマット上に、約５
０ｇ／ｍ２の繊維ウェブを載せた。これら繊維ウェブ
は、重量比で１０％の金属を被覆した（最初に銅、次に
ニッケル）繊維と、重量比で９０％のポリエステル繊維
と、からなる。ミシンを使用して、このウェブを対応す
るガラスマットに結合させた。従って、金属被覆した繊
維は、２つの面を通って伸長する。
【００３７】金属被覆した繊維が設けられたこれらガラ
スマットを使用して、積層体を製造した（ＲＴＭ）。
【００３８】この導電性強化材料の４つの層（導電性ウ
ェブをガラスマットに積み重ねた層）を加工し、次の積
層品にした。
【００３９】ガラスマット： 約１，８００ｇ／ｍ２
（２３．６％） 繊維ウェブ： 約２００ｇ／ｍ２（２．６％） ポリエステル樹脂：約５，６３０ｇ／ｍ２（７３．８
％） 金属繊維が重量比で僅か０．２６％のこの積層品の電気
的及び機械的性質は、次の通りである。
【００４０】表面抵抗値： ≦３０Ω＃ 連続的抵抗値： １．２ｋΩ．ｃｍ Ｅ−モジュラス：５，８９０Ｎ／ｍｍ２ 曲げ強度： １４１Ｎ／ｍｍ２ 導電性ウェブを使用しない試験においても、Ｅ−モジュ
ール及び曲げ強度は同等の値が得られた。しかし、その
ときの電気的性質は、不良であった。
【００４１】
【発明の効果】本発明の重要な利点は、かかる担体材料
の複数の層を使用することにより、連続的抵抗値及び体
積抵抗値が十分に小さい積層体を形成することが可能と
なる。担体材料を通過した比較的少量の導電性繊維は、
この積層体に対し十分な導電性を付与することが確認さ
れた。このことは、担体材料の層が「底部側」、即ち、
導電性繊維の少い側で導電性ウェブに接触する状態に配
置したときのみらず、その２つの「底部側」が相互に接
触するように位置決めしたときにも当て嵌まる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:06

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少くとも１つの非導電性又は略非導電性
    の担体材料と、前記担体材料の少くとも片側に付与され
    た少くとも１つの導電性繊維ウェブと、からなる組立体
    であって、前記導電性ウェブの繊維が、強化プラスチッ
    ク材料を形成すべく前記担体材料を通じて該担体材料の
    反対側と導電接触状態に配置されることを特徴とする組
    立体。
  2. 【請求項２】 前記導電性ウェブには、金属繊維、又は
    金属被覆した繊維が設けられることを特徴とする請求項
    １に記載の組立体。
  3. 【請求項３】 前記繊維が、ニッケル、銅又は銀、或い
    は前記金属の１又は２以上に基づく合金で金属被覆され
    ることを特徴とする請求項２に記載の組立体。
  4. 【請求項４】 前記担体材料が、発泡プラスチック、ハ
    ニカム材料、有孔又は非有孔の薄片、及び不織地、織地
    又は編地のような繊維ウェブからなる群から選択される
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
    の組立体。
  5. 【請求項５】 前記担体材料が、ガラス繊維、ポリエス
    テル繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アクリル繊維及び
    その混合体からなる群から選択された材料に基づく繊維
    ウェブであることを特徴とする請求項４に記載の組立
    体。
  6. 【請求項６】 前記プラスチック材料が、前記組立体に
    液体樹脂及びその硬化剤を含浸させ、その後に、該樹脂
    を硬化させて製造されることを特徴とする請求項１乃至
    ５のいずれか１項に記載の組立体。
  7. 【請求項７】 前記樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂及
    びエポキシ樹脂からなる群から選択されることを特徴と
    する請求項６に記載の組立体。
  8. 【請求項８】 少くとも１つの非導電性又は略非導電性
    の担体材料と、前記担体材料の少くとも片側に付与され
    た少くとも１つの導電性繊維ウェブと、からなる組立体
    で強化されたマトリックス樹脂を備えるプラスチック物
    品であって、前記導電性ウェブの繊維が、前記担体材料
    を通じて該担体材料の反対側と導電接触状態に配置され
    ることを特徴とするプラスチック物品。
  9. 【請求項９】 前記導電性ウェブには、金属繊維、又は
    金属被覆した繊維が設けられることを特徴とする請求項
    ８に記載のプラスチック物品。
  10. 【請求項１０】 前記繊維には、ニッケル、銅又は銀、
    或いは前記材料の１又は２以上に基づく合金で金属被覆
    されることを特徴とする請求項９に記載のプラスチック
    物品。
  11. 【請求項１１】 前記担体材料が、発泡プラスチック、
    ハニカム材料、有孔又は非有孔とすることのできる薄片
    及び不織地、織地又は編地のような繊維ウェブからなる
    群から選択されることを特徴とする請求項８乃至１０の
    いずれか１項に記載のプラスチック物品。
  12. 【請求項１２】 前記担体材料が、ガラス繊維、ポリエ
    ステル繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アクリル繊維及
    びその混合体からなる群から選択された材料に基づく繊
    維ウェブであることを特徴とする請求項１１に記載のプ
    ラスチック物品。
  13. 【請求項１３】 前記プラスチック材料が、前記組立体
    に液体樹脂及びその硬化剤を含浸させ、その後に、該樹
    脂を硬化させて製造されることを特徴とする請求項８乃
    至１２のいずれか１項に記載のプラスチック物品。
  14. 【請求項１４】 前記樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂
    及びエポキシ樹脂からなる群から選択されることを特徴
    とする請求項１３に記載のプラスチック物品。
  15. 【請求項１５】 ガラスマットに針で縫合された少くと
    も１つの導電性繊維ウェブからなることを特徴とする組
    立体。
JP5086690A 1992-03-20 1993-03-22 導電性強化プラスチック Pending JPH0639930A (ja)

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