(57)【要約】      （修正有）【課題】導電性を有する、或は電磁放射又は電磁波を遮蔽するのに適した、特性の向上したプラスチック複合材料を提供する。【解決手段】ナノファイバ材料を集積した及び／又は黒鉛系粒子を集積した重合体マトリックスから成るプラスチック複合材料であって、該マトリックスには、シリケート系粒子の形態、又はガラス粒子の形態で、少なくとも１種の無機充填剤を含有する。無機充填剤は少なくとも部分的にシリケート系粒子及び／又はガラス粒子から構成する。【選択図】図３
2009084561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバ材料を集積した及び／又は黒鉛系粒子を集積した重合体マトリックスから成るプラスチック複合材料であって、該マトリックスには、更にシリケート系粒子の形態、又はガラス粒子の形態で、少なくとも１種の無機充填剤を含有すること、を特徴とする材料。
【請求項２】
前記無機充填剤を、少なくとも部分的にシリケート系粒子及び／又はガラス粒子から構成すること、を特徴とする請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記無機充填剤を、完全にシリケート系粒子及び／又はガラス粒子から構成すること、を特徴とする請求項１に記載の材料。
【請求項４】
前記ナノファイバ材料を、カーボンナノファイバ材料とすること、を特徴とする請求項１乃至３の１項に記載の材料。
【請求項５】
前記ナノファイバ材料を、少なくともナノチューブを主成分として構成すること、を特徴とする請求項１乃至４の１項に記載の材料。
【請求項６】
前記ナノファイバ材料を、少なくともナノファイバを主成分として構成すること、を特徴とする請求項１乃至５の１項に記載の材料。
【請求項７】
前記シリケート系及び／又はガラス粒子を、好適には特定密度が２．５〜２．６ｇ／ｃｍ３の、中実粒子又は基本的に中実粒子とすること、を特徴とする請求項１乃至６の１項に記載の材料。
【請求項８】
前記シリケート系及び／又はガラス粒子を、好適には特定密度が２．５ｇ／ｃｍ３より大幅に低い、多孔質又は中空粒子とすること、を特徴とする請求項１乃至７の１項に記載の材料。
【請求項９】
前記シリケート系及び／又はガラス粒子を、バブル形状粒子又は球形粒子とすること、を特徴とする請求項１乃至８の１項に記載の材料。
【請求項１０】
前記シリケート系又はガラス粒子を、導電材料及び／又は熱伝導材料、例えば金属材料、例えば銀で、被覆すること、を特徴とする請求項１乃至９の１項に記載の材料。
【請求項１１】
前記ナノファイバ材料の濃度を、該材料の全容量に対して１．０〜６０．０容量パーセントとすること、を特徴とする請求項１乃至１０の１項に記載の材料。
【請求項１２】
前記ナノファイバ材料の濃度を、例えば、該材料の全容量に対して２５容量パーセントとすること、を特徴とする請求項１１に記載の材料。
【請求項１３】
前記シリケート系及び／又はガラス粒子を、マイクロスケール及び／又はナノスケールサイズのものとする、即ち、前記シリケート系又はガラス粒子の外径を、マイクロメータレベル又はナノメータレベルの範囲内とすること、を特徴とする請求項１乃至１２の１項に記載の材料。
【請求項１４】
少なくとも大部分の前記シリケート系及び／又はガラス粒子のサイズを、１０〜４０μｍとすること、を特徴とする請求項１３に記載の材料。
【請求項１５】
前記シリケート系及び／又はガラス粒子の濃度を、約１〜３０容量パーセントとすること、を特徴とする請求項１乃至１４の１項に記載の材料。
【請求項１６】
前記重合体マトリックスには更なる添加剤、例えば、スタビライザ、潤滑油、帯電防止添加剤及び／又は衝突強度を向上させた添加剤を含むこと、を特徴とする請求項１乃至１５の１項に記載の材料。
【請求項１７】
前記重合体マトリックスを、少なくとも１種類の重合体又は共重合体、例えば熱可塑性重合体又は共重合体から構成すること、を特徴とする請求項１乃至１６の１項に記載の材料。
【請求項１８】
前記重合体マトリックスを、少なくとも１種のデュロプラスチック（ｄｕｒｏｐｌａｓｔｉｃ）又は合成樹脂から構成すること、を特徴とする請求項１乃至１７の１項に記載の材料。
【請求項１９】
前記重合体マトリックスの前記シリケート系及び／又はガラス粒子の濃度を、前記材料から製造した製品又は成形部品の変形が、従来のプラスチック複合材料と比較して減少するように、例えば７０〜８０％変形を減少させるように、選択すること、を特徴とする請求項１乃至１８の１項に記載の材料。
【請求項２０】
導電率約１０５〜１０１２Ｏｈｍ-ｃｍの範囲を示すこと、を特徴とする請求項１乃至１９の１項に記載の材料。
【請求項２１】
導電率約１００〜１０５Ｏｈｍ-ｃｍの範囲を示すこと、を特徴とする請求項１乃至１９の１項に記載の材料。
【請求項２２】
熱伝導率約０．５〜２Ｗ／ｍＫ０の範囲を示すこと、を特徴とする請求項１乃至２１の１項に記載の材料。
【請求項２３】
熱伝導率約０．２〜０．５Ｗ／ｍＫ０の範囲を示すこと、を特徴とする請求項１乃至２１の１項に記載の材料。
【請求項２４】
導電率を１０５〜１０１２Ｏｈｍ-ｃｍの範囲とする、帯電防止材料又は電気消散性材料として用いること、を特徴とする請求項１乃至２３の１項に記載の材料。
【請求項２５】
導電率を１００〜１０５Ｏｈｍ-ｃｍの範囲とする、電磁放射を遮蔽する導電材料として用いること、を特徴とする請求項１乃至２３の１項に記載の材料。
【請求項２６】
変形を軽減させるプラスチック成形部品又は製品の製造に用いること、を特徴とする請求項１乃至２５の１項に記載の材料。
【請求項２７】
前記重合体マトリックスにおいて前記シリケート系及び／又はガラス粒子間に、前記材料の物理特性を大幅に規定する導電及び／又は熱伝導ネットワーク及び／又はネットワークを、ナノファイバ材料によって形成すること、を特徴とする請求項１乃至２６の１項に記載の材料。
【請求項２８】
ナノファイバ材料及びガラス粒子を、混合して重合体マトリックスに組込むこと、を特徴とする請求項１乃至２７の１項に記載のプラスチック複合材料を製造する方法。
【請求項２９】
前記混合を、絶えず脱気しながら、又は弱減圧下で行うこと、を特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノファイバ材料の混合、及び前記シリケート系粒子又はガラス粒子の混合を、好適には加熱した混合機で行うこと、を特徴とする請求項２８又は２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記混合を、連続して行う、又は少なくとも部分的に非連続して行うこと、を特徴とする請求項２８乃至３０の１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ナノファイバ材料の、及びシリケート系又はガラス粒子の、前記マトリックスを形成する少なくとも１種類の重合体又は共重合体への添加を、共通の加工ステップで行うこと、を特徴とする請求項２８乃至３１の１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノファイバ材料の、及びシリケート系又はガラス粒子の、前記マトリックスを形成する少なくとも１種類の重合体又は共重合体への添加を、押出機で行うこと、を特徴とする請求項２８乃至３２の１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルによるプラスチック複合材料に関し、請求項２８のプリアンブルによる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性を有する、或は電磁放射又は電磁波を遮蔽するのに適した様々なプラスチック複合体又はプラスチック複合材料が、当該技術分野で知られている。
【０００３】
特に、プラスチック複合材料（米国特許出願第２００５／００４９３５５  Ａ１）が知られており、該複合材料では、機械特性を向上するため、また難燃特性を向上するために、ナノ材料を、ナノチューブの形態、特に単層又は多層ナノチューブの形態で、高分子材料製マトリックス中に含有し、該ナノチューブの外径を基板１．２〜５００ｎｍとしている。
【特許文献１】米国特許出願第２００５／００４９３５５  Ａ１
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は、特性を向上させたプラスチック複合材を作製することである。
【０００５】
この目的を、請求項１によるプラスチック複合材料によって達成する。この材料を製造する方法を、請求項２８の主題とする。
【０００６】
本発明によるプラスチック複合材料を、基本的に、非導電性重合体マトリックス、有効濃度の黒鉛系粒子又はナノファイバ材料、例えばカーボンナノファイバ材料、及び比較的高密度の中実又は基本的に中実とできる、或は特定密度に減少させた多孔質又は中空とできる、無機シリケート材料製の粒子から構成する。本発明によるプラスチック複合材料のマトリックスには、ナノファイバ材料を、例えば強化繊維として、そのための最適密度で含有する。
【０００７】
本発明によるナノファイバ材料は、ナノチューブ又はナノファイバ、更にはナノチューブ及びナノファイバの混合物を意味する。本発明のナノファイバ材料を、好適にはカーボンナノファイバ材料とする。
【０００８】
無機シリケート粒子を、好適にはガラス製粒子とし、好適には、マイクロスケール又はナノスケールサイズ、即ちマイクロメータレベル及び／又はナノメータレベルのバブル形状粒子又は球形粒子とする。
【０００９】
適当なナノファイバを、例えば、エレクトロヴァック社（Ｅｌｅｃｔｒｏｖａｃ  ＡＧ）（Ａ-３４００、クロースターノイブルグ、オーストリア）が提供する、製品名ＨＴＦ１５０ＦＦ、ＥＮＦ１００ＡＡ、ＥＮＦ１００ＨＴとする。
【００１０】
本発明に使用可能なナノファイバに関する更なる詳細について、下記の表１で提供する。
〔表１〕
2009084561.tif 000003
【００１１】
従って、以下の値が適用される：
2009084561.tif 000004
【００１２】
黒鉛系材料又はナノファイバ材料を有する粒子とマイクロスケール又はナノスケールサイズの無機シリケート粒子の組合せは、驚くべき効果を呈する。
【００１３】
例えば、本発明によって、流動特性を向上させ、その結果複雑な、特に極めて微細な構造をも持つ加工物又は製品形状を作製するために、プラスチック複合材料が液体状態での、例えば熱可塑性マトリックスが溶融した状態での、粘性を減少させることが可能である。更に、本発明によるプラスチック複合材料の実施例により、複雑な加工物又は、この材料から製造する成形部品の収縮挙動を軽減するが、これもまた同様に、特に、黒鉛系粒子又はナノファイバ材料とマイクロスケール又はナノスケールサイズの無機シリケート粒子との組合せによるもので、該組合せにより、成形部品を製造する際の硬化及び冷却中に、該材料又はマトリックスに均一な熱交換を提供する。
【００１４】
この本発明によるプラスチック複合材料の実施例でもまた、複雑な製品、特に、幅よりかなり長さが長く、押出成形、射出成形、ブロー成形、熱成形又は発泡又は幾つかの他の方法によって製造する薄型製品又はそうした製品の部品に関しても、固有安定性及び不変性を大幅に向上させることが可能である。例えば、本発明によるプラスチック複合材料で、射出成形により製造した、長さ２５０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さが僅か１．５ｍｍの成形部品では、変形（ドイツ工業標準規格（ＤＩＮ）１７０１４によれば）が僅か１．６〜０．４ｍｍとなることが示されており、これは、一般的にエレクトロニクス産業で使用されるような従来のプラスチック複合材料を使用して、射出成形により製造した同じ寸法のかかる成形部品と比べて、７０〜８０％向上している。
【００１５】
本発明では、プラスチック複合材料や同材料から製造する製品の機械特性、特に、強度、靭性、耐衝突性及び耐衝撃性及び剛性を、これらに限定せず、向上可能である。本発明によるプラスチック複合材料はまた、ゼロハロゲンを含有するにもかかわらず、難燃性も向上するといった特徴を持つ。
【００１６】
本発明によるプラスチック複合材料はまた、優れた電気特性を有する。即ち、導電性である。適当な組成を選択することで、本発明によるプラスチック複合材料は、従って、例えば電子工学において、或は電子工学における特定の製品又は成形部品で使用して、特にまた静電放電及び／又は電界に対して構成部品やモジュールを保護する、静電気放電（ＥＳＤ）材料として、即ち、帯電防止材料又は電気消散性材料として（例えば、ドイツ工業標準規格ＥＮ６１３４０-５-１で規定するように）適する。当業者には既知のように、電気絶縁材において電位差が高くなるとその結果静電気放電が生じ、この放電中にスパーク、絶縁破壊、高電流パルスが発生し、それが原因で、重大な損傷を、特に電気又は電子モジュールや構成要素に対して、与える可能性がある。
【００１７】
本発明による材料を帯電防止材料又は電気消散性材料として具現化することで、本発明による材料から製造した成形部品又は製品におけるそうした静電気放電を防止可能になる。こうした用途のための本発明によるプラスチック複合材料の導電率を、特に、ナノファイバ材料及びシリケート系粒子及び／又はガラス粒子の濃度を対応させて選択することで、１０５〜１０１２Ｏｈｍ-ｃｍとする。
【００１８】
本発明によるプラスチック複合材料の構成要素の組成又は濃度を対応させて選択することで、この材料もまた、電磁摂動放射を遮蔽する、例えば、電気又は電子装置から発する電磁摂動放射を防ぐ又は減少させ、又はその逆に、装置、例えば電気又は電子装置を、環境からの電磁摂動放射に対して、遮蔽するのに適するものになる。電気又は電子装置から発する電磁摂動放射に関する許容閾値を、新ＥＭＣ共通基準ＥＮ６１０００-６で記述されるＥＭＣ指令の必要条件によって管理する。これらの必要条件を、適切に遮蔽設計した本発明によるプラスチック複合材料を使用して製造した製品で、容易に満足できる。こうした用途に対する本発明によるプラスチック複合材料の導電率を、特に、ナノファイバ材料及びシリケート系及び／又はガラス粒子の濃度を対応させて選択することで、１００〜１０５Ｏｈｍ-ｃｍとする。
【００１９】
本発明によるプラスチック複合材料はまた、従来のプラスチック材料と比べ熱伝導率が向上しているという特徴を持つ。特にナノファイバ材料及びシリケート系及び／又はガラス粒子の、適当な組成又は濃度を選択することで、０．５〜２Ｗ／ｍＫ０の範囲、或いは０．２〜０．５Ｗ／ｍＫ０の範囲の熱伝導率を達成できる。
【００２０】
本発明によるプラスチック複合材料の効果を、従って、以下の通り纏めることができる：
-射出成形した成形部品の収縮を最小限にできる
-射出成形した成形部品の変形を最小限にできる
-難燃性及び拡散特性を恒久的に改善する
-物理特性、特にプラスチック複合材料の電気特性及び／又は熱特性を、夫々の用途の必要条件に容易に適合させられる
-ナノファイバ材料の濃度を適切にすると、高熱伝導率及び導電率が得られる
-中実のシリケート系又はガラス粒子を使用して特定の高密度を得られる
-高強度
-該プラスチック複合材料から製造する製品の寸法安定性が高い
-特に射出成形する際に、良好な流動特性が得られる
-熱安定性及び抵抗を最適化できる
-該プラスチック複合材料には、ゼロハロゲンを含有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一般的な１実施例では、少なくとも１種類の重合体又は共重合体から構成するマトリックスには、導電率及び熱伝導率等を増大させるために、例えばカーボンナノファイバ材料の形態で、高濃度のナノファイバ材料及び／又は黒鉛系粒子を含有し、及び添加充填剤として、特定の高密度、例えば密度２．５〜２．６ｇ／ｃｍ３の、ガラス粒子を含有する。ナノファイバ材料、黒鉛系粒子及びガラス粒子を、重合体マトリックス内で混合して拡散させる。機械特性を向上することに加えて、このプラスチック複合材料にはまた、単に添加物“ナノファイバ材料／黒鉛系粒子／ガラス粒子”の組合せによって、液体状態での粘性が格段に向上した静電気防止特性を有する。
【００２２】
本発明の更なる一般的な実施例によれば、ナノファイバ材料に加えて、及び／又は黒鉛系粒子に加えて、例えばここでも同様に、カーボンナノファイバ材料の形態で加えて、重合体マトリックスにはまた、中空又は多孔質ガラス粒子の形態で、最適な濃度で、ガラス粒子を有する。こうしたガラス粒子が、従って特定の低密度、即ち密度２．５ｇ／ｃｍ３未満で、充填剤の機能を果たし、それにより、このプラスチック複合材料が、本発明のプラスチック複合材料の他の効果を維持しながら、可能な限りの低重量又は可能な限りの低密度が求められる用途に特に適するものとなる。
【００２３】
本発明によるプラスチック複合材料には、重合体マトリックスに更なる添加剤、例えばスタビライザ、潤滑油、ワックス、帯電防止添加剤、顔料、他の添加剤を含有して、物理特性を向上させる、例えば、衝撃硬さ又は抵抗を向上させる、該材料の相溶性を向上させる、該材料の加工適性を向上させること等ができる。
【００２４】
本発明によるプラスチック複合材料は、多様な方法、例えば、押出成形、射出成形、ブロー成形、熱成形（塑性変形）又は発泡によって、加工でき、他の加工方法も可能である。加工後、各製品には、少なくとも幾つかの上記の改善された物理特性及び機械特性を特徴として持つ。
【００２５】
形状安定性が向上したために、本発明によるプラスチック複合材料は、複雑な部品、特に極めて幅狭で薄い成形部品、即ち、少なくとも部分によっては幅や厚さより大幅に長さが長い製品又は成形部品を、製造するのに特に適する。かかる成形部品は、従って、押出成形、射出成形、ブロー成形、熱成形又は発泡、又はこれらの方法の組合せによっても、又は幾つかの他の方法でも、製造可能である。
【００２６】
本発明の典型的な実施例では、熱可塑性重合体又は共重合体を使用し、これを適当な機械（例えば複合機、混合機、押出機）で溶融し、その後、ナノファイバ材料、好適にはカーボンナノファイバ材料、及びガラス粒子と、及び他の任意の添加剤とを混合する。全混合工程を、好適には脱気しながら行い、即ち、混合工程を例えば弱減圧で行い、それにより、プラスチック複合材料及び該材料から製造した製品の恒久性及び疲労強度又は耐老化性に悪影響を齎しかねない、重合体マトリックスの劣化又は変質を防ぐ。
【００２７】
本発明の更なる実施例では、ナノファイバ材料及び／又は黒鉛系粒子及び／又はガラス粒子を、マトリックスを形成する少なくとも１種類の重合体又は共重合体と、押出機内で混合する。
【００２８】
本発明によるプラスチック複合材料の夫々の特別な構成及び／又はその製造及び／又は加工に関係なく、この材料には典型的にはナノファイバ材料を、プラスチック複合材料の全容量に対して１〜６０容量パーセントの濃度で、重合体マトリックスに含有する。
【００２９】
重合体マトリックス中に、又は重合体マトリックスの表面層にナノファイバが約２５容量パーセントであれば、溶融高分子材料の流動特性を向上させながら、優れた導電率を達成するのに十分な濃度である。
【００３０】
約１容量パーセントの低濃度のナノファイバ材料でも、本発明のプラスチック複合材料及び該材料から製造した製品に関して、帯電防止特性を達成できる。
【００３１】
プラスチック複合体又はプラスチック複合材料の例示的実施例を、更に説明するために、電子顕微鏡を用いて撮影した写真で、提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるプラスチック複合材料で使用するのに適するナノファイバ材料を、１０，０００倍に拡大して、これを示す。
【図２】プラスチック複合材料を、５００倍に拡大して、示す。
【図３】プラスチック複合材料を、２，０００倍に拡大して、導電及び／又は熱伝導ネットワークを明瞭に視認可能にして、これを示す。
【図４】プラスチック複合材料を、２，０００倍に拡大して、ガラス粒子付近で、これを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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