JPH0757489B2

JPH0757489B2 - 導電性せんい複合樹脂の製造方法

Info

Publication number: JPH0757489B2
Application number: JP62305608A
Authority: JP
Inventors: 昌生後藤; 研一藁谷; 誠飯田; 明一太田; 進岩井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH01148515A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、導電性せんい複合樹脂の製造方法に係り、特
に電磁波シールド用の導電性せんい複合樹脂の製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

電子機器用プラスチック筐体（ハウジング筐体の電磁波
シールド方法に関しては、種々の方法が知られており、
金属被覆膜を設けるメッキ法や溶射法，導電被膜を設け
る導電塗装法およびプラスチック筐体中に金属せんいや
フレーク等の導電性物質を混合したものなどがある。こ
れらに関連するものとして、例えば、特開昭59−22710,
特開昭59−49918,特開昭62−45659および特公昭62−440
24等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来技術は、大別して次の２つに分けられる。
一つは、プラスチック成形筐体に導電性被膜を付着する
方法であり、二つは、導電性物質を予め含有した樹脂を
用いて筐体を形成する方法である。

前者の導電被膜付着法の問題点として、加工工程が多
く、手数がかかること、環境整備に費用と労力を要する
こと、加えて導電被膜の長期間にわたる付着力と導電性
能の維持が懸念されること等が挙げられる。

後者の導電性物質に複合樹脂に関しては、特に性能の低
下の問題がある。その一つは、耐久信頼性試験に繰返し
熱衝撃試験（ヒートサイクルテスト）では、繰返し数を
増やして行くと、導電性能が劣化し、シールド効果が低
下することである。

さらにもう一つの大きな問題は、導電性せんいを樹脂に
混ぜて成形用のペレットをつくる際に、溶融樹脂との混
練工程において導電性せんいの切断を伴うため、シール
ド効果がそれに比例して低下することである。すなわ
ち、導電性せんいの本来もっている性能が、切断によっ
てそこなわれることが問題である。

上記、問題点に関し、具体例を示すと、例えば導電性せ
んいとして銅せんいを用いた樹脂複合材料においては、
熱衝撃試験条件として−20℃,2時間、その後70℃,2時間
放置を１サイクルといた曝露条件下で試験した場合、シ
ールド効果は30回のサイクルで初期値の半分以下に低下
することを確認している。また導電性せんいの樹脂との
混練時の切断に関しては、通常の方法では回避できない
問題である。そこでシールド効果のレベルを維持するた
めに、導電性せんいの充填量を増やす方法もとられてい
るが、機械的強度の低下ならびに成形加工性の悪化を招
来する新たな問題が、付加されている。

本発明の目的は、上記従来技術の諸問題ならびにシール
ド技術に関する新たな課題を解決するためになされたも
ので、電子機器の電磁波シールド用に好適な導電性せん
い複合樹脂の製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は電子機器筐体の成形用導電性せんい複合樹脂の
ペレット製造方法において、従来の諸問題を解決する新
規な組成物とその製造方法に関するもので、次の三つの
要素技術の組合せにより達成される。

（１）シールド効果の低下に影響の大きい導電性せんい
の切断の全くないペレットの製造方法で、微細素線から
成る束線を押出機を用いて連続的に供給し、熱可塑性樹
脂のマトリックス中に連続的に被覆埋設し、適性長さに
カットする新規な工法。

（２）シールド特性に優れる鉄系金属（ステンレススチ
ール）せんいを必須成分とし、他の金属せんい（銅系ま
たはアルイニウム）または金属被覆せんいとの併用系の
導電性せんいを用いたことを特徴とする新規な組成物。

（３）熱可塑性樹脂として応力緩和し難く、熱衝撃負荷
の影響を受け難い材料を用いたこと、即ち熱変形温度が
80〜210℃の樹脂を用いたことを特徴とする新規な導電
性せんい複合樹脂組成物。

副次的には、熱可塑性樹脂中に必要に応じて、着色顔
料、難燃剤，内部離型剤，酸化防止剤等の併用も可能で
ある。

以下、具体的に上記三つの要素技術について詳述する。

第１図は、本発明の構成要素の一つである押出機クロス
ヘッドの断面を示す。

Ａ−Ａ断面を第２図から第５図に示すように、導電性せ
んいの２束〜５束線を貫通できる孔を設けている。孔径
が異なるのは、導電性せんいの材質により素線の断面径
および組合せ配合比率が異なることに対応するためであ
る。新規に開発したダイスの形状を、２束線用ダイスに
ついて第６図に、以下順次５束線用ダイスの第９図を示
す。

本発明で用いられる導電性せんいは、金属せんいあるい
は金属被覆せんいである。即ち、より詳細に述べると、
下記Ａ群,B群,C群,D群から選ばれた少くとも２種類から
構成されるもので、Ａ群を必須成分とする２〜５種類の
せんいから成ることを特徴とする。

Ａ群：鉄系金属せんい（ステンレススチール）断面径５〜15μｍＢ群：銅系金属せんい（真鍮，洋白）断面径 15〜60μｍＣ群：アルミニウム系金属せんい（A5052,A7075）断面径 15〜60μｍＤ群：金属被覆せんい（ニッケルメッキ炭素せんい，ニ
ッケル〜銅メッキガラスせんい，ニッケル〜銅メッキ高
分子せんい）次に本発明の第３の構成要素である熱可塑性樹脂につい
て示す。特徴的なことは、熱変形温度が80〜210℃の熱
可塑性樹脂を用いることである。この理由は、最終目的
とする電子機器用筐体の電磁波シールド機能の発現とそ
の長期的維持をはかるためには、導電性せんい同士が３
次元的にからみ合い接触点をもつことにより、いわゆる
網目構造の導電回路が形成され、その接点の接触圧を維
持する為に樹脂の応力緩和特性があるレベル以上を持つ
必要性から規定されたからである。

この点から熱変形温度は高い方が望ましいが、210℃を
越えると成形性が悪くなるため上限温度として制約され
る。従って、より好ましい熱変形温度範囲は100〜150
℃、特に好ましくは110〜130℃である。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂は、下記の中から選ば
れるいずれか一種を用いることができる。

これらの材料は、最終的に用いられる各種の電子機器に
要求される強度レベルに合わせて選ぶことができる。

熱可塑性樹脂：ポリフェニレンエーテル、ポリエーテル
スルホン，ポリブチレンテレフタレート,ABS樹脂，耐衝
撃性ポリスチレン，ポリカーボネート，ナイロンポリプ
ロピレンおよびポリマーアロイのポリフェニレンエーテ
ル／ポリスチレン，ポリブチレンテレフタレート／ポリ
カーボネート,ABS樹脂／ポリカーボネート，耐衝撃性ポ
リスチレン／ポリカーボネート。

上記、熱可塑性樹脂中には、必要に応じて、着色顔料，
難燃剤，内部離型剤，酸化防止剤等の添加剤を0.5〜5wt
％含むことが望ましい。

上記、導電性せんいおよび熱可塑性樹脂を用いて、第１
図に示すクロスヘッドを押出機にセットし、製造した多
芯状の金属束せんいを熱可塑性樹脂で被覆した連続導体
線を５〜10mmの一定長さに切断したペレットの断面を第
10図の２束線から以下順次５束線の第13図まで示す。

この場合、導電性せんいの熱可塑性樹脂中への配合率
は、最終的電子機器の不要電磁波のシールド能力のレベ
ルによって決められるが、米国連邦通信委員会（FCC）
の規制および我国電気業界の自主規制（VCCI）等を満足
することが必要であり、種々検討した結果、適正範囲は
次の通りである。

Ａ群：鉄系金属せんい１〜10wt％Ｂ群：銅系金属せんい 20〜30wt％Ｃ群：アルミニウム系金属せんい２〜15wt％Ｄ群：金属被覆せんい５〜15wt％本発明では、鉄系金属せんいを必須成分とするところに
一つの特徴がある。鉄のみでも充分なシールド効果を得
ることは可能であるが、導電性は他の材料に比べてレベ
ルが下ること、経済性が他の材料に比べて大巾に不利で
あることの欠点をもつが、熱衝撃特性に著しく優れる長
所がある故に欠点部分を少くし、長所を生かすため他の
材料との組合せが最適であることを退出したことによ
る。

各種の導電性せんいの組合せは、最終製品の要求レベル
に合うように選択されるが、トータルの重量分率は７〜
40wt％が好ましい。

本発明で得られる多芯状の一定長さのペレットを用い
て、電子機器用筐体の成形は、通常の射出成形機を用い
て容易に成形できる。このことは、別の強度向上等の目
的で用いられているガラスせんい強化樹脂（典型的な例
として、ガラスせんいの重量比30wt％，容積比15vol
％）に比べ、本発明の導電性せんいの容積分率は高々7v
ol％程度と半分以下の容積比であることから成形性の容
易さが示される。筐体を射出成形するときに導電性せん
いの切断が起り得る可能性は皆無とは云えないが、ペレ
ットを造るときの樹脂との溶融混練時の切断の起り得る
度合いに比べれば、はるかに小さい。

本発明は、この点を工夫し、溶融混練時の切断の問題を
解消するため、多芯状の一定長さのペレットが得られる
ようにした処に大きな特徴がある。

比較例第14図は、従来の導電性せんい単体系として銅せんい，
直径50μm,長さ7mmのものを押出機により15wt％を樹脂
で溶融混連したポリフェニレンエーテル樹脂50,同様に
して得た銅せんい（40wt％）複合ポリフェニレンエーテ
ル樹脂51および鉄系金属せんいとしてSUS304,直径８μ
m,長さ7mmのもの15wt％複合ポリフェニレンエーテル樹
脂52のペレットを用い射出成形した平板（200mm口×30m
m）の体積固有抵抗を示す。

導電性せんいの配合比率が一定（15wt％）のときは、鉄
系金属せんい（SUS304）複合材が銅系せんい複合材に比
べ体積固有抵抗は小さく、導電性に優れている。このこ
とは、鉄系金属せんいの直径が小さく接点の形成数が銅
系に比べはるかに多いことおよび混練時に銅せんいが切
断され易いことによるものと考えられる。

銅系せんいで体積固有抵抗を下げるには、第14図51およ
び第１表に示されるように配合比率を増やす必要があ
る。但し、複合材料として比重の増大，成形性と強度の
低下を招くため得策でない。

上記した複合材料の成形平板を熱衝撃試験（−20℃×2h
＋70℃×2h）したあとの体積固有抵抗の変化率は、鉄系
せんいに比べ、銅系せんいの方がはるかに大きい。従っ
て、銅系せんい複合材は耐久性の点で実用的には使えな
い。

銅系せんい複合材の体積固有抵抗の変化率が大きい理由
は、熱伝導率が大きく、マトリックスの樹脂の応力緩和
を促進し、接点の接触圧力の低下を促進する効果に基づ
くものと考えられる。

従って、マトリックス材料としては、応力緩和しにく
い、即ち熱変形温度の高いものが望まれる。

一方、本発明の２束線用ダイスを用いて製造した銅系せ
んい15wt％複合ペレットによる平板試験片60の体積固有
抵抗は、同じ配合率の従来法によるペレットから得られ
たものに比べ約1/10と小さな値となり、せんい切断の影
響がないことを示している。別な云い方をすれば、従来
法は出発材料としての導電性せんいの本来具備している
特性が、混練過程で切断するため性能低下を余儀なく引
起していることになる。

鉄系金属せんい複合材は、熱衝撃試験に対する変化率が
小さく、この点では大変有利な材料であるが、極細せん
いを得る過程で多くの工程を要する上銅系せんいに比
べ、体積固有抵抗の初期値は劣ることに加え、価格が数
倍と高価で、特性と経済性の点で単独系で用いること問
題である。

そこで銅系せんい複合樹脂の導電性の初期値が優れる点
を生かし、鉄系金属せんいの熱衝撃に対する変化の少な
い利点を生かした複合併用系金属せんいが有効であるこ
とを見出した。鉄系せんいは線系が細い故に、接点数を
増やす高価を利用したものである。鉄系せんいの代りに
ニッケル複覆炭素せんいも利用できるが、製造工数，体
積固有抵抗，価格の点でやゝ問題があり鉄系せんいを凌
賀し得ない。また銅系せんいの代りに、アルミニウム系
金属せんい，ニッケル−銅メッキ高分子せんい，ニッケ
ル−銅メッキガラスせんいを用いることができ、総合的
に見て鉄系金属せんいを必須成分とする他の金属せんい
または金属被覆せんいとの組合せが有効である。

本発明により製造した導電性せんい併用系材料61に関
し、体積固有抵抗を第14図に併載した。

材料組成は第２表の通りである。

61はポリフェニレンエーテル樹脂の熱変形温度70℃のも
のを用いた場合であり、62は同じく120℃の樹脂を用い
た場合である。応力緩和の小さい62の材料が体積固有抵
抗の熱衝撃サイクルに対する変化が小さいことがわか
る。

〔作用〕

本発明は、導電性せんい複合熱可塑性樹脂を溶融混練す
る新しいクロスヘッドのダイス構造を考案することによ
り、従来法のせんい切断の問題を解消する多芯状導電性
せんい複合樹脂の任意の適正長さを有するペレット製造
方法を確立した事により、導電性能の大巾な向上を実現
したもので、従来法に比べ作用効果上の格段の差異を生
んだものである。

また、鉄系金属せんい（ステンレス）の極細線を用いる
ことを必須成分としたことは、多くの接点の形成能を利
用して、他の導電性せんいとの併用による導電性能の向
上の効果を奏するのみならず次の優れた効果が付加され
た。すなわち、銅系せんいとの併用では、銅の優れた導
電性を利用して、少ない配合比率で導電性能を向上で
き、その少なさ故に成形性の低下が防止でき、比重が小
さく抑えられるため最終製品の筐体を較くする効果をも
たらした。また本発明で用いられる金属被覆カーボンせ
んい等の他の導電性せんいは、本来比重が小さく、成形
性，軽量性の点で従来にない効果を奏するものである。

また本発明で用いられるマトリックスとしての熱可塑性
樹脂は、応力緩和の少ない材料を用いたことにより、熱
衝撃試験に対する変化率を極めて小さく抑制でき、最終
製品の筐体の電磁波シールド性能を長期にわたって維持
できる効果を奏するものである。

以下実施例により、さらに詳細に説明する。

〔実施例〕

実施例を述べるに当り、代表的な素材およびペレットの
製造方法，特性の評価法について示す。

導電性せんいは連続した任意の束線としていた。素線の
径は次の通りである。

鉄系金属せんい（ステンレススチール,SUSと略記）:8μ
ｍ銅系金属せんい（Cuと略記）:50μｍニッケルメッキ炭素せんい（Ni−カーボンと略記）:12
μｍニッケル−銅メッキアクリルせんい（Ni−アクリルと略
記）:15μｍ熱可塑性樹脂（代表例）ポリカーボネート樹脂，熱変形温度 130℃ ポリフェニレンエーテル樹脂，〃 120℃ 上記導電性せんいと熱可塑性樹脂による多芯状ペレット
の製造法は、本発明のダイス（図６〜９記載）を搭載し
たクロスヘッド（第１図）を２軸押出機（スクリュー径
32mmφ,3条ねじ,L/D＝28）に設置し、導電性せんいを２
〜５束にして連続的に供給し、溶融樹脂で被覆した多芯
状連続体を冷却工程を経て適正長さ（7mm）にカッティ
ングした。

こゝで得られたペレットは熱可塑性樹脂の成形条件で試
験片（200mm口×3t）および電子機器筐体を成形した。
なお必要に応じて、導電性せんい濃度を調節用に基材熱
可塑性樹脂を混ぜて用いることも可能である。

電子機器筐体の電磁波シールド機能に関しては、電子機
器の最も過酷な稼働状態下で発生する不要電磁波に対す
るシールド能力を業界自主規制（VCCI）内容に則して実
測した。

今回は、実用的周波数30〜100MHzの放射電界強さの平均
値で示す。

導電性せんい複合樹脂の耐久性の評価尺度の一つとして
行なった熱衝撃試験は、試験片および電子機器筐体を−
20℃恒温槽中に２時間放置し、すぐに次の70℃恒温槽中
に２時間放置することを１サイクルとして、30サイクル
繰返した。

実施例1. 第３表に、本発明に基づき製造した導電性せんい複合熱
可塑性樹脂のペレットを用いて成形した試験片の体積固
有抵抗ならびに電子機器筐体の放射電界強さを示す。い
ずれの値も満足するレベルにある。比較に用いた従来法
の特性値は表１に既述した通りであり、比較例No.2の試
料と上記実施例試料No.1とを比べると、少ないで同等の
効果が示されており、本発明の有効さを裏付けるもので
ある。

実施例２熱衝撃試験結果を第４表および第14図，第15図に併記し
て示す。

従来技術による比較例1,2については、体積固有抵抗は
急激に大きくなり、電磁波シールド機能は著しく低下
し、実用に全く供し得ないレベルまでに至る。実施例１
即ち62は、第４表，第14図，第15図に示されるように初
期値（62）および30サイクル熱衝撃負荷後（62′）の特
性変化は極めて少なく、大変優れたレベルにあることが
分かる。

実施例３についても同様である。

〔発明の効果〕

本発明は導電性せんいを複合した熱可塑性樹脂組成物に
よる成形体が電子機器から発生する不要電磁波を遮蔽す
る機能を付与する最も有効な方法を具現したもので、そ
の要素技術は次の通りである。

導電性せんい複合材ペレットを製造する方法において、
せんい切断が全くない一定長さの多芯状ペレットが得ら
れ、導電機能が充分に発揮できることに加え、鉄系極細
せんいを必須成分としたことにより接点効果が大きく、
他の導電せんいとの併用による少ない配合率で導電機能
の向上が計れること、それ故に成形性が良く、比重の増
加を小さく抑制できることの効果が生れた。また応力緩
和の少ない樹脂を用いることにより耐熱衝撃特性を大巾
に向上する効果が生れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る製造方法において使用される多
芯状線の製造用クロスヘッドを示す断面図、第２〜５図
は、第１図のＡ−Ａ′断面をそれぞれ示す断面図、第６
〜９図は、クロスヘッドに搭載するダイスを示す斜視
図、第10〜13図は２芯線〜５芯線をし一定長さにカット
したペレットを示す斜視図、第14図は体積固有抵抗の熱
衝撃サイクルとの関係を示すグラス、第15図は、電子機
器の放射電界強さの周波数特性を表わすグラフである。１〜10…導電性せんい導入孔,30…熱可塑性樹脂,62…SU
S/Cu/PPE系導電性せんい複合樹脂筐体,70…導電性せん
いを含まない樹脂筐体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯田誠神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者太田明一神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (72)発明者岩井進神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献特開昭61−100415（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−162604（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−22710（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−138466（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】材質、断面形状の異なる２種類以上の導電
性せんいを各々束状にし、熱可塑性樹脂中に独立に配置して多芯線状に押し出し被
覆し、前記導電性せんいは、下記Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群から
選ばれた少なくとも２種類から構成され、かつＡ群を必
須成分とし、前記多芯線状にした導電性せんいを長さ方向に連続的に
埋設することを特徴とする導電性せんい複合樹脂の製造
方法。記Ａ群：鉄系金属せんい、断面径５〜15μｍＢ群：銅系金属せんい、断面径 15〜60μｍＣ群：アルミニウム系金属せんい、断面径 15〜60μｍＤ群：金属被覆せんい
【請求項２】導電性せんいの少なくとも２種類の連続束
線をプラスチック押出機のクロスヘッド部に連続的に供
給し、同時に可塑化溶融した熱可塑性樹脂により、多芯
線状に被覆し、冷却工程を経たのち、長さ３〜10mmにカ
ットしてペレット化する工程において、前記導電性せんいの重量分率を７〜40wt％としたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の導電性せんい複
合樹脂の製造方法。
【請求項３】前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンエー
テル、ポリエーテルスルホン、ポリブチレンテレフタレ
ート、ABS樹脂、耐衝撃性ポリスチレンポリカーボネー
ト、ナイロンポリプロピレンおよびポリマーアロイのポ
リフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリブチレンテ
レフタレート／ポリカーボネート、ABS樹脂／ポリカー
ボネート、耐衝撃性ポリスチレン／ポリカーボネートか
ら成る群から選ばれたいずれか一種の熱可塑性樹脂であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の導電性
せんい複合樹脂の製造方法。