導(dǎo)電性組合物和導(dǎo)電膜的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供導(dǎo)電性高、在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加的導(dǎo)電膜、以及用于形成該導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性組合物。導(dǎo)電性組合物包含：彈性體成分；纖維直徑不足30nm的纖維狀炭材料；以及，具有石墨結(jié)構(gòu)、拉曼光譜的1580cm-1附近出現(xiàn)的峰(G譜帶)與1330cm-1附近出現(xiàn)的峰(D譜帶)的強(qiáng)度比(G/D比)為1.8以上、最大長(zhǎng)度為150nm以上且厚度為100nm以下的薄片狀炭材料。由該導(dǎo)電性組合物形成導(dǎo)電膜。
【專(zhuān)利說(shuō)明】導(dǎo)電性組合物和導(dǎo)電膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于使用了高分子材料的柔軟的轉(zhuǎn)換器中的電極、布線(xiàn)、電磁波屏蔽體、撓性電路板等的導(dǎo)電膜、以及用于形成其的導(dǎo)電性組合物。
【背景技術(shù)】
[0002]作為轉(zhuǎn)換器，已知有進(jìn)行機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換的致動(dòng)器、傳感器等，或者進(jìn)行聲能與電能的轉(zhuǎn)換的揚(yáng)聲器、話(huà)筒等。為了構(gòu)成柔軟性高、小型且較輕的轉(zhuǎn)換器，介電彈性體等高分子材料是有用的。例如，在由介電彈性體制成的介電層的表背兩面配置一對(duì)電極，可以構(gòu)成致動(dòng)器。另外，夾著介電層配置電極可以構(gòu)成電容型傳感器。
[0003]在該種致動(dòng)器、傳感器中，期望電極能夠追隨介電層的變形而伸縮。為了實(shí)現(xiàn)柔軟的電極而開(kāi)發(fā)了在彈性體等粘合劑中配混了導(dǎo)電性炭黑、金屬粉末的導(dǎo)電材料。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了一種電極，其是在彈性體中配混具有三維形狀的特定的碳納米管和炭黑而成的。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了在基體膠中配混碳納米管而成的電極。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-198425號(hào)公報(bào)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2009-227985號(hào)公報(bào)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2001-151833號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_9] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010]然而，現(xiàn)有的電極的導(dǎo)電性并不能說(shuō)是充分的。尤其是，伸長(zhǎng)時(shí)的電阻的增加大。一般，具有石墨結(jié)構(gòu)的炭材料由于結(jié)晶性高、導(dǎo)電性?xún)?yōu)異而適用于導(dǎo)電材料。但是，比較的廉價(jià)且容易得到的石墨粉末、石墨化了的碳納米管的粒徑、管徑大多較大。因此，即使想要將該材料配混到彈性體中來(lái)實(shí)現(xiàn)柔軟的電極，也無(wú)法形成致密的導(dǎo)電路徑。另外，在伸長(zhǎng)時(shí)容易出現(xiàn)裂紋、電阻大幅增加。另一方面，使用纖維直徑(直徑)不足30nm的纖維狀炭材料作為微細(xì)的導(dǎo)電材料時(shí)，纖維狀炭材料彼此難以接觸、接觸點(diǎn)的面積也小。因此，被伸長(zhǎng)時(shí)，基于纖維狀炭材料彼此的接觸的導(dǎo)通斷開(kāi)、電阻增加。另外，使用市售的多壁碳納米管時(shí)，碳納米管彼此雖然接觸，但由于碳納米管自身的導(dǎo)電性低，所以電阻增大。
[0011]本發(fā)明是鑒于這樣的實(shí)際情況而進(jìn)行的，其課題在于，提供導(dǎo)電性高、即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加的導(dǎo)電膜、以及用于形成其的導(dǎo)電性組合物。
[0012]用于解決問(wèn)題的方案
[0013](I)為了解決上述課題，本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物的特征在于，其包含:彈性體成分；纖維直徑不足30nm的纖維狀炭材料；以及，具有石墨結(jié)構(gòu)、拉曼光譜的1580CHT1附近出現(xiàn)的峰(G譜帶)與1330CHT1附近出現(xiàn)的峰(D譜帶)的強(qiáng)度比(G/D比)為1.8以上、最大長(zhǎng)度為150nm以上且厚度為IOOnm以下的薄片狀炭材料。[0014]如上所述，在彈性體中配混直徑小的纖維狀炭材料作為導(dǎo)電材料時(shí)，由于導(dǎo)電材料彼此的接觸點(diǎn)少、或者導(dǎo)電材料自身的導(dǎo)電性低，所以電阻高、難以確保伸長(zhǎng)時(shí)的導(dǎo)電性。在這方面，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物，在直徑小的纖維狀炭材料的基礎(chǔ)上，配混規(guī)定大小的薄片狀炭材料。薄片狀炭材料具有石墨結(jié)構(gòu)、且G/D比為1.8以上。S卩，結(jié)晶性高、導(dǎo)電性?xún)?yōu)異。因此，通過(guò)使薄片狀炭材料分散在彈性體中，能夠提高導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性。另夕卜，薄片狀炭材料的最大長(zhǎng)度為150nm以上、厚度為IOOnm以下。因此，如后述圖2所示，薄片狀炭材料起到將分散的多個(gè)纖維狀炭材料彼此進(jìn)行連結(jié)的作用。薄片狀炭材料通過(guò)配置成覆蓋纖維狀炭材料彼此的接觸點(diǎn)的形式，接觸面積變大，即使在伸長(zhǎng)時(shí)也容易維持導(dǎo)通。其結(jié)果，能夠抑制導(dǎo)電膜在伸長(zhǎng)時(shí)的電阻的增加。以下使用示意圖對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0015]圖1示意性地示出相對(duì)于伸長(zhǎng)率的各導(dǎo)電材料的體積電阻率的變化。如圖1所示，在彈性體中僅配混了石墨粉末時(shí)，自然狀態(tài)(伸長(zhǎng)前)的體積電阻率雖小，但體積電阻率隨著伸長(zhǎng)而急劇上升。另外，與配混了石墨粉末時(shí)相比，在彈性體中僅配混了直徑小的纖維狀炭材料時(shí)，由于伸長(zhǎng)造成的體積電阻率的變化雖減小，但自然狀態(tài)的體積電阻率大。對(duì)此，根據(jù)由本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物形成的導(dǎo)電膜，通過(guò)薄片狀炭材料自身的導(dǎo)電性的體現(xiàn)、以及纖維狀炭材料間的架橋效果，自然狀態(tài)的導(dǎo)電性提高、伸長(zhǎng)時(shí)的電阻的增加減小。
[0016](2)本發(fā)明的導(dǎo)電膜由上述本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物形成。即，本發(fā)明的導(dǎo)電膜包含:纖維直徑不足30nm的纖維狀炭材料；以及，具有石墨結(jié)構(gòu)、拉曼光譜的1580CHT1附近出現(xiàn)的峰(G譜帶)與1330CHT1附近出現(xiàn)的峰(D譜帶)的強(qiáng)度比(G/D比)為1.8以上、最大長(zhǎng)度為150nm以上且厚度為IOOnm以下的薄片狀炭材料。如上所述，本發(fā)明的導(dǎo)電膜中，將薄片狀炭材料配置成覆蓋纖維狀炭材料彼此的接觸點(diǎn)的形式。由此，纖維狀炭材料彼此變得容易接觸，并且接觸面積也增大。因此，由于薄片狀炭材料自身的導(dǎo)電性的體現(xiàn)、以及纖維狀炭材料間的架橋效果，所以可實(shí)現(xiàn)具有高導(dǎo)電性、即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加的導(dǎo)電膜。
[0017](3)本發(fā)明的電磁波屏蔽體由上述技術(shù)方案⑵的本發(fā)明的導(dǎo)電膜制成。
[0018]本發(fā)明的電磁波屏蔽體柔軟且具有高導(dǎo)電性、即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加。因此，即使用于具有伸縮性的部件其屏蔽性能也不易降低。因此，本發(fā)明的電磁波屏蔽體的耐久性?xún)?yōu)異。
[0019](4)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器具備:聚合物制的介電層、介由該介電層配置的多個(gè)電極、以及與多個(gè)該電極分別連接的布線(xiàn)，該電極和該布線(xiàn)中的至少一者由上述技術(shù)方案(2)的本發(fā)明的導(dǎo)電膜制成。
[0020]轉(zhuǎn)換器是將一種能量變換為另一種能量的裝置。轉(zhuǎn)換器包括:進(jìn)行機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換的致動(dòng)器、傳感器、發(fā)電元件等，或者進(jìn)行聲能與電能的轉(zhuǎn)換的揚(yáng)聲器、話(huà)筒等。由本發(fā)明的導(dǎo)電膜形成的電極、布線(xiàn)柔軟且具有高導(dǎo)電性、即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加。因此，使用本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器時(shí)，介電層的活動(dòng)不易受到電極、布線(xiàn)的約束。另外，即使反復(fù)伸縮，電阻也難以增加。因此，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器難以產(chǎn)生以電極、布線(xiàn)為起因的性能的降低。因此，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的耐久性?xún)?yōu)異。
[0021](5)本發(fā)明的撓性電路板具備基材和在該基材的表面配置的布線(xiàn)，布線(xiàn)的至少一部分由上述技術(shù)方案(2)的本發(fā)明的導(dǎo)電膜制成。[0022]由本發(fā)明的導(dǎo)電膜形成的布線(xiàn)柔軟且具有高導(dǎo)電性、即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加。因此，根據(jù)本發(fā)明的撓性電路板，即使基材伸縮其性能也不易降低。因此，本發(fā)明的撓性電路板的耐久性?xún)?yōu)異。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為表示相對(duì)于伸長(zhǎng)率的導(dǎo)電材料的體積電阻率的變化的示意圖。
[0024]圖2為實(shí)施例1的導(dǎo)電膜的凍結(jié)割斷面的SEM照片。
[0025]圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施方式即致動(dòng)器的截面示意圖，(a)表示電壓關(guān)閉狀態(tài)、(b)表示電壓開(kāi)啟狀態(tài)。
[0026]圖4為本發(fā)明的撓性電路板的俯視透視圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0028]1:致動(dòng)器(轉(zhuǎn)換器)、10:介電層、11a、Ilb:電極、12a、12b:布線(xiàn)、13:電源。
[0029]5:撓性電路板、50:基材、51:表側(cè)布線(xiàn)用連接器、52:背側(cè)布線(xiàn)用連接器、OlX~16X:表側(cè)電極、OlY~16Y:背側(cè)電極、Olx~16x:表側(cè)布線(xiàn)、Oly~16y:背側(cè)布線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]<導(dǎo)電性組合物>
[0031]本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物包含:彈性體成分；纖維直徑不足30nm的纖維狀炭材料；以及，具有石墨結(jié)構(gòu)、拉曼光譜的1580cm-1附近出現(xiàn)的峰(G譜帶)與13300cm-1附近出現(xiàn)的峰(D譜帶)的強(qiáng)度比(G/D比)為1.8以上、最大長(zhǎng)度為150nm以上且厚度為100nm以下的薄片狀炭材料。本說(shuō)明書(shū)中，彈性體包含交聯(lián)橡膠和熱塑性彈性體。因此，作為構(gòu)成本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物的彈性體成分，可列舉出交聯(lián)前的橡膠聚合物和熱塑性彈性體。
[0032]作為彈性體，從在常溫下具有橡膠狀彈性這樣的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，理想的是使用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為室溫以下的彈性體。Tg降低時(shí)，結(jié)晶性也降低。因此，彈性體變得更容易伸縮。例如，Tg為-20°c以下、進(jìn)一步為-35°c以下的彈性體更柔軟，是適宜的。作為彈性體，可以單獨(dú)使用一種或?qū)煞N以上混合使用。
[0033]另外，從反復(fù)變形時(shí)的復(fù)原性?xún)?yōu)異這樣的理由來(lái)看，理想的彈性體為交聯(lián)橡膠。另外，也可以是像熱塑性彈性體那樣，具有硬鏈段和軟鏈段的微相分離結(jié)構(gòu)、疑似交聯(lián)的物質(zhì)。例如，作為具有交聯(lián)性官能團(tuán)的彈性體，可列舉出聚氨酯橡膠、丙烯酸類(lèi)橡膠、硅橡膠、丁基橡膠、丁二烯橡膠、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧氯丙烷共聚物、丁腈橡膠、氯丁橡膠、天然橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM)、硅橡膠、聚酯橡膠等。其中，丙烯酸類(lèi)橡膠由于結(jié)晶性低、分子間力弱，所以與其它橡膠相比較Tg更低。因此，柔軟且伸長(zhǎng)率良好，適用于致動(dòng)器、傳感器的電極等。
[0034] 纖維狀炭材料可以是空心的也可以是實(shí)心的。例如可列舉出碳納米管、碳纖維等。其中，可使用纖維直徑(直徑)不足30nm的材料。作為纖維狀炭材料，可以單獨(dú)使用一種，也可以混合兩種以上使用。為了實(shí)現(xiàn)所期望的導(dǎo)電性，在以導(dǎo)電性組合物的固體成分為100質(zhì)量％時(shí)，理想的是纖維狀炭材料的含量為5質(zhì)量％以上。另一方面，考慮到柔軟性，在以導(dǎo)電性組合物的固體成分為100質(zhì)量％時(shí)，理想的是纖維狀炭材料的含量為30質(zhì)量％以下。[0035]薄片狀炭材料的最大長(zhǎng)度為150nm以上、厚度為IOOnm以下。薄片狀炭材料可以由例如具有石墨結(jié)構(gòu)、拉曼光譜的G/D比為1.8以上、最小長(zhǎng)度與最大長(zhǎng)度之比(最小長(zhǎng)度/最大長(zhǎng)度)為1/5以下的炭材料制造。例如，可以將該炭材料進(jìn)行粉碎處理來(lái)制造。作為原料的炭材料，可列舉出碳納米管、疊杯狀碳納米管、石墨、膨脹石墨等。例如，纖維直徑為30nm以上的碳納米管由于廉價(jià)且容易得到所以是適宜的。另外，疊杯狀碳納米管具有由底部中空的杯狀的碳網(wǎng)層疊而成的結(jié)構(gòu)。對(duì)疊杯狀碳納米管進(jìn)行粉碎處理時(shí)，碳網(wǎng)杯被去除。由此，可以容易地調(diào)整疊杯狀碳納米管的長(zhǎng)度。另外，通過(guò)粉碎處理，可以將疊杯狀碳納米管制成最適合連結(jié)導(dǎo)電材料彼此的形狀。另外，石墨由于結(jié)晶性高、導(dǎo)電性?xún)?yōu)異、廉價(jià)且容易得到所以是適宜的。另外，膨脹石墨是在鱗片狀的石墨的層間插入通過(guò)加熱而產(chǎn)生氣體的物質(zhì)而成的。因此，在粉碎時(shí)層間易剝離，可以容易地得到薄片狀炭材料。
[0036]炭材料的粉碎處理可以是干式的也可以是濕式的。在干式的情況下，可使用球磨機(jī)、亨舍爾混合機(jī)等，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行粉碎、碰撞混合。另外，在將導(dǎo)電性組合物制成液狀時(shí)，理想的是濕式、即在液體中進(jìn)行粉碎處理。在液體中進(jìn)行粉碎時(shí)，容易對(duì)炭材料施加剪切力。因此，可以容易地得到納米級(jí)的薄片狀炭材料。在粉碎處理中，作為使炭材料分散的液體可使用有機(jī)溶劑。在有機(jī)溶劑中添加分散劑時(shí)，能夠抑制粉碎了的炭材料的聚集。另夕卜，使用在有機(jī)溶劑中溶解了彈性體成分的聚合物溶液時(shí)，能夠直接將粉碎處理后的液體用于液態(tài)的導(dǎo)電性組合物(導(dǎo)電涂料)的制備。在粉碎處理中，理想的是使用由陶瓷、玻璃等制成的粉碎介質(zhì)。另外，也可以一邊照射超聲波一邊粉碎。照射超聲波時(shí)，能夠抑制粉碎了的炭材料的聚集。
[0037]粉碎處理后的炭材料可以包含例如厚度超過(guò)IOOnm的顆粒等除了薄片狀炭材料以外的顆粒。此時(shí)，理想的是，薄片狀炭材料占粉碎處理后的所有顆粒的個(gè)數(shù)比率為5%以上。薄片狀炭材料的個(gè)數(shù)比率例如可如下求出。首先，使用激光散射式等粒度分布測(cè)定裝置分別測(cè)定粉碎處理前后的炭材料的粒度分布。然后，比較粉碎處理前后的粒度分布，算出通過(guò)粉碎處理而生成的粒徑小的顆粒的個(gè)數(shù)比率。接著，通過(guò)透射型電子顯微鏡(TEM)或掃描電子顯微鏡(SEM)觀(guān)察粉碎處理后的炭材料，算出最大長(zhǎng)度150nm以上且厚度IOOnm以下的顆粒的個(gè)數(shù)比率。
[0038]為了連結(jié)纖維狀炭材料彼此、發(fā)揮出抑制伸長(zhǎng)時(shí)的電阻的增加的效果，理想的是，在以導(dǎo)電性組合物的固體成分為100質(zhì)量％時(shí)，薄片狀炭材料的含量為3質(zhì)量％以上。另一方面，考慮到導(dǎo)電性組合物的柔軟性，理想的是，在以導(dǎo)電性組合物的固體成分為100質(zhì)量％時(shí)，纖維狀炭材料的含量為30質(zhì)量％以下。
[0039]為了充分發(fā)揮由薄片狀炭材料自身帶來(lái)的纖維狀炭材料間的架橋效果，理想的是，纖維狀炭材料與薄片狀炭材料的配混比以質(zhì)量比計(jì)處于5:1?1:4的范圍。
[0040]本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物可以包含有機(jī)溶劑、交聯(lián)劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、交聯(lián)助劑、增塑齊U、加工助劑、抗老化劑、軟化劑以及著色劑等添加劑。針對(duì)有助于交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、交聯(lián)助劑等，可根據(jù)彈性體的種類(lèi)等適宜選擇。
[0041]添加增塑劑、軟化劑時(shí)，能夠提高彈性體的加工性，并且進(jìn)一步提高柔軟性。增塑劑只要是與彈性體的相容性?xún)?yōu)異的物質(zhì)即可。例如可以使用公知的鄰苯二甲酸二酯等有機(jī)酸衍生物、磷酸三甲酚酯等磷酸衍生物、己二酸二酯、氯化石蠟、聚醚酯等。作為軟化劑，可使用植物系軟化劑、礦物系軟化劑。作為植物系軟化劑，可列舉出硬脂酸、月桂酸、蓖麻油酸、棕櫚酸、棉子油、大豆油、蓖麻油、棕櫚油、松焦油、妥爾油、油膏等。作為礦物系軟化劑，可列舉出石蠟系、環(huán)烷烴系、芳香(aroma)系的油。
[0042]本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物例如可以通過(guò)將混合彈性體成分、纖維狀炭材料、薄片狀炭材料以及根據(jù)需要而配混的添加劑而成的混合物利用捏合機(jī)、班伯里密煉機(jī)等加壓式混煉機(jī)、雙輥磨等進(jìn)行混煉來(lái)制備?；蛘?，可以向?qū)椥泽w成分溶解于有機(jī)溶劑而成的聚合物溶液中添加纖維狀炭材料、薄片狀炭材料以及根據(jù)需要而配混的添加劑，使用濕式分散機(jī)等進(jìn)行混合來(lái)制備(導(dǎo)電涂料)。另外，在制造薄片狀炭材料時(shí)，在將聚合物溶液以粉碎處理的液體的形式使用時(shí)，也可以向包含粉碎處理后的薄片狀炭材料的聚合物溶液中添加纖維狀炭材料和根據(jù)需要而配混的添加劑，進(jìn)行混合并制備導(dǎo)電性組合物(導(dǎo)電涂料)。導(dǎo)電性組合物為液狀時(shí)，通過(guò)將導(dǎo)電涂料涂布在基材上，能夠容易地形成導(dǎo)電膜。
[0043]作為導(dǎo)電涂料的涂布方法，除了絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、柔性印刷、照相凹版印刷、移印印刷、金屬掩模印刷、光刻等印刷法以外，還可列舉出浸潰法、噴霧法、棒涂法等。例如，通過(guò)印刷法可以容易地形成薄膜、大面積的導(dǎo)電膜。另外，涂布的部分和不涂布的部分的區(qū)分涂布也是容易的。因此，即使是細(xì)線(xiàn)、復(fù)雜形狀的導(dǎo)電膜也能夠容易地形成。
[0044]印刷法之中，絲網(wǎng)印刷或金屬掩模印刷是適宜的。通過(guò)絲網(wǎng)印刷、金屬掩模印刷，能夠廉價(jià)地制版、能夠容易地形成各種各樣的形狀、大面積的導(dǎo)電膜。例如，即使每一個(gè)印刷圖案的面積為0.2m2以上的大面積，也能夠形成導(dǎo)電膜。另外，由于容易控制膜厚，即使為例如50 μ m以上的厚膜，也能夠容易地形成導(dǎo)電膜。導(dǎo)電膜的厚度大時(shí)，電阻變小，所以能夠使元件的性能提高。
[0045]<導(dǎo)電膜>
[0046]本發(fā)明的導(dǎo)電膜由上述本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物形成。例如，將制備成涂料狀的導(dǎo)電性組合物(導(dǎo)電涂料)涂布在基材上，通過(guò)加熱使其干燥，可以形成導(dǎo)電膜。涂布的方法可以采用既已公知的各種方法。其中，如上所述，絲網(wǎng)印刷法是適宜的。
[0047]本發(fā)明的導(dǎo)電膜的厚度可以根據(jù)用途來(lái)適宜決定。例如，將本發(fā)明的導(dǎo)電膜用于致動(dòng)器、傳感器等的電極、布線(xiàn)時(shí)，制成I μ m以上且500 μ m以下的厚度為佳。
[0048]本發(fā)明的導(dǎo)電膜根據(jù)用途而形成在包括介電層在內(nèi)的各種基材的表面。作為基材，可列舉出例如由聚酰亞胺、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等制成的具有彎曲性的樹(shù)脂片材、具有伸縮性的彈性體片材等。作為彈性體，可列舉出丙烯酸類(lèi)橡膠、EPDM、丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、氯丁橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、熱塑性彈性體(烯烴系、苯乙烯系、聚酯系、丙烯酸系、聚氨酯系、氯乙烯系)等。本發(fā)明的導(dǎo)電膜形成于可伸縮的基材的表面時(shí)，更能夠發(fā)揮柔軟性高、即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加這樣的效果。例如，根據(jù)JIS K6251:2010而測(cè)定的切斷時(shí)伸長(zhǎng)率為5%以上的基材是適宜的。
[0049]在導(dǎo)電膜相對(duì)于基材的粘接性不充分時(shí)，反復(fù)伸縮的過(guò)程中，存在導(dǎo)電膜從基材剝離的擔(dān)心。另外，存在導(dǎo)電膜與基材之間產(chǎn)生空隙等而招致介質(zhì)擊穿的擔(dān)心。因此，理想的是導(dǎo)電膜被可靠地粘接在基材上。例如，作為形成導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性組合物的彈性體成分，使用具有交聯(lián)性官能團(tuán)的聚合物；作為基材，使用具有官能團(tuán)的聚合物。于是，通過(guò)使彈性體成分在交聯(lián)時(shí)與基材的官能團(tuán)反應(yīng)，導(dǎo)電膜可以通過(guò)化學(xué)鍵合而與基材粘接。由此，能夠使導(dǎo)電膜與基材的粘接性提高。例如，可以對(duì)基材實(shí)施表面處理來(lái)賦予官能團(tuán)。表面處理可通過(guò)電暈放電、等離子體、激光、紫外線(xiàn)等的照射、底漆的涂布等來(lái)進(jìn)行。
[0050]<電磁波屏蔽體>
[0051]本發(fā)明的電磁波屏蔽體由本發(fā)明的導(dǎo)電膜制成。電磁波屏蔽體起到抑制在電子設(shè)備的內(nèi)部產(chǎn)生的電磁波泄漏到外部、或者使來(lái)自外部的電磁波難以侵入到內(nèi)部的作用。例如，在電子設(shè)備的殼體的內(nèi)周面配置電磁波屏蔽體時(shí)，可將制備成液態(tài)的本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物涂布在電子設(shè)備的殼體的內(nèi)周面并使其干燥。
[0052]〈轉(zhuǎn)換器〉
[0053]本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器具備:聚合物制的介電層、介由該介電層配置的多個(gè)電極、以及與多個(gè)該電極分別連接的布線(xiàn)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器也可以具有使介電層與電極交替層疊而成的
層疊結(jié)構(gòu)。
[0054]介電層由聚合物、即樹(shù)脂或彈性體形成。彈性體由于具有伸縮性所以是適宜的。其中，從增大位移量和產(chǎn)生力的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，理想的是使用相對(duì)介電常數(shù)高的彈性體。具體而言，理想的是常溫下的相對(duì)介電常數(shù)(IOOHz)為2以上、進(jìn)一步為5以上的彈性體。例如，可采用具有酯基、羧基、羥基、鹵素基團(tuán)、酰胺基、磺基、氨基甲酸酯基、腈基等極性官能團(tuán)的彈性體；或者添加了具有這些極性官能團(tuán)的極性低分子量化合物的彈性體。作為適宜的彈性體，可列舉出硅橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、氫化丙烯腈-丁二烯橡膠(H-NBR)、EPDM、丙烯酸類(lèi)橡膠、聚氨酯橡膠、表氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯等。需要說(shuō)明的是，“聚合物制”是指介電層的基體材料為樹(shù)脂或彈性體。因此，除了彈性體或樹(shù)脂成分以外，也可以包含添加劑等其它成分。
[0055]介電層的厚度可根據(jù)轉(zhuǎn)換器的用途等而適宜決定。例如，在用于致動(dòng)器時(shí)，從小型化、低電位驅(qū)動(dòng)化以及增大位移量等觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，理想的是厚度薄的介電層。此時(shí)，再考慮到介質(zhì)擊穿性等，理想的是，將介電層的厚度設(shè)置為I μ m以上且1000 μ m(lmm)以下。為5μηι以上且200 μ m以下是更適宜的。
[0056]電極和布線(xiàn)中的至少一者由本發(fā)明的導(dǎo)電膜制成。本發(fā)明的導(dǎo)電膜的結(jié)構(gòu)和制造方法如上所述。因此，此處舍棄說(shuō)明。另外，在本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的電極、布線(xiàn)中，也期望采用本發(fā)明的導(dǎo)電膜的適宜的方式。以下，作為本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的一個(gè)例子，對(duì)致動(dòng)器的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0057]圖3表示本實(shí)施方式的致動(dòng)器的截面示意圖。(a)表示電壓斷開(kāi)狀態(tài)、(b)表示電壓連接狀態(tài)。
[0058]如圖3所示，致動(dòng)器I具備介電層10、電極IlaUlb以及布線(xiàn)12a、12b。介電層10為硅橡膠制。電極Ila按照覆蓋介電層10的大致整個(gè)上表面的方式配置。同樣，電極Ilb按照覆蓋介電層10的大致整個(gè)下表面的方式配置。電極IlaUlb分別介由布線(xiàn)12a、12b連接到電源13。電極IlaUlb是由將本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物進(jìn)行絲網(wǎng)印刷而形成的導(dǎo)電膜制成的。
[0059]在從斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為連接狀態(tài)時(shí)，在一對(duì)電極IlaUlb之間施加電壓。通過(guò)電壓的施加，介電層10的厚度變薄，如圖3的(b)中的空心箭頭所示，相應(yīng)地，其在平行于電極IlaUlb面的方向進(jìn)行伸長(zhǎng)。由此，致動(dòng)器I輸出圖中上下方向以及左右方向的驅(qū)動(dòng)力。
[0060]通過(guò)本實(shí)施方式，電極IlaUlb柔軟且具有伸縮性。因此，介電層10的活動(dòng)難以受到電極IlaUlb的約束。因此，通過(guò)致動(dòng)器I能夠得到大的力和位移量。另外，電極11a、Ilb具有高導(dǎo)電性。此外，即使反復(fù)伸縮，電阻也難以增加。因此，致動(dòng)器I中，難以產(chǎn)生以電極IlaUlb為起因的性能的降低。因而，致動(dòng)器I的耐久性?xún)?yōu)異。
[0061]〈撓性電路板〉
[0062]本發(fā)明的撓性電路板具備基材和配置在該基材的表面的布線(xiàn)。對(duì)基材的材質(zhì)沒(méi)有特別的限定?？梢允褂米鳛橛糜谛纬杀景l(fā)明的導(dǎo)電膜的基材的適宜例子而列舉出的具有彎曲性的樹(shù)脂片材、具有伸縮性的彈性體片材等。
[0063]布線(xiàn)的至少一部分由本發(fā)明的導(dǎo)電膜制成。本發(fā)明的導(dǎo)電膜的結(jié)構(gòu)和制造方法如上所述。因此，此處舍棄說(shuō)明。另外，本發(fā)明的撓性電路板中，理想的是采用本發(fā)明的導(dǎo)電膜的適宜方式。以下，對(duì)本發(fā)明的撓性電路板的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0064]首先，對(duì)本實(shí)施方式的撓性電路板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖4表示本實(shí)施方式的撓性電路板的俯視透視圖。需要說(shuō)明的是，圖4中，背側(cè)的電極、布線(xiàn)用細(xì)線(xiàn)表示。如圖4所示，撓性電路板5具備:基材50、表側(cè)電極OlX?16X、背側(cè)電極OlY?16Y、表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x、背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y、表側(cè)布線(xiàn)用連接器51以及背側(cè)布線(xiàn)用連接器52。
[0065]基材50為聚氨酯橡膠制，呈片狀。在基材50的上表面總計(jì)配置16根表側(cè)電極OlX?16X。表側(cè)電極OlX?16X分別呈帶狀。表側(cè)電極OlX?16X分別沿X方向(左右方向)延伸。表側(cè)電極OlX?16X按照在Y方向(前后方向)上隔開(kāi)規(guī)定間隔、大致互相平行的方式配置。同樣，在基材50的下表面配置總計(jì)16根背側(cè)電極OlY?16Y。背側(cè)電極OlY?16Y分別呈帶狀。背側(cè)電極OlY?16Y分別沿Y方向延伸。背側(cè)電極OlY?16Y按照在X方向上隔開(kāi)規(guī)定間隔、大致互相平行的方式配置。如圖4中的影線(xiàn)所示，表側(cè)電極OlX?16X和背側(cè)電極OlY?16Y夾著基材50交差的部分(重疊的部分)形成了用于檢測(cè)負(fù)載等的檢測(cè)部。
[0066]在基材50的上表面配置總計(jì)16根表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x。表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x分別呈線(xiàn)狀。表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x是由將本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物進(jìn)行絲網(wǎng)印刷而形成的導(dǎo)電膜制成的。表側(cè)布線(xiàn)用連接器51配置在基材50的左后角。表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x分別連接表側(cè)電極OlX?16X的左端和表側(cè)布線(xiàn)用連接器51。另外，基材50的上表面、表側(cè)電極OlX?16X、表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x從上方被表側(cè)覆蓋薄膜(圖略)覆蓋。
[0067]在基材50的下表面配置總計(jì)16根背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y。背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y分別呈線(xiàn)狀。背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y是由將本發(fā)明的導(dǎo)電性組合物進(jìn)行絲網(wǎng)印刷而形成的導(dǎo)電膜制成的。背側(cè)布線(xiàn)用連接器52配置在基材50的左前角。背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y分別連接背側(cè)電極OlY?16Y的前端和背側(cè)布線(xiàn)用連接器52。另外，基材50的下表面、背側(cè)電極OlY?16Y、背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y從下方被背側(cè)覆蓋薄膜(圖略)覆蓋。
[0068]表側(cè)布線(xiàn)用連接器51、背側(cè)布線(xiàn)用連接器52各自電連接有演算部(圖略)。由表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x和背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y向演算部輸入檢測(cè)部的阻抗?；诖藴y(cè)定表面壓力分布。
[0069]接著，對(duì)本實(shí)施方式的撓性電路板5的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)本實(shí)施方式，表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x和背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y分別柔軟且具有伸縮性。因此，能夠追隨基材50的變形而變形。另外，表側(cè)布線(xiàn)Olx?16x和背側(cè)布線(xiàn)Oly?16y分別具有高導(dǎo)電性，即使在伸長(zhǎng)時(shí)電阻也難以增加。因此，撓性電路板5中，基材50即使伸縮，性能也不易降低。因此，撓性電路板5的耐久性?xún)?yōu)異。像這樣，撓性電路板5對(duì)于將可伸縮的元件連接到電路中而言是適宜的。
[0070]實(shí)施例
[0071]接著，通過(guò)列舉實(shí)施例來(lái)更具體地說(shuō)明本發(fā)明。
[0072]<導(dǎo)電性組合物的制備和導(dǎo)電膜的制造>
[0073][實(shí)施例1]
[0074]首先，對(duì)碳納米管B (Showa Denko K.K.制“VGCF (注冊(cè)商標(biāo))”、纖維直徑150nm、長(zhǎng)度10 μ m、G/D比=5)進(jìn)行濕式粉碎，制造薄片狀炭材料。碳納米管B的“最小長(zhǎng)度(0.15 μ m)/最大長(zhǎng)度(10 μ m) ”為1/5以下。使用充填了直徑0.5mm的氧化鋯微珠的珠磨機(jī)(戴諾磨)，以圓周速度lOm/s進(jìn)行粉碎處理。溶劑使用甲乙酮。如此操作，得到最大長(zhǎng)度為240nm且厚度為30nm(代表值)的薄片狀炭材料。
[0075]接著，將80質(zhì)量份丙烯酸類(lèi)橡膠聚合物(ΖΕΟΝ CORPORATION制“Nipol (注冊(cè)商標(biāo))AR42”)、以及20質(zhì)量份作為交聯(lián)劑的下述結(jié)構(gòu)式(a)的聚合物溶解于溶劑乙二醇單丁醚乙酸酯，制備聚合物溶液。結(jié)構(gòu)式(a)的聚合物的質(zhì)均分子量為約1500。接著，將25質(zhì)量份作為纖維狀炭材料的碳納米管A (Showa Denko K.K.制“VGCF-X”、纖維直徑15nm、長(zhǎng)度3ym、G/D比=I)、20質(zhì)量份所制造的薄片狀炭材料添加到聚合物溶液中，通過(guò)充填了直徑
0.5mm的玻璃微珠的珠磨機(jī)(戴諾磨)使其分散，制備導(dǎo)電性組合物(以下宜稱(chēng)“導(dǎo)電涂料”)。珠磨機(jī)的圓周速度為10m/s。
[0076]
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)電性組合物，其特征在于，其包含: 彈性體成分， 纖維直徑不足30nm的纖維狀炭材料，以及 具有石墨結(jié)構(gòu)、拉曼光譜的ΙδδΟαι1附近出現(xiàn)的峰(G譜帶)與13300^1附近出現(xiàn)的峰(D譜帶)的強(qiáng)度比(G/D比)為1.8以上、最大長(zhǎng)度為150nm以上且厚度為IOOnm以下的薄片狀炭材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性組合物，其中，所述薄片狀炭材料是由具有石墨結(jié)構(gòu)、所述拉曼光譜的G/D比為1.8以上、最小長(zhǎng)度與最大長(zhǎng)度之比(最小長(zhǎng)度/最大長(zhǎng)度)為1/5以下的炭材料制造的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電性組合物，其中，所述炭材料為選自纖維直徑為30nm以上的碳納米管、疊杯狀碳納米管、石墨以及膨脹石墨中的一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性組合物，其中，所述纖維狀炭材料為碳納米管。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1~權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性組合物，其中，在以導(dǎo)電性組合物的固體成分為100質(zhì)量％時(shí)，所述纖維狀炭材料的含量為5質(zhì)量％以上且30質(zhì)量％以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~權(quán)利要求5中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性組合物，其中，在以導(dǎo)電性組合物的固體成分為100質(zhì)量％時(shí)，所述薄片狀炭材料的含量為3質(zhì)量％以上且30質(zhì)量％以下。
7.一種導(dǎo)電膜，其是由權(quán)利要求1~權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性組合物形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)電膜，其是通過(guò)絲網(wǎng)印刷法或金屬掩模印刷法形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的導(dǎo)電膜，其形成于可伸縮或可彎曲的基材的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)電膜，其中，所述導(dǎo)電性組合物中的所述彈性體成分具有交聯(lián)性官能團(tuán)， 所述基材由具有官能團(tuán)的聚合物制成， 所述導(dǎo)電膜通過(guò)該交聯(lián)性官能團(tuán)與該官能團(tuán)進(jìn)行化學(xué)鍵合而粘接在該基材上。
11.一種電磁波屏蔽體，其由權(quán)利要求7~權(quán)利要求10中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電膜制成。
12.—種轉(zhuǎn)換器，其具備聚合物制的介電層、介由該介電層配置的多個(gè)電極、以及與多個(gè)該電極分別連接的布線(xiàn)， 該電極和該布線(xiàn)中的至少一者由權(quán)利要求7~權(quán)利要求10中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電膜制成。
13.—種撓性電路板,其具備基材和在該基材的表面配置的布線(xiàn),布線(xiàn)的至少一部分由權(quán)利要求7~權(quán)利要求10中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電膜制成。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103959395SQ201380004022
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】小林淳, 山下裕介, 田口祐太朗, 吉川均 申請(qǐng)人:東海橡塑工業(yè)株式會(huì)社