(57)【要約】導電性成形品の形成に使用する熱安定性導電性ポリマー混合物は、ポリマー混合物の導電性に寄与する少なくとも２種類の添加剤を含む。少なくとも１種類の添加剤は表面導電性のために成形品の表面又はその付近に集中し、少なくとも１種類の他の添加剤は静電放電を促進するコア導電性を高めるために成形品のコア又はその付近に集中する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電品の金型成形に使用するための組成物であって、
ａ）微粉砕ポリマー材料と；
ｂ）金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれる第一の導電性添加剤と；そして
ｃ）炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれる第二の導電性添加剤と
を含む組成物。
【請求項２】
前記ポリマー材料が、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスルホン類、フルオロポリマー類、及びそれらの混合物からなる群から選ばれる熱可塑性樹脂である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記第一の導電性添加剤がステンレススチール繊維を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記第二の導電性添加剤が炭素粒子を含む、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記ポリマー材料が、アセタール及びナイロン類からなる群から選ばれる、請求項２に記載の組成物。
【請求項６】
導電性成形品の製造法であって、
ａ）流動性混合物を、中空金型内に形成されている金型キャビティ内へ射出する工程；前記金型キャビティは外周部を有し；
前記流動性混合物は、
ポリマー材料と；
金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれる第一の導電性添加剤と；そして
炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれる第二の導電性添加剤と
を含み、
そうすることによって、前記第一の導電性添加剤は、前記金型キャビティの外周部から移動して離れ、且つ前記第二の導電性添加剤は、該金型キャビティの外周部の方へ移動する；
ｂ）中空金型内のポリマーを硬化して成形品を形成する工程；および
ｃ）前記成形品を金型から取り出す工程；
を含む方法。
【請求項７】
前記ポリマー材料が、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスルホン類、フルオロポリマー類、及びそれらの混合物からなる群から選ばれる熱可塑性樹脂である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリマー材料が、アセタール及びナイロン類からなる群から選ばれる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の導電性添加剤がステンレススチール繊維を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二の導電性添加剤が炭素粒子を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項６に記載のプロセスの産物である成形品。
【請求項１２】
請求項６に記載のプロセスの産物である成形された燃料フィルタハウジング。
【請求項１３】
請求項１に記載の組成物から形成された成形品であって、前記第一の添加剤が該成形品のコア付近に最も分布し、前記第二の添加剤が該成形品の表面付近に最も分布している成形品。
【請求項１４】
コア部分と表面部分とを有する成形品であって、
ａ）ポリマーバインダ；
ｂ）バインダに分散した第一の導電性添加剤であって、金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれ、さらに該成形品のコア部分の方に集中している前記第一の添加剤；及び
ｃ）バインダに分散した第二の導電性添加剤であって、炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれ、さらに該成形品のコア部分の方に集中している前記第二の添加剤；
を含む成形品。
【請求項１５】
前記ポリマーバインダが、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスルホン類、フルオロポリマー類、及びそれらの混合物からなる群から選ばれる熱可塑性樹脂である、請求項１４に記載の成形品。
【請求項１６】
前記ポリマー材料が、アセタール及びナイロン類からなる群から選ばれる、請求項１５に記載の成形品。
【請求項１７】
前記第一の添加剤がステンレススチール繊維を含み、前記第二の添加剤が炭素粒子を含む、請求項１６に記載の成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ポリマー組成物、その使用法、及びそれから製造される導電品に関する。更に詳しくは、本発明は、少なくとも２種類の導電性添加剤を含有し、ポリマーの物理的性質に著しく影響を及ぼさずに表面導電性と内部導電性の両方を提供するポリマー混合物に関する。本発明はさらに、該ポリマー混合物を使用する成形品の形成法、及びそれから形成される導電性成形品にも関する。
【背景技術】
【０００２】
選ばれた（優良な）導電性ポリマーは知られており、工業分野、特に電子部品パーツの製造に使用されている。導電性ポリマー組成物のいくつかの例は、米国特許第５，２５６，３３５号；５，２８１，３６３号；５，３７８，４０３号；５，６６２，８３３号；５，９５８，３０３号；６，０３０，５５０号；及び６，１４９，８４０号に示されている。
【０００３】
Ｓｈａｃｋｌｅｔｔｅらによる米国特許第５，２８１，３６３号は、導電性ポリアニリン組成物でできた粒径０．０５μｍ〜１００μｍであり得る、ばら（離散）粒子に関する。Ｓｈａｃｋｌｅｔｔｅらによる‘３６３号特許の粒子では、第一のドーパントは粒子の表面又はその付近で優位を占め、第二のドーパントは粒子のコア又はその付近で優位を占めている。Ｓｈａｃｋｌｅｔｔｅらの開示は、成形品にも、成形品中の導電性添加剤の集中にも特に向けられていない。Ｓｈａｃｋｌｅｔｔｅらの特許は粒子内の表面及びコア導電性を提供しているが、この発明は表面添加剤として塩及び／又は酸を利用しているため、可能な最適導電率より低い導電率しか提供できず、熱安定性も限られうる。
【０００４】
Ｌａａｓｋｏらによる米国特許第５，６６２，８３３号は、導電性の熱硬化性組成物を開示している。該特許において、熱硬化性マトリックスは少なくとも１個の水酸基を含有するプロトン酸でプロトン化したポリアニリンを含有する。Ｌａａｓｋｏの「背景」の項目中、導電性プラスチックは一般的に充填剤入り導電性プラスチック又は固有導電性プラスチックのいずれかに分類されている。この引例は、充填剤入り導電性プラスチックの添加剤として使用可能ないくつかの導電性粒子をリストアップしているが、これらの添加剤の組合せを使用して成形品の表面導電性とコア導電性の両方を提供することに関しては教示も示唆もしていない。
【０００５】
ポリマー組成物は導電媒体を提供するが、効率的な表面導電性と静電放電（ＥＳＤ）能の両方を有する成形品の製造には困難が伴う。表面導電性とＥＳＤを効率よく利用するには、ポリマー組成物に導電剤が添加剤として必要である。表面導電性とＥＳＤの二つの機能を果たす添加剤の選択は難しい。なぜならば、効率的な表面導電性のためには添加剤はポリマーの表面上又はその付近に集中する必要があり、効率的なＥＳＤのためには添加剤はポリマーのコア付近に集中する必要があるからである。
【０００６】
効率的なＥＳＤを提供するためにポリマー組成物に十分な量の単一の導電剤を加えることは、それが効率的な表面導電性を提供することにもなるのだが、ポリマーの物理的性質を損ねることが多い。ポリマーの物理的性質を保持しながら効率的な表面導電性とＥＳＤの両方を得ようとする問題は、未解決のままである。
【０００７】
その結果、導電性ポリマー組成物の分野では表面導電性とＥＳＤ性能の両方を提供する材料又は混合物に対するニーズが依然として存在する。特に、ポリマー組成物の物理的性質を著しく損なうことなく表面領域で電流を伝導し、静電放電を行うように働く材料が求められている。
【０００８】
導電性ポリマー材料の可能性ある用途の一例はプラスチック製の燃料フィルタハウジングにある。現在の燃料フィルタは、今日多くの場合プラスチックハウジングを用いて形成されている。残念なことに、燃料フィルタがそのプラスチックハウジング内に静電気を蓄積しうる一定のリスクがある。
【０００９】
燃料を貯蔵しているプラスチック製の燃料フィルタハウジングが突然の静電放電による火花に暴露された場合、その火花で燃料フィルタの中、上又は付近の燃料に火がついたら結果は危険極まりないであろう。従って、ハウジングが導電性で、その内部における静電気の蓄積と、結果としての突然の静電放電とを回避するために接地できる燃料フィルタ用プラスチックハウジングを形成するのが望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明の要旨】
【００１０】
本発明は、公知の導電性ポリマー組成物の前述の制約及び欠点を克服し、ポリマー組成物の物理的性質を維持しながら表面領域の導電性と静電放電の両方を提供する二重機能の導電性ポリマーに対する当該技術分野のニーズを一般的に満たすために開発された。
【００１１】
本発明によるポリマー混合物は、本来導電性を備えているポリマーの使用によってというよりは、導電性添加剤の包含によって主に電気を伝導する。本発明の実施において、２種類の異なる添加剤を使用する。第一の添加剤は表面導電性を提供し、第二の添加剤はコア導電性を提供する。
【００１２】
本発明による導電性ポリマー組成物は、
ａ）ポリマー材料と；
ｂ）金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれる第一の導電性添加剤と；そして
ｃ）炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれる第二の導電性添加剤と
を含む。
【００１３】
そのような導電性ポリマー組成物は、該ポリマー組成物の物理的性質を損なうことなく表面導電性と静電放電能の両方を提供するため有益である。
好ましくは、ポリマー材料は、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスルホン類、フルオロポリマー類、及びそれらの混合物からなる群から選ばれる熱可塑性樹脂である。特に好適なポリマー材料はアセタール及びナイロン１２である。
【００１４】
好適な添加剤は炭素粒子及びステンレススチール繊維であり、最も好ましくは、混合物は炭素粉末とステンレススチール繊維の両方を共に含有する。
本発明は導電性成形品の製造法にも関する。該方法は、
ａ）ポリマー混合物を中空金型内に形成された外周部を有する金型キャビティに射出する工程；
前記ポリマー混合物は、
ポリマー材料と；
金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれる第一の導電性添加剤と；そして
炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれる第二の導電性添加剤と
を含み、
そうすることによって、前記第一の導電性添加剤が金型キャビティの外周部から移動して離れ、前記第二の導電性添加剤が金型キャビティの外周部の方に移動し；
ｂ）中空金型内のポリマーを硬化して成形品を形成する工程；及び
ｃ）前記成形品を金型から取り出す工程；
を含む。
【００１５】
本発明は、前述のプロセスの産物である導電性成形品にも関する。特に、本発明による有用な成形品の一例は燃料フィルタハウジングである。
従って、本発明の目的は、成形品の表面領域内での電流の伝導が可能で、ポリマー組成物の構造的完全性を維持しつつ、着実に静電放電を行う導電性成形品の形成に適した混合物を提供することである。
【００１６】
以下の詳細な説明の項目を添付の図面と合わせて読むことにより、本発明をさらに完全に理解することができる。以下の詳細な説明及び図面中、同じ番号は同じ部品を表す。
【好適な態様の詳細な説明】
【００１７】
本発明は、その第一の態様において、ポリマーと少なくとも２種類の異なる導電性添加剤との混合物である組成物を提供する。本発明による混合物は、一般的に、
ａ）微粉砕ポリマー材料と；
ｂ）金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれる第一の導電性添加剤と；そして
ｃ）炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれる第二の導電性添加剤と
を含む。
【００１８】
好ましくは微粉砕ポリマー材料は熱可塑性樹脂である。本発明の実施に使用できる適切な熱可塑性材料は、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスルホン類、フルオロポリマー類、及びそれらの混合物などである。
【００１９】
一つの特に好適な熱可塑性樹脂は、ポリオキシメチレンとも呼ばれるポリアセタール樹脂ポリマーで、これはホルムアルデヒドを含有する出発物質の重合生成物である。この材料は、“アセタール”又は“ＰＯＭ”の略名で呼ばれることが多い。本発明の実施に使用できる一つの適切な種類のアセタール樹脂ポリマーは、“ＤＥＬＲＩＮ”の商品名でＤｕＰｏｎｔ社より市販されているものである。別の適切な熱可塑性樹脂はナイロン１２である。
最も好ましくは、本発明による混合物は炭素粒子とステンレススチール繊維の両方を含む。
【００２０】
本発明は導電性成形品の製造法にも関する。該方法は、
ａ）ポリマー混合物を中空金型内に形成されている外周部を有する金型キャビティに射出する工程；
前記ポリマー混合物は、
ポリマー材料と；
金属繊維及び金属粒子からなる群から選ばれる第一の導電性添加剤と；そして
炭素繊維及び炭素粒子からなる群から選ばれる第二の導電性添加剤と
を含むことによって、前記第一の導電性添加剤は金型キャビティの外周部から移動して離れ、前記第二の導電性添加剤は金型キャビティの外周部の方に移動する；
ｂ）中空金型内のポリマーを硬化して成形品を形成する工程；および
ｃ）前記成形品を金型から取り出す工程；
を含む。
【００２１】
前述の方法には、添加剤を微粉砕ポリマーに混合する工程、熱可塑性樹脂が使用される場合、ポリマーを溶融して流動性混合物（これを次に金型に射出する）を形成する工程といった準備工程も含まれうる。
【００２２】
図１を参照すると、本発明による一つの特に好適な方法における一連の工程が図式的に示されている。
添加剤を乾燥微粉砕ポリマーに混合する最初の工程が２０に示されている。前述のように、最も好適な添加剤は炭素粒子とステンレススチール繊維である。
【００２３】
図１の２２に示されている次の工程は、熱可塑性ポリマーを溶融して流動性混合物を形成する工程である。
次に、射出工程２４において、流動性混合物を従来の射出成形装置を用いて金型キャビティに射出する。射出工程２４の間及びその直後、加熱された混合物は、炭素粒子が金型の外周部の方に移動し、スチール繊維がコア又はコア付近に残るという自然の傾向を示す。
【００２４】
射出工程の後、冷却工程２６で金型が冷却されると、ポリマーが硬化して成形品が形成される（図２）。図２に示した例では、成形品は燃料フィルタ用ハウジング１２の一部である。
【００２５】
次に、完成した成形品を取出し工程２８で金型から取り出す。
本発明は、前述のプロセスの産物である導電性成形品にも関する。特に、本発明による有用な成形品１０の一例は燃料フィルタハウジングである。
【００２６】
次に図３を参照する。成形品１０の側壁１４の一部が示されている。図３の断面図で、炭素粒子１６は成形品１０の表面１５又はその付近に集中する傾向にあることがはっきりとわかる。これにより成形品に良好な表面導電性が付与される。対照的に、ステンレススチール繊維１８は成形品１０の中心もしくはコア１７又はその付近に残る傾向にある。これにより好都合なことに、静電放電（ＥＳＤ）を促進する内部導電性も提供される。
【００２７】
本発明をその好適な態様に関して記述してきたが、前述の記述は説明を目的としたもので、制約的なものではない。当業者であれば、好適な態様の多くの変形が可能で、しかも実施しうることはわかるはずである。そうしたすべての変形もクレームの範囲に含まれ、本発明の範囲及び精神に含まれるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の方法による成形品の形成における工程の流れを示す略ダイヤグラムである。
【図２】燃料フィルタを示す断面図である。
【図３】図２の燃料フィルタハウジングの側壁の一部を線３−３に添って部分的に切り取って示した簡易断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  成形品、１２  燃料フィルタハウジング、１４  側壁、１５  表面、１６  炭素粒子、１７  コア、１８  ステンレススチール繊維、２０  混合工程、２２  溶融工程、２４  射出工程、２６  冷却工程、２８  取出し工程。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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