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技術 多層カーボンナノチューブ添加発泡体を包含する二色成形体並びにその製造方法

出願人 山形化成工業株式会社
発明者 後藤正平
出願日 2014年6月9日 (6年6ヶ月経過) 出願番号 2014-118561
公開日 2015年2月19日 (5年10ヶ月経過) 公開番号 2015-033845
状態 特許登録済
技術分野 多孔性物品の製造および廃物の回収・処理 電場又は磁場に対する装置又は部品の遮蔽 プラスチック等の特殊発泡成形、タイヤ成形
主要キーワード 残部領域 電磁波放射源 包囲部分 漸減領域 仕上げカット 任意部位 非金属発熱体 溶融体流
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

絶縁性を示すプラスチック素材に対し、導電性を付与すべき部位には多層カーボンナノチューブ(MW−CNT)を適量添加し、添加された部位のみを選択的に導電性に改変するMW−CNT添加発泡体を含む二色成形体、並びにその製造方法を提供する。

解決手段

発泡ビーズ粒径3ないし9mm程度のPS発泡粒とし、かかるPS発泡粒に対して、導電性を付与するために所望量のMW−CNTを配合したMW−CNT含有PS発泡粒を作成する。導電性を希望する領域に対してはこのMW−CNT含有PS発泡粒を原材料として成形し、高絶縁性を維持することが望ましい領域に対してはMW−CNT無添加のPS発泡粒のみにより成形する。その結果、MW−CNTを適宜比率で含有する導電性領域12と、MW−CNTを含まずPSのみによって成形される非導電性(絶縁性)領域10とが任意に混在する樹脂成形体の製造が可能となる。

概要

背景

カーボンナノチューブは、ナノスケールであって、パイプ状(管状)を呈し、六員環らせん状に配列された物体として知られている。かかるCNTには、単層カーボンナノチューブ;SW−CNT(Single−Wall Carbon Nano−Tube)と多層カーボンナノチューブ;MW−CNT(Multi−Wall Carbon Nano−Tube)とがある。本発明では、経済的にも有利である多層カーボンナノチューブ(MW−CNT)を利用する樹脂成形品並びにその製造方法樹脂成形品の製造方法を開示する。

各種電気電子機器類において外部からの不所望な電磁波により悪影響を被る事態を防止または低減するための電磁波遮蔽シールド)機能、電磁波吸収機能を発揮する技術や素材を求める強い要請がある。また、電子機器類が周囲に電磁波を拡散放射して電磁波障害を及ぼす事態も可能な限り防止することが望ましい。電磁波遮蔽の基本的手法として、金属製の筐体ケースキャビネット等によって対象部位の周囲を包囲し、さらに導電部分接地アース)を施す等の対策が広く採用されている。しかしながら、金属製の筐体、ケース、ないしキャビネット類は、加工性、重量、価格、容積の大小、表面処理等における諸問題が指摘されている。そのため、近年は機械的強度の向上、着色や成形容易性、加えて低廉な製造コスト等を案して、多くの分野においてプラスチック製品が金属代替の素材として多用される傾向にある。

一般に、プラスチック製品は各々の用途に応じて機械的強度、装飾性耐熱性耐薬品性耐溶剤性等の複合的な機能が要求されることも多く、単一の素材でこれらすべての要求に対応することは困難である。かかる要求に応じるために、表裏または内外等でそれぞれ異なる特徴を有するプラスチック素材を組み合わせる手法も広く採用されている。この場合、それぞれのプラスチック素材の特徴を補完し合うと同時に製造上の簡素化を図るため、「二色成形」ないし「インサート成形」と称される成形法が広く採用される。

このような二色成形やインサート成形は、金型内射出もしくは導入されるプラスチック原材料溶融体流路を時間的に切り替えることにより、複数段成形を行うものや、簡易射出成形サイクルを利用して性質の異なるプラスチックによる多層成形体として成形する手法等も採用されている。その結果、例えば内層には、所望の内容物質に対する耐性補強特性等の利点を有する素材を使用し、外層には外観上の配慮をはじめ、対薬品性、耐汚損性、耐熱性、機械的強度等において優れた機能を発揮する素材を採用することにより、内外面双方に相応しい特徴のある多層成形品を利用するケースも増加している。

特許文献1は、特許請求の範囲第1項の記載から明らかなように、電磁波遮蔽特性(あるいは導電特性)を備えた第1の樹脂からなる第1成形部と、電磁波透過特性(または絶縁特性)を備えた第2の樹脂による第2成形部とを組み合わせる二色成形法によって、電子機器用複合樹脂成形部品を製造する方法を開示している。ここで開示される樹脂成形部品は、通常の電子機器類のケースまたはキャビネット類やコネクタ等における筐体のような硬質成形体であって、発泡成形品を採用し得る旨の開示はない。この特許文献1では、電磁波遮蔽特性を備えた第1樹脂、例えばポリABS樹脂からなる第1成形部として電子機器類の外側に露出する外面1と、電子機器類の内側となる内面2と、この内面2側に形成された凹部3とを備えた成形品4を形成し、次いで、絶縁性を備えた第2樹脂、例えばPBT樹脂からなる第2成形部が凹部3内に充填され、電子機器の内側に露出している表面5を備えた成形品6を形成する旨、開示している。

さらに、成形品4(第1成形部)の外面1により電子機器類の外観特性が確保され、二色成形により形成された成形品6(第2成形部)により、電磁波遮蔽特性が得られること、を開示している。しかしながら、この文献1では「電磁波遮蔽特性を備えた樹脂」ならびに「電磁波吸収特性を備えた樹脂」が、どのような樹脂に如何なる処理を施したものか、の詳述はない。また、ポリカABS樹脂やPBT樹脂によって得られる成形体が「発熱体」としても機能することは有り得ない。

特許文献2は、面状発熱体の製造に際して、部品点数の削減と煩雑な抵抗体パターン製作工程を廃して、より安価に成形することが可能になる旨開示している。さらに、より均一な特性を発現し得る面状発熱体及びその製造方法を開示すると共に、その面状発熱体を冷凍冷蔵庫庫内仕切り板として用いることを開示している。かかる目的を達成するために、カーボンまたは金属粉末等のような導電性素材添加混合することによって導電性を発現させた熱可塑性樹脂を成形してなる平面状の発熱体1と、この発熱体1の両端の面上に設けられた両電極2と、これら両電極2に各々接続された通電用電源コード5と、粘着層4を有し、この粘着層4を介して電極2および発熱体1の全面を覆うように積層された電気絶縁性保護シート3と、を備えた面状発熱体の構成を開示している。しかし、本発明において目的とする、電磁波遮蔽体としての優れた機能を発揮しさらに通電により非金属発熱体としての効果を発揮する状態に改変し得る旨の開示はなされていない。

概要

絶縁性を示すプラスチック素材に対し、導電性を付与すべき部位には多層カーボンナノチューブ(MW−CNT)を適量添加し、添加された部位のみを選択的に導電性に改変するMW−CNT添加発泡体を含む二色成形体、並びにその製造方法を提供する。発泡ビーズ粒径3ないし9mm程度のPS発泡粒とし、かかるPS発泡粒に対して、導電性を付与するために所望量のMW−CNTを配合したMW−CNT含有PS発泡粒を作成する。導電性を希望する領域に対してはこのMW−CNT含有PS発泡粒を原材料として成形し、高絶縁性を維持することが望ましい領域に対してはMW−CNT無添加のPS発泡粒のみにより成形する。その結果、MW−CNTを適宜比率で含有する導電性領域12と、MW−CNTを含まずPSのみによって成形される非導電性(絶縁性)領域10とが任意に混在する樹脂成形体の製造が可能となる。

目的

その結果、個々の素材樹脂を単独使用する場合よりもさらに優れた相乗効果が期待できる樹脂成形品並びにその製造方法を提供する

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

目的とする導電率を達成するために所要量多層カーボンナノチューブが予め添加されている予備発泡PS粒体の所要量を成形金型キャビティ内に充填する第1の工程と;成形金型キャビティの残部領域に対して充填機により多層カーボンナノチューブ無添加の予備発泡PS粒体を充填する第2の工程と;前記成形金型内に充填された多層カーボンナノチューブ添加予備発泡PS粒体並びに多層カーボンナノチューブ無添加のPS粒体に対して所要量の加熱蒸気を供給して加熱する第3の工程と;前記成形金型を所定時間にわたり冷却する第4の工程と;成形金型を型開きして樹脂成形品を取り出し、所要仕上げ処理を実施する第5の工程と;の諸工程により、樹脂成形品の導電率が漸減ないし漸増するような特性に成形される、ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

請求項2

請求項1に記載の樹脂成形品の製造方法において、それぞれの成形工程により、前記多層カーボンナノチューブ濃度が少なくとも「濃密(良導電性)領域(一)→漸減領域(二)→最少量(高絶縁性)領域(三)」の三段階に区分されるように変化した構成となり、順次低減ないし順次増加するように変化する可変導電性を発揮する、ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

請求項3

予め所望の導電率を達成するために所要分量の多層カーボンナノチューブを添加した予備発泡粒により所望形状の導電性領域に相当する第1の部分を成形する成形工程と;前記所望形状の第1の部分を二次金型キャビティ内の所定部位に仮止めしておき、次いで充填機により多層カーボンナノチューブ無添加の予備発泡粒を金型キャビティ内に充填した後、成形金型内に所要量の加熱蒸気を供給する加熱工程と;その後成形金型を冷却し、冷却に要する所定時間経過後に、成形金型を型開きして成形品を取り出す工程と;前記工程後に取り出された成形体に対して、不要部分の除去その他所要仕上げ工程と;の諸工程からなることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

請求項4

所望の多層カーボンナノチューブ濃度となるように予め所望形状に形成された導電性領域である一次成形体に対して電極を付加した状態で適宜手段により二次成形金型キャビティ内の所望部位に仮止めする工程と;充填機により多層カーボンナノチューブ無添加の予備発泡粒を二次成形金型キャビティ内に充填する工程と;その後、前記成形金型キャビティ内に加熱蒸気を供給する工程と;前記成形金型を冷却するために冷却を行う工程と;冷却が進行した後に型開きして成形体を取り出し、仕様に合わせた仕上げカットを行う工程と;の諸工程を実行することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

請求項5

前記多層カーボンナノチューブが、未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより0.3〜2.6wt%の濃度に調整された多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルである、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。

請求項6

請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法により製造される樹脂成形品であって、多層カーボンナノチューブが未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより0.3〜2.6wt%の濃度に調整された多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルであり、当該水性ゲルが予備発泡PS粒体に対して2.5〜30%添加配合された発泡体を水性ゲル無添加の予備発泡PS粒体に包含してなる、ことを特徴とする多層カーボンナノチューブ添加発泡体を包含する二色成形体

請求項7

前記多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルの濃度が0.4〜1.6wt%であり、予備発泡PS粒体に対して4.3〜16.9%添加配合した、ことを特徴とする請求項6に記載の多層カーボンナノチューブ添加発泡体を包含する二色成形体。

請求項8

前記請求項5に記載の多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルに対して、ポリ塩化アルミニウムを18〜40%添加配合した、ことを特徴とする二色成形体。

請求項9

前記請求項6〜8のいずれかに記載の成形体の任意部位に対して電極端子インサートした、ことを特徴とする多層カーボンナノチューブ添加発泡体を包含する電極端子インサート成形体

技術分野

0001

本発明はカーボンナノチューブ(CNT;Carbon Nano−Tube)を溶融樹脂中に分散配合して溶融混練し、所望形状に成形されたカーボンナノチューブ添加発泡体包含する二色成形体およびその製造方法に関する。

背景技術

0002

カーボンナノチューブは、ナノスケールであって、パイプ状(管状)を呈し、六員環らせん状に配列された物体として知られている。かかるCNTには、単層カーボンナノチューブ;SW−CNT(Single−Wall Carbon Nano−Tube)と多層カーボンナノチューブ;MW−CNT(Multi−Wall Carbon Nano−Tube)とがある。本発明では、経済的にも有利である多層カーボンナノチューブ(MW−CNT)を利用する樹脂成形品並びにその製造方法樹脂成形品の製造方法を開示する。

0003

各種電気電子機器類において外部からの不所望な電磁波により悪影響を被る事態を防止または低減するための電磁波遮蔽シールド)機能、電磁波吸収機能を発揮する技術や素材を求める強い要請がある。また、電子機器類が周囲に電磁波を拡散放射して電磁波障害を及ぼす事態も可能な限り防止することが望ましい。電磁波遮蔽の基本的手法として、金属製の筐体ケースキャビネット等によって対象部位の周囲を包囲し、さらに導電部分接地アース)を施す等の対策が広く採用されている。しかしながら、金属製の筐体、ケース、ないしキャビネット類は、加工性、重量、価格、容積の大小、表面処理等における諸問題が指摘されている。そのため、近年は機械的強度の向上、着色や成形の容易性、加えて低廉な製造コスト等を案して、多くの分野においてプラスチック製品が金属代替の素材として多用される傾向にある。

0004

一般に、プラスチック製品は各々の用途に応じて機械的強度、装飾性耐熱性耐薬品性耐溶剤性等の複合的な機能が要求されることも多く、単一の素材でこれらすべての要求に対応することは困難である。かかる要求に応じるために、表裏または内外等でそれぞれ異なる特徴を有するプラスチック素材を組み合わせる手法も広く採用されている。この場合、それぞれのプラスチック素材の特徴を補完し合うと同時に製造上の簡素化を図るため、「二色成形」ないし「インサート成形」と称される成形法が広く採用される。

0005

このような二色成形やインサート成形は、金型内射出もしくは導入されるプラスチック原材料溶融体流路を時間的に切り替えることにより、複数段成形を行うものや、簡易射出成形サイクルを利用して性質の異なるプラスチックによる多層成形体として成形する手法等も採用されている。その結果、例えば内層には、所望の内容物質に対する耐性補強特性等の利点を有する素材を使用し、外層には外観上の配慮をはじめ、対薬品性、耐汚損性、耐熱性、機械的強度等において優れた機能を発揮する素材を採用することにより、内外面双方に相応しい特徴のある多層成形品を利用するケースも増加している。

0006

特許文献1は、特許請求の範囲第1項の記載から明らかなように、電磁波遮蔽特性(あるいは導電特性)を備えた第1の樹脂からなる第1成形部と、電磁波透過特性(または絶縁特性)を備えた第2の樹脂による第2成形部とを組み合わせる二色成形法によって、電子機器用複合樹脂成形部品を製造する方法を開示している。ここで開示される樹脂成形部品は、通常の電子機器類のケースまたはキャビネット類やコネクタ等における筐体のような硬質成形体であって、発泡成形品を採用し得る旨の開示はない。この特許文献1では、電磁波遮蔽特性を備えた第1樹脂、例えばポリABS樹脂からなる第1成形部として電子機器類の外側に露出する外面1と、電子機器類の内側となる内面2と、この内面2側に形成された凹部3とを備えた成形品4を形成し、次いで、絶縁性を備えた第2樹脂、例えばPBT樹脂からなる第2成形部が凹部3内に充填され、電子機器の内側に露出している表面5を備えた成形品6を形成する旨、開示している。

0007

さらに、成形品4(第1成形部)の外面1により電子機器類の外観特性が確保され、二色成形により形成された成形品6(第2成形部)により、電磁波遮蔽特性が得られること、を開示している。しかしながら、この文献1では「電磁波遮蔽特性を備えた樹脂」ならびに「電磁波吸収特性を備えた樹脂」が、どのような樹脂に如何なる処理を施したものか、の詳述はない。また、ポリカABS樹脂やPBT樹脂によって得られる成形体が「発熱体」としても機能することは有り得ない。

0008

特許文献2は、面状発熱体の製造に際して、部品点数の削減と煩雑な抵抗体パターン製作工程を廃して、より安価に成形することが可能になる旨開示している。さらに、より均一な特性を発現し得る面状発熱体及びその製造方法を開示すると共に、その面状発熱体を冷凍冷蔵庫庫内仕切り板として用いることを開示している。かかる目的を達成するために、カーボンまたは金属粉末等のような導電性素材添加混合することによって導電性を発現させた熱可塑性樹脂を成形してなる平面状の発熱体1と、この発熱体1の両端の面上に設けられた両電極2と、これら両電極2に各々接続された通電用電源コード5と、粘着層4を有し、この粘着層4を介して電極2および発熱体1の全面を覆うように積層された電気絶縁性保護シート3と、を備えた面状発熱体の構成を開示している。しかし、本発明において目的とする、電磁波遮蔽体としての優れた機能を発揮しさらに通電により非金属発熱体としての効果を発揮する状態に改変し得る旨の開示はなされていない。

0009

特開2007−320179号公報

先行技術

0010

特開2008−198538号公報

発明が解決しようとする課題

0011

本発明は、電磁波吸収特性を有する多層カーボンナノチューブ(MW−CNT)を所要量添加した第1の樹脂材料と、耐薬品性や仕上がり外観等の点で優れた効果を発揮する第2の樹脂材料とによる二色発泡成形を適用することにより、両樹脂層における各々の断熱特性、電磁波遮蔽特性等が有機的に機能することを志向するものである。その結果、個々の素材樹脂を単独使用する場合よりもさらに優れた相乗効果が期待できる樹脂成形品並びにその製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0012

請求項1に記載の発明は、(1)目的とする導電率を達成するために所要量の多層カーボンナノチューブが予め添加されている予備発泡PS粒体の所要量を成形金型キャビティ内に充填する第1の工程と、(2)成形金型キャビティの残部領域に対して充填機により多層カーボンナノチューブ無添加の予備発泡PS粒体を充填する第2の工程と、(3)前記成形金型内に充填された多層カーボンナノチューブ添加予備発泡PS粒体並びに多層カーボンナノチューブ無添加のPS粒体に対して所要量の加熱蒸気蒸気温度T:115〜125℃、蒸気圧力P:0.05〜0.1MPa)を供給して加熱する第3の工程と、(4)前記成形金型を所定時間にわたり冷却する第4の工程と、(5)成形金型を型開きして樹脂成形品を取り出し、所要仕上げ処理を実施する第5の工程と、により、樹脂成形品の導電率がキャビティ内の部位に応じて漸減または漸増するような特性に成形される樹脂成形品の製造方法であることを特徴とする。

0013

請求項2に記載の発明は、請求項1記載の樹脂成形品の製造方法において、それぞれの成形工程により、前記多層カーボンナノチューブ濃度が少なくとも「濃密(良導電性)領域(一)→漸減領域(二)→最少量(高絶縁性)領域(三)」の三段階に区分されるように変化した構成となり、順次低減ないし順次増加するように変化する可変導電性を発揮する樹脂成形品の製造方法であることを特徴とする。

0014

請求項3に記載の発明は、(1)予め所望の導電率を達成するために所要分量の多層カーボンナノチューブを添加した予備発泡粒により所望形状の導電性領域に相当する第1の部分を成形する前段成形工程と、(2)該前段成形工程によって得られた第1の成形部分二次金型キャビティ内の所定部位に仮止めしておき、次いで(3)充填機により多層カーボンナノチューブ無添加の予備発泡粒を金型キャビティ内に充填した後、成形金型内に所要量の加熱蒸気(蒸気温度T:115〜125℃、蒸気圧力P:0.05〜0.1MPa)を供給する加熱工程と、(4)その後成形金型を冷却し、冷却に要する所定時間経過後に、成形金型を型開きして成形品を取り出す工程と、(5)前記工程後に取り出された成形体に対して、不要部分の除去その他所要仕上げ工程と、の諸工程からなる樹脂成形品の製造方法であることを特徴とする。

0015

請求項4に記載の発明は、多層カーボンナノチューブを含有していない発泡体中に多層カーボンナノチューブ添加発泡体が包含された二色成形体に対して電極端子を付加する成形体の製造方法であり、(1)所望の多層カーボンナノチューブ濃度となるように予め所望形状に形成された導電性領域である一次成形体に対して電極を付加した状態で適宜手段により二次成形金型キャビティ内の所望部位に仮止めする工程と、(2)充填機により多層カーボンナノチューブ無添加の予備発泡粒を二次成形金型キャビティ内に充填する工程と、(3)その後、前記成形金型キャビティ内に加熱蒸気(蒸気温度T:115〜125℃、蒸気圧力P:0.05〜0.1MPa)を供給する工程と、(4)前記成形金型を冷却するために冷却を行う工程と、(5)冷却が進行した後に型開きして成形体を取り出し、仕様に合わせた仕上げカットを行う工程と、の諸工程を実行する樹脂成形品の製造方法である。

0016

請求項5に記載の発明は請求項1〜4記載の製造方法において使用する多層カーボンナノチューブが、未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより0.3〜2.6wt%の濃度に調整された多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルであることを特徴とする。

0017

請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法により製造される樹脂成形品であって、多層カーボンナノチューブが未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより0.3〜2.6wt%の濃度に調整された多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルであり、当該水性ゲルが予備発泡PS粒体に対して2.5〜30%添加配合された発泡体を水性ゲル無添加の予備発泡PS粒体に包含してなる多層カーボンナノチューブ添加発泡体を包含する二色成形体であり、請求項7に記載の発明は、多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルの濃度が0.4〜1.6wt%であり、予備発泡PS粒体に対して4.3〜16.9%添加配合したことを特徴とする。

0018

請求項8に記載の発明は、請求項5に記載の多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルに対して、ポリ塩化アルミニウムを18〜40%、好ましくは20〜35%添加配合したことを特徴とする二色成形体であり、請求項9に記載の発明は、請求項6〜8のいずれかに記載の成形体の任意部位に対して電極端子をインサートした電極端子インサート成形体であることを特徴とする。

発明の効果

0019

本発明によれば、基礎原材料である発泡ビーズ粒径3ないし9mm程度のPS発泡粒とし、かかるPS発泡粒に対して、導電性を付与するために所望量の多層カーボンナノチューブ含有PS発泡粒を適宜比率で組み合わせて成形する。その結果得られる成形体が、所望部位において導電性を示すように変成され、断熱性緩衝性等を示す発泡プラスチック素材自体の特性に加えて、不所望な電磁波に対する吸収効果ないし遮蔽効果が得られ、幅広い分野における有効な構成素材としての応用が期待できる。

0020

本発明は、未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水(又は水道水)を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより得られる多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルを予備発泡PS粒体に対して適量添加配合した発泡体を水性ゲル無添加の予備発泡PS粒体に包含する二色成形体であるため、水性ゲル配合領域は電気伝導性および熱伝導性が向上する特性を有する。

0021

請求項8記載の発明は、多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルに対して、難燃剤として作用するポリ塩化アルミニウムを所要量添加した樹脂成形品としたので、電磁波吸収特性、断熱及び難燃性を併せ持った発泡スチロール建材として好適に利用することができる。

図面の簡単な説明

0022

本発明に係る多層カーボンナノチューブ添加発泡体を構成する際の母材となるPS発泡粒子の製造工程略図である。
図(A)は基本樹脂であるPS樹脂の領域と、多層カーボンナノチューブが三角状に充填された領域とからなる成形体正面図であり、図(B)は中央に多層カーボンナノチューブ入り方形領域を示し、周縁にPS樹脂のみの領域を示す正面図である。
連続した成形体であって部分的に導電性と絶縁性を呈する二色成形体の成形サンプルの正面図である。
本発明に係る多層カーボンナノチューブ入りの一次成形体部分に対して電極端子を付加した状態を示す成形サンプルの正面図である。

実施例

0023

図1に示すような周知のポリスチレン発泡粒子の製造工程のように、スチレンモノマーに対して、発泡剤、難燃剤その他の所要成分等を所望分量添加して重合処理を行うことによりPS原料ビーズが得られる。さらに一次発泡工程を経て得られた予備発泡粒子熟成サイロにおいて熟成された後、所望用途に適する発泡ビーズ成形の基本原料となる。この際、所要分量の多層カーボンナノチューブ(以下、「MW−CNT」ともいう。)を添加、造粒することにより、所望導電率の多層カーボンナノチューブ含有PS発泡粒が得られる。

0024

なお、未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより、濃度が0.3〜5wt%の多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルが得られ、その水性ゲルが電気伝導性および熱伝導性が向上する特性があることが知られている。本発明では多層カーボンナノチューブとして0.3〜2.6wt%程度の濃度に調整された上記多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルを使用する。添加する水は蒸留水に限られず水道水を使用できることはもちろんである。

0025

多層カーボンナノチューブは、蒸留水又は水道水に対して適量のMW−CNTを添加して撹拌することによって得られる。蒸留水1,000ccに対してMW−CNTを所定量添加したときの水性ゲル濃度は下掲表1のようになった。

0026

0027

上述のような処理によって得られた多層カーボンナノチューブの水性ゲルを添加した発泡成形体の特性は下掲表2の通りであった。

0028

0029

このようにして得られるMW−CNTを含まないPS発泡粒と、使用目的に応じて予め定められた比率でMW−CNTが添加されている多層カーボンナノチューブ含有の導電性PS発泡粒とを組み合わせて成形することにより、所望形状および所望導電率のPS(ポリスチレン)成形体を得ることができる。

0030

したがって、多層カーボンナノチューブを含まないため導電率が極めて低い本来のPS発泡粒と、希望する導電率の成形体を得るに相応しい所望量のMW−CNTとを添加含有させたMW−CNT含有PS発泡粒とを適宜割合として成形することにより、所望導電率の成形体を得ることができる。さらに、含有量が順次異なる階段状となるような混合状態として組み合わせながら、いわゆる二色成形工程に基づいて成形することにより、内面または外面いずれかの面において導電率の全く異なる成形体を得ることも可能である。

0031

第1の形態に係る発明は、樹脂成形機によって、
第1工程;目的とする導電率を得る領域を形成するために所要量の多層カーボンナノチューブを添加した発泡粒を充填し、
第2工程;充填機によりMW−CNT無添加の予備発泡粒を充填し、
第3工程;成形金型内に所要量の加熱蒸気を供給して加熱処理を行い、
第4工程;成形金型を冷却による所要冷却時間の経過後に、
第5工程;成形金型を型開きして樹脂成形品を取り出し、所要仕上げ処理を実施することにより、樹脂成形品の導電率が傾斜状に漸減ないし漸増する特性を発揮する樹脂成形品の製造工程を実行する。

0032

第1の発明に係るそれぞれの成形工程は、MW−CNTの含有量が多く導電性を示す領域とMW−CNTをほとんど含まず、絶縁体として機能する部分とからなる成形体が得られる。図2(A)に示すようにスチロール樹脂のみでMW−CNT無添加の領域10は絶縁体として機能するが、MW−CNTが所定割合で充填されたMW−CNT添加の三角状領域12は、添加割合に応じた導電率を示すものとなる。この場合、MW−CNTの添加割合により導電率は異なるため、任意導電率の領域を形成することができる。

0033

第2の形態に係る発明は、樹脂成形機による成形に際し、
第1工程;所望導電率を達成するために必要な量のMW−CNTを予め添加した予備発泡粒により所望形状の導電性領域に相当する一次成形体を予め成形して二次金型キャビティ内の所望部位に仮止めしておき、次いで、
第2工程;充填機によりMW−CNT無添加の予備発泡粒を金型キャビティ内に充填し、この段階から、
第3工程;成形金型内に所要量の加熱蒸気を所定時間供給した後に、
第4工程;成形金型を冷却して、予備発泡粒が融着固化するまでの所定時間経過後に、
第5工程;成形金型を型開きして成形品を取り出し、所要仕上げ工程を実施する、の成形工程を実行する。

0034

このような第2の発明に係るそれぞれの成形工程は、図解モデルとして示した図2(B)のようになる。図2(B)では、所望導電率の方形領域14部分を予め成形し、この成形体14を金型キャビティ内に仮止めしておき、その後金型キャビティに発泡粒を充填する二重成形を行うことにより得られる。その結果、絶縁体であるスチロール領域10内部に図2(B)に示すような島状の導電領域14を形成することができる。なお、導電領域の形成は、MW−CNT添加領域図2(A)、(B)に示される三角状、方形状に限られず、導電領域とスチロール領域とを交互に形成するストライプ状や両者を格子状に形成するなど所望に応じて様々な導電領域と絶縁領域を形成する成形体を得ることができる。

0035

図3は、連続した成形体であって部分的に導電性と絶縁性を呈する二色成形体の実施例(MW−CNT含有濃度を任意に調整可能なようにMW−CNT濃度が傾斜した組成で成形した実施例)を示したものである。第1の発泡性スチロール用充填口からPS発泡粒を金型内に部分的に導入して絶縁性のPS領域21を形成し、PS充填口を閉じた後にMW−CNT注入用の第2の充填口を開くことにより、MW−CNTを適量混合した領域22を形成し、部分的に導電性と絶縁性を呈する成形体が得られる。

0036

本発明に係る二色成形法により得られるPS母材の成形体は、導電要素である多層カーボンナノチューブの含有量および含有状態によって成形体全体ないし所望の各構成部位における導電率が任意に調整可能であり、したがって電磁波遮蔽効果製作過程において任意に調整可能である。例えば、周囲から伝播される電磁波の影響を強く抑制する必要がある場合、中程度に抑制すれば足りる場合、軽度の抑制で足りる場合、等の使用上の事情を考慮して、重点的な遮蔽機能、中程度の遮蔽機能、さらには軽微な遮蔽機能等を選択することができる。

0037

また、電磁波等の発生源側に適用する場合には、強力な電磁波放射源に対しては厳重な遮蔽効果を発揮する素材、配合濃度ないし分量、包囲部分肉厚を変更する等々の配慮により最適の効果を得ることが可能となる。さらに、成形体全体と特定部分、例えば成形体の主要部分、さらには当該部分が縦方向、横方向、または斜め方向等特定部位における保護の軽重を考慮する場合にあっては、導電率がそれぞれの部位毎に異なるような構成とすることも可能である。したがって、包囲または保護を要する対象物に対して、厳格遮蔽保護を要する部位に対しては厳重な保護機能を付与する組成とし、軽微な遮蔽機能で足りる部位に対しては簡易な保護機能を付与するように、必要性に応じて臨機応変に構成することができる。

0038

第3の形態に係る発明は、成形サンプルを示す図4に示すように、多層カーボンナノチューブの添加によって形成された導電領域32に対して通電用の電極端子T、T’を付加した成形体の製造方法であって、前述の第2の発明と同様に、
第1工程;所要のMW−CNT濃度となるように予め所望形状に形成された導電性領域を構成する一次成形体に対して電極を付加した状態で適宜手段により二次成形金型キャビティ内の所望部位に仮止めしておき、次いで、
第2工程;充填機によりCNT無添加の予備発泡PS粒を二次成形金型キャビティ内に充填し、その後、
第3工程;成形金型キャビティ内に所定時間にわたり加熱蒸気を供給し、次いで、
第4工程;成形金型を冷却し、所定温度までの冷却時間後に、
第5工程;型開きして成形体を取り出し、仕様に合わせた仕上げカット工程、の
諸工程を実行するものである。

0039

かかる第3の発明に係るそれぞれの成形工程により、発熱体として機能する所望濃度の導電領域に対し通電するための電極が、効率的かつ確実に装着可能となり、発熱体としての確実な機能が容易に発揮できる。

0040

上記本発明に係る製造方法において、PS発泡粒に添加配合されるMW−CNTは、未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより0.3〜2.6wt%の濃度に調整された多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルであり、MW−CNTが所定割合で充填されたMW−CNT添加領域は添加割合に応じて電気伝導性および熱伝導性が向上する。

0041

本発明に係る二色成形体並びに電極端子を付加した成形体(電極端子インサート成形体)は上述したような方法によって製造されるものであり、多層カーボンナノチューブが未精製の多層カーボンナノチューブに対して所定量の蒸留水を添加撹拌、または蒸留水を添加しつつ超音波を所定時間および所定回数照射することにより0.3〜2.6wt%、好ましくは0.4〜1.6wt%の濃度に調整された多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲルであって、当該水性ゲルが予備発泡PS粒体に対して2.5〜30%、好ましくは4.3〜16.9%添加配合された発泡体を水性ゲル無添加の予備発泡PS粒体に包含させた成形体である。また当該成形体の任意部位に対して電極端子をインサートした成形体である。

0042

無機バインダー(難燃剤)として多木化学株式会社製の「商品名:タキバイン#1500」を使用して、タキバインを添加配合した樹脂成形品を次のようにして得た。多層カーボンナノチューブ分散配合水性ゲル(以下、「CNT水性ゲル」ともいう)400ccとタキバイン100ccとを容器に入れて、3分間程度の超音波振動を与え、さらに1〜3分間手で振ってかき混ぜ処理した水性ゲル(以下、「TK−CNT水性ゲル」という)を作った。その後、このTK−CNT水性ゲルを85℃程度に加温された添加撹拌槽に入れ、さらに発泡スチロール予備発泡粒を所定量入れ、撹拌処理してタキバイン・CNT添加予備粒を作った。これを使用して成形することによりタキバイン・CNT添加樹脂成形品を得ることができた。また、ビーカー粉状体の多層カーボンナノチューブ4g、水400cc、タキバイン100ccを投入して、6分間程度の超音波振動を与え、さらに1〜3分間手で振ってかき混ぜ処理したTK−CNT水性ゲルを作った。その後、このTK−CNT水性ゲルを85℃程度に加温された添加撹拌槽に入れ、さらに発泡スチロール予備発泡粒を所定量入れ、撹拌処理してタキバイン・CNT添加予備粒を作った。これを使用して成形することによりタキバイン・CNT添加樹脂成形品を得ることができた。なお、ここでは容器に投入する水として蒸留水を使用したが、蒸留水に代えて水道水等とすることができる。また、タキバインに代えてポリ塩化アルミニウムを適用することができる。上記内容は小規模実験ではあるが、設備規模及び処理量の拡大により産業上利用のための規模拡張に格別の支障はないものと解される。

0043

上記のようにして得られた樹脂成形品は、周波数5.6〜8.2GHzでの電波減衰量は、CNT水性ゲル0.8wt%、ポリ塩化アルミニウム8.42wt%で−18〜−38dBとなり、電波吸収体としての性能をクリアした。CNT水性ゲル濃度0.8wt%を一定にし、ポリ塩化アルミニウム8.42wt%以上でUL94HBFに適合した。密度圧縮強度熱伝導率ビーズ法ポリスチレンフォーム保温板及び保温筒(JIS A 9511)の建材としての物性目標をクリアしている。このような結果からこの樹脂成形品は電磁波吸収特性、断熱及び難燃性を併せ持つ発泡スチロール建材として好適である。

0044

CNT水性ゲルに対してポリ塩化アルミニウム(難燃剤)を所要量添加した難燃剤添加CNT水性ゲルを含む予備発泡PS粒体(第1の樹脂材料)と、第2の樹脂材料として、CNT水性ゲルを含まないPS発泡材に難燃剤添加CNT水性ゲルを添加した予備発泡PS粒体とを組み合わせて二色成形することもできる。これにより、さらに優れた断熱特性、電磁波遮蔽特性、難燃性等の相乗効果が期待できる。

0045

安価な樹脂の代表例ともいえるポリスチレンやその他汎用樹脂基礎材料として、適宜配合量の多層カーボンナノチューブを配合して成形することにより、従来多用されてきたカーボンブラック、金属微粒粉等に代表される導電性素材を添加する「プラスチック材料の導電性付与技術」がより有利に解決される。その結果、電磁波発生源からの不要電磁波の放射ないし漏えいの阻止が容易となり、また外部からの不要電磁波到来に伴う機器類への悪影響の防護に資する有利な手段が提供できる。そして、電磁波吸収特性、断熱及び難燃性を併せ持つ優れた建材を提供できる。

0046

10 MW−CNT無添加の領域(絶縁体)
12 MW−CNT添加の三角状領域(導電領域)
14 MW−CNT添加の方形状領域(導電領域)
21絶縁性のPS領域
22 MW−CNT混合領域
32 導電領域
T、T’ 電極端子

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