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技術 柔軟性を有する導電性樹脂チューブとその製造方法

出願人 ニッタ株式会社
発明者 西川俊男伊藤晴彦
出願日 2007年7月23日 (12年11ヶ月経過) 出願番号 2007-190513
公開日 2009年2月5日 (11年4ヶ月経過) 公開番号 2009-024120
状態 拒絶査定
技術分野 ナノ構造物 高分子物質の処理方法 高分子組成物
主要キーワード 定速回転数 最大指示値 黄銅電極 同期モーター 合成樹脂製チューブ 導電性試験 測定抵抗値 導電性樹脂チューブ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年2月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

樹脂本来の柔軟性を維持し、チューブ表面からカーボン粉析出しない導電性樹脂チューブとその製造方法を提供する。

解決手段

カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の0.9〜4.0wt%がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブ。その製造方法は、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなる。

概要

背景

従来、工場設備その他で各種配管用合成樹脂製のチューブが使用されている。

合成樹脂製チューブは一般的に電気絶縁性であって(表面抵抗率1012〜1017Ω/sq)この合成樹脂製チューブが内部流体との摩擦によって帯電すると、周囲の精密機器の作動に悪影響を与え、さらに埃をチューブ表面吸着してクリーン性を低下するという問題があった。

前記合成樹脂製チューブが帯電しないように導電性を持たせる手段として、合成樹脂中カーボンブラック(例えば、特許文献1の背景技術参照)などを混合して成形した導電性樹脂チューブが開示されている。

しかしながら、合成樹脂にカーボンブラックを混合して成形することによって得られた導電性樹脂チューブは、不均一にカーボンブラックが樹脂中に分散してしまうという問題と、多量のカーボンブラックをチューブに含有させる必要があるという問題があった。

前記の方法で得られた導電性樹脂チューブは、時間経過と共に樹脂本来の柔軟特性を失い、さらにチューブ表面からカーボン粉析出発塵を生じる恐れがあり、クリーンルーム内等の環境下で使用された場合、そのクリーン性能を低下させるものであった。
特開2006−322576

概要

樹脂本来の柔軟性を維持し、チューブ表面からカーボン粉が析出しない導電性樹脂チューブとその製造方法を提供する。カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の0.9〜4.0wt%がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブ。その製造方法は、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなる。

目的

そこで、この発明は、樹脂本来の柔軟性を維持し、チューブ表面からカーボン粉が析出しない導電性樹脂チューブとその製造方法を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の0.9〜4.0wt%がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブ

請求項2

請求項1記載の柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法であって、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなることを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法。

請求項3

ポリアミドとカーボンナノチューブとを、ポリアミド:カーボンナノチューブ=80:20の重量配合比で混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチとポリエステルエラストマーとを、ポリエステルエラストマー:マスターバッチ=100:5〜20の重量配合比で混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなることを特徴とする請求項2記載の柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法。

技術分野

0001

この発明は、柔軟性を有する導電性樹脂チューブとその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、工場設備その他で各種配管用合成樹脂製のチューブが使用されている。

0003

合成樹脂製チューブは一般的に電気絶縁性であって(表面抵抗率1012〜1017Ω/sq)この合成樹脂製チューブが内部流体との摩擦によって帯電すると、周囲の精密機器の作動に悪影響を与え、さらに埃をチューブ表面吸着してクリーン性を低下するという問題があった。

0004

前記合成樹脂製チューブが帯電しないように導電性を持たせる手段として、合成樹脂中カーボンブラック(例えば、特許文献1の背景技術参照)などを混合して成形した導電性樹脂チューブが開示されている。

0005

しかしながら、合成樹脂にカーボンブラックを混合して成形することによって得られた導電性樹脂チューブは、不均一にカーボンブラックが樹脂中に分散してしまうという問題と、多量のカーボンブラックをチューブに含有させる必要があるという問題があった。

0006

前記の方法で得られた導電性樹脂チューブは、時間経過と共に樹脂本来の柔軟特性を失い、さらにチューブ表面からカーボン粉析出発塵を生じる恐れがあり、クリーンルーム内等の環境下で使用された場合、そのクリーン性能を低下させるものであった。
特開2006−322576

発明が解決しようとする課題

0007

そこで、この発明は、樹脂本来の柔軟性を維持し、チューブ表面からカーボン粉が析出しない導電性樹脂チューブとその製造方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

0008

(請求項1記載の発明)
この柔軟性を有する導電性樹脂チューブは、カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の0.9〜4.0wt%がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする。

0009

導電性樹脂内の導電性物質をカーボンナノチューブとし、最小限の添加量にて樹脂内で均一に分散させることによって、樹脂チューブの導電性と柔軟性が両立する。

0010

(請求項2記載の発明)
この柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法は、請求項1記載の柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法であって、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなることを特徴とする。

0011

カーボンナノチューブを粉末状態で混練せず、マスターバッチとして添加、混練することによって、カーボンナノチューブを樹脂内に均一に分散させることができる。

0012

(請求項3記載の発明)
この柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法は、請求項2記載の発明に関し、ポリアミドとカーボンナノチューブとを、ポリアミド:カーボンナノチューブ=80:20の重量配合比で混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチとポリエステルエラストマーとを、ポリエステルエラストマー:マスターバッチ=100:5〜20の重量配合比で混合・混練して押出成形する第二工程からなることを特徴とする。

0013

母材樹脂にポリエステルエラストマーを用いると、カーボンナノチューブの含有量を少なくして導電性を発揮させることができる。

発明の効果

0014

この柔軟性を有する導電性樹脂チューブは、柔軟性と導電性とを有し、チューブの表面からカーボン粉を析出・発塵しないものであるから、クリーンルーム内等における移動回数が多い機器などの厳しい条件を求められる使用環境下であっても、チューブ本来の柔軟性を維持し、且つクリーン性能を低下させることがない。

発明を実施するための最良の形態

0015

本発明を実施するための最良の形態例について、実施例として示す各図を参照して詳細に説明する

0016

図1本願発明の柔軟性を有する導電性樹脂チューブである、図2は柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造フローチャートである。

0017

この柔軟性を有する導電性樹脂チューブ1(以下、チューブ1)は、導電性樹脂で形成されている。この導電性樹脂は、樹脂内にカーボンナノチューブ10が均一に分散されている。

0018

カーボンナノチューブ10の配合量は、導電性樹脂総重量の0.9〜4.0wt%とするのが好ましい。

0019

そして、この発明の柔軟性を有するチューブ1は、図2に示す通り、以下のような工程で製造される。
(第一工程:マスターバッチの作成)
カーボンナノチューブ10をマスターバッチ用ベース樹脂と混練り(混合・混練)し、マスターバッチを作成する。この発明におけるマスターバッチとは、大量にカーボンナノチューブを含有する樹脂のことである。

0020

マスターバッチ用ベース樹脂として、ポリスチレン、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリカーボネート等を使用することができる。

0021

ポリアミド12をマスターバッチ用ベース樹脂とし、前記ポリアミド12にカーボンナノチューブを20wt%含有させたマスターバッチが好ましい。
(第二工程:母材樹脂とマスターバッチの混合、押出成形)
チューブ1は、前述のマスターバッチを母材樹脂へ添加して混合機にて混合し、この混合物(以下、導電性樹脂)をスクリュータイプ押出機投入して溶融、混練し、金型のダイ・ノズルから吐出されて押出チューブ成形されたものである。

0022

前述の混合機と押出機は一体として使用するのが好ましい。

0023

母材樹脂には、ポリアミド樹脂ポリオレフィン樹脂ポリエステル樹脂、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマーポリウレタンエラストマー等を用いることができるが、ポリエステルエラストマーを用いるのが特に好ましい。さらに前記樹脂及びエラストマーの二種以上を混合して用いても良い。
(チューブ1の構造について)
上述の方法により押出チューブ成形されて作成されたチューブは、チューブ1となり以下のような構造である。

0024

このチューブ1は導電性樹脂により形成されており、この導電性樹脂はマスターバッチが母材樹脂に混合・混練されたことによって、カーボンナノチューブ10が均一に分散している。

0025

すなわち、図1に示すように、カーボンナノチューブ10はチューブ1中で均一に分散している。

0026

カーボンナノチューブ10は、円筒状に形成されたものであって、円筒は側壁11と空洞部12からなるものである。側壁11は炭素2によって形成されている。

0027

このような構造を有するチューブ1は、従来の導電性樹脂チューブ(カーボンブラックを母材樹脂中に分散させたもの)が含有する炭素の約1/5の量であっても、同等の導電性を発揮することが分かった。

0028

そして、チューブ1は従来の導電性樹脂チューブと比較して炭素2の含有量が少ない(0.9〜4.0wt%である)ことから、母材樹脂本来が持つ優れた柔軟特性を有するものとなる。

0029

したがって、チューブ1は、希望する導電性を有しつつ優れた柔軟性を保持するものである。

0030

さらに、チューブ1は、表面や断面から炭素粉が析出、発塵するという問題はない。
(実施例1記載の発明の試験
以下、この発明の実施例1記載のチューブ1の試験およびその結果について説明する。
(重量配合比について)
実施例1の導電性樹脂は、母材樹脂とマスターバッチとを溶融・混練したものである。この試験では、「(母材樹脂):(マスターバッチ)」の重量配合比を、部数比で「X:Y」と設定した。

0031

そして、「X:Y=100:5(配合比1)」「X:Y=100:10(配合比2)」「X:Y=100:20(配合比3)」「X:Y=100:30(配合比4)」という4種類の重量配合比のものを準備した。
(母材樹脂について)
母材樹脂(配合部数X)には、ポリウレタンエラストマー、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステルエラストマーを用いた。ポリウレタンエラストマーとして、日本ミラクトラン株式会社製のエーテルタイプ熱可塑性ポリウレタン(ミラクトラン)E395を使用した。ポリアミドエラストマーとして、宇部興産株式会社製のナイロン12(UBESTA)3030Uを使用した。ポリオレフィン樹脂として、日本ユニカー株式会社製のLLDPE GS−650を使用した。また、ポリエステルエラストマーとして、東レ・デュポン株式会社製のポリエステルエラストマー(ハイトレル)5077を使用した。
(マスターバッチについて)
マスターバッチ(配合部数Y)には、カーボンナノチューブを20wt%含有したポリアミド12として、Hyperion Catalysis International社製のRMB4220−00を使用した。

0032

カーボンナノチューブは、シングルウォールのものを用いるのが好ましいが、試験では工業的に使用しやすいマルチウォールのカーボンナノチューブを使用した。

0033

それぞれの母材樹脂と前述のマスターバッチを混合し、その後、株式会社東洋精機製作所製のラボプラストミルを使用し、二本のローラー同期モーターにて定速回転(表1参照)させ、ローラー間及びローラーとミキサー内壁との間で混練した。混練したものは加圧しながら熱プレスを行い、厚さ1.5〜1.6mmのシート状に仕上げた。

0034

上記の方法によって、各種配合比の試料を得た。

0035

そして、各重量配合比の試料に対して、以下の導電性試験(シート3での表面抵抗率の測定)と柔軟性試験とを行った。
(1.導電性試験)
図3は、導電性試験の説明図である。

0036

図3に示すように、作成したシート3をPTFE板30上に載せ、シート3の両端に黄銅電極4、5を接触させ、その上からPTFE板31を被せた。黄銅電極4と黄銅電極5はクリップ40、クリップ50によってそれぞれ電源端子と接続されており、黄銅電極4から黄銅電極5に通電させた時の測定値を下記(式1)によって表面抵抗率に換算した。

0037

シート3は120mm×50mmとし、黄銅電極4、5を10mmずつシート3の両端部に接触させ、黄銅電極4と黄銅電極5の間隔(電極間シート長さ)は100mmとした。すなわち、この実験で用いた黄銅電極4と黄銅電極5は10mm(電極の幅)×50mm(電極の長さ)である。

0038

(式1)
「表面抵抗率(Ω/sq)=測定抵抗値(Ω)×(電極の長さ)/(電極間のシート長さ)」
測定器アドバンテスト株式会社の「デジタル抵抗計R8340」を用い、印加電圧500V、印加時間1分で測定した。
シート状の各々の試料について表面抵抗率を測定したところ、表1の結果が得られた。

0039

0040

表1から分かるように、ポリエステルエラストマーを母材樹脂とすると、少ないマスターバッチの添加量(カーボナノチューブNTの含まれる量)であったとしても、表面抵抗率を大幅に下げることができる。

0041

また、ポリエステルエラストマーを母材樹脂として、配合比1(添加量5)でマスターバッチと混合した場合であっても、ラボプラストミルの定速回転数を100rpmと高速化すると、1.6×109(Ω/sq)という値が得られた。すなわち、ポリエステルエラストマーは配合比1の少ないカーボンナノチューブ(0.95wt%)であったとしても、ラボプラストミルの定速回転数を100rpmと高速化することによって表面抵抗率を下げる傾向のあることが分かった。これは、回転数を上げることで添加したカーボナノチューブの分散性が向上したためと考えられる。

0042

(2.柔軟性試験)
次に、母材樹脂は前述1.の導電性試験と同じものを用いて柔軟性試験を行った。

0043

導電性試験の配合比で混合された導電性樹脂の試料を、一辺が40mmの正方形となるように切り取り、温度23℃、湿度50%の恒温恒湿の室内で24時間静置した後、水平な硬い滑らかな台の上に厚さ6mm以上に重ねて置いた。次にデュロメーターの加圧基準面を試料表面に並行に保ちながら、速やかに試料表面に押し付け、加圧基準面と試料をよく密着させた後、1秒以内に指示計最大指示値を読み取った。

0044

デュロメーター測定は、高分子計器株式会社製のCL−150の装置を用い、母材樹脂がポリウレタンの試料について、デュロメータタイプはAタイプとし、試験荷重は1kgとした。同様に母材樹脂がポリウレタン以外の試料について、デュロメータタイプはDタイプとし、試験加重は5kgとした。

0045

測定結果は、表2に示す通りである。

0046

0047

どの配合試料とも表面硬度の変化はほとんどなく柔軟性は初期値を維持していることが分かる。
(3.総合判定
上述の、導電性試験および柔軟性試験の結果をまとめると以下の表3のようになる。

0048

0049

表3からわかるように、母材樹脂には、母材樹脂のみの時と同等の硬度(柔軟)を保ちつつ、少量(0.95〜3.5wt%)のカーボナノチューブの添加により導電性を向上させることができるポリエステルエラストマーを用いるのが好ましい。

0050

ポリウレタンを母材樹脂として用いる場合は、カーボンナノチューブを4wt%程度含有させるのが好ましい。

0051

母材樹脂にポリエステルエラストマーを用いたチューブは、大きな導電性を得られ、高価なカーボンナノチューブの使用量を少量とすることができると共に、チューブ表面からの発塵もなく柔軟性を損なわないものとなる。

図面の簡単な説明

0052

柔軟性を有する導電性樹脂チューブの内部拡大図である。
柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造フローチャートである。
導電性試験の説明図である。

符号の説明

0053

1 柔軟性を有する導電性樹脂チューブ
10カーボンナノチューブ
11側壁
12 空洞部
2炭素
3シート
4黄銅電極
40クリップ
5 黄銅電極
50 クリップ

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