[發明專利]含有碳纖維的復合材料

有效

• 申請號: 200980147475.0
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102227782A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 單佳義;鈴木淳;佐藤洋;川島昭二
• 申請（專利權）人: 保土谷化學工業株式會社;阿基里斯株式會社
• 主分類號: H01B1/24
• 分類號: H01B1/24;B29C45/00;C08K7/06;C08L101/00;H01B1/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及包含樹脂材料和碳纖維的導電性樹脂復合材料。更具體地，本發明涉及包含樹脂材料和碳纖維的導電性樹脂復合材料，與常規的包含樹脂材料和碳纖維的導電性樹脂復合材料相比，其在加工和成型等時表現出優異的性能，同時享有良好的導電性，并且其進一步顯示纖維從復合材料的脫落性極低。

背景技術

包含樹脂材料和導電性填料的導電性樹脂復合材料已廣泛地用于半導體領域、電器相關領域、汽車和飛行器領域。利用此類導電性樹脂復合材料的主要目的為：例如，保護半導體部件免受靜電，通過阻斷電磁波來防止精密儀器的誤操作，防止由于摩擦引起的靜電和熱的產生等。

另外，作為賦予基體樹脂以導電性的方法，列舉添加能賦予樹脂離子導電性的材料的方法，和添加導電性填料如金屬顆粒、金屬纖維、碳顆粒，以及通過在高溫下將原料如丙烯酸類纖維或瀝青(副產物如石油瀝青、煤瀝青、煤焦油瀝青)碳化制備的PAN型碳纖維或PITCH型碳纖維(下文中，將PAN型碳纖維或PITCH型碳纖維稱作“常規碳纖維”)的方法。其中，從性能、環境問題等觀點，碳質材料的使用已成為賦予導電性的主流。

然而，為了獲得必要的導電性，當使用直徑為數μm的碳顆粒作為導電性填料時，需要每100重量份樹脂為40-50重量份的碳顆粒量。即使采用炭黑如科琴黑，仍需要每100重量份樹脂為8-15重量份的炭黑量。關于使用此類碳顆粒的復合材料，與原樹脂相比，引起粘度升高和流動性降低以及物理性質的進一步變化如硬度上升。結果，在成型加工期間模具形狀轉印的精確度可能變低，并且復合材料的外觀如光澤和耐沖擊性也可能降低。

當上述常規碳纖維用作導電性填料時，例如，在基于每100重量份樹脂約30重量份纖維的添加量的情況下，能夠獲得約10²Ω·cm的體積電阻率。然而，由于添加量過大，不能避免流動性等惡化。

近年來，作為此類導電性填料，已經使用由碳納米管(下文中也稱為“CNT”)為代表的纖維直徑為約0.7-130nm的微細碳纖維。微細碳纖維可以通過電弧放電法、氣相沉積法等來合成。基本上，微細碳纖維具有包括單層或多層石墨烯(graphene)層的管狀結構，所述石墨烯層采取六員環碳結構的連續排列，并且微細碳纖維為其特征在于纖維直徑為納米水平且長度為微米級，并因而具有高長徑比的導電性填料材料。

已報道，由于微細碳纖維的高導電性，當以基于每100重量份樹脂為幾重量份使用此類微細碳纖維時，能夠獲得具有規定導電性的樹脂復合材料(專利文獻1、2)。

然而，即使對于此類包含基體樹脂和微細碳纖維的導電性樹脂復合材料，在以賦予樹脂有效導電性的水平添加微細碳纖維的情況下，復合材料的物理性質如斷裂伸長率和成型性變差。這些特點是當通過使用此樹脂復合材料成型目標成型制品時出現的問題。

此外，由于微細碳纖維的纖維直徑極細，微細碳纖維的表面顯示差的對熔融樹脂的潤濕性等等，存在發生微細碳纖維從成型的樹脂復合材料脫落的傾向。

作為導電性填料的此類微細碳纖維的脫落成為問題，特別是在半導體領域，成為半導體產品的故障和損壞的原因。

因此，已經尋求如下導電性樹脂復合材料：其包含基體樹脂和碳纖維，并滿足優良導電性，由基體樹脂本身所具有的樹脂特性如優良的成型性，以及在適當水平下微細碳纖維的低脫落性的所有特性。

另一方面，在專利文獻3中提出了包括超過兩組彼此具有不同纖維外徑分布的碳纖維的儲氣材料。

根據此文獻，當將小平均外徑的碳纖維組與平均外徑大于前述碳纖維組的碳纖維組組合時，可以形成對于獲得對氣體的吸附位點的最佳細孔結構，并因此能夠改進氣體儲藏量。

然而，示于專利文獻3中的儲氣材料沒有提供具有優良導電性的樹脂材料，這是因為其不能通過混合碳纖維和樹脂材料來制造。

此外，在專利文獻4中提出了其中在樹脂粘結劑中包括第一石墨微細纖維和直徑小于第一石墨微細纖維的第二石墨微細纖維的導電性材料。

專利文獻4中公開的導電性材料是纖維與酚醛樹脂粘結劑混合的導電性材料，而且還需要溶劑。

另外，所使用的石墨微細纖維是平均直徑為5-20nm的纖維，和平均直徑為300nm-1000nm的纖維，并混合它們。

此外，在專利文獻5中提出了大的平均直徑的碳纖維與小的平均直徑的碳纖維混合的導電性組合物。

然而，關于專利文獻5，前者碳纖維的平均直徑為13μm，后者碳纖維的平均直徑為7μm，前者和后者纖維二者都為常規碳纖維的類型。

現有技術的文獻

專利文獻

[專利文獻1]JP?2006-306960?A