導電性フィラー充填・分散技術とフィラー分散高分子材料の設計・開発技術

ポリマーに金属粉末、カーボンブラック (CB) 、カーボンナノチューブ (CNT) などの導電フィラーを充填し作製した導電フィラー分散高分子複合材料は、フィラーが複合材料中でネットワーク状に連なり導電パスを形成するため、特異な電気特性を示す。特に結晶性ポリマーからなる導電性複合材料は、温度上昇とともに電気抵抗率が増加する正の抵抗温度係数 (PTC: Positive Temperature Coefficient) 特性を示す。PTC特性を示す材料はその特性から永久ヒューズ、温度センサー、ヒーターなどに応用可能である。導電性複合材料を永久ヒューズに応用する場合、室温抵抗率が低くかつ高温抵抗率が高く、抵抗率の増加が温度に対して急峻である必要がある。この目的に応じた導電性複合材料を作製するためには、PTC特性の発現メカニズムの解明が重要である。 　本講演では、フィラーはそもそも高分子のどこに入っているのか、室温時の抵抗を低下させ、一方、高温時の抵抗を上げるというトレードオフの関係を達成するためには、PTC特性の発現はどのような機構で起こるのか、高分子とフィラーのインターラクションについて、懇切に紹介したい。

1. 導電フィラー分散高分子材料とは?
   1. PTC (PTC: Positive Temperature Coefficient) 特性とは?
   2. 複合材料の導電性発現機構
   3. 高分子の種類とPTC特性との関係
   4. フィラーがCBの場合のPTC特性 – 最適なCBは? -
   5. フィラーが金属の場合のPTC特性 – 最適な金属は -
2. ポリマーの結晶化度とフィラー分散高分子のPTC特性との関係
   1. ポリマーの結晶化度の評価法
   2. ポリマーの結晶化度とフィラー分散高分子のPTC特性
   3. フィラー充填量とポリマーの結晶化度
   4. フィラー充填量とフィラー分散高分子のPTC特性
3. フィラー分散高分子の溶融後の冷却速度の導電性への影響
   1. 溶融後の冷却速度とポリマーの結晶化度
   2. ポリマーの結晶化度と室温抵抗率
   3. ポリマーの結晶化度とPTC特性
4. 結晶性高分子/Ni複合材料のPTC特性
   1. Ni充填率と複合材料の室温抵抗率
   2. Ni充填率と複合材料のPTC特性
   3. 高分子とフィラーのインターラクション
   4. FITモデル
5. ポリマーの分子量と複合材料の導電性
   1. HDPEの分子量と複合材料の導電性
   2. PMMAの分子量と複合材料の導電性
6. 非晶性ポリマーと複合材料のPTC特性
   1. 非晶性ポリマーにおけるフィラーの分散性 (SEM写真)
   2. 非晶性ポリマーにおけるPTC特性
7. ポリマーブレンド/Niにける常温抵抗率とPTC特性
   1. HDPE/PMMA/Ni複合材料の電気特性
   2. HDPE/PVDF – Ni複合材料の電気特性 (混練順番を変えて)
   3. HDPE – Ni/PVDF複合材料の電気特性 (混練順番を変えて)
   4. PVDF/PMMA/Ni複合材料の電気特性
8. 複合材料のPTC特性の定量的解析
   1. パーコーレーション理論における閾値の定義
   2. ポリマーの体積膨張及び結晶化度を考慮したPTC特性
   3. 絶縁領域の抵抗率になる温度での複合材料の見かけのフィラー充填率
• 質疑応答