(57)【要約】約１０４〜１０１３オーム／□の表面抵抗率を有する、熱可塑性ポリマーを含有する静電気拡散性組成物が、前記熱可塑性ポリマー中にカーボンファイバーおよびカーボンブラックの規定量を混合することによって容易に且つ再現可能に製造され得る。前記組成物が、電子機器および電子部品を遮蔽するための筐体および他の部品に有用である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性ポリマーと、カーボンファイバーを約５．０〜約１０体積パーセントと、カーボンブラックを約８〜約２５体積パーセントとを含む組成物であって、前記体積パーセントが前記組成物の全体積に基づいていることを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記カーボンファイバーが、前記組成物の約６．０〜約９．０体積パーセントであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記カーボンファイバーが、長さ約０．１ｍｍ〜約６．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記カーボンブラックが、前記組成物の約１０〜約２１体積パーセントであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記熱可塑性ポリマーが、前記組成物の少なくとも約４０体積パーセントであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記カーボンファイバーが前記組成物の約６．０〜約９．０体積パーセントであり、前記カーボンファイバーが長さ約０．１ｍｍ〜約６．０ｍｍであり、前記カーボンブラックが前記組成物の約１０〜約２１体積パーセントであり、前記熱可塑性ポリマーが前記組成物の少なくとも約４０体積パーセントであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン、ポリ（メタ）アクリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ（エーテル−スルホン）、ポリ（エーテル−イミド）、ポリスルフィド、液晶ポリマー、ポリ（エーテル−エーテル−ケトン）、ポリ（エーテル−ケトン）、フルオロポリマー、ポリ（オキシメチレン）、ポリ（塩化ビニル）、およびＡＢＳ、ならびにそれらの混合物およびブレンドよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記熱可塑性ポリマーが、液晶ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
約１０４〜約１０１３オーム／□の表面抵抗率を有することを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
約１０９〜約１０１２オーム／□の表面抵抗率を有することを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
静電気拡散性の性質を有する熱可塑性ポリマー組成物が、カーボンファイバーおよびカーボンブラックの規定量を含有する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性ポリマーは、さまざまな複雑な形状に成形され得る、用途が広い材料である。かかるポリマーの大多数は電気を伝導せず、実際には良い電気絶縁体である。しかしながら、これらのポリマーに電気導電性充填剤の十分な量を添加することにより、通常、（いくらかの）電気導電率を有する組成物をもたらす。これらの２つの両極端の間で、導電性充填剤の中間量を添加して約１０４〜約１０１３オーム／□の表面抵抗率を提供することにより、まだ比較的絶縁性であるが、静電気を容易に散逸させる組成物が得られ、それは、電子機器と接触しているかまたはその近くの部品に対しては重要である。かかる組成物はまた、電磁妨害（ＥＭＩ）遮蔽に有用である。
【０００３】
米国特許公報（特許文献１）およびその中に引用された文献に記載されているように、カーボンファイバーが、かかる組成物中で導電性充填剤として用いられている。しかしながら、組成物の正確な表面抵抗率は、（とりわけ）用いられたカーボンファイバーの正確な性質および量ならびにそれらのファイバーの（平均の）長さに依存する。長さは、かかる組成物を溶融加工する間に制御することが難しく、特定の表面抵抗率の範囲内の材料を製造することが難しい。米国特許公報（特許文献１）の発明は、低減された炭素含有量、したがって低減された電気導電率を有するカーボンファイバーを用いることによってこの問題を解決したが、これは特殊カーボンファイバーと、異なった表面抵抗率を達成するための異なったカーボンファイバーとを必要とする不便な点がある。従って、静電気拡散性ポリマー組成物を再現可能に製造する新規な方法が必要とされる。
【０００４】
（特許文献２）には、カーボンブラックとカーボンファイバーとを含有する熱可塑性ポリマー組成物が記載されている。実際に記載された組成物のいずれも、本明細書の請求の範囲のこれらの充填剤を含有しない。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，８２０，７８８号明細書
【特許文献２】欧州特許出願第１，０６１，５９７号明細書
【特許文献３】米国特許４，１１８，３７２号明細書
【特許文献４】米国特許第３，９９１，０１３号明細書
【特許文献５】米国特許第３，９９１，０１４号明細書
【特許文献６】米国特許第４，０１１，１９９号明細書
【特許文献７】米国特許第４，０４８，１４８号明細書
【特許文献８】米国特許第４，０７５，２６２号明細書
【特許文献９】米国特許第４，０８３，８２９号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，１１８，３７２号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，１２２，０７０号明細書
【特許文献１２】米国特許第４，１３０，５４５号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，１５３，７７９号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，１５９，３６５号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，１６１，４７０号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，１６９，９３３号明細書
【特許文献１７】米国特許第４，１８４，９９６号明細書
【特許文献１８】米国特許第４，１８９，５４９号明細書
【特許文献１９】米国特許第４，２１９，４６１号明細書
【特許文献２０】米国特許第４，２３２，１４３号明細書
【特許文献２１】米国特許第４，２３２，１４４号明細書
【特許文献２２】米国特許第４，２４５，０８２号明細書
【特許文献２３】米国特許第４，２５６，６２４号明細書
【特許文献２４】米国特許第４，２６９，９６５号明細書
【特許文献２５】米国特許第４，２７２，６２５号明細書
【特許文献２６】米国特許第４，３７０，４６６号明細書
【特許文献２７】米国特許第４，３８３，１０５号明細書
【特許文献２８】米国特許第４，４４７，５９２号明細書
【特許文献２９】米国特許第４，５２２，９７４号明細書
【特許文献３０】米国特許第４，６１７，３６９号明細書
【特許文献３１】米国特許第４，６６４，９７２号明細書
【特許文献３２】米国特許第４，６８４，７１２号明細書
【特許文献３３】米国特許第４，７２７，１２９号明細書
【特許文献３４】米国特許第４，７２７，１３１号明細書
【特許文献３５】米国特許第４，７２８，７１４号明細書
【特許文献３６】米国特許第４，７４９，７６９号明細書
【特許文献３７】米国特許第４，７６２，９０７号明細書
【特許文献３８】米国特許第４，７７８，９２７号明細書
【特許文献３９】米国特許第４，８１６，５５５号明細書
【特許文献４０】米国特許第４，８４９，４９９号明細書
【特許文献４１】米国特許第４，８５１，４９６号明細書
【特許文献４２】米国特許第４，８５１，４９７号明細書
【特許文献４３】米国特許第４，８５７，６２６号明細書
【特許文献４４】米国特許第４，８６４，０１３号明細書
【特許文献４５】米国特許第４，８６８，２７８号明細書
【特許文献４６】米国特許第４，８８２，４１０号明細書
【特許文献４７】米国特許第４，９２３，９４７号明細書
【特許文献４８】米国特許第４，９９９，４１６号明細書
【特許文献４９】米国特許第５，０１５，７２１号明細書
【特許文献５０】米国特許第５，０１５，７２２号明細書
【特許文献５１】米国特許第５，０２５，０８２号明細書
【特許文献５２】米国特許第５，０８６，１５８号明細書
【特許文献５３】米国特許第５，１０２，９３５号明細書
【特許文献５４】米国特許第５，１１０，８９６号明細書
【特許文献５５】米国特許第５，１４３，９５６号明細書
【特許文献５６】欧州特許出願第３５６，２２６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、熱可塑性ポリマーと、カーボンファイバーを約５．０〜約１０体積パーセントと、カーボンブラックを約８〜約２５体積パーセントとを含む組成物に関するものであり、体積パーセンテージは組成物の全体積に基づいている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書に記載された前記組成物は、熱可塑性ポリマーを含有する。前記熱可塑性ポリマーを溶融し、次いで、それをその融点および／またはガラス転移温度より低い温度に冷却することによって、かかるポリマーを改質することができる。かかるポリマーは架橋されない。概して、示差走査熱量測定によって測定した時にそれらは約３０℃より高い融点および／またはガラス転移温度を有するが、融点を溶融吸熱のピークとし、ガラス転移温度を転移の中間とする。このような測定をＡＳＴＭ方法Ｄ３４１８に従って実施することができる。
【０００８】
有用な熱可塑性樹脂には、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンなどのポリオレフィン；ポリ（メチルメタクリレート）などのポリ（メタ）アクリレート；ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（１，４−ブチレンテレフタレート）およびポリ（１，３−プロピレンテレフタレート）などのポリエステル；ナイロン−６およびナイロン−６，６などのポリアミド；ポリ（フェニレンオキシド）などのポリエーテル；ポリカーボネート；ポリ（エーテル−スルホン）；ポリ（エーテル−イミド）；ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）などのポリスルフィド；芳香族ポリエステル、ポリ（エステル−イミド）、およびポリ（エステル−アミド）などの液晶ポリマー；ポリ（エーテル−エーテル−ケトン）；ポリ（エーテル−ケトン）；ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ（メチルビニルエーテル）とのコポリマー、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、およびエチレンとビニルフルオリドとのコポリマーなどのフルオロポリマー；ポリ（オキシメチレン）；ポリ（塩化ビニル）；ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー）、ならびにそれらの混合物およびブレンドなどがある。
【０００９】
好ましくは熱可塑性ポリマー（あるいは１つより多い熱可塑性ポリマーが存在している場合、すべての熱可塑性ポリマーの合計）が、組成物の少なくとも４０体積パーセント、より好ましくは少なくとも６０体積パーセントである。
【００１０】
用いられるカーボンファイバーは概して、切断あるいは短いファイバーの形態であり、典型的に長さ約０．１〜約６ｍｍである。カーボンファイバーは好ましくは、比較的高い炭素含有量（＞９０重量％）を有し、また（カーボンファイバーのために）比較的低い電気抵抗を有するファイバーである。前記ファイバーを適切なミキサ内で熱可塑性ポリマーに直接添加してもよく（以下を参照のこと）、あるいはマスターバッチの形態で添加してもよい。当該組成物は、約５．０〜約１０．０体積パーセント、好ましくは約６．０〜約９．０体積パーセントのカーボンファイバーを含有する。本明細書のすべての体積パーセントは、組成物の全体積、すなわち、存在するカーボンファイバー、カーボンブラックおよび熱可塑性樹脂でない成分を含めて、組成物のすべての成分の体積、に基づいている。
【００１１】
用いられたカーボンブラックは、熱可塑性樹脂に混合するために有用などんなカーボンブラックであってもよい。カーボンブラックを適切なミキサ内で熱可塑性ポリマーに直接添加してもよく（以下を参照のこと）、あるいはマスターバッチの形態で添加してもよい。当該組成物は、約８〜約２５体積パーセント、好ましくは約１０〜約２１体積パーセントのカーボンブラックを含有する。
【００１２】
好ましいタイプの熱可塑性ポリマーは液晶ポリマー（ＬＣＰ）である。「液晶ポリマー」の意味は、米国特許公報（特許文献３）（その内容を参照によって本願明細書に組み入れたものとする）に記載されているように、ＴＯＴ試験またはそれらのどれかの適当な変型を用いて試験されるとき、異方性であるポリマーである。有用なＬＣＰには、ポリエステル、ポリ（エステル−アミド）およびポリ（エステル−イミド）などがある。ポリマーの好ましい形態の１つは、“すべて芳香族”、すなわち、（エステル基などの結合基を除いて）ポリマーの主鎖中の基のすべてが芳香族であるが、芳香族ではない側基が存在していてもよい。適したサーモトロピックＬＣＰは、例えば、米国特許公報（特許文献４）、米国特許公報（特許文献５）、米国特許公報（特許文献６）、米国特許公報（特許文献７）、米国特許公報（特許文献８）、米国特許公報（特許文献９）、米国特許公報（特許文献１０）、米国特許公報（特許文献１１）、米国特許公報（特許文献１２）、米国特許公報（特許文献１３）、米国特許公報（特許文献１４）、米国特許公報（特許文献１５）、米国特許公報（特許文献１６）、米国特許公報（特許文献１７）、米国特許公報（特許文献１８）、米国特許公報（特許文献１９）、米国特許公報（特許文献２０）、米国特許公報（特許文献２１）、米国特許公報（特許文献２２）、米国特許公報（特許文献２３）、米国特許公報（特許文献２４）、米国特許公報（特許文献２５）、米国特許公報（特許文献２６）、米国特許公報（特許文献２７）、米国特許公報（特許文献２８）、米国特許公報（特許文献２９）、米国特許公報（特許文献３０）、米国特許公報（特許文献３１）、米国特許公報（特許文献３２）、米国特許公報（特許文献３３）、米国特許公報（特許文献３４）、米国特許公報（特許文献３５）、米国特許公報（特許文献３６）、米国特許公報（特許文献３７）、米国特許公報（特許文献３８）、米国特許公報（特許文献３９）、米国特許公報（特許文献４０）、米国特許公報（特許文献４１）、米国特許公報（特許文献４２）、米国特許公報（特許文献４３）、米国特許公報（特許文献４４）、米国特許公報（特許文献４５）、米国特許公報（特許文献４６）、米国特許公報（特許文献４７）、米国特許公報（特許文献４８）、米国特許公報（特許文献４９）、米国特許公報（特許文献５０）、米国特許公報（特許文献５１）、米国特許公報（特許文献５２）、米国特許公報（特許文献５３）、米国特許公報（特許文献５４）、および米国特許公報（特許文献５５）、ならびに（特許文献５６）である。
【００１３】
前記組成物は、かかる組成物のために通常用いられる量で、充填剤、補強剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤、潤滑剤、核剤など、熱可塑性樹脂に一般的に添加される他の成分を含有してもよい。
【００１４】
前記組成物の成分を、熱可塑性ポリマー含有組成物を調製するために用いられた方法によって混合してもよい。例えば、もちろんカーボンファイバーおよびカーボンブラックを含めて他の成分と共に熱可塑性ポリマーを溶融および混合する一軸または二軸スクリュー押出機に前記成分を供給してもよい。押出機を出た時に、ポリマーをストランドに形成し、将来使用するためにペレットに切断してもよく、あるいは、射出成形機に供給するなどによって、直接に造形品に形成してもよい。（例えば成形における）追加処理が通常、繊維長をさらに短くするという結果をもたらさないように、（すでに比較的短くなければ）カーボンファイバーの長さを混合プロセスにおいて平均の長さに摩耗させることが好ましい。組成物の導電率はカーボンファイバーの平均の繊維長に一部は依存するので、組成物の表面抵抗率が追加処理によってほとんど変化しないことが好ましい。しかしながら、カーボンファイバーがまったく炭素粉末またはカーボンブラックのように作用するに至るまでカーボンファイバーを短くすることは望まない。処理（例えばスクリュー配置、スクリュー速度など）の過酷度に関する簡単な実験により、これを実施する方法を決定することができる。
【００１５】
前記組成物は、ＡＳＴＭ方法Ｄ２５７によって測定したとき、約１０４〜約１０１３オーム／□、より好ましくは約１０９〜約１０１２オーム／□の表面抵抗率を有するのが好ましい。望ましい表面抵抗率を得る１つの方法は、カーボンファイバーを前記ポリマーに添加し、次いで、実験によって簡単に定量される量の、十分なカーボンブラックを添加して、望ましい値に表面抵抗率を減少させる。この複合充填剤系を用いることによって、表面抵抗率を調節して広範囲にわたりどれかの値に調節することができる。驚くべきことに、本明細書に記載された組成物を製造するとき、望ましい表面抵抗率が、繰り返される製造期間において比較的容易に且つ再現可能に得られるが、単一の電気導電性充填剤を用いて達成することは難しい。成形条件はまた、製造された部品の表面抵抗率に影響を及ぼすことがあるが、望ましい抵抗率を得る成形条件を容易に決定することができる。異方性である液晶ポリマーについては、縦方向と横方向との両方の表面抵抗率が、明記された範囲内であることが好ましい。
【００１６】
当該組成物は、静電気拡散および／あるいはＥＭＩ遮蔽が望ましい部品に有用である。かかる用途には、コンピュータ、自動車部品、複写機およびプリンタなどの電子機器用のキャビネットがある。
【実施例】
【００１７】
（実施例１〜５および比較例Ａ）
用いられたＬＣＰは米国特許公報（特許文献５４）（その内容を参照によって本願明細書に組み入れたものとする）のＬＣＰ−４と同じ組成物であった。用いられたカーボンファイバー（ＣＦ）はパネックス（Ｐａｎｅｘ）(登録商標)３３ＣＦカーボンファイバー（ゾルテック・コーポレーション（Ｚｏｌｔｅｋ  Ｃｏｒｐ．）から入手可能）、用いられたガラスファイバー（ＧＦ）は、オーエンズ・コーニング（Ｏｗｅｎｓ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）銘柄４０８（米国、オハイオ州、トレドのオーエンズ・コーニング・ファイバーグラス（Ｏｗｅｎｓ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ（Ｔｏｌｅｄｏ，ＯＨ，ＵＳＡ））製）であり、カーボンブラック濃厚物（ＣＢＣ）は、米国特許公報（特許文献５４）のＬＣＰ−９の２０重量パーセントのカーボンブラックのマスターバッチであり、米国、ノースカロライナ州、シャーロットのクラリエント・コーポレーション（Ｃｌａｒｉｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，ＮＣ，Ｕ．Ｓ．Ａ．））から得られた。各実施例の各成分の重量を表１に示す。
【００１８】
ワーナー＆プフライダー（Ｗｅｒｎｅｒ  ＆  Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ）４０ｍｍ二葉型二軸スクリュー押出機を使用して組成物を形成した。ＬＣＰ、ＣＦ、およびカーボンブラック濃厚物は後部に供給し、ガラスファイバーを側面に供給した。押出機は、１つの非加熱フィードバレル（＃１とする）と９つの加熱バレルとを有する。押出機スクリューの設計は、搬送要素と、ポリマーを溶融し成分を混合するためにバレル＃３に付加された混練要素と、その後の、バレル＃４の真空抽出領域とから成った。バレル＃５にサイドフィーダーがあり、その後に、第２のセットの混練要素があった。バレル＃８に第２の真空抽出領域があった。最終バレルはストランド用ダイを備え、溶融ストランドを水槽中で急冷し、ストランドカッターに供給して直径約０．３２ｃｍおよび長さ約０．３２ｃｍのペレットを製造した。押出機バレルのヒートセットポイントは３４５℃であり、そしてダイのヒータセットポイントが３５０℃であった。
【００１９】
ペレットを空気オーブン内で１２５℃において一晩、乾燥させ、次いで厚さ０．３２ｃｍのバーに成形した。射出成形機は６オンスのＨＰＭ機械であり、型の温度を６５℃あるいは１１０℃に設定した。
【００２０】
表面の電気抵抗率を室温においてＡＳＴＭ方法Ｄ−２５７を用いて測定し、表１に記録する（ＣＢはカーボンブラックである）。測定を成形バーの縦（流れ）方向および横（流れに垂直）方向の両方において実施した。
【００２１】
【表１】
2005533909.tif 000002
【国際調査報告】
2005533909.tif 000003
2005533909.tif 000004