JP2014133842A - Conductive resin composition - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
【課題】高い電磁シールド効果を有し、引張特性及び成形性に優れた導電性樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーを含有し、体積抵抗率が1×102Ω・cm以下である導電性樹脂組成物。
【選択図】なしA conductive resin composition having a high electromagnetic shielding effect and excellent tensile properties and moldability is provided.
A conductive resin composition containing a thermoplastic resin, carbon nanotubes, carbon black, and carbon fibers and having a volume resistivity of 1 × 10 2 Ω · cm or less.
[Selection figure] None
Description
本発明は、導電性樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a conductive resin composition.
近年、電子機器等の発達に伴い、電子機器等から発生する電磁波の人体への影響が問題となっている。この問題を解決するために、合成樹脂に導電性フィラーを配合した電磁波シールド材が開発されている。特許文献1には、電磁波シールド性を有する樹脂組成物が開示されている。 In recent years, with the development of electronic devices and the like, the influence of electromagnetic waves generated from the electronic devices and the like on the human body has become a problem. In order to solve this problem, an electromagnetic shielding material in which a conductive filler is blended with a synthetic resin has been developed. Patent Document 1 discloses a resin composition having electromagnetic wave shielding properties.
また、従来、電力ケーブル、特に高圧電力ケーブルは、絶縁体界面における電界集中の緩和や部分放電の防止を目的として、導電性を持つように調製された導電性層を絶縁体の内部又は外部に設けた構成を有している。導電性層は、一般に、合成樹脂に導電性フィラーを配合し、導電性を付与した樹脂組成物により形成されている。特許文献2には、導電性を付与した樹脂組成物が開示されている。この電力ケーブルに用いられる樹脂組成物にも、電磁波シールド性が求められている。 Conventionally, power cables, particularly high-voltage power cables, have a conductive layer prepared to have conductivity inside or outside the insulator for the purpose of relaxing electric field concentration at the insulator interface and preventing partial discharge. It has the provided structure. The conductive layer is generally formed of a resin composition in which a conductive filler is blended with a synthetic resin to impart conductivity. Patent Document 2 discloses a resin composition imparted with conductivity. The resin composition used for this power cable is also required to have electromagnetic shielding properties.
一般に、樹脂組成物において、電磁波シールド性を高めるためには導電性フィラーの配合量を高めることが有効であると考えられる。しかし、導電性フィラーの配合量を高めると、樹脂組成物の引張特性、成形性などが低下する傾向がある。 Generally, in the resin composition, it is considered effective to increase the blending amount of the conductive filler in order to improve the electromagnetic wave shielding property. However, when the compounding quantity of a conductive filler is raised, there exists a tendency for the tensile characteristic of a resin composition, a moldability, etc. to fall.
そこで、本発明は、高い電磁シールド効果を有し、引張特性及び成形性に優れた導電性樹脂組成物を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the conductive resin composition which has a high electromagnetic shielding effect and was excellent in the tensile characteristic and the moldability.
本発明は、熱可塑性樹脂、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーを含有し、体積抵抗率が1×102Ω・cm以下である導電性樹脂組成物に関する。本発明の導電性樹脂組成物の好ましい態様として、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーの総含有量が、導電性樹脂組成物の質量に対し0.3〜80質量%である導電性樹脂組成物;カーボンナノチューブの含有量が、導電性樹脂組成物の質量に対し0.1〜20質量%である導電性樹脂組成物;又は、カーボンブラックの含有量が、導電性樹脂組成物の質量に対し0.1〜30質量%である導電性樹脂組成物が挙げられる。 The present invention relates to a conductive resin composition containing a thermoplastic resin, carbon nanotubes, carbon black, and carbon fibers and having a volume resistivity of 1 × 10 2 Ω · cm or less. As a preferable aspect of the conductive resin composition of the present invention, for example, a conductive material in which the total content of carbon nanotubes, carbon black, and carbon fibers is 0.3 to 80% by mass with respect to the mass of the conductive resin composition. Resin composition; conductive resin composition in which content of carbon nanotube is 0.1 to 20% by mass with respect to mass of conductive resin composition; or content of carbon black in conductive resin composition The conductive resin composition which is 0.1-30 mass% with respect to mass is mentioned.
本発明によれば、高い電磁シールド効果を有し、引張特性及び成形性に優れた導電性樹脂組成物を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a conductive resin composition having a high electromagnetic shielding effect and excellent tensile properties and moldability.
本発明は、熱可塑性樹脂、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーを含有し、体積抵抗率が1×102Ω・cm以下である導電性樹脂組成物に関する。以下、本発明の導電性樹脂組成物について説明する。 The present invention relates to a conductive resin composition containing a thermoplastic resin, carbon nanotubes, carbon black, and carbon fibers and having a volume resistivity of 1 × 10 2 Ω · cm or less. Hereinafter, the conductive resin composition of the present invention will be described.
[熱可塑性樹脂]
本発明に用いる熱可塑性樹脂に特に制限はなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、プロピレン−ブテン共重合体等のオレフィン系樹脂;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸エステル等により合成されるアクリル系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、プロピレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル類;ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリウレタン等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
[Thermoplastic resin]
There is no restriction | limiting in particular in the thermoplastic resin used for this invention, For example, olefin resin, such as polyethylene, a polypropylene, polybutadiene, polyisoprene, a propylene-butene copolymer; Poly (meth) acrylic acid, poly (meth) acrylic ester Acrylic resins synthesized by styrene resins such as polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymer, butadiene-styrene copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer; polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, propylene-chloride Vinyl resins such as vinyl copolymers and ethylene-vinyl acetate copolymers; polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate; polyamides, polyimides, polyamideimides, polyetherimides, polycarbonates, Acetal, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyurethane and the like. A thermoplastic resin may be used individually by 1 type, or 2 or more types may be mixed and used for it.
熱可塑性樹脂としては、柔軟性、耐屈曲性等の観点から、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニルを用いることが好ましく、エチレン−酢酸ビニル共重合体を用いることが特に好ましい。 As the thermoplastic resin, polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, and polyvinyl chloride are preferably used from the viewpoints of flexibility, flex resistance, and the like, and ethylene-vinyl acetate copolymer is particularly preferably used.
熱可塑性樹脂として、市販品を用いることが可能である。ポリエチレンの例を挙げると、「NEO−ZEX2015M」(株式会社プライムポリマー製)、「ノバテックUF423」(日本ポリエチレン株式会社製)、「NUC-8000」(日本ユニカー株式会社製)、エチレン−酢酸ビニル共重合体の例を挙げると、「モディック EVA A543」(三菱化学株式会社製)、「V221」(宇部丸善ポリエチレン株式会社製)、ポリ塩化ビニルの例を挙げると、「カネカビニールK10L」(株式会社カネカ製)、「TE1300」(大洋塩ビ株式会社製)、「セキスイPVC TS」(徳山積水工業株式会社製)がある。 A commercially available product can be used as the thermoplastic resin. Examples of polyethylene include “NEO-ZEX2015M” (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.), “Novatech UF423” (manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.), “NUC-8000” (manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd.), ethylene-vinyl acetate Examples of polymers include “Modic EVA A543” (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “V221” (manufactured by Ube Maruzen Polyethylene Co., Ltd.), and examples of polyvinyl chloride, “Kaneka Vinyl K10L” (Co., Ltd.). Kaneka), “TE1300” (manufactured by Taiyo PVC Co., Ltd.), and “Sekisui PVC TS” (manufactured by Tokuyama Sekisui Industry Co., Ltd.).
熱可塑性樹脂の含有量は、導電性樹脂組成物の質量に対し、20〜99.7質量%が好ましい。ハンドリング性の観点から、含有量は20質量%以上であることが好ましく、また、導電性、電磁シールド特性などの特性発揮の観点から、含有量は99.7質量%以下であることが好ましく、90質量%以下がより好ましく、70質量%以下がさらに好ましい。 As for content of a thermoplastic resin, 20-99.7 mass% is preferable with respect to the mass of a conductive resin composition. From the viewpoint of handling properties, the content is preferably 20% by mass or more, and from the viewpoint of exhibiting characteristics such as conductivity and electromagnetic shielding properties, the content is preferably 99.7% by mass or less, 90 mass% or less is more preferable, and 70 mass% or less is further more preferable.
[カーボンナノチューブ]
カーボンナノチューブは、炭素の六員環により構成されたグラフェンシートを円筒状にした構造を有する。カーボンナノチューブ(CNT)に特に制限はなく、単層のカーボンナノチューブ(シングルウォールナノチューブ(SWNT))、及び2層のカーボンナノチューブ(ダブルウォールナノチューブ(DWNT))を含む多層のカーボンナノチューブ(マルチウォールナノチューブ(MWNT))を用いることが可能である。本発明においては、分散効率の観点から、多層のカーボンナノチューブを好ましく用いることができる。カーボンナノチューブは、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
[carbon nanotube]
The carbon nanotube has a structure in which a graphene sheet composed of a six-membered ring of carbon is formed into a cylindrical shape. The carbon nanotube (CNT) is not particularly limited, and is a multi-wall carbon nanotube (multi-wall nanotube ( MWNT)) can be used. In the present invention, multi-walled carbon nanotubes can be preferably used from the viewpoint of dispersion efficiency. A carbon nanotube may be used individually by 1 type, or 2 or more types may be mixed and used for it.
単層の場合、平均繊維径は、0.5〜10nmが好ましく、0.8〜5nmがより好ましく、1.0〜2.5nmがさらに好ましい。混練による導電性低下を制御するという観点から、平均繊維径は0.5nm以上であることが好ましく、また、マトリックス(樹脂)に対する分散性の観点から、平均繊維径は10nm以下であることが好ましい。多層の場合、平均繊維径(外径)は、1〜150nmが好ましく、5〜150nmがより好ましく、8〜150nmがさらに好ましい。混練による導電性低下を制御するという観点から、平均繊維径は1nm以上であることが好ましく、また、マトリックスに対する良好な分散性を得るという観点から、平均繊維径は300nm以下であることが好ましい。 In the case of a single layer, the average fiber diameter is preferably 0.5 to 10 nm, more preferably 0.8 to 5 nm, and further preferably 1.0 to 2.5 nm. From the viewpoint of controlling the decrease in conductivity due to kneading, the average fiber diameter is preferably 0.5 nm or more, and from the viewpoint of dispersibility with respect to the matrix (resin), the average fiber diameter is preferably 10 nm or less. . In the case of a multilayer, the average fiber diameter (outer diameter) is preferably 1 to 150 nm, more preferably 5 to 150 nm, and still more preferably 8 to 150 nm. From the viewpoint of controlling the decrease in conductivity due to kneading, the average fiber diameter is preferably 1 nm or more, and from the viewpoint of obtaining good dispersibility in the matrix, the average fiber diameter is preferably 300 nm or less.
平均繊維長は、0.1μm以上が好ましく、0.3μm以上がより好ましく、0.5μm以上がさらに好ましい。混練によるカーボンナノチューブの破砕を考慮すると、平均繊維長は0.1μm以上であることが好ましく、またマトリックスに対する分散性の観点から、平均繊維長は500μm以下であることが好ましい。 The average fiber length is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, and further preferably 0.5 μm or more. Considering the crushing of the carbon nanotubes by kneading, the average fiber length is preferably 0.1 μm or more, and from the viewpoint of dispersibility with respect to the matrix, the average fiber length is preferably 500 μm or less.
アスペクト比(平均繊維長/平均繊維径)は、15以上が好ましく、20以上がより好ましく、100以上がさらに好ましい。導電パスを形成するという観点から、アスペクト比は5以上であることが好ましく、また、マトリックスに対する分散性の観点から、アスペクト比は10,000以下であることが好ましい。 The aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) is preferably 15 or more, more preferably 20 or more, and still more preferably 100 or more. From the viewpoint of forming a conductive path, the aspect ratio is preferably 5 or more, and from the viewpoint of dispersibility with respect to the matrix, the aspect ratio is preferably 10,000 or less.
アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(倍率3〜10万倍)にて長さと直径を測定し、それぞれの平均値の比より求める。繊維長の測定は、観察像をCCDカメラに画像データとして取り込んだ後、得られた画像データをもとに画像解析装置を使用して平均繊維長を算出することにより行う。繊維径の測定は、電子顕微鏡の観察で得られる画像に対して、繊維径を測定する対象のカーボンナノチューブをランダムに抽出し、中央部に近いところで繊維径を測定し、得られた測定値から平均繊維径を算出する。 The aspect ratio is obtained by measuring the length and diameter with a scanning electron microscope (magnification 3 to 100,000 times), and calculating the ratio of the average values. The fiber length is measured by taking an observed image as image data in a CCD camera and then calculating an average fiber length using an image analyzer based on the obtained image data. The measurement of the fiber diameter is performed by randomly extracting the target carbon nanotubes to be measured with respect to the image obtained by observation with an electron microscope, measuring the fiber diameter in the vicinity of the center part, and from the obtained measurement value. The average fiber diameter is calculated.
カーボンナノチューブは、いずれの製法により得たものでも用いることが可能である。カーボンナノチューブの製法として、レーザーアブレーション法、炭素アーク法、CVD法等が挙げられる。本発明においては、CVD法により得たカーボンナノチューブを好ましく用いることができる。 Carbon nanotubes obtained by any method can be used. Examples of methods for producing carbon nanotubes include laser ablation, carbon arc, and CVD. In the present invention, carbon nanotubes obtained by a CVD method can be preferably used.
カーボンナノチューブとして、市販品を用いることが可能である。単層のカーボンナノチューブの例を挙げると、「IsoNanotubes−S」(NonoIntegris社製)、「CNTS−01」(Nanocs社製)、「KH SWCNT HP」(KH Chemicals社製)、2層のカーボンナノチューブの例を挙げると、「FloTube2000」(CNano社製)、「900−1500」(SES research社製)、「D4L1−5」(Nano Lab社製)、3層以上のカーボンナノチューブの例を挙げると、「VGCF−X」、(昭和電工株式会社製)、「FLoTube9000」(CNano社製)、「CNTM15」(Nanocs社製)がある。 Commercially available products can be used as the carbon nanotubes. Examples of single-walled carbon nanotubes include “Iso Nanotubes-S” (manufactured by NonIntegris), “CNTS-01” (manufactured by Nanocs), “KH SWCNT HP” (manufactured by KH Chemicals), and two-layer carbon nanotubes For example, “FloTube 2000” (manufactured by CNano), “900-1500” (manufactured by SES research), “D4L1-5” (manufactured by Nano Lab), and an example of three or more layers of carbon nanotubes "VGCF-X" (manufactured by Showa Denko KK), "FLoTube 9000" (manufactured by CNano), and "CNTM15" (manufactured by Nanocs).
カーボンナノチューブの含有量は、導電性樹脂組成物の質量に対し、0.1〜20質量%が好ましい。導電性の向上効果を得るという観点から、含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましい。また、機械的特性を良好に保つという観点から、含有量は20質量%以下であることが好ましい。 The content of the carbon nanotube is preferably 0.1 to 20% by mass with respect to the mass of the conductive resin composition. From the viewpoint of obtaining an effect of improving conductivity, the content is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and further preferably 10% by mass or more. Further, from the viewpoint of maintaining good mechanical properties, the content is preferably 20% by mass or less.
[カーボンブラック]
カーボンブラックに特に制限はなく、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ランプブラック等が挙げられる。本発明においては、混練時のせん断応力の負荷により一次粒子が分解し難いという観点から、ケッチェンブラック、アセチレンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックを用いることがより好ましい。カーボンブラックは、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
[Carbon black]
Carbon black is not particularly limited, and examples thereof include ketjen black, acetylene black, furnace black, channel black, thermal black, and lamp black. In the present invention, ketjen black and acetylene black are preferably used, and ketjen black is more preferably used from the viewpoint that primary particles are not easily decomposed due to a shear stress applied during kneading. Carbon black may be used individually by 1 type, or 2 or more types may be mixed and used for it.
カーボンブラックの一次粒子の平均粒径は、カーボンブラックの凝集力を考慮すると、10nm以上が好ましく、20nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましい。 The average particle size of the primary particles of carbon black is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, and further preferably 30 nm or more, considering the cohesive strength of carbon black.
一次粒子のアスペクト比(長径/短径)は、カーボンナノチューブやカーボンファイバー間に介在して好適に導電経路を形成することができるという観点から、2〜100が好ましい。 The aspect ratio (major axis / minor axis) of the primary particles is preferably 2 to 100 from the viewpoint that a conductive path can be suitably formed by being interposed between carbon nanotubes or carbon fibers.
平均粒径及びアスペクト比は、それぞれ、走査型電子顕微鏡を用いた観察により求めることができる。 The average particle diameter and the aspect ratio can each be determined by observation using a scanning electron microscope.
カーボンブラックのDBP給油量は、100m2/g以上が好ましく、120m2/g以上がより好ましく、150m2/g以上がさらに好ましい。分散性、加工性等の観点から、DBP給油量は300m2/g以上であることが好ましい。DBP給油量は、JIS K6217−4に準ずる測定方法により求めることができる。 DBP oil absorption of carbon black is preferably at least 100 m 2 / g, more preferably at least 120 m 2 / g, still more preferably at least 150m 2 / g. From the viewpoints of dispersibility, workability, etc., the DBP oil supply amount is preferably 300 m 2 / g or more. The DBP oil supply amount can be obtained by a measurement method according to JIS K6217-4.
カーボンブラックとして、市販品を用いることが可能である。ケッチェンブラックの例を挙げると、「ケッチェンブラック EC300J」(ライオン株式会社製)、「ケッチェンブラック 600JD」(ライオン株式会社製)、アセチレンブラックの例を挙げると、「♯3030B」(三菱化学株式会社製)、「デンカブラック」(電気化学工業株式会社製)がある。 A commercially available product can be used as the carbon black. Examples of Ketjen Black include “Ketjen Black EC300J” (manufactured by Lion Corporation), “Ketjen Black 600JD” (manufactured by Lion Corporation), and examples of acetylene black “# 3030B” (Mitsubishi Chemical). And Denka Black (made by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.).
カーボンブラックの含有量は、導電性樹脂組成物の質量に対し、0.1〜30質量%が好ましく、0.5〜20質量%がより好ましく、1〜10質量%がさらに好ましい。導電性の観点から、含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、また、加工性の観点から、含有量は30質量%以下であることが好ましい。 0.1-30 mass% is preferable with respect to the mass of a conductive resin composition, as for content of carbon black, 0.5-20 mass% is more preferable, and 1-10 mass% is further more preferable. From the viewpoint of conductivity, the content is preferably 0.1% by mass or more, and from the viewpoint of workability, the content is preferably 30% by mass or less.
[カーボンファイバー]
本発明では、カーボンファイバーとして、カーボンナノチューブ以外のカーボンファイバーを用いる。カーボンファイバーの例を挙げると、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系、等方性ピッチ系、メソフェーズピッチ系、セルロース系等のカーボンファイバーがある。本発明においては、コストや生産数量などの観点から、PAN系のカーボンファイバーを用いることが好ましい。PAN系のカーボンファイバーとは、アクリロニトリル(AN)モノマーからポリアクリロニトリル(PAN)を重合し、乾湿式又は湿式紡糸法で「プレカーサー」と呼ばれる長繊維を製造した後、「耐炎化工程」、「炭素化工程」、「黒鉛化工程」、「表面処理工程」及び/又は「サイジング処理工程」等を経て製造されたカーボンファイバーをいう。カーボンファイバーは、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
[Carbon fiber]
In the present invention, carbon fibers other than carbon nanotubes are used as carbon fibers. Examples of carbon fibers include, for example, carbon fibers such as polyacrylonitrile (PAN), isotropic pitch, mesophase pitch, and cellulose. In the present invention, it is preferable to use a PAN-based carbon fiber from the viewpoints of cost, production quantity, and the like. A PAN-based carbon fiber is a polymer obtained by polymerizing polyacrylonitrile (PAN) from an acrylonitrile (AN) monomer to produce a long fiber called “precursor” by a dry-wet or wet-spinning method. The carbon fiber manufactured through the crystallization process, the graphitization process, the surface treatment process, and / or the sizing process. The carbon fiber may be used alone or in combination of two or more.
カーボンファイバーの平均繊維径は、10nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましく、100nm以上がさらに好ましい。加工時に構造を維持するという観点から、平均繊維径は5nm以上であることが好ましい。 The average fiber diameter of the carbon fibers is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and further preferably 100 nm or more. From the viewpoint of maintaining the structure during processing, the average fiber diameter is preferably 5 nm or more.
平均繊維長は、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、15μm以上がさらに好ましい。導電経路を形成するという観点から、平均繊維長は1μm以上であることが好ましい。 The average fiber length is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 15 μm or more. From the viewpoint of forming a conductive path, the average fiber length is preferably 1 μm or more.
アスペクト比(平均繊維長/平均繊維径)は、3以上が好ましく、5以上がより好ましく、10以上がさらに好ましい。導電経路を形成するという観点から、アスペクト比は2以上であることが好ましい。 The aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and still more preferably 10 or more. From the viewpoint of forming a conductive path, the aspect ratio is preferably 2 or more.
平均繊維径、平均繊維長、及びアスペクト比は、それぞれ、走査型電子顕微鏡を用いた観察により求めることができる。 The average fiber diameter, average fiber length, and aspect ratio can each be determined by observation using a scanning electron microscope.
カーボンファイバーは、サイジング処理されてもよい。サイジング剤の例には、エポキシ系、ウレタン系、ポリアミド系、ポリエステル系等のサイジング剤がある。 The carbon fiber may be sized. Examples of sizing agents include sizing agents such as epoxy, urethane, polyamide, and polyester.
また、カーボンファイバーは、金属被覆を有していてもよい。金属被覆の例には、ニッケル、銅等による被覆がある。 The carbon fiber may have a metal coating. Examples of metal coatings include nickel, copper and the like.
カーボンファイバーとして、市販品を用いることが可能である。カーボンファイバーの例を挙げると、「トレカミルドファイバー MLD−1000」(東レ株式会社製)、「PX30MF」(Zoltek社製)、「K223QM」(三菱樹脂株式会社製)、サイジング処理されたファイバーの例を挙げると、「トレカカットファイバー T008−006」(東レ株式会社製)、「テナックス HT C413」(東邦テナックス株式会社製)、「Panex35」(Zoltek社製)、金属被覆を有するカーボンファイバーの例を挙げると、「テナックス HT C903」(東邦テナックス株式会社製)がある。 A commercially available product can be used as the carbon fiber. Examples of carbon fibers include “Trecamild Fiber MLD-1000” (manufactured by Toray Industries, Inc.), “PX30MF” (manufactured by Zoltek), “K223QM” (manufactured by Mitsubishi Plastics), and examples of sized fibers. For example, “Treca Cut Fiber T008-006” (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Tenax HT C413” (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.), “Panex 35” (manufactured by Zoltek), and examples of carbon fibers having a metal coating For example, “Tenax HT C903” (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.) is available.
カーボンファイバーの含有量は、導電性樹脂組成物の質量に対し、0.1〜30質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましく、15〜25質量%がさらに好ましい。導電性の向上効果を得るという観点から、含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、また、機械的特性を良好に保つという観点から、含有量は30質量%以下であることが好ましい。 0.1-30 mass% is preferable with respect to the mass of a conductive resin composition, as for content of carbon fiber, 10-30 mass% is more preferable, and 15-25 mass% is further more preferable. From the viewpoint of obtaining an effect of improving conductivity, the content is preferably 0.1% by mass or more, and from the viewpoint of maintaining good mechanical properties, the content is preferably 30% by mass or less. preferable.
カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーの総含有量は、導電性樹脂組成物の質量に対し、0.3〜80質量%が好ましく、20〜60質量%がより好ましく、30〜50質量%がさらに好ましい。導電性及び電磁シールド特性の観点から、含有量は0.3質量%以上であることが好ましく、また、成形加工性の観点から、含有量は80質量%以下であることが好ましい。 The total content of carbon nanotubes, carbon black, and carbon fibers is preferably 0.3 to 80% by mass, more preferably 20 to 60% by mass, and 30 to 50% by mass with respect to the mass of the conductive resin composition. Further preferred. From the viewpoint of conductivity and electromagnetic shielding characteristics, the content is preferably 0.3% by mass or more, and from the viewpoint of moldability, the content is preferably 80% by mass or less.
[任意成分]
本発明の導電性樹脂組成物には、上記の熱可塑性樹脂、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーの他に、任意の成分を含有させることができる。任意成分としては、例えば、無機充填材(タルク、カオリン、酸化チタン、チタン酸カリウム、ガラス繊維、ガラスフレーク)、難燃剤(シリコーン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、有機リン酸エステル、赤リン)、離型剤(飽和脂肪酸エステル、不飽和脂肪酸エステル、パラフィンワックス)、着色剤(有機染料、顔料)、酸化防止剤(フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤)、紫外線吸収剤(ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤)、帯電防止剤、抗菌剤、防汚剤、赤外線吸収剤、着色防止剤、分散剤等を用いることができる。
[Optional ingredients]
In addition to the thermoplastic resin, carbon nanotube, carbon black, and carbon fiber, the conductive resin composition of the present invention can contain any component. Examples of optional components include inorganic fillers (talc, kaolin, titanium oxide, potassium titanate, glass fibers, glass flakes), flame retardants (silicone flame retardants, halogen flame retardants, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, Organic phosphate ester, red phosphorus), mold release agent (saturated fatty acid ester, unsaturated fatty acid ester, paraffin wax), colorant (organic dye, pigment), antioxidant (phenolic antioxidant, amine antioxidant) ), UV absorbers (benzotriazole UV absorbers, triazine UV absorbers, benzophenone UV absorbers), antistatic agents, antibacterial agents, antifouling agents, infrared absorbers, anti-coloring agents, dispersants, etc. be able to.
なかでも、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーの分散性の向上のために、分散剤を用いることが好ましい。分散剤としては、アクリル系分散剤、脂肪酸エステル系分散剤、ポリエチレングリコール系分散剤、非イオン性界面活性剤、両親媒性トリフェニレン誘導体、ピレン誘導体等が挙げられる。 Especially, it is preferable to use a dispersing agent for the improvement of the dispersibility of a carbon nanotube, carbon black, and a carbon fiber. Examples of the dispersant include acrylic dispersants, fatty acid ester dispersants, polyethylene glycol dispersants, nonionic surfactants, amphiphilic triphenylene derivatives, and pyrene derivatives.
[体積抵抗率]
本発明の導電性樹脂組成物は、体積抵抗率が1×102Ω・cm以下である。体積抵抗率は、成形後の導電性樹脂組成物を用いて測定することができる。具体的には、熱可塑性樹脂、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバー、さらに、必要に応じ任意の成分を混合し、成形した得た成形品を用いて測定すればよい。諸特性がより優れた導電性樹脂組成物を得るという観点からは、好ましくは1×100Ω・cm以下、より好ましくは1×10−1Ω・cm以下である。体積抵抗率は、四端子法により、室温大気中(25±2℃、湿度50±5%)で、例えば測定長さ100mm程度として測定することができる。
[Volume resistivity]
The conductive resin composition of the present invention has a volume resistivity of 1 × 10 2 Ω · cm or less. Volume resistivity can be measured using the conductive resin composition after molding. Specifically, it may be measured using a molded product obtained by molding a thermoplastic resin, carbon nanotubes, carbon black, and carbon fiber, and optionally mixing arbitrary components. From the viewpoint of obtaining a conductive resin composition having more excellent various characteristics, it is preferably 1 × 10 0 Ω · cm or less, more preferably 1 × 10 −1 Ω · cm or less. The volume resistivity can be measured by a four-terminal method in room temperature air (25 ± 2 ° C., humidity 50 ± 5%), for example, with a measurement length of about 100 mm.
体積抵抗率を上記範囲内にするために、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック、カーボンファイバーの配合量を適宜調整する等の方法を取ることができる。例えば、カーボンナノチューブの配合量を大きくすることにより、体積抵抗率を大幅に減少させ、かつ、電磁シールド効果を向上させることができる。また、カーボンブラックの配合量を大きくすることにより、体積抵抗率を減少させることができる。さらに、炭素繊維の配合量を大きくすることにより、体積抵抗率を減少させると共に、電磁シールド効果を向上させることができる。 In order to bring the volume resistivity within the above range, a method of appropriately adjusting the blending amount of carbon nanotube, ketjen black, and carbon fiber can be taken. For example, by increasing the compounding amount of the carbon nanotube, the volume resistivity can be greatly reduced and the electromagnetic shielding effect can be improved. Further, the volume resistivity can be reduced by increasing the blending amount of carbon black. Furthermore, by increasing the compounding amount of the carbon fiber, the volume resistivity can be reduced and the electromagnetic shielding effect can be improved.
カーボンナノチューブは、導電性に優れた材料として知られているが、アスペクト比が高いために樹脂への分散性が劣ることや、粒子が微小であることなどの影響により、樹脂中に伝導ネットワークが形成されにくいという傾向があった。本発明では、導電性材料として、カーボンナノチューブに、カーボンブラック及びカーボンファイバーを組み合わせて用いることによって、導電性材料間の接触を密にし、引張特性や成形性を低下させることなく高い電磁シールド効果を実現するものである。したがって、本発明の導電性樹脂組成物は、導電性、電磁シールド性、引張特性、及び成形性に優れたシールド材料として好ましく用いることができる。 Carbon nanotubes are known as materials with excellent electrical conductivity, but due to the high aspect ratio, the dispersibility in the resin is inferior and the particles are very small, resulting in a conductive network in the resin. There was a tendency to be difficult to form. In the present invention, as a conductive material, a combination of carbon black and carbon fiber is used in combination with carbon nanotubes, so that the contact between the conductive materials is close and a high electromagnetic shielding effect is obtained without reducing tensile properties and moldability. It is realized. Therefore, the conductive resin composition of the present invention can be preferably used as a shielding material excellent in conductivity, electromagnetic shielding properties, tensile properties, and moldability.
[導電性樹脂組成物の製造方法]
本発明の導電性樹脂組成物を得る方法は、特に限定されず、熱可塑性樹脂組成物を得るための従来公知の方法を用いることができる。本発明では、溶融混練による方法が好ましい。溶融混練には、例えば、一軸混練機、二軸混練機、バンバリーミキサー、ローラー、ニーダー等を使用することが可能である。
[Method for producing conductive resin composition]
The method for obtaining the conductive resin composition of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known method for obtaining a thermoplastic resin composition can be used. In the present invention, a method by melt kneading is preferred. For melt kneading, for example, a uniaxial kneader, a biaxial kneader, a Banbury mixer, a roller, a kneader, or the like can be used.
混練の方法として、熱可塑性樹脂とカーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーとを、一度に混合しても、あるいは、熱可塑性樹脂の一部をカーボンナノチューブ、カーボンブラック、及びカーボンファイバーと混合し、残りの熱可塑性樹脂を追加してさらに混合してもよい。 As a kneading method, even if a thermoplastic resin and carbon nanotubes, carbon black, and carbon fiber are mixed at once, or a part of the thermoplastic resin is mixed with carbon nanotubes, carbon black, and carbon fiber, The remaining thermoplastic resin may be added and further mixed.
混練の際の温度は、熱可塑性樹脂の粘性を下げるという観点から、例えば、150〜250℃とすることができる。 The temperature at the time of kneading can be set to 150 to 250 ° C., for example, from the viewpoint of lowering the viscosity of the thermoplastic resin.
[導電性樹脂組成物の成形方法]
本発明の導電性樹脂組成物を成形する方法も特に限定されず、熱可塑性樹脂組成物を成形するための従来公知の方法を用いることができる。成形には、例えば、射出成形、押出成形、シート成形、回転成形、プレス成形等を適用することが可能である。
[Method for Molding Conductive Resin Composition]
The method for molding the conductive resin composition of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known method for molding a thermoplastic resin composition can be used. For molding, for example, injection molding, extrusion molding, sheet molding, rotational molding, press molding, or the like can be applied.
[用途]
本発明の導電性樹脂組成物は、電気電子部品、機械部品、自動車部品等に好適である。特に好ましくは、自動車部品の遮蔽、電線の遮蔽層等に用いられる。
[Usage]
The conductive resin composition of the present invention is suitable for electric and electronic parts, machine parts, automobile parts and the like. Particularly preferably, it is used for shielding automobile parts, shielding layers for electric wires, and the like.
本発明の樹脂組成物により得た成形品を金属の代替として使用する場合には、製品の軽量化、生産性の向上、材料費変動の低減などの効果を得ることができる。 When the molded product obtained from the resin composition of the present invention is used as a substitute for metal, effects such as reduction in product weight, improvement in productivity, and reduction in material cost fluctuation can be obtained.
以下に、実施例を用いて本発明を説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described using examples. The present invention is not limited to the following examples.
(実施例1〜36)
エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、カーボンブラック、カーボンファイバー、及びカーボンナノチューブを、この順にニーダー(KH−1−S、株式会社井上製作所製)に投入し、混練温度200℃で9分間混練し、導電性樹脂組成物を得た。その後、プレス機(株式会社神藤金属工業所製、SFA−50)を用い、加工温度200℃で導電性樹脂組成物をシート状に成形し、サンプルシート(150mm×150mm×厚さ1mm)を得た。各成分の配合比は、表1に示すとおりである。
(Examples 1-36)
An ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), carbon black, carbon fiber, and carbon nanotube are put in this order into a kneader (KH-1-S, manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd.) and kneaded at a kneading temperature of 200 ° C. for 9 minutes. As a result, a conductive resin composition was obtained. Thereafter, the conductive resin composition was formed into a sheet shape at a processing temperature of 200 ° C. using a press machine (manufactured by Shindo Metal Industry Co., Ltd., SFA-50) to obtain a sample sheet (150 mm × 150 mm × thickness 1 mm). It was. The blending ratio of each component is as shown in Table 1.
(比較例1〜29)
実施例と同様に、表2に示す成分を用いて導電性樹脂組成物を得て、シート状に成形した。
(Comparative Examples 1-29)
In the same manner as in the Examples, a conductive resin composition was obtained using the components shown in Table 2, and formed into a sheet shape.
実施例及び比較例において得た導電性樹脂組成物の体積抵抗率を、四端子法により評価した。具体的には、上記で得たシートを長さ150mm×幅20mmに切り出し、体積抵抗率評価用のサンプルを作成した。サンプルの両端からそれぞれ20〜25mmの位置と40〜45mmの位置には銅テープ(E13CA2020、星和電気株式会社製)を巻きつけた。抵抗測定器(DMM4040、Tektronix社製)及び測定電極(P−617、川口電気製作所製)を用いて、室温23℃、湿度50%の環境で体積抵抗率を測定した。 The volume resistivity of the conductive resin compositions obtained in the examples and comparative examples was evaluated by the four-terminal method. Specifically, the sheet obtained above was cut into a length of 150 mm and a width of 20 mm to prepare a sample for volume resistivity evaluation. Copper tape (E13CA2020, manufactured by Seiwa Electric Co., Ltd.) was wound around 20 to 25 mm and 40 to 45 mm from both ends of the sample. The volume resistivity was measured in an environment of room temperature 23 ° C. and humidity 50% using a resistance meter (DMM 4040, manufactured by Tektronix) and a measurement electrode (P-617, manufactured by Kawaguchi Electric).
以下の方法により、実施例及び比較例において得た導電性樹脂組成物の評価を行った。
(1)引張特性
上記で得たシートをダンベル状(平行部分厚さ1mm×平行部分幅4mm、標準間距離20mm)に打ち抜き、引張特性評価用のサンプルを作成した。測定には引張試験機(株式会社インテスコ製、IM−20)を使用した。
以下の基準に基づく評価結果を表1及び表2に記す。
引張強さ
○:15MPa以上、△:10MPa以上15MPa未満、×:10MPa未満
伸び
○:200%以上、△:100%以上200%未満、×:100%未満
The conductive resin compositions obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated by the following methods.
(1) Tensile properties The sheet obtained above was punched into a dumbbell shape (parallel portion thickness 1 mm x parallel portion width 4 mm, standard distance 20 mm) to prepare a sample for tensile property evaluation. A tensile tester (manufactured by Intesco, IM-20) was used for the measurement.
The evaluation results based on the following criteria are shown in Tables 1 and 2.
Tensile strength ○: 15 MPa or more, Δ: 10 MPa or more and less than 15 MPa, ×: less than 10 MPa Elongation ○: 200% or more, Δ: 100% or more and less than 200%, ×: less than 100%
(2)電磁波シールド特性
KEC法により電磁波シールド特性を評価した。上記で得たシートを電磁波シールド特性評価用のサンプルとして使用した。電磁波シールド特性は、KEC法に従い、サンプルを透過した電磁波の減衰(周波数500MHz)を測定することにより評価した。測定に用いた装置を以下に示す。
標準信号発生器: HP8648A(Hewlett−Packard社製)
パワーアンプ: A250L−SMA(Agilent社製 HP8590)
プリアンプ: EM648A(Sonoma INSTRUMENT社製 310)
EMCアナライザ:HP8590シリーズ(Hewlett−Packard社製)
以下の基準に基づく評価結果を表1及び表2に記す。
○:40dB以上、△:20dB以上40dB未満、×:20dB未満
(2) Electromagnetic wave shielding characteristics Electromagnetic wave shielding characteristics were evaluated by the KEC method. The sheet obtained above was used as a sample for evaluating electromagnetic wave shielding characteristics. The electromagnetic wave shielding characteristics were evaluated by measuring the attenuation (frequency: 500 MHz) of electromagnetic waves transmitted through the sample according to the KEC method. The apparatus used for the measurement is shown below.
Standard signal generator: HP 8648A (manufactured by Hewlett-Packard)
Power amplifier: A250L-SMA (HP8590 manufactured by Agilent)
Preamplifier: EM648A (manufactured by Sonoma INSTRUMENT 310)
EMC analyzer: HP8590 series (manufactured by Hewlett-Packard)
The evaluation results based on the following criteria are shown in Tables 1 and 2.
○: 40 dB or more, Δ: 20 dB or more and less than 40 dB, ×: less than 20 dB
(3)成形性
上記において、導電性樹脂組成物をプレス機を用いてシート状に成形する際に、成形性について評価した。
以下の基準に基づく評価結果を表1及び表2に記す。
○:ニーダー混練後、プレス成形可能、×:ニーダー混練後、プレス成形不可
(3) Formability In the above, when the conductive resin composition was formed into a sheet using a press, the formability was evaluated.
The evaluation results based on the following criteria are shown in Tables 1 and 2.
○: Press molding is possible after kneader kneading, X: Press molding is not possible after kneader kneading
(4)総評価
以下の基準に基づく評価結果を表1及び表2に記す。
○:上記(1)〜(3)の評価結果に△及び×がない。
×:上記(1)〜(3)の評価結果に△及び×がある。
(4) Total evaluation The evaluation results based on the following criteria are shown in Tables 1 and 2.
◯: There are no Δ and × in the evaluation results of the above (1) to (3).
X: There exists (triangle | delta) and x in the evaluation result of said (1)-(3).
表1に示すとおり、実施例1〜36の導電性樹脂組成物は、電磁シールド効果、引張特性及び成形性の全てに優れた結果を示した。 As shown in Table 1, the conductive resin compositions of Examples 1 to 36 showed excellent results in all of the electromagnetic shielding effect, tensile properties, and moldability.
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