樹脂にグラフェンを配合して得られる物性

樹脂にグラフェンを配合すると、一般的なフィラー(炭酸カルシウム、タルク　等)

とは異なり、電気、熱、機械特性を同時に大きく向上させることが出来ます。

グラフェンは炭素原子が1層のシート状(2D構造)になったナノ材料で、

非常に高性能なフィラーです。

以下、得られる物性を細かく整理します。

■樹脂にグラフェンを配合する事で得られる物性

①機械強度の向上

●グラフェンは鋼鉄の約100～200倍の強度を持つ為

　樹脂の補強材として非常に優れています。

・主な効果

→引張強度向上

→曲げ強度向上

→弾性率(剛性)向上

→耐摩耗性向上

→耐疲労性向上

・例

→PA

→PP

→ABS

等に数％配合すると、10～15％程度の強度向上が期待できる。

②電気導電性の付与(導電性)

●グラフェンの最大の特徴の一つが非常に高い電気伝導性です。

・得られる機能

→導電性樹脂

→静電気防止

→帯電防止

→EMIシールド

・用途例

→電子機器筐体

→半導体トレー

→バッテリー部材

※カーボンブラックより少ない添加量で導電化できるのが特徴です。

③熱伝導性の向上

●グラフェンは非常に高い熱伝導率(3000～5000W/mk)を持ちます。

・効果

→放熱性能向上

→熱拡散性向上

→ヒートシンク用途

・用途

→LED部品

→電子機器筐体

→EVバッテリー部材

④ガスバリア性の向上

●グラフェンは原子レベルで緻密な構造なので、ガスが通りにくいです。

・得られる特性

→酸素バリア性向上

→水蒸気バリア性向上

→腐食防止

・用途

→食品包装

→防湿材料

⑤摩擦、摺動性向上

●グラフェンは層状構造で滑りやすい為、潤滑効果があります。

・効果

→摩擦係数低下

→摺動性向上

→耐摩耗性向上

・用途

→ギア

→軸受

・摺動部品

⑥軽量化

●グラフェンは非常に軽いフィラーです。

・効果

→強度を上げながら重量増加が少ない

・用途

→自動車部品

→ドローン

→航空機材料

⑦難燃性向上

●グラフェンは炭素層が熱遮断バリアとして働きます。

・効果

→燃焼速度低下

→炭化層形成

→難燃性向上

※難燃剤と併用するケースが多い。

⑧紫外線耐久性向上

●グラフェンはUV吸収効果があります。

・効果

→紫外線劣化抑制

→耐候性向上

・用途

→屋外樹脂部品

→コーティング

⑨EMI(電磁波)シールド

●グラフェンは電気伝導性が高い為、電磁波シールド、ノイズ対策

　に高い効果を持つ。

・用途

→通信機器

→電子機器筐体

■添加量の目安

　添加量　　　　　効果

・0.1～1％　：　導電性発言

・1～3％　　：　強度、熱伝導改善

・3～5％　　：　高機能化

※分散が非常に重要

■デメリット

●実際にコンパウンドでは課題もあります。

・分散が難しい

・凝集しやすい

・価格が高い

・黒色になる

※その為

・マスターバッチ化

・表面処理

等で、使用される事が多いです。

二軸混錬コンパウンド試作