DE19903701C1

DE19903701C1 - Thermoplastische Formmasse, die Kohlefasern enthält

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Publication number: DE19903701C1
Application number: DE1999103701
Authority: DE
Inventors: Toshirou Kido; Shinju Hasegawa
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd; Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1999-01-30
Filing date: 1999-01-30
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2019-01-31
Also published as: DE19903701C5; US6051307A

Abstract

Thermoplastische Formmasse, umfassend: DOLLAR A (1) 70 bis 99,5 Gew.-% eines thermoplastischen Harzes und DOLLAR A (2) 0,5 bis 30 Gew.-% Kohlefasern, DOLLAR A wobei die Kohlefaser folgendes umfaßt: DOLLAR A (a) Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in einer Menge von 0,1 bis 4,7 Gew.-%; DOLLAR A (b) Kohlefasern mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 10,7 Gew.-% und DOLLAR A (c) Kohlefasern mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 14,6 Gew.-%; wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Formmasse, die ein thermoplastisches Harz umfaßt, das Kohlefasern enthält. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Formmasse, die ein thermoplastisches Harz und Kohlefasern um faßt und der ausgezeichnet hinsichtlich des Aussehens, der me chanischen Festigkeit und der elektrischen Eigenschaften ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Formmasse sowie deren Verwendung in Formkörpern.

Aufgrund der raschen Ausbreitung elektrischer Geräte nimmt das Bedürfnis nach einer Abschirmung der elektromagnetischen Strah lung zu, indem man die Gehäuse von PCs, Mobiltelefonen, Auto teilen und dergleichen leitfähig macht, um die schlechten Wir kungen zu verhindern, die mit den durch die elektrischen Geräte verursachten elektromagnetischen Feldern verbunden sind. Bei integrierten Schaltkreisen (IC) wird der IC-Tray, der einen IC enthält, herkömmlicherweise aus thermoplastischen Harzen mit guter Formbarkeit hergestellt. Um den IC vor den schädlichen Wirkungen statischer Elektrizität zu schützen, ist es notwen dig, die IC-Trays aus einem leitfähigen thermoplastischen Harz herzustellen, das ihnen eine antistatische Funktion verleiht. Weiterhin werden die Metallteile von Spulen für Magnetbänder und Papierzufuhrrollen für Kopierer zur Zeit durch formbare thermoplastische Harze ersetzt. Entsprechend gibt es ein zuneh mendes Bedürfnis, die Cassettenspulen und Papierzufuhrrollen leitfähig zu machen, um statische Elektrizität zu verhindern.

Zu den Versuchen, thermoplastische Formkörper leitfähig zu ma chen, gehört die Verwendung leitfähiger Polymerharze. Leitfähi ge Polymerharze sind jedoch sehr teuer und für die praktische Verwendung nicht geeignet. Entsprechend werden auf dem Markt erhältliche herkömmliche thermoplastische Harze verwendet, um Formkörper leitfähig zu machen. Zwei typische Verfahren werden verwendet, um den gewöhnlichen thermoplastischen Formkörper leitfähig zu machen. Das erste umfaßt die Bildung einer leitfä higen Hülle auf der Oberfläche eines thermoplastischen Formkör pers durch Plattieren oder Aufdampfen. Das zweite umfaßt das Mischen von leitfähigen Materialien, wie einem Metallpulver, Metallfaser, Ruß oder Kohlefaser, mit dem thermoplastischen Harz und das Formen des Verbundstoffharzes zu einem Formkörper.

Von den obigen zwei Verfahren ist das erste hinsichtlich der Produktivität unterlegen, da es zwei Schritte umfaßt, d. h. ei nen Schritt des Formens und einen Schritt des Bildens einer leitfähigen Hülle. Andererseits ist das zweite produktiver, da es nur einen Schritt, d. h. einen Schritt des Formens, umfaßt.

Bei dem Verfahren des Mischens von leitfähigen Materialien mit einem thermoplastischen Harz liegen die leitfähigen Materialien im allgemeinen in Form von Pulvern oder Fasern vor. Wenn die leitfähigen Materialien und das Harz in gleichen Anteilen mit einander gemischt werden, zeigt ein Formkörper, der faserige Materialien enthält, eine bessere Leitfähigkeit als einer, der pulverförmige Materialien enthält. Im Hinblick auf die Tatsa che, daß Leitfähigkeit über die gesamte Länge des Formkörpers ein kontinuierliches leitfähiges Medium zwischen den elektri schen Kontakten erfordert, muß die elektrische Ladung in der Lage sein, den Zwischenraum zwischen den einzelnen leitfähigen Fasern/Teilchen, die im thermoplastischen Harz dispergiert sind, zu überqueren, und daher ist es bei den Materialien in Form einer Faser wahrscheinlicher, daß sie miteinander in "elektrischem Kontakt" sind als bei denen in Form von Pulver. Daraus folgt natürlicherweise, daß längere Fasern eine bessere Leitfähigkeit ergeben als kürzere Fasern. Wie oben erklärt, ist bekannt, daß Kohle- und Metallfasern eine gute Leitfähigkeit bewirken. Von diesen ist eine Kohlefaser mit ausgezeichneter Affinität zum Harz, insbesondere eine lange Kohlefaser, am mei sten zu bevorzugen, da sie eine in hohem Maße leitfähige Funk tion bewirkt.

Herkömmliche Verfahren, um Formkörper unter Verwendung langer Kohlefasern leitfähig zu machen, werden in zwei Typen einge teilt.

Das erste Verfahren umfaßt die Schritte des Zerkleinerns eines Rovings der Kohlefaser, des Mischens der zerkleinerten Kohlefa ser mit einem thermoplastischen Harz in der Schmelze unter Ver wendung eines Extruders, so daß man ein Granulat erhält, das die Kohlefasern enthält, und dann des Formens des Granulats zu einem Formkörper. Der erhaltene Formkörper hat jedoch gewöhn lich nicht die erforderlichen Eigenschaften, insbesondere eine gute Abschirmung elektromagnetischer Störungen, da eine gleich mäßige Verteilung und ausreichende Länge der Kohlefaser in dem Formkörper nicht erhalten werden kann.

Um die mit dem obigen Verfahren verbundenen Mängel zu vermei den, wurde ein zweites Verfahren vorgeschlagen. Dieses zweite Verfahren umfaßt die Schritte des Beschichtens eines Rovings der Kohlefaser mit einem geschmolzenen Harz, wobei man entweder einen Extruder oder ein Bad verwendet, während das Roving durch Spannung ausgerichtet wird, des Zerschneidens des mit dem Harz beschichteten Rovings zu einem Granulat und des Formens des resultierenden Granulats, so daß man einen Formkörper erhält. Zum Beispiel wurde gemäß diesem Verfahren ein Formkörper vorge schlagen, in dem die Kohlefaser eine relativ große Länge beibe hält (Japanische Patentschrift Nr. 5-26828).

Die spritzgegossenen Formkörper des faserverstärkten thermoplastischen Harzes enthalten 40 Gew.-% oder weniger der Kohlefaser mit einem Durchmesser von 2 bis 10 µm und 5 bis 35 Gew-% der Kohlefasern haben eine Länge von 1,5 bis 15 mm.

Beim Vergleich mit dem gemäß dem ersten Verfahren erhaltenen Formkörper ergibt sich, daß die Festigkeit und die Abschirmung elektromagnetischer Störungen bei dem nach dem zweiten Verfah ren erhaltenen Formkörper verbessert sind. Diese Verbesserungen sind jedoch nicht ausreichend, um das derzeitige Bedürfnis nach noch höherer Festigkeit und besseren Abschirmungseigenschaften zu befriedigen. Außerdem haben diese Formkörper, die Kohlefa sern enthalten, die entweder länger sind oder in einer höheren Konzentration vorliegen, bei dem Versuch, eine ausgezeichnete Festigkeit und Abschirmung elektromagnetischer Störungen zu erreichen, ein so schlechtes Aussehen erhalten, daß man sie nicht für praktische Verwendungen einsetzen könnte.

Das US-Patent 5,571,859 betrifft eine Harzzusammensetzung bestehend aus 100 Gewichtsteilen eines thermoplastischen Harzes und 1 bis 50 Gewichtsteilen einer antistatischen Zusammensetzung, die im wesentlichen zu 100 Gewichtsteilen aus Kohlefasern mit einer Länge von 0.01 bis 100 mm und 5 bis 70 Gewichtsteilen aus Kohlefasern mit einer Länge, die ½ bis 1/100 der Länge der ersten Kohlefasern aufweisen. Die Zusammensetzung wird zu einem antistatischen Formkörper geformt.

Das US-Patent 5,321,071 betrifft eine antistatische Zusammensetzung, welche entweder

a) 10 bis 40 Gewichtsteile wenigstens einer kurzen Kohlefaser mit einem Volumenwiderstand von 10^-1 bis 10³ Ωcm und 90 bis 60 Gewichtsteile eines thermoplastischen Harzes oder
b) 10 bis 40 Gewichtsteile eines Gemisches von kurzen Kohlefasern mit einem Volumenwiderstand von weniger als 10^-1 Ωcm und solchen von mehr als 10^-1 Ωcm und 90 bis 60 Gew-% eines thermoplastischen Harzes enthält. Die kurzen Kohlefasern weisen einen Durchmesser von 3 bis 25 µm und eine Länger von 10 µm bis 5 cm auf.

Die vorliegende Erfindung stellt eine thermoplastische Formmasse bereit, umfassend:

1. 70 bis 99,5 Gew.-% eines thermoplastischen Harzes und
2. 0,5 bis 30 Gew.-% Kohlefasern,
wobei die Kohlefaser folgendes umfaßt:
- a) Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in einer Menge von 0,1 bis 4,7 Gew.-%;
- b) Kohlefasern mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 10,7 Gew.-%; und
- c) Kohlefasern mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 14,6 Gew.-%; wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermopla stischen Harzes und der Kohlefasern beziehen.

Ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Formmasse mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaf ten, ausgezeichnetem Aussehen und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit zu erhalten.

Es wurde gefunden, daß eine thermoplastische Formmasse mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften, ausgezeichnetem Aussehen und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit erhalten werden kann, indem man die Menge der darin dispergierten langen Kohlefasern anpaßt.

Das thermoplastische Harz der vorliegenden Erfindung kann be liebig ausgewählt werden aus den thermoplastischen Harzen, die herkömmlicherweise als Formmaterialien eingesetzt wurden. Zu diesen thermoplastischen Harzen gehören Styrolharz, Polyphenylenetherharz, Polyolefinharz, Polyvinylchlo ridharz, Polyamidharz, Polyesterharz, Polyacetal harz, Polycarbonatharz oder Acrylharz.

Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Styrolharzen gehören Homopolymere, wie solche von Styrol und α-Methylstyrol, sowie Copolymere, die die obigen Monomere und gegebenenfalls noch weitere ungesättigte Monomere, die mit diesen copolymeri sierbar sind, enthalten. Insbesondere sind für die vorliegende Erfindung unter anderem geeignet Allzweck-Polystyrol (GPPS), hochschlagzähes Polystyrol (HIPS), wärmeresistentes Polystyrol, wie ein Homopolymer oder Copolymer, das α-Methylstyrol umfaßt, ein ABS-Harz (Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer), Acrylnitril/Butadien/Styrol/α-Methylstyrol-Copolymer (wärmere sistentes ABS des α-Methylstyrol-Typs), Acrylnitril/Buta dien/Styrol/Phenylmaleinimid-Copolymer (wärmeresistentes ABS des Phenylmaleinimid-Typs), Acrylnitril/Styrol-Copolymer (AS), Acrylnitril/Chlorpolystyrol/Styrol-Copolymer (ACS), Acrylnitril/Ethylen-Propylen-Kautschuk/Styrol-Copolymer (AES), Acrylatkautschuk/Acrylnitril/Styrol-Copolymer (AAS) oder syndiotaktisches Polystyrol (SPS). Weiterhin kann ein Gemisch der obigen Styrolharze verwendet werden.

Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polyphenylen ethern (PPE) gehören Homopolymere, wie Poly(2,6-dimethyl-1,4- phenylen)ether und Poly(2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylen)ether und Copolymere davon. Außerdem kann PPE für die Verwendung auch mit Styrolharzen modifiziert sein.

Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyolefinharze sind Homopolymere, die α-Olefine umfassen, wie Ethylen, Propy len, 1-Buten, 3-Methyl-1-buten, 3-Methyl-1-penten und 4-Methyl- 1-penten, sowie Copolymere, die diese Monomere sowie gegebenen falls weitere, damit copolymerisierbare ungesättigte Monomere umfassen. Beispiele dafür sind Polyethylene, wie Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen gerin ger Dichte, lineares Polyethylen geringer Dichte, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Ethylen/Vinylacetat-Co polymer, Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer und Ethylen/α- Olefin-Copolymer, die unter Verwendung eines Metallocen- Katalysators erhältlich sind, wie Ethylen/Octen-1- Copolymer, Polypropylene, wie ataktisches Polypropylen, syndio taktisches Polypropylen, isotaktisches Polypropylen, Propy len/Ethylen-Blockcopolymer und statistisches Propy len/Ethylen-Copolymer oder Polymethylen-1-penten.

Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyvinylchlorid harze sind Vinylchlorid-Homopolymer und Copolymer, das Vinylchlorid und damit copolymerisierbare ungesättigte Monomere umfaßt. Beispiele dafür sind Vinylchlorid/Acrylat-Copoly mer, Vinylchlorid/Methacrylat-Copolymer, Vinylchlorid/ Ethylen-Copolymer, Vinylchlorid/Propylen-Copolymer, Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymer oder Vinylchlorid/Vinyliden chlorid-Copolymer. Die Polyvinylchloridharze können chloriert sein, um den Chloridgehalt für die Verwendung zu erhöhen.

Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyamidharze sind Nylon-6, Nylon-6,6, Nylon-6,10, Nylon-6,12 oder Nylon-12. Nylon-6 wird durch Ringöffnungspolymerisation von Caprolactam erhalten. Nylon-6,6, Nylon-6,10, Nylon-6,12 werden durch Polykondensation von aliphatischem Diamin und aliphatischer Dicarbonsäure sowie gegebenenfalls Copolykondensation von aromatischem Diamin und aromatischer Dicarbonsäure erhalten.

Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Polyesterharze können durch Polykondensation einer aromatischen Dicarbonsäure und eines Alkylenglycols, wie Ethylenglycol, Propylenglycol und Butylenglycol, erhalten werden. Insbesondere seien genannt Po lyethylenterephthalat (PET), Polypropylenterephthalat (PPT) oder Polybutylenterephthalat (PBT).

Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Acetalharzen gehören Polyoxymethylen-Homopolymer oder Formaldehyd/Ethy lenoxid-Copolymer, das aus Trioxan und Ethylenoxid erhalten wird.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polycarbonathar ze können aus Homopolycarbonaten und Copolycarbonaten ausge wählt werden. Insbesondere seien genannt Polycarbonate des 4,4'-Dihydroxydiarylalkan-Typs, des Bisphenol-A-Typs, des modi fizierten Bisphenol-A-Typs und des flammhemmenden Bisphenol-A- Typs.

Zu den in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Acrylharzen gehören Homopolymere von Methacrylat und Acrylat sowie Copoly mere, die diese Monomere und gegebenenfalls andere, damit copo lymerisierbare ungesättigte Monomere umfassen. Zu den Methacry lat- und Acrylat-Monomeren gehören Methylmethacrylat, Methyl acrylat, Ethylmethacrylat, Ethylacrylat, n-Propyl-, Isopropyl- oder Butylester. Als typisches Acrylharz, das in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, sei ein Methacrylharz (PMMA) genannt.

Die oben genannten thermoplastischen Harze können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Weiterhin können in diese thermoplastischen Harze ein Hitzestabilisator, ein UV-Absorber, ein Lichtstabilisator, ein Antioxidans, ein Weichmacher, ein Formentrennmittel, ein Gleitmittel, ein flammhemmendes Mittel, ein Färbemittel, wie ein Farbstoff und ein Pigment eingebaut sein. Um eine höhere Leitfähigkeit zu errei chen, können auch andere leitfähige Materialien eingesetzt wer den.

Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kohlefaser kann unter Verwendung verschiedener Rohstoffe, wie Polyacrylnitril und Pech, hergestellt werden. Weiterhin kann eine Kohlefaser eingesetzt werden, deren Oberfläche mit einem leitfähigen Me tall beschichtet ist. Die leitfähige Metallbeschichtung kann durch Plattieren oder Tauchen gebildet werden, um die Leitfä higkeit der resultierenden Formkörper zu verbessern. Der Durch messer der Kohlefaser beträgt vorzugsweise 2 bis 10 µm. Wenn der Durchmesser kleiner als 2 µm ist, ist es unwahrscheinlich, daß die Kohlefasern gleichmäßig in der Formmasse dispergiert sind. Wenn er größer als 10 µm ist, ist es schwierig, die Länge der im Formkörper enthaltenen Kohlefasern zu steuern, da die Fasern während des Formvorgangs leicht in kleine Stücke zerbre chen oder pulverartige Materialien bilden.

In der vorliegenden Erfindung beträgt der Kohlefasergehalt der Formmasse 0,5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 25 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt menge von thermoplastischem Harz und Kohlefaser. Wenn der Ge halt geringer als 0,5 Gew.-% ist, ist es schwierig, den Form körper leitfähig zu machen. Wenn er mehr als 30 Gew.-% beträgt, nimmt die Fließfähigkeit wahrscheinlich ab, und der Formkörper bekommt ein schlechtes Aussehen. Weiterhin ist es notwendig, daß der Gehalt an der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm 0,1 bis 4,7 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge von thermoplastischem Harz und Kohlefaser. Wenn der Gehalt an der 1,5 mm langen Kohlefaser kleiner als 0,1 Gew.-% ist, ist die Leitfähigkeit des resultierenden Formkörpers gering. Wenn er mehr als 4,7 Gew.-% beträgt, hat der resultierende Formkör per nicht nur ein schlechtes Aussehen, was seinen kommerziellen Wert reduziert, sondern außerdem nimmt seine Leitfähigkeit ab, obwohl der Gehalt der Kohlefaser in dem Harz derselbe ist. Mit anderen Worten, wenn die Kohlefasern zu lang sind, besteht die Tendenz, daß die Scherspannung reduziert wird, so daß sich die Kohlefasern in dem thermoplastischen Harz lokalisieren, d. h. nicht gleichmäßig verteilt sind. Als Ergebnis wird das Aussehen des Formkörpers aufgrund von freiliegenden Kohlefasern ver schlechtert, und die Agglomeration der Kohlefasern verleiht der Oberfläche eine rauhe Textur, und ihre Leitfähigkeit wird trotz des gleichen Kohlefasergehalts gering, da die Lokalisierung der Kohlefasern bewirkt, daß der von der Ladung zu überquerende Zwischenraum zu groß ist.

Wie oben beschrieben, umfaßt die Formmasse der vorliegenden Erfindung: (a) die Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) die Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) die Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm, in Anteilen von 0,1 bis 4,7 Gew.-%, 0,2 bis 10,7 Gew.-% bzw. 0,2 bis 14,6 Gew.-%, wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) beträgt vorzugs weise 1/0,5-2,5/0,5-3,0, noch mehr bevorzugt 1/1,0-2,5/0,8-3,0. Ein bemerkenswertes Merkmal der vorliegenden Erfindung, ist die Tatsache, daß es möglich ist, daraus einen Formkörper mit einer ausge zeichneten Ausgewogenheit von mechanischer Festigkeit, Aussehen und Leitfähigkeit herzustellen, wenn die Kohlefasern in der oben angegebenen Weise dispergiert sind. Der Grund dafür mag sein, daß die längeren und die kürzeren Fasern sich innig in einander verschlingen.

In der vorliegenden Erfindung können entweder nackte oder be schichtete Kohlefasern verwendet werden. Vorzugsweise werden Kohlefasern verwendet, die mit einem Harz beschichtet sind, das mit dem Matrixharz verträglich ist. Wenn ein Kohlefaserroving verwendet wird, wird vorzugsweise die Oberfläche entweder jedes Filaments des Rovings, von mehreren Filamenten oder des gesam ten Rovings mit einem Harz beschichtet, das mit dem Matrixharz verträglich ist. Unter dem Aspekt des bevorzugten gleichmäßige ren Dispergierens der Kohlefaser im Matrixharz wird vorzugswei se die Oberfläche jedes Filaments beschichtet. Jedes Harz, das eine Affinität zum Matrixharz aufweist, kann verwendet werden.

Zu den Harzen, die mit dem Matrixharz verträglich sind, gehören thermisch gehärtete Harze und thermoplastische Harze. Die ther misch gehärteten Harze können solche des Epoxy-Typs oder des Ure than-Typs sein. Bei den thermoplastischen Har zen kann es sich um ein Polyolefinharz oder dergleichen han deln. Unter dem Aspekt der industriellen Herstellung werden vorzugsweise Harze verwendet, die zum Beschichten der Kohlefa ser geeignet sind. Bei thermisch gehärteten Harzen wird die Kohlefaser mit einem Monomer der Harze beschichtet und dann mit einem Kopplungsmittel gehärtet. Bei thermoplastischen Harzen wird ein Harz nach einem Schmelzextrusionsverfahren oder einem Verfahren, das das Beschichten der Kohlefaser mit einer Lösung, einer wäßrigen Aufschlämmung oder Emulsion des Harzes mit an schließendem Trockungsschritt umfaßt, auf die Oberfläche der Kohlefaser aufgetragen. Das Schmelzextrusionsverfahren und das Verfahren, bei dem eine Emulsion des Harzes verwendet werden, sind unter industriellen und Umweltschutzaspekten zu bevorzu gen.

Insbesondere umfaßt die oben genannte Emulsion eine Emulsion des Styroltyps, wie eine Styrol/Butadien-Copolymerharz-Emulsion (SB-Latex), eine Acrylnitril/Styrol-Copolymerharz-Emulsion und eine Styrol/Acryl-Copolymer-Emulsion; eine Acrylemulsion, wie eine Methylmethacrylat-2-Ethylhexylacrylat/Butylacrylat-Copoly merharz-Emulsion; eine Emulsion des Ethylentyps, wie eine Ethy len/Vinylacetat-Copolymerharz-Emulsion und eine Methylen/Meth acryl-Copolymerharz-Emulsion; eine Emulsion des Vinylacetat typs oder eine Emulsion des Urethantyps.

Vorzugsweise wird eine Emulsion gewählt, die sich gemäß den Typen der thermoplastischen Matrixharze auf die Kohlefaser auf tragen läßt. Mit anderen Worten, eine Emulsion, die mit dem thermoplastischen Matrixharz ausreichend verträglich ist, wird bevorzugt. Ein Matrixharz, bei dem es sich um ein Polystyrol harz oder modifiziertes PPE handelt, und eine Styrol/Butadien- Copolymerharz-Emulsion werden bevorzugt. Für die folgenden Ma trixharze, AS-, ABS-, PMMA-, PET- und PC-Harz, ist eine Acryl nitril/Styrol-Copolymerharz-Emulsion vorzuziehen. Wenn das Ma trixharz ein Harz des Polyolefintyps oder POM ist, ist eine Ethylen/Vinylacetat-Copolymerharz-Emulsion vorzuziehen. Wenn das Matrixharz ein Polyamidharz ist, ist eine Emulsion des Urethantyps vorzuziehen. Als Emulsion können kommerziell er hältliche mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 70% unverändert oder nach Verdünnung verwendet werden.

Die Kohlefaser kann zum Beispiel mit dem Harz beschichtet wer den, indem man eine Lösung oder Emulsion des Harzes auf ein Kohlefaserroving sprüht oder indem man ein Kohlefaserroving in eine Lösung oder Emulsion des Harzes eintaucht.

Die Beschichtung kann aus einer einzigen Schicht oder aus meh reren Schichten bestehen, und sie kann gebildet werden, indem man das oben genannte Verfahren einmal oder mehrmals anwendet. Im Falle einer mehrschichtigen Beschichtung kann jede der Schichten aus demselben oder aus verschiedenen Harzen bestehen.

Die Kohlefaser, die mit einem thermisch gehärteten Harz, wie Epoxy oder Urethan, beschichtet ist, kann weiterhin mit einem thermoplastischen Emulsionsharz beschichtet werden.

Unter dem Aspekt der Dispergierbarkeit der Kohlefaser im Ma trixharz und der Kosten der Rohstoffe beträgt die Menge des auf die Kohlefaser aufgetragenen Harzes vorzugsweise 0,5 bis 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt. Wenn die Menge des Harzes weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, ist es schwierig, eine gute Dispergierbar keit zu erreichen. Wenn sie größer als 50 Gew.-% ist, ist sie kommerziell kaum konkurrenzfähig.

Die Formmasse kann nach den folgenden beiden Verfahren herge stellt werden.

1. Bei einem Verfahren wird ein Granulat eingesetzt, das ein Matrixharz und eine Kohlefaser enthält. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte des Beschichtens des Kohlefaserrovings mit dem Matrixharz, des Zerschneidens des beschichteten Rovings zu einem Granulat und des Formens des resultierenden Granulats zu einem Formkörper, wobei es bei die sem Verfahren vorzuziehen ist, wenn das Kohlefaserroving mit einem Harz beschichtet wird, das mit dem Matrixharz verträglich ist, und wenn es gegebenenfalls getrocknet wird, bevor es mit dem Matrixharz beschichtet wird, und weiter mit dem Matrixharz beschichtet wird, vorzugsweise durch Extrusionsbeschichten mit anschließendem Zerschneiden zur Herstellung eines Granulats. Beim Formen des resultierenden Granulats kann dieses für sich oder zusammen mit zusätzlichem Granulat, das aus einem Matrix harz ohne Kohlefasern hergestellt ist, geformt werden. Das Harz ohne Kohlefasern kann das gleiche wie das auf die Kohlefaser aufgetragene thermoplastische Harz oder von diesem verschieden sein. Falls es verschieden ist, ist das Harz ohne Kohlefasern vorzugsweise mit dem auf die Kohlefaser aufgetragenen Harz ver träglich und läßt sich nicht leicht abschälen.
2. Bei dem anderen Verfahren werden eine Kohle faser, die nicht mit dem Matrixharz beschichtet ist, und ein Matrixharz eingesetzt. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte des Schneidens oder Zerkleinerns des Kohlefaserrovings, des Mi schens der geschnittenen oder zerkleinerten Kohlefaser mit dem Matrixharz und des Formens des resultierenden Gemischs zu einem Formkörper. Vorzugsweise wird das Kohlefaserroving im voraus mit einem Harz beschichtet, das mit dem Matrixharz verträglich ist, und gegebenenfalls getrocknet, bevor es geschnitten oder zerkleinert wird. Bei dem mit der geschnittenen oder zerklei nerten Kohlefaser zu mischenden Matrixharz kann es sich um ein einzelnes Harz oder eine Kombination von Harzen handeln.

Die Länge der Kohlefaser vor dem Schritt des Formens ist einer der Faktoren, die die Länge oder Verteilung von Kohlefasern im Formkörper bestimmen. Mit anderen Worten, die Länge der Pel lets, die das thermoplastische Matrixharz und die Kohlefaser umfassen, oder die der geschnittenen oder zerkleinerten Kohle faser beeinflußt stark die Länge oder Verteilung von Kohlefa sern im Formkörper. Die Länge der Kohlefasern vor dem Formen beträgt vorzugsweise 2 bis 20 mm, noch mehr bevorzugt 3 bis 7 mm. Wenn sie kleiner als 2 mm ist, bricht die Kohlefaser leicht in so kleine Stücke, daß die Leitfähigkeit des resultie renden Formkörpers reduziert sein kann. Wenn sie größer als 10 mm ist, bewirkt die Kohlefaser leicht eine Verbrückung am Einfülltrichter der Formmaschine, so daß die Produktivität re duziert sein kann.

Der Formkörper der vorliegenden Erfindung kann durch Extrusi onsformen, Spritzgießen oder Blasformen hergestellt werden.

Es gibt verschiedene Faktoren, um die Länge der Kohlefaser in der Formmasse zu steuern. Von diesen sind die Länge der Kohlefaser vor dem Schritt des Formens und die Scherspannung während des Formens die Hauptfaktoren. Entsprechend kann die Länge der Koh lefaser im Formkörper eingestellt werden, indem man die Länge entweder der Pellets oder der zerkleinerten Kohlefaser, die Schmelzviskosität des Matrixharzes sowie die Formbedingungen, wie Formtemperatur, Gegendruck, Schneckenstruktur, Zahl der Schneckenumdrehungen pro Minute (U/min), Einspritzgeschwindig keit, Düsenform, Angußform und Angußgröße, steuert.

Da die hergestellten Formkörper aus dem thermoplastischen Harz, das die Kohlefasern enthält, eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und ein ausgezeichnetes Aus sehen haben, können sie wie folgt verwendet werden.

(1) Ein Formkörper mit einer Abschirmfunktion gegen elektroma gnetische Störung

Der leitfähige Formkörper zu dessen Herstellung die Formmasse der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann kann für Gehäuse oder innere Teile von elektronischen und elektrischen Geräten eingesetzt werden, wie PCs, elektronische Schreibma schinen, CD-Player, tragbare Stereogeräte, Mobiltelephone, Sen de- und Empfangsgeräte und Kameras sowie als innere Teile für Münzautomaten. In diesem Fall beträgt der Koh lefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 2 bis 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugswei se 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 4,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkör pers beträgt vorzugsweise 10^-4 bis 10³ Ω.cm, noch mehr bevorzugt 10^-4 bis 10 Ω.cm und am meisten bevorzugt 10^-4 bis 1 Ω.cm.

(2) Harzwiderstand

Der mit der erfindungsgemässen thermoplastischen Formmasse hergestellte leitfähige Formkörper kann für elektrische Harzwiderstände eingesetzt werden, wie einen Regel widerstand und einen Widerstand für eine elektrische Schaltung, insbesondere für Widerstände mit hohem spezifischem Widerstand. In diesem Fall beträgt der Kohlefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1,0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugswei se 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkör pers beträgt vorzugsweise 10² bis 10¹³ Ω.cm.

(3) Antistatisches Gleitteil

Der leitfähige Formkörper kann wegen seiner ausgezeichneten Abriebfestigkeit für gleitende Elemente verwendet werden, die während der Bewegung mit anderen Elemen ten in Kontakt sind, zum Beispiel Spulen für Magnetbänder, Pa pierzufuhrrollen für Kopierer oder Lager für verschiedene rotieren de Elemente. In diesem Fall beträgt der Kohle fasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1,0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt menge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Ge halt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in dem Formkörper beträgt vorzugsweise 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,5 bis 4,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers beträgt vorzugsweise 10⁰ bis 10¹²Ω.cm.

(4) IC-Tray

Der leitfähige Formkörper kann für IC-Trays für den IC-Transport verwendet werden. Der IC- Tray muß antistatisch sein, um einen IC vor statischer Elektri zität zu schützen. In diesem Fall beträgt der Kohlefasergehalt in dem Formkörper vorzugsweise 0,5 bis 5,0 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1,0 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der Gehalt der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in dem Formkör per beträgt vorzugsweise 0,1 bis 4,7 Gew.-%, noch mehr bevor zugt 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefaser. Der spezifische Oberflächenwiderstand des Formkörpers beträgt vorzugsweise 10² bis 10¹⁰ Ω.

Um die Leitfähigkeit des Formkörpers zu verbessern, kann der Formkörper plattiert werden. Weiterhin kann der Formkörper elektrostatisch beschichtet werden, um den Oberflächenglanz zu verbessern.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführli cher beschrieben, die jedoch den Umfang der vorliegenden Erfin dung nicht einschränken sollen.

Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen eingesetzten Geräte, Materialien, Meß- und Bewertungsverfahren sind wie folgt:

1. Granulator
Trommelmischer: Doppelkegeltyp mit 20 bis 40 U/min,
Einschneckenextruder
Doppelschneckenextruder
2. Spritzgußmaschine
Spritzgußmaschine-1
Spritzgußmaschine-2
3. Thermoplastisches Harz
HIPS: Styron® EXG11,
PMMA: Delpet® 80 N,
AS: Stylac® AS783,
ABS-1: Stylac® ABS100,
ABS-2: Stylac® ID32F,
PPE-1: Xyron® 100Z,
PPE-2: Xyron® X9830,
PE-1: Suntec® HD.J340,
PE-2: Suntec® HD.J751,
PP: J-ALLOMER®,
POM: Tenac® C4510,
PA: Leona® 1300S,
4. Mit dem Matrixharz verträgliches Harz (Schlichtemittel für Kohlefaser)
SB-Emulsion: Styrol/Butadien-Copolymerharz-Latex (Fest stoffgehalt: 40 Gew.-%)
AS-Emulsion: Acrylnitril/Styrol-Copolymerharz-Latex (AN: 25%; Feststoffgehalt: 50 Gew.-%)
EVA-Emulsion: Ethylen/Vinylacetat-Copolymerharz-Latex (Vi nylacetat: 20%; Feststoffgehalt: 50 Gew.-%)
Urethanemulsion: Urethanharzlatex (Feststoffgehalt: 40 Gew.-%)
5. Leitfähiges Material (Kohlefaser)
Kohlefaserroving
Zerkleinerte Kohlefaser
6. Meß- und Bewertungsverfahren

(a) Glanz

Aus einem thermoplastischen Harz wurde, falls notwendig, ein getrocknetes Granulat gebildet, das dann im allgemei nen Preßzyklus unter Verwendung der Spritzgußmaschine-1 spritzgegossen wurde, wobei die Zylindertemperatur so ein gestellt war, daß sie für einen Einsatz des thermoplasti schen Harzes ausreichte, und die Formtemperatur betrug 60°C, so daß man eine Platte mit einer Spiegeloberfläche (50 mm breit × 90 mm lang × 2,5 mm dick) erhielt. Der Glanz der resultierenden Platte wurde unter Verwendung ei nes tragbaren Glanzmessers, bei einem Meßwin kel von 60° gemessen.

(b) Spezifischer Volumenwiderstand (Ω.cm)

Beide Endflächen der oben erhaltenen Platten, die sich an den Enden der Längsrichtung befanden, d. h. der Fließrich tung des Harzes beim Formen, wurden vollständig mit einer Silberpaste beschichtet und getrocknet, um den Widerstand (R_L) mit einem Ohmmeter zu messen. Dann wurde der spezi fische Volumenwiderstand R₁ (Ω.cm) mit der Formel R₁ = R_L × A_L/L berechnet (wobei A_L: Querschnittsfläche; L: Län ge).

(c-1) Spezifischer Oberflächenwiderstand (im Falle von 10⁷ Ω oder weniger)

Beide Kanten auf der Oberfläche der oben erhaltenen Plat ten, die sich an den Enden der Längsrichtung befanden, d. h. der Fließrichtung des Harzes beim Formen, wurden in einer Breite von 2 mm parallel mit einer Silberpaste be schichtet und getrocknet, um den Widerstand (R_S) mit einem Tester zu messen. Dann wurde der spezifische Oberflächen widerstand R₂ (Ω) mit der Formel R₂ = R_S × Y/Z₂ berechnet (wobei Y: Länge der Silberpastenlinien; Z₂: Abstand zwi schen den beiden Silberpastenlinien).

(c-2) Spezifischer Oberflächenwiderstand (im Falle von mehr als 10⁷ Ω)

Die oben erhaltene Platte wurde 45 Sekunden lang mit 500 V aufgeladen, wobei ein Leitfähigkeitsmeßgerät verwendet wurde, und anschließend wurde weiter entladen. Nach 15 Se kunden Entladung wurde der spezifische Widerstand (Ω) ge messen.

(d) Dispersibilität der Kohlefaser im Formkörper

Eine Platte wurde nach demselben Verfahren wie oben in (a) hergestellt, außer daß TiO₂ in einer Menge von 1 Teil pro 100 Teile des Harzes zu dem thermoplastischen Harz gegeben wurde, so daß die Platte grau wurde, was die Bewertung er leichtert. Die Agglomeration von Kohlefasern in dem Form körper wurde durch visuelle Untersuchung bewertet. Keine Agglomeration wurde als O definiert. Eine leichte Agglome ration wurde als Δ definiert. Ein hoher Anteil an Agglome ration wurde als X definiert.

(e) Aussehen des Formkörpers

Das Aussehen der für die Glanzmessung verwendeten Platte wurde durch visuelle Untersuchung bewertet. Eine Platte ohne Probleme beim Aussehen, die vermarktbar war, wurde als O definiert. Eine Platte mit zum Teil schlechtem Aus sehen aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer durch Agglomeration der Kohlefasern verursachten rauhen Oberfläche wurde als Δ definiert. Eine Platte mit erheb lich schlechtem Aussehen aufgrund von freiliegenden Kohle fasern und einer durch Agglomeration der Kohlefasern ver ursachten rauhen Oberfläche wurde als X definiert.

(f) Länge der Kohlefasern im Formkörper

Unter Verwendung der Spritzgußmaschine-1 wurde nach dem selben Verfahren wie oben in (a) ein Formkörper erhalten. Eine Probe wurde fast aus der Mitte der Platte herausge schnitten. Der Teil, wo die Probe herausgeschnitten wurde, befand sich auf der Geraden zwischen Anguß und Endteil und fast in der Mitte der mittleren 80% des Abstandes dazwi schen. Die Probe wurde 30 Minuten an der Luft bei 500 bis 600°C calciniert und mit einem Lichtmikroskop untersucht, um die Länge und Verteilung der Kohlefasern im Formkörper zu messen.

(g) Biegefestigkeit und Biegemodul

Die Biegefestigkeit und der Biegemodul wurden gemäß ASTM-D 790 gemessen.

(h) Abschirmung elektromagnetischer Störungen

Aus einem thermoplastischen Harz wurde, falls notwendig, ein getrocknetes Granulat gebildet, das dann im allgemei nen Preßzyklus unter Verwendung der Spritzgußmaschine-2 spritzgegossen wurde, wobei die Zylindertemperatur so ein gestellt war, daß sie ausreichte, damit das thermoplasti sche Harz eine Platte (100 mm breit × 100 mm lang × 2 mm dick) bildete. Unter Verwendung eines Network Analyzers wurde die Wirkung der resultierenden Platte im Sinne einer Abschirmung elektromagnetischer Störungen bei einer Fre quenz von 100 bis 1000 MHz in einer elektromagnetischen Black-Box gemessen. Die in der Tabelle gezeigten Ergebnis se sind die Dämpfungswerte bei 500 MHz.

(i) Dynamischer Reibungskoeffizient und Abriebverschleiß

Die für die Glanzmessung verwendete Platte wurde auf den Probenhalter aufgesetzt. Ei ne aus SUSS304 hergestellte Präzisionskugel mit einem Durchmesser von 5 mm wurde unter einer Belastung von 29,4 N (3 kg) auf die Platte gedrückt und darauf mit 30 mm/s innerhalb von 20 mm hin- und herbewegt. Die Rei bung bei der 100. Hin- und Herbewegung wurde gemessen und in einen dynamischen Reibungskoeffizienten umgerechnet. Der Abriebverschleiß wurde gemessen, indem man die Hin- und Herbewegung 1000mal unter denselben Bedingungen wie bei der Reibungsmessung durchführte und eine Reibungsspur auf der Oberfläche der Platte beobachtete, wobei man ein Instrument für Oberflächenrauheit verwendete.

Beispiel 1

Das Roving einer Kohlefaser (CF-R) mit einem Durchmesser von 7 µm wurde in eine AS-Emulsion eingetaucht, ausgewrungen, so daß der Gehalt an daran haftender fester Emulsion im trockenen Zustand 20 Gew.-% betrug, und getrocknet. Dann wurde das Kohle faserroving unter Verwendung eines Extruders weiterhin mit dem ABS-1-Harz beschichtet, so daß der Kohlefasergehalt im Granulat 15 Gew.-% betrug. Unter Verwendung eines Schneiders wurde der resultierende Strang in Pellets mit einer Länge von 5,5 mm und einem Kohlefasergehalt von 15 Gew.-% geschnitten. Als der Strang geschnitten wurde, wurden die Kohlefasern nicht freige legt und schlüpften auch nicht aus den Pellets heraus.

Unter Verwendung der Spritzgußmaschine-1 wurde das oben erhal tene Granulat spritzgegossen, so daß man einen Formkörper er hielt, wobei die Einstellungen für die Zylindertemperatur 220°C betrugen, der Gegendruck 19,6 MPa (20 kg/cm²) betrug, die Schneckendrehgeschwindigkeit 100 U/min betrug, die Injektions geschwindigkeit auf 80% der maximalen Injektionsgeschwindigkeit eingestellt wurde, die in der Beschreibung der Spritzgußmaschi ne vorgeschrieben war, und der Anguß zu einem Punktanguß mit einem Durchmesser von 1 mm geformt wurde. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit der Koh lefasern auf. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,3 Gew.-%, 5,0 Gew.-% bzw. 6,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,5/2,0.

Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 75%, eine Biegefestigkeit von 167 MPa (17 kg/mm²), einen Biegemodul von 10,8 GPa (1100 kg/mm²) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,5 Ω.cm. Die Ergeb nisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

Das in Beispiel 1 erhaltene kohlefaserhaltige Granulat wurde unter den Bedingungen spritzgegossen, daß die Zylindertempera tur 270°C betrug und der Gegendruck, die Schneckendrehgeschwin digkeit und die Einspritzgeschwindigkeit auf das Minimum einge stellt wurden, das in den Beschreibungen der Formmaschine vor geschrieben war, so daß die Scherspannung so klein wie möglich wurde. Der resultierende Formkörper enthielt 8,2 Gew.-% der Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm. Sein Aussehen war aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer durch Ag glomeration der Kohlefasern verursachten rauhen Oberfläche er heblich schlecht (X), so daß sich der Formkörper nicht vermark ten ließ. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers betrug 5 Ω.cm.

Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 2 bis 4

In den Beispielen 2, 4 und 5 und in Vergleichsbeispiel 2 wurden Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 herge stellt, außer daß die Kohlefasergehalte in den Granulaten geän dert wurden. In Beispiel 3 und 6 und Vergleichsbeispiel 3 wur den Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 her gestellt, außer daß das ABS-1-Harz eingesetzt wurde und die Kohlefasergehalte in den Granulaten geändert wurden. In Ver gleichsbeispiel 4 wurde ein Formkörper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein Granulat herge stellt wurde, indem man die zerkleinerten Fasern (C-CF) und das thermoplastische Harz ABS-1 mit einem Trommelmischer mischte und das Gemisch mit einem Doppelschneckenextruder extrudierte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 7

Das in Beispiel 1 erhaltene ABS-1-Granulat mit dem Kohlefaser gehalt von 15 Gew.-% wurde in einem Verhältnis von 1/2 mit ABS- 1-Granulat ohne Kohlefasern gemischt. Unter Verwendung des re sultierenden Gemischs wurde ein Formkörper hergestellt. Der resultierende Formkörper war ausgezeichnet in bezug auf die Dispergierbarkeit der Kohlefasern. Die Gehalte (a) der Kohlefa ser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 1,2 Gew.-%, 1,7 Gew.-% bzw. 2,1 Gew.-%. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,4/1,8.

Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 90%, eine Biegefestigkeit von 108 MPa (11 kg/mm²), einen Biegemodul von 10,8 GPa (1100 kg/mm²) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 9 × 10² Ω.cm.

Beispiele 8 bis 23

Formkörper wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß für die Herstellung der kohlefaserhalti gen Granulate die in Tabelle 2 und 3 aufgeführten thermoplasti schen Harze und Kopplungsmittel eingesetzt wurden und die Zy lindertemperaturen beim Formen je nach dem eingesetzten thermo plastischen Harz geeignet abgeändert wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 3 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 5

Ein Formkörper wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein Granulat hergestellt wurde, indem man 25 Gew.-% 6 mm lange zerkleinerte Fasern (C-CF), die mit einem Schlichtemittel des Epoxytyps beschichtet waren, und 75 Gew.-% Granulat aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit ei ner relativen Dichte von 0,95 und einer Fließfähigkeit von 3,0 g/10 min miteinander mischte. Das Polyethylen hoher Dichte wurde durch Mischen von PE-1 (relative Dichte: 0,95; Fließfä higkeit: 7 g/10 min) mit PE-2 (relative Dichte: 0,95; Fließfä higkeit: 1,3 g/10 min) und anschließende Extrusion hergestellt. Der resultierende Formkörper bestand aus (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in Anteilen von 3,0 Gew.-%, 12,8 Gew.-% bzw. 9,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohlefasern und Harz. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/4,3/3,1. Das Aussehen war aufgrund von freiliegenden Kohlefasern und einer rauhen Oberfläche durch Agglomeration der Kohlefasern schlecht. Der spezifische Volumenwiderstand des Formkörpers betrug 10 Ω.cm. Der Formkörper von Beispiel 12, dessen Kohlefa sergehalt 15 Gew.-% betrug, hatte einen spezifischen Volumenwi derstand von 0,3 Ω.cm. Dagegen hatte der hier erhaltene Form körper trotz eines höheren Kohlefasergehalts, 25 Gew.-%, einen schlechteren spezifischen Volumenwiderstand als der von Bei spiel 12. Es wird vermutet, daß dieses schlechte Aussehen und diese schlechten elektrischen Eigenschaften auf die Länge und Dispergierbarkeit der Kohlefasern zurückzuführen sind.

Vergleichsbeispiel 6

Ein Formkörper wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein Granulat hergestellt wurde, indem man 0,5 Gew.-% 5,5 mm lange zerkleinerte Fasern (C-CF), die mit einem Schlichtemittel des Epoxytyps beschichtet waren, und 99,5 Gew.-% ABS-1-Granulat miteinander mischte und anschließend mit einem Doppelschneckenextruder extrudierte. Der resultieren de Formkörper bestand aus (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in Anteilen von 0 Gew.-%, 0,3 Gew.-% bzw. 99,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohlefasern und Harz. Der resultierende Formkörper hatte eine gute Dispergier barkeit der Kohlefasern, ein gutes Aussehen und einen Oberflä chenglanz von 97%. Der spezifische Volumenwiderstand betrug jedoch 10¹⁴ Ω.cm oder mehr; dies ist fast der gleiche Wert wie bei dem ABS-Harz ohne Kohlefasern.

Beispiel 24

Das Kohlefaserroving (CF-R) wurde in AS-Emulsion eingetaucht, ausgewrungen, so daß der Gehalt an daran haftender fester Emul sion im trockenen Zustand 20 Gew.-% betrug, und getrocknet. Anschließend wurde der Rovingstrang in Pellets mit einer Länge von 5,5 mm geschnitten. 15 Gew.-% der mit AS-Emulsion beschich teten geschnittenen Kohlefasern wurden mit 85 Gew.-% ABS-1- Pellets ohne Kohlefasern gemischt. Das resultierende Gemisch wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 zu einem Form körper gepreßt. Der resultierende Formkörper wies eine ausge zeichnete Dispergierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Koh lefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,0 Gew.-%, 4,9 Gew.-% bzw. 7,1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt menge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,6/2,4.

Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 75%, eine Biegefestigkeit von 157 MPa (16 kg/mm²), einen Biegemodul von 10,3 GPa (1050 kg/mm²) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,3 Ω.cm.

Beispiel 25

Das mit Nickelmetall plattierte Kohlefaserroving (CF-R) wurde in AS-Emulsion eingetaucht, ausgewrungen, so daß der Gehalt an daran haftender fester Emulsion im trockenen Zustand 20 Gew.-% betrug, und getrocknet. Dann wurde das Kohlefaserroving unter Verwendung eines Einschneckenextruders mit dem geschmolzenen ABS-1-Harz beschichtet, so daß der Kohlefasergehalt im Granulat 15 Gew.-% betrug. Unter Verwendung eines Schneiders wurde der resultierende Strang in Pellets mit einer Länge von 5,5 mm und einem Kohlefasergehalt von 15 Gew.-% geschnitten.

Unter Verwendung des resultierenden Granulats wurde ein Form körper nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Disper gierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte (a) der Kohlefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,5 Gew.-%, 5,2 Gew.-% bzw. 6,3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,5/1,8.

Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 76%, eine Biegefestigkeit von 157 MPa (16 kg/mm²), einen Biegemodul von 10,3 GPa (1050 kg/mm²) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 0,08 Ω.cm.

Beispiel 26

Das Kohlefaserroving (CF-R) wurde nach dem Pultrusionsverfahren mit geschmolzenem PP-Harz beschichtet. Mit anderen Worten, das PP-Harz wurde unter Verwendung eines Extruders auf das Roving aufgetragen, während das Roving durch Spannung ausgerichtet wurde. Nach dem Schritt des Entwirrens, um jede Kohlefaser vollständig mit dem PP-Harz zu beschichten, wurde das beschich tete Roving in Pellets geschnitten. Die Menge des an dem Roving haftenden (darauf aufgetragenen) PP-Harzes wurde auf 30 Gew.-% eingestellt. 50 Gew.-% der mit dem PP-Harz beschichteten Kohle fasern wurden mit 50 Gew.-% PP-Harz-Pellets ohne Kohlefasern gemischt. Unter Verwendung des resultierenden Gemischs wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 ein Formkörper her gestellt. Der resultierende Formkörper wies eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit der Kohlefasern auf. Die Gehalte (a) der Koh lefaser mit einer Länge von mehr als 1,5 mm, (b) der Kohlefaser mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm und (c) der Kohlefaser mit einer Länge von weniger als 0,5 mm betrugen 3,3 Gew.-%, 5,0 Gew.-% bzw. 6,8 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Kohlefasern und des Harzes. Das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) betrug 1/1,5/2,1.

Der resultierende Formkörper hatte ein gutes Aussehen, einen Oberflächenglanz von 75% und einen spezifischen Volumenwider stand von 0,3 Ω.cm.

Beispiel 27

Bei einigen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen er haltenen Formkörper wurde die Abschirmung elektromagnetischer Störungen gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Im allgemeinen beträgt die Abschirmung elektromagnetischer Stö rungen vorzugsweise 20 dB oder mehr, um eine ausreichende Wir kung zu erzielen. Damit ein Formkörper eine ausreichende Ab schirmung elektromagnetischer Störungen aufweist, sollte sein spezifischer Volumenwiderstand 10^-4 bis 10³ Ω.cm betragen.

Beispiel 28

Bei einigen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen er haltenen Formkörper wurde die Eignung als gleitendes Element bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Wenn der Formkörper als gleitendes Element verwendet wurde, betrug der Abriebverschleiß vorzugsweise 32 µm oder weniger. Um dem Form körper antistatische Eigenschaften zu verleihen, betrug der spezifische Volumenwiderstand 10⁹ Ω.cm oder weniger, vorzugs weise 10⁰ bis 10⁹ Ω.cm. Ein Formkörper mit diesem spezifischen Volumenwiderstand zog auch dann, wenn man ihn in einem Raum stehen ließ, nur wenige Staubteilchen an.

Beispiel 29

Bei einigen der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen er haltenen Formkörper wurde die Eignung als IC-Tray bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Da die Eignung als IC- Tray im allgemeinen anhand des spezifischen Oberflächenwider stands beurteilt wird, wurde der spezifische Oberflächenwider stand jedes Formkörpers zusammen mit dem spezifischen Volumen widerstand gemessen. Ein Formkörper mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 102 bis 1010 Ω zog auch dann, wenn man ihn in einem Raum stehen ließ, nur wenige Staubteilchen an.

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Claims

1. Thermoplastische Formmasse, umfassend:

1. 70 bis 99,5 Gew.-% eines thermoplastischen Harzes und
2. 0,5 bis 30 Gew.-% Kohlefasern,
wobei die Kohlefaser folgendes umfasst:
- a) Kohlefasern mit einer Länge von mehr als 1,5 mm in einer Menge von 0,1 bis 4,7 Gew.-%;
- b) Kohlefasern mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 10,7 Gew.-%; und
- c) Kohlefasern mit einer Länge von weniger als 0,5 mm in einer Menge von 0,2 bis 14,6 Gew.-%; wobei sich die Gewichtsprozente auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Harzes und der Kohlefasern beziehen.

2. Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis (a)/(b)/(c) der Kohlefasern (a), (b) und (c) 1/0,5-2,5/0,5-3,0 beträgt.

3. Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei die Kohlefasern mit einem thermisch gehärteten oder thermoplastischen Harz beschichtet sind.

4. Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche der Kohlefasern leitfähig beschichtet ist.

5. Verfahren zur Herstellung der thermoplastischen Formmasse wie in Ansprüchen 1 bis 4 definiert, umfassend die folgenden Schritte:

1. Extrusionsbeschichten eines Rovings der Kohlefaser mit dem thermoplastischen Harz unter Verwendung eines Extruders;
2. Zerschneiden des mit dem thermoplastischen Harz beschichteten Rovings zu Pellets.

6. Verfahren zur Herstellung der thermoplastischen Formmasse wie in Ansprüchen 1 bis 4 definiert, umfassend die folgenden Schritte:

1. Extrusionsbeschichten eines Rovings der Kohlefaser mit dem thermoplastischen Harz unter Verwendung eines Extruders;
2. Zerschneiden des mit dem thermoplastischen Harz beschichteten Rovings zu Pellets; und
3. Mischen des in Schritt (2) erhaltenen Granulats mit einem Granulat des thermoplastischen Harzes.

7. Verfahren zur Herstellung der thermoplastischen Formmasse, wie in Ansprüchen 1 bis 4 definiert, umfassend die folgenden Schritte:

1. Zerschneiden eines Rovings der Kohlefaser zu Pellets, und
2. Mischen des in Schritt (1) erhaltenen Granulats mit einem Granulat des thermoplastischen Harzes.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Roving der Kohlefaser mit einem thermisch gehärteten oder thermoplastischen Harz beschichtet wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Harz, das auf die Kohlefaser aufgetragen wird, ein Emulsionsharz ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Kohlefaser nach einem Schmelzextrusions-Beschichtungsverfahren beschichtet wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Oberfläche der Kohlefasern leitfähig beschichtet wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei auf der Oberfläche der Kohlefaser die leitfähige Schicht durch Plattieren oder Tauchen gebildet wird.

13. Verwendung der thermoplastischen Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines Formkörpers mit Abschirmung elektromagnetischer Störungen, der einen spezifischen Volumenwiderstand von 10^-4 bis 10³ Ω.cm aufweist.

14. Verwendung der thermoplastischen Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines Widerstandes mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10² bis 10¹³ Ω.cm.

15. Verwendung der thermoplastischen Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines leitfähigen Gleitteils mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10⁰ bis 10⁹ Ω.cm.

16. Verwendung der thermoplastischen Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines IC-Trays mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 10² bis 10¹⁰ Ω.