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Hintergrund
der Erfindung
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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flammhemmendes, hochpräzises, mechanisches
Kunstharzteil zur Verwendung in einer Büroautomationsmaschine, wobei
das Teil durch Spritzgießen
einer thermoplastischen Harzzusammensetzung hergestellt wird. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein flammhemmendes, hochpräzises, mechanisches
Harzteil zur Verwendung in Büroautomationsmaschinen,
bei denen eine Funktionsweise mit hoher Genauigkeit und hoher Präzision verlangt
wird, wobei das Teil durch Spritzgießen eines thermoplastischen
Harzes hergestellt wird, das folgende Bestandteile umfasst: (A)
ein amorphes thermoplastisches Harz; (B) einen anorganischen Füllstoff
in Schuppenform; und (C) einen bestimmten Phosphorsäureester.
Das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische
Harzteil ist frei von den herkömmlicherweise
auftretenden Nachteilen, wie eine Verflüchtigung eines im Harz enthaltenen
flammhemmenden Mittels, eine Dampfbildung aufgrund der Verflüchtigung
des flammhemmenden Mittels und das Auftreten von MD ("mold deposit", Ablagerungen in
der Form) während
der Herstellung des Teils durch Formgebung sowie ein Ausbluten des
flammhemmenden Mittels während
der Verwendung des Teils. Ferner ist es beim erfindungsgemäßen mechanischen
Teil unwahrscheinlich, dass es zu Verwerfungen kommt. Es weist bei
der Herstellung durch Formgebung ein in vorteilhafter Weise geringes
Schrumpfungsverhältnis
auf. Daher zeigt das erfindungsgemäße mechanische Teil nicht nur
eine hohe Präzision,
sondern auch weitere verschiedene hervorragende mechanische Eigenschaften,
wie eine äußerst niedrige
Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten und ervorragende
Vibrationseigenschaften. Das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische Harzteil
kann in vorteilhafter Weise als mechanisches Teil für hochpräzise Maschinen
verwendet werden, bei denen eine Funktion mit hoher Genauigkeit
und hoher Präzision
auch unter verschiedenen drastischen Bedingungen verlangt wird. Zu
Beispielen für
derartige hochpräzise
Maschinen gehören
Rechner, Spielgeräte,
Tonwiedergabesysteme, audiovisuelle Geräte, Kopiergeräte, Drucker,
Faxgeräte,
Personalcomputer, Textverarbeitungsgeräte, tragbare Kommunikationsgeräte und daraus
zusammengesetzte Kombinationsmaschinen.
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Technischer
Hintergrund
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In
letzter Zeit wurde auf verschiedenen Gebieten, z. B. auf dem Gebiet
der Kraftfahrzeuge, der Büromaschinen,
der Computer und der elektrischen Haushaltsgeräte, versucht, Teile, die herkömmlicherweise
aus metallischen Materialien, z. B. aus Metallblechen und spritzgegossenem
Aluminium, gefertigt worden sind, durch Harzteile zu ersetzen. Der
Grund für
diese Versuche war, dass Harzteile nicht nur wegen ihres geringen Gewichts
vorteilhaft sind, sondern auch zu niedrigen Kosten bei hoher Produktivität hergestellt
werden können. Daher
besteht ein zunehmendes Bedürfnis
nach verstärkten
Harzen, die als Ersatzprodukte für
metallische Materialien bei der Herstellung mechanischer Teile verwendet
werden können.
Insbesondere besteht ein starkes Bedürfnis nach verstärkten Harzen,
die zur Herstellung von mechanischen Teilen für OA-Maschinen (Büroautomationsmaschinen),
wie Kopiergeräte,
Drucker, Faxgeräte,
CD-ROMs, Personalcomputer, Textverarbeitungsgexäte und Kommunikationsgeräte, verwendet
werden können.
(Bei Kopiergeräten,
Druckern und Faxgeräten
handelt es sich um OA-Maschinen, die mit einem Druckmechanismus
ausgerüstet
sind, z. B. mit einem Druckmechanismus vom Trockentyp, vom Diazotyp,
vom LB-Typ (Laserstrahltyp), vom BJ-Typ (Tintenstrahltyp), vom Punkttyp
oder vom wärmeempfindlichen
Typ.) Gemäß diesem
starkem Bedürfnis
nachverstärkten
Harzen wurde eingehend die Entwicklung von amorphen thermoplastischen
Harzen (z. B. einem verstärkten,
flammhemmenden Polyphenylenetherharz und einem verstärkten, flammhemmenden
Polycarbonatharz) untersucht, wobei dieses Harz hervorragende mechanische
Eigenschaften und hervorragende Formgebungseigenschaften aufweisen
soll, so dass aus diesen Harzen mechanische Teile, die herkömmlicherweise
aus Metallmaterialien, wie Metallblechen und spritzgegossenem Aluminium,
gefertigt worden sind, hergestellt werden können.
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Für ein derartiges
mechanisches Harzteil einer OA-Maschine
muss eine hervorragende Beschaffenheit in bezug auf Formeigenschaften,
mechanische Eigenschaften (z. B. Steifigkeit und Festigkeit), Wärmebeständigkeit,
flammhemmendes Verhalten, Maßgenauigkeit
und Maßhaltigkeit
aufweisen.
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Unter
diesen Eigenschaften sind die Anforderungen in bezug auf Maßgenauigkeit
und Maßhaltigkeit besonders
streng. Wenn beispielsweise bei einem mechanischen Teil eines CD-ROM-Laufwerks ein Querverbindungsteil,
das eine optische Linseneinheit führt und hält, Dimensionsänderungen
zeigt, kommt es zu einem falschen Ablesen von Daten von der CD.
Bezüglich
innerer mechanischer Teile von OA-Maschinen mit einem Druckmechanismus
vom Laserstrahltyp, beispielsweise bei Kopiergeräten, Druckern- und Faxgeräten kommt es
beim Auftreten von Dimensionsänderungen
in derartigen mechanischen Teilen zu einem fehlerhaften Lesen von
Daten, was Nachteile mit sich bringt, z. B. ein verschwommenes Druckbild.
Auch bei inneren mechanischen Teilen von OA-Maschinen mit einem
Druckmechanismus vom Diazotyp, vom Tintenstrahltyp oder vom wärmeempfindlichen
Typ bewirken Dimensionsänderungen
in derartigen mechanischen Teilen ein verschwommenes Bild der Druckzeichen.
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Bei
den vorerwähnten
mechanischen Teilen ist somit eine hohe Maßgenauigkeit erforderlich,
so dass etwaige Fehler oder Abweichungen nur in der Größenordnung
von einigen 10 μm
liegen. Wenn versucht wird, ein mechanisches Teil einer OA-Maschine aus einem
amorphen thermoplastischen Harz nach einem herkömmlichen Verfahren herzustellen,
treten die folgenden Schwierigkeiten auf.
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Als
herkömmliche
Technik zur Ausrüstung
eines Harzes mit hoher Steifigkeit und Festigkeit ist ein Verfahren
bekannt, bei dem ein faseriger, anorganischer Füllstoff, wie Glasfasern, mit
einem Harz vermischt wird. Diese Technik weist die nachstehenden
Nachteile auf. Wenn ein faseriger anorganischer Füllstoff
mit einem hohen Seitenverhältnis
(Länge/Dicke),
z. B. eine anorganische Faser oder ein Whisker, dem Harz zugesetzt wird
und die erhaltene Harzzusammensetzung, die einen derartigen faserigen,
anorganischen Füllstoff
enthält, einem
Spritzgießvorgang
unterworfen wird, so orientiert sich der faserige anorganische Füllstoff
entlang der Fließrichtung
des Harzes. Demgemäß entwickelt
der erhaltene Formkörper
unvermeidlicherweise eine anisotrope Beschaffenheit in bezug auf
Steifigkeit, Festigkeit, Schrumpfungsverhältnis (während der Formgebung) und linearen
Ausdehnungskoeffizienten. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich
eine schlechte Steifigkeit und Festigkeit des Formkörpers ergibt
und dass der Formkörper
sich verzieht, was zu Deformationen oder Dimensionsänderungen
des Formkörpers
führt.
Ferner ist diese Technik insofern nachteilhaft, als die Anisotropie
des linearen Ausdehnungskoeffizienten bewirkt, dass der Formkörper gegenüber Temperaturveränderungen
empfindlich wird. Insbesondere kommt es beim Formkörper, der
in bezug auf den linearen Ausdehnungskoeffizienten anisotrop ist,
bei Temperaturänderungen
leicht zu Verformungen, so dass sich eine schlechte Maßhaltigkeit ergibt.
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Wenn
andererseits ein herkömmlicher
anorganischer Füllstoff
mit einem geringen Seitenverhältnis, wie
Glasperlen und Calciumcarbonat, verwendet werden, so zeigt der erhaltene
Formkörper
eine verbesserte Beschaffenheit in bezug auf Maßgenauigkeit und Maßhaltigkeit.
Jedoch erweist sich ein derartiger Formkörper insofern als nachteilig,
als er eine geringe Steifigkeit und Festigkeit aufweist.
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Um
die flammhemmende Beschaffenheit eines amorphen thermoplastischen
Harzes zu verbessern, wird im allgemeinen ein flammhemmendes Mittel
verwendet. Beispielsweise wird in breitem Umfang eine herkömmliche
halogenierte aromatische Verbindung, wie Tetrabrombisphenol A (TBA)
und Polybrombiphenyloxid (PBBO) zur Verbesserung der flammhemmenden
Beschaffenheit eines amorphen thermoplastischen Harzes (ausgenommen
Polyphenylenetherharze) verwendet. Jedoch sind nicht nur die flamhemmenden
Mittel vom Halogentyp, sondern auch Antimontrioxid (Sb2O3), das im allgemeinen als unterstützendes
flammhemmendes Mittel für
das flammhemmende Mittel vom Halogentyp verwendet wird, im Hinblick
auf die nachteiligen Einflüsse
auf die Umwelt und im Hinblick auf die Sicherheit gegenüber dem
menschlichen Körper
unerwünscht.
Daher besteht auf dem Markt eine zunehmende Tendenz, die vorerwähnten flammhemmenden
Mittel vom Halogentyp und Antimontrioxid nicht mehr zu verwenden.
Ferner kennt man eine Polyphenylenetherharzzusammensetzung oder
eine Polycarbonatharzzusammensetzung, in der als flammhemmendes
Mittel vom Nichthalogentyp eine Phosphorverbindung verwendet wird
(vergl. z. B. GB-A-2 043 083 und US-Patent 5 204 394). Insbesondere
werden organische Phosphorsäureesterverbindungen,
wie Triphenylphosphat, Cresyldiphenylphosphat und Tricresyldiphenylphosphat,
in breitem Umfang als flammhemmende Mittel eingesetzt. Jedoch erweist sich
die Harzzusammensetzung, die die organische Phosphorsäureesterverbindung
enthält,
insofern als nachteilhaft, als die Phosphorsäureesterverbindung sich während der
Formgebung der Harzzusammensetzung, die diese Verbindung enthält, leicht
verflüchtigt
und Dampf erzeugt und insofern, als es leicht zu Ablagerungen in der
Form (MD) an der inneren Oberfläche
des Formhohlraums kommt. Außerdem
weist ein aus der Harzzusammensetzung, die eine derartige Phosphorsäureesterverbindung
enthält,
hergestellter Formkörper
den Nachteil auf, dass die Phosphorsäureesterverbindung an der Oberfläche des
Formkörpers
ausblutet, wodurch es beim Formkörper
zu Verfärbungen,
Blasenbildungen, Rissbildungen und dergl. kommt.
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Als
Verfahren zum Lösen
der vorerwähnten
Schwierigkeiten wurde vorgeschlagen, als flammhemmendes Mittel eine
organische Phosphorverbindung mit einem hohen Molekulargewicht zu
verwenden. Insbesondere wurde versucht, als flammhemmendes Mittel
eine Phosphorverbindung mit einem hohen Molekulargewicht zu verwenden,
wie Tri-(2,6-dimethylphenyl)-phosphat,
Resorcinbisdiphenylphosphat und Tribiphenylphosphat (vergl. z. B.
die internationale Patentanmeldung WO 94/03535, entsprechend EP-A-0
611 798). Jedoch sind diese organischen Phosphorverbindungen insofern
nachteilhaft, als eine derartige Verbindung in einer großen Menge
verwendet werden muss, um das Harz flammhemmend auszurüsten, und
insofern, als dann, wenn die Harzzusammensetzung, die mit der Phosphorsäureesterverbindung
flammhemmend ausgerüstet
worden ist, der Formgebung unterworfen wird, es während des
Formgebungsvorgangs zu einer Korrosion der metallischen Form kommt.
Ferner weist ein aus einer derartigen Harzzusammensetzung hergestelltes mechanisches
Teil eine geringe Beständigkeit
gegenüber
Feuchtigkeit und Wärme
auf. Insbesondere kommt es dann, wenn das vorerwähnte mechanische Teil hohen
Temperaturen und hoher Feuchtigkeit ausgesetzt wird, dazu, dass
das Harz des mechanischen Teils Wasser absorbiert und/oder das im
Harz enthaltene flammhemmende Mittel einer Denaturierung unterliegt,
wodurch verschiedene Eigenschaften des Harzes, z. B. die elektrischen
Eigenschaften, die flammhemmende Beschaffenheit und die Maßhaltigkeit,
beeinträchtigt
werden. Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass
die herkömmlichen
Techniken mit verschiedenen Schwierigkeiten behaftet sind und es
unmöglich
ist, ein Harzteil mit einem Gehalt an einem flammhemmenden Mittel
vom Nichthalogentyp anstelle eines metallischen mechanischen Teils
in einer OA-Maschine
zu verwenden. Dies bedeutet, dass es äußerst schwierig ist, aus einer
Harzzusammensetzung, die ein flammhemmendes Mittel vom Nichthalogentyp
enthält,
ein mechanisches Teil herzustellen, das eine hervorragende Beschaffenheit
in bezug auf mechanische Eigenschaften, Maßgenauigkeit, Verhalten gegenüber der
Form und flammhemmende Eigenschaften zeigt.
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WO
93/04119 beschreibt eine flammhemmende, leitfähige Formmasse, die folgendes
umfasst: ein thermoplastisches Harz, bei dem es sich um eine Kombination
aus einem Polyphenylenetherharz und einem Polystyrolharz handelt,
eine spezielle Füllstoffmischung,
d. h. ein Gemisch aus Glasfasern, einem nicht-faserigen anorganischen
Mittel und Kohlenstofffasern oder metallbeschichteten Graphitfasern,
und ein flammhemmendes Mittel auf der Basis von Diphosphat oder
Polyphosphat. Das anorganische, nicht-faserige Mittel kann unter
Glimmer, Ton, Glasperlen, Glasflocken und Wollastonit ausgewählt werden.
Die Basis für
das flammhemmende Mittel können
phenolische Verbindungen, wie Resorcin, Hydrochinon, Bisphenol A
und verschiedene aromatische Trihydroxyverbindungen, bilden.
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Zusammenfassende
Darstellung der Erfindung Angesichts dieser Sachlage haben die Erfinder
umfangreiche und eingehende Untersuchungen im Hinblick auf die Entwicklung
eines flammhemmenden, hochpräzisen,
mechanischen Harzteils, das frei von den vorerwähnten Schwierigkeiten, mit
denen die herkömmlichen
mechanischen
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Harzteile
verbunden sind, ist, angestellt. Dabei wurde überraschenderweise festgestellt,
dass ein mechanisches Teil, das durch Spritzgießen einer thermoplastischen
Harzzusammensetzung, die ein amorphes thermoplastisches Harz, einen
anorganischen Füllstoff,
der speziell in einer Schuppenform vorliegt, und eine spezielle
Phosphorsäureesterverbindung
als flammhemmendes Mittel, wobei die Phosphorsäureestergruppen über ein
Bisphenol verbunden sind, enthält,
hergestellt worden ist, sich insofern als vorteilhaft erweist, als
ein derartiges mechanisches Harzteil frei von den herkömmlicherweise
aufgetretenen Nachteilen ist, wie eine Verflüchtigung des im Harz enthaltenen
flammhemmenden Mittels, eine durch die Verflüchtigung des flammhemmenden
Mittels verursachte Dampfbildung, Auftreten von Ablagerungen in
der Form während
des Formgebungsvorgangs und Ausbluten des flammhemmenden Mittels
während
der Verwendung des Teils. Bei einem derartigen mechanischen Teil
ist es unwahrscheinlich, dass es sich verzieht. Ferner weist es
in vorteilhafter Weise ein geringes Schrumpfungsverhältnis während der
Herstellung des Teils durch Verformung auf. Somit weist ein derartiges
mechanisches Teil nicht nur eine hohe Präzision, sondern auch verschiedene
hervorragende mechanische Eigenschaften auf, z. B. eine äußerst geringe
Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten und hervorragende
Vibrationseigenschaften, so dass das mechanische Harzteil in vorteilhafter
Weise als mechanisches Teil für
Hochpräzisionsmaschinen
verwendet werden kann, bei denen eine sehr genaue und hochpräzise Funktionsweise
auch unter verschiedenen drastischen Bedingungen verlangt wird.
Auf der Grundlage dieser neuartigen Befunde wurde die Erfindung
fertiggestellt.
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Eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung
eines flammhemmenden, hochpräzisen,
mechanischen Harzteils zur Verwendung in OA-Maschinen, wobei das Teil nicht nur hervorragende
mechanische Eigenschaften, sondern auch eine hohe Maßgenauigkeit,
wie sie für
ein mechanisches Teil einer OA-Maschine verlangt wird, besitzen
soll. Somit soll ein derartiges Teil anstelle eines herkömmlichen
mechanischen Teils, das aus Metallmaterialien (z. B. Metallblechen
und spritzgegossenem Aluminium) gefertigt ist, verwendbar sein.
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Die
vorstehend genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen
in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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In
der beigefügten
Zeichnung zeigen:
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1(a) eine schematische perspektivische Darstellung
eines gemäß den Beispielen
1 bis 30 hergestellten schalenförmigen
mechanischen Teils;
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1(b) eine schematische Ansicht im Schnitt entlang
der Linie IB-IB des schalenförmigen
mechanischen Teils von 1(a).
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In
den 1(a) und 1(b) bezeichnen
die Bezugszeichen die folgenden Teile und Bereiche.
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A
bis F: Messpunkte, an denen die Maßgenauigkeit gemessen wird
(an den einzelnen Punkten A bis D wird die Maßgenauigkeit als Spalt zwischen
einem Formkörper
und einer Formgebungsplatte gemessen; und an den Punkten E und F
wird die Maßgenauigkeit
als Differenz zwischen der tatsächlichen
Abmessung eines Formkörpers
und dem vorbestimmten (gemäß der Konstruktion)
Werts der Abmessung (4,1 mm bzw. 6,1 mm) gemäß der Darstellung in 1(b) gemessen).
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G:
Stelle des Formkörpers,
die dem Punktanguß einer
Form entspricht.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein
flammhemmendes, hochpräzises,
mechanisches Kunstharzteil zur Verwendung in Büroautomationsmaschinen, bei
denen eine Funktionsweise mit hoher Genauigkeit und hoher Präzision erforderlich
ist und welches eine verbesserte Übereinstimmung zwischen seinem
computersimulierten charakteristischen Resonanzfrequenzwert und
seinem tatsächlich
gemessenen charakteristischen Resonanzfrequenzwert aufweist, bereitgestellt,
wobei das mechanische Kunstharzteil aus der Gruppe ausgewählt ist,
bestehend aus einem mechanischen Kunstharzteil zur Verwendung in
einer Antriebsvorrichtung für
eine optische Diskette und einem mechanischen Kunstharzteil zur
Verwendung in einer Büroautomationsvorrichtung,
die einen Druckmechanismus vom Laserstrahltyp aufweist,
wobei
das mechanische Kunstharzteil durch Spritzgießen einer thermoplastischen
Harzzusammensetzung hergestellt wird, umfassend:
- (A)
100 Gewichtsteile eines amorphen thermoplastischen Harzes, mit der
Maßgabe,
daß das
thermoplastische Harz nur aus mindestens einem Harz besteht, das
aus der Gruppe ausgewählt
ist, bestehend aus einem Polyphenylenetherharz und einem Styrolharz;
- (B) 5 bis 150 Gewichtsteile eines plättchenförmigen Füllstoffs, mit der Maßgabe, daß der plättchenförmige Füllstoff
nur aus Glimmerplättchen
besteht; und (C) 3 bis 50 Gewichtsteile eines Phosphorsäureesters
der folgenden Formel (I) worin
Q1, Q2, Q3 und Q4 jeweils
unabhängig
voneinander ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 6
Kohlenstoffatomen bedeuten; R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander einen Methylrest
oder ein Wasserstoffatom bedeuten; n eine ganze Zahl mit einem Wert
von 1 oder mehr bedeutet; n1 und n2 jeweils unabhängig voneinander
eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 2 bedeuten; und m1, m2,
m3 und m4 jeweils unabhängig
voneinander eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 bedeuten;
wobei
die Zusammensetzung wahlweise einen faserförmigen Füllstoff enthält, mit
der Maßgabe,
daß der
faserförmige
Füllstoff
nur aus Glasfasern besteht, so daß die Gesamtmenge von Glimmerplättchen und
Glasfasern 150 Gew.-Teile nicht überschreitet.
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Es
stellt eine Voraussetzung dar, dass die amorphe thermoplastische
Harzzusammensetzung, die das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische Teil zur
Verwendung in einer Büroautomationsmaschine
darstellt, Glimmerflocken enthält.
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Erfindungsgemäß verwendbarer
Glimmer liegt in Schuppenform vor. Beispielsweise können als
geeignete Glimmerflocken das Produkt Suzorite Mica (Produkt der
Fa. SUZORITE MICA PRODUCTS, INC., Kanada) verwendet werden. Vorzugsweise
weisen die Glimmerflocken ein Gewichtsmittel des Durchmessers von 1000 μm oder weniger,
insbesondere 500 μm
oder weniger und ganz besonders 200 μm oder weniger auf. Im Hinblick
auf die Verbesserung der Steifigkeit ist es bevorzugt, dass die
Glimmerflocken ein Gewichtsmittel des Seitenverhältnisses (Gewichtsmittel des
Durchmessers der Flocken/Gewichtsmittel der Dicke der Flocken) von 10
oder mehr, vorzugsweise 30 oder mehr und insbesondere 100 oder mehr
aufweisen. Die Untergrenze des Gewichtsmittels des Durchmessers
von handelsüblichen
Glimmerflocken beträgt
etwa 20 μm.
Beim Vermischen mit weiteren Komponenten zur Herstellung der Harzzusammensetzung
unterliegen Glimmerflocken einem Bruch, so dass sich die Größe der Glimmerflocken
verringert. Die Messung des Hauptdurchmessers und der Dicke der
Glimmerflocken, die der Harzzusammensetzung einverleibt werden,
kann nach einem Verfahren erfolgen, bei dem die Harzzusammensetzung
gelöst
und einer Filtration unterzogen wird, um dadurch die Glimmerflocken
zu gewinnen. Die Dimensionseigenschaften der Glimmerflocken werden
beispielsweise unter Verwendung eines optischen Mikroskops geprüft.
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Die
Harzzusammensetzung zur Bildung des erfindungsgemäßen mechanischen
Teils zur Verwendung in Büroautomationsmaschinen
enthält
einen anorganischen Füllstoff
in Schuppenform in einer Menge von 5 bis 150 Gew.-teilen, vorzugsweise
von 10 bis 100 Gew.-teilen und insbesondere von 20 bis 70 Gew.-teilen
pro 100 Gew.-teile des amorphen thermoplastischen Harzes. Liegt
der Anteil des anorganischen Füllstoffes
unter 5 Gew.-teilen, so ergibt sich eine unzureichende Steifigkeit
und der lineare Ausdehnungskoeffizient lässt sich nicht in zufriedenstellender
Weise verbessern. Wenn andererseits der Anteil des anorganischen
Füllstoffes mehr
als 150 Gew.-teile beträgt,
so ist die Bildung einer gleichmäßigen Dispersion
des anorganischen Füllstoffes
schwierig, so dass sich schlechte Formgebungseigenschaften der Harzzusammensetzung
und ein schlechtes Erscheinungsbild des Formkörpers ergeben. Beträgt der Anteil
des anorganischen Füllstoffes
20 bis 70 Gew.-teile, so lässt
sich ein besonders bevorzugtes Gleichgewicht der Formgebungseigenschaften,
der thermischen Eigenschaften, der mechanischen Eigenschaften und
der Maßgenauigkeit
erzielen.
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Zur
Verbesserung der Festigkeit des mechanischen Teils kann die thermoplastische
Harzzusammensetzung ferner einen faserigen Verstärkungsfüllstoff enthalten. In diesem
Fall beträgt
das Gesamtgewicht des anorganischen Füllstoffes in Schuppenform und
des faserigen verstärkenden
Füllstoffes
150 Gew.-teile oder weniger.
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Erfindungsgemäß können der
anorganische Füllstoff
und der faserige verstärkende
Füllstoff
auf verschiedene Art und Weise eingesetzt werden: Beispielsweise
alleinige Verwendung von Glimmerflocken; Verwendung einer Kombination
aus Glimmerflocken und eines faserigen verstärkenden Füllstoffes. Bei alleiniger Verwendung
von Glimmerflocken weist zwar das erhaltene mechanische Teil eine
hohe Maßgenauigkeit
auf, es besteht aber die Tendenz zu schlechteren mechanischen Eigenschaften,
insbesondere einer geringeren Izod-Schlagfestigkeit, des mechanischen
Teils. Wenn daher Glimmerflocken als anorganischer Füllstoff
in Schuppenform verwendet werden, ist es bevorzugt, dass ebenfalls
Glasfasern verwendet werden. Bezüglich des
Durchmessers und der durchschnittlichen Länge der Glasfasern gibt es
keine speziellen Beschränkungen. Jedoch
ist es im Hinblick auf eine Verbesserung der Maßgenauigkeit des mechanischen
Teils bevorzugt, dass die Glasfasern eine relativ kurze Länge aufweisen.
Vorzugsweise beträgt
die durchschnittliche Länge
der einer Harzzusammensetzung einverleibten Glasfaser 0,1 bis 1
mm und insbesondere 0,15 bis 0,7 mm. Bei Verwendung einer Glasfaser
ist es bevorzugt, dass diese Glasfaser in einem Anteil von 25 bis
75 Gew.-% und vorzugsweise von 25 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des anorganischen Füllstoffes in Schuppenform und
der Glasfaser, vorhanden ist.
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Wenn
der Anteil der Glasfaser mehr als 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
des anorganischen Füllstoffes
in Schuppenform und der Glasfaser, beträgt, so lässt sich die Maßgenauigkeit
(Schrumpfungsverhältnis
bei der Formgebung und Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten)
nicht in zufriedenstellender Weise verbessern.
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Der
erfindungsgemäß zu verwendende
Phosphorsäureester
wird durch die vorstehende Formel (I) wiedergegeben. In der Formel
(I) ist es bevorzugt, dass es sich bei den einzelnen Resten Q1, Q2, Q3 und
Q4 jeweils um eine Methylgruppe handelt.
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In
der Formel (I) bedeutet n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 oder
mehr. Die Wärmebeständigkeit und
die Verarbeitbarkeit der gebildeten Harzzusammensetzung variiert
je nach dem Wert von n. Wenn beispielsweise der Wert von n groß ist, so
ergibt sich eine hohe Wärmebeständigkeit
der Harzzusammensetzung, während
die Verarbeitbarkeit gering wird. Wenn andererseits der Wert von
n gering ist, so kehren sich die vorstehenden Tendenzen um. Ein
bevorzugter Bereich für
n beträgt
1 bis 5. Es kann auch ein Gemisch von Phosphorsäureestern mit unterschiedlichen
n-Werten verwendet werden.
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Erfindungsgemäß können die
Phosphorsäureester
der Formel (I) einzeln oder in Kombination miteinander verwendet
werden. Der erfindungsgemäß zu verwendende
Phosphorsäureester
weist eine Struktur auf, bei der die Phosphorsäureestergruppen miteinander über ein
Bisphenol gebunden sind, wobei ein monofunktionelles Phenol an den
Enden vorliegt.
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Zu
Beispielen für
Bisphenole gehören
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan
(als Bisphenol A bezeichnet), 2,2-Bis-(4-hydroxy-3-methylphenyl)-propan, Bis-(4-hydroxyphenyl)-methan, Bis-(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)-methan
und 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-ethan.
Darunter wird Bisphenol A besonders bevorzugt.
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Zu
Beispielen für
monofunktionelle Phenole gehören
Phenol, ein Monoalkylphenol, ein Dialkylphenol und ein Trialkylphenol.
Diese monofunktionellen Phenole können einzeln oder in Kombination
miteinander verwendet werden. Insbesondere werden Phenol, Cresol,
Dimethylphenol, (gemischtes Xylenol), 2,6-Dimethylphenol und Trimethylphenol
bevorzugt.
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Wie
vorstehend erwähnt,
weist der erfindungsgemäß zu verwendende
Phosphorsäureester
eine Struktur auf, bei der die Phosphorsäureestergruppen miteinander über ein
Bisphenol gebunden sind. Aufgrund dieser Struktur, wird die Verflüchtigung
des Phosphorsäureesters
weitgehend unterdrückt.
Ferner weist der Phosphorsäureester
qualitativ hochwertige Eigenschaften auf, die von herkömmlichen
Polyphosphaten mit einer Struktur, bei der die Phosphorsäureestergruppen
miteinander über
Resorcin oder Hydrochinon gebunden sind, nicht erreicht werden.
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Insbesondere
wird beim erfindungsgemäßen mechanischen
Teil, das durch Formgebung der den speziellen Phosphorsäureester enthaltenden
Harzzusammensetzung gebildet wird, eine Beeinträchtigung des Erscheinungsbilds
(z. B. eine Verfärbung
und eine Blasenbildung) verhindert, Erscheinungen, die im
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Fall
einer Harzzusammensetzung mit einem Gehalt an einem herkömmlichen
Polyphosphat, auftreten, wenn derartige Produkte bei hohen Temperaturen
und hoher Feuchtigkeit belassen werden.
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Außerdem weist
ein Formkörper,
der aus einer Harzzusammensetzung mit einem Gehalt an einem Phosphorsäureester,
der als monofunktionelles Phenol ein Monoalkylphenol, ein Dialkylphenol
oder ein Trialkylphenol enthält,
erhalten worden ist, eine zusätzliche
Verbesserung in bezug auf die thermische Stabilität und in
bezug auf die Hydrolysebeständigkeit
auf, verglichen mit einem Formkörper,
der aus einer Harzzusammensetzung, die eine Phosphorsäureesterverbindung
mit einem unsubstituierten monofunktionellen Phenol an den Enden
aufweist, hergestellt worden ist.
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Somit
weist der erhaltene Formkörper
bei erfindungsgemäßer Verwendung
eines Phosphorsäureesters
mit Phosphorsäuregruppen,
die über
ein Bisphenol gebunden sind und ein alkylsubstituiertes monofunktionelles
Phenol an den Enden aufweist, insofern hervorragende Eigenschaften
auf, als beim Formkörper eine
Beeinträchtigung
der Eigenschaften z. B. der elektrischen Eigenschaften, der flammhemmenden
Beschaffenheit und des Erscheinungsbilds, verhindert wird, selbst
wenn der Formkörper
in der Wärme
in Kontakt mit Feuchtigkeit kommt.
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Bei
Formkörpern,
die aus einer Harzzusammensetzung hergestellt worden sind, die eine
organische Phosphorsäureesterverbindung,
die nur das Merkmal eines hohen Molekulargewichts aufweist, enthält, z. B. ein
Resorcinpolyphosphat und ein Hydrochinonpolyphosphat, treten die
folgenden Schwierigkeiten auf. Eine derartige Harzzusammensetzung
weist eine geringe thermische Stabilität auf, wodurch es während der
Formgebung zu einer Reaktion zwischen der Phosphorsäureesterverbindung
und dem Harz kommt. Infolgedessen wird eine Gelbildung des Harzes
bewirkt, so dass es unmöglich
wird, einen Formkörper
aus dem Harz in wirksamer Weise bei hohen Temperaturen herzustellen.
Ferner besteht bei der Phosphorsäureesterverbindung
die Wahrscheinlichkeit, dass sie während der Formgebung des Harzes
zersetzt wird, wodurch saure Komponenten entstehen, z. B. Phosphorsäure, die
eine Zersetzung des Harzes bewirken. Demgemäß kommt es zu einer Verringerung
des Molekulargewichts und zu einer Beeinträchtigung verschiedener Eigenschaften
des Harzes, so dass der gebildete Formkörper nicht nur eine schlechte
Eignung für
die Praxis, sondern auch eine schlechte Langzeitstabilität aufweist.
Außerdem
erweist sich eine derartige Harzzusammensetzung insofern als nachteilhaft,
als die durch Zersetzung des Phosphorsäureesters gebildete saure Verbindung
eine Korrosion verschiedener Teile und von Bereichen einer Formgebungsmaschine,
die in Kontakt mit der Harzzusammensetzung, z. B. metallische Teile
davon (wie Zylinder und Schnecken) und die innere Oberfläche des
Formhohlraums, kommen. Wenn somit ein aus einer der artigen Harzzusammensetzung
gebildeter Formkörper
während
der Verwendung des Formkörpers
in Kontakt mit einem Metallteil von weiteren Gegenständen kommt,
so besteht die Wahrscheinlichkeit einer Korrosion des metallischen
Teils.
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Andererseits
unterliegt das erfindungsgemäße hochpräzise mechanische
Harzteil während
der Herstellung dieses Teils durch Formgebung bei hohen Temperaturen
und hoher Feuchtigkeit keiner Hydrolyse und es ergibt sich eine
hervorragende thermische Stabilität während der Herstellung dieses
Teils durch Formgebung, so dass dieses mechanische Teil frei von
den herkömmlicherweise
auftretenden Nachteilen, wie einer Verflüchtigung des flammhemmenden
Mittels, das im Harz enthalten ist, einer durch die Verflüchtigung
des flammhemmenden Mittels verursachten Dampfbildung und einem Auftreten
von MD (Ablagerung in der Form) während der Herstellung des Formteils
durch Formgebung, ist. Außerdem
besteht beim erfindungsgemäßen mechanischen
Teil nicht die Wahrscheinlichkeit, dass es einer Beeinträchtigung
seiner Eigenschaften, z. B. der elektrischen Eigenschaften, der
flammhemmenden Beschaffenheit und des Erscheinungsbilds des Formkörpers, unterliegt,
was im allgemeinen der Fall ist, wenn das Harz Wasser bei hoher
Temperatur und hoher Feuchtigkeit absorbiert, wie vorstehend erwähnt wurde.
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Erfindungsgemäß wird die
Zersetzung der Harzzusammensetzung in erheblichem Maße unterdrückt. Demgemäß besteht
beim erfindungsgemäßen mechanischen
Teil nicht die Wahrscheinlichkeit, dass es eine Korrosion von metallischen
Teilen oder Bereichen der Formgebungsmaschine und eine Korrosion
der metallischen Teile von weiteren Produkten, die in Kontakt mit
dem Formkörper
kommen, bewirkt.
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Erfindungsgemäß lässt sich
der durch die Formel (I) wiedergegebene Phosphorsäureester
durch Umsetzung eines Bisphenols und eines monofunktionellen Phenols
mit Phosphoroxychlorid erhalten. Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung
eines Phosphorsäureesters
der Formel (I) kann beispielsweise auf das US-Patent 3 492 373 verwiesen
werden.
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In
der amorphen thermoplastischen Harzzusammensetzung, die das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische
Harzteil (zur Verwendung in OA-Maschinen) bildet, wird der Phosphorsäureester
in einer Menge von 3 bis 50 Gew.-teilen und vorzugsweise von 5 bis
20 Gew.-teilen pro 100 Gew.-teile des amorphen thermoplastischen
Harzes verwendet. Wird der Phosphorsäureester in einer Menge, die
unter dem vorgenannten Bereich liegt, verwendet, so erweist sich
das erhaltene mechanische Teil in bezug auf die flammhemmende Beschaffenheit
als unbefriedigend. Wird dagegen der Phosphorsäureester in einer Menge, die
den vorgenannten Bereich übersteigt,
verwendet, so weist das erhaltene mechanische Teil in nachteiliger
Weise eine geringe Wärmebeständigkeit
auf.
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Erfindungsgemäß kann auch
ein Phosphorsäureester
verwendet werden, der von der Formel (I) abweicht, sofern dadurch
die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden.
Das Gesamtgewicht des Phosphorsäureesters
der Formel (I) und des anderen Phosphorsäureesters beträgt 3 bis
50 Gew.-teile pro 100 Gew.-teile
der Komponente (A). Ein von der Formel (I) abweichender Phosphorsäureester kann
im allgemeinen in einer Menge von 50 Gew.-teilen oder weniger und
vorzugsweise von 30 Gew.-teilen oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Phosphorsäureesters
der Formel (I) und des anderen Phosphorsäureesters, verwendet werden.
Zu Beispielen für
von der Formel (I) abweichende Phosphorsäureester gehören Triphenylphosphat,
Tricresylphosphat, Trixylenylphosphat, Cresyldiphenylphosphat, Dicresylphenylphosphat,
Hydroxyphenyldiphenylphosphat und Verbindungen, die durch Modifikation
dieser Produkte durch einen Substituenten erhalten worden sind,
sowie Phosphorsäureester
vom Kondensationstyp.
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Das
erfindungsgemäß zu verwendende
amorphe, thermoplastische Harz besteht nur aus mindestens einem
Harz, ausgewählt
aus einem Polyphenylenetherharz und einem Styrolharz.
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(a)
Unter "Polyphenylenetherharz" (nachstehend einfach
als "PPE-Harz" bezeichnet) ist
ein PPE-Harz oder eine hauptsächlich
aus einem PPE-Harz und einem Polystyrolharz (nachstehend einfach
als "PS-Harz" bezeichnet) bestehende
Harzzusammensetzung zu verstehen. Gegebenenfalls kann die Harzzusammensetzung
eine geringe Menge an Polyethylen oder dergl. enthalten.
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Als
PPE-Harz kann ein Phenylenether-Homopolymeres oder -Copolymeres
mit Struktureinheiten der Formel (II-1) und/oder (II-2) verwendet
werden:
worin die Reste R
5, R
6, R
7,
R
8, R
9 und R
10 jeweils unabhängig voneinander einen Alkylrest
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einen Arylrest mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen,
ein Halogenatom oder ein Wasserstoffatom bedeuten, mit der Maßgabe, dass
R
9 und R
10 nicht
gleichzeitig ein Wasserstoffatom darstellen.
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Zu
repräsentativen
Beispielen für
PPE-Harze gehören
Homopolymere, wie Poly-(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-ether, Poly-(2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylen)-ether,
Poly-(2-ethyl-6-n-propyl-1,4-phenylen)-ether,
Poly-(2,6-di-n-propyhl,4-phenylen)-ether,
Poly-(2-methyl-6-n-butyl-1,4-phenylen)ether, Poly-(2-ethyl-6-isopropyl-1,4-phenylen)-ether,
und Poly-(2-methyl-6-hydroxyethyl-1,4-phenylen)-ether. Darunter wird
Poly-(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-ether besonders bevorzugt.
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Ferner
kann ein Polyphenylenether-Copolymeres verwendet werden, das vorwiegend
aus einer Polyphenylen-Struktur besteht, die durch Copolymerisation
eines alkylsubstituierten Phenols (z. B. 2,3,6-Trimethylphenol)
der Formel (II-3) mit beispielsweise o-Cresol erhalten worden ist
worin R
11,
R
12, R
13 und R
14 jeweils unabhängig voneinander einen Alkylrest
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Halogenatom oder ein Wasserstoffatom
bedeuten, mit der Maßgabe,
dass R
11, R
12, R
13 und R
14 nicht
gleichzeitig ein Wasserstoffatom bedeuten.
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Bezüglich der
PPE-Harze kann beispielsweise auf das US-Patent 4 788 277 verwiesen werden.
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Das
vorerwähnte
PPE-Harz kann in Form eines Pfropfcopolymeren verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Pfropfcopolymeres, bei dem eine Styrolverbindung
auf das PPE-Harz
gepfropft ist, oder ein Pfropfcopolymeres, bei dem ein Copolymeres
einer Styrolverbindung und eine damit copolymerisierbare Verbindung (z.B.
Maleinsäureanhydrid)
auf das PPE-Harz gepfropft sind, verwendet werden. Bezüglich des
Pfropfverfahrens wird beispielsweise auf das US-Patent 4 097 556
verwiesen.
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(b)
Bei einem erfindungsgemäß zu verwendenden
Styrolharz handelt es sich um ein vinylaromatisches Polymeres oder
um ein kautschukmodifiziertes vinylaromatisches Polymeres.
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Zu
Beispielen für
vinylaromatische Polymere gehören
Polystyrol, ein Polymeres aus Styrol, dessen Kern mit einem Alkylrest
substituiert ist (z. B. o-Methylstyrol, p-Methylstyrol, m-Methylstyrol, 2,4-Dimethylstyrol, Ethylstyrol
oder p-tert.-Butylstyrol) und ein Polymeres aus einem α-alkylsubstituierten
Styrol (z. B. α-Methylstyrol
oder α-Methyl-p-methylstyrol);
und ein Copolymeres aus mindestens einem der vorerwähnten substituierten
Styrole und mindestens einer Vinylverbindung, die sich von den vinylaromatischen
Polymeren unterscheidet. Zu Beispielen für derartige Vinylverbindungen,
die mit dem vinylaromatischen Polymeren copolymerisierbar sind,
gehören
Methacrylsäureester
(z. B. Methylmethacrylat oder Ethylmethacrylat), eine ungesättigte Nitrilverbindung
(z. B. Acrylnitril und Methacrylnitril) und ein Säureanhydrid
(z. B. Maleinsäureanhydrid).
Darunter werden Polystyrol und ein Styrol-Acrylnitril-Copolymeres
(AS-Harz) bevorzugt.
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Zu
Beispielen für
kautschukmodifizierte, vinylaromatische Polymere gehören Polybutadien,
ein Styrol-Butadien-Copolymexes,
ein kautschukmodifiziertes Styrol-Acrylnitril-Copolymeres (ABS-Harz),
Polyisopren, ein Butadien-Isopren-Copolymeres, Naturkautschuk und
ein Ethylen-Propylen-Copolymeres.
Darunter werden Polybutadien, ein Styrol-Butadien-Copolymeres und
ein kautschukmodifiziertes Styrol-Acrylnitril-Copolymeres (ABS-Harz)
bevorzugt. Besonders wird ein kautschukmodifiziertes Polystyrol
mit einem Gehalt an Polybutadien, bei dem mindestens 10 % der Doppelbindungen
hydriert sind (d. h. ein HIPS-Harz) aufgrund seiner hervorragenden
thermischen Stabilität
bevorzugt. Bezüglich
des Verfahrens zur Herstellung eines HIPS-Harzes kann beispielsweise
auf die US-Patente 4 185 049, 3 346 520, 2 862 906, 3 243 481 und
3 903 202 verwiesen werden.
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Bezüglich des
Verfahrens zur Herstellung einer thermoplastischen Harzzusammensetzung
durch Kombination der vorstehend definierten Komponenten, d. h.
eines amorphen thermoplastischen Harzes, eines Phosphorsäureesters
der Formel (I) und eines anorganischen Füllstoffes in Schuppenform und
gegebenenfalls eines faserigen verstärkenden Füllstoffes, gibt es keine speziellen
Beschränkungen.
Zur Herstellung der Harzzusammensetzung können verschiedene Verfahren
herangezogen werden, sofern es sich um Verfahren handelt, die allgemein
zur Durchführung
von Schmelzknetvorgängen
verwendet werden. Beispielsweise kann ein Verfahren herangezogen
werden, bei dem ein Phosphorsäureester
und ein anorganischer Füllstoff
in Schuppenform zu einem Harz in geschmolzener Form gegeben wird
und sich ein Mischvorgang anschließt, sowie ein Verfahren, bei
dem alle vorerwähnten
Bestandteile zunächst
miteinander vermischt werden und anschließend das erhaltene Gemisch
einem Schmelzknetvorgang unterworfen wird. Bei der Herstellung der
erfindungsgemäß zu verwendenden
thermoplastischen Harzzusammensetzung können herkömmliche Knetmaschinen, z. B.
ein Extruder, eine Heizwalze, eine Knetvorrichtung oder ein Banbury-Mischer,
verwendet werden.
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Die
thermoplastische Harzzusammensetzung, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen hochpräzisen, mechanischen
Harzteils zur Verwendung in einer Büroautomationsmaschine eingesetzt
wird, kann verschiedene Additive enthalten, wie ein Antioxidationsmittel
(z. B. ein phenolisches Antioxidationsmittel, ein Phosphor-Antioxidationsmittel
oder ein Antioxidationsmittel auf der Basis eines sterisch gehinderten
Phenols), einen Stabilisator, ein farbgebendes Mittel (z. B. Titanoxid
oder Ruß),
ein Gleitmittel (z. B. eine Metallseife), ein Mittel zur Verbesserung
der Fließfähigkeit
und ein verstärkendes
Elastomeres mit einem Gehalt an einem Styrol-Butadien-Blockcopolymeren,
Polyesteramid oder dergl., sofern die besonderen Wirkungen der Erfindung dadurch
nicht beeinträchtigt
werden. Die vorerwähnten
Additive können
in Mengen eingesetzt werden, wie sie im allgemeinen herangezogen
werden.
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Der
Ausdruck "hochpräzises, mechanisches
Harzteil zur Verwendung in einer Büroautomationsmaschine" ist aus der Gruppe
ausgewählt,
bestehend aus einem mechanischen (Kunst)Harzteil zur Verwendung in
einer Antriebsvorrichtung für
eine optische Diskette oder zur Verwendung in einer Büroautomationsvorrichtung,
die einen Druckmechanismus vom Laserstrahltyp aufweist.
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Es
stellt eine Voraussetzung dar, dass die vorerwähnten mechanischen Teile sich
hervorragend verhalten in bezug auf die Formeigenschaften, die mechanischen
Eigenschaften (z. B. Steifigkeit und Festigkeit), die Wärmebeständigkeit,
die Flammbeständigkeit,
die Maßgenauigkeit
und die Maßhaltigkeit.
Diese hervorragenden Eigenschaften müssen auch unter drastischen
Bedingungen in zufriedenstellender Weise erhalten bleiben. Dies
bedeutet, dass die Eigenschaften der mechanischen Teile sich bei
hohen Temperaturen (z. B. bei einer Temperatur, die nur etwa 30°C unter dem
Wert der Temperaturformstabilität
liegt) und hoher Feuchtigkeit nicht beeinträchtigt werden dürfen. Unter
den vorerwähnten
Eigenschaften sind die Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Maßhaltigkeit
bei den mechanischen Teilen besonders streng. Dies bedeutet, dass die
mechanischen Teile bei Bedingungen mit hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit nur geringe Veränderungen
der Abmessungen erfahren dürfen
und es unwahrscheinlich ist, dass sie unter Dimensionsänderungen leiden,
sich beispielsweise werfen. Bei herkömmlichen mechanischen Teilen,
die durch Spritzgießen
eines verstärkten
Harzes, das nur einen faserigen anorganischen Füllstoff (z. B. Glasfasern)
enthält,
besteht ein Nachteil darin, dass es bei hohen Temperaturen zu Verwerfungen
kommt, die zu Dimensionsänderungen
führen. Dieser
Nachteil wird durch eine hohe Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten
im Inneren des verformten Produkts hervorgerufen (die hohe Anisotropie
wird durch die Orientierung des faserigen anorganischen Füllstoffes
verursacht). Andererseits haben andere Typen von herkömmlichen
mechanischen Teilen, die aus einem verstärkten Harz mit einem Gehalt
an einem phosphorhaltigen flammhemmenden Mittel, wie Triphenylphosphat
oder Cresyldiphenylphosphat, hergestellt worden sind, den Nachteil,
dass die flammhemmende Beschaffenheit und das Erscheinungsbild (z.
B. Blasenbildungen) der mechanischen
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Teile
aufgrund einer Denaturierung des flammhemmenden Mittels, die durch
Feuchtigkeitsaufnahme bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit
hervorgerufen werden, beeinträchtigt
wird.
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Dagegen
sind die erfindungsgemäßen hochpräzisen, mechanischen
Teile überraschenderweise
dazu in der Lage, ihre Maßgenauigkeit
auch bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit beizubehalten.
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Ferner
wurde überraschenderweise
festgestellt, dass das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische Teil eine
sehr geringe Anisotropie der Steifigkeit und Festigkeit im Innern
des verformten Produkts aufweist, was auf die Einverleibung des
anorganischen Füllstoffes
in Schuppenform zurückzuführen ist,
so dass das mechanische Teil hervorragende Vibrationseigenschaften
aufweist. Bezüglich
der Vibrationseigenschaften handelt es sich bei den wichtigen Faktoren
um eine Vibrationsdämpfungseigenschaft
und eine charakteristische Resonanzfrequenz.
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Der
Ausdruck "Vibrationsdämpfungseigenschaften" bedeutet eine Beschaffenheit,
die eine Vibration dämpfen
kann. Im allgemeinen weisen Kunststoffe im Vergleich zu Metallmaterialien,
z. B. aus Metallblechen und spritzgegossenem Aluminium, günstige Dämpfungseigenschaften
auf, da Kunststoffe ein viskoelastisches Verhalten besitzen. Jedoch
besitzen Kunststoffe eine geringe Steifigkeit. Zur Überwindung
dieser geringen Steifigkeit werden Kunststoffe im allgemeinen mit
einem faserigen anorganischen Füllstoff
verstärkt.
Es ist jedoch bekannt, dass derartige verstärkte Kunststoffe häufig schlechte
Vibrationsdämpfungseigenschaften
besitzen.
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Es
wurde nunmehr aber überraschenderweise
festgestellt, dass das erfindungsgemäße mechanische Teil, das aus
einer Harzzusammensetzung mit einem Gehalt an einem anorganischen
Füllstoff
in Schuppenform hergestellt worden ist, hervorragende Vibrationsdämpfungseigenschaften
besitzt. Der Mechanismus, durch den die hervorragenden Vibrationsdämpfungseigenschaften
des erfindungsgemäßen mechanischen Teils
erreicht wird, ist nicht aufgeklärt.
Es wird jedoch angenommen, dass derartige hervorragende Vibrationsdämpfungseigenschaften
des erfindungsgemäßen mechanischen
Teils durch eine Verteilung der Vibration erreicht werden.
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Die
Vibrationsdämpfungseigenschaften
des erfindungsgemäßen mechanischen
Teils lassen sich zusätzlich
verbessern, indem man eine geringe Menge einer Harzkomponente mit
einer Glasübergangstemperatur
(Tg) um Raumtemperatur zusetzt. Zu Beispielen für derartige Harzkomponenten
gehören
Kautschukkomponenten, z. B. ein Acrylkautschuk, elastomere Komponenten,
z. B. ein Ethylen-Propylen-Kautschuk, und ein Olefinpolymerharz.
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Der
Ausdruck "charakteristische
Resonanzfrequenz" bedeutet
eine Resonanzfrequenz, die für
einen Formkörper
charakteristisch ist. Die charakteristische Resonanzfrequenz hängt von
der Morphologie des Formkörpers
und von der Steifigkeit und Dichte des Materials des Formkörpers ab.
Wenn die Morphologie des Formkörpers
nicht variiert, verhält
sich die charakteristische Resonanzfrequenz des Formkörpers proportional zur
Quadratwurzel des Werts, der durch Division der Steifigkeit des
Materials durch die Dichte des Materials erhalten wird. Obgleich
Kunststoffe im allgemeinen im Vergleich zu metallischen Materialien,
z. B. aus Metallblech und spritzgegossenem Aluminium, geringe Dichten
aufweisen, sind die Steifigkeitswerte von Kunststoffen wesentlich
geringer als die von metallischen Materialien, so dass Kunststoffe
geringe charakteristische Resonanzfrequenzen aufweisen. Im allgemeinen
weisen die Vibration eines Motors einer in Betrieb stehenden Maschine
und die Vibration um diese Maschine herum eine Frequenz von weniger
als 300 Hz auf. Um daher die Resonanzbildung eines mechanischen
Teils zur Verwendung in einer hochpräzisen Maschine zu verhindern,
ist es bevorzugt, dass das mechanische Teil eine charakteristische
Resonanzfrequenz von 300 Hz oder mehr aufweist, was außerhalb
der Frequenzbereiche der Vibration eines Motors in Betrieb und der
Vibration um die Maschine herum liegt.
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Es
wurde überraschenderweise
festgestellt, dass bei einem erfindungsgemäßen mechanischen Teil, das
eine spezielle Harzzusammensetzung umfasst, der Wert der Resonanzeigenschaft
(charakteristische Resonanzfrequenz), der durch Computersimulation
bestimmt wird, gut mit dem Wert der Resonanzeigenschaft, der durch
tatsächliche
Messung der Vibration des mechanischen Teils bestimmt wird, übereinstimmt,
so dass das erfindungsgemäße mechanische
Teil eine äußerst hohe
Reproduzierbarkeit der Resonanzeigenschaften aufweist. Im Gegensatz
dazu weisen herkömmliche
mechanische Teile, die durch Formgebung einer Harzzusammensetzung,
die nur einen faserigen anorganischen Füllstoff enthält, erhalten
worden ist, komplizierte Resonanzeigenschaften auf, so dass der
Wert der Resonanzeigenschaft, der durch Computersimulation berechnet
wird oder aus dem Wert des Biegemoduls der Elastizität und dem
Wert der Dichte des Materials des mechanischen Teils berechnet wird
(diese Werte sind aus den allgemeinen Datenangaben über die
Eigenschaften von verschiedenen Materialien erhältlich), nicht immer mit dem
tatsächlich
gemessenen Wert der Resonanzeigenschaften übereinstimmt. Eine gute Übereinstimmung
zwischen den vorhergesagten Werten der Resonanzeigenschaften, die
durch Computersimulation berechnet werden, und den tatsächlichen
Werten der Resonanzeigenschaften, wie es beim erfindungsgemäßen mechanischen
Teil der Fall ist, erweist sich bei der Konstruktion eines hochpräzisen, mechanischen
Teils als äußerst vorteilhaft.
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Es
ist sehr überraschend,
dass das erfindungsgemäße mechanische
Teil die vorerwähnten
hervorragenden Vibrationseigenschaften besitzt. Im Hinblick auf
die herkömmlichen
Techniken sind diese hervorragenden Vibrationseigenschaften vollkommen
unerwartet. Derartige hervorragende Vibrationseigenschaften sind insbesondere
bei mechanischen Teilen zur Verwendung in Präzisionsvorrichtungen, z. B.
einem Laufwerk (mit einem rotierenden Teil) für eine CD-ROM, von besonderer
Bedeutung.
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Die
vorerwähnten
mechanischen Teile müssen
eine äußerst hohe
Maßhaltigkeit
aufweisen. Beispielsweise ist es bei einem optischen Chassis für eine Faksimile-Vorrichtung,
die eine optische Linse zum Lesen von Informationen hält, und
bei einem Querarm-Chassis für
ein CD-ROM-Laufwerk erforderlich, dass die Maßgenauigkeit so hoch ist, dass
etwaige Fehler oder Abweichungen in der Größenordnung von nur einigen
10 μm liegen.
Ferner ist es erforderlich, dass ein derartiges mechanisches Teil
die Maßgenauigkeit
selbst dann in zufriedenstellendem Maße beibehält, wenn sich die Umgebungstemperatur
verändert.
Mit anderen Worten, es ist notwendig, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient
und die Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten nieder
sind. Das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische
Teil weist beispielsweise die folgenden Eigenschaften der Maßgenauigkeit
auf:
- (1) eine Maßtoleranz von ±100 μm, vorzugsweise ±50 μm und insbesondere ±25 μm pro 100
mm (vorgesehen oder konstruiert);
- (2) einen absoluten Wert einer Verwerfung von 1 mm oder weniger,
vorzugsweise 800 μm
oder weniger und insbesondere 500 μm oder weniger pro 100 mm (vorgesehen
oder konstruiert); und
- (3) einen absoluten Wert der Flachheit von 1 mm oder weniger,
vorzugsweise 800 μm
oder weniger und insbesondere 500 μm oder weniger.
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Hinsichtlich
des Formgebungsverfahrens für
eine Harzzusammensetzung zur Herstellung des erfindungsgemäßen mechanischen
Teils zur Verwendung in einer Büroautomationsmaschine
gibt es keine speziellen Beschränkungen.
Im allgemeinen wird jedoch vorzugsweise ein Spritzgießverfahren
herangezogen. Beim Spritzgießverfahren
ist es wünschenswert,
die Fließspannung,
die im verformten Produkt während
des Formgebungsverfahrens entsteht, auf ein Minimum zu beschränken. Bei
einer großen
Fließspannung
bleibt eine starke Molekülorientierungsspannung
im verformten Produkt zurück.
Die Molekülorientierungsspannung verursacht
Schwierigkeiten insofern, als das Formgebungs-Schrumpfverhältnis ungleichmäßig wird,
was zu Verwerfungen führt,
und sich eine schlechte Wärmebeständigkeit
des verformten Produkts in der Praxis ergibt. Beim Spritzgießen ist
es wünschenswert,
dass der Anguss einer Form und die Formgebungseigenschaften jeweils
so konzipiert und gewählt
werden, dass die Fließspannung
so gering wie möglich
wird.
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Es
wurde festgestellt, dass bei Anwendung eines gasunterstützten Spritzgießens zur
Herstellung des erfindungsgemäßen mechanischen
Teils die Maßgenauigkeit
des gebildeten mechanischen Teils im Vergleich zur Maßgenauigkeit
der durch übliches
Spritzgießen
gebildeten mechanischen Teile erheblich verbessert wird. Dies bedeutet,
dass bei der Formgebung der Harzzusammensetzung das gasunterstützte Spritzgießen sich als äußerst wirksam
in bezug auf eine Unterdrückung
der Fließspannung
des Harzes erweist. Insbesondere erweist sich das gasunterstützte Spritzgießen als
sehr wirksam zur Herstellung eines verformten Produkts mit einer
Dicke von nur 1,5 mm oder weniger, wo es leicht zu Fließspannungen
kommt. Bei gasunterstützten Spritzgießverfahren
kann anstelle eines Gases auch eine Flüssigkeit verwendet werden.
Bezüglich
des gasunterstützten
Spritzgießverfahrens
wird beispielsweise auf die US-Patente 4 824 732, 4 923 666, 4 101617 und
5 173 241 verwiesen. Ferner wurde festgestellt, dass das durch gasunterstütztes Spritzgießen hergestellte mechanische
Teil nicht nur eine hervorragende Maßgenauigkeit bei Raumtemperatur
aufweist, sondern auch eine verbesserte Maßhaltigkeit bei hohen Temperaturen
zeigt. Dies ist im Hinblick auf die herkömmlicherweise bekannten Wirkungen
des gasunterstützten
Spritzgießens überraschend.
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Bei
Anwendung des gasunterstützten
Spritzgießens
kann erfindungsgemäß der nachteilige
Einfluss der Molekülorientierung
(Verformungsrest) des verformten Harzes bei den Formkörpern auf
ein Minimum beschränkt
werden, so dass mechanische Teile von hoher Maßgenauigkeit erhalten werden
können.
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Kriechfestigkeit
ist eine der Eigenschaften, die bei mechanischen Harzteilen verlangt
werden. Das erfindungsgemäße hochpräzise, mechanische
Harzteil weist in überraschender
Weise im Vergleich zu herkömmlichen
mechanischen Harzteilen eine hohe Kriechfestigkeit auf. Dies bedeutet,
dass der Verzerrungsgrad des erfindungsgemäßen mechanischen Teils auch
dann nieder ist, wenn das mechanische Teil für eine längere Zeitspanne unter Spannung
gesetzt wird. Der Grund hierfür
ist noch nicht vollständig
aufgeklärt.
Es wird jedoch angenommen, dass die hohe Kriechfestigkeit des erfindungsgemäßen mechanischen
Teils dem speziellen verwendeten flammhemmenden Mittel zuzuschreiben
ist.
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Beste
Ausführungsform
zur Durchführung
der Erfindung Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlich unter
Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, wobei
diese Beispiele jedoch den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
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In
den Beispielen und Vergleichsbeispielen werden verschiedene Eigenschaften
der Formkörper
auf die nachstehend angegebene Weise gemessen. Prüfkörper werden
aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung durch Spritzgießen hergestellt.
Die Eigenschaften der Prüfkörper werden
nach den nachstehend angegebenen Testverfahren gemessen.
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(1) Wärmeformbeständigkeit:
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Die
Wärmeformbeständigkeit
eines Prüfkörpers wird
gemäß ASTM-D648
gemessen.
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(2) Biegemodul:
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Der
Biegemodul eines Prüfkörpers wird
gemäß ASTM-D790
gemessen.
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(3) Izod-Schlagfestigkeit:
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Die
Izod-Schlagfestigkeit eines 6 mm (1/4 Zoll) dicken, gekerbten Prüfkörpers wird
gemäß ASTM-D256
gemessen.
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(4) Flammhemmende Beschaffenheit:
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Die
flammhemmende Beschaffenheit eines 1,5 mm (1/16 Zoll) dicken, streifenförmigen Prüfkörpers wird
gemäß dem in
US-Subject 94 beschriebenen Verfahren gemessen (bezüglich dieses
Verfahrens wird beispielsweise auf das US-Patent 4 966 814 verwiesen).
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(5) Verwerfung (gemessen
gemäß dem "Asahi Kasei-Verfahren")
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Die
maximale Größe einer
Verwerfung (mm) eines Prüfkörpers wird
unter Verwendung einer flachen Platte (150 mm × 150 mm × 3 mm) und einer Abtastlehre
gemessen.
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Je
geringer der maximale Wert der Verwerfung ist, desto besser ist
die Maßgenauigkeit.
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(6) Linearer Ausdehnungskoeffizient:
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Der
lineare Ausdehnungskoeffizient eines 1/8 Zoll dicken, hantelförmigen Prüfkörpers zur
Verwendung bei einem Zugtest wird gemäß ASTM-D696 bei einer Temperatur
von –30
bis +60°C
gemessen. Bei der Messung wird der lineare Ausdehnungskoeffizient
in der Fließrichtung
der Harzzusammensetzung und der lineare Ausdehnungskoeffizient in
senkrechter Richtung zur Fliessichtung der Harzzusammensetzung unter
Verwendung eines Heizdraht-Messstreifens
gemessen. Vor der Messung wird der Prüfkörper gemäß ASTM-D618 zur Beseitigung
von Spannungen getempert und vorbehandelt.
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(7) Anisotropie des linearen
Ausdehnungskoeffizienten:
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Die
Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten bedeutet erfindungsgemäß das Verhältnis des linearen
Ausdehnungskoeffizienten senkrecht zur Fließrichtung zum linearen Ausdehnungskoeffizienten
in Fließrichtung.
Je näher
das vorgenannte Verhältnis
bei 1 liegt, desto geringer ist die Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten
der Harzzusammensetzung. Die Harzzusammensetzung, die zur Herstellung
des flammhemmenden, hochpräzisen,
mechanischen Teils zur Verwendung in einer Büroautomationsmaschine zu verwenden
ist, muss eine Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten
von 2 oder weniger aufweisen.
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(8) Belastungstest bei
hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit:
-
Bei
PPE-Harzen wird der Belastungstest bei hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit durchgeführt, indem
man einen 1,5 mm (1/16 Zoll) dicken, streifenförmigen Prüfkörper 96 Stunden gesättigtem
Wasserdampf mit einer Temperatur von 121°C und einem Druck von 2 atm
aussetzt. Bei PC-Harzen wird der Belastungstest bei hoher Temperatur
und hoher Feuchtigkeit durch 150-stündiges Eintauchen eines 1,5
mm (1/16 Zoll) dicken, streifenförmigen
Prüfkörpers in
heißes
Wasser von 95°C
durchgeführt.
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(9) Erscheinungsbild:
-
Das
Erscheinungsbild von Formkörpern
in Schalenform gemäß 1 wird durch visuelle Betrachtung bewertet.
10 000 Schalen werden in kontinuierlicher Weise ausgeformt.
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(10) Verwerfung einer
Schale:
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Eine
Schale gemäß Darstellung
in 1 wird auf eine Formplatte gelegt
und dort befestigt. Die Größe der Verwerfung
der Schale wird durch Messen der Abmessung der Schale an einzelnen
Stellen in Z-Richtung (senkrechte Richtung) und der Abstände (Verwerfung)
zwischen der Formplatte und den einzelnen Stellen der Schale bestimmt,
wozu man eine Koordinaten-Messvorrichtung (Modell AE 122, Produkt
der Fa. Mitsutoyo Corporation, Japan) verwendet. Die gemessene Verwerfung
wird als Kriterium zur Bewertung der Maßgenauigkeit herangezogen.
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In
den Beispielen und Vergleichsbeispielen werden die nachstehend aufgeführten Phosphorsäureester
A bis G verwendet.
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Beim
Phosphorsäureester
A handelt es sich um Bisphenol A-polycresylphosphat der folgenden
Formel (IV)
worin
n eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet.
-
Beim
Phosphorsäureester
B handelt es sich um Bisphenol A-polyxylenylphosphat der folgenden
Formel (V)
worin
n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 bedeutet.
-
Beim
Phosphorsäureester
C handelt es sich um Bisphenol A-poly-(2,6-xylenyl)-phosphat der
folgenden Formel (VI)
worin
n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 bedeutet.
-
Beim
Phosphorsäureester
D handelt es sich um Bisphenol A-polydiphenylphosphat der folgenden
Formel (VII)
worin
n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 bedeutet.
-
Beim
Phosphorsäureester
E handelt es sich um Resorcinpolyphenylphosphat der folgenden Formel (VIII)
worin
n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 bedeutet.
-
Beim
Phosphorsäureester
F handelt es sich um Hydrochinon-polyphenylphosphat der folgenden
Formel (IX)
worin
n eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 3 bedeutet.
-
Beim
Phosphorsäureester
G handelt es sich um Triphenylphosphat (Handelsbezeichnung TPP,
Produkt der Fa. Daihachi Chemical Industry Co., Ltd.) der folgenden
Forme (X)
-
Beispiele 1 und 2 und
Vergleichsbeispiele 1 und 2
-
Aus
den Harzzusammensetzungen werden durch Extrusionskneten Pellets
unter Verwendung eines PCM-30-Doppelschneckenextruders
(Produkt der Fa. Ikegai Corporation, Japan) bei einer Zylindertemperatur von
320°C hergestellt.
Die Harzzusammensetzungen bestehen aus einem PPE-Harz, das bei 30°C in Chloroform
eine innere Viskosität
(η) von
0,52 aufweist, ein HIPS-Harz (Asahi Chemical Polystyrene H9104,
Produkt der Fa. Asahi Chemical Industry Co., Ltd., Japan), einem
PS-Harz (Asahi Chemical Polystyrene 685, Produkt der Fa. Asahi Chemical
Industry Co., Ltd., Japan), dem vorerwähnten Phosphorsäureester
A als flammhemmendem Mittel und als anorganischen Füllstoffen
Glasfasern (RES03-TP1051, Produkt der Fa. NIPPON SHEET GLASS Co.,
Ltd., Japan), Glasflocken (Micro Glass Fleka REFG-302, Produkt der
Fa. NIPPON SHEET GLASS Co., Ltd., Japan) und Glimmer (Suzorite Mica
200KI, Produkt der Fa. Kuraray Co., Ltd., Japan). Die Produkte PPE,
HIPS, PS, Phosphorsäureester
und anorganischer Füllstoff
werden in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengenverhältnissen
verwendet.
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Die
Eigenschaften der Harzzusammensetzungen werden gemäß den vorerwähnten Testverfahren
bestimmt.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Anschließend wird
zur Bewertung eines mechanischen Teils zur Verwendung in einem CD-ROM-Laufwerk
eine Schale der in 1 dargestellten
Art aus den vorerwähnten
Pellets durch Spritzgießen
unter Verwendung einer Spritzgießmaschine mit einer Zylindertemperatur von
290°C hergestellt.
Die Formtemperatur wird auf 80°C
eingestellt. Die Maßgenauigkeit
(Verwerfen) der einzelnen auf diese Weise erhaltenen Schalen wird
gemessen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt. In Vergleichsbeispiel
2 weist gemäß den Angaben in
Tabelle 2 die Harzzusammensetzung, die nur Glasfasern als anorganischen
Füllstoff
enthält,
starke Verwerfungen und eine große Anisotropie des linearen
Ausdehnungskoeffizienten (Index für die Maßgenauigkeit) auf. In Vergleichsbeispiel
2 weist die Harzzusammensetzung, die nur Glasperlen (EGB731A, Produkt
der Fa. Toshiba Ballotini Co., Ltd., Japan) als anorganischen Füllstoff
enthält,
eine geringe Verwerfung und eine geringe Anisotropie des linearen
Ausdehnungskoeffizienten auf, wobei aber der Biegemodul nieder ist.
Die in Tabelle 3 aufgeführten
Messergebnisse zeigen, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Verwerfen
der in Tabelle 3 aufgeführten
Schalen und dem Verwerfen und der Anisotropie des linearen Expansionskoeffizienten,
die in Tabelle 2 aufgeführt
sind, gibt, dass jedoch kein Zusammenhang zwischen den Daten besteht,
die an Schalen ausHarzzusammensetzungen die nur Glasperlen oder
Glimmer als anorganischen Füllstoff
enthalten, gemessen worden sind. Dies bedeutet, dass das Verwerfen
und die Anisotropie des linearen Ausdehnungskoeffizienten, die in
Tabelle 2 aufgeführt
sind, umso größer sind,
je größer das
Verwerfen der in Tabelle 3 aufgeführten Schale ist.
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In
den Beispielen 1 und 2 zeigen die erhaltenen Schalen einen Wert
der charakteristischen Resonanzfrequenz, der gut mit dem Wert der
durch Computersimulation berechneten Wert der charakteristischen
Resonanzfrequenz übereinstimmt.
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Gewerbliche
Verwertbarkeit
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Die
erfindungsgemäßen flammhemmenden,
hochpräzisen,
mechanischen Harzteile (zur Verwendung in OA-Maschinen) sind nicht
nur frei von den herkömmlicherweise
auftretenden Nachteilen, wie Denaturierung, Verflüchtigung
und Ausbluten des flammhemmenden Mittels, sondern zeigen auch eine
hohe Maßgenauigkeit und
hervorragende mechanische Eigenschaften (z. B. mechanische Festigkeit
und Vibrationsdämpfungseigenschaften),
so dass das erfindungsgemäße mechanische
Teil in vorteilhafter Weise als mechanisches Teil für verschiedene
Typen von OA-Maschinen, bei denen eine hohe Genauigkeit und eine
hohe Präzision
verlangt werden, verwendet werden kann.