CN1060717C - 用于办公室自动化机器的阻燃性、高精度树脂机械部件 - Google Patents

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Abstract

这里公开的是用于要求具有高准确度和高精度的办公室自动化机器的一种阻燃性、高精度树脂机械部件,这一部件是通过将热塑性树脂组合物注塑制得的,该组合物包括:(A)无定形热塑性树脂;(B)鳞片状无机填料;和(C)其中磷酸酯基团通过双酚连接的特定的磷酸酯。本发明的高精度树脂机械部件不存在常见的缺点,如在树脂中含有的阻燃剂的挥发性,由阻燃剂挥发引起的发烟和在模塑生产过程中产生ND(模垢),在使用过程中阻燃剂渗移。另外,本发明的机械部件不太可能产生翘曲,而且在模塑生产过程中具有较小的收缩率。本发明的机械部件不仅具有高精度,而且具有各种优异的机械性能,如在线性膨胀系数上的极低的各向异性和优异的振动特性。本发明的高精度树脂机械部件能够理想地用作甚至在严格条件下需要高准确度和高精度的那些高精度机器的机械部件,这些机器如计算机,游戏机,放声系统,视听机,复印机,印刷机,传真机,个人计算机,文字处理机,便携式通讯装置和由它们组成的复合机械。

Description

用于办公室自动化机器的阻燃性、高精度树脂机械部件
本发明涉及用于办公室自动化机器的阻燃性、高精度树脂机械部件,它是通过将热塑性树脂组合物注塑制得的。更具体地说,本发明涉及用于要求具有高准确度和高精度的办公室自动化机器的一种阻燃性、高精度树脂机械部件,这一部件是通过将热塑性树脂组合物注塑制得的,该组合物包括:(A)无定形热塑性树脂;(B)鳞片状无机填料;和(C)特定的磷酸酯。本发明的高精度树脂机械部件不存在常见的缺点,如在树脂中含有的阻燃剂的挥发性,由阻燃剂挥发引起的发烟和在模塑生产过程中产生MD(模垢),在使用过程中阻燃剂渗移。另外,本发明的机械部件不太可能产生翘曲,而且在模塑生产过程中具有较小的收缩率。因此,本发明的机械部件不仅具有高精度,而且具有各种优异的机械性能,如在线性膨胀系数方面的极低的各向异性和优异的振动特性。本发明的高精度机械部件能够理想地用作甚至在严格条件下需要高准确度和高精度的那些高精度机器的机械部件。此类高精度机器的例子包括计算机,游戏机,放声系统,视听机,复印机,印刷机,传真机,个人计算机,文字处理机,便携式通讯装置和由它们组成的复合机械。
最近,在各种领域,如汽车、办公用机器、计算机和家用电器,曾经试图用树脂部件代替通常从金属材料制造的部件,如片状金属和压铸铝材。作这些尝试是因为从树脂制造的部件表现优异:这样的树脂不仅轻的重量,而且能够以低成本高产量生产。因而,对能够取代金属部件生产中的金属材料的增强树脂有越来越多的需求。特别是,强烈需求能够用来生产OA(办公自动化)机器的机械部件的增强树脂,这些机器如复印机,印刷机,传真机,CD—ROM,个人计算机,文字处理机,和通讯装置。复印机、印刷机和传真机是装有印刷机构的OA机器,印刷机构如干式、重氮型、LB(激光束)型、BJ(喷沫)型、打点式或热敏型的印刷机构。根据增强树脂的这一强烈的要求,曾经进行深入的研究开发具有优异的机械性能和优异的型模特性的无定形热塑性树脂(例如增强的、阻燃性的聚苯醚树脂和增强的、阻燃性的聚碳酸酯),以便从此类树脂生产通常从金属材料(如片状金属和压铸铝材)生产的机械部件。
需要的是,OA机器的树脂机械部件具有优异的型模特性,机械性能(例如刚性和强度),耐热性,阻燃性,尺寸精度和尺寸稳定性。
在这些性能当中,对尺寸精度和尺寸稳定性的要求是最严格的。例如,对于CD—ROM的机械部件,当横向基底(base)(它引导和支持光学透镜单元)具有尺寸应变时,会发生从CD错读数据。对于具有激光束型印刷机构的OA机器(如复印机、印刷机和传真机)的内部机械部件,当此类机械部件具有尺寸应变时,会引起错读数据,从而导致一些缺陷,如印刷图像的模糊。此外,对于具有重氮型、喷沫型或热敏型的印刷机构的OA机器的内部机械部件,当此类机械部件具有尺寸应变时,印刷的文字变模糊。
对于上述这类机械部件,必须要求的是它们的尺寸精度应使得任何误差或偏差必须几十μm的数量级。
当根据普通方法试图从无定形热塑性树脂生产OA机器的机械部件时,会遇到下面的问题。
作为赋予树脂高刚性和强度的普通技术,已知一种方法,在该方法中纤维状无机填料如玻璃纤维与树脂共混。这一技术具有下述缺点。即,当具有大的长厚比(长度/厚度)的纤维状无机填料如无机纤维或晶须被加入到树脂中,和含有此类纤维状无机填料的树脂组合物进行模塑时,纤维状无机填料沿着树脂的流动方向取向。因此,所获得的模塑制品不可避免地对刚性、强度、收缩比(在它们的模塑过程中发生)和线性膨胀系数变为各向异性。因此,模塑制品的刚性和强度有可能变弱,异型制品存在着缺点,导致模塑制品的尺寸变形或尺寸应变。另外,这一技术还有一个缺点,线性膨胀系数的各向异性引起模塑制品对温度过分敏感。具体地说,当温度变化时,在线性膨胀系数上各向异性的模塑制品容易发生尺寸变形,因而在尺寸稳定性上太差。
另一方面,使用具有小的长厚比的普通无机填料如玻璃珠和碳酸钙时,所获得的模塑制品就尺寸精度和尺寸稳定性方面被改进了。然而,这一模塑制品也存在缺点:它具有弱的刚性和强度。
出于改进无定形热塑性树脂的阻燃性的目的,一般使用阻燃剂。例如,普通的卤代芳族化合物如四溴双酚A(TBA)和多溴二苯基醚(PBBO)曾经广泛地用来改进除聚苯醚树脂以外的无定形热塑性树脂的阻燃性。然而,不仅对于卤素型的阻燃剂,而且对于三氧化二锑(Sb2O3)(它一般用作卤素型阻燃剂的辅助阻燃剂)则是不太理想的,鉴于对环境的负面影响和人体安全的影响。因此,在市场上有一种越来越大的控制上述卤素型阻燃剂和三氧化锑的使用的趋势。与此同时,已知的是聚苯醚树脂组合物或聚碳酸酯树脂组合物,其中作为非卤素型阻燃剂,使用磷化合物(参见GB专利申请公开No.2043083和US专利No.5,204,394)。具体地说,有机磷酸酯化合物,如磷酸三苯酯、磷酸甲苯基二苯基酯和磷酸三甲苯基二苯基酯,曾经广泛地用作阻燃剂。然而,含有有机磷酸酯化合物的树脂组合物是不理想的:磷酸酯化合物在含有磷酸酯化合物的树脂组合物进行模塑时易挥发或产生烟雾,和易在模腔的内表面上产生MD(模垢)。此外,从含有磷酸酯化合物的树脂组合物生产的模塑制品具有一个缺点:磷酸酯化合物在模塑制品的表面上渗出(渗移),从而引起模塑制品产生变色、起泡、裂纹和类似缺陷。
作为解决上述问题的方法,曾经建议使用高分子量的有机磷化合物作为阻燃剂。具体地说,曾经尝试使用高分子量的磷化合物作为阻燃剂,如磷酸三(2,6—二甲基苯基)酯、磷酸间苯二酚—双联苯基酯和磷酸三联苯基酯(例如参见国际专利申请公开No.94/03535,对应于欧洲专利申请公开No.0611798)。然而,这些有机磷化合物是不理想的:此类化合物必须大量使用,以便使树脂具有阻燃性,和当已用磷酸酯化合物赋予阻燃性的树脂组合物进行模塑时,在模塑期间引起金属模具的腐蚀。此外,从这类树脂组合物生产的机械部件具有差的耐温和耐热性能。具体地说,当上述机械部件在高温和高温度条件下放置时,机械部件的树脂吸收水和/或在树脂中含有的阻燃剂发生变性,从而损害树脂的各种性能,如电特性,阻燃性和尺寸稳定性。从上述内容能够理解,普通的技术具有各种各样的问题,不可能用含有非卤素型阻燃剂的树脂部件替代OA机器的金属机械部件。即,从含有非卤素型阻燃剂的树脂组合物生产一种具有优异的机械性能、尺寸精度、型模特性和阻燃性的机械部件是极其困难。
在这些情形下,本发明人为开发阻燃性的、高精度树脂机械部件曾作过广泛的和深入的研究,该部件没有普通树脂机械部件所伴随的上述问题。结果,出乎意外的发现,通过将一种热塑性树脂组合物(它包括一种无定形热塑性树脂、一种鳞片状无机填料(如玻璃碎屑)和作为阻燃剂的、磷酸酯基通过双酚连接的一种特定的磷酸酯)注塑生产的机械部件具有以下优点:这一树脂机械部件没有常见的缺点,如在树脂中含有的阻燃剂的挥发、由阻燃剂的挥发引起的发烟和在模塑过程中产生MD(模垢),和在使用过程中阻燃剂的渗移;这一部件不易翘曲,并在通过模塑生产机械部件的过程中该部件具有较低的收缩率;以及,因此,机械部件不仅具有高精度,而且具有各种优异的机械性能,如线性膨胀系数上的极低的各向异性和优异的振动特性,这样,树脂机械部件能够理想地用作甚至在严格条件下要求具有高准确性和高精度的高精度机器的机械部件。基于这一新颖的发现完成了本发明。
所以,本发明的主要目的是提供一种用于OA机器的阻燃性、高精度的树脂机械部件,它不仅具有优异的机械性能,而且具有高的尺寸精度,这些性能都是OA机器的机械部件所需要的,它因此能够替代从金属材料(如金属片和压铸铝材)制造的普通的机械部件。
本发明的上述目的和其它目的、特征和优点对于本技术领域中的熟练人员来说,从下面的详细描述和所附的权利要求及附图将会变得显而易见。
在下面的附图中:
图1(a)是在实施例1—30中生产的盘形机械部件的示意性透视图;
图1(b)是图1(a)的盘形机械部件沿线ⅠB—ⅠB的截面示意图;和
图2是机械部件的截面示意图,即支持光学元件的底架,在实施例31—36中生产。
在图1(a)和1(b)中,字符表示下列部件和部分。
A—F:测量部位,在该部位测量尺寸精度[在A—D中的每一处,根据在模塑制品和装模压台之间的缝隙测量尺寸精度;在E和F中的每一处,根据在模塑制品的实际尺寸和预定的(指定的)尺寸值(分别是4.1mm和6.1mm)之间的差值来测量尺寸精度,如图1(b)所示]
G:对应于模具的针孔型浇口的模塑制品的部位。
在图2中,加影线的部分表示测量平坦度的区域。
根据本发明,提供了用于需要高准确性和高精度的办公自动化机器的一种阻燃性、高精度的树脂机械部件,它是通过将一种热塑性树脂组合物进行注塑得到的,该组合物包括:
(A)100重量份的无定形热塑性树脂;
(B)5—150重量份的鳞片状无机填料;和
(C)3—50重量份的由以下结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯:
其中Q1,Q2,Q3和Q4中每一个独立地表示氢原子或含有1—6个碳原子的烷基;R1,R2,R3和R4中每一个独立地表示甲基或氢原子;n表示1或1以上的整数;n1和n2中的每一个独立地表示0—2的整数;和m1,m2,m3和m4中每一个独立地表示1—3的整数。
为了更容易地理解本发明,下面列举了本发明的基本结构和各种优选的实施方案。
1、用于需要高准确性和高精度的办公自动化机器中的阻燃性、高精度树脂机械部件,它是通过注塑一种组合物制造的,该组合物包括:
(A)100重量份的无定形热塑性树脂;
(B)5—150重量份的鳞片状无机填料;和
(C)3—50重量份的由以下结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯:
Figure 9519170300091
其中Q1,Q2,Q3和Q4中每一个独立地表示氢原子或含有1—6个碳原子的烷基;R1,R2,R3和R4中每一个独立地表示甲基或氢原子;n表示1或1以上的整数;n1和n2中的每一个独立地表示0—2的整数;和m1,m2,m3和m4中每一个独立地表示1—3的整数。
2、根据以上项目1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中注塑是气体协助的注塑。
3、根据以上项目1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中鳞片状的无机填料是由玻璃碎片组成的。
4、根据以上项目1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中鳞片状无机填料是由云母碎片组成的。
5、根据以上项目1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中鳞片状无机填料是由玻璃碎片和云母碎片组成的。
6、根据以上项目1—5中任何一项的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中热塑性树脂组合物进一步包括纤维状增强填料,和其中鳞片状无机填料和纤维状增强填料的总重量是150重量份或150重量份以下。
7、根据以上项目6的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中纤维状增强填料的存在量是25—75wt%,以鳞片状无机填料和纤维状增强填料的总重为基础计。
必须要求的是:组成本发明的用于办公自动化机器的高精度机械部件的无定形热塑性树脂组合物含有鳞片状无机填料。鳞片状无机填料的例子包括玻璃碎片和云母碎片。
对于用作鳞片状无机填料的玻璃碎片,理想的是引入树脂组合物中的玻璃碎片具有1000μm或1000μm以下,优选1—500μm的主直径,和具有重均长厚比(重均主直径与重均厚度的比值)5或5以上,优选10或10以上,更优选30或30以上。当玻璃碎片与其它组分混合生产树脂组合物时,玻璃碎片进一步碎裂,这样玻璃碎片的尺寸减少。被引入树脂组合物中的玻璃碎片的主直径和厚度的测量能够通过以下方法进行:树脂组合物被溶解和然后过滤,收集玻璃碎片,使用光学显微镜测定玻璃碎片的尺寸特性。
适合在本发明中使用的商品玻璃碎片的例子包括Micro GlassFleka(由Nippon Sheet Glass Co.Ltd.,Japan出售的玻璃碎片的商标)。在本发明中,商品玻璃碎片能够本身使用,但商品玻璃碎片在被引入树脂组合物之前适当地粉碎。当玻璃碎片具有高于1000μm的主直径时,很难均匀地混合玻璃碎片和树脂,这样有可能使模塑树脂制品的机械性能变得不均匀。当玻璃碎片具有低于5的长厚比时,模塑树脂制品的热畸变温度不令人满意,悬臂梁式冲击强度和刚性都太低。为了改进玻璃碎片与树脂的相容性,可以使用已用合适的偶联剂进行表面处理的玻璃碎片。偶联剂的例子包括硅烷型偶联剂(例如氨基硅烷型偶联剂)和钛酸酯型偶联剂。
可用于本发明的云母是鳞片状的。例如,Suzorite Mica(由SUZORITE MICA PRODUCTS INC.,Canada制造并销售)能够合适地以云母碎片形式使用。优选的是云母碎片具有重均直径1000μm或1000μm以下,优选500μm或500μm以下,更优选200μm或200μm以下。为了改进刚性,优选的是云母碎片具有重均长厚比(碎片的重均直径/碎片的重均厚度)10或10以上,优选30或30以上,更优选100或100以上。商业途径获得的云母碎片的重均直径的下限是大约20μm。与玻璃碎片的情况一样,当云母碎片与其它组分混合生产树脂组合物时,云母碎片发生碎裂,这样云母碎片的尺寸减少。被引入树脂组合物中的云母碎片的尺寸的测量能够通过与玻璃碎片相同的方法进行。为了改进云母碎片与树脂的相容性,能够适当地使用已用偶联剂进行表面处理的云母碎片,如以上所描述的。
构成用于办公自动化机器的本发明机械部件的树脂组合物含有5—150重量份,优选10—100重量份,更优选20—70重量份的鳞片状无机填料/每100重量份的无定形热塑性树脂。当无机填料的量低于5重量份时,刚性不令人满意和线性膨胀系数的改进程度也不令人满意。另一方面,当无机填料的量高于150重量份时,无机填料的均匀分散是困难的,这样树脂组合物的模塑性能和异型制品的外观都变差。当无机填料的量是20—70重量份时,能够获得型模特性、热性能、机械性能和尺寸精度的最优选平衡。
在本发明中,为了改进机械部件的强度,热塑性树脂组合物可进一步含有纤维状增强填料,和,在这种情况下,鳞片状无机填料和纤维状增强填料的总重是150重量份或150重量份以下。
在本发明中,无机填料和纤维状增强填料能够以各种方式使用。例如,玻璃碎片能够单独使用;能够使用玻璃碎片和纤维状增强填料的结合物;能够使用玻璃碎片和云母碎片的结合物;能够单独使用云母碎片;能够使用云母碎片和纤维状增强填料的结合物;和能够使用玻璃碎片和云母碎片和纤维状增强填料的结合物。当云母碎片单独使用时,所获得的机械部件具有高尺寸精度,但机械部件的机械性能,尤其悬臂梁式冲击强度趋向于下降。因此,当云母碎片用作鳞片状无机填料时,优选的是还可以使用选自玻璃碎片和纤维状增强填料中的至少一种。
可与鳞片状无机填料结合使用的纤维状增强填料的例子包括纤维状增强剂,如玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维和金属纤维。鉴于经济、模塑性能上的改进和树脂组合物的机械性能的良好平衡方面的考虑,玻璃纤维作为纤维状增强填料是最优选的。对于玻璃纤维的直径和平均长度,没有特别的限定。然而,鉴于改进机械部件的尺寸精度方面的理由,优选的是玻璃纤维具有较短的长度。具体地说,被引入树脂组合物中的玻璃纤维的平均长度优选是0.1—1mm,更优选0.15—0.7mm。当使用纤维状增强填料时,优选的是纤维状增强填料的存在量为25—75wt%,优选25—50wt%,以鳞片状无机填料和纤维状增强填料的总重为基础计。当纤维状增强填料的量高于75wt%时,以鳞片状无机填料和纤维状增强填料的总重为基础计,尺寸精度(模塑过程中的收缩比,线性膨胀系数的各向异性)无法令人满意地加以改进。
用于本发明中的磷酸酯由以上结构式(Ⅰ)表示。
在结构式(Ⅰ)中,优选的是Q1,Q2,Q3和Q4中每一个是甲基。
在结构式(Ⅰ)中,n表示1或1以上的整数。所生产的树脂组合物的耐热性和加工性将根据n值变化。说明性地,当n值增大时,树脂组合物的耐热性增高,而加工性变低。另一方面,当n值变小时,上述趋势相反。n的优选范围是1—5。也能够使用具有不同n值的磷酸酯。
在本发明中,由结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯可以单独使用或结合使用。
用于本发明的磷酸酯具有其中磷酸酯基团相互通过双酚连接的结构,并在其端部具有单官能度苯酚。
双酚的例子包括2,2—双(4—羟基—苯基)丙烷(所谓的双酚A),2,2—双(4—羟基—3—甲基苯基)丙烷,双(4—羟基苯基)—甲烷,双(4—羟基—3,5—二甲基苯基)甲烷和1,1—双(4—羟基苯基)乙烷。这些当中,双酚A尤其是优选的。
单官能度酚类的例子包括苯酚,单烷基苯酚,二烷基苯酚和三烷基苯酚。单官能度酚类能够单独使用或结合使用。尤其苯酚,甲苯酚,二甲基苯酚(混合二甲苯酚),2,6—二甲基苯酚和三甲基苯酚是优选的。
正如以上所提到的,用于本发明中的磷酸酯具有其中磷酸酯基团相互通过双酚连接的结构。正是这一结构,大大地抑制了磷酸酯的挥发性。此外,该磷酸酯显示出为普通的具有某一结构的聚磷酸酯所不具有的高性能,在这一结构中磷酸酯基团通过间苯二酚或氢醌相互连接。具体地说,当在高温和高湿度条件下放置时,本发明的机械部件,它是通过模塑含有特定的磷酸酯的树脂组合物制得的,被防止了外观的损害(例如变色和起泡),如在含有普通聚磷酸酯的树脂组合物的情况下所遇到的损害。
此外,在本发明中,当从含有磷酸酯的树脂组合物生产模塑制品时,该组合物含有作为单官能度酚类的单烷基酚、二烷基酚或三烷基酚,所获得的模塑制品被进一步改进了热稳定性和耐水解性,与从一种包括(在端部具有未取代的单官能度苯酚的)磷酸酯化合物的树脂组合物生产的模塑制品相比而言。
在本发明中,当磷酸酯具有通过双酚连接的磷酸基团的和在端部具有烷基取代的单官能度苯酚时,所获得的模塑制品显示出优异的性能,使得模塑制品被防止了性能的损害,如电性能、阻燃性和外观,甚至当模塑制品在受热条件下与水汽接触时。
对于从树脂组合物生产的模塑制品,该组合物含有仅具有高分子量特性的普通有机磷酸酯化合物如二甲酚—聚磷酸酯和氢醌—聚磷酸酯,会遇到下面的问题。即,这类树脂组合物具有差的热稳定性,从而在模塑过程中引起磷酸酯化合物和树脂之间的反应。结果,引起树脂的凝胶化,这样不可能在高温条件下有效地从树脂生产模塑制品。此外,在树脂的模塑过程中磷酸酯化合物易分解,从而形成酸性组分,例如,磷酸,它引起树脂分解。所以,树脂的分子量和各种性能下降,这样所获得的模塑制品不仅具有低的可行性,而且具有差的长期稳定性。还有,这类树脂组合物的缺点在于:由磷酸酯的分解形成的酸性化合物引起与树脂接触的模塑机器的各部件和部分的腐蚀,如它们的金属部件(例如筒体和螺杆)和模腔的内壁表面,以及当从这类树脂组合物生产的模塑制品在模塑制品的使用过程中与其它物体的金属部件接触时,该金属部件易发生腐蚀。
另一方面,本发明的高精度树脂机械部件,在高温和高湿度条件下通过模塑进行生产的过程中不会水解,并在通过模塑进行生产的过程中具有优异的热稳定性,这样机械部件没有常见的缺点,如在树脂中含有的阻燃剂的挥发,由阻燃剂的挥发引起的发烟和在通过模塑进行生产的过程中产生MD(模垢)。此外,本发明的机械部件不易遇到性能下降的问题,如异型制品的电特性、阻燃性和外观,它们一般是在高温和高温度条件下当树脂吸收水时引起的,如上所提及的。在本发明中,显著抑制了树脂组合物的分解。所以,本发明的机械部件不易引起模塑机器的金属部件或部分的腐蚀和与模塑制品接触的其它产品的金属部分的腐蚀。
在本发明中,由结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯能够通过让双酚和单官能度苯酚与三氯氧化磷反应获得。对于生产由结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯的方法,例如参见US3,492,373。
在构成本发明的高精度树脂机械部件(用于OA机器)的无定形热塑性树脂组合物,磷酸酯的使用量是3—50重量份,优选5—20重量份/每100重量份无定形热塑性树脂。当磷酸酯的使用量低于上述范围时,所获得的机械部件在阻燃性方面不令人满意。同时,当磷酸酯的使用量超过上述范围时,所获得的机械部件将在耐热性方面变得太低。
在本发明中,能够使用除由结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯以外的磷酸酯,只要不损害本发明的效果。结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯和其它磷酸酯的总重是3—50重量份,每100重量份的组分(A)。除结构式(Ⅰ)的磷酸酯以外的磷酸酯的一般使用量是50wt%或50wt%以下,优选30wt%或30wt%以下,以结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯和其它磷酸酯的总重为基础计。除结构式(Ⅰ)的磷酸酯以外的磷酸酯的例子包括磷酸三苯基酯,磷酸三甲苯基酯,磷酸三二甲苯基酯,磷酸甲苯基二苯基酯,磷酸二甲苯基苯基酯,磷酸羟基苯基二苯基酯和它们被取代基改性的化合物,以及缩合型磷酸酯。
对于用于本发明的无定形热塑性树脂,没有特别的限制,只要树脂组合物的模塑性能和从它生产的高精度树脂机械部件的特性是令人满意的。然而,从树脂与由结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯的高相容性来考虑,(a)聚苯醚树脂,(b)聚碳酸酯树脂或(c)聚苯乙烯树脂,是优选使用的。
聚苯醚树脂(下面简单地称作“PPE树脂”)是指PPE树脂或主要包括PPE树脂和聚苯乙烯树脂(下面简单地称作“PS树脂”)的树脂组合物。如果需要,树脂组合物可以含有少量聚乙烯或类似物。
作为PPE树脂,能够使用那些包括由结构式(Ⅱ—1)和/或(Ⅱ—2)表示的重复单元的聚苯醚均聚物或共聚物:
Figure 9519170300151
其中R5,R6,R7,R8,R9和R10中每一个独立地表示具有1—4个碳原子的烷基,具有6—8个碳原子的芳基,卤素原子或氢原子,其前提是R9和R10不同时表示氢原子。
PPE树脂的代表性例子包括均聚物类,如聚(2,6—二甲基—1,4—亚苯基)醚,聚(2—甲基—6—乙基—1,4—亚苯基)醚,聚(2—乙基—6—正丙基—1,4—亚苯基)醚,聚(2,6—二正丙基—1,4—亚苯基)醚,聚(2—甲基—6—正丁基—1,4—亚苯基)醚,聚(2—乙基—6—异丙基—1,4—亚苯基)醚和聚(2—甲基—6—羟基乙基—1,4—亚苯基)醚。这些当中,聚(2,6—二甲基—1,4—亚苯基)醚尤其是优选的。
此外,聚苯醚共聚物主要包括聚亚苯基结构,该共聚物是通过让由结构式(Ⅱ—3)表示的烷基取代的苯酚(例如2,3,6—三甲基苯酚)与,例如,邻—甲酚反应获得的:
其中R11,R12,R13和R14中每一个独立地表示具有1—4个碳原子的烷基,卤素原子或氢原子,其前提是R11,R12,R13和R14不同时表示氢原子。
对于PPE树脂,例如参见US No.4,788,277。
上述PPE树脂能够以接枝共聚物的形式使用。例如,有苯乙烯化合物接枝到PPE树脂上的接枝共聚物,或有苯乙烯化合物和能够与它共聚合的化合物(例如马来酸酐)的共聚物接枝到PPE树脂上的接枝共聚物。对于接枝方法,例如参见US No.4,097,556。
(b)聚碳酸酯树脂(下面简单地称作“PC树脂”)是包括由以下结构式(Ⅲ—1)表示的重复单元的聚合物:
Figure 9519170300161
其中Z表示化学键,或具有1—8个碳原子的亚烷基,具有2—8个碳原子的偏亚烷基,具有5—15个碳原子的亚环烷基,SO2,SO,O,CO或由结构式(Ⅲ—2)表示的基团;每一X独立地表示氢原子或具有1—8个碳原子的烷基;以及a和b中每一个独立地表示0—4的整数。
PC树脂,例如,能够通过在普通的酸受体和分子量改性剂存在下,在溶剂如二氯甲烷中,让双官能度酚类与碳酸酯前体(例如光气)反应或让双官能度酚类与另一碳酸酯前体(例如碳酸二苯酷)进行酯交换反应来制备。
双官能度酚类的例子包括2,2—双(4—羟基苯基)丙烷(所谓的双酚A),氢醌,4,4’—二羟基联苯,双(4—羟基苯基)链烷烃,双(4—羟基苯基)环烷烃,双(4-羟基苯基)硫,双(4—羟基苯基)砜,双(4—羟基苯基)亚砜和双(4—羟基苯基)醚。这些当中,双酚A和双酚A与除双酚A以外的双官能度酚类的混合物是优选的。还有,双官能度酚类的均聚物,两种或多种双官能度酚的共聚物,或均聚物和共聚物的混合物都可以使用。此外,在本发明中使用的PC树脂包括热塑性无规支化聚碳酸酷,它是通过让多官能度芳族化合物与碳酸酯前体,或与碳酸酯前体和双官能度酚类进行反应获得的。对于双官能度酚类,例如参见尚未审查的日本专利申请公开说明书No.2—115262和63—289056。
在本发明中,上述PC树脂能够与苯乙烯树脂(如PS树脂,HIPS树脂,AS树脂,ABS树脂和/或类似物),PPE树脂,聚烯烃树脂,聚酰胺树脂,热塑性弹性体,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,和丙烯酸树脂,酚醛树脂,酚醛清漆和/或类似物。然而,能够与PC树脂混合的树脂并不限于以上提到的那些。这些树脂当中,ABS树脂,HIPS树脂和AS树脂与PC树脂混合是尤其优选。
(c)作为在本发明中使用的苯乙烯树脂,使用乙烯基芳族聚合物或橡胶改性乙烯基芳族聚合物。
乙烯基芳族聚合物的例子包括聚苯乙烯,在核上被烷基取代的苯乙烯(如邻—甲基苯乙烯,对—甲基苯乙烯,间—甲基苯乙烯,2,4—二甲基苯乙烯,乙基苯乙烯或对—叔丁基苯乙烯)的聚合物,α—烷基—取代的苯乙烯(如α—甲基苯乙烯或α—甲基—对—甲基苯乙烯)的聚合物;和至少—种上述的取代苯乙烯和至少一种除乙烯基芳族聚合物以外的乙烯基化合物的共聚物。能够与乙烯基芳族聚合物进行共聚合的此类乙烯基化合物的例子包括甲基丙烯酸酯(如甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯),不饱和的腈类化合物(如丙烯腈和甲基丙烯腈),和酸酐(如马来酸酐)。这些当中,聚苯乙烯和苯乙烯—丙烯腈共聚物(AS树脂)是优选的。
橡胶改性的乙烯基芳族聚合物的例子包括聚丁二烯,苯乙烯—丁二烯共聚物,橡胶改性的苯乙烯—丙烯腈共聚物(ABS树脂),聚异戊二烯,丁二烯—异戊二烯共聚物,天然橡胶,和乙烯—丙烯共聚物。这些当中,聚丁二烯,苯乙烯—丁二烯共聚物和橡胶改性的苯乙烯—丙烯腈共聚物(ABS树脂)是优选的。特别是,含有聚丁二烯的、不低于10%的双键被氢化的橡胶改性聚苯乙烯(即HIPS树脂)是尤其优选的,归因于它的优异的热稳定性。
对于生产HIPS树脂的方法,例如参见US No.4,185,049,3,346,520,2,862,906,3,243,481和3,903,202。
对于通过混合上述各组分(即无定形热塑性树脂,由结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯和鳞片状的无机填料,和必要时的纤维状增强填料)制备热塑性树脂组合物的方法,没有特别的限制。为了制备树脂组合物,能够使用各种方法,只要它们是一般用来进行熔融—捏合的方法。例如,能够使用其中磷酸酯和鳞片状无机填料被加入到熔融形式的树脂中和随后混合的方法,和其中所有的上述组分首先一起混合和然后熔融—捏合所得到的混合物的方法。在制备用于本发明的热塑性树脂组合物时,能够使用通常已知的捏合机器,如挤出机、加热辊、捏合机或班伯里混合机。
用来制备本发明的高精度树脂机械部件(用于办公自动化机器)的热塑性树脂组合物可以含有各种添加剂,如抗氧化剂(例如,酚类抗氧化剂,磷酸类抗氧化剂或受阻酚抗氧化剂),稳定剂,色料(如氧化钛或炭黑),润滑剂(例如金属皂),流动改进剂,和含有苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物、聚酯—酰胺或类似物的增强弹性体,只要不损害本发明的优异的效果。上述添加剂能够以一般的用量使用。
术语“用于办公自动化机器的高精度树脂机械部件”在这里作为一般性的术语用来定义高精度机械部件,该部件用于需要高准确度和高精度的高精度机器。对于高精度机械部件没有特别的限制。作为高精度机械部件,能够提及,例如(1)用于一种用光和/或磁进行写和读的机器的机械部件;(2)需要将其它部件以准确和精密的方式保持在预定位置的机械部件(例如底架);和(3)需要以准确和精密的方式与其它部件配合的(或固定的)或相对于其它部件滑动的机械部件。然而,高精度机械部件并不限于以上所提到的那些。机械部件(1)的例子包括CD—ROM的驱动装置,只写型光学(或磁)盘,FD(软盘),HD(硬盘)和类似物的底架。机械部件(2)的例子包括印刷机、复印机、个人计算机、传真机和类似物的底架。机械部件(3)的例子包括CD—ROM的驱动装置的底盘。然而,用于办公自动化机器的本发明的高精度树脂机械部件并不限于以上所提到的那些。
因此,作为使用本发明的高精度树脂机械部件的办公自动化机器的特定实例,可以提及复印机,印刷机,传真机,个人计算机,文字处理机,便携式通讯装置,包括它们的组合机器,和其中用光和/或磁在盘(即,信息媒介的盘)上进行写和读的其它机器(例如,计算机,游戏机,放声系统和视听机),这些盘如CD(压缩盘),CD—ROM,LD(激光盘),磁—光盘[MD(商标:minidisk)],光盘(optical disk),FD(软盘)和HD(硬盘)。
所要求的是,上述机械部件具有优异的型模特性、机械性能(例如刚性和强度)、耐热性、阻燃性、尺寸精度和尺寸稳定性,而且这些优异的特性和性能甚至在严格条件下必须令人满意地保持。也就是说,机械部件的特性和性能在高温(例如仅比热畸变温度低约30℃的温度)和在高湿度下必须不受损害。在上述性能中,对尺寸精度和尺寸稳定性的要求在机械部件中最严格。也就是说,要求机械部件在高温和高湿度条件下显示出小的尺寸变化和不易发生尺寸应变如翘曲。对于通过仅含有纤维状无机填料(例如玻璃纤维)的增强树脂的注塑加工制得的普通机械部件,有一个缺陷:在高温下发生翘曲,导致尺寸应变。这一缺陷是由于模塑产品内部较大的线性膨胀系数各向异性引起的(大的各向异性是由纤维状无机填料的取向引起的)。另一方面,其它类型的由含有一种含磷阻燃剂如磷酸三苯酯或磷酸甲苯基二苯基酯的增强树脂制造的普通机械部件也具有一个缺陷:将因由高温和高湿度条件下水分的吸收引起的阻燃剂变性,而使得机械部件的阻燃性和外观(如起泡)容易变差。
然而,本发明的高精度机械部件甚至在高温和高湿度条件下惊人地保持高尺寸精度。
还有,出乎意外地发现,本发明的高精度机械部件,因引入了鳞片状无机填料,在模塑产品内部刚性和强度上有极低各向异性,这样机械部件具有优异的振动特性。对于振动特性,重要因素是减振性能和特征共振频率。
术语“减振性能”是指减少振动的性能。一般情况,与金属材料如金属片材和压铸铝材相比,塑料具有良好的减振性能,因为塑料显示出粘弹行为。然而,塑料具有差的刚性。为了解决差的刚性,塑料一般用纤维状无机填料增强。然而,众所周知的是此类增强塑料具有差的减振性能。
但是,出乎意外地发现,由含有鳞片状无机填料的树脂组合物制造的本发明的机械部件具有优异的减振性能。由本发明的机械部件所显示出的优异减振性能的机制迄今还没有解释清楚;然而,估计本发明机械部件的这一优异的振动分散性能是由振动的分散引起的。
本发明的机械部件的减振性能能够通过引入少量玻璃化转变温度(Tg)在室温附近的树脂组分更进一步改进。这类树脂组分的例子包括橡胶组分,如丙烯酸橡胶;弹性体组分,如乙烯—丙烯橡胶;和烯烃聚合物树脂。
“特征共振频率”是指异型制品的共振频率特性,和特征共振频率取决于异型制品的形态,和异型制品的材料的刚性和密度。当异型制品的形态没有变化时,异型制品的特征共振频率与某一值的平方根成正比,该值是通过将材料的刚性除以材料的密度获得的。尽管塑料一般具有比金属材料如金属片材和压铸铝材小的密度,塑料的刚性比金属材料的刚性小得多,这样塑料具有小的特征共振频率。一般来说,在操作机器时的马达的振动和在这一机器附近产生的振动具有低于300Hz的频率。因此,为了防止用于高精度机器的机械部件的共振,优选的是机械部件具有300Hz或更高的特征共振频率,它处在一种在操作过程中马达振动的频率范围以外,和在机器附近产生的振动的频率的范围以外。
出乎意外地发现,对于包括特定的树脂组合物的本发明机械部件,由计算机模拟测定的共振性能值(特征共振频率)很好地与由机械部件的振动的实际测量所测得的共振性能值相符合,这样本发明的机械部件在共振性能上具有极高的再现性。反之,由仅含有纤维状无机填料的树脂组合物模塑加工制得的普通机械部件显示出复杂的共振特性,以使得由计算机模拟计算的或从弹性(elasticity)的挠曲模量值和机械部件的材料的密度值(这些值是从有关各种材料的性能的一般数据书籍获得的)计算的共振性能值并不总是与实际测得的共振性能值相符合。在由计算机模拟计算的预定的共振性能值和实际的共振性能值之间良好的一致性,与本发明的机械部件的情况相同,在设计高精度机械部件时是极其理想的。
十分意外的是,本发明的机械部件显示出上述优异的振动性能,而且这些优异振动性能完全出于普通技术的意料之外。这一优异的振动性能在用于精密装置如CD—ROM的驱动装置(具有旋转部件)的机械部件中是尤其重要的。
上述机械部件要求具有极高的尺寸精度。例如,对于传真机的光学底架(该底架支持读取信息的光学透镜)和CD—ROM驱动器的横卧式底架,要求尺寸精度足以使任何误差或偏差必须处在几十μm的数量级。此外,还要求这一机械部件甚至在环境温度变化时仍令人满意地保持尺寸精度。换句话说,要求线性膨胀系数和线性膨胀系数的各向异性都比较小。本发明的高精度机械部件具有,例如,以下的尺寸精度特性:
(1)尺寸宽容度为±100μm,优选±50μm,更优选±25μm/每100mm(预定的或设计的);
(2)翘曲绝对值为1mm或1mm以下,优选800μm或800μm以下,更优选500μm或500μm以下/每100mm(预定的或设计的);和
(3)平坦度绝对值为1mm或1mm以下,优选800μm或800μm以下,更优选500μm或500μm以下。
对用来生产用于办公自动化机器的本发明机械部件的树脂组合物的模塑方法没有特别的限制。然而,一般,能够十分理想地使用注塑方法。在注塑方法中,希望最大程度地减少在模塑过程中在模塑产品中产生的流动应变。当流动应变太大时,在模塑产品中保留大的分子取向应变。分子取向应变引起诸多问题:模塑收缩比变得不均匀,导致翘曲,模塑产品的实际耐热性变差。在注塑中,希望模具缝隙和模塑条件各自被设计和选择后使得流动应变应尽可能的小。
已经发现,当气体辅助注塑方法用来生产本发明的机械部件时,所生产的机械部件的尺寸准确度被显著地改进,与由常规的注塑方法生产的机械部件的尺寸准确度相比而言。即,在模塑树脂组合物时,气体辅助的注塑方法能够极其有效地抑制树脂的流动应变。特别是,气体辅助的注塑对于制备具有厚度低至1.5mm或1.5mm以下的模塑产品非常有效,其中流动应变易发生。在气体辅助的注塑方法中,液体也能够代替气体使用。对于气体辅助的注塑方法,例如参见US No.4,824,732,4,923,666,4,101,617和5,173,241。
此外,还已经发现,由气体辅助的注塑方法生产的机械部件不仅在室温下具有优异的尺寸精度,而且在高温下具有改进的尺寸稳定性。这从气体辅助的注塑方法的普通已知效果是无法预见。
在本发明中,当使用气体辅助的注塑方法时,能够最大程度地减少被模塑树脂的分子取向(残留变形)对模塑产品的负面影响,这样能够获得具有高尺寸精度的机械部件。
耐蠕变性是树脂机械部件所需要的特性之一。与普通的树脂机械部件相比,本发明的高精度树脂机械部件意外地具有高的耐蠕变性。即,甚至当本发明的机械部件在长时间的应力下放置时,机械部件的变形率是低的。对于这一点的原因还没有准确地解释清楚;然而,估计本发明机械部件的高耐蠕变性是归因于所使用的特定的阻燃剂。
实施本发明的最佳方式
以下将参考下面的实施例和对比实施例详细地描述本发明,但不应该认为它们限定了本发明的范围。
在实施例和对比实施例中,模塑产品的各种性能测定如下。通过注塑从热塑性树脂组合物制备样品,根据下面的试验方法测定样品的性能。
(1)热变形温度:根据ASTM—D648测定样品的热变形温度。
(2)挠曲模量:根据ASTM—D790测定样品的挠曲模量。
(3)悬臂梁式冲击强度:根据ASTM—D256测定1/4英寸厚、缺口样品的悬臂梁式冲击强度。
(4)阻燃性:根据在UL—Subject 94(对于这一方法,例如参见USNo.4,966,814)描述的方法测定1/16英寸厚、条形样品的阻燃性。
(5)翘曲(由“Asahi Kasei Method”测定):
使用薄板(150mm×150mm×3mm)和测隙规测量样品的翘曲(mm)的最大范围。
翘曲的最大范围越小,尺寸精度越好。
(6)线性膨胀系数:
用于拉伸试验的1/8英寸厚哑铃形样品的线性膨胀系数根据ASTM—D696在—30至60℃的温度下测量。在测量中,使用金属丝电阻应变仪测量在树脂组合物的流动方向上的线性膨胀系数和在于树脂组合物的流动方向垂直的方向上的线性膨胀系数。在测量之前,样品进行捏合加工,从而除去任何应变,并根据ASTM—D618进行预处理。
(7)线性膨胀系数的各向异性:
在本发明中的线性膨胀系数的各向异性是指在与流动方向垂直的方向上的线性膨胀系数与流动方向上的线性膨胀系数之比值。上述比值越接近于1,树脂组合物的线性膨胀系数的各向异性越小。用来生产阻燃性、高精度的树脂机械部件(用于办公自动化机器)的树脂组合物需要具有2或2以下的线性膨胀系数各向异性。
(8)在高温和高湿度下的暴露试验:
对于PPE树脂,在高温和高温度下的暴露试验是通过将1/16英寸厚条形样品在121℃的2大气压的饱和蒸汽中暴露96个小时来进行的。对于PC树脂,在高温和高温度下的暴露试验是通过将1/16英寸厚条形样品浸入95℃的热水中150小时来进行的。
(9)外观:
通过肉眼观察评价图1所示的盘形的模塑产品的外观。连续模塑一万个盘。
(10)盘的翘曲:
图1所示的盘被放在装模压台上并固定在上面。盘的翘曲范围是通过在Z方向上(垂直方向)在它们各自的位置测量盘的尺寸,和测量在装模压台和盘的各自位置之间的间隙(翘曲)来测定的,通过使用坐标测量机(AE122型,由Mitsutoyo Corporation,Japan制造和销售)。所测量的翘曲可用作评价尺寸精度的标准。
下面所示的磷酸酯A—G用于实施例和对比实施例中。
磷酸酯A是由以下结构式(Ⅳ)表示的双酚A—聚甲苯基磷酸酯:
Figure 9519170300231
其中n表示1—3的整数。
磷酸酯B是由以下结构式(Ⅴ)表示的双酚A—聚二甲苯基磷酸酯:
其中n表示1—3的整数。
磷酸酯C是由以下结构式(Ⅵ)表示的双酚A—聚(2,6—二甲苯基)磷酸酯:
Figure 9519170300242
其中n表示1—3的整数。
磷酸酯D是由以下结构式(Ⅶ)表示的双酚A—聚二苯基磷酸酯:
其中n表示1—3的整数。
磷酸酯E是由以下结构式(Ⅷ)表示的间苯二酚—聚苯基磷酸酯:
Figure 9519170300251
其中n表示1—3的整数。
磷酸酯F是由以下结构式(Ⅸ)表示的氢醌—聚苯基磷酸酯:
Figure 9519170300252
其中n表示1—3的整数。
磷酸酯G是由以下结构式(Ⅹ)表示的三苯基磷酸酯(商品名:TPP,由Daihachi Chemical Industry Co.,Ltd.装置和销售):
实施例1—4和对比实施例1—3
使用PCM—30双螺杆挤出机(由Ikegai Corporation,Japan制造和销售)在料筒温度320℃下,通过挤出捏合,从树脂组合物生产粒料。树脂组合物由以下组分组成:聚(2,6—二甲基—1,4—亚苯基)醚树脂(下面简单地称作“PPE”),它在氯仿中在30℃下具有0.52的特性粘度(),橡胶改性的聚苯乙烯树脂(Asahi Chemical Polystyrene H9104,由Asahi ChemicalIndustry Co.,Ltd.,Japan制造和销售),聚苯乙烯树脂(Asahi ChemicalPolystyrene685,由Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.,Japan制造和销售),作为阻燃剂的上述磷酸酯A—G中每一种,作为无机填料的玻璃碎片(Micro glass fleka REFG—302,由NIPPON SHEET GLASS Co.,Ltd.,Japan制造和销售),和作为稳定剂的氧化锌/硫化锌/MARK 2112(ADEKAARGUS Chemical Co.,Ltd.,Japan)的混合物(三组分的重量比=1∶1∶1)(MARK2112的化学命名是亚磷酸三(2,4—二叔丁基苯基)酯)。PPE树脂,橡胶改性聚苯乙烯树脂,聚苯乙烯树脂,磷酸酯,玻璃碎片和稳定剂的使用量在表1中给出。使用注塑机,所获得的粒料然后在料筒温度290℃下进行注塑,从而获得1/16英寸厚的用于试验阻燃性的样品。
对于所获得的样品,测量阻燃性,进行在高温和高湿度下的暴露试验。随后,为了评价用于CD—ROM的驱动装置的机械部件,如图1所示的盘是通过使用注塑机在料筒温度290℃下进行注塑从上述粒料制造的。模具的温度被设定在80℃。连续模塑一万个盘,评价所获得的盘和模具内壁的外观。树脂组合物的挥发度是在树脂组合物的清机(没有使用模具的注射)试验中通过肉眼观察来自注塑机注嘴的发烟量来评价的。
结果在表1中给出。
在实施例1—4中,获得的盘所显示的特征共振频率值与由计算机模拟计算的特征共振频率值很好地符合。
Figure 9519170300261
Corporation,Japan制造和销售)在料筒温度320℃下,通过挤出捏合,从树脂组合物生产粒料。树脂组合物由以下组分组成:PPE,它在氯仿中在30℃下具有0.52的特性粘度(),HIPS(Asahi Chemical Polystyrene H9104,由Asahi ChemicalIndustry Co.,Ltd.,Japan制造和销售),PS(Asahi ChemicalPolystyrene 685,由Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.,Japan制造和销售),作为阻燃剂的上述磷酸酯A,作为无机填料的玻璃纤维(RESO3—TP1051,由NIPPON SHEET GLASS Co.,Ltd.,Japan制造和销售),玻璃碎片(Micro glass fleka REFG—302,由NIPPON SHEET GLASS Co.,Ltd.,Japan制造和销售)和云母(Suzorite Mica 200KI,由Kuraray Co.,Ltd.,Japan制造和销售)。PPE,HIPS,PS,磷酸酯,无机填料的使用量比例在表2中给出。
根据上述试验方法,测定树脂组合物的性能。
结果在表3中给出。
随后,为了评价用于CD—ROM的驱动装置的机械部件,如图1所示的盘是通过使用注塑机在料筒温度290℃下进行注塑从上述粒料制造的。模具的温度被设定在80℃。测量所获得的盘的每一个的尺寸精度(翘曲)。
结果在表4中给出。
在对比实施例4中,如表3中所示,只含有作为无机填料的玻璃纤维的树脂组合物显示出较大的翘曲和较大的线性膨胀系数(尺寸精度的指数)的各向异性。在对比实施例5中,只含有作为无机填料的玻璃珠(EGB731A,由Toshiba Ballotini Co.,Ltd.,Japan制造和销售)的树脂组合物显示出小的翘曲和小的线性膨胀系数的各向异性,但它的挠曲模量较低。在表4中给出的测量值的结果表明,在表4所示盘的翘曲和每一翘曲和表3所示的线性膨胀系数的各向异性之间存在相互关系,但是,在对于(从只含有作为无机填料的玻璃珠或云母的树脂组合物生产的)盘所测量的那些数据之间没有相互关系。即,在表3中给出的翘曲和线性膨胀系数的各向异性越大,在表4中给出的盘的翘曲越大。
在实施例5—10中,获得的盘所显示出的特征共振频率值与由计算机模拟计算的特征共振频率值很好地符合。
实施例11—14和对比实施例6—8
使用PCM—30双螺杆挤出机(由Ikegai Corporation,Japan制造和销售)在料筒温度310℃下,通过挤出捏合,从树脂组合物生产粒料。树脂组合物由以下组分组成:聚碳酸酯树脂(Iupilon S—1000,由MitsubishiEngineering Plastics Corp.,Japan制造和销售),作为阻燃剂的上述磷酸酯A—G中每一种,作为无机填料的玻璃碎片(Micro glass fleka REFG—302,由NIPPON SHEET GLASS Co.,Ltd.,Japan制造和销售)。聚碳酸酯树脂,磷酸酯和玻璃碎片的使用量比例在表5中给出。使用注塑机,所获得的粒料然后在料筒温度280℃下进行注塑,从而获得1/16英寸厚的用于试验阻燃性的样品。
对于所获得的样品,测量阻燃性,进行在高温和高湿度下的暴露试验。随后,为了评价用于CD—ROM的驱动装置的机械部件,如图1所示的盘是通过使用注塑机在料筒温度280℃下进行注塑从上述粒料制造的。模具的温度被设定在80℃。连续模塑一万个盘,评价所获得的盘和模具内壁的外观。树脂组合物的挥发度是在树脂组合物的清机试验中通过肉眼观察来自注塑机注嘴的发烟量来评价的。
结果在表5中给出。
在实施例11—14中,获得的盘所显示的特征共振频率值与由计算机模拟计算的特征共振频率值很好地符合。
实施例15—20和对比实施例9和10
使用PCM—30双螺杆挤出机(由Ikegai Corporation,Japan制造和销售)在料筒温度310℃下,通过挤出捏合,从树脂组合物生产粒料。树脂组合物由以下组分组成:聚碳酸酯树脂(Iupilon S—1000,由MitsubishiEngineering Plastics Corp.,Japan制造和销售),上述磷酸酯A,和作为无机填料的玻璃纤维(RESO3—TP1051,由NIPPON SHEET GLASS Co.,Ltd.,Japan制造和销售),玻璃碎片(Micro glass fleka REFG—302,和用氨基硅烷进行表面处理的云母(Repco S200HG—CT,由REPCO Ltd.,Japan制造和销售)。聚碳酸酯树脂,磷酸酯A和无机填料的使用量比例在表6中给出。根据上述试验方法,测定树脂组合物的性能。
结果在表7中给出。
随后,为了评价用于CD—ROM的驱动装置的机械部件,如图1所示的盘是通过使用注塑机在料筒温度280℃下进行注塑从上述粒料制造的。模具的温度被设定在80℃。测量所获得的盘的每一个的尺寸精度(翘曲)。
结果在表8中给出。
在对比实施例9中,如表7中所示,只含有作为无机填料的玻璃纤维的树脂组合物显示出较大的翘曲和较大的线性膨胀系数(尺寸精度的指数)的各向异性。在对比实施例10中,只含有作为无机填料的玻璃珠的树脂组合物显示出小的翘曲和小的线性膨胀系数的各向异性,但它的挠曲模量较低。在表8中给出的测量值的结果表明,在表8所示盘的翘曲和每一翘曲和表7所示的线性膨胀系数的各向异性之间存在相互关系,但是,对于(从含有作为无机填料的玻璃珠的树脂组合物生产的)盘所测量的那些数据除外。
在实施例15—20中,获得的盘所显示出的特征共振频率值与由计算机模拟计算的特征共振频率值很好地符合。
实施例21—26和对比实施例11—12
[ABS树脂的制备]
750重量份的平均粒径为0.3μm的丁二烯胶乳(橡胶含量40wt%)和1重量份的乳化剂(歧化松香酸钾)被加入到聚合反应釜中,并在吹氮气的条件下搅拌加热至70℃。向所得到的混合物中添加混合的液体,它包括200重量份的丙烯腈,500重量份的苯乙烯,0.8重量份的枯烯过氧化氢和0.7重量份的叔十二烷基硫醇,和通过在500重量份的蒸馏水中经6小时搅拌溶解1.0重量份的甲醛合次硫酸氢钠,0.10重量份的硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和0.20重量份的四乙酸二钠乙二胺而获得的水溶液,从而进行聚合反应。
搅拌继续进行另外2小时,以完成聚合反应。单体的聚合度是94%。将稀硫酸水溶液加入到反应混合物中,使所形成的接枝共聚物的胶乳凝聚。洗涤所凝聚的胶乳,脱水和干燥,获得白色ABS树脂。
[AS树脂的制备]
将0.4重量份的过硫酸钾和2.0重量份的松香酸钾溶于180重量份的蒸馏水中。向所获得的溶液添加70重量份苯乙烯,30重量份的丙烯腈和0.2重量份的十二烷基硫醇,在70℃下反应4小时,获得芳族乙烯基共聚物。单体的聚合度是94%。将稀硫酸水溶液加入到反应混合物中,使所形成的共聚物凝聚。洗涤所得到的共聚物,脱水和干燥,获得白色AS树脂。
[机械部件的制造]
40重量份的重均分子量为25,000的聚碳酸酯树脂,12重量份的ABS树脂,8重量份的AS树脂和10重量份的磷酸酯A借助于汉歇尔混合机进行混合。所得到的混合物与表9中所示的填料(它的用量比例在表9中给出),使用PCM—30双螺杆挤出机在料筒温度250℃下,进行熔融—捏合,从而获得增强的树脂粒料。随后,为了评价用于CD—ROM的驱动装置的机械部件,如图1所示的盘是通过使用注塑机在料筒温度260℃下和模具的温度被设定在60℃下进行注塑从上述粒料制造的。测量所获得的盘的尺寸精度(翘曲)。    结果在表8中给出。
如图8所示,在这些实施例和对比实施例中盘的翘曲和在实施例15—20和以上对比实施例9和10中盘的翘曲之间存在相互关系,但是,对于只含有作为无机填料的玻璃珠的聚碳酸酯树脂组合物所测量的盘的翘曲除外。
在实施例21—26中,获得的盘所显示出的特征共振频率值与由计算机模拟计算的特征共振频率值很好地符合。
实施例27—30
盘形式的模塑树脂制品是通过各自使用实施例5和6的PPE树脂组合物和实施例15和16的PC树脂组合物,在料筒温度280℃和模具温度80℃下,进行气体辅助的注塑生产的。熔融树脂的注塑体积是全部注射量的95%。在完成熔融树脂的注射之后,气体(氮气)立即从栅门被引入熔融树脂物料中。气体在150kg/cm2的压力下保持20秒。然后,熔融树脂物料被冷却1分钟,和从模具中脱出所获得的模塑树脂制品。测定所获得的盘的尺寸精度(翘曲)。结果示于表10。在实施例27—30中通过气体辅助的注塑所生产的盘比在实施例5和6和实施例15和16中通过普通的注塑方法所生产的盘具有更改进的尺寸精度。
在实施例27—30中,获得的盘所显示出的特征共振频率值与由计算机模拟计算的特征共振频率值很好地符合。
实施例31—36
用来保持如图2中所示的光学元件的底架是通过分别使用实施例5和6的PPE树脂组合物,和实施例15和16的PC树脂组合物,在料筒温度280℃和模具温度80℃下,由气体辅助的注塑方法和普通的注塑方法生产的。同样,用来保持如图2中所示的光学元件的底架是通过分别使用实施例21和22的PC/ABS树脂组合物,在料筒温度260℃和模具温度60℃下,由气体辅助的注塑方法和普通的注塑方法生产的。测定所获得的模塑树脂制品的、由图2的影线显示的区域的平坦度。然后,在模塑制品于60℃烘箱中进行热暴露试验250小时之后,测定模塑树脂制品的影线区域的尺寸的变化(平坦度的变化)。
在气体辅助的注塑方法中,熔融树脂的注塑体积是全部注射量的97%。在完成熔融树脂的注射之后,气体(氮气)从阴模内模腔的部分被引入熔融树脂物料中。气体在200kg/cm2的压力下保持12秒。然后,熔融树脂物料被冷却1分钟,和从模具中脱出所获得的成型树脂制品。
按以下方式测量成型树脂制品的尺寸精度。将成型树脂制品固定于装模压台上,然后,借助于坐标测量机(AE122型号,由Mitsutoyo Corporation制造和销售)使用测量程序(Geopack 400,由Mitsutoyo Corporation制造和销售),测定图2所示影线区域的平坦度。根据上述程序,按以下方式测定平坦度。对于上述影线区域,任意选择几个测量位置(至少15个)。从所选择的测量位置,根据最小二乘法计算,获得计算的平面(plane)。然后,两平面被投影到计算平面的两侧,这两平面与计算平面平行。对于某一距离获得最小距离值,在该距离中存在上述两平行的平面,从而在它们之间形成能够容纳所有测量位置的空间。这一最小值(mm)被定义为平坦度。如此测定的平坦度值越大,平坦度越低。结果示于表11。
在实施例31—36中,获得的底架所显示出的特征共振频率值与由计算机计算的特征共振频率值很好地符合。
表1(树脂组合物的配方(重量份数))
    组分     实施例No 对比实施例No
    1     2     3     4     1     2     3
聚(2,6—二甲基—1,4—亚苯基)醚 40  40  40  40  40  40  40
聚苯乙烯H9104(HIPS) 15  15  15  15  15  15  15
    聚苯乙烯685(GPPS)  5  5  5  5  5  5  5
氧化锌/硫化锌/MARK2112  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3
    磷酸酯A  10
    磷酸酯B     10
    磷酸酯C     10
    磷酸酯D  10
    磷酸酯E  10
    磷酸酯F  10
    磷酸酯G     10
 Micro glass fleka REFG—302(玻璃碎片) 30  30  30  30  30  30  30
(待续)
表1(续)(模塑产品的特性)
    实施例No. 对比实施例No.
1  2     3     4     1     2     3
在高温和高湿度下的暴露试验之前的阻燃性(UL—94) V—1  V—1  V—1  V—1  V—1  V—1  V—1
在高温和高湿度下的暴露试验之后的阻燃性(UL—94) V—1  V—1  V—1  V—1  V—2  V—2  V—2
    发烟量(肉眼观察) 几乎无 几乎无 几乎无 几乎无 几乎无 几乎无
模塑产品和模腔的外观 第2000注射周期第5000注射周期第10000注射周期 不变化不变化不变化 不变化不变化不变化 不变化不变化不变化 不变化不变化不变化 不变化*)*) 不变化*)*) *)*)*)
在高温和高湿度下的暴露试验之后外观的变化 不变化 不变化 不变化 不变化 变色和起泡 变色和起泡 变色
*注:在对应于树脂流动的前端的产物的部位和在对应于树脂流动的前端的模具内腔的部位观察到油状沉积物。
表2(树脂组合物的配方(重量份数))
    组分     实施例No. 对比实施例No.
5  6  7  8  9  10     4     5
聚(2,6—二甲基—1,4—亚苯基)醚 40  40  40  40  40  40  40  40
聚苯乙烯H9104(HIPS) 15  15  15  15  15  15  15  15
聚苯乙烯685(GPPS) 5  5  5  5  5  5  5  5
    氧化锌/硫化锌/MARK2112  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3
    磷酸酯A  10  10  10  10  10  10  10  10
 Micro glass flekaREFG—302(玻璃碎片) 30  15  15  —  7.5  —  —  —
 RESO 3—TP1015F(玻璃纤维)  — 15  —  15  15  —  30  —
 Suzorite Mica 200KI  —  —  15  15  7.5  30  —  —
    玻璃珠EGB731A  —  —  —  —  —  —  —     30
表3(模塑产品的特性)
    实施例No. 对比实施例No.
    5     6     7     8     9     10     4     5
翘曲  AsahiKaseiMethod     mm  0.15  0.25  0.18  0.27  0.24  0.2  0.63  0.45
挠曲模量 根据ASTM—D790  kg/cm2  66000  76000  64000  79000  77000  62000  66000  45000
悬臂梁式冲击强度 ASTM—D256,缺口 kg.cm/cm  3.0  4.9  3.0  5.0  5.0  2.0  5.2  4.0
线性膨胀系数(—30—60℃)×10—5 流动方向 mm/mm/℃  3.2  3.1  3.0  3.0  3.0  3.0  1.7  4.8
与流动方向垂直的方向   mm/mm/℃  3.8  5.5  4.2  5.6  5.5  4.0  5.9  5.7
    线性膨胀系数的各向异性 1.2  1.8  1.4  1.9  1.8  1.3  3.4  1.2
热畸变温度 ASTM—D643     ℃     100     100     100     100     100     100     102     105
阻燃性 UL—94  V—1  V—1  V—1  V—1  V—1  V—1  V—1  V—1
表4(模塑产品的翘曲)(单位mm)
测量部位     实施例No. 对比实施例No.
    5     6     7     8     9     10     4     5
    A  0.15  0.19  0.14  0.21  0.20  0.15  0.35  0.23
    B  0.12  0.17  0.13     0.2  0.19  0.14  0.32  0.22
    C  0.13  0.18  0.15  0.19  0.19  0.14  0.34  0.21
    D  0.19  0.21  0.2  0.22  0.2  0.2  0.41  0.25
 E(4.1#)  4.1  4.4  4.2  4.5  4.5  4.2  4.8  4.6
 F(6.1#) 6.5  6.7  6.5  6.8  6.7  6.5  7.0  6.9
注:“#”给出预定值,和对于E和F指出的测量值是预定值+翘曲值。
表5(树脂组合物的配方(重量份数))
    组分     实施例No. 对比实施例No.
11  12  13  14  6  7  8
    Iupilon S—1000  60  60  60  60  60  60  60
    磷酸酯A  10
    磷酸酯B     10
    磷酸酯C     10
    磷酸酯D     10
    磷酸酯E     10
    磷酸酯F     10
    磷酸酯G     10
    Micro glass flekaREFG—302(玻璃碎片)     30     30     30     30     30     30     30
(待续)
表5(续)(模塑产品的特性)
    实施例No. 对比实施例No.
11  12  13  14  6  7  8
在高温和高湿度下的暴露试验之前的阻燃性(UL—94) V—0  V—0  V—0  V—0  V—0  V—0  V—0
在高温和高湿度下的暴露试验之后的阻燃性(UL—94) V—0  V—0  V—0  V—0  V—2  V—2  V—2
发烟量(肉眼观察) 几乎无 几乎无 几乎无 几乎无 几乎无 几乎无
模塑产品和模腔的外观 第2000次注射第5000次注射第10000次注塑 无变化无变化无变化 无变化无变化无变化 无变化无变化无变化 无变化无变化无变化 无变化*)*) 无变化*)*) *)*)*)
在高温和高湿度下的暴露试验之后的外观变化 无变化 无变化 无变化 无变化 变色和起泡 变色和起泡 变色
*注:在对应于树脂流动的前端的产物的部位和在对应于树脂流动的前端的模具内腔的部位观察到油状沉积物。
表6(树脂组合物的配方(重量份数))
    组分     实施例No. 对比实施例No
 15  16  17  18  19  20     9  10
 Iupilon S—1000  60  60  60  60  60  60     60  60
    磷酸酯A  10  10  10  10  10  10     10  10
 Micro glass flekaREFG—302(玻璃碎片)  30  15  15  —  7.5  —      —  —
 RESO3—TP1015F(玻璃纤维)  —  15  —  15  15  —     30  —
    Repco S200HG—CT(云母)  —  — 15  15  7.5  30      —  —
玻璃珠EGB731A  —  —  —  —  —  —      —  30
表7(模塑产品的特性)
    实施例No. 对比实施例No.
    15     16     17     18     19     20     9     10
    翘曲 AsahiKaseiMethod  mm  0.13  0.20  0.17  0.23  0.22  0.17  0.35  0.15
挠曲模量 根据ASTM-D790  kg/cm2  62000  70000  53000  71000  68000  51000  72000  43000
悬臂梁式冲击强度 ASTM-D256,缺口 kg.cm/cm  7.0  9.0  6.2  8.0  8.5  4.2  12.5  7.0
线性膨胀系数(-30-60℃)×10-5 流动方向 mm/mm/℃  3.2  2.7  3.0  2.5  2.6  2.9  2.1  3.1
与流动方向垂直的方向 mm/mm/℃  4.0  4.8  4.2  4.8  4.7  4.3  5.3  4.2
线性膨胀系数的各向异性  1.25  1.8  1.4  1.92  1.8  1.48  2.52  1.35
热畸变温度 ASTM-D643 145  146  143  145   145  142     146  143
阻燃性 UL-94 级别 V-0  V-0  V-0  V-0  V-0  V-0  V-0  V-0
表8(模塑产品的翘曲)(单位mm)
测量部位     实施例No 对比实施例No
 15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  9  10  11  12
    A 0.16 0.21 0.17 0.22 0.21 0.18 0.15  0.2 0.15 0.21  0.2 0.16 0.35 0.16 0.32 0.17
    B 0.13 0.19 0.15 0.20 0.20 0.17 0.13 0.18 0.14 0.19 0.19 0.16 0.34 0.17 0.33 0.15
    C 0.14 0.18 0.14 0.19 0.19 0.16 0.15 0.19 0.17 0.19 0.19 0.17 0.32 0.18  0.3 0.17
    D  0.2 0.24 0.21 0.25 0.23 0.19 0.19 0.22  0.2 0.23 0.23 0.19  0.4  0.2 0.38 0.19
 E(4.1#) 4.2 4.6 4.3 4.6 4.6 4.4 4.2 4.5 4.2 4.5 4.6 4.4 4.8 4.4 4.9 4.5
 F(6.1#) 6.6 6.9 6.6 7.0 6.9 6.6 6.5 6.8 6.6 6.9 6.9 6.6 7.2 6.5 7.1 6.5
注:“#”给出预定值,和对于E和F指出的测量值是预定值+翘曲值。
表9(树脂组合物的配方(重量份数))
    组分     实施例No. 对比实施例No.
21  22  23  24  25  26  11  12
    聚碳酸酯 40  40  40  40  40  40  40  40
    ABS树脂 12  12  12  12  12  12  12  12
    AS树脂  8  8  8  8  8  8   8  8
    磷酸酯A  10  10  10  10  10  10  10  10
 Micro glassfleka REFG—302(玻璃碎片)  30  15  15  —  7.5  —  —  —
    RESO 3—TP1015F(玻璃纤维)  — 15  —  15  15  —  30  —
 Repco S200HG—CT(云母)  —  — 15  15  7.5  30
    玻璃珠EGB731A  —  —  —  —  —  —  —  30
表10(模塑产品的翘曲)(单位mm)
测量部位     实施例No
    27     28     29     30
    A     0.10     0.12     0.11     0.13
    B     0.08     0.11     0.07     0.11
    C     0.09     0.12     0.09     0.12
    D     0.12     0.14     0.12     0.14
    E(4.1#)     4.1     4.3     4.2     4.3
    F(6.1#)     6.2     6.3     6.2     6.3
注:“#”给出预定值,和对于E和F指出的测量值是预定值+翘曲值。
表11(模塑产品的平坦度)(单位mm)
热暴露试验60℃×250小时     实施例No.
31 32 33 34 35 36
平坦度 试验前  0.121  0.183  0.134  0.207  0.114  0.178
气体辅助的注塑 试验后  0.129  0.195  0.150  0.225  0.120  0.190
平坦度 试验前 0.162  0.281  0.235  0.323  0.156  0.252
普通的注塑 试验后  0.179  0.310  0.265  0.364  0.170  0.277
                      工业实用性
本发明的阻燃性、高精度树脂机械部件(用于OA机器)不仅没有常见的缺陷如阻燃剂的变性、挥发和渗移,而且具有高尺寸精度和优异的机械性能(例如机械强度和减振性能),这样本发明的机械部件能够理想地用作需要高准确度和高精度的各种类型的OA机器的机械部件。

Claims (7)

1、一种用于需要高准确度和高精度的办公自动化机器的阻燃性、高精度树脂机械部件,它是由热塑性树脂组合物的注塑方法制造的,组合物包括:
(A)100重量份的无定形热塑性树脂;
(B)5—150重量份的鳞片状无机填料;和
(C)3—50重量份的由以下结构式(Ⅰ)表示的磷酸酯:
Figure 9519170300021
其中Q1,Q2,Q3和Q4中每一个独立地表示氢原子或含有1—6个碳原子的烷基;R1,R2,R3和R4中每一个独立地表示甲基或氢原子;n表示1或1以上的整数;n1和n2中的每一个独立地表示0—2的整数;和m1,m2,m3和m4中每一个独立地表示1—3的整数。
2、根据权利要求1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中注塑方法是气体辅助的注塑方法。
3、根据权利要求1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中该鳞片状无机填料是由玻璃碎片组成。
4、根据权利要求1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中该鳞片状无机填料是由云母碎片组成。
5、根据权利要求1的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中该鳞片状无机填料是由玻璃碎片和云母碎片组成。
6、根据权利要求1—5中任一项的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中该热塑性树脂组合物进一步包括纤维状增强填料,和其中该鳞片状无机填料和该纤维状增强填料的总重是150重量份或150重量份以下。
7、根据权利要求6的阻燃性、高精度树脂机械部件,其中该纤维状增强填料的存在量为25—75wt%,以该鳞片状无机填料和该纤维状增强填料的总重为基础计。
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