(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末加圧成形法により成形された硬化剤含有成形体を加熱硬化させてなる導電性樹脂複合体であって、
熱硬化性樹脂中に５〜７０体積％の導体フィラーと、６５体積％以下の無機物質とを合計２０〜７０体積％含有して体積固有抵抗を１０８Ω・ｃｍ以下とし、かつ内部に前記硬化剤の加熱分解に伴って生成されるガスにより形成された多数の気孔を有し、表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さくしたことを特徴とする導電性樹脂複合体。
【請求項２】
表面から１０〜５０μｍまでの表層部における気孔率が３％未満、これよりも内部の気孔率が３〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載の導電性樹脂複合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性、軽量性に優れ、かつ導電性を有する樹脂複合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、導電性樹脂複合体に於いては、導体フィラーとして、カーボン繊維、黒鉛、カーボンブラック、金属繊維、金属粉等が用いられている。更に摺動性を付与するには、黒鉛を利用するのが一般的である。この他に機械強度を付与するためには有機、無機の繊維状のフィラーが用いられる。通常無機フィラーとしてはガラス繊維が一般的である。
【０００３】
この導電性樹脂複合体は、例えば、フェノール系の熱硬化性樹脂中に、銅、鉄、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、カーボン等の導電性材料と、アルミナ、シリカ、ガラス繊維等の無機物質を所定の比率で配合して構成されており、樹脂単体に比し、導電性が付与していることから、導電性を有する部品に利用される。
【０００４】
具体的には、ICのトレー、保管用マガジンレール、静電気除去、発熱体、モーターブラシ、モーターワッシャ、プラスチック電極、電磁波遮蔽材料等、これまでに導電性樹脂組成物が用いられている、あるいは将来、用いられることが期待されている分野にて利用されるものである。
【０００５】
そして、このような導電性樹脂複合体は、通常、従来周知の射出成形法、即ち、所定形状の金型内に樹脂スラリーを注入し、これを加熱・硬化させることにより製作される（特開昭57-200440,特開昭58-206638,特開昭59-75944, 特開平1-212452, 特開平3-126296号各公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の樹脂複合体を前述の射出成形法によって製作する場合、金型内に注入される樹脂スラリーにはある程度の流動性をもたせておかなければならないことから、その中に添加するフィラーの添加量には所定の制約があり、耐熱性、軽量性に優れ、かつ導電性を有する部品として必要とされる諸特性を満たすようなフィラー添加量にすることが、困難であった。
【０００７】
また、射出成形法によって製作された導電性樹脂複合体は、樹脂担身の抵抗率1012Ω・cmが、わずかに導体フィラーを添加することによって、102 〜103 Ω・cmまで急激に抵抗率が落ちるため、この間で抵抗値を制御することが困難であった。
【０００８】
そこで本発明者は、前述の課題を解消するために、従来周知の粉末加圧成形法を採用する事によって、フィラーの添加量を20〜70体積％にまで高めた新規な樹脂複合体を提案した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性樹脂複合体は、粉末加圧成形法により成形された硬化剤含有成形体を加熱硬化させてなるものであって、熱硬化性樹脂中に５〜７０体積％の導体フィラーと、６５体積％以下の無機物質とを合計２０〜７０体積％含有して体積固有抵抗を１０８Ω・ｃｍ以下とし、かつ内部に硬化剤の加熱分解に伴って生成されるガスにより形成された多数の気孔を有し、表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の導電性樹脂複合体は、前記表層部が表面から10〜50μｍまでの深さ領域であって、該表層部の気孔率が３％未満、内部の気孔率が3 〜30％であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の導電性樹脂複合体は、熱硬化性樹脂中に5 〜70体積％の導体フィラーと、65体積％以下の無機物質を含有する導電性樹脂複合体において、両者の全含有率が20〜70体積％であり、かつ内部に多数の気孔を有するものである。
【００１３】
ここで、導体フィラーの含有率を5 〜70体積％としたのは、導体フィラーの含有率が5 体積％未満になると、樹脂複合体に導電性が付与されず、体積固有抵抗を１０8 Ω・ｃｍ以下とできないからであり、逆に導体フィラーの含有率が70体積％より多くなると、粉末加圧成形した後の形状を保持することが困難になるからである。
【００１４】
また、無機物質の含有率を65体積％以下としたのは、無機物質の含有率が65体積％を超えると、導体フィラーと無機物質の全含有率が70体積％より多くなり、粉末加圧成形した後の形状を保持することが困難になるからである。導体フィラーの含有率が20体積％以上であれば、無機物質は添加しなくても構わない。
【００１５】
また、導体フィラーと無機物質の全含有率を20〜70体積％としたのは、両者の全含有率が20体積％未満になると、加熱・硬化時の変形が大きく、高い保形性（寸法精度）が得られなくなると共に、荷重たわみ温度が低くなるからであり、逆に導体フィラーと無機物質の全含有率が70体積％より多くなると、粉末加圧成形した後の形状を保持することが困難になるからである。
【００１６】
このような導電性樹脂複合体を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ポリブタジエン樹脂等の樹脂を使用することができ、これらの中でも耐熱性、寸法安定性、耐薬品性等の点からフェノール樹脂が好適である。
【００１７】
一方、導体フィラーとして、金属・非金属系では、Cu、Fe、Al、Pb、Ti、Sn、Ni、Mo、Ag、Pt、Ta、Nb、ZnO 、SnO2、B2O3、TiO2、又はその合金の粉末、繊維、箔を使用する。カーボン系では、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、PAN 系カーボン繊維、ピッチ系カーボン繊維等を使用することができ、これらを前述の配合量でもって熱硬化性樹脂中に添加することにより、導電性、耐熱性、寸法安定性等を高めることができる。特に炭素繊維は、自己潤滑特性を有することから、この樹脂複合体を摺動部材として用いた際の摺動特性をより優れたものになすことができる。
【００１８】
無機物質として、シリカ(SiO2 ）、アルミナ(Al2O3）、窒化ケイ素(SiN) 、ステアタイト(MgO・SiO2）、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN) 、フォルステライト(2MgO ・SiO2）、ムライト(3Al2O3 ・2SiO2 ）、コージライト(3MgO ・2Al2O3・5SiO2 ）、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2 ）、ガラス等の1 種以上の粒子、繊維を使用することができる。
【００１９】
上記導体フィラーや無機物質として粒子を用いる場合、粒子の平均粒径は、20μｍを超えると樹脂複合体の表面粗度が粗くなり、実用的でなかったため、20μｍ以下にすることが好ましい。
【００２０】
なお、粒子の平均粒径は、樹脂とフィラーの複合体の任意の表面または断面を画像解析装置で分析し、この面に存在する粒子の円相当径の平均値を算出することによって測定することができる。
【００２１】
また、上記導体フィラーや無機物質として繊維を用いる場合、繊維状フィラーの最大糸長は200 μｍ以下にするのが好ましい。これは、繊維状フィラーの最大糸長が200 μｍより長くなると、樹脂との混合時における分散性が悪い為に、樹脂複合体の内部及び表層部において繊維状フィラーの疎な部分と密な部分ができて耐熱性、耐摩耗性を十分に高めることができず、また、後述する粉末加圧成形後の離型時において欠けが発生し易くなるからである。ただし、最大糸長が5 μｍよりも短くなると補強作用が得られにくくなる為、繊維状フィラーの最大糸長は5 〜200 μｍ、好ましくは、5 〜150 μｍとするのが良い。
【００２２】
なお、繊維状フィラーの糸長とは、前後、左右、上下の寸法を測定した時に最も長い部分の長さであるが、図１で樹脂複合体の表層部(a) 及び内部(b) の断面を示すように、繊維状フィラーは、樹脂複合体中においてランダムな方向を向いて存在している。その為、便宜的に、樹脂複合体の任意の表面又は断面の5 箇所を画像解析装置で分析し、この面に存在する繊維状フィラーの中で、最も長い繊維状フィラーの長さを最大糸長とする。
【００２３】
また、本発明の導電性樹脂複合体においては、内部に多数の気孔を有することが重要である。
【００２４】
即ち、本発明の内部に多数の気孔を有する導電性樹脂複合体によれば、図２に示すように導体フィラー、即ちカーボンファイバーの添加量が増加するに従い、従来品は、急激に抵抗率が低下するが、本発明品の抵抗率は、緩やかに低下する。よって、本発明品の抵抗値は、108 〜102 Ω・cmの間で、従来品より容易に制御ができる。
【００２５】
また、本発明の導電性樹脂複合体においては、図１(a)(b)に示すように表層部の気孔率を内部の気孔率よりも小さくなすこと、より具体的には、前記表層部を表面から10〜50μｍまでの深さ領域とし、この領域の気孔率を３％未満、内部の気孔率を３〜30％とすることが重要である。
【００２６】
即ち、本発明の導電性樹脂複合体によれば、粉末加圧成形によって製作される導電性樹脂複合体の気孔を、その表層部に少量、或いは、殆ど存在しないようにし、逆に内部には比較的多く存在させることによって、全体を軽量に維持した上、表面を緻密化し、導電性樹脂複合体の機械的強度を大幅に向上することができる。これによって、部品の小型化、軽量化に供したものとなる。
【００２７】
ここで、気孔率が３％未満となる領域を導電性樹脂複合体の表面より深さ10〜50μｍまでとしたのは、表層部を10μｍより薄くすると、導電性樹脂複合体の機械的強度を十分に高く保つことができなくなるからであり、逆に、表層部の厚みが50μｍを超えると、比重が大きくなってしまい、軽量化を図ることが困難になるからである。
【００２８】
尚、気孔率の測定方法としては、導電性樹脂複合体の表面と略平行な表層部の断面や内部の断面を画像解析し、気孔の占有面積率を算出することによって行われる。
【００２９】
そしてこのような導電性樹脂複合体を製作するには、まず、熱硬化性樹脂に導体フィラー又は無機物質を含有するとともに、加熱時に前記熱硬化性樹脂を硬化させるための硬化剤を含有する。この硬化剤としては、熱硬化性樹脂がノボラック型フェノール樹脂の場合、ヘキサメチレンテトミンを用いることができる。
【００３０】
また、混合にあたっては、公知の方法を用いて均一に混合すれば良く、例えば、熱硬化性樹脂に炭素繊維と硬化剤をミキサーで混合し、ブラベンダーで混練した後、粉砕したり、或いは、炭素繊維と硬化剤を混合した熱硬化性樹脂を加熱ロールで溶融・混練した後、粉砕する方法等がある。また、必要に応じて所定の粒度となるように造粒しても良い。
【００３１】
さらに、これらの他に前述したような着色剤を配合しても良く、必要に応じて、硬化助剤、滑剤、可塑剤、分散剤、離型剤等の公知の添加剤を、実用上問題ない程度に加えても良い。
【００３２】
また、フィラーの表面状態や形状によっては、混合時の分散が悪くなる恐れがあるため、このような時には、フィラーの表面にカップリング剤を被覆することで分散性を高めることができる。
【００３３】
次に、それぞれの割合で均一に混合した原料を金型に充填し、常温にて0.5 〜5ton/cm2の圧力で粉末加圧成形したあと成形体を金型から離型し、しかる後、該成形体を研磨等によって所定形状に加工し、これを熱硬化性樹脂の性状、フィラーの含有率、製品の寸法等に合わせて80〜250 ℃の温度で加熱硬化させる。この時、成形体中の硬化剤は分解され、熱硬化性樹脂と反応して樹脂が硬化し、それと共に、硬化剤の分解に伴って生成されたガスが導電性樹脂複合体の内部から抜け、導電性樹脂複合体の内部に多数の気孔を形成する。
【００３４】
そして、上記加熱硬化時の昇温速度、最高温度でのキープ時間、冷却速度等を適宜制御して導電性樹脂複合体の表層部の気孔率を３％未満に、また、内部の気孔率を３〜30％、気孔の平均径を10〜80μｍとする。尚、加熱硬化時の温度を80〜250 ℃とするのは、80℃未満では、樹脂の硬化が不十分であり、逆に、250 ℃より高くなると樹脂が炭化されるからである。
【００３５】
このような導電性樹脂複合体の製法によれば、粉末加圧成形法を採用することで、フィラーの充填量を、射出成形では困難であった高いレベルまで、具体的には70体積％にまで高めることができ、これによって樹脂複合体の耐熱性、耐摩耗性を向上させることが可能になるとともに、気孔を有する導電性を付与された樹脂複合体を得ることができる。
【００３６】
そのため、本発明の導電性樹脂複合体を用いれば、ICのトレー、保管用マガジンレール、静電気除去、プラスチック電極、面状発熱体、感圧抵抗体、紡績用ロール、謄写用ロール、モーターブラシ、モーターワッシャ、電磁波遮蔽材料等を形成する材料として好適に使用することができる。
【００３７】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能であり、例えば、上述の形態において、気孔率が内部から表層部に向かって漸次小さくなるように構成しても構わない。
【００３８】
【実施例】
実施例１
熱硬化性樹脂としてノボラック型フェノール樹脂を用い、導体フィラーとして炭素繊維、無機物質としてアルミナを用いた。フェノール樹脂、炭素繊維、アルミナの配合比を種々変化させた原料を調合し、常温で加圧成形した後、80℃〜250 ℃で加熱硬化し、試験片を作製した。
【００３９】
得られた試験片について、比重、体積抵抗率、荷重たわみ温度、曲げ破壊強さを測定し、その結果を表１に示す。なお、比重の測定は、JIS K 6911、体積抵抗率の測定は、JIS K 6911、荷重たわみ温度の測定は、JIS K 7207、曲げ試験は、JIS K 7203の方法にて行った。
【００４０】
表１によれば、炭素繊維と無機物質の全充填率が20重量％未満では、加熱硬化時の形状保持が出来ないため実用的でなかった。また、70重量％を超えると常温での加圧成形後の成形体の形状保持ができなかった。
【００４１】
これに対し、炭素繊維と無機物質の全充填率を20体積％〜70体積％の範囲内としたものでは、全て荷重たわみ温度200 ℃以上となった。
【００４２】
また、炭素繊維４体積％、アルミナ20体積％からなる比較例（No.3）では、導体フィラーの充填率が４体積％と本発明の範囲外であるために樹脂複合体に導電性を付与することができなかった。
【００４３】
これに対し、本発明の範囲内のもの（No.6〜No.9）では、導電性を付与することができた。
【００４４】
また、表面層、内部の気孔率が本発明の範囲外のもの（No.1、No.2）では、比重が大きくなったり、或いは、曲げ破壊強さが低下するといった問題があった。これに対し、本発明の範囲内のもの（No.6〜No.9）では、低比重で、かつ、曲げ破壊強さの高いものができた。
【００４５】
【表１】
0003645717.tif 000002
【００４６】
実施例２
熱硬化性樹脂としてノボラック型フェノール樹脂を用い、導体フィラーとして炭素繊維、無機物質としてアルミナを用いた。フェノール樹脂、炭素繊維、アルミナの配合比を種々変化させた原料を調合し、常温で加圧成形した後、80℃〜250 ℃で加熱硬化し、試験片を作製した。
【００４７】
また、従来品は、インジェクション成形により作製した。
【００４８】
得られた試験片について体積抵抗率を測定し、その結果を図２に示す。なお、体積抵抗率の測定は、JIS K 6911の方法にて行った。
【００４９】
図２によれば、従来品は、炭素繊維を５体積％添加すると、抵抗率が102 Ω・cmまで、急激に低下する。これに対し、本発明のものは、気孔が存在することによって緩やかに抵抗値が下がっていることから、抵抗値の調整を容易に行えることがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の導電性樹脂複合体を構成することによって、高温での変形が少なく、軽量で、導電性があることからさまざまな用途に使用することができ、抵抗値の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の樹脂複合体の表層部の断面、（ｂ）は、内部の断面を模式的に示す図である。
【図２】本発明及び従来例の樹脂複合体の体積固有抵抗率と炭素繊維添加量の関係を示す図である。
【図１】
0003645717.tif 000003
【図２】
0003645717.tif 000004