カーボンブラック：プラスチックの導電性向上

カーボンブラックは導電性材料を作るための伝統的な添加剤の一つです。ゴム、シリコーン、ポリウレタンなどのほとんどのポリマーは天然の絶縁体であるため、材料マトリックスに導電性カーボンブラックを組み込むことで、抵抗率レベルと性能を強化できます。本記事では、カーボンブラックの詳細、利点・欠点、Durethane® Cのようなポリマーで採用される他の導電性添加剤について詳しく解説します。

導電性カーボンブラックとは

カーボンブラックは、特に油系燃料などの重質石油製品の不完全燃焼によって生成されます。化学的には、結晶状の炭素分子の格子構造を持ち、この材料を電気伝導性にしています。その結果、カーボンブラックはプラスチック、塗料、接着剤などの材料で導電性添加剤として一般的に使用されます。抵抗率は通常、採用される化学系と材料が持つ物理特性により、10⁻¹〜10¹² Ω・cmの範囲です。ポリウレタンの場合、カーボンブラック使用で通常は半導電性材料となります。

導電性カーボンブラックの使用場面

導電性カーボンブラックは、プラスチックの機械的・電気的特性を変更するために使用されることがあります。前述の通り、ほとんどのポリマーは天然の絶縁材料で電気を伝導しません。一部の用途では、材料マトリックスにカーボンブラックを組み込むことで、導電性、電磁シールド（EMI）、静電気放電（ESD）などの望ましい性能が得られます。したがって、カーボンブラックは、静電気蓄積の除去や電荷移動が必要な紙・メディア搬送、ロボティクス、医療機器などの機械用途で見られます。この組み合わせにより、機械的故障を大幅に減らし、製品やユーザーへの深刻な害を防止できます。

カーボンブラックは材料を電気伝導性にする目標を達成しますが、望ましくない問題も引き起こす可能性があります。導電性の均一性欠如、不要な跡が残る、炭素分子やデブリが環境に放出されるなどです。例えば、紙搬送用途では静電気除去のためカーボンブラック入り製品をよく使用します。しかし、カーボン入り製品が紙に接触すると、鉛筆で紙に書いたように跡が残ることがあります。通常、これは跡が望ましくない結果を招くメディア搬送用途で問題となります。

カーボンブラックと他の導電性添加剤の比較

ポリマーを導電性にする方法は多数あります。MPCでは、カーボンブラックによる問題を解決するDurethane® Cを作るため、特許取得済みの金属塩テクノロジーを開発しました。これは、材料硬化前に液状ポリマーに導電性添加剤を溶解させることで実現します。このプロセスにより、導電性要素がポリウレタン混合物全体に均質に分散されます。ポリウレタン導電性の詳細は、こちらの導電性概要をダウンロードするか、下記バナーをクリックしてご確認ください。

製品設計における材料決定時は、抵抗率レベル、物理特性、美観を考慮し、成功する製品設計とすることが重要です。導電性製品設計で製造支援をお求めの場合は、こちらから設計要件を添えてお問い合わせください。

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